(57)【要約】【課題】  マルチモードトランスコンダクタを提供する。【解決手段】  トランスコンダクタは、クラスＡの非直線機能又はクラスＡＢの直線機能を処理のための入力信号から選択し、電源からとり出される電流を上記機能に必要なレベルに自動的に調節する手段を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理される入力信号に従って非直線クラスＡ動作又は直線クラスＡＢ動作を自動的に選択し、電源からの電流をその動作に必要なレベルに自動的に調節する手段を有する、トランスコンダクタ。
【請求項２】
少なくとも２つのバイポーラトランジスタ（３１，３２）を有し、該トランジスタの共通ベース（３３，３４）はトランスコンダクタの第１入出力端子を定義し、
該トランジスタの相互接続されたコレクタはトランスコンダクタの第２入出力端子（３７）を定義し、
該トランジスタのエミッタ（３８，３９）は対応するインピーダンス（４０，４１）により低電圧基準線（ＧＮＤ）に個別に接続され、
該トランジスタのベースは同じＤ．Ｃ．電流源（５０）に接続される、請求項１記載のトランスコンダクタ。
【請求項３】
２つのバイポーラトランジスタ（３１，３２）のエミッタ（３８，３９）の個別接続のインピーダンスは単に抵抗性である、請求項２記載のトランスコンダクタ。
【請求項４】
前記ベースは分離抵抗（３６）によりＤ．Ｃ．電流源（５０）に接続される、請求項２又は３のいずれかひとつに記載のトランスコンダクタ。
【請求項５】
前記分離抵抗（３６）の、基準線（ＧＮＤ）への前記エミッタ（３８，３９）の個別接続の抵抗に対する比は異なる、請求項３又は４のいずれかひとつに記載のトランスコンダクタ。
【請求項６】
２つのバイポーラトランジスタ（３１，３２）は異なるサイズであり、それらの各エミッタ（３８，３９）の電圧基準線（ＧＮＤ）への個別抵抗性接続のインピーダンスは、対応する抵抗器（４０，４１）により実現される、請求項４又は５のいずれかひとつに記載のトランスコンダクタ。
【請求項７】
前記Ｄ．Ｃ．電流源（５０）は、高電源線（ＶＣＣ）と低電圧基準線（ＧＮＤ）の間の接続により形成され、
該接続は、Ｄ．Ｃ．電流源（５１）と、所定タイプの第１のバイポーラトランジスタ（５２）を有し、
該電流源と第１トランジスタとの結合点は第１トランジスタと同じタイプの第２のバイポーラトランジスタ（５９）のベースに接続され、
第１トランジスタのコレクタ／エミッタ端子は高電源線（ＶＣＣ）に接続され、そのエミッタ／コレクタ端子は第１トランジスタのべース（５６）に接続されて電流源出力（５８）を形成する、請求項２−６のひとつに記載のトランスコンダクタ。
【請求項８】
第１のバイポーラトランジスタ（５２）のベース（５６）と第２のバイポーラトランジスタ（５９）のエミッタ／コレクタ端子の間に抵抗器（５７）が挿入されてＤ．Ｃ．電流源（５０）の出力（５８）を形成する請求項７記載のトランスコンダクタ。
【請求項９】
請求項１−８のひとつに記載のトランスコンダクタにより形成される、混合器又はパワー増幅器又は低ノイズ増幅器の入出力ステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にトランスコンダクタに関し、特に、マルチモード装置、つまり、異なる周波数特性をもつ信号を処理することができる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラスＡ非直線トランスコンダクタと、クラスＡＢ直線トランスコンダクタについて本明細書で詳細に記述する。
【０００３】
クラスＡ又はクラスＡＢトランスコンダクタは多くの機能例えば増幅又は信号混合を実行するために使用される。例えばトランスコンダクタは信号の送信又は受信のチェインに使用されて、低ノイズ受信増幅器（ＬＮＡ）、電力送信増幅器（ＰＡ）又は混合器を実現する。
【０００４】
