(57)【要約】【課題】高周波増幅回路を集積化した場合であっても、入出力特性の劣化が少ない高周波増幅回路を提供する。【解決手段】第１のバイアス用トランジスタ８４３と第２のバイアス用トランジスタ８４４を有したカレントミラー回路と、第３のバイアス用トランジスタ８４５を有したエミッタホロワ回路と、バイアス用抵抗８４６と、増幅用トランジスタ８０５を有したエミッタ接地増幅回路を備え、カレントミラー回路からのバイアス電圧をエミッタホロワ回路およびバイアス用抵抗を介してエミッタ接地回路の増幅用トランジスタのベースに印加するとともに、バイアス用抵抗８４６と並列に、バイパス抵抗１０１とバイパス容量１０２からなる直列接続体を接続したことを特徴とする。【選択図】  図１
2004297277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のバイアス用トランジスタと第２のバイアス用トランジスタを有したカレントミラー回路と、第３のバイアス用トランジスタを有したエミッタホロワ回路と、バイアス用抵抗と、増幅用トランジスタを有したエミッタ接地増幅回路を備え、前記カレントミラー回路からのバイアス電圧を前記エミッタホロワ回路および前記バイアス用抵抗を介して前記エミッタ接地回路の前記増幅用トランジスタのベースに印加するとともに、前記バイアス用抵抗と並列に、バイパス抵抗とバイパス容量からなる直列接続体を接続したことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項２】
第１のバイアス用トランジスタと第２のバイアス用トランジスタを有したカレントミラー回路と、第３のバイアス用トランジスタを有したエミッタホロワ回路と、バイアス用抵抗と、増幅用トランジスタを有したエミッタ接地増幅回路を備え、前記カレントミラー回路からのバイアス電圧を前記エミッタホロワ回路を介して前記エミッタ接地増幅回路の前記増幅用トランジスタのベースに印加する構成で、エミッタが接地された前記第１のバイアス用トランジスタのベースを第２のバイアス用トランジスタのエミッタに接続し、コレクタを第２のバイアス用トランジスタのベースと前記第３のバイアス用トランジスタのベースに接続するとともに、電流調整用抵抗に接続し、該電流調整用抵抗を介して基準電圧を印加し、前記第２のバイアス用トランジスタのコレクタと前記第３のバイアス用トランジスタのコレクタに電源電圧を印加し、前記第３のバイアス用トランジスタのエミッタを前記バイアス用抵抗を介して、前記増幅用トランジスタのベースに接続してバイアス電圧を印加するとともに、前記バイアス用抵抗と並列に、バイパス抵抗とバイパス容量からなる直列接続体を接続したことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項３】
第１のバイアス用トランジスタと第２のバイアス用トランジスタを有したカレントミラー回路と、バイアス用抵抗と、増幅用トランジスタ有したエミッタ接地増幅回路を備え、エミッタが接地された前記第１のバイアス用トランジスタのベースを第２のバイアス用トランジスタのエミッタに接続し、コレクタを前記第２のバイアス用トランジスタのベースに接続するとともに、電流調整用抵抗を介して基準電圧を印加し、前記第２のバイアス用トランジスタのコレクタに電源電圧を印加し、前記第１のバイアス用トランジスタのベースと第２のバイアス用トランジスタのエミッタの接続点を前記バイアス用抵抗を介して第１の増幅用トランジスタのベースに接続してバイアス電圧を印加するとともに、前記バイアス用抵抗と並列に、バイパス抵抗とバイパス容量からなる直列接続体を接続したことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項４】
