(57)【要約】  本発明は、高周波信号用増幅器配列に関する。増幅器配列は、増幅対象の高周波信号（ＲＦｉｎ）を受け取るための信号入力部（ＩＮ）と、増幅対象の高周波信号を増幅する第１の増幅装置（ＭＮ１、Ｍｎ２）であって、ドレイン回路、ソースフォロアー回路、または、それらのいずれかに相当する装置である第１の増幅装置（ＭＮ１、Ｍｎ２）と、第１の増幅装置（Ｍｎ１、Ｍｎ２）と並列の別の増幅装置（ＧＢ；Ｍｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６）であって、増幅対象の高周波信号を増幅する別の増幅装置（ＧＢ；Ｍｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６）と、第１の増幅装置（Ｍｎ１、Ｍｎ２）および別の増幅装置（ＧＢ；Ｍｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６）に増幅された高周波信号（ＲＦｏｕｔ）を出力するための信号出力部（ＯＵＴ）と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電気信号用増幅器配列であって、
増幅対象の高周波信号（ＲＦｉｎ）を受け取るための信号入力部（ＩＮ）と、
増幅対象の高周波信号を増幅する第１の増幅装置（ＭＮ１、Ｍｎ２）と、
前記第１の増幅装置（Ｍｎ１、Ｍｎ２）と並列の別の増幅装置（ＧＢ；Ｍｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６）であって、増幅対象の高周波信号を増幅し、前記第１の増幅装置（Ｍｎ１、Ｍｎ２）とは異なる増幅器配列である別の増幅装置（ＧＢ；Ｍｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６）と、
前記第１の増幅装置（Ｍｎ１、Ｍｎ２）および前記別の増幅装置（ＧＢ；Ｍｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６）に増幅された高周波信号（ＲＦｏｕｔ）を出力するための信号出力部（ＯＵＴ）と、を備える高周波電気信号用増幅器配列。 
【請求項２】
前記第１の増幅装置は、ドレイン回路、ソースフォロアー回路、エミッタフォロワ、または、それらのいずれかに相当する装置である、ことを特徴とする請求項１に記載の増幅器配列。 
【請求項３】
前記別の増幅装置（ＧＢ；Ｍｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６）は、ソース回路、ゲート回路、エミッタ回路、ベース回路、およびそれらのいずれかに相当する装置の一つまたは複数を有する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の増幅器配列。 
【請求項４】
前記別の増幅装置（ＧＢ；Ｍｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６）は、相互コンダクタンス増幅器、カスコード回路、およびそれらのいずれかに相当する装置の一つまたは複数を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の増幅器配列。 
【請求項５】
前記信号入力部（ＩＮ）と前記第１の増幅装置（Ｍｎ１、Ｍｎ２）の間、および、前記信号入力部（ＩＮ）と前記別の増幅装置（ＧＢ；Ｍｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６）の入力の間の少なくとも一方に安定化手段（ＳＮ；Ｃｓｔａｂ；Ｒｓｔａｂ；Ｃｓｔａｂ）を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の増幅器配列。 
【請求項６】
前記信号出力部（ＯＵＴ）は、負荷整合ネットワーク（ＬＮ）を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の増幅器配列。 
【請求項７】
増幅器配列は差動装置である、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の増幅器配列。 
【請求項８】
前記信号出力部（ＯＵＴ）はバラン（ＢＮ）を有する、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の増幅器配列。
【請求項９】
増幅器配列はシングルエンド配列である、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の増幅器配列。
【請求項１０】
増幅対象の高周波信号（ＲＦｉｎ）は、５０ＭＨｚ以上の周波数を持ち、好ましくは４００ＭＨｚ以上の周波数を持ち、好ましくは８００ＭＨｚ以上の周波数を持ち、特に１８００ＭＨｚから２７００ＭＨｚおよびそれ以上の周波数を持つ、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の増幅器配列。
【請求項１１】
増幅された高周波信号（ＲＦｏｕｔ）の出力は５００ミリワット以上である、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の増幅器配列。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号用増幅器配列に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号（無線周波数ＲＦ）用増幅器配列は、しばしばパワーアンプ（ＲＦ  ＰＡｓ）とも呼ばれる。
