(57)【要約】  製造ばらつきに伴うバイアス電圧またはバイアス電流の変動を抑制するとともに、製造コストの増大を抑制する。バイアス制御回路は、基準電圧を生成する基準電圧回路と、抵抗と、温度に依存して変化する温度依存電流を基準電圧に基づいて生成し、温度依存電流を抵抗の一端に供給する温度依存電流生成回路と、抵抗の他端に基準電圧を印加する基準電圧バッファ回路と、基準電圧バッファ回路を駆動するための定電流を基準電圧に基づいて生成し、定電流を抵抗の他端に供給する定電流生成回路と、抵抗の一端の電圧に基づいて、電力増幅回路に対するバイアス電圧またはバイアス電流を生成するバイアス生成回路と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準電圧を生成する基準電圧回路と、
抵抗と、
温度に依存して変化する温度依存電流を前記基準電圧に基づいて生成し、前記温度依存電流を前記抵抗の一端に供給する温度依存電流生成回路と、
前記抵抗の他端に前記基準電圧を印加する基準電圧バッファ回路と、
前記基準電圧バッファ回路を駆動するための定電流を前記基準電圧に基づいて生成し、前記定電流を前記抵抗の前記他端に供給する定電流生成回路と、
前記抵抗の前記一端の電圧に基づいて、電力増幅回路に対するバイアス電圧またはバイアス電流を生成するバイアス生成回路と、
を備えるバイアス制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載のバイアス制御回路であって、
前記基準電圧バッファ回路は、オペアンプ及びＰチャネルＭＯＳＦＥＴを含み、
前記オペアンプの一方の入力端子に前記基準電圧が印加され、
前記オペアンプの他方の入力端子と前記ＰチャネルＭＯＳＦＥＴのソースとが、前記抵抗の前記他端に接続され、
前記オペアンプの出力端子が前記ＰチャネルＭＯＳＦＥＴのゲートに接続された、
バイアス制御回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバイアス制御回路であって、
前記バイアス生成回路は、
前記抵抗の前記一端の前記電圧を増幅して前記バイアス電圧を出力する増幅回路を含む、
バイアス制御回路。
【請求項４】
請求項１または２に記載のバイアス制御回路であって、
前記バイアス生成回路は、
前記抵抗の前記一端の前記電圧を前記バイアス電流に変換して出力する電圧電流変換回路を含む、
バイアス制御回路。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のバイアス制御回路と、
前記バイアス制御回路から出力される前記バイアス電圧または前記バイアス電流に基づいて、入力信号を増幅して出力する電力増幅回路と、
を備える電力増幅モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイアス制御回路及び電力増幅モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の移動体通信機においては、基地局へ送信する無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency）信号の電力を増幅するために電力増幅モジュールが用いられる。このような電力増幅モジュールでは、電力増幅回路に供給されるバイアス電圧またはバイアス電流に、温度依存性を持たせることがある。【０００３】
例えば、特許文献１には、定電流と温度依存性のある電流とを合成した電流を、一端が接地された抵抗に供給することにより電圧に変換し、当該電圧に基づいて、温度依存性のあるバイアス電圧またはバイアス電流を生成する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１８９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているような構成では、バンドギャップ基準電圧から定電流を生成する際に、電流ミラー回路が用いられることが一般的である。このように電流ミラー回路を用いる場合、トランジスタの製造ばらつきによって、電流ミラー回路を構成するトランジスタのサイズの比にばらつきが生じると、定電流にもばらつきが生じてしまう。そして、定電流にばらつきが生じると、バイアス電圧またはバイアス電流にもばらつきが生じてしまう。【０００６】
このようなばらつきによる影響を抑制するための一般的な手法として、例えば、定電流を生成する回路に設けられた抵抗の抵抗値を、ばらつきに応じて調整する手法がある。しかしながら、このような手法では、製造プロセスが複雑となり、製造コストの増大を招くこととなる。【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、製造ばらつきに伴うバイアス電圧またはバイアス電流の変動を抑制するとともに、製造コストの増大を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係るバイアス制御回路は、基準電圧を生成する基準電圧回路と、抵抗と、温度に依存して変化する温度依存電流を基準電圧に基づいて生成し、温度依存電流を抵抗の一端に供給する温度依存電流生成回路と、抵抗の他端に基準電圧を印加する基準電圧バッファ回路と、基準電圧バッファ回路を駆動するための定電流を基準電圧に基づいて生成し、定電流を抵抗の他端に供給する定電流生成回路と、抵抗の一端の電圧に基づいて、電力増幅回路に対するバイアス電圧またはバイアス電流を生成するバイアス生成回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製造ばらつきに伴うバイアス電圧またはバイアス電流の変動を抑制するとともに、製造コストの増大を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態である電力増幅モジュールを含む送信ユニットの構成例を示す図である。