上述の機能を実現するために使用されるクラスＡ又はクラスＡＢトランスコンダクタは応用に依存する。例えば無線電話又はモバイル電話の分野の送信チェインの場合について考える。この分野では、異なる標準、特に異なる周波数範囲、例えば、２．１６ＧＨｚのオーダのＵＭＴＳ又はＷＣＤＭＡ標準、９００ＭＨｚのＧＳＭ標準、又は１．８ＧＨｚのＤＣＳ標準が存在する。
【０００５】
図１Ａはトランスコンダクタ１の構造を示す。このトランスコンダクタ１はＮＰＮバイポーラトランジスタ２をふくむ。トランジスタ２のベース３はトランスコンダクタの第１入出力端子を形成する。ベース２は入力信号ＩＮ、例えば、モバイル電話の無線周波信号を受け取る。トランジスタ２のエミッタ４は、インピーダンス５と定Ｄ．Ｃ．電流源６の直列回路を介して、低電圧基準ライン又は接地ＧＮＤに接続される。トランジスタ２のコレクタ７はトランスコンダクタの第２入出力端子を形成し、トランスコンダクタ１の出力信号ＯＵＴを提供する。コレクタ７は入出力端子８で示されるように、入力信号ＩＮと混合される信号を提供する任意の装置に接続される。例えば、装置８は、入力信号ＩＮのスイッチング可能な信号、又は入力信号ＩＮで変調されるキャリア信号を提供する。装置８は必ずしも新規ではない。複数の信号の混合の中間ステージをもうけて混合されるひとつの信号を得ることもできる。
【０００６】
図１Ｂと図１Ｃは、図１Ａのトランスコンダクタの入力電圧レベルＶの関数としてトランスコンダクタンス利得Ｇと電流Ｉの特性を示す。トランスコンダクタンス利得Ｇは、トランジスタ２のバイアス電流の値に比例し、トランジスタ２のベース−エミッタ間電圧Ｖの低いレベルに対して一定値ｇ０である。所定のスレッシュホールドＶ０を越えると、利得Ｇは減少する。スレッシュホールドＶ０の手前では、ダイナミック出力電流ＩＯＵＴは、図１Ｃに示すように、ベース−エミッタ電圧Ｖに比例し、Ｄ．Ｃ．電流源６の値ＩＤＣで制限される。スレッシュホールドＶ０の先では、クラスＡトランスコンダクタの動作は定義されない。従って、入力信号は、入力電圧がＶ０より小さい値に制限される。
【０００７】
図２ＡはクラスＡＢトランスコンダクタ２０の構造を示す。図２Ｂと図２Ｃは、図１Ｂと図１Ｃと同様に、トランスコンダクタ２０の入力電圧に対する利得と電流を示す。
【０００８】
トランスコンダクタ２０はＮＰＮタイプのトランジスタ２１をふくみ、そのベース２２は第１入出力端子を形成し、信号ＩＮ例えば無線周波信号を受け取る。コレクタ２３は電流ＯＵＴの出力端子を形成し、エミッタ２４はインピーダンス２５を介して基準電源ＧＮＤに接続される。さらに、ベース２２は抵抗２７により電流バイアス源２６に接続される。図１ＡのクラスＡトランスコンダクタ１の場合と同様に、コレクタ２３は、混合される信号又は増幅オーダ又はキャリア信号その他の入力装置２８に接続することができる。
【０００９】
トランスコンダクタ２０は、図２Ｂに示すように、入力ベース−エミッタ電圧Ｖに従って利得Ｇのエクスポネンシャル特性を示す。これは、図２Ｃに示すように、入力信号の関数として変化する出力信号電流の静的成分（又は平均電流）
【数１】
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を得ることを可能とする。従って、出力信号電流ＩＯＵＴのダイナミック成分はもはやバイアス信号により制限されず、平均電流に従い又はこれを越える。
【００１０】
電話への応用の例では、標準が変更されたときに、ユーザーが所定の装置を維持することができるように、周波数範囲毎にひとつの混合器が機能毎にもうけられなければならない。この解決は携帯装置の小形化に反する。
【００１１】
