(57)【要約】【課題】周囲温度変動及び電源電圧変動に伴う出力変動を抑制することが可能な高周波電力増幅器を提供する。【解決手段】利得調整端子１７を有し、電源電圧Ｖｃｃ及び接地に接続され、入力された高周波入力信号Ｐｉｎを増幅して出力する電力増幅器１２と、電源電圧Ｖｃｃ及び周囲温度を検出する検出回路２１を有し、反転入力端子（−）に検出回路２１からの出力電圧が入力され、非反転入力端子（＋）に検出回路２１からの出力電圧及び電源電圧Ｖｃｃとは独立したオフセット電圧発生回路２９からの出力電圧が入力される演算増幅器２７を備えた基準電圧発生回路２０と、一端が演算増幅器２７の出力端子に接続され、他の一端が接地され、出力端子と接地との間の分圧された端子が利得調整端子１７に接続される分圧回路１５とを具備している。【選択図】図１
2008131355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利得調整端子を有し、電源電圧及び接地に接続され、入力された高周波信号を増幅して出力する電力増幅器と、
前記電源電圧及び周囲温度を検出する検出回路を有し、一端子に前記検出回路からの出力電圧が入力され、他端子に前記検出回路からの出力電圧及び前記電源電圧とは独立したオフセット電圧発生回路からの出力電圧が入力される演算増幅器を備えた基準電圧発生回路と、
一端が前記演算増幅器の出力端子に接続され、他の一端が接地され、前記出力端子と前記接地との間の分圧された端子が前記利得調整端子に接続される分圧回路と、
を具備していることを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項２】
前記演算増幅器は、前記検出回路からの出力電圧が入力される反転入力端子、前記電源電圧とは独立したオフセット電圧発生回路からの出力電圧が入力される非反転入力端子、演算増幅された結果を出力する出力端子を有することを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅器。
【請求項３】
前記分圧回路は、前記演算増幅器の出力端子と前記利得調整端子との間に抵抗を有し、前記抵抗の値は、可変であることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波電力増幅器。
【請求項４】
前記オフセット電圧発生回路は、前記電源電圧及び前記周囲温度の変化に関わらず、接地に対してほぼ一定の電圧を出力可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波電力増幅器。
【請求項５】
前記電力増幅器及び前記基準電圧発生回路は、同一半導体基板上に形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利得調整機能を有する高周波電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線システム等で利用される高周波用の電力増幅器（以下、高周波電力増幅器という）では、一般に、電源電圧や周囲温度に変化が起こると、高周波電力増幅器からの出力等に変化が生じる。従って、高周波電力増幅器の出力は、電源電圧補償回路や温度補償回路等が組み込まれたＩＣ等が配置、接続されて、制御されることが少なくない。このＩＣは、例えば、検出したデータをデジタルデータに変換し、演算し、デジタルデータを基に所望のアナログデータに変換を行うものであり、高周波電力増幅器の外に実装場所が必要となり、無線システムのコストの上昇等を引き起こす。
【０００３】
そこで、高周波電力増幅器の中に、上記補償回路を組み込むことが考えられる。例えば、電源から供給される電源電流がバイアス電圧に依存する電力増幅器と、電源から電力増幅器に電源電圧を印加する電源供給路に直列に介挿された電流検出抵抗と、電力増幅器に前記バイアス電圧を印加する差動増幅器とを備え、差動増幅器の一方の入力端に基準電圧を印加し、他方の入力端に前記電源の電圧よりも電流検出抵抗による電圧降下分だけ低くなった電圧を印加する回路を有する電力増幅器が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この開示された電力増幅器によれば、周囲温度により変化した電圧降下分だけ低くなった電圧を電力増幅器に印加することによって、電力増幅器に供給される電源電流を一定にする効果を有するものの、周囲温度以外の要因、例えば、電源を同じくする他の回路での急激な電力の増減等、により電源電圧が変動すると、電力増幅器からの出力が大きく変動してしまうという問題を有している。
