(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力端子が共通に接続され、入力信号の振幅を示す振幅信号で動作個数が制御され、前記入力信号の位相を示す位相信号に基づく出力信号を出力する複数の単位増幅器と、
前記複数の単位増幅器のそれぞれにおける出力電流を制御する出力電流制御部と、を有し、
前記複数の単位増幅器は、それぞれ、
前記出力端子とグランドとの間に直列に接続される第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを有し、
前記第１のトランジスタは、前記位相信号を第１のゲートで受け、
前記第２のトランジスタは、前記出力電流制御部で生成される制御信号を第２のゲートで受け、前記制御信号に基づき、前記出力端子に流れる前記出力電流を決定し、
前記出力電流制御部は、
電源と前記グランドとの間に直列に接続された、第１の抵抗と、第１の電流が流れる第１の回路と、
前記電源と前記グランドとの間に直列に接続された、第２の抵抗と、前記第１の電流に対して前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の値の比率に基づいた大きさの第２の電流が流れる第２の回路と、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗に印加される電圧が等しくなるように、前記第２の電流の大きさを制御する前記制御信号を、前記第２の回路に供給するとともに、前記制御信号を前記第２のゲートに供給する演算増幅器と、
を有し、
前記第１の回路及び前記第２の回路は、それぞれ、前記複数の単位増幅器のそれぞれのレプリカ回路である、
ことを特徴とする電力増幅回路。
【請求項２】
前記第１の回路は、前記第１の抵抗と直列に接続された第３のトランジスタと第４のトランジスタを有し、
前記第２の回路は、前記第２の抵抗と直列に接続された第５のトランジスタと第６のトランジスタを有し、
前記第３のトランジスタの第３のゲートには、バイアス電圧が印加され、
前記第５のトランジスタの第５のゲートには、前記制御信号が供給され、
前記第４のトランジスタの第４のゲート及び前記第６のトランジスタの第６のゲートには、前記位相信号の電圧値に基づく第１のオン電圧が印加される、ことを特徴とする請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項３】
前記出力電流制御部は、電流源と前記グランドとの間に直列に接続された、第７のトランジスタと第８のトランジスタを含む第３の回路を有し、
前記第７のトランジスタの第７のゲートは、前記電流源及び前記第３のゲートに接続され、前記第８のトランジスタの第８のゲートには、前記第１のオン電圧が印加される、ことを特徴とする請求項２に記載の電力増幅回路。
【請求項４】
前記第１の回路は、前記第１の抵抗と直列に接続された第３のトランジスタを有し、
前記第２の回路は、前記第２の抵抗と直列に接続された第５のトランジスタを有し、
前記第３のトランジスタの第３のゲートには、バイアス電圧が印加され、
前記第５のトランジスタの第５のゲートには、前記制御信号が供給される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項５】
前記出力電流制御部は、電流源と前記グランドとの間に接続された、第７のトランジスタを含む第３の回路を有し、
前記第７のトランジスタの第７のゲートは、前記電流源及び前記第３のゲートに接続されていることを特徴とする請求項２または４に記載の電力増幅回路。
【請求項６】
前記第５のトランジスタと前記第６のトランジスタは、複数設けられ、前記第６のトランジスタの前記第６のゲートの少なくとも１つには、前記第１のオン電圧の代わりに、前記第６のトランジスタをオン状態にするかオフ状態にするか切り替える切り替え信号が入力される、ことを特徴とする請求項２に記載の電力増幅回路。
【請求項７】
前記第２の抵抗は、可変抵抗であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の電力増幅回路。
【請求項８】
前記入力信号から、前記振幅信号を生成する振幅信号生成部と、前記入力信号から前記位相信号を生成する位相信号生成部とを有し、ポーラ変調方式で電力増幅を行う、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の電力増幅回路。
【請求項９】
出力端子が共通に接続され、入力信号の振幅を示す振幅信号で動作個数が制御され、前記入力信号の位相を示す位相信号に基づく出力信号を出力する複数の単位増幅器と、前記複数の単位増幅器のそれぞれにおける出力電流を制御する出力電流制御部と、を有し、前記複数の単位増幅器は、それぞれ、前記出力端子とグランドとの間に直列に接続される第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを有し、前記第１のトランジスタは、前記位相信号を第１のゲートで受け、前記第２のトランジスタは、前記出力電流制御部で生成される制御信号を第２のゲートで受け、前記制御信号に基づき、前記出力端子に流れる前記出力電流を決定する、電力増幅回路と、
前記出力電流制御部に対して、前記出力電流を小さくするまたは大きくすることを指示する制御部と、
を有し、
前記出力電流制御部は、