第１のバイアス用トランジスタと第２のバイアス用トランジスタを有したカレントミラー回路と、第３のバイアス用トランジスタを有したエミッタホロワ回路と、バイアス用抵抗と、前記カレントミラー回路の接地部分に接続された第１のスイッチ用電界効果トランジスタと前記第３のバイアス用トランジスタの出力に接続された第２のスイッチ用電界効果トランジスタを有したスイッチ回路と、増幅用トランジスタを有したエミッタ接地増幅回路を備え、前記カレントミラー回路からのバイアス電圧を前記エミッタホロワ回路および前記バイアス用抵抗および前記第２のスイッチ用電界効果トランジスタを介して前記エミッタ接地回路の前記増幅用トランジスタのベースに印加し、前記スイッチ回路により前記増幅用トランジスタをオンオフできるようにしたことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項５】
第１のバイアス用トランジスタと第２のバイアス用トランジスタを有したカレントミラー回路と、バイアス用抵抗と、第３のバイアス用トランジスタを有したエミッタホロワ回路と、前記カレントミラー回路の接地部分に接続された第１のスイッチ用電界効果トランジスタと前記第３のバイアス用トランジスタの出力に接続された第２のスイッチ用電界効果トランジスタを有したスイッチ回路と、増幅用トランジスタを有したエミッタ接地増幅回路を備え、前記カレントミラー回路からのバイアス電圧を前記エミッタホロワ回路および前記バイアス用抵抗を介して前記エミッタ接地回路の前記増幅用トランジスタのベースに印加する構成で、前記第１のバイアス用トランジスタのベースを第２のバイアス用トランジスタのエミッタに接続し、コレクタを第２のバイアス用トランジスタのベースと前記第３のバイアス用トランジスタのベースに接続するとともに、電流調整用抵抗に接続し、該電流調整用抵抗を介し基準電圧を印加し、前記第２のバイアス用トランジスタのコレクタと前記第３のバイアス用トランジスタのコレクタに電源電圧を印加し、前記第１のバイアス用トランジスタのエミッタにソースが接地された前記第１のスイッチ用電界効果トランジスタのドレインを接続し、前記第３のバイアス用トランジスタのエミッタに前記第２のスイッチ用電界効果トランジスタのドレインを接続し、ソースを前記バイアス用抵抗を介して前記増幅用トランジスタのベースに接続するとともに、前記第１のスイッチ用電界効果トランジスタと前記第２のスイッチ用電界効果トランジスタのゲートをそれぞれ第１のゲート保護抵抗と第２のゲート保護抵抗を介しスイッチ電圧端子に接続し、前記スイッチ電圧端子により、前記増幅用トランジスタをオンオフできるようにしたことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項６】
請求項５記載の高周波増幅回路において、前記第３のバイアス用トランジスタのエミッタと前記第１の増幅用トランジスタのベース間に、バイパス抵抗とバイパス容量からなる直列接続体を接続したことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項７】
第１のバイアス用トランジスタと第２のバイアス用トランジスタを有したカレントミラー回路と、バイアス用抵抗と、前記カレントミラー回路の接地部分に接続された第１のスイッチ用電界効果トランジスタと前記カレントミラー回路の出力に接続された第２のスイッチ用電界効果トランジスタを有したスイッチ回路と、増幅用トランジスタを有したエミッタ接地増幅回路を備え、前記カレントミラー回路からのバイアス電圧を前記バイアス用抵抗および前記第２のスイッチ用電界効果トランジスタ介して前記エミッタ接地回路の前記増幅用トランジスタのベースに印加し、前記スイッチ回路により前記増幅用トランジスタをオンオフできるようにしたことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項８】