【図２】電力増幅モジュールの構成の一例を示す図である。
【図３】バイアス制御回路の構成の一例を示す図である。
【図４】温度依存電流生成回路の構成の一例を示す図である。
【図５】温度依存電流の変化の一例を示す図である。
【図６】定電流生成回路の構成の一例を示す図である。
【図７】バイアス生成回路の構成の一例を示す図である。
【図８】バイアス生成回路の構成の他の一例を示す図である。
【図９】定電流と温度依存性のある電流とを合成した電流を、一端が接地された抵抗に供給することにより電圧に変換し、当該電圧に基づいて、温度依存性のあるバイアス電圧を生成するバイアス制御回路における、バイアス電圧のばらつきの分布の一例を示す図である。
【図１０】本実施形態のバイアス制御回路における、バイアス電圧のばらつきの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態である電力増幅モジュールを含む送信ユニットの構成例を示す図である。送信ユニット１００は、例えば、携帯電話等の移動体通信機において、音声やデータなどの各種信号を基地局へ送信するために用いられる。なお、移動体通信機は基地局から信号を受信するための受信ユニットも備えるが、ここでは説明を省略する。
【００１２】
図１に示すように、送信ユニット１００は、変調部１１０、送信電力制御部１２０、電力増幅モジュール１３０、フロントエンド部１４０、及びアンテナ１５０を含む。
【００１３】
変調部１１０は、ＨＳＵＰＡ（High Speed Uplink Packet Access）やＬＴＥ（Long Term Evolution）等の変調方式に基づいて入力信号を変調し、無線送信を行うための高周波（ＲＦ：Radio Frequency）信号を生成する。ＲＦ信号は、例えば、数百ＭＨｚから数ＧＨｚ程度である。
【００１４】
送信電力制御部１２０は、送信電力制御信号に基づいて、ＲＦ信号の電力を調整して出力する。送信電力制御信号は、例えば、基地局から送信される適応電力制御（ＡＰＣ：Adaptive Power Control）信号に基づいて生成される。例えば、基地局は、移動体通信機からの受信信号を測定することにより、移動体通信機における送信電力を適切なレベルに調整するためのコマンドとして、ＡＰＣ信号を移動体通信機に送信することができる。
【００１５】
電力増幅モジュール１３０は、送信電力制御部１２０から出力されるＲＦ信号（ＲＦIN）の電力を、基地局に送信するために必要なレベルまで増幅し、増幅信号（ＲＦOUT）を出力する。
【００１６】
フロントエンド部１４０は、増幅信号に対するフィルタリングや、基地局から受信する受信信号とのスイッチングなどを行う。フロントエンド部１４０から出力される増幅信号は、アンテナ１５０を介して基地局に送信される。
【００１７】
図２は、電力増幅モジュール１３０の構成の一例を示す図である。電力増幅モジュール１３０は、電力増幅回路２００及びバイアス制御回路２１０を含む。電力増幅回路２００は、ＲＦ信号（ＲＦ-IN）の電力を増幅し、増幅信号（ＲＦOUT）を出力する。バイアス制御回路２１０は、電力増幅回路２００に対して、バイアス電圧ＶBIASまたはバイアス電流ＩBIASを供給する。
【００１８】
なお、バイアス電圧ＶBIASまたはバイアス電流ＩBIASを一定とした場合、電力増幅回路２００のゲインは、温度に応じて変化する特性を有している。そこで、本実施形態の電力増幅モジュール１３０では、バイアス電圧ＶBIASまたはバイアス電流ＩBIASに温度依存性を持たせることにより、電力増幅回路２００のゲインが温度に応じて変化することを抑制している。
【００１９】
図３は、バイアス制御回路２１０の構成の一例を示す図である。バイアス制御回路２１０は、基準電圧回路３００、抵抗３１０、温度依存電流生成回路３２０、定電流生成回路３３０、基準電圧バッファ回路３４０、及びバイアス生成回路３５０を含む。
【００２０】
基準電圧回路３００は、温度に依存しないバンドギャップ基準電圧ＶBG（以下、単に「基準電圧」という。）を生成する。基準電圧ＶBGは、例えば、１．２Ｖ程度である。
【００２１】
温度依存電流生成回路３２０は、基準電圧ＶBGに基づいて、温度に依存して変化する温度依存電流ＩTを生成する。温度依存電流ＩTは、抵抗３１０の一端（Ａ側）に供給される。温度依存電流生成回路３２０の構成例については後述する。
【００２２】
定電流生成回路３３０は、基準電圧ＶBGに基づいて、定電流ＩCを生成する。定電流ＩCは、抵抗３１０の他端（Ｂ側）に供給される。定電流ＩCは、基準電圧バッファ回路３４０を駆動するために用いられる。定電流生成回路３３０の構成例については後述する。
【００２３】