電源と前記グランドとの間に直列に接続された、第１の抵抗と、第１の電流が流れる第１の回路と、
前記電源と前記グランドとの間に直列に接続された、第２の抵抗と、前記第１の電流に対して前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の値の比率に基づいた大きさの第２の電流が流れる第２の回路と、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗に印加される電圧が等しくなるように、前記第２の電流の大きさを制御する前記制御信号を、前記第２の回路に供給するとともに、前記制御信号を前記第２のゲートに供給する演算増幅器と、を有し、
前記出力電流制御部は、前記制御部の指示に基づいた前記制御信号を生成し、
前記第１の回路及び前記第２の回路は、それぞれ、前記複数の単位増幅器のそれぞれのレプリカ回路である、
ことを特徴とする半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅回路及び半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の送信機には、信号を増幅して空中に電波を送信するために、電力増幅回路が使用される。
電力増幅回路として、スイッチドモード（Switched mode）電力増幅回路がある。また、スイッチドモード電力増幅回路として、ポーラ変調方式がある。ポーラ変調方式は、変調波信号を、位相信号と振幅信号に分けて、位相信号で電力増幅器を駆動し、振幅信号で、例えば、複数の単位増幅器の動作ユニット数を制御する方式である。スイッチドモード電力増幅回路は、スイッチとして動作するため素子特性のばらつきの影響を受けにくく、また、低電源電圧でも安定に動作することから、微細プロセスを使用した半導体集積回路に適する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００９／１５１０９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、振幅信号で複数の単位増幅器の動作ユニット数を制御する方式の電力増幅回路では、平均出力電力を小さくしようとした場合、振幅信号のデジタルコードを小さくして制御する単位増幅器の個数を少なくすることが考えられる。しかしその場合、振幅信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が小さくなり、電力増幅回路の出力電力のＳＮＲも小さくなってしまう。これにより、広い電力範囲での精度のよい電力制御が難しくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の一観点によれば、出力端子が共通に接続され、入力信号の振幅を示す振幅信号で動作個数が制御され、前記入力信号の位相を示す位相信号に基づく出力信号を出力する複数の単位増幅器と、前記複数の単位増幅器のそれぞれにおける出力電流を制御する出力電流制御部と、を有し、前記複数の単位増幅器は、それぞれ、前記出力端子とグランドとの間に直列に接続される第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを有し、前記第１のトランジスタは、前記位相信号を第１のゲートで受け、前記第２のトランジスタは、前記出力電流制御部で生成される制御信号を第２のゲートで受け、前記制御信号に基づき、前記出力端子に流れる前記出力電流を決定する、電力増幅回路が提供される。【０００６】
また、発明の一観点によれば、出力端子が共通に接続され、入力信号の振幅を示す振幅信号で動作個数が制御され、前記入力信号の位相を示す位相信号に基づく出力信号を出力する複数の単位増幅器と、前記複数の単位増幅器のそれぞれにおける出力電流を制御する出力電流制御部と、を有し、前記複数の単位増幅器は、それぞれ、前記出力端子とグランドとの間に直列に接続される第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを有し、前記第１のトランジスタは、前記位相信号を第１のゲートで受け、前記第２のトランジスタは、前記出力電流制御部で生成される制御信号を第２のゲートで受け、前記制御信号に基づき、前記出力端子に流れる前記出力電流を決定する、電力増幅回路と、前記出力電流制御部に対して、前記出力電流を小さくするまたは大きくすることを指示する制御部と、を有し、前記出力電流制御部は、前記制御部の指示に基づいた前記制御信号を生成する、半導体集積回路が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
開示の電力増幅回路及び半導体集積回路によれば、広範囲の電力制御を精度よく行える。
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電力増幅回路の一例を示す図である。
【図２】振幅信号と位相信号及び電力増幅回路の出力信号の一例を示す図である。
【図３】振幅信号の一例を示す図である。
【図４】図３の振幅信号が入力されたときの電力増幅回路の出力信号の一例を示す図である。
【図５】振幅信号の他の例を示す図である。
【図６】図５の振幅信号が入力されたときの電力増幅回路の出力信号の一例を示す図である。
【図７】出力電流制御信号（電圧Ｖｃ）と出力電力との関係を示すシミュレーション結果の例を示す図である。
