(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相補的に動作する２つの入力信号のうち一方の信号を入力する第一入力トランジスタと、該第一入力トランジスタと電源との間に縦続接続された第一カスコードトランジスタと、２つの前記入力信号のうち他方の信号を入力する第二入力トランジスタと、該第二入力トランジスタと前記第一入力トランジスタとの間に縦続接続された第二カスコードトランジスタと、を少なくとも備え、前記第一入力トランジスタと前記第二カスコードトランジスタとの接続点を出力端子として出力信号を取り出すスイッチング増幅器であって、
前記第一入力トランジスタ、前記第一カスコードトランジスタ、前記第二入力トランジスタ、前記第二カスコードトランジスタそれぞれの素子がＮ型素子であり、
前記第一カスコードトランジスタの入力端子および前記第二カスコードトランジスタの入力端子に、前記第一カスコードトランジスタの入力端子および前記第二カスコードトランジスタの入力端子の電位変動範囲を制限し、前記第一カスコードトランジスタおよび前記第二カスコードトランジスタに印加される電圧を素子耐圧以下に制限する第一電位制限回路および第二電位制限回路をそれぞれ接続して構成することを特徴とするスイッチング増幅器。
【請求項２】
前記第一入力トランジスタの入力端子と前記第一カスコードトランジスタの入力端子との間に接続する任意の容量値の第一容量素子および前記第二カスコードトランジスタの入力端子と前記出力端子との間に接続する任意の容量値の第二容量素子のうちの少なくとも一方の容量素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング増幅器。
【請求項３】
前記第一電位制限回路および前記第二電位制限回路は、それぞれの出力電位の電位変動範囲の上限を制限する上限制限回路とそれぞれの前記出力電位の電位変動範囲の下限を制限する下限制限回路との双方を備えて構成することを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング増幅器。
【請求項４】
前記第一入力トランジスタ、前記第一カスコードトランジスタ、前記第二入力トランジスタ、前記第二カスコードトランジスタそれぞれの素子の素子耐圧をＶＤＤ、オン電圧をＶｏｎ、オフ電圧を−Ｖｏｆｆとすると、前記第一電位制限回路の出力電位の電位変動範囲の上限が（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ）、電位変動範囲の下限が（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）であり、一方、前記第二電位制限回路の出力電位の電位変動範囲の上限が（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）、電位変動範囲の下限がＶｏｎであることを特徴とする請求項３に記載のスイッチング増幅器。
【請求項５】
前記第一電位制限回路は、出力電位の電位変動範囲の下限を制限する下限制限回路を備え、一方、前記第二電位制限回路は、出力電位の電位変動範囲の上限を制限する上限制限回路と前記下限制限回路との双方を備えて構成するか、または、前記第一電位制限回路は、前記上限制限回路と前記下限制限回路との双方を備え、一方、前記第二電位制限回路は、前記上限制限回路を備えて構成することを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング増幅器。
【請求項６】
前記第一入力トランジスタ、前記第一カスコードトランジスタ、前記第二入力トランジスタ、前記第二カスコードトランジスタそれぞれの素子の素子耐圧をＶＤＤ、オン電圧をＶｏｎ、オフ電圧を−Ｖｏｆｆ、ショットキー電位をＶｓとすると、前記第一電位制限回路の出力電位の電位変動範囲の上限が（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ）または（２ＶＤＤ＋Ｖｓ）、電位変動範囲の下限が（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）であり、一方、前記第二電位制限回路の出力電位の電位変動範囲の上限が（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）、電位変動範囲の下限がＶｏｎまたはＶｓであることを特徴とする請求項５に記載のスイッチング増幅器。
【請求項７】
前記上限制限回路は、上位側電位としてあらかじめ定めた固定のＤＣ電位にカソード側を接続したダイオードにより構成し、前記下限制限回路は、下位側電位としてあらかじめ定めた固定ＤＣ電位にアノード側を接続したダイオードにより構成することを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載のスイッチング増幅器。
【請求項８】
無線通信用の送信信号を生成するＲＦ信号生成器と、このＲＦ信号生成器の出力の前記送信信号を増幅するドライバアンプと、このドライバアンプの出力により駆動され、前記送信信号を更に増幅するスイッチング増幅器とを有してなる無線送信機において、前記スイッチング増幅器が請求項１ないし７のいずれかに記載のスイッチング増幅器を用いて構成されていることを特徴とする無線送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング増幅器および無線送信機に関し、特に、携帯電話や、無線ＬＡＮ等の無線通信機器に用いられるデジタル信号を無線送信するためのスイッチング増幅器および無線送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器の送信部には、出力電力の大きさに関係なく、送信信号の精度を確保しつつ、低消費電力で動作することが求められる。特に、無線通信機器の送信部最終段の電力増幅器は、無線通信機器全体の消費電力の５０％以上を占めるため、高い電力効率であることが求められる。【０００３】
近年、高い電力効率を有していると期待される電力増幅器として、スイッチング増幅器が注目されている。該スイッチング増幅器は、入力信号としてパルス波形信号を想定し、該入力信号の波形を維持して電力増幅することが可能である。スイッチング増幅器によって増幅されたパルス波形信号は、フィルタ素子により所望の周波数成分以外の周波数成分を十分に抑圧した後、アンテナより空中に放射される。【０００４】
図７は、従来のスイッチング増幅器の代表例であるＤ級増幅器を示す回路図である。図７に示すＤ級増幅器は、電源７３とグランド（ＧＮＤ）７４との間に、２つのスイッチ素子７１，７２が直列に挿入された構成を有している。２つのスイッチ素子７１，７２それぞれには、開閉制御信号Ｓとして、相補的なパルス信号Ｓ１、Ｓ２が入力され、２つのスイッチ素子７１，７２のうちいずれか一方のスイッチ素子のみがＯＮ状態となるように制御される。Ｄ級増幅器の出力については、電源７３側のスイッチ素子７１がＯＮ、グランド７４側のスイッチ素子７２がＯＦＦの場合、電源電圧と等しい電圧が出力され、逆の場合には、グランド電位が出力される。【０００５】
該Ｄ級増幅器は、バイアス電流を必要としないため、理想的には、電力損失が‘０’で、１００%の電力効率を実現する。なお、２つのスイッチ素子７１，７２それぞれに用いられるスイッチ素子は、ＭＯＳ電界効果トランジスタや、バイポーラトランジスタなどによって構成することができる。【０００６】