基準電圧バッファ回路３４０は、抵抗３１０の他端（Ｂ側）に基準電圧ＶBGを印加する。基準電圧バッファ回路３４０は、例えば、オペアンプ３６０及びＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３７０を含む。オペアンプ３６０は、非反転入力端子に基準電圧ＶBGが印加され、反転入力端子はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３７０のソースに接続され、出力端子はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３７０のゲートに接続される。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３７０は、ソースが抵抗３１０の他端（Ｂ側）に接続され、ドレインが接地される。基準電圧バッファ回路３４０では、オペアンプ３６０のイマジナリショートにより、オペアンプ３６０の反転入力端子が基準電圧ＶBGとなるように動作する。これにより、抵抗３１０の他端（Ｂ側）に基準電圧ＶBGが印加される。
【００２４】
バイアス生成回路３５０は、抵抗３１０の一端の電圧ＶINに基づいて、電力増幅回路２００に対するバイアス電圧ＶBIASまたはバイアス電流ＩBIASを生成する。バイアス生成回路３５０の構成例については後述する。
【００２５】
バイアス制御回路２１０においては、基準電圧バッファ回路３４０により、抵抗３１０の他端（Ｂ側）の電圧が基準電圧ＶBGに制御される。従って、抵抗３１０の一端（Ａ側）の電圧ＶINは、抵抗３１０の抵抗値をＲ1とすると、ＶIN＝ＶBG＋ＩT×Ｒ1となる。電圧ＶINにおいては、基準電圧ＶBGが支配的となるため、ばらつきによる温度依存電流ＩTの変動による電圧ＶINの変動が抑制される。
【００２６】
図４は、温度依存電流生成回路３２０の構成の一例を示す図である。温度依存電流生成回路３２０は、オペアンプ４００，４０１、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１０，４１１，４１２，４１３、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４２０，４２１、抵抗４３０，４３１、及びダイオード４４０を含む。
【００２７】
オペアンプ４００は、非反転入力端子に基準電圧ＶBGが印加され、反転入力端子がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１０のドレインと抵抗４３０との接続点に接続され、出力端子がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１０のゲートに接続されている。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１０は、ソースにバッテリ電圧ＶBATが印加され、ドレインが抵抗４３０の一端と接続されている。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１１は、ソースにバッテリ電圧ＶBATが印加され、ドレインがＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４２１のドレインに接続され、ゲートがＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１０のゲートに接続されている。抵抗４３０は、一端がオペアンプ４００の反転入力端子と接続され、他端が接地されている。
【００２８】
オペアンプ４０１は、非反転入力端子に基準電圧ＶBGが印加され、反転入力端子がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１２のドレインと抵抗４３１との接続点に接続され、出力端子がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１２のゲートに接続されている。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１２は、ソースにバッテリ電圧ＶBATが印加され、ドレインが抵抗４３１の一端と接続されている。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１３は、ソースにバッテリ電圧ＶBATが印加され、ドレインがＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４２０のドレインに接続され、ゲートがＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１２のゲートに接続されている。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４２０は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１３と直列にダイオード接続され、ソースが接地されている。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４２１は、ドレインがＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１１のドレインと接続され、ソースが接地され、ゲートがＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４２０のゲートと接続されている。抵抗４３１は、一端がオペアンプ４０１の反転入力端子と接続され、他端がダイオード４４０のアノードに接続されている。また、ダイオード４４０のカソードは接地されている。
【００２９】