第１のバイアス用トランジスタと第２のバイアス用トランジスタを有したカレントミラー回路と、バイアス用抵抗と、前記カレントミラー回路の接地部分に接続された第１のスイッチ用電界効果トランジスタと前記カレントミラー回路の出力に接続された第２のスイッチ用電界効果トランジスタを有したスイッチ回路と、増幅用トランジスタ有したエミッタ接地増幅回路を備え、前記第１のバイアス用トランジスタのベースを前記第２のバイアス用トランジスタのエミッタに接続し、コレクタを前記第２のバイアス用トランジスタのベースに接続するとともに、電流調整用抵抗を介して基準電圧を印加し、前記第２のバイアス用トランジスタのコレクタに電源電圧を印加し、前記第１のバイアス用トランジスタのエミッタにソースが接地された前記第１のスイッチ用電界効果トランジスタのドレインを接続し、前記第１のバイアス用トランジスタのベースと第２のバイアス用トランジスタのエミッタの接続点に前記第２のスイッチ用電界効果トランジスタのドレインを接続し、ソースを前記バイアス用抵抗を介して前記増幅用トランジスタのベースに接続するとともに、前記第１のスイッチ用電界効果トランジスタと前記第２のスイッチ用電界効果トランジスタのゲートをそれぞれ第１のゲート保護抵抗と第２のゲート保護抵抗を介しスイッチ電圧端子に接続し、前記スイッチ電圧端子により、前記増幅用トランジスタをオンオフできるようにしたことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項９】
請求項８記載の高周波増幅回路において、前記第１のバイアス用トランジスタのベースと前記第２のバイアス用トランジスタのエミッタの接続点と、前記増幅用トランジスタのベース間に、バイパス抵抗とバイパス容量からなる直列接続体を接続したことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項１０】
請求項１から請求項３のうちのいずれか一つに記載の高周波増幅回路において、少なくとも前記増幅用トランジスタおよび前記バイアス用トランジスタを同一半導体基板上に形成したことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項１１】
受信したＲＦ周波信号を増幅して出力する低雑音増幅回路と、前記低雑音増幅回路より出力されたＲＦ周波信号を局部発振信号により中間周波信号に周波数変換出力するミクサ回路と、前記ミクサ回路より出力された中間周波信号を復調する復調回路を有する受信機において、前記低雑音増幅回路に、請求項１から請求項１０のうちのいずれか一つに記載の高周波増幅回路を用いたことを特徴とする受信機。
【請求項１２】
変調回路において変調出力される中間周波信号を局部発振信号により、ＲＦ周波信号に周波数変換出力するミクサ回路と、前記ミクサ回路より出力されたＲＦ周波信号を増幅する電力増幅回路を有する送信機において、前記電力増幅回路に、請求項１から請求項１０のうちのいずれか一つに記載の高周波増幅回路を用いたことを特徴とする送信機。
【請求項１３】
受信したＲＦ周波信号を増幅して出力する低雑音増幅回路と、前記低雑音増幅回路より出力されたＲＦ周波信号を局部発振信号により中間周波信号に周波数変換出力するミクサ回路と、前記ミクサ回路より出力された中間周波信号を復調する復調回路を有する受信部と、変調回路において変調出力される中間周波信号を局部発振信号により、ＲＦ周波信号に周波数変換出力するミクサ回路と、前記ミクサ回路より出力されたＲＦ周波信号を増幅する電力増幅回路を有する送信部を有し、送信時は前記受信部をオフ状態とし、受信時は前記送信部をオフ状態として、送信と受信を交互に行う構成の送受信機において、前記低雑音増幅回路と電力増幅回路に、請求項４から請求項１０のうちのいずれか一つに記載の高周波増幅回路を用いたことを特徴とする送受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ＬＡＮやセルラ電話などの送受信機や、ＴＶ、ＣＡＴＶ、衛星放送、衛星通信等の受信機とそれらに用いられる高周波増幅回路およびそれを用いた送信機、受信機ならびに送受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に高周波増幅回路の従来技術の一例を示す。図８の電力増幅回路は、ＲＦ信号入力端子８０１と、ＲＦ信号出力端子８０２と、電源端子８０３と、基準電圧端子８０４と、増幅用トランジスタ８０５と、接地用コンデンサ８０６と、入力整合回路８２０と、出力整合回路８３０とバイアス回路８４０を有しており、増幅用トランジスタ８０５のエミッタを接地し、ベースを入力整合回路８２０を介しＲＦ信号入力端子８０１に接続するとともに、バイアス回路８４０に接続し、コレクタを出力整合回路８３０を介しＲＦ信号出力端子８０２と電源端子８０３に接続している。