従って、図１Ａのトランスコンダクタ１と同様のトランスコンダクタで形成されるクラスＡ混合器を使用することが考えられる。これはリニアな部品を使わなければならず、トランジスタ２がリニアな状態で動作するために高い定電流（ソース６）が課される。この解決は多くの欠点を有する。特に、この混合器はクラスＡＢトランスコンダクタで形成されるクラスＡＢ混合器と比較すると直線性が劣る。さらに、これは、高い電力消費が代償として得られる。そのような電力消費は小さな信号に対しても、必要ないにもかかわらず存在する。特に、これは、マルチモードトランシーバ装置で使用される多数のトランスコンダクタが欠点となる。従って、必要な電源は大きくなり、頻繁な再充電が必要となり、これは装置のモバイルな性質と合致しない。さらに、小さな信号に対しては不必要でさえある高い電力消費は、熱パワーの形態の放散の制限を課する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的はマルチモードトランスコンダクタを提供することにある。
【００１３】
本発明の目的は、入力信号レベルに従って、クラスＡ又はクラスＡＢトランスコンダクタとして動作するトランスコンダクタを提供することにある。
【００１４】
本発明の目的は、電力消費レベルを動作に必要なレベルに自動的に調節するトランスコンダクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、処理される入力信号に従って非直線クラスＡ動作又は直線クラスＡＢ動作を自動的に選択し、電源からの電流をその動作に必要なレベルに自動的に調節する手段を有する、トランスコンダクタを提供する。
【００１６】
本発明の実施例によると、トランスコンダクタは、少なくとも２つのバイポーラトランジスタを有し、該トランジスタの共通ベースはトランスコンダクタの第１入出力端子を定義し、該トランジスタの相互接続されたコレクタはトランスコンダクタの第２入出力端子を定義し、該トランジスタのエミッタは対応するインピーダンスにより低電圧基準線（ＧＮＤ）に個別に接続され、該トランジスタのベースは同じＤ．Ｃ．電流源に接続される。
【００１７】
本発明の実施例によると、２つのバイポーラトランジスタのエミッタの個別接続のインピーダンスは単に抵抗性である。
【００１８】
本発明の実施例によると、前記ベースは分離抵抗によりＤ．Ｃ．電流源に接続される。
【００１９】
本発明の実施例によると、前記分離抵抗の、基準線（ＧＮＤ）への前記エミッタの個別接続の抵抗に対する比は異なる。
【００２０】
本発明の実施例によると、２つのバイポーラトランジスタは異なるサイズであり、それらの各エミッタの電圧基準線（ＧＮＤ）への個別抵抗性接続のインピーダンスは、対応する抵抗器により実現される。
【００２１】
本発明の実施例によると、前記Ｄ．Ｃ．電流源は、高電源線（ＶＣＣ）と低電圧基準線（ＧＮＤ）の間の接続により形成され、該接続は、Ｄ．Ｃ．電流源と、所定タイプの第１のバイポーラトランジスタを有し、該電流源と第１トランジスタとの結合点は第１トランジスタと同じタイプの第２のバイポーラトランジスタのベースに接続され、第１トランジスタのコレクタ／エミッタ端子は高電源線（ＶＣＣ）に接続され、そのエミッタ／コレクタ端子は第１トランジスタのべースに接続されて電流源出力を形成する。
【００２２】
本発明の実施例によると、第１のバイポーラトランジスタのベースと第２のバイポーラトランジスタのエミッタ／コレクタ端子の間に抵抗器が挿入されてＤ．Ｃ．電流源の出力を形成する。
【００２３】
本発明は、さらに、前記実施例のひとつによるトランスコンダクタにより形成される、混合器又はパワー増幅器又は低ノイズ増幅器の入出力ステージを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の理解に必要な素子のみが示され記述される。特に、本発明のトランスコンダクタの上流及び下流の回路は詳述せず本発明の目的ではない。本発明は入出力信号にかかわらず適用可能である。さらに、同じ素子は異なる図面で同じ符号で示される。さらに、図１Ｂ，１Ｃ，２Ｂ，２Ｃ，３Ｂ，３Ｃの特性は一定比率では図示しない。
【００２５】
図３Ａは本発明によるクラスＡＢトランスコンダクタの構造を示す。
【００２６】