図８は、図７に例示したＤ級増幅器を用いた従来の無線送信機全体の構成例を示すブロック構成図である（例えば、非特許文献１，２参照）。図８に示すように、従来の無線送信機は、ＲＦ信号生成器８１、ドライバアンプ８２、Ｄ級増幅器８３などから構成されている。無線信号は、例えばＷ−ＣＤＭＡの場合、デジタルベースバンド‘８’では、１０ｂｉｔ以上の多ｂｉｔ信号として生成される。【０００７】
一方、２つのスイッチ素子７１，７２からなるＤ級増幅器８３の入力信号は、図７に示したように、相補的なパルス波形であり、該パルス波形の信号は、１ｂｉｔ信号しか伝送することができない。したがって、デジタルベースバンド８１０からの出力信号は、１ｂｉｔにあらかじめ変換しておくことが必要になる。図８の構成例においては、１ｂｉｔに変換する手段として、所望波の周波数帯近傍の雑音特性を良好に保つために、デルタシグマ変調器８１１，８１２を用いている。本構成により、無線信号を、良好な雑音特性を維持したまま、パルス波形信号に変換し、Ｄ級増幅器８３に入力することが可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A．Frappe，B．Stefanelli，A．Flament，A．Kaiser  and  A．Cathelin，“A  digital  ΔΣ  RF  signal  generator  for  mobile  communication  transmitters  in  90nm  CMOS，”  in  IEEE  RFIC  Symp．，pp．１３−１６，June  ２００８．
【非特許文献２】Hongtao  Xu  et al．，“A  Flip-Chip-Packaged  25.3  dBm  Class-D  Outphasing  Power  Amplifier  In  32  nm  CMOS  for  WLAN  Application，”  IEEE  JSSC，VOL．４６，NO．７，pp．１５９６−１６０５，JULY  ２０１１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、現状のテクノロジーにおいては、図８に示したような前記非特許文献１等に記載のＤ級増幅器８３に関する以下の理由で、高い出力を得ることが困難である。次に、その理由について説明する。【００１０】
図９は、従来のＤ型増幅器の最大出力電力を説明するための説明図である。Ｄ級増幅器８３においては、図９に示すように、各スイッチ素子７１，７２それぞれに、Ｄｕｔｙサイクル比５０%の相補なパルス信号が、開閉制御信号Ｓとして入力された場合に、出力電力が最大となり、電源電圧をVdd、負荷をR_loadとした場合、Ｄ級増幅器の出力電力Pout_maxは、次の式（１）で表される。【００１１】
【数１】
0006597616.tif 000002
【００１２】
一般的に、負荷R_loadの値は、システム的な要件から決定されるので、高出力化のためには、電源電圧Vddを上昇させて対応する必要がある。一方で、Ｄ級増幅器８３に印加することが可能な電源電圧Vddは、Ｄ級増幅器８３を構成するスイッチ素子７１，７２の耐圧により制限される。現在、携帯電話や無線ＬＡＮ等において使用可能なスイッチ素子として、ＲＦ帯におけるスイッチ動作を実現することができるスイッチ素子の耐圧については、一般的に、数Ｖ程度が限界である。このため、Ｄ級増幅器の最大出力電力は、数１００ｍＷ程度に留まっているのが現状である。【００１３】
一方、Ｄ級増幅器８３の耐圧を、スイッチ素子の耐圧以上に向上させる回路技術として、各スイッチ素子７１，７２と出力端子７５との間に、カスコードトランジスタを挿入した、カスコード増幅器と呼ばれる構成が用いられる。例えば、前記非特許文献２の図１１（ｂ）に記載の従来技術においては、電源側のスイッチ素子としてＰ型トランジスタを用い、グランド（ＧＮＤ）側のスイッチ素子としてＮ型トランジスタを用いた相補型構成を有するＤ級増幅器を採用し、２つの各スイッチ素子を構成するトランジスタのドレイン端子と出力端子との間に、同型のスイッチ素子をそれぞれ挿入することによって、耐圧を２倍に向上させている。【００１４】
しかしながら、現在、ＲＦ帯においてスイッチング動作が可能なＰ型素子は、高々１Ｖ程度の耐圧を有するＭＯＳトランジスタしか存在していない。したがって、Ｄ級増幅器として数Ｖ以上の耐圧が要求される状況下においては、Ｄ級増幅器は、耐圧が高く、かつ、ＲＦ帯でスイッチ動作が可能な、Ｎ型素子のみを用いて構成する必要がある。ところが、耐圧向上に向けてＮ型素子のみを用いてＤ級増幅器を構成することには、次に示すような困難がある。【００１５】
図１０Ａ，図１０Ｂ，図１０Ｃは、Ｎ型素子のみを用いて構成した従来のカスコード型Ｄ級増幅器の構成例を示す回路図である。図１０Ａは、カスコード型Ｄ級増幅器の回路構成を示し、図１０Ｂは、カスコード型Ｄ級増幅器の出力がＬｏｗ出力となる場合の動作を説明し、図１０Ｃは、カスコード型Ｄ級増幅器の出力がＨｉｇｈ出力となる場合の動作を説明している。なお、図１０Ａ，図１０Ｂ，図１０Ｃにおいては、スイッチ素子７１，７２それぞれに適用するＮ型トランジスタ素子として、ＲＦ帯でスイッチング動作が可能で、かつ、数Ｖの耐圧を有する、デプレッション型のＧａＡｓ  ＭＥＳＦＥＴを想定している。また、スイッチ素子７１，７２それぞれの素子耐圧をＶＤＤとし、ゲート−ソース間の電位が０Ｖでオン状態、−Ｖｏｆｆ（Ｖｏｆｆは正の値）でオフ状態とする場合を示している。【００１６】
本カスコード型Ｄ級増幅器は、図１０Ａに示すように、電源７３側に配置されたスイッチ素子７１と電源７３との間と、グランド（ＧＮＤ）７４側に配置されたスイッチ素子７２と出力端子７５との間とのそれぞれに、ゲート接地されたカスコードトランジスタ７１ａ，７２ａを挿入した構成としている。かくのごときカスコード構成を採用することによって、図１０Ｂ，図１０Ｃに示したように、素子耐圧ＶＤＤの２倍に相当する、２ＶＤＤを電源電圧として印加した場合であっても、各スイッチ素子７１，７２および各カスコードトランジスタ７１ａ，７２ａのドレイン−ソース間電圧が、出力がＨｉｇｈ／Ｌｏｗいずれの状態においても耐圧の限界であるＶＤＤを超えない状態にすることができる。このことは、耐圧の問題を解決したことを意味している。【００１７】
しかしながら、一方で、図１０Ｂに示すＬｏｗ出力の状態においては、カスコードトランジスタ７１ａ，７２ａのゲート−ソース間には、正の電圧が印加される。一般的に、ゲート−ソース間電位については、ショットキー電位と呼ばれるトランジスタ固有の電圧値を上回ると、ゲートをアノード、ソースをカソードとするダイオードが形成され、ゲートからソース方向に向けた電流が発生する。例えば、素子耐圧ＶＤＤとして１０Ｖ程度、オフ電位Ｖｏｆｆとして０．５Ｖとすると、本ダイオードの両端には、１０Ｖ程度の大きな電圧がかかるため、ショットキー電位Ｖｓとして０．７Ｖ程度を想定すると、大きな電流が発生する。このことは、消費電流の増大のみならず、ゲート破壊による素子破壊が発生する可能性が高いことを意味する。【００１８】
以上の状況から、図８に示したデジタル無線送信機を、スモールセル基地局などワットクラス以上の出力が要求されるアプリケーションに対応させるためには、現状では、カスコード構成を用いない構成のＤ級増幅器を採用せざるを得ない。つまり、素子耐圧ＶＤＤを超えることがない電源電圧を用いて、数１００ｍＷ程度の低出力のＤ級増幅器を、複数並列に配置して、各出力を電力合成するという構成を採用する以外に方法はなく、無線送信機の規模が大きくなってしまうという課題が発生する。【００１９】