多くの点で、これらの増幅器配列は、今日の送信機（特に集積送信機）における最も要求の厳しい回路を代表するものである。
効率は線形性や低ノイズ性と同じく重要な項目であり、個々にまたは群として考慮すべき要因である。
【０００３】
特に、第三／第四世代移動通信システムなどの（ブロードバンド）無線通信システムでは、これらの要求は増幅器配列の設計に対して多大な問題を引き起こす。
ここから生じた長年にわたる研究領域の目標は、集積送信機内の集積増幅器配列を提供することである。当該研究領域は、ＣＭＯＳ技術におけるデジタル、アナログ、および高周波の部品の集積における比類の無い可能性によって推進されてきた。
【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、いくつかの理由により、ＣＭＯＳ技術は、高周波信号用増幅器配列の分野を開拓することができなかった。 
その理由の一つは、ＣＭＯＳベースの高周波増幅器配列の信頼性が常に所与のものではないことである。このことの一つの要因は、ＣＭＯＳトランジスタの破壊電圧が限られていることである。
【０００５】
別の理由は、ＣＭＯＳベースの高周波増幅器配列の線形性が常に所与のものではないことである。そのため、ＣＭＯＳベースの高周波増幅器配列をブロードバンド送信システムに使用できるのは、通常、非常に限定された範囲においてのみである。
それにもかかわらず、製造プロセスが良好に制御され、用途も広いことから、この技術における高周波増幅器配列も同様に提供できることが望ましい。更には、コスト効率の良い製造も可能である。
【０００６】
加えて、ＣＭＯＳベースの高周波増幅器配列は、ＩＩＩ−Ｖ族技術では不可能またはコストが増大してしまうような追加的な可能性も提供できる。 
このことは、いわゆるオンチップ較正の可能性も含む。オンチップ較正は、増幅器配列と関連付けられることで、増幅器配列に影響を与え、性能データに影響を与えることができる。
更には、ＣＭＯＳ技術において、完全に集積化された送信機を、一つのチップ上で製造することも可能である。
【０００７】
この分野における従前の努力は、本質的には、これらの要求のうちの一つを、他の要求の犠牲のもとに最適化するということに特徴づけられるものであった。 
例えば、いわゆる分散型アクティブ変圧器（ＤＡＴ）による改良が、電圧負荷の分散により試みられた。しかしながら、その試みにおいて、異なる増幅器のミスマッチが本質的な問題として発生した。
ところが、達成し得る効率は寧ろ小さく、多大な努力と出費を費やさない限り、線形性も同様に低いというものであった。
ＡＭ−ＦＭ位相歪み抑制のための特別な信号処理を用いれば線形性は改善できたが、そのような対処法は非常に複雑で、高コストである。 
【０００８】
他のアプローチは、複数の増幅器を伴う配列を提供する。しかしながら、この方法も効率性と線形性を犠牲にするものであり、やはり好まれない。
コモンソーストポロジーに基づくアーキテクチャーを追及する更に別のアプローチは、高度に特化された部品を必要とし、特に、集積化手法では一般的には製造できない最高品質のコイルを必要とする。
【０００９】
高品質な誘導性は、集積化されているかどうかに関わらず、常に費用を高騰させるものであるから、このアプローチはほぼ実行不可能である。外部コイルによって品質が達成できるとしても、その場合は通常、特別な封入も必要となるため、全体としてのシステムはより高価なものとなってしまう。これらのアプローチは、線形性がブロードバンド信号用には不十分であることも留意すべきである。 
【課題を解決するための手段】
【００１０】
利点に突き動かされ、前記した制限を、革新的な可能性により解決するための試みが成された。 
そうすることで、本発明者らは、ＣＭＯＳ技術のみならず、他の一連の技術にも応用可能な革新的増幅器配列であって、効率性、線形性および低騒音の要求を満たし得る増幅器配列を提供するに至った。
【００１１】
提供される解決は請求項１に述べられる。本発明の追加的な実施形態は、従属請求項の主題であるが、それらが全てではない。 
以下、図を参照して本発明を更に詳細に説明する。 
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の第１実施形態を示す。
【図２】図２は本発明の第１実施形態の変形例を示す。
【図３】図３は本発明の第２実施形態を示す。
【図４】図４は本発明の第２実施形態の変形例を示す。
【図５】図５は安定化ネットワークの実施形態を示す。
【図６】図６は本発明の実施形態で使用する安定化ネットワークの別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１実施形態を図１に示す。
高周波信号用増幅器配列は、適したソースから来る増幅対象の高周波信号ＲＦｉｎを受け取るための信号入力部ＩＮを有する。 
信号入力部ＩＮには、増幅対象の高周波信号を増幅する第１増幅装置Ｍｎ１、Ｍｎ２が接続される。
他の技術を代表するものとしてＭＯＳトランジスタＭｎ１、Ｍｎ２を図１、２に示すが、本発明は当該技術に限られない。 