【０００３】
さらに、バイアス回路８４０は、バイアス用トランジスタ８４３、８４４、８４５と、電流調整用抵抗８４１，８４２と、バイアス用抵抗８４６を有し、エミッタが接地されたバイアス用トランジスタ８４３のベースをバイアス用トランジスタ８４４のエミッタに接続し、コレクタをバイアス用トランジスタ８４４のベースに接続し、電流調整用抵抗８４２，８４１を介し基準電圧端子８０４に接続するとともに、電流調整用抵抗８４１、８４２の接続点にバイアス用トランジスタ８４５のベースを接続している。そして、バイアス用トランジスタ８４４のコレクタとバイアス用トランジスタ８４５のコレクタに電源電圧端子８０３を接続し、バイアス用トランジスタ８４５のエミッタをバイアス用抵抗８４６を介して、増幅用トランジスタ８０５のベースに接続することにより、増幅用トランジスタ８０５のベースにバイアス電圧を印加する。
【０００４】
また、入力整合回路８２０は、コンデンサ８２１、８２２と、インダクタ８２３を有し、増幅用トランジスタ８０５のベースとＲＦ信号源インピーダンスとのインピーダンス整合を図り、出力整合回路８３０は、インダクタ８３１、８３３と、コンデンサ８３２を有し、増幅用トランジスタ８０５のコレクタと負荷インピーダンスとのインピーダンス整合を図るとともに、電源端子８０３の電圧を増幅用トランジスタ８０５のコレクタに供給する働きも兼ねている。
【０００５】
以上の高周波増幅回路は、ＲＦ信号入力端子８０１に入力された５ＧＨｚ帯のＲＦ信号を増幅用トランジスタ８０５により増幅し、ＲＦ信号出力端子８０２に出力する。このとき増幅用トランジスタ８０５にバイアス電圧を供給するバイアス回路８４０は、温度変化により増幅用トランジスタ８０５のベースとコレクタ間電圧ＶＢＥが変化することによるバイアス電流の変動をバイアス回路８４０のバイアス用トランジスタ８４３、８４４により構成されるカレントミラー回路とバイアス用トランジスタ８４５のエミッタホロワ回路のベースとコレクタ間電圧の温度変化による変動で打ち消すことにより、増幅用トランジスタ８０５のコレクタ電流の温度依存性を抑えている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
さらに、カレントミラー回路と増幅用トランジスタ間をエミッタホロワ回路によるバッファを介して接続することにより、電力増幅回路における高出力時のドライブ能力が不足しないようにしている。
【０００７】
また、増幅用トランジスタ８０５に流れるコレクタ電流は、電流調整用抵抗８４１，８４２の値により調整し、増幅用トランジスタ８０５のベースとバイアス回路８４０間の接続は、バイアス回路８４０のインピーダンスの影響による利得の低下を抑えるため、バイアス用抵抗８４６を介している。
【０００８】
さらに、図９に高周波増幅回路の従来技術の他の一例を示す。図９の高周波増幅回路において、図８と同一の動作を行うものについては同一の符号を付し、説明を省略する。図９は図８と比較してバイアス回路が異なり、バイアス回路９００はバイアス用トランジスタ９０２、９０３と、電流調整用抵抗９０１とバイアス用抵抗９０４を有し、エミッタが接地されたバイアス用トランジスタ９０２のベースをバイアス用トランジスタ９０３のエミッタに接続し、バイアス用トランジスタ９０２のコレクタをバイアス用トランジスタ９０３のベースに接続するとともに、電流調整用抵抗９０１を介し基準電圧端子８０４に接続し、バイアス用トランジスタ９０３のコレクタを電源端子８０３に接続する。さらに、バイアス用トランジスタ９０２のベースとバイアス用トランジスタ９０３のエミッタの接続点にバイアス用抵抗９０４を介し増幅用トランジスタ８０５のベースを接続することにより、増幅用トランジスタ８０５にバイアス電圧を印加する。
【０００９】