（本発明の目的）
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、素子耐圧を超える電源電圧で動作することが可能なスイッチング増幅器および無線送信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前述の課題を解決するため、本発明によるスイッチング増幅器および無線送信機は、主に、次のような特徴的な構成を採用している。【００２１】
（１）本発明によるスイッチング増幅器は、相補的に動作する２つの入力信号のうち一方の信号を入力する第一入力トランジスタと、該第一入力トランジスタと電源との間に縦続接続された第一カスコードトランジスタと、２つの前記入力信号のうち他方の信号を入力する第二入力トランジスタと、該第二入力トランジスタと前記第一入力トランジスタとの間に縦続接続された第二カスコードトランジスタと、を少なくとも備え、前記第一入力トランジスタと前記第二カスコードトランジスタとの接続点を出力端子として出力信号を取り出すスイッチング増幅器であって、前記第一カスコードトランジスタの入力端子および前記第二カスコードトランジスタの入力端子に、電位変動範囲を制限するための第一電位制限回路および第二電位制限回路をそれぞれ接続して構成することを特徴とする。【００２２】
（２）本発明による無線送信機は、無線通信用の送信信号を生成するＲＦ信号生成器と、このＲＦ信号生成器の出力の前記送信信号を増幅するドライバアンプと、このドライバアンプの出力により駆動され、前記送信信号を更に増幅するスイッチング増幅器とを有してなる無線送信機において、前記スイッチング増幅器が前記（１）に記載のスイッチング増幅器を用いて構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のスイッチング増幅器および無線送信機によれば、以下のような効果を奏することができる。すなわち、本発明のスイッチング増幅器においては、素子耐圧を超える電圧を印加しても、内部の各素子ごとに印加される電圧を素子耐圧以下に抑えることを可能にしているので、素子破壊を回避することができ、かつ、出力電力を増加させることができる。このスイッチング増幅器を用いることにより、小型で高出力の無線送信機を実現することができ、携帯電話や、無線ＬＡＮ等の無線通信機器の小型化および高出力化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態における無線送信機を構成するためのスイッチング増幅器の構成例を示すブロック構成図である。
【図２】図１に示す第一電位制限回路、第二電位制限回路の内部構成の一例を示す回路図である。
【図３Ａ】図１に示した無線送信機のスイッチング増幅器の出力端子における出力がＬｏｗ状態の一例を説明するための説明図である。
【図３Ｂ】図１に示した無線送信機のスイッチング増幅器の出力端子における出力がＨｉｇｈ状態の一例を説明するための説明図である。
【図４】図２に示した第一電位制限回路よりもさらに簡素化を図った簡易電位制限回路の内部構成の構成例を示すブ回路図である。
【図５】本発明の第二実施形態における無線送信機を構成するためのスイッチング増幅器の構成例を示すブロック構成図である。
【図６】本発明の第三実施形態における無線送信機を構成するためのスイッチング増幅器の構成例を示すブロック構成図である。
【図７】従来のスイッチング増幅器の代表例であるＤ級増幅器を示す回路図である。
【図８】図７に例示したＤ級増幅器を用いた従来の無線送信機全体の構成例を示すブロック構成図である。
【図９】従来のＤ型増幅器の最大出力電力を説明するための説明図である。
【図１０Ａ】Ｎ型素子のみを用いて構成した従来のカスコード型Ｄ級増幅器の構成例を示す回路図である。
【図１０Ｂ】従来のカスコード型Ｄ級増幅器の出力がＬｏｗ出力となる場合である。
【図１０Ｃ】従来のカスコード型Ｄ級増幅器の出力がＨｉｇｈ出力となる場合である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明によるスイッチング増幅器および無線送信機の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、本発明による無線送信機は、無線通信用の送信信号を生成するＲＦ信号生成器、後段に配置したスイッチング増幅器を駆動するためのドライバアンプ、および、本発明によるスイッチング増幅器から構成されている。以下の説明においては、スイッチング増幅器おもについて説明する。なお、以下の各図面に付した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではないことも言うまでもない。
【００２６】
（本発明の特徴）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、電源とグランドとの間にハイサイド部とローサイド部とを構成する２つの入力トランジスタを互いに縦続接続した接続部を出力端子に接続するスイッチング増幅器において、２つの前記入力トランジスタそれぞれにカスコードトランジスタをさらに縦続接続し、２つの前記カスコードトランジスタそれぞれの入力端子に、電位変動範囲を制限する電位制御回路をそれぞれ接続して構成することを主要な特徴としている。而して、電源電圧として各トランジスタの素子耐圧を超える電圧を印加しても、内部の各トランジスタごとに印加される電圧を該素子耐圧以下に抑えることを可能にし、各トランジスタの素子破壊を確実に回避することができる。つまり、Ｎ型トランジスタのみで構成されたカスコード型Ｄ級増幅器の耐圧を、素子耐圧以上に上昇させて、出力電力を増加させることを可能にすることにより、小型で高出力の無線送信機を実現することができ、携帯電話や、無線ＬＡＮ等の無線通信機器の小型化および高出力化を可能にしている。
【００２７】
（第一実施形態の構成例）
次に、本発明の一実施形態として無線送信機のスイッチング増幅器の構成例について、図１を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第一実施形態における無線送信機を構成するためのスイッチング増幅器の構成例を示すブロック構成図である。
【００２８】
図１に示す無線送信機のスイッチング増幅器は、Ｎ型トランジスタのみで構成されたカスコード型Ｄ級増幅器１と第一電位制限回路２１と第二電位制限回路２２とによって構成される。カスコード型Ｄ級増幅器１は、図１０に示した従来のカスコード型Ｄ級増幅器と同一の構成である。すなわち、カスコード型Ｄ級増幅器１は、出力ノードの出力端子５と電源ノードの電源３との間に配置されたハイサイド部１１０と、出力ノードの出力端子５と接地ノードのグランド４との間に配置されたローサイド部１２０とを縦続接続し、双方の接続点に出力端子５を接続する構成とされている。
【００２９】
ハイサイド部１１０は、相補的な２つの入力信号のうち、一方の入力信号（例えば正側の入力信号）として第一入力端子６１から入力される入力信号を受け取る第一入力トランジスタ１１と、該第一入力トランジスタ１１と電源ノードの電源３との間に挿入された第一カスコードトランジスタ１１ａとを少なくとも含んで構成される。同様に、ローサイド部１２０は、相補的な２つの入力信号のうち、他方の入力信号（例えば負側の入力信号）として第二入力端子６２から入力される入力信号を受け取る第二入力トランジスタ１２と、該第二入力トランジスタ１２と出力ノードの出力端子５との間に挿入される第二カスコードトランジスタ１２ａとを少なくとも含んで構成される。