トランスコンダクタ３０は例えばＮＰＮの同じタイプの２つのバイポーラトランジスタ３１，３２をふくむ。トランジスタ３１，３２のベース３３，３４は共通点で接続される。共通ベース３３−３４は入出力端子を形成し、入力信号ＩＮを受け取る。無線周波タイプの入力信号ＩＮはキャパシタ３５により減結合される。共通ベース３３−３４は、さらに、分離抵抗３６により、Ｄ．Ｃ．電流源５０に接続される。トランジスタ３１，３２のコレクタは相互接続されて出入力端子３７を形成する。トランジスタ３１，３２のエミッタ３８，３９は、各々の抵抗接続により電圧基準線ＧＮＤに別々に接続される。図３Ａに示す接続の抵抗は、基準線ＧＮＤとトランジスタ３１，３２のエミッタ３８，３９の間に、各々、抵抗４０，４１を挿入することにより示す。
【００２７】
図３ＡはＤ．Ｃ．電流源５０の可能な例を示す。電流源５０は、高い電圧供給線ＶＣＣと基準線ＧＮＤの間に、電流源５１（例えばＭＯＳトランジスタを基準とする回路）とＮＰＮバイポーラトランジスタ５２の直列回路を有する。トランジスタ５２はそのコレクタ５３により電流源５１に接続され、そのエミッタ５４により基準線ＧＮＤに接続される。抵抗５５がエミッタ５４と基準線ＧＮＤの間に挿入される。トランジスタ５２のベースは分離抵抗５７の第１端子５６に接続される。分離抵抗５７の第２端子は対応する分離抵抗３６によりベース３３，３４に接続される。電流源５０は、さらに、ＮＰＮトランジスタ５９をふくみ、そのベースはコレクタ５３に接続され、従って、電流源５１に接続される。上記トランジスタ５９のエミッタは分離抵抗５７の第２端子５８に接続され、コレクタは高電圧源ＶＣＣに接続される。
【００２８】
分離抵抗３６と抵抗接続４０，４１の値は下記の条件で選択される。
【００２９】
分離抵抗３６は、Ｄ．Ｃ．電流源５０を入力信号ＩＮの変化から分離することを保証するために、十分に高い値をもつべきである。実際、分離抵抗３６が小さすぎると、電流源５０からのノイズが共通ベース３３−３４に到達する。しかし、分離抵抗３６は、トランジスタ３１，３２のバイアスに必要なＤ．Ｃ．電流の通過を可能にするために十分に小さくなければならない。
【００３０】
抵抗接続の抵抗４０と４１の選択は分離抵抗３６の値の選択に従って次のように行われる。一方では、トランジスタ３１と３２は異なるトランスコンダクタンス、つまり、バイアス電流と変性抵抗の異なる積を示さなければならない。使用されるトランスコンダクタンス値の決定は例えばいわゆるボルテラ（Ｖｏｌｔｅｒｒａ）展開により行われる。
【００３１】
本発明の実施例によると、全てのトランジスタは同じである。
【００３２】
次に、トランスコンダクタ３０の動作を図３Ｂと図３Ｃにより説明する。図３Ｂは、図１Ｂと図２Ｂに比較され、入出力電圧Ｖによるステージの利得Ｇを示す。図３Ｃは、図１Ｃと図２Ｃに比較され、同じ入力電圧Ｖに対するトランスコンダクタ出力電流ＩＯＵＴの変化を示す。考慮される入力電圧Ｖは並列のトランジスタ３１，３２に印加されるベース−エミッタ電圧である。トランスコンダクタの利得は値ｇ５で一定に保たれる。しかし、各トランジスタ３１，３２はクラスＡＢステージの特有の利得ｇ３，ｇ４特性をもつ。特に、与えられたスレッシュホールドＶ０の先では、各利得ｇ３，ｇ４は変動する。本発明によるマルチプルトランスコンダクタンスの実施は同じ振幅で逆の変化を得ることを可能とする。例えば、利得ｇ３はスレッシュホールドＶ０から増加するのに対し、利得ｇ４は減少する。
【００３３】
小さな入力信号に対しては、トランスコンダクタはＡクラスの動作をする。静的出力電流信号
【数２】
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は、入力信号変化を考慮せずに一定を保つ。与えられた入力パワーを越えると、トランスコンダクタは、入力パワーつまり電圧Ｖにかかわらず、クラスＡＢで動作する。出力信号ＩＯＵＴは入力信号に対してエクスポネンシャルに変化する。同時に、ソース５０によりソースからサンプルされる電流レベルＧＮＤ−ＶＣＣ（図示なし）は、トランスコンダクタがクラスＡ又はクラスＡＢで動作しても、最小値ＩＤＣで一定に保たれる。トランスコンダクタの静的電流