【図８】出力電流制御部の一例を示す図である。
【図９】抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の値の比率と出力電流制御信号である電圧Ｖｃ及び出力電力の関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１０】可変抵抗を適用した出力電流制御部の一例を示す図である。
【図１１】定電流源を用いてバイアス電圧を生成するレプリカ回路を含む出力電流制御部の一例を示す図である。
【図１２】定電流源を用いてバイアス電圧を生成するレプリカ回路を含む出力電流制御部の他の例を示す図である。
【図１３】レプリカ回路を簡略化した出力電流制御部の一例を示す図である。
【図１４】出力電流の粗調整機能を有した出力電流制御部の一例を示す図である。
【図１５】ユニットＰＡの１つ目の変形例を示す図である。
【図１６】ユニットＰＡの２つ目の変形例を示す図である。
【図１７】電力増幅回路の適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、電力増幅回路の一例を示す図である。
本実施の形態の電力増幅回路１は、ポーラ変調方式で電力増幅を行う回路である。
【００１０】
電力増幅回路１は、振幅信号生成部２、位相信号生成部３、単位増幅器（以下ユニットＰＡと呼ぶ）４ａ１，４ａ２，…，４ａｎ、出力電流制御部５ａを有する。
振幅信号生成部２は、入力信号を受け、入力信号の振幅を示す振幅信号を生成する。
【００１１】
位相信号生成部３は、入力信号を受け、入力信号の位相を示す位相信号を生成する。
ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎは、出力端子が共通に接続され、振幅信号で動作個数が制御され、位相信号に基づく出力信号を出力する。
【００１２】
出力電流制御部５ａは、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎのそれぞれにおける出力電流を制御する。
図１には、さらに、ユニットＰＡ４ａ１の一例が示されている。他のユニットＰＡ４ａ２〜４ａｎも同様の回路であるが、図示が省略されている。
【００１３】
ユニットＰＡ４ａ１は、トランジスタｔｒ１，ｔｒ２、インバータ回路ｉｎｖ１、スイッチｓｗ１，ｓｗ２を有している。
トランジスタｔｒ１，ｔｒ２は、図１の例では、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、ユニットＰＡ４ａ１の出力端子とグランド（基準電源端子）との間に直列に接続されている。
【００１４】
トランジスタｔｒ１のゲートはスイッチｓｗ１を介して位相信号生成部３に接続されている。また、トランジスタｔｒ１のゲートは、スイッチｓｗ２を介してグランドに接続されている。トランジスタｔｒ１のソースはグランドに接続され、ドレインは、トランジスタｔｒ２のソースに接続されている。トランジスタｔｒ２のドレインは、ユニットＰＡ４ａ１の出力端子に接続されている。また、トランジスタｔｒ２は、出力電流制御信号（電圧Ｖｃ）をゲートで受け、出力電流制御信号に基づき、ユニットＰＡ４ａ１の出力端子に流れる出力電流を決定する。
【００１５】
スイッチｓｗ１は、振幅信号生成部２で生成される振幅信号の値（１ビットのデジタル値）によって制御され、スイッチｓｗ２は、インバータ回路ｉｎｖ１によって論理レベルが反転された制御信号によって制御される。例えば、振幅信号の値が“１”のときは、スイッチｓｗ１はオン、スイッチｓｗ２はオフし、位相信号の値によって、トランジスタｔｒ１はオンまたはオフする。この場合、ユニットＰＡ４ａ１は増幅器として動作する。
【００１６】
一方、振幅信号の値が“０”のときは、スイッチｓｗ１はオフ、スイッチｓｗ２はオンし、位相信号にかかわらず、トランジスタｔｒ１はオフ状態となり、ユニットＰＡ４ａ１は動作しない（増幅器として機能しない）。
【００１７】
なお、スイッチｓｗ１，ｓｗ２についても、例えば、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴにより実現できる。
以下、本実施の形態の電力増幅回路１の動作例を説明する。
【００１８】
図２は、振幅信号と位相信号及び電力増幅回路の出力信号の一例を示す図である。
図２では、時間軸上での各信号の一例が示されている。振幅信号は、入力信号の振幅をデジタル値で表したものであり、振幅信号の値が大きいときは、多くのユニットＰＡが動作し、振幅信号の値が小さいときは、ユニットＰＡの動作数は少なくなる。これによって、Ｈ（High）レベル及びＬ（Low）レベルの値の遷移を繰り返す位相信号から、図２に示すように振幅が変化する出力信号が得られる。
【００１９】
以下、このような電力増幅回路１で、出力電力を変化させる場合の動作について説明する。まず、比較例として、振幅信号でユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの制御数を変えることで出力電力を変化させる場合について説明する。
【００２０】
図３は、振幅信号の一例を示す図である。
横軸は時間、縦軸はデジタル値を示している。
