(57)【要約】【課題】高感度化および小型化を実現することのできる対数検波器を得る。【解決手段】線形検波器１は、ネイティブトランジスタＮＭ１，ＮＭ２のダイオード接続を用いたＮＭＯＳ検波器と負荷抵抗Ｒ１とからなる。対数変換器２は、ネイティブトランジスタＮＭ３と、負荷となるダイオードＤ１と、ソース抵抗Ｒ２とからなる。これら線形検波器１と対数変換器２とを縦続接続し、対数検波器を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース接地型増幅回路による対数変換器であって、
トランジスタをネイティブトランジスタとすると共に、負荷をダイオードとし、かつ、前記ネイティブトランジスタにソース抵抗を付加したことを特徴とする対数変換器。
【請求項２】
ネイティブトランジスタのダイオード接続を用いたＮＭＯＳ検波器と、
前記ＮＭＯＳ検波器の負荷抵抗とからなる線形検波器であって、
前記負荷抵抗を、入力波の振幅変調周波数が高い場合は低い抵抗値に、前記振幅変調周波数が低い場合は高い抵抗値とすることを特徴とする線形検波器。
【請求項３】
ネイティブトランジスタのダイオード接続を用いたＮＭＯＳ検波器と、当該ＮＭＯＳ検波器の負荷抵抗とからなる線形検波器と、請求項１に記載の対数変換器とを備え、
前記線形検波器と前記対数変換器とを縦続接続したことを特徴とする対数検波器。
【請求項４】
請求項２に記載の線形検波器と請求項１に記載の対数変換器とを備え、
前記線形検波器と前記対数変換器とを縦続接続したことを特徴とする対数検波器。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載の対数検波器を２組備えると共に、これらの出力を比較する差動増幅器を備えたことを特徴とする対数検波装置。
【請求項６】
２組の対数検波器を集積回路上で隣接配置することを特徴とする請求項５記載の対数検波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、携帯用無線機器の送信電力をモニタし、その電力を制御回路で制御する際に用いられる線形検波器、対数変換器、対数検波器及び対数検波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯用無線機器では送信電力をモニタしその電力を制御回路により制御することがよく行われる。そのような制御の範囲では電力はｄＢｍを単位としてモニタするが、制御回路の入力は一般に線形に変化することが望ましい。そのためにｄＢｍ入力に対し線形出力のできる対数検波器が使われる。携帯用無線機器ではできるだけ小型の対数検波器が必要であり、例えば、特許文献１のような回路があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０５５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１にある対数検波器では検波器自体は小型にできるものの、対数変換部への入力電圧レベルが一定以上必要で、携帯用無線機器のように取り扱う電力が小さい場合は増幅段を設ける必要があり、高感度化や小型化が困難であった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、対数検波器として高感度化および小型化を実現することのできる線形検波器、対数変換器、対数検波器及び対数検波装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る対数変換器は、ソース接地型増幅回路による対数変換器であって、トランジスタをネイティブトランジスタとすると共に、負荷をダイオードとし、かつ、ネイティブトランジスタにソース抵抗を付加したものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の対数変換器は、トランジスタをネイティブトランジスタとすると共に、負荷をダイオードとし、かつ、ネイティブトランジスタにソース抵抗を付加するようにしたので、対数変換器として用いた場合の高感度化および小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による対数検波器を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による対数検波器に用いる線形検波器を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による対数検波器に用いる対数変換器を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２による対数検波器の負荷抵抗の制御を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態３による対数検波装置を示すブロック構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３による対数検波装置の集積回路上での配置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による対数検波器を示す構成図である。