【特許文献１】特開２００５−９４６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電源電圧変動及び周囲温度変動に伴う出力変動を抑制することが可能な高周波電力増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の高周波電力増幅器は、利得調整端子を有し、電源電圧及び接地に接続され、入力された高周波信号を増幅して出力する電力増幅器と、前記電源電圧及び周囲温度を検出する検出回路を有し、一端子に前記検出回路からの出力電圧が入力され、他端子に前記検出回路からの出力電圧及び前記電源電圧とは独立したオフセット電圧発生回路からの出力電圧が入力される演算増幅器を備えた基準電圧発生回路と、一端が前記演算増幅器の出力端子に接続され、他の一端が接地され、前記出力端子と前記接地との間の分圧された端子が前記利得調整端子に接続される分圧回路とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電源電圧変動及びに周囲温度変動伴う出力変動を抑制することが可能な高周波電力増幅器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。以下に示す図では、同一の構成要素には同一の符号を付す。
【実施例】
【０００９】
本発明の実施例に係る高周波電力増幅器について、図１乃至図３を参照しながら説明する。図１は高周波電力増幅器の構成を模式的に示す図である。図２は高周波電力増幅器の基準電圧発生回路の中の検出回路の構成を模式的に示すブロック図である。図３は基準電圧発生回路の出力と電力増幅器の出力との関係を模式的に示す図である。
【００１０】
図１に示すように、高周波電力増幅器１は、電力増幅用トランジスタを有する電力増幅器１２、周囲動作温度及び電源電圧の変動を補償するための基準電圧発生回路２０、及び、基準電圧発生回路２０と電力増幅器１２とを接続する、分圧のための分圧回路１５を有する構成である。ここで、電力増幅器１２、基準電圧発生回路２０等がモノリシック部１０として、１つの半導体基板(図示略)の上に形成されている。そして、モノリシック部１０と分圧回路１５を含む部品等とがパッケージ基板上に実装されて、高周波電力増幅器１（または、高周波電力増幅器モジュール等と呼ばれる）が構成される。
【００１１】
電力増幅器１２は、図示を省略するが、例えば、電力増幅用のバイポーラトランジスタ等で構成される。トランジスタを複数個接続して増幅回路を構成することも可能である。電力増幅器１２は、電源電圧Ｖｃｃが印加されて、高周波信号入力端子１８から入力された高周波入力信号Ｐｉｎを増幅して、高周波信号出力端子１９から高周波出力信号Ｐｏｕｔを出力する。電力増幅器１２は、例えば、トランジスタのベースに接続される利得調整端子１７を有している。利得調整端子１７には、基準電圧発生回路２０からの出力Ｖｏｕｔを分圧回路１５を介して分圧した利得調整電圧Ｖｐｃが印加されて、所望の高周波出力信号Ｐｏｕｔが出力される。基準電圧発生回路２０は、電力増幅器１２の高周波出力信号Ｐｏｕｔを検出してフィードバック制御を行う機能は有してない。
【００１２】
基準電圧発生回路２０は、電源電圧及び周囲温度を検出するための検出回路２１、検出回路２１からの出力である検出電圧Ｖｓを抵抗２３を介して入力する反転入力端子（−）、反転入力端子（−）に抵抗２４を介して接続された出力端子、電源電圧Ｖｃｃとは独立した電圧を発生するオフセット電圧発生回路２９からの電圧を入力する非反転入力端子（＋）とを有する反転及び差動増幅が可能な演算増幅器２７で構成される。
【００１３】