図３の振幅信号の例では、０から１２までのデジタル値をもつ振幅信号が示されている。デジタル値はユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの動作個数を表している。デジタル値が１２の場合が、最も多くのユニットＰＡが動作する。例えば、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの個数ｎが１２個の場合には、すべてのユニットＰＡ４ａ１〜４ａ１２が動作することになる。逆にデジタル値が０の場合は、すべてのユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎは動作しない。
【００２１】
図４は、図３の振幅信号が入力されたときの電力増幅回路の出力信号の一例を示す図である。
横軸は時間、縦軸は振幅を示している。
【００２２】
出力信号の振幅は、図３に示した振幅信号に対応して、プラスとマイナス方向にそれぞれ１２段階で瞬間的な高周波信号の振幅が変化している。
平均出力電力を小さくするには、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの平均的な動作数を変えることが考えられる。
【００２３】
図５は、振幅信号の他の例を示す図である。
横軸は時間、縦軸はデジタル値を示している。
図５の振幅信号の例では、０から３までのデジタル値をもつ振幅信号が示されている。この場合、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎにおいて制御される個数（最大動作数）は３つとなる。
【００２４】
しかし、このような振幅信号はＳＮＲが小さく、ノイズ耐性が低い。
図６は、図５の振幅信号が入力されたときの電力増幅回路の出力信号の一例を示す図である。
【００２５】
横軸は時間、縦軸は振幅を示している。
出力信号の瞬間的な振幅は、図５に示した振幅信号に応じて、プラスとマイナス方向にそれぞれ３段階で変化している。このような出力信号もＳＮＲが小さく、ノイズ耐性が低い。
【００２６】
上記のような出力電力の調整方法に対して、本実施の形態の電力増幅回路１は、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの制御数は変えずに、出力電流制御信号（電圧Ｖｃ）により、各ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの出力電流を制御することで、出力電力を変える。
【００２７】
図７は、出力電流制御信号（電圧Ｖｃ）と出力電力との関係を示すシミュレーション結果の例を示す図である。
横軸は電圧Ｖｃ［Ｖ］、縦軸は出力電力［ｄＢｍ］を示している。
【００２８】
図７には、例えば、電圧Ｖｃを１．０〜０．５Ｖの範囲で変えることで、出力電力を−２０ｄＢの範囲で調整できることが示されている。
そのため、図１に示したように、出力電力を小さくする際には、出力電流制御部５ａが、電圧Ｖｃを小さくすることで、出力電流が小さくなり、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの制御数を維持したまま、出力電力を小さくすることができる。このため、出力電力を小さくする場合もノイズ耐性を劣化させることがなく、広い範囲で電力制御を精度よく行える。
【００２９】
なお、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの制御数は、必ずしも固定でなくてもよく、例えば、出力電力を小さくする際、ある大きさになるまでは、制御数を少なくし、その大きさよりも小さい範囲では、制御数を維持し、上記の方式で出力電力を小さくしてもよい。
【００３０】
以下、本実施の形態の電力増幅回路１における出力電流制御部５ａの例を説明する。
（出力電流制御部５ａの一例）
図８は、出力電流制御部の一例を示す図である。
【００３１】
出力電流制御部５ａは、抵抗Ｒ１，Ｒ２、ユニットＰＡのレプリカ回路１０，１１、演算増幅器１２を有している。
抵抗Ｒ１とレプリカ回路１０は、電源とグランドとの間に直列に接続されている。
【００３２】
レプリカ回路１０には、電流Ｉ１が流れる。
レプリカ回路１０は、抵抗Ｒ１と直列に接続されたトランジスタｔｒ３，ｔｒ４を有している。以下では、トランジスタｔｒ３，ｔｒ４は、図１に示した各ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎ内の２つのトランジスタ（例えば、図１のトランジスタｔｒ１，ｔｒ２）と同様に、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴであるものとする。
【００３３】
また、トランジスタｔｒ３のドレインは、抵抗Ｒ１の一端及び、演算増幅器１２の反転入力端子（図８中では“−”と表記されている）に接続されている。トランジスタｔｒ３のゲートには、トランジスタｔｒ３をオン状態とするためのバイアス電圧Ｖｂｉａｓが印加される。トランジスタｔｒ３のソースは、トランジスタｔｒ４のドレインに接続されている。トランジスタｔｒ４のゲートには、前述した位相信号の電圧値（Ｈレベルのときの電圧値）に基づくオン電圧（トランジスタｔｒ４をオン状態にする電圧）Ｖｈが印加される。
【００３４】
抵抗Ｒ２とレプリカ回路１１についても同様に、電源とグランドとの間に直列に接続されている。また、レプリカ回路１１には、後述の演算増幅器１２の制御により、レプリカ回路１０に流れる電流Ｉ１に対して、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の値の比率に基づいた大きさの電流Ｉ２が流れる。