例えば、トランジスタは、バイポーラトランジスタまたはＨＢＴまたはＨＥＭＴといったトランジスタまたは増幅管として実施することができる。 
【００１４】
使用する技術に応じて、第１増幅装置はドレイン回路として、あるいは、ソースフォロワ回路として、または相当する装置として接続される。
更に、別の増幅装置ＧＢが入力部ＩＮに接続される。これは、第１増幅装置Ｍｎ１、Ｍｎ２と並列に接続される。この第２増幅装置も増幅対象の高周波信号を増幅する。
更に、増幅器配列は、第１および別の増幅装置ＧＢによって増幅された高周波信号ＲＦｏｕｔを出力するための信号出力部ＯＵＴを有する。 
【００１５】
こうして、本発明は、トランジスタＭｎ１、Ｍｎ２のドレイン回路が高いレベルの線形性を示すということを有効に活用する。こうして、ドレイン回路は、出力電圧制御範囲を、ＲＦｉｎによって与えられる駆動信号レベルに制限する。
【００１６】
ドレイン回路の増幅の低さは、第２増幅装置ＧＢ（Ｇａｉｎ  Ｂｏｏｓｔｅｒ：ゲイン・ブースター）を備えることによって解消される。 
一つには、第１増幅装置の線形性がこのように維持され、更には、第２増幅装置によってゲインが与えられる。
【００１７】
この増幅器配列によれば、出力電圧制御範囲を制限しながらも、増幅器配列の１ｄＢコンプレッション・ポイントを増幅して、増幅器配列から出力ラインに対して（１Ｗ）３０ｄＢｍを供給し得ることが、実験によって明らかになった。 
第２増幅装置ＧＢは、増幅器配列のゲインを実質的に提供できるように設定される。 
結果として、高い出力を維持しながら、適度な電圧制御範囲を使用することが可能となる。
【００１８】
制御電極と第１増幅装置におけるソースの間（例えば、トランジスタＭｎ１、Ｍｎ２がＭＯＳトランジスタの場合のゲートとソースの間）に形成される静電容量によって、フィードバックが与えられる。これによって、線形特性が有利な形で確保される。
更には、追加的な安定化キャパシタを備えることができ、これは、ミラー効果によって第１増幅装置の更なる安定化に貢献する。 
【００１９】
図１に示す入力側安定化ネットワークＳＮは、例えば、安定化キャパシタＣｓｔａｂ（図６参照）、安定化キャパシタと抵抗の組み合わせＲｓｔａｂ  Ｃｓｔａｂ（図５参照）を、信号入力部ＩＮと第１増幅装置Ｍｎ１、Ｍｎ２および／または第２増幅装置ＧＢ；Ｍｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６の間に有するものとしてもよい。 
更に、図１には、更なる負荷ＲＬｏａｄがエミッタ（放射体）を代表するものとして示される。 
【００２０】
図１とは対照的に、図２の別の増幅装置ＧＢはソース回路Ｍｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６として備えられる。
他の技術を代表するものとして、図２にはＭＯＳトランジスタＭｎ３、Ｍｎ４、Ｍｎ５、Ｍｎ６が示されるが、本発明は当該技術に限定されない。
例えば、トランジスタはバイポーラトランジスタ、ＨＢＴまたはＨＥＭＴといったトランジスタまたは増幅管として備えられるものとしてよい。 
【００２１】
しかしながら、例えば、エミッタ回路、ベース回路、カスコード、それらのいずれかに相当する装置（例えば相互コンダクタンス増幅器）の一つまたは複数を備えることも可能である。
特定の形式のＭＯＳトランジスタが図示される（例えば、ドレイン回路はＰ−ＭＯＳトランジスタからなり、別の増幅装置ＧＢはＮ−ＭＯＳトランジスタからなる）が、本発明はこれに限定されない。
【００２２】
図１、２に示す本発明の実施形態は差動装置を表す。増幅装置は、バランＢＮを介して信号出力部ＯＵＴに接続される。
バランＢＮは、必要な負荷整合を提供し得る。
対照的に、図３、４は、いわゆる「シングルエンド（一方がアースされた）」回路を示す。これらは、図１、２における配列に対応する。
【００２３】
図３、４の増幅器配列は、所定の状況下で必要となり得る負荷整合ネットワークＬＮを出力側に備える。 
本増幅器配列は、特にＳｉおよび／またはＧｅおよび／またはＳｉＧｅ：Ｃ上に容易に製造することができる。従来のＣＭＯＳ技術に対して単純に統合することが可能となり、結果として、集積増幅器配列を有する集積送信機が実現化される。
あるいは、ここに示した配列は、既知のＩＩＩ−Ｖ族（例えば、ＧａＡｓやＩｎＰ）、または、真空管技術において実施しても良い。
【００２４】
ここに示した増幅器配列は、特にブロードバンド高周波信号、例えば、第三または第四世代移動通信システムに適している。それは、増幅器配列により、広い周波数帯（例えば５０ＭＨｚから２７００ＭＨｚの範囲の伝送波周波数）において十分な効率を有する線形増幅が提供可能となるからである。 
開示した増幅器配列の優れた線形特性のため、低パワー領域すなわち、増幅高周波数信号の出力（ＲＦｏｕｔ）が５００ミリワット以上での使用に非常に適している。
開示した増幅器配列は将来的にはクラスＯ増幅器として知られることになるだろう。
【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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【国際調査報告】
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