図１に示す対数検波器は、線形検波器１と対数変換器２とを備え、これらは縦続接続されている。線形検波器１は、図２に示すように、ＤＣカット容量Ｃ１と、ダイオード接続されたＮＭＯＳトランジスタＮＭ１とＮＭ２、出力電圧を充電する容量Ｃ２と、出力を接地する負荷抵抗Ｒ１とからなる。ここで、ＮＭＯＳトランジスタＮＭ１とＮＭ２は、ネイティブトランジスタである。ネイティブトランジスタとは、ＭＯＳトランジスタのチャネル形成時にイオン注入を行わず、閾値電圧がほぼ０Ｖのトランジスタである。なお、このようなＮＭＯＳ検波回路は、例えば、“A 950-MHz Rectifier Circuit for Sensor Network Tags With 10-m Distance”，IEEE J．Solid-State Circuits vol.41, No.1, pp.35-41,Jan.2006といった文献に記載されている。
【００１０】
また、対数変換器２は、図３に示すように、線形検波器１の出力電圧を電流に変換するＮＭＯＳトランジスタＮＭ３と、出力電流を対数変換するダイオードＤ１、出力電流を線形化するソース抵抗Ｒ２とからなる。ＮＭＯＳトランジスタＮＭ３はネイティブトランジスタで構成される。
【００１１】
次に、実施の形態１の対数検波器の動作について説明する。
図１において、まず線形検波器１に入力された電力はダイオード接続されたＮＭＯＳトランジスタＮＭ１、ＮＭ２の整流作用により電圧に変換される。ＮＭＯＳトランジスタＮＭ１、ＮＭ２を閾値電圧がほぼ０Ｖのネイティブトランジスタとすると線形検波器１の出力電圧は以下の式（１）で表される。
2014103573.tif 000003
ここでＰinは入力電力、Ｚは特性インピーダンス、Ｖthはトランジスタの閾値電圧である。式（１）より、ネイティブトランジスタを使うことで出力電圧が入力電力の平方根に正比例していることがわかる。
【００１２】
線形検波器１の出力電圧は、入力電力が供給されれば容量Ｃ２に蓄積された電荷により電圧レベルが維持され、電力の供給が止まると電荷は負荷抵抗Ｒ１を通じてグラウンドへ放出されて電圧レベルは速やかに下がる。このとき負荷抵抗Ｒ１の値が小さいと、高い入力変調周波数に対し応答できるが出力電圧は低下する。逆に負荷抵抗Ｒ１の値が大きいと出力電圧は上昇するが応答できる変調周波数は低下する。従って、変調周波数に合わせて負荷抵抗Ｒ１の値を最適化することができる。
【００１３】
線形検波器１の出力電圧は対数変換器２に入力され、まず、ＮＭＯＳトランジスタＮＭ３により電流に変換される。このとき、ＮＭＯＳトランジスタＮＭ３のドレイン電流は入力電圧に対し非線形な応答を示すため、ソース抵抗Ｒ２を追加する。ＮＭＯＳトランジスタＮＭ３は閾値電圧がほぼ０Ｖのネイティブトランジスタであるので、ＮＭＯＳトランジスタＮＭ３のドレイン電流は以下の式（２）で表される。
2014103573.tif 000004
また、このドレイン電流はダイオードＤ１に流れる際、以下の式（３）に従う。
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ここでＩsはダイオードの飽和電流、Ｖｄｄは電源電圧、Ｖtは熱電圧、Ｖoutは対数変換器２の出力電圧である。これらの２つの式から対数変換器２の入出力電圧の関係は以下の式（４）に示すようになる。
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【００１４】
ここでＣ1、Ｃ2は共に定数である。この式（４）より入力電圧のｄＢ変化に対して出力電圧は線形に変化し、対数変換器としての機能を得られることがわかる。また、ネイティブトランジスタの使用により対数記号の中はＶthを含まずＶinのみとなるため、低入力電圧で対数変換できる。さらに出力電圧はＶthにかかわらず電源電圧で制限されるので、結果的に通常のトランジスタを使用する場合に比べて対数変換のダイナミックレンジを広くとることができる。
【００１５】
さらに、線形検波器１と対数変換器２を縦続接続すると、式（１）のＶoutが式（４）のＶinになるので、
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となり、入力電力の対数検波機能が得られる。ここでも、対数検波器でネイティブトランジスタが使われていることから対数記号の中がＰinのみとなり、低入力電力から広範囲で対数検波できる。
【００１６】
このように、実施の形態１の対数検波器では、線形検波器１において、ネイティブトランジスタを使うことで入力電力の平方根と出力電圧の関係が正比例となり、後段の対数変換器２のダイナミックレンジを低入力側へ広げることができる。また対数検波器自体の感度も上げることができる。また、対数変換器２において、図３の構成をとることで式（２）のように入力電圧とドレイン電流が正比例の関係とし、式（４）の対数記号の中をＶinのみとすることで対数変換器２のダイナミックレンジを低入力側へ広げることができる。従って、対数検波器としての対数検波のダイナミックレンジを広げることが可能になる。
【００１７】
以上説明したように、実施の形態１の対数変換器によれば、ソース接地型増幅回路による対数変換器であって、トランジスタをネイティブトランジスタとすると共に、負荷をダイオードとし、かつ、ネイティブトランジスタにソース抵抗を付加したので、対数変換器として用いた場合の高感度化および小型化を図ることができる。
【００１８】
また、実施の形態１の対数検波器によれば、ネイティブトランジスタのダイオード接続を用いたＮＭＯＳ検波器と、ＮＭＯＳ検波器の負荷抵抗とからなる線形検波器と、対数変換器とを備え、線形検波器と対数変換器とを縦続接続したので、対数検波器の高感度化および小型化を図ることができる。