検出回路２１は、電源電圧Ｖｃｃに接続され、図２に示すように、電圧検出回路３１、温度検出回路３２、及び、所望の検出電圧Ｖｓを出力するための出力回路３３を有している。電圧検出回路３１は、例えば、電源電圧Ｖｃｃとして供給される電力の電圧のレベルを抵抗等を利用して検出し、電圧を出力する。温度検出回路３２は、例えば、周知のサーミスタまたはダイオード等を検出素子として利用した温度センサ回路等を使用し、動作周囲温度Ｔａ、特に、電力増幅器１２の動作周囲温度Ｔａに応じた温度検出を行い、電圧を出力する。出力回路３３は、電圧検出回路３１及び温度検出回路３２からの出力電圧が、演算増幅器２７の入力に適するように調整された検出電圧Ｖｓを出力する。
【００１４】
オフセット電圧発生回路２９は、電源電圧依存性及び温度依存性等を抑制して、定電圧を発生することが可能な回路である。例えば、集積回路装置等で実績のある周知のバンドギャップリファレンス回路（図示略）等を基本回路として利用可能である。バンドギャップリファレンス回路は、出力電圧を、トランジスタの負の温度係数を有するバンドギャップ電圧の項と、正の温度係数を有する熱電圧に抵抗の比に依存する係数を掛けた項の足し算で表現でき、抵抗の比を適切に与えることによって、一定値に設定することができるので、電源電圧依存性及び温度依存性が抑制された電圧を得ることができる。オフセット電圧発生回路２９は、演算増幅器２７の非反転入力端子（＋）に印加するに適する電圧を供給するだけなので、大きな電流を取り出す必要がなく、接地に対して、正確に一定の電圧を得ることができる。なお、オフセット電圧発生回路２９は、ツェナーダイオードを使用した回路等であっても差し支えない。
【００１５】
演算増幅器２７は、反転及び非反転入力端子に入力された電圧の差、すなわち、検出電圧Ｖｓとオフセット電圧との差を反転増幅して、出力端子に出力する。出力端子の出力電圧である演算増幅器出力電圧Ｖｏｕｔは、演算増幅器２７の反転入力端子（−）と出力端子との間に接続された抵抗２４と抵抗２３との抵抗値の比に比例した電圧となる。
【００１６】
分圧回路１５は、可変抵抗で構成され、一端が演算増幅器２７の出力端子に接続され、他の一端が接地され、分圧された電圧が利得調整端子１７に供給される。演算増幅器２７の出力端子と接地との間の抵抗値は一定であるが、演算増幅器２７の出力端子と利得調整端子１７との間の抵抗値は、所望の値を選択できる。そして、利得調整端子１７に印加される利得調整電圧Ｖｐｃが電力増幅器１２の利得調整に適するものとなるように、分圧回路１５の抵抗値は決められる。
【００１７】
次に、高周波電力増幅器１の基準電圧発生回路２０の出力が、電力増幅器１２の出力をほぼ一定に維持する機能を、基準電圧発生回路２０が設置されてない場合と比較しながら説明する。
【００１８】
まず、本実施例との比較のために、図３（ｂ）に示すように、基準電圧発生回路がなく、他の回路は本実施例と同様な構成を有する場合において、例えば、電源電圧Ｖｃｃが、時間が経過すると共に減少して行く場合を考える。図３（ｂ）の（ｂ−１１）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の電源電圧Ｖｃｃは右下がりのグラフとなる。このとき、図３（ｂ）の（ｂ−１５）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の電力増幅器の出力Ｐｏｕｔは右下がりのグラフとなる。つまり、電力増幅器の高周波出力信号Ｐｏｕｔは、電源電圧Ｖｃｃと共に、変動を続けることになる。
【００１９】
基準電圧発生回路がなく、他の回路は本実施例と同様な場合において、例えば、動作周囲温度Ｔａが、時間が経過すると共に増加して行く場合を考える。図３（ｂ）の（ｂ−２１）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の動作周囲温度Ｔａは右上がりのグラフとなる。このとき、図３（ｂ）の（ｂ−２５）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の電力増幅器の高周波出力信号Ｐｏｕｔは右下がりのグラフとなる。つまり、電力増幅器の高周波出力信号Ｐｏｕｔは、動作周囲温度Ｔａと共に、変動を続けることになる。
【００２０】