【００３０】
第一電位制限回路２１、第二電位制限回路２２は、それぞれ、カスコード型Ｄ級増幅器１内部のハイサイド部１１０、ローサイド部１２０の電位変動範囲を制限するための回路であり、それぞれ、カスコード型Ｄ級増幅器１内部のハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａの入力端子（ゲート）、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａの入力端子（ゲート）に接続される。第一電位制限回路２１、第二電位制限回路２２は、図２に示すように、同一の回路構成からなり、上位制限回路２３と下位制限回路２４とから構成される。図２は、図１に示す第一電位制限回路２１、第二電位制限回路２２の内部構成の一例を示す回路図である。
【００３１】
図２に示す上位制限回路２３は、本上位制限回路２３に接続されたノード２５の電位が、あらかじめ設定した設定値を上回ることを回避するための回路であり、電圧源２３１と、該電圧源２３１にカソード側を接続したダイオード２３２とから構成される。すなわち、上位側電位としてあらかじめ定めた固定のＤＣ電位の電圧源２３１にダイオード２３２のカソード側を接続して構成される。電圧源２３１の電圧値をＶａ、ダイオード２３２の順方向電位をＶｆとすると、上位制限回路２３に接続されたノード２５の電位が、（Ｖａ＋Ｖｆ）以下の場合には、ダイオード２３２は、接続ノード２５と電圧源２３１との間のアイソレータとしての役割を担う。一方、上位制限回路２３に接続されたノード２５の電位が、（Ｖａ＋Ｖｆ）を超えると、ダイオード２３２に印加される電圧が順方向電位Ｖｆを順方向に超えるため、ダイオード２３２には電流が流れる状態になり、接続ノード２５から電圧源２３１に向けて電流が流れて、接続ノード２５の電位を下げることになる。以上の動作により、上位制限回路２３は、接続ノード２５の電位が（Ｖａ＋Ｖｆ）を上回る状態になることを回避する。
【００３２】
また、図２に示す下位制限回路２４は、本下位制限回路２４に接続されたノード２５の電位が、あらかじめ設定した設定値を下回ることを回避する回路であり、電圧源２４１と、該電圧源２４１にアソード側を接続したダイオード２４２とから構成される。すなわち、下位側電位としてあらかじめ定めた固定のＤＣ電位の電圧源２４１にダイオード２４２のアソード側を接続して構成される。電圧源２４１の電圧値をＶｂ、ダイオード２４２の順方向電位をＶｆとすると、下位制限回路２４に接続されたノード２５の電位が、（Ｖｂ−Ｖｆ）以上の場合には、ダイオード２４２は、接続ノード２５と電圧源２４１との間のアイソレータとしての役割を担う。一方、下位制限回路２４に接続されたノード２５の電位が、（Ｖｂ−Ｖｆ）を下回ると、ダイオード２４２に印加される電圧が順方向電位Ｖｆを順方向に超えるため、ダイオード２４２には電流が流れる状態になり、電圧源２４１から接続ノード２５に向けて電流が流れて、接続ノード２５の電位を上げることになる。以上の動作により、下位制限回路２４は、接続ノード２５の電位が（Ｖａ−Ｖｆ）を下回る状態になることを回避する。
【００３３】
以上に説明したように、第一電位制限回路２１、第二電位制限回路２２は、それぞれの出力が接続される接続ノード２５の電位が、あらかじめ定めた上限電位値である（Ｖａ＋Ｖｆ）を上回らないように、また、あらかじめ定めた下限電位値である（Ｖｂ−Ｖｆ）を下回らないように、ダイオード２３２，２４２による電流の注入、引き抜きを行っている。
【００３４】
（第一実施形態の動作の説明）
次に、第一実施形態として図１に示した無線送信機のスイッチング増幅器の具体的な動作についてその一例を詳細に説明する。なお、ここでは、図１に示したスイッチング増幅器を構成する各トランジスタ素子（第一，第二入力トランジスタ１１，１２、第一，第二カスコードトランジスタ１１ａ，１２ａ）は、図１０の従来のスイッチング増幅器におけるトランジスタ素子の場合と同様、Ｎ型素子であって、かつ、各素子耐圧がＶＤＤであり、ゲート−ソース間の電位がＶｏｎでオン状態になり、−Ｖｏｆｆでオフ状態になるものとする。また、一般的に、オン状態になるオン電位Ｖｏｎは、ショットキー電位Ｖｓ以下の値である。
【００３５】
図１に示した本第一実施形態のスイッチング増幅器を構成するカスコード型Ｄ級増幅器１においては、素子耐圧ＶＤＤの２倍の２ＶＤＤの電源電圧を印加した状態であっても、素子破壊を引き起こすこともなく、高出力電力を維持しつつ、正常に動作することが可能であることを詳細に以下に説明する。また、実際のデバイス特性に鑑みて、各トランジスタ素子（第一，第二入力トランジスタ１１，１２、第一，第二カスコードトランジスタ１１ａ，１２ａ）をオンにするオン電位Ｖｏｎ、オフにするオフ電位−Ｖｏｆｆの絶対値は、素子耐圧ＶＤＤに比べて、十分に小さい値であると見做すことができる。
【００３６】
第一電位制限回路２１における上位制限回路２３の内部電圧源２３１すなわち第一上位電圧源の電圧値をＶａ１とし、下位制限回路２４の内部電圧源２４１すなわち第一下位電圧源の電圧値をＶｂ１とする。また、第二電位制限回路２２における上位制限回路２３の内部電圧源２３１すなわち第二上位電圧源の電圧値をＶａ２とし、下位制限回路２４の内部電圧源２４１すなわち第二下位電圧源の電圧値をＶｂ２とする。そして、第一上位電圧源の電圧値Ｖａ１、第一下位電圧源の電圧値Ｖｂ１、第二上位電圧源の電圧値Ｖａ２、第二下位電圧源の電圧値Ｖｂ２のそれぞれについて、次の式（２）のように、設定する。
【００３７】
【数２】
0006597616.tif 000003
【００３８】
すなわち、第一電位制限回路２１に接続された、ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａの入力電位すなわち第一電位制限回路２１の出力電位は、ダイオード２３２の順方向電位Ｖｆを考慮すると、（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ）を上限とし、（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）を下限とする電位範囲内に設定される。また、第二電位制限回路２２に接続された、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａの入力電位すなわち第二電位制限回路２２の出力電位は、ダイオード２４２の順方向電位Ｖｆを考慮すると、（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）を上限とし、Ｖｏｎを下限とする電位範囲内に設定される。
【００３９】
図３Ａ及び図３Ｂは、図１に示した無線送信機のスイッチング増幅器の具体的な動作の一例を説明するための説明図であり、電源３の電源電圧として、スイッチング増幅器内のカスコード型Ｄ級増幅器１を構成する各トランジスタの素子耐圧ＶＤＤの２倍の電圧が印加された場合の動作例を示している。図３Ａは、出力端子５における出力がＬｏｗ状態すなわち接地電位になる状態におけるカスコード型Ｄ級増幅器１内の各ノードの電位を示し、一方、図３Ｂは、出力端子５における出力がＨｉｇｈ状態すなわち電源電位２ＶＤＤになる状態におけるカスコード型Ｄ級増幅器１内の各ノードの電位を示している。
【００４０】