図４に示す構成において、抵抗４３０の抵抗値をＲ2とすると、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１０に流れる電流Ｉ1は、Ｉ1＝ＶBG／Ｒ2（定電流）となる。そして、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１１に流れる電流Ｉ2は、Ｉ2＝ｋ1×Ｉ1（定電流）となる。なお、ｋ1は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１０，４１１のサイズ比に応じた係数である。
【００３０】
また、抵抗４３１の抵抗値をＲ3、ダイオード４４０の順方向電圧をＶFとすると、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１２に流れる電流Ｉt1は、Ｉt1＝（ＶBG−ＶF）／Ｒ3となる。そして、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１３に流れる電流I t2は、I t2＝ｋ2×Ｉt1となる。なお、ｋ2は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１２，４１３のサイズ比に応じた係数である。さらに、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４２１に流れる電流Ｉt3は、Ｉt3＝ｋ3×Ｉt2となる。なお、ｋ3は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４２０，４２１のサイズ比に応じた係数である。ここで、ＶFは温度に応じて変化するから、電流Ｉt1〜Ｉt3も温度に応じて変化することとなる。
【００３１】
温度依存電流生成回路３２０は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４１１とＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４２１との接続点から、温度依存電流ＩTを出力する。即ち、ＩT＝Ｉ2−Ｉt3である。ＩTは、Ｉ2＞Ｉt3の場合は正となり、Ｉ2＜Ｉt3の場合は負となる。
【００３２】
図５は、温度依存電流ＩTの変化の一例を示す図である。ダイオード４４０の順方向電圧ＶFが、温度の上昇に応じて低くなることとすると、電流Ｉt3は、温度の上昇に応じて増加することとなる。温度依存電流ＩTは、ＩT＝Ｉ2−Ｉt3であるから、図５に示すように、温度の上昇に応じて減少することとなる。例えば、常温（２５℃）でＩ2＝Ｉt3となり、温度依存電流ＩTはゼロとなる。
【００３３】
図６は、定電流生成回路３３０の構成の一例を示す図である。定電流生成回路３３０は、オペアンプ６００、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ６１０，６１１、及び抵抗６２０を含む。
【００３４】
オペアンプ６００は、非反転入力端子に基準電圧ＶBGが印加され、反転入力端子がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ６１０のドレインと抵抗６２０との接続点に接続され、出力端子がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ６１０のゲートに接続されている。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ６１０は、ソースにバッテリ電圧ＶBATが印加され、ドレインが抵抗６２０の一端と接続されている。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ６１１は、ソースにバッテリ電圧ＶBATが印加され、ゲートがＰチャネルＭＯＳＦＥＴ６１０のゲートに接続されている。抵抗６２０は、一端がオペアンプ６００の反転入力端子と接続され、他端が接地されている。
【００３５】
図６に示す構成において、抵抗６２０の抵抗値をＲ4とすると、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ６１０に流れる電流Ｉ3は、Ｉ3＝ＶBG／Ｒ4（定電流）となる。そして、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ６１１から出力される電流Ｉcは、Ｉc＝ｋ4×Ｉ3（定電流）となる。なお、ｋ4は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ６１０，６１１のサイズ比に応じた係数である。
【００３６】
図７は、バイアス生成回路３５０の構成の一例を示す図である。バイアス生成回路３５０Ａは、オペアンプ７００及び抵抗７１０，７１１を含む。オペアンプ７００は、非反転入力端子に電圧ＶINが印加されている。抵抗７１０は、一端がオペアンプ７００の反転入力端子に接続され、他端が接地されている。抵抗７１１は、一端がオペアンプ７００の反転入力端子に接続され、他端がオペアンプ７００の出力端子に接続されている。
【００３７】
図７に示す構成において、オペアンプ７００及び抵抗７１０，７１１は非反転増幅回路を構成しており、電圧ＶINを抵抗７１０，７１１の抵抗値に応じたゲインで増幅したバイアス電圧ＶBIASを出力する。
【００３８】