【００３５】
レプリカ回路１１は、抵抗Ｒ２と直列に接続されたトランジスタｔｒ５，ｔｒ６を有している。以下では、トランジスタｔｒ５，ｔｒ６は、図１に示した各ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎ内の２つのトランジスタ（例えば、図１のトランジスタｔｒ１，ｔｒ２）と同様に、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴであるものとする。
【００３６】
トランジスタｔｒ３，ｔｒ５は、図１のユニットＰＡ４ａ１の中のトランジスタｔｒ２に対応する（ユニットＰＡ４ａ２〜４ａｎ中にも同様のトランジスタがあり、トランジスタｔｒ３，ｔｒ５に対応している）。また、トランジスタｔｒ４，ｔｒ６は、図１のユニットＰＡ４ａ１の中のトランジスタｔｒ１に対応する（ユニットＰＡ４ａ２〜４ａｎ中にも同様のトランジスタがあり、トランジスタｔｒ４，ｔｒ６に対応している）。ただ、それらは、トランジスタｔｒ１，ｔｒ２と同じサイズでも、任意数倍または任意数分の１にスケーリングされたサイズでもよい。
【００３７】
また、トランジスタｔｒ５のドレインは、抵抗Ｒ２の一端及び、演算増幅器１２の非反転入力端子（図８中では“＋”と表記されている）に接続されている。トランジスタｔｒ５のゲートは、演算増幅器１２の出力端子及び、各ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎ内の２つのトランジスタのうち、出力電流制御信号が入力される方（図１ではトランジスタｔｒ２）のゲートに接続されている。トランジスタｔｒ５のソースは、トランジスタｔｒ６のドレインに接続されている。トランジスタｔｒ６のゲートには、前述した位相信号の電圧値（Ｈレベルのときの電圧値）に基づくオン電圧（トランジスタｔｒ６をオン状態にする電圧）Ｖｈが印加される。
【００３８】
このレプリカ回路１１の動作電圧は、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの動作電圧とほぼ同じになる。そのため、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎのそれぞれにおける出力電流は、トランジスタｔｒ５とトランジスタｔｒ２、トランジスタｔｒ６とトランジスタｔｒ１がそれぞれ同じサイズの場合は、電流Ｉ２と同じ大きさになる。トランジスタｔｒ５，ｔｒ６が、トランジスタｔｒ１，ｔｒ２に対して、任意数倍または任意数分の１にスケーリングされた場合は、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎのそれぞれにおける出力電流は、電流Ｉ２に対して、任意数分の１または任意数倍になる。
【００３９】
演算増幅器１２は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２に印加される電圧が等しくなるように、レプリカ回路１１に流れる電流Ｉ２の大きさを制御する制御信号を、レプリカ回路１１に供給する。さらに、演算増幅器１２は、その制御信号を前述の出力電流制御信号として、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎのトランジスタのゲート（図１に示したユニットＰＡ４ａ１の場合は、トランジスタｔｒ２）に供給する。
【００４０】
上記のような出力電流制御部５ａにおいて、例えば、抵抗Ｒ１に対して抵抗Ｒ２の値がＡ倍であるとする。このとき、演算増幅器１２によって、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２に印加される電圧が等しくなるように、フィードバック制御されるため、レプリカ回路１１に流れる電流Ｉ２の大きさが、電流Ｉ１の大きさの１／Ａ倍となる。上記のように、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎのそれぞれにおける出力電流は、トランジスタｔｒ５とトランジスタｔｒ２、トランジスタｔｒ６とトランジスタｔｒ１がそれぞれ同じサイズの場合は、電流Ｉ２と同じ大きさになるため、出力電流は、抵抗Ｒ１が抵抗Ｒ２と等しいときに比べて１／Ａ倍となる。これによって、電力増幅回路１の出力電力も、抵抗Ｒ１が抵抗Ｒ２と等しいときに比べて１／Ａ倍にすることができる。
【００４１】
したがって、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の値の比を変えることで、振幅信号によりユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの制御数を減らさなくても出力電力を下げられ、ノイズ耐性を劣化させないため、比較的広い電力範囲で精度のよい電力制御が可能となる。
【００４２】
図９は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の値の比率と出力電流制御信号である電圧Ｖｃ及び出力電力の関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
横軸は、規格化した出力電力Ｐｏｕｔ及び抵抗Ｒ２の値に対する抵抗Ｒ１の値の割合１／Ａ［ｄＢ］、縦軸は、電圧Ｖｃ［Ｖ］を示している。出力電力Ｐｏｕｔは、電圧Ｖｃが１［Ｖ］のときに、０［ｄＢ］になるように規格化されている。