図３Ａに示すように、初期状態においては、ハイサイド部１１０の第一入力トランジスタ１１のゲートには、本第一入力トランジスタ１１をＯＦＦ状態に設定する電位として、−Ｖｏｆｆが入力され、ローサイド部１２０の第二入力トランジスタ１２には、本第二入力トランジスタ１２をＯＮ状態に設定する電位として、Ｖｏｎが入力される。
【００４１】
また、カスコード型Ｄ級増幅器１のハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａおよびローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａそれぞれの入力信号の電位は、それぞれ、第一電位制限回路２１および第二電位制限回路２２から供給される電位に等しくなるが、初期状態においては、第一電位制限回路、第二電位制限回路２１，２２それぞれに接続された第一カスコードトランジスタ１１ａ、第二カスコードトランジスタ１２ａへのゲートリークにより、それぞれの下限電位で平衡状態になっている。すなわち、初期状態においては、図３Ａに示すように、ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａの入力電位は、（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）であり、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａの入力電位は、Ｖｏｎである。
【００４２】
また、カスコード型Ｄ級増幅器１のハイサイド部１１０の第一入力トランジスタ１１、ローサイド部１２０の第二入力トランジスタ１２それぞれのゲート−ソース間電位は、それぞれ、−Ｖｏｆｆ、Ｖｏｎであり、状態としては、第一入力トランジスタ１１は、ＯＦＦ、第二入力トランジスタ１２は、ＯＮである。
【００４３】
ここで、前述のように、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａには、Ｖｏｎが入力されており、ローサイド部１２０の第二入力トランジスタ１２はＯＮ状態であるので、本第二カスコードトランジスタ１２ａのソース電位は、接地電位である。したがって、本第二カスコードトランジスタ１２ａのゲート−ソース間電位はＶｏｎであり、本第二カスコードトランジスタ１２ａはＯＮ状態である。よって、出力ノードの出力端子５と接地ノードのグランド４との間に配置されたローサイド部１２０を構成する２つのトランジスタすなわち第二入力トランジスタ１２および第二カスコードトランジスタ１２ａは、いずれもＯＮ状態であるため、出力端子５の電位は、接地電位になる。
【００４４】
また、ハイサイド部１１０の第一入力トランジスタ１１には、前述のように、−Ｖｏｆｆが入力されており、ソース電位は、出力電位と同一であって、接地電位であるので、本第一入力トランジスタ１１はＯＦＦ状態である。一方、ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａには、第一電位制限回路２１から下限電位の（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）が入力されている。該ハイサイド部１１０の第一入力トランジスタ１１がＯＦＦ状態であるので、本第一カスコードトランジスタ１１ａのソース電位は、本第一カスコードトランジスタ１１ａがＯＮ状態とならない、ＶＤＤ以上の値になる。ここで、ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａ、第一入力トランジスタ１１それぞれのドレイン−ソース間のリーク電流は等しいため、両トランジスタのドレイン−ソース間電圧は等しくなる。すなわち、第一カスコードトランジスタ１１ａのソース電位は、電源３の電源電圧２ＶＤＤの半分のＶＤＤになる。
【００４５】
したがって、ハイサイド部１１０のかくのごとき状態においては、ハイサイド部１１０を構成する２つのトランジスタすなわち第一入力トランジスタ１１および第一カスコードトランジスタ１１ａのドレイン−ソース間電位は、いずれも、素子耐圧のＶＤＤに抑えることができるので、素子破壊は起きない。また、第一入力トランジスタ１１および第一カスコードトランジスタ１１ａの各トランジスタのゲート−ドレイン間電位、ゲート−ソース間電圧も、最大でＶｏｎであり、前述したように、Ｖｏｎはショットキー電位Ｖｓ以下の値であるため、ゲート破壊には至らない。
【００４６】
以上に説明したように、図３Ａに示したような出力端子５における出力をＬｏｗ状態すなわち接地電位とする初期状態においては、無線送信機のスイッチング増幅器を構成するカスコード型Ｄ級増幅器１における素子破壊の発生を確実に抑止することができる。
【００４７】
次に、図３Ｂを用いて、図３Ａに示したような初期状態から、無線送信機の出力がＨｉｇｈとなる状態、すなわち、カスコード型Ｄ級増幅器１の出力端子５の出力電位がＨｉｇｈ状態の電源電位２ＶＤＤとなる状態に移行した場合について説明する。
【００４８】
図３Ｂに示すように、カスコード型Ｄ級増幅器１のハイサイド部１１０の第一入力トランジスタ１１には、初期状態としてＯＦＦ状態であった本第一入力トランジスタ１１をＯＮ状態に遷移させるために、−Ｖｏｆｆが入力されていた状態から変化して、（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ）が印加される状態になる。また、ローサイド部１２０の第二入力トランジスタ１２には、初期状態としてＯＮ状態であった本第二入力トランジスタ１２をＯＦＦ状態に遷移させるために、Ｖｏｎが入力されていた状態から変化して、−Ｖｏｆｆが印加される状態になる。
【００４９】
また、ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａのゲート電位は、図３Ｂに示した２つの寄生容量（ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａのゲート−ソース間容量Ｃ１１、ハイサイド部１１０の第一入力トランジスタ１１のゲート−ドレイン間容量Ｃ１２）を介して、第一入力トランジスタ１１のゲート電位の遷移に伴い、上昇する。
【００５０】
ここで、第一入力トランジスタ１１のゲート電位の遷移量は、（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ＋Ｖｏｆｆ）であるため、第一カスコードトランジスタ１１ａのゲート電位は、初期状態の（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）に対して前記遷移量（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ＋Ｖｏｆｆ）を上乗せした値と、第一電位制限回路２１の出力の上限である（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ）と、のうち、いずれか小さい値となる。この場合は、第一電位制限回路２１の出力上限の（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ）となる。かくのごとき状態においては、ハイサイド部１１０を構成する２つのトランジスタすなわち第一入力トランジスタ１１および第一カスコードトランジスタ１１ａは、いずれも、ゲート−ソース間電位がＶｏｎになるので、ＯＮ状態であり、カスコード型Ｄ級増幅器１の出力端子５における出力電位は、初期状態の接地電位から、電源３の電源電位２ＶＤＤに遷移する。
【００５１】