一方、図３（ａ）に示すように、本実施例の基準電圧発生回路２０を有する場合において、例えば、電源電圧Ｖｃｃが、時間が経過すると共に減少していく場合を、矢印で示された段階を追って考える。図３（ａ）の（ａ−１１）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の電源電圧Ｖｃｃは右下がりのグラフとなる。次に、図３（ａ）の（ａ−１２）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の検出回路２１の検出電圧Ｖｓは右下がりのグラフとなる。次に、図３（ａ）の（ａ−１３）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の演算増幅器２７の出力電圧Ｖｏｕｔは、反転されて、右上がりのグラフとなる。次に、図３（ａ）の（ａ−１４）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の分圧された分圧回路１５の出力、すなわち、電力増幅器１２の利得調整電圧Ｖｐｃは、演算増幅器２７の出力電圧Ｖｏｕｔと同様に、右上がりのグラフとなる。次に、図３（ａ）の（ａ−１５）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の電力増幅器１２の出力電力Ｐｏｕｔは、変化の小さいほぼ水平なグラフとなる。すなわち、図３（ｂ）の（ｂ−１５）に示す電力増幅器の出力電力Ｐｏｕｔは、利得調整電圧Ｖｐｃによって、高周波出力信号Ｐｏｕｔが増加するように補償されて、その結果、電力増幅器１２の高周波出力信号Ｐｏｕｔは、ほぼ一定の出力を維持することが可能となる。
【００２１】
また、本実施例の基準電圧発生回路２０を有する場合において、例えば、動作周囲温度Ｔａが、時間が経過すると共に増加していく場合を考える。図３（ａ）の（ａ−２１）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の動作周囲温度Ｔａは右上がりのグラフとなる。次に、図３（ａ）の（ａ−２２）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の検出回路２１の検出電圧Ｖｓは右下がりのグラフとなる。次に、図３（ａ）の（ａ−２３）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の演算増幅器２７の出力電圧Ｖｏｕｔは、反転されて、右上がりのグラフとなる。次に、図３（ａ）の（ａ−２４）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の分圧された分圧回路１５の出力、すなわち、電力増幅器１２の利得調整電圧Ｖｐｃは、演算増幅器２７の出力電圧Ｖｏｕｔと同様に、右上がりのグラフとなる。次に、図３（ａ）の（ａ−２５）に示すグラフにあるように、横軸の時間が経過すると共に、任意スケールの縦軸の電力増幅器１２の出力電力Ｐｏｕｔは、変化の小さいほぼ水平なグラフとなる。すなわち、図３（ｂ）の（ｂ−２５）に示す電力増幅器の出力電力Ｐｏｕｔは、利得調整電圧Ｖｐｃによって、高周波出力信号Ｐｏｕｔが増加するように補償されて、その結果、電力増幅器１２の高周波出力信号Ｐｏｕｔは、ほぼ一定の出力を維持することが可能となる。
【００２２】
以上のグラフでは、電源電圧Ｖｃｃ及び動作周囲温度Ｔａが一つの傾きに沿って動く場合を示したが、逆の傾きを有する方向に動く場合は、それぞれの段階の、それぞれの電圧の傾きが逆になって、電力増幅器１２の高周波出力信号Ｐｏｕｔがほぼ一定に維持される。
【００２３】
上述したように、高周波電力増幅器１は、電力増幅器１２、電源電圧Ｖｃｃ及び動作周囲温度Ｔａの変動を補償するための基準電圧発生回路２０、及び、基準電圧発生回路２０と電力増幅器１２とを接続する、分圧のための分圧回路１５を有する構成とすることによって、比較的簡単な回路で、電源電圧Ｖｃｃ及び動作周囲温度Ｔａの変動に対する電力増幅器１２の高周波出力信号Ｐｏｕｔの変動を抑制して、ほぼ一定に維持することが可能となる。
【００２４】