図８は、バイアス生成回路３５０の構成の他の一例を示す図である。バイアス生成回路３５０Ｂは、オペアンプ８００、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ８１０，８１１、及び抵抗８２０を含む。
【００３９】
オペアンプ８００は、非反転入力端子に電圧ＶINが印加され、反転入力端子がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ８１０のドレインと抵抗８２０との接続点に接続され、出力端子がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ８１０のゲートに接続されている。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ８１０は、ソースにバッテリ電圧ＶBATが印加され、ドレインが抵抗８２０の一端と接続されている。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ８１１は、ソースにバッテリ電圧ＶBATが印加され、ゲートがＰチャネルＭＯＳＦＥＴ８１０のゲートに接続されている。抵抗８２０は、一端がオペアンプ８００の反転入力端子と接続され、他端が接地されている。
【００４０】
図８に示す構成において、バイアス生成回路３５０Ｂは、電圧ＶINをバイアス電流ＩBIASに変換して出力する電圧電流変換回路を構成している。抵抗８２０の抵抗値をＲ5とすると、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ８１０に流れる電流Ｉ4は、Ｉ4＝ＶIN／Ｒ5となる。そして、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ８１１から出力されるバイアス電流ＩBIASは、ＩBIAS＝ｋ5×Ｉ4となる。なお、ｋ5は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ８１０，８１１のサイズ比に応じた係数である。
【００４１】
図９及び図１０は、バイアス制御回路におけるバイアス電圧ＶBIASのばらつきの分布の一例を示す図である。図９及び図１０において、横軸はバイアス電圧ＶBIAS、縦軸はバイアス制御回路の個数である。図９及び図１０のいずれにおいても、バイアス電圧ＶBIASの設定値は２．８０Ｖである。
【００４２】
図９は、定電流と温度依存性のある電流とを合成した電流を、一端が接地された抵抗に供給することにより電圧に変換し、当該電圧に基づいて、温度依存性のあるバイアス電圧ＶBIASを生成するバイアス制御回路における、バイアス電圧ＶBIASのばらつきの一例を示す図である。図９に示すように、バイアス電圧ＶBIASのばらつきは、設定値２．８０Ｖに対して約±１００ｍＶとなっている。
【００４３】
図１０は、本実施形態のバイアス制御回路２１０における、バイアス電圧ＶBIASのばらつきの一例を示す図である。図１０に示すように、バイアス電圧ＶBIASのばらつきは、設定値２．８０Ｖに対して約±８０ｍＶとなっている。即ち、図９に示す例と比較すると、ばらつきの分布が小さくなっていることがわかる。
【００４４】
以上、本実施形態について説明した。本実施形態によれば、バイアス制御回路２１０において、基準電圧バッファ回路３４０により、抵抗３１０の他端（Ｂ側）の電圧が基準電圧ＶBGに制御される。これにより、温度依存電流を一端が接地された抵抗に供給することにより電圧に変換し、当該電圧に基づいて、温度依存性のあるバイアス電圧またはバイアス電流を生成する構成と比較して、バイアス電圧またはバイアス電流の変動を抑制することが可能となる。さらに、本実施形態によれば、ばらつきの影響を抑制するために抵抗値を調整するプロセスが必要ない。従って、製造コストの増大を抑制することが可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１００  送信ユニット
１１０  変調部
１２０  送信電力制御部
１３０  電力増幅モジュール
１４０  フロントエンド部
１５０  アンテナ
２００  電力増幅回路
２１０  バイアス制御回路
３００  基準電圧回路
３１０，４３０，４３１，６２０，７１０，７１１，８２０  抵抗
３２０  温度依存電流生成回路
３３０  定電流生成回路
３４０  基準電圧バッファ回路
３５０  バイアス生成回路
４００，４０１，６００，７００，８００  オペアンプ
４１０，４１１，４１２，４１３，６１０，６１１，８１０，８１１  ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ
４２０，４２１  ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
４４０  ダイオード
【図１】
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【図２】
2016031306.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016031306.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016031306.tif 000011
【図１０】
2016031306.tif 000012
【国際調査報告】
2016031306.tif 000013
2016031306.tif 000014