【００４３】
図９のように、割合１／Ａと、出力電力Ｐｏｕｔはよい相関を有している。
例えば、抵抗Ｒ１に対して抵抗Ｒ２の抵抗値が１０倍のとき、すなわち、割合１／Ａ＝１／１０（−２０ｄＢ）のとき、電圧Ｖｃは０．５２Ｖとなる。電圧Ｖｃが０．５２Ｖのとき、電力増幅回路１の出力電力は、割合１／Ａと同様に−２０ｄＢとなり、電圧Ｖｃが１Ｖのときと比べて２０ｄＢ減衰している。
【００４４】
なお、抵抗Ｒ２として可変抵抗を用いることもできる。
図１０は、可変抵抗を適用した出力電流制御部の一例を示す図である。
図８に示した出力電流制御部５ａと同じ要素については同一符号を付している。
【００４５】
図１０に示されている出力電流制御部５ｂでは、図８に示した出力電流制御部５ａの抵抗Ｒ２の代わりに、可変抵抗Ｒ３が設けられている。可変抵抗Ｒ３の抵抗値は、図示しない制御部によって制御される。例えば、このような出力電流制御部５ｂを含む電力増幅回路の出力電力を小さくする場合には、可変抵抗Ｒ３は抵抗値が大きくなるように制御され、出力電力を大きくする場合には、可変抵抗Ｒ３は抵抗値が小さくなるように制御される。
【００４６】
図１０に示すような出力電流制御部５ｂを用いることで、抵抗Ｒ１と可変抵抗Ｒ３の抵抗値の比率を所望に変えられるので、出力電力を精度よく所望に調整することができる。
ところで、上記の出力電流制御部５ａ，５ｂの例では、レプリカ回路１０のトランジスタｔｒ３のゲートには、任意のバイアス電圧Ｖｂｉａｓが印加されていたが、以下のようなレプリカ回路で生成するようにしてもよい。
【００４７】
図１１は、定電流源を用いてバイアス電圧を生成するレプリカ回路を含む出力電流制御部の一例を示す図である。
図１０に示した出力電流制御部５ｂと同じ要素については同一符号を付している。
【００４８】
図１１に示されている出力電流制御部５ｃは、図１０に示した出力電流制御部５ｂの要素に加えて、電源に接続された定電流源１３とレプリカ回路１４を有している。レプリカ回路１４は、定電流源１３とグランドとの間に直列に接続されたトランジスタｔｒ７とトランジスタｔｒ８を有している。
【００４９】
図１１の例では、トランジスタｔｒ７，ｔｒ８は、図１に示した各ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎ内の２つのトランジスタ（例えば、図１のトランジスタｔｒ１，ｔｒ２）と同様に、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。トランジスタｔｒ７は、図１のトランジスタｔｒ２と、トランジスタｔｒ８は、図１のトランジスタｔｒ１とそれぞれ同じサイズでもよいし、任意数倍または任意数分の１にスケーリングされてもよい。
【００５０】
また、トランジスタｔｒ７のドレインは、自身のゲート、定電流源１３及びレプリカ回路１０のトランジスタｔｒ３のゲートに接続されている。トランジスタｔｒ７のソースは、トランジスタｔｒ８のドレインに接続されている。トランジスタｔｒ８のゲートには、前述した位相信号の電圧値（Ｈレベルのときの電圧値）に基づくオン電圧（トランジスタｔｒ８をオンにする電圧）Ｖｈが印加される。
【００５１】
上記の出力電流制御部５ｃでは、定電流源１３によって、レプリカ回路１４に流れる電流Ｉ３は安定な値となり、レプリカ回路１４とレプリカ回路１０は、連動した電流が流れるため、例えば、トランジスタｔｒ３，ｔｒ４とトランジスタｔｒ７，ｔｒ８が同じサイズの場合は、電流Ｉ１は電流Ｉ３と等しくなり、安定な値となる。
【００５２】
このような出力電流制御部５ｃでは、製造ばらつきや環境温度の変化などでトランジスタｔｒ３の閾値が変わっても、電流Ｉ１は上記の作用によって安定な値に保たれる。電流Ｉ２は、抵抗Ｒ１と可変抵抗Ｒ３の値の比率に基づき、安定な電流Ｉ１から求められるようになるため、各ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎ内の出力電流も製造ばらつきや環境温度の変化などに対して安定になる。
【００５３】
なお、図１１に示した出力電流制御部５ｃにおいて、トランジスタｔｒ８については設けなくてもよい。
図１２は、定電流源を用いてバイアス電圧を生成するレプリカ回路を含む出力電流制御部の他の例を示す図である。
【００５４】
図１１に示した出力電流制御部５ｃと同じ要素については同一符号を付している。
図１２に示されている出力電流制御部５ｄでは、定電流源１３に接続されているレプリカ回路１４ａは、図１１に示した出力電流制御部５ｃのレプリカ回路１４と同様に、トランジスタｔｒ７は設けられているが、トランジスタｔｒ８は設けられていない。すなわち、トランジスタｔｒ７のソースはそのままグランドに接続されている。
【００５５】
このような出力電流制御部５ｄを用いることで、出力電流制御部５ｃを用いる場合よりも多少精度は落ちるが、同様の効果が得られる。また、出力電流制御部５ｃを用いる場合よりも回路規模を縮小できる。
【００５６】
レプリカ回路１０，１１についても同様に、トランジスタｔｒ４，ｔｒ６については設けなくてもよい。
図１３は、レプリカ回路を簡略化した出力電流制御部の一例を示す図である。
【００５７】
図１０に示した出力電流制御部５ｂと同じ要素については同一符号を付している。