【数３】
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は、最小値がバイアスソース５０により設定され、トランスコンダクタがクラスＡＢ動作モードに切換わると入力信号に従ってエクスポネンシャルに変化する。
【００３４】
従って、本発明は、入力信号に従って、クラスＡ動作からクラスＡＢ動作に、又はこの逆に、自動的に切換わるトランスコンダクタを提供する。
【００３５】
従って、上述の回路は、入力信号の規格にかかわらず、混合器、低ノイズ増幅器又はパワー増幅器の入力ステージとして好適に使用することができる。従って、単一の入力ステージがマルチモード応用に使用することができる。従って、動作モードに従ってステージを特別に製造すること、つまり、モードの数に等しい数の特別の製造ラインを提供することは、もはや必要ではない。
【００３６】
さらに、電力消費は、動作モードに従って、トランスコンダクタの必要値に自動的に調節され制限される。
【００３７】
さらに、クラスＡＢ動作の場合に、本発明によるマルチモードトランスコンダクタは、従来のクラスＡＢトランスコンダクタよりも優れた直線性を示す。実際、マルチモードトランスコンダクタンスの接続は、従来のクラスＡＢトランスコンダクタよりも小さな相互変調積を得ることを可能とする。
【００３８】
もちろん、本発明は当業者に容易な種々の変更、修飾、改良が可能である。特に、本発明は２つのトランスコンダクタンスをふくむ等価トランスコンダクタの場合について記述した。しかし、トランジスタの数を増加させることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】従来のクラスＡトランスコンダクタの回路図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａのトランスコンダクタの特性を示す。
【図１Ｃ】図１Ａのトランスコンダクタの特性を示す。
【図２Ａ】従来のクラスＡＢトランスコンダクタの回路図を示す。
【図２Ｂ】図２Ａのトランスコンダクタの特性を示す。
【図２Ｃ】図２Ａのトランスコンダクタの特性を示す。
【図３Ａ】本発明によるトランスコンダクタの回路図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａのトランスコンダクタの入力電圧に対する利得の特性を示す。
【図３Ｃ】図３Ａのトランスコンダクタの入力電圧に対する出力電流の特性を示す。
【符号の説明】
【００４０】
３０  トランスコンダクタ
３１，３２  トランジスタ
３３，３４  共通ベース
３５  キャパシタ
３６  分離抵抗
３７  出入力端子
３８，３９  エミッタ
４０，４１  抵抗
５０  電流源
５１  電流源
５２  第１トランジスタ
５３  コレクタ
５４  エミッタ
５５  抵抗
５６  ベース
５７  分離抵抗
【図１Ａ】
2005518126.tif 000006
【図１Ｂ】
2005518126.tif 000007
【図１Ｃ】
2005518126.tif 000008
【図２Ａ】
2005518126.tif 000009
【図２Ｂ】
2005518126.tif 000010
【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
2005518126.tif 000012
【図３Ｂ】
2005518126.tif 000013
【図３Ｃ】
2005518126.tif 000014
【国際調査報告】
2005518126.tif 000015
2005518126.tif 000016
2005518126.tif 000017
2005518126.tif 000018
2005518126.tif 000019
2005518126.tif 000020