また、電力増幅器１２、基準電圧発生回路２０が１つの半導体基板の上にモノリシックに形成されているので、高周波出力信号Ｐｏｕｔを出力する電力増幅器１２の電源電圧Ｖｃｃ及び動作周囲温度Ｔａをより近接して検出でき、従って、より変動の小さな高周波出力信号Ｐｏｕｔとすることが可能となる。
【００２５】
また、利得調整電圧Ｖｐｃを、電力増幅器１２、及び基準電圧発生回路２０等がモノリシック部１０として形成された後に、分圧された分圧回路１５によってレベル設定できるので、より良く調整されて使い勝手のよい高周波電力増幅器１、すなわち、電力増幅器モジュールを得ることが可能となる。
【００２６】
また、高周波電力増幅器１を使用する無線通信システム等においては、外付けの同機能を有するＩＣ等を組み込む必要がなく、無線通信システム等の小型化、低コスト化を図ることが可能となる。
【００２７】
以上、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００２８】
例えば、実施例では、電力増幅器はバイポーラトランジスタで構成される例を示したが、電力増幅器は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＭＥＳＦＥＴ（Metal Semiconductor FET）、及びＨＢＴ（Heterojunction Bipolar Transistor）等で構成されることが可能である。その場合、基準電圧発生回路も、電力増幅器と同様なプロセスで作成されることが好ましい。また、バイポーラトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴで電力増幅器を構成する場合、Ｂｉ−ＣＭＯＳ（Bipolar-Complementary MOS）で構成することは可能である。
【００２９】
本発明は、以下の付記に記載されるような構成が考えられる。  
（付記１）  利得調整端子を有し、電源電圧及び接地に接続され、入力された高周波信号を増幅して出力する電力増幅器と、前記電源電圧及び周囲温度を検出する検出回路を有し、一端子に前記検出回路からの出力電圧が入力され、他端子に前記検出回路からの出力電圧及び前記電源電圧とは独立したオフセット電圧発生回路からの出力電圧が入力される演算増幅器を備えた基準電圧発生回路と、一端が前記演算増幅器の出力端子に接続され、他の一端が接地され、前記出力端子と前記接地との間の分圧された端子が前記利得調整端子に接続される分圧回路とを具備している高周波電力増幅器。
【００３０】
（付記２）  前記分圧回路は、モノリシックに形成された前記電力増幅器及び前記基準電圧発生回路の特性に合うように抵抗の調整が可能である付記１に記載の高周波電力増幅器。
【００３１】
（付記３）  周囲温度を検出する前記検出回路は、ダイオードまたはサーミスタを利用した温度検出回路、及び、電源電圧を検出する前記検出回路は、抵抗を利用した電源検出回路である付記１に記載の高周波電力増幅器。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例に係る高周波電力増幅器の構成を模式的に示す図。
【図２】本発明の実施例に係る高周波電力増幅器の基準電圧発生回路の中の検出回路の構成を模式的に示すブロック図。
【図３】本発明の実施例に係る基準電圧発生回路の出力と電力増幅器の出力との関係を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１  高周波電力増幅器
１０  モノリシック部
１２  電力増幅器
１５  分圧回路
１７  利得調整端子
１８  高周波信号入力端子
１９  高周波信号出力端子
２０  基準電圧発生回路
２１  検出回路
２３、２４  抵抗
２７  演算増幅器
２９  オフセット電圧発生回路
３１  電圧検出回路
３２  温度検出回路
３３  出力回路
Ｐｉｎ  高周波入力信号
Ｐｏｕｔ  高周波出力信号
Ｔａ  動作周囲温度
Ｖｃｃ  電源電圧
Ｖｓ  検出電圧
Ｖｏｕｔ  演算増幅器出力電圧
Ｖｐｃ  利得調整電圧
【図１】
2008131355.tif 000003
【図２】
2008131355.tif 000004
【図３】
2008131355.tif 000005