以上の高周波増幅回路は、図８の電力増幅回路の従来技術と同様、ＲＦ信号入力端子８０１に入力された５ＧＨｚ帯のＲＦ信号を増幅用トランジスタ８０５により増幅し、ＲＦ信号出力端子８０２に出力する。このとき増幅用トランジスタ８０５にバイアス電圧を供給するバイアス回路９００は、温度変化により増幅用トランジスタ８０５のベースとコレクタ間電圧ＶＢＥが変化することによるバイアス電流の変動をバイアス回路９００のバイアス用トランジスタ９０２、９０３により構成されるカレントミラー回路のベースとコレクタ間電圧の温度変化による変動で打ち消すことにより、増幅用トランジスタ８０５のコレクタ電流の温度依存性を抑えている（例えば、非特許文献２参照）。
【００１０】
また、増幅用トランジスタ８０５に流れるコレクタ電流は、電流調整用抵抗９０１の値により調整するとともに、増幅用トランジスタ８０５のベースとバイアス回路９００間の接続は、バイアス回路９００のインピーダンスの影響による利得の低下を抑えるため、バイアス用抵抗９０４を介して接続している。
【００１１】
【非特許文献１】
社団法人  電子情報通信学会  信学技報  「Ｗ−ＣＤＭＡ用２段パワーアンプＨＢＴ  ＭＭＩＣにおける歪相殺を用いた効率向上手法」、ＥＤ２００１−２０７、図７
【非特許文献２】
社団法人  電子情報通信学会  信学技報  「デュアルバイアスフィードＳｉＧｅ  ＨＢＴ線形低雑音増幅器」、ＥＤ２００１−２０７、ＭＷ２００１−２５、図１
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術で示す高周波増幅回路では、増幅用トランジスタのベースとエミッタ間がダイオードとしてオン動作するような強レベルのＲＦ信号が入力された場合、増幅用トランジスタの入力インピーダンスが小さくなるとともに、ベースとエミッタ間の電圧ＶＢＥの平均値が減少し、ベース電流が増加するため、例えば、図８で示した電力増幅回路の従来技術では、バイアス用抵抗８４６による電圧降下が大となることで、増幅用トランジスタ８０５へのバイアス電流が不足するので、入出力特性が劣化し、十分な出力パワーが得られないという課題があった。
【００１３】
このため、図８および図９で示した高周波増幅回路を受信機の初段の低雑音増幅回路に用いた場合、強入力時に出力波形が歪んでしまい、十分なダイナミックレンジが得られないし、図８および図９で示した高周波増幅回路を送信機の最終段の電力増幅回路に用いた場合、十分な送信電力が得られない。
【００１４】
なお、図８で示した従来技術の場合、バイアス用抵抗８４６の代わりにＲＦ信号に対し大きなインピーダンスとなるインダクタを用いれば入出力特性は改善されるが、高周波増幅回路を集積化することを考えた場合、インダクタの半導体チップ面積が非常に大きくなるため、インダクタを用いての高周波増幅回路の集積化は不可能である。
【００１５】
さらに、図８で示した電力増幅回路の従来技術の場合、基準電圧端子８０４に印加する基準電圧を３．３Ｖとするが、その基準電圧がベースとエミッタ間の順方向電圧の２倍の電圧である約１．４Ｖより低くなると、バイアス用トランジスタ８４５とバイアス用抵抗８４６を介して増幅用トランジスタ８０５のベースに流れるベース電流が流れなくなるので、増幅用トランジスタ８０５がオフ状態となることから、基準電圧端子８０４に印加する電圧により増幅用トランジスタ８０５をオンオフすることは可能である。
【００１６】
しかし、増幅用トランジスタ８０５がオン状態のときは、基準電圧端子８０４には増幅用トランジスタ８０５のコレクタ電流を定めるための定電圧を印加する必要があるが、オン時に定電圧を基準電圧端子８０４に出力するためのスイッチ電源回路は、この回路の出力電圧の量産時のばらつきにより増幅用トランジスタ８０５のオン時のコレクタ電流のばらつきが大きくなってしまうため、量産化には適さない。
【００１７】
このため、送信時には受信部をオフし、受信時には送信部をオフするような送信と受信を交互に行う送受信機（例えば無線ＬＡＮシステム）に図８および図９で示した高周波増幅回路を用いた場合、送受信機の電流ばらつきが大きくなってしまう。
【００１８】