図１３に示されている出力電流制御部５ｅでは、レプリカ回路１０ａ，１１ａは、図１０に示した出力電流制御部５ｂのレプリカ回路１０，１１と同様に、トランジスタｔｒ３，ｔｒ５は設けられているが、トランジスタｔｒ４，ｔｒ６は設けられていない。すなわち、トランジスタｔｒ３，ｔｒ５のソースはそのままグランドに接続されている。
【００５８】
このような出力電流制御部５ｅを用いることで、出力電流制御部５ｂを用いる場合よりも多少精度は落ちるが、同様の効果が得られる。また、出力電流制御部５ｂを用いる場合よりも回路規模を縮小できる。
【００５９】
なお、このような出力電流制御部５ｅのレプリカ回路１０ａのトランジスタｔｒ３のゲートに対して、図１１または図１２に示したような定電流源１３及びレプリカ回路１４，１４ａを接続するようにしてもよい。
【００６０】
また、上記では、抵抗Ｒ２や可変抵抗Ｒ３の抵抗値を変えることで、電流Ｉ２を変化させて、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの出力電流を調整して、出力電力を変化させる例を説明したが、以下のように電流Ｉ２（以下では電流Ｉ４）を変化させるようにしてもよい。
【００６１】
図１４は、出力電流の粗調整機能を有した出力電流制御部の一例を示す図である。
図１０に示した出力電流制御部５ｂと同じ要素については同一符号を付している。
図１０に示した出力電流制御部５ｂでは、レプリカ回路１１は、制御信号を受けるトランジスタｔｒ５とそれに直列に接続されるトランジスタｔｒ６は、それぞれ１つであった。これに対し、図１４に示されている出力電流制御部５ｆは、制御信号を受けるトランジスタｔｒ５１，ｔｒ５２，ｔｒ５３を複数有し、さらに、トランジスタｔｒ５１〜ｔｒ５３に直列に接続される複数のトランジスタｔｒ６１，ｔｒ６２，ｔｒ６３を有している。なお、トランジスタｔｒ５１〜ｔｒ５３及びトランジスタｔｒ６１〜ｔｒ６３の数はそれぞれ２つ以上であってもよい。
【００６２】
トランジスタｔｒ５１〜ｔｒ５３のドレインは、可変抵抗Ｒ３の一端及び、演算増幅器１２の非反転入力端子（図１４中では“＋”と表記されている）に接続されている。トランジスタｔｒ５１〜ｔｒ５３のゲートは、演算増幅器１２の出力端子及び、各ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎ内の２つのトランジスタのうち、出力電流制御信号が入力される方（図１ではトランジスタｔｒ２）のゲートに接続されている。トランジスタｔｒ５１〜ｔｒ５３のソースは、トランジスタｔｒ６１〜ｔｒ６３のドレインに接続されている。
【００６３】
トランジスタｔｒ６１のゲートには、前述した位相信号の電圧値（Ｈレベルのときの電圧値）に基づくオン電圧（トランジスタｔｒ６１をオンにする電圧）Ｖｈが印加される。トランジスタｔｒ６２，ｔｒ６３のゲートには、制御部２０から、トランジスタｔｒ６２，ｔｒ６３をオン状態にするかオフ状態にするか切り替える切り替え信号が入力される。また、トランジスタｔｒ６１〜ｔｒ６３のソースはグランドに接続されている。
【００６４】
このような出力電流制御部５ｆでは、トランジスタｔｒ６２，ｔｒ６３をオン状態またはオフ状態にするかによって、レプリカ回路１１ｂに流れる電流Ｉ４（及びユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの出力電流）の値を比較的粗く変化させることができる。電流Ｉ４の値の粗い調整は、上記のように、トランジスタｔｒ６２，ｔｒ６３をオン状態またはオフ状態にするかによって行われ、細かい調整は、可変抵抗Ｒ３の制御によって行われる。なお、制御部２０が可変抵抗Ｒ３の値を制御するようにしてもよい。
【００６５】
これによって、出力電流制御部５ｆを有する電力増幅回路の出力電力を比較的粗く調整することができる。
なお、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの回路は、図１に示したものに限定されない。以下、ユニットＰＡ４ａ１〜４ａｎの変形例を説明する。
【００６６】
図１５は、ユニットＰＡの１つ目の変形例を示す図である。
図１に示したユニットＰＡ４ａ１の例では、振幅信号は、位相信号にかかわらずトランジスタｔｒ１をオフ状態にするか否かで、ユニットＰＡ４ａ１を動作させるか否か制御していたが、これに限定されない。図１５に示されているユニットＰＡ４ｂ１では、振幅信号は、出力電流制御信号（電圧Ｖｃ）にかかわらずトランジスタｔｒ２をオフ状態にするか否かで、ユニットＰＡ４ｂ１を動作させるか否か制御している。
【００６７】
トランジスタｔｒ２のゲートにはスイッチｓｗ３を介して出力電流制御信号が入力される。また、トランジスタｔｒ２のゲートは、スイッチｓｗ４を介してグランドに接続されている。
【００６８】
スイッチｓｗ３は、振幅信号の値（１ビットのデジタル値）によって制御され、スイッチｓｗ４は、インバータ回路ｉｎｖ２によって論理レベルが反転された制御信号によって制御される。例えば、振幅信号の値が“１”のときは、スイッチｓｗ３はオン、スイッチｓｗ４はオフし、出力電流制御信号によって、トランジスタｔｒ２はオンまたはオフする。この場合、ユニットＰＡ４ｂ１は増幅器として動作する。
【００６９】
一方、振幅信号の値が“０”のときは、スイッチｓｗ３はオフ、スイッチｓｗ４はオンし、出力電流制御信号にかかわらず、トランジスタｔｒ２はオフ状態となり、ユニットＰＡ４ｂ１は動作しない（増幅器として機能しない）。
【００７０】