一方、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａのゲート電位は、図３Ｂに示した寄生容量（本第二カスコードトランジスタ１２ａのゲート−ドレイン間容量Ｃ２）を介して、本カスコード型Ｄ級増幅器１の出力端子５における出力電位の遷移に伴い、上昇する。
【００５２】
ここで、出力端子５における出力電位の遷移量は、前述したように、初期状態の接地電位からの遷移量の２ＶＤＤであり、本第二カスコードトランジスタ１２ａのゲート電位は、初期状態のＶｏｎに対して前記遷移量２ＶＤＤを上乗せした値と、第二電位制限回路２２の出力の上限である（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）と、のうち、いずれか小さい値となる。この場合、第二電位制限回路２２の出力上限の（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）となる。
【００５３】
また、ローサイド部１２０の第二入力トランジスタ１２には、図３Ｂに示すように、−Ｖｏｆｆが入力されているため、本第二入力トランジスタ１２はＯＦＦ状態である。一方、第二カスコードトランジスタ１２ａには、前述したように、第二電位制限回路２２から出力上限の（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）が入力されている。該ローサイド部１２０の第二入力トランジスタ１２はＯＦＦ状態であるので、本第二カスコードトランジスタ１２ａのソース電位は、本第二カスコードトランジスタ１２ａがＯＮ状態とならない、ＶＤＤ以上の値になる。ここで、ローサイド部１２０の第二入力トランジスタ１２、第二カスコードトランジスタ１２ａそれぞれのドレイン−ソース間のリーク電流は等しいため、両トランジスタのドレイン−ソース間電圧は等しくなる。すなわち、結局、第二カスコードトランジスタ１２ａのソース電位は、出力電位２ＶＤＤの半分のＶＤＤになる。
【００５４】
したがって、ローサイド部１２０のかくのごとき状態においては、ローサイド部１２０を構成する２つのトランジスタすなわち第二入力トランジスタ１２および第二カスコードトランジスタ１２ａのドレイン−ソース間電位は、いずれも、素子耐圧のＶＤＤに抑えることができるので、素子破壊は起きない。また、第二入力トランジスタ１２および第二カスコードトランジスタ１２ａの各トランジスタのゲート−ドレイン間電位、ゲート−ソース間電圧も、最大でＶｏｎであり、前述したように、Ｖｏｎはショットキー電位Ｖｓ以下の値であるため、ゲート破壊には至らない。
【００５５】
以上に説明したように、図３Ｂに示したような出力端子５における出力をＨｉｇｈ状態すなわち電源電位２ＶＤＤの状態に遷移した場合においても、無線送信機のスイッチング増幅器を構成するカスコード型Ｄ級増幅器１における素子破壊の発生を確実に抑止することができる。
【００５６】
次に、カスコード型Ｄ級増幅器１の出力端子５における出力がＨｉｇｈの状態からＬｏｗ状態に遷移させる場合について説明する。カスコード型Ｄ級増幅器１の出力端子５における出力をＨｉｇｈ状態からＬｏｗ状態に遷移させる場合、ハイサイド部１１０の第一入力トランジスタ１１には、ＯＮ状態であった本第一入力トランジスタ１１をＯＦＦ状態に遷移させるために、（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ）が入力されていた状態から変化して、−Ｖｏｆｆが印加される状態になる。また、ローサイド部１２０の第二入力トランジスタ１２には、ＯＦＦ状態であった本第二入力トランジスタ１２をＯＮ状態に遷移させるために、−Ｖｏｆｆが入力されていた状態から変化して、Ｖｏｎが印加される状態になる。
【００５７】
また、ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａのゲート電位は、図３Ｂに示した２つの寄生容量（ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａのゲート−ソース間容量Ｃ１１、ハイサイド部１１０の第一入力トランジスタ１１のゲート−ドレイン間容量Ｃ１２）を介して、第一入力トランジスタ１１のゲート電位の電位降下に追随して、下降する。
【００５８】
ここで、第一入力トランジスタ１１のゲート電位の遷移量は、−（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ＋Ｖｏｆｆ）であるため、第一カスコードトランジスタ１１ａのゲート電位は、（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ）に対して前記遷移量（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ＋Ｖｏｆｆ）を差し引いた値と、第一電位制限回路２１の出力の下限である（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）と、のうち、いずれか大きい値となる。この場合は、第一電位制限回路２１の出力下限の（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）となる。つまり、ハイサイド部１１０の２つのトランジスタすなわち第一入力トランジスタ１１および第一カスコードトランジスタ１１ａは、図３Ａに示した初期状態と同じ状態に遷移する。
【００５９】
一方、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａのゲート電位は、図３Ｂに示した寄生容量（本第二カスコードトランジスタ１２ａのゲート−ドレイン間容量Ｃ２）を介して、本カスコード型Ｄ級増幅器１の出力端子５における出力電位の電位降下に追随して、下降する。
【００６０】
ここで、出力端子５における出力電位の遷移量は、−２ＶＤＤであり、本第二カスコードトランジスタ１２ａのゲート電位は、（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）に対して前記遷移量２ＶＤＤを差し引いた値と、第二電位制限回路２２の出力の下限であるＶｏｎと、のうち、いずれか大きい値となる。この場合、第二電位制限回路２２の出力下限のＶｏｎとなる。つまり、ローサイド部１２０の２つのトランジスタすなわち第二入力トランジスタ１２および第二カスコードトランジスタ１２ａは、図３Ａに示した初期状態と同じ状態に遷移する。
【００６１】
以上に説明したように、カスコード型Ｄ級増幅器１の出力端子５における出力がＨｉｇｈの状態からＬｏｗ状態に遷移される場合についても、図３Ａに示した初期状態と等しい状態に遷移されるので、無線送信機のスイッチング増幅器を構成するカスコード型Ｄ級増幅器１における素子破壊の発生を確実に抑止することができる。
【００６２】
したがって、図１に示したスイッチング増幅器を適用した無線送信機は、素子破壊を確実に回避しつつ、素子耐圧ＶＤＤの２倍の電源電圧を用いて動作させることが可能であり、小型で高出力化が可能な無線送信機を実現することができ、携帯電話や、無線ＬＡＮ等の無線通信機器に好適に適用することができる。
【００６３】
（第二実施形態の構成例）
次に、本発明の第二実施形態における無線送信機のスイッチング増幅器の構成例について、図４を参照して詳細に説明する。図４は、図２に示した第一電位制限回路２１よりもさらに簡素化を図った簡易電位制限回路の内部構成の構成例を示す回路図である。
【００６４】