【００１９】
実施の形態２．
携帯電話のような無線機では一つの端末で複数の通信システムに対応することが望ましく、そのためには同じ増幅器で変調周波数を変える必要があり、検波系でも同様の対応が求められる。そこで、実施の形態２として、実施の形態１で説明した線形検波器１の負荷抵抗Ｒ１の値を入力の変調周波数に応じ外部から制御できるようにした例を以下に説明する。
【００２０】
実施の形態２における線形検波器１としての基本的な構成は実施の形態１と同様である。実施の形態２では、負荷抵抗Ｒ１の値を制御する構成として、例えば、図４（ａ）に示すように、複数並べた固定抵抗ｒ１〜ｒｎを、スイッチ素子であるＭＯＳトランジスタｍ１〜ｍｎをデジタル入力（ＶＣＤＩＧ１〜ＶＣＤＩＧｎ）により切り替えることによって実現する。また、図４（ｂ）に示すように、ＭＯＳトランジスタｍ１のチャネル抵抗をゲート電圧（ＶＣＡＮＡ）でアナログ的に変化させてもよい。このような手段を用い、変調周波数が高い場合は負荷抵抗の抵抗値を低くして対応し、変調周波数が低い場合は抵抗値を高くして検波器の出力電圧を上げることができる。
【００２１】
また、このように構成した線形検波器１と対数変換器２とを組み合わせて対数検波器としてもよい。
【００２２】
以上説明したように、実施の形態２の線形検波器によれば、ネイティブトランジスタのダイオード接続を用いたＮＭＯＳ検波器と、ＮＭＯＳ検波器の負荷抵抗とからなる線形検波器であって、負荷抵抗を、入力波の振幅変調周波数が高い場合は低い抵抗値に、振幅変調周波数が低い場合は高い抵抗値としたので、一つの端末で複数の通信システムに対応させることができる。また、変調周波数を高くしても線形検波器として対応できるため、高速化にも対応することができる。
【００２３】
また、実施の形態２の対数検波器によれば、上記の線形検波器と対数変換器とを備えたので、対数検波器として複数の通信システムに対応させることができる。
【００２４】
実施の形態３．
無線通信機等で使用される電力増幅器は、その通信品質を保つため広い出力電力範囲において利得が一定となるような線形動作が求められている。ところが実際には高出力時には出力が飽和するため利得が低下し、動作が非線形になることがよく発生する。通常は予想される最大出力にあわせて入力電力を抑えることで動作が非線形になるのを防いでいるが、増幅器は一般に大きな電力を扱う時ほど増幅効率があがる特性を持つため、消費電力でマイナス面をかかえこむことになる。
そこで増幅器の入出力電力を比較し、デシベル差が一定となるよう増幅器の入力電力を常に制御することで、増幅器を線形動作させつつ消費電力も最適な状態におくことができる。本実施の形態はこのような場合に適用できる技術である。
【００２５】
図５は、実施の形態３の対数検波装置を示す構成図である。
図示のように、実施の形態３の対数検波装置は、線形検波器１ａ，１ｂと対数変換器２ａ，２ｂと差動増幅器３とからなる。線形検波器１ａ，１ｂは、それぞれ実施の形態１における線形検波器１と同様の構成であり、対数変換器２ａ，２ｂは、それぞれ実施の形態１における対数変換器２と同様の構成である。即ち、実施の形態３では、実施の形態１における対数検波器を２組備えている。差動増幅器３は、対数変換器２ａ，２ｂの出力を入力し、その差分を増幅して出力する差動増幅器である。
【００２６】
このように構成された実施の形態３の対数検波装置では、それぞれの線形検波器１ａ，１ｂに入力ＩＮ１，ＩＮ２が印加され、それぞれ対数検波が行われる。２つの対数変換器２ａ，２ｂの出力は差動増幅器３に入力され、差動増幅器３では、２つの入力電力差（ｄＢ）を検出する。
【００２７】
また、図６に示すように、２組の対数検波器の互いの素子を集積回路１００上で隣接配置する。これにより、回路間のプロセスばらつきを抑え、温度特性をキャンセルすることができる。さらに、これらの対数検波器を集積回路１００上で対称配置することで集積回路１００上の寄生素子の影響をキャンセルすることができる。
【００２８】
なお、上記の説明では、対数検波器として実施の形態１の構成としたが、実施の形態２の対数検波器であってもよい。
【００２９】
以上説明したように、実施の形態３の対数検波装置によれば、実施の形態１または実施の形態２の対数検波器を２組備えると共に、これらの出力を比較する差動増幅器を備えたので、２組の対数検波器の入力電力差を高精度で検出することができる。
【００３０】
また、実施の形態３の対数検波装置によれば、２組の対数検波器を集積回路上で隣接配置するようにしたので、回路間のプロセスばらつきを抑え、温度特性をキャンセルすることができる。
【００３１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１，１ａ，１ｂ  線形検波器、２，２ａ，２ｂ  対数変換器、３  差動増幅器、１００  集積回路、Ｃ１，Ｃ２  容量、ＮＭ１，ＮＭ２，ＮＭ３  ＮＭＯＳトランジスタ、Ｒ１  負荷抵抗、Ｒ２  ソース抵抗、Ｄ１  ダイオード、ｍ１〜ｍｎ  ＭＯＳトランジスタ、ｒ１〜ｒｎ  固定抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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