なお、トランジスタｔｒ１は、位相信号をゲートで受け、位相信号の値がＨレベルのときはオン、Ｌレベルのときはオフする。
図１６は、ユニットＰＡの２つ目の変形例を示す図である。
【００７１】
ユニットＰＡ４ｃ１は、ユニットＰＡ４ｃ１の出力端子とグランドとの間に直列に接続された３つのトランジスタｔｒ１０，ｔｒ１１，ｔｒ１２を有している。図１６の例では、トランジスタｔｒ１０〜ｔｒ１２は、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。
【００７２】
トランジスタｔｒ１０のゲートには位相信号が入力され、トランジスタｔｒ１１のゲートには振幅信号が入力され、トランジスタｔｒ１２のゲートには出力電流制御信号が入力されている。
【００７３】
このようなユニットＰＡ４ｃ１では、振幅信号の値が“０”のときは、トランジスタｔｒ１１はオフし、出力電流制御信号や位相信号にかかわらず、ユニットＰＡ４ｃ１の出力端子には出力電流が流れず、ユニットＰＡ４ｃ１は動作しない（増幅器として機能しない）。
【００７４】
振幅信号の値が“１”のときは、トランジスタｔｒ１１はオンし、出力電流制御信号に応じた大きさの出力電流が流れる。
なお、出力電流制御信号、振幅信号、位相信号は、どのトランジスタｔｒ１０〜ｔｒ１２のゲートに入力されてもよい。例えば、出力電流制御信号がトランジスタｔｒ１０のゲートに入力され、位相信号がトランジスタｔｒ１１のゲートに入力され、振幅信号が、トランジスタｔｒ１２のゲートに入力されるようにしてもよい。
【００７５】
（電力増幅回路の適用例）
以上説明してきた電力増幅回路は、例えば、無線通信装置の半導体集積回路に適用できる。
【００７６】
図１７は、電力増幅回路の適用例を示す図である。
図１７では、端末装置である無線通信装置３０が、基地局装置４０との間で無線通信を行っている様子が示されている。
【００７７】
無線通信装置３０は、半導体集積回路３１を有しており、半導体集積回路３１は、電力増幅回路３１ａと制御部３１ｂを有している。
電力増幅回路３１ａとしては、図１に示した電力増幅回路１が適用可能である。電力増幅回路１に含まれる、出力電流制御部５ａ（図８）の代わりに、図１０〜図１４に示した出力電流制御部５ｂ〜５ｆやこれらの組み合わせを用いてもよい。
【００７８】
制御部３１ｂは、出力電流制御部に対して、出力電力を小さくするまたは大きくすることを指示する。例えば、図１０に示したような出力電流制御部５ｂが適用される場合、制御部３１ｂは、出力電力を小さくする場合には、可変抵抗Ｒ３の抵抗値を大きくし、出力電力を大きくする場合には、可変抵抗Ｒ３の抵抗値を小さくするように、可変抵抗Ｒ３を制御する。図１４に示したような出力電流制御部５ｆが適用される場合、制御部３１ｂは、前述した制御部２０の機能を行い、トランジスタｔｒ６２，ｔｒ６３のオンオフを制御する。
【００７９】
また、制御部３１ｂは、例えば、無線通信装置３０の通信特性（無線周波数、チャネル帯域、変調方式、データレートなど）を変更する機能も有する。
このような無線通信装置３０は、例えば、医療やヘルスケアなどに用いられる近距離の無線通信ネットワーク（ボディエリアネットワークなどともいわれる）で用いられる。ボディエリアネットワークの無線規格であるＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１５．６では、送信電力として比較的大きい電力（−１６ｄＢｍ）を用いることが許されている。しかし、１チャネルあたりの帯域が３００ｋＨｚしか許されていないため、データレートは低くなる。
【００８０】
一方、電波産業会で規定されている免許不要な微弱無線局などとして許容される送信電力は、数十ｄＢｍ程度の低い電力であるが、１チャネルあたり広い帯域（例えば、２．４ＭＨｚ）が利用可能である。そのため、高いデータレート（例えば、３．６Ｍｂｐｓ）で無線通信が可能である。
【００８１】
本実施の形態の電力増幅回路を適用した電力増幅回路３１ａは、小さい電力範囲でもノイズの影響を受けにくく、精度よく調整できるため、このような微弱無線局に好適である。なお、制御部３１ｂは、通信距離に応じて、電力増幅回路３１ａに出力電力を変化させ、送信電力を変えるようにしてもよい。
【００８２】
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成及び応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例及び均等物は、添付の請求項及びその均等物による本発明の範囲とみなされる。
【符号の説明】
【００８３】
１  電力増幅回路
２  振幅信号生成部
３  位相信号生成部
４ａ１〜４ａｎ  ユニットＰＡ
５ａ  出力電流制御部
ｉｎｖ１  インバータ回路
ｔｒ１，ｔｒ２  トランジスタ
ｓｗ１，ｓｗ２  スイッチ
【図１】
0006465115.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006465115.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006465115.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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