本第二実施形態においては、ローサイド部１２０側の電位制限用としての第二電位制限回路２２については、第一実施形態の場合の図２と同様の回路構成からなっているが、ハイサイド部１１０側の電位制限用としては、図４に示すように、第一実施形態として図２に示した第一電位制限回路２１から上位制限回路２３を削除し、下位制限回路２４のみによって構成する簡易な回路構成の簡易電位制限回路２１ａを用いて構成している。つまり、以下に説明するように、スイッチング増幅器の第一電位制限回路２１、第二電位制限回路２２のうち、第一電位制限回路２１を図４に示すような簡易電位制限回路２１ａを用いて構成するようにしても、かくのごときスイッチング増幅器を適用した無線送信機は、素子破壊を確実に回避しつつ、素子耐圧ＶＤＤの２倍の電源電圧を用いて動作させることが可能である。
【００６５】
図５は、本発明の第二実施形態における無線送信機を構成するためのスイッチング増幅器の構成例を示すブロック構成図である。図５に示す無線送信機のスイッチング増幅器は、Ｎ型トランジスタのみで構成されたカスコード型Ｄ級増幅器１と簡易電位制限回路２１ａと第二電位制限回路２２とによって構成され、第一実施形態の図１における第一電位制限回路２１の代わりに簡易電位制限回路２１ａを用いる以外は、図１のスイッチング増幅器の各部位と全く同様の構成である。
【００６６】
図４に示す簡易電位制限回路２１ａにおける下位制限回路２４の内部電圧源２４１すなわち第一下位電圧源の電圧値をＶｂ３とすると、該第一下位電圧源の電圧値Ｖｂ３については、次の式（３）のように、設定する。なお、第二電位制限回路２２における第二上位電圧源の電圧値Ｖａ２、第二下位電圧源の電圧値Ｖｂ２のそれぞれについては、第一実施形態における式（２）と全く等しい値に設定する。すなわち、第二電位制限回路２２に接続された、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａの入力電位すなわち第二電位制限回路２２の出力電位は、（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）を上限とし、Ｖｏｎを下限とする電位範囲内に設定される。
【００６７】
【数３】
0006597616.tif 000004
【００６８】
かくのごとき設定を行うことによって、図５に示すカスコード型Ｄ級増幅器１のハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａの入力の下限電位は、（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）になる。また、第一カスコードトランジスタ１１ａの入力の電位が（２ＶＤＤ＋Ｖｓ）を超えると、第一カスコードトランジスタ１１ａのゲート−ドレイン間に寄生的に形成されるダイオードの順方向にショットキー電位Ｖｓを超えるバイアスがかかることになるので、ゲートからドレイン端子に向かって電流が流れる。したがって、かかる動作により、第一カスコードトランジスタ１１ａの入力の上限電位は、（２ＶＤＤ＋Ｖｓ）に抑えられる。
【００６９】
ここで、第一実施形態として図１に示した無線送信機のスイッチング増幅器の場合は、簡易電位制限回路２１ａに相当する第一電位制限回路２１における出力電位の上限は、前述したように、（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ）である。かくのごとき、第一カスコードトランジスタ１１ａに入力される第一電位制限回路２１における出力電位の上限とは、図３Ｂに示したように、本無線送信機の出力すなわちカスコード型Ｄ級増幅器１の出力端子５における出力がＨｉｇｈ状態(電源電位２ＶＤＤ)の場合に、ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａをＯＮにする電位である。
【００７０】
一般的に、ＧａＡｓなどのトランジスタの場合、ＯＮ状態となるゲート−ソース間電位Ｖｏｎは、ショットキー電位Ｖｓよりもやや低い値であるので、本簡易電位制限回路２１ａが出力する電位の上限は、第一実施形態の第一電位制限回路２１が出力する電位の上限よりもやや大きい。したがって、本第二実施形態として図５に示す無線送信機の出力すなわちカスコード型Ｄ級増幅器１の出力端子５における出力がＨｉｇｈ状態の場合においても、第一実施形態の場合と同様に、ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａをＯＮにする電位と見做すことができる。このことは、本第二実施形態の図５に示す無線送信機のスイッチング増幅器の動作が、第一実施形態の図１に示した無線送信機のスイッチング増幅器と同様に動作することを意味している。また、ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａの入力電位の上限値が、（２ＶＤＤ＋Ｖｓ）を超えることがないので、ゲート破壊を引き起こすことを確実に防ぐこともできる。
【００７１】
したがって、図５に示したスイッチング増幅器を適用した無線送信機についても、第一実施形態の図１のスイッチング増幅器を適用した無線送信機と同様に、素子破壊を確実に回避しつつ、素子耐圧ＶＤＤの２倍の電源電圧を用いて動作させることが可能であり、小型で高出力化が可能な無線送信機を実現することができ、携帯電話や、無線ＬＡＮ等の無線通信機器に好適に適用することができる。
【００７２】
なお、本第二実施形態の変形例として、図４、図５の場合とは逆にして、ハイサイド部１１０側の電位制限用としての第一電位制限回路２１は、第一実施形態の場合と同一の構成とし、一方、ローサイド部１２０側の電位制限用としては、第一実施形態として図２に示した第二電位制限回路２２から下位制限回路２４を削除し、上位制限回路２３のみによって構成する簡易な回路構成の簡易電位制限回路を用いて構成するようにしても良い。かかる構成においても、第一実施形態の図１のスイッチング増幅器を適用した無線送信機と同様に、素子破壊を確実に回避しつつ、素子耐圧ＶＤＤの２倍の電源電圧を用いて動作させることが可能である、したがって、小型で高出力化が可能な無線送信機を実現することができ、携帯電話や、無線ＬＡＮ等の無線通信機器に好適に適用することができる。
【００７３】
ここで、第二電位制限回路２２の代わりに用いる前記簡易電位制限回路における上位制限回路２３の内部電圧源２３１すなわち第二上位電圧源の電圧値をＶａ３とすると、該第二上位電圧源の電圧値Ｖａ３については、次の式（４）のように、設定する。なお、第一電位制限回路２１における第一上位電圧源の電圧値Ｖａ１、第一下位電圧源の電圧値Ｖｂ１のそれぞれについては、第一実施形態における式（２）と全く等しい値に設定する。
【００７４】
【数４】
0006597616.tif 000005
【００７５】
すなわち、第一電位制限回路２１に接続された、ハイサイド部１１０の、
の入力電位すなわち第一電位制限回路２１の出力電位は、（２ＶＤＤ＋Ｖｏｎ）を上限とし、（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）を下限とする電位範囲内に設定される。また、第二電位制限回路２２に接続された、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａの入力電位すなわち第二電位制限回路２２の出力電位は、（ＶＤＤ−Ｖｏｆｆ）を上限とし、ショットキー電位Ｖｓを下限とする電位範囲内に設定される。
【００７６】
（第三実施形態の構成例）
次に、本発明の第三実施形態の無線送信機のスイッチング増幅器の構成例について、図６を参照して詳細に説明する。図６は、本発明の第三実施形態における無線送信機を構成するためのスイッチング増幅器の構成例を示すブロック構成図である。
【００７７】
図６に示す無線送信機のスイッチング増幅器は、Ｎ型トランジスタのみで構成されたカスコード型Ｄ級増幅器１と第一電位制限回路２１と第二電位制限回路２２と第一容量素子Ｃ３および第二容量素子Ｃ４とによって構成される。カスコード型Ｄ級増幅器１、第一電位制限回路２１および第二電位制限回路２２は、第一実施形態の図１の場合と同一である。すなわち、カスコード型Ｄ級増幅器１は、出力ノードの出力端子５と電源ノードの電源３との間に配置されたハイサイド部１１０と、出力ノードの出力端子５と接地ノードのグランド４との間に配置されたローサイド部１２０とを縦続接続し、双方の接続点に出力端子５を接続する構成とされている。
【００７８】
ハイサイド部１１０は、相補的な２つの入力信号のうち、一方の入力信号として第一入力端子６１から入力される入力信号を受け取る第一入力トランジスタ１１と、該第一入力トランジスタ１１と電源ノードの電源３との間に挿入された第一カスコードトランジスタ１１ａとを少なくとも含んで構成される。同様に、ローサイド部１２０は、相補的な２つの入力信号のうち、他方の入力信号として第二入力端子６２から入力される入力信号を受け取る第二入力トランジスタ１２と、該第二入力トランジスタ１２と出力ノードの出力端子５との間に挿入される第二カスコードトランジスタ１２ａとを少なくとも含んで構成される。
【００７９】
また、第一電位制限回路２１、第二電位制限回路２２は、それぞれ、カスコード型Ｄ級増幅器１内部のハイサイド部１１０、ローサイド部１２０の電位変動範囲を制限するための回路であり、それぞれ、カスコード型Ｄ級増幅器１内部のハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａの入力端子（ゲート）、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａの入力端子（ゲート）に接続される。
【００８０】
また、第三実施形態として新たに追加した第一容量素子Ｃ３および第二容量素子Ｃ４のうち、第一容量素子Ｃ３は、ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａの入力ノード（ゲート）と、ハイサイド部１１０の第一入力トランジスタ１１の入力ノード（ゲート）との間に接続される。一方、第二容量素子Ｃ４は、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａの入力ノード（ゲート）と、本無線送信機の出力すなわちカスコード型Ｄ級増幅器１の出力端子５（出力ノード）との間に接続される。
【００８１】
図６に示す無線送信機のスイッチング増幅器においては、第一容量素子Ｃ３により、ハイサイド部１１０の第一入力トランジスタ１１への入力信号が、ハイサイド部１１０の第一カスコードトランジスタ１１ａの入力部（ゲート）にも伝達される。つまり、第一容量素子Ｃ３の機能は、第一実施形態において図３Ｂに示した、寄生容量Ｃ１１，Ｃ１２の機能と同様の作用を行う。
【００８２】
また、図６に示す無線送信機のスイッチング増幅器においては、第二容量素子Ｃ４により、本無線送信機の出力信号すなわちカスコード型Ｄ級増幅器１の出力端子５における出力信号が、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタの入力部（ゲート）にも伝達される。つまり、第二容量素子Ｃ４の機能は、第一実施形態において図３Ｂに示した寄生容量Ｃ２の機能と同様の作用を行う。
【００８３】
なお、第一実施形態における寄生容量Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２の値は、該当する各トランジスタの特性に付随するものであって、設計者が変更することができる値ではない。これに対して、本第三実施形態における第一容量素子Ｃ３、第二容量素子Ｃ４のパラメータは、設計者が任意の値に自由に設定することができる。よって、本第三実施形態においては、第一容量素子Ｃ３、第二容量素子Ｃ４の値を適宜変更して設定することにより、ハイサイド部１１０の第一入力トランジスタ１１の入力と、第一カスコードトランジスタ１１ａの入力との間の結合度、および、ローサイド部１２０の第二カスコードトランジスタ１２ａの入力と、出力端子５の出力との間の結合度を、適切な状態に調整することが可能となる。
【００８４】
而して、本第三実施形態の無線送信機は、第一実施形態の無線送信機よりも、安定した動作を実現することが可能となる。なお、第一容量素子Ｃ３、第二容量素子Ｃ４のいずれか一方のみを用いた場合であっても、第一実施形態の無線送信機よりも、安定した動作が実現されることは言うまでもない。
【００８５】
以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。
【００８６】
この出願は、２０１４年８月４日に出願された日本出願特願２０１４−１５８５２７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００８７】
１        カスコード型Ｄ級増幅器
３        電源
４        グランド（ＧＮＤ）
５        出力端子
１１      第一入力トランジスタ
１１ａ    第一カスコードトランジスタ
１２      第二入力トランジスタ
１２ａ    第二カスコードトランジスタ
２１      第一電位制限回路
２１ａ    簡易電位制限回路
２２      第二電位制限回路
２３      上位制限回路
２４      下位制限回路
２５      ノード（接続ノード）
６１      第一入力端子
６２      第二入力端子
７１      スイッチ素子
７２      スイッチ素子
７３      電源
７４      グランド（ＧＮＤ）
７５      出力端子
８１      ＲＦ信号生成器
８２      ドライバアンプ
８３      Ｄ級増幅器
１１０    ハイサイド部
１２０    ローサイド部
２３１    電圧源（内部電圧源）
２３２    ダイオード
２４１    電圧源（内部電圧源）
２４２    ダイオード
８１０    デジタルベースバンド
８１１    デルタシグマ変調器
８１２    デルタシグマ変調器
Ｃ２      寄生容量（ゲート−ドレイン間容量）
Ｃ３      第一容量素子
Ｃ４      第二容量素子
Ｃ１１    寄生容量（ゲート−ソース間容量）
Ｃ１２    寄生容量（ゲート−ドレイン間容量）
Ｓ        開閉制御信号
【図１】
0006597616.tif 000006
【図２】
0006597616.tif 000007
【図３Ａ】
0006597616.tif 000008
【図３Ｂ】
0006597616.tif 000009
【図４】
0006597616.tif 000010
【図５】
0006597616.tif 000011
【図６】
0006597616.tif 000012
【図７】
0006597616.tif 000013
【図８】
0006597616.tif 000014
【図９】
0006597616.tif 000015
【図１０Ａ】
0006597616.tif 000016
【図１０Ｂ】
0006597616.tif 000017
【図１０Ｃ】
0006597616.tif 000018