本発明の目的は、高周波増幅回路を集積化した場合であっても、入出力特性の劣化が少ない高周波増幅回路およびそれを用いた送信機、受信機ならびに送受信機を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、増幅用トランジスタにバイアスを供給する基準電圧が量産時のばらつきにより変わっても、増幅用トランジスタのオン時のコレクタ電流がばらつかないスイッチ回路を有した高周波増幅回路およびそれを用いた送信機、受信機ならびに送受信機を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題である入出力特性の劣化を解決するため、本発明は、バイパス抵抗とバイパス容量から成る直列接続体をバイアス用抵抗と並列に接続するようにした。
【００２１】
このような構成にすることにより、増幅用トランジスタのベースとエミッタ間がダイオードとしてオン動作するような強入力レベルの場合、入力信号の振幅がベースとエミッタ間がダイオードとしてオン動作している間は増幅用トランジスタの入力インピーダンスが小さくなるため、この間は増幅用トランジスタのベース電流が増加する。このとき、バイアス用抵抗のみでバイアスを行った場合、ここでの電圧降下が増加することで、ベース電流の増加がこの電圧降下により抑えられてしまうので、入出力特性が劣化する。
【００２２】
このため、バイパス抵抗とバイパスコンデンサから成る直列接続体をバイアス用抵抗と並列にすることにより、ベースとエミッタ間がダイオードとしてオン動作し増幅用トランジスタの入力インピーダンスが小さくなったときに、このバイパス抵抗とバイパスコンデンサを介し、増幅用トランジスタに十分なベース電流が流れるため、入出力特性の劣化を抑えることができる。
【００２３】
次に上記課題である増幅用トランジスタにバイアスを供給する基準電圧が量産時のばらつきにより変わっても、増幅用トランジスタのコレクタ電流がばらつかない本発明の実現は、高周波増幅回路において、バイアス用トランジスタのエミッタと接地間にエンハンスメント型の第１のスイッチ用電界効果トランジスタを挿入し、バイアス用抵抗と増幅用トランジスタのベース間にエンハンスメント型の第２のスイッチ用電界効果トランジスタを挿入するとともに、第１のスイッチ用電界効果トランジスタと第２のスイッチ用電界効果トランジスタのゲートにそれぞれ第１のゲート保護抵抗と第２のゲート保護抵抗を介しスイッチ電圧端子を接続する構成とした。
【００２４】
以上の構成とすることにより、スイッチ電圧端子にスイッチ用電界効果トランジスタのしきい値電圧（約０．８Ｖ程度）よりも低い電圧が印加された場合、第１、第２のスイッチ用電界効果トランジスタはオフ状態となるため、バイアス用トランジスタで構成されるカレントミラー回路および増幅用トランジスタはオフ状態となる。
【００２５】
そして、スイッチ電圧端子にスイッチ用電界効果トランジスタのしきい値電圧よりも高い電圧が印加されると、第１のスイッチ用電界効果トランジスタがオン状態となり、カレントミラー回路はオン状態となる（このとき、第２のスイッチ用電界効果トランジスタおよび増幅用トランジスタはオフ状態である）。さらに、スイッチ電圧端子にスイッチ用電界効果トランジスタのしきい値電圧に増幅用トランジスタのベースとエミッタ間の順方向バイアス電圧を加えた電圧（約１．５Ｖ程度）以上の値が印加されると、第２のスイッチ用電界効果トランジスタを介して増幅用トランジスタにベース電流が流れ、増幅用トランジスタはオン状態となる。このとき増幅用トランジスタに流れるコレクタ電流は、スイッチ電圧端子の電圧によらずほぼ一定となる。
【００２６】
以上のことからスイッチ電圧端子に印加する電圧により、増幅用トランジスタをオンオフすることができるとともに、オン時にスイッチ電圧端子に印加する電圧により増幅用トランジスタのコレクタ電流がばらつかない高周波増幅回路を得ることができる。
【００２７】
また、高周波増幅回路においても、バイアス用トランジスタのエミッタと接地間にエンハンスメント型の第１のスイッチ用電界効果トランジスタを挿入し、バイアス用抵抗と増幅用トランジスタのベース間にエンハンスメント型の第２のスイッチ用電界効果トランジスタを挿入するとともに、第１のスイッチ用電界効果トランジスタと第２のスイッチ用電界効果トランジスタのゲートにそれぞれ第１のゲート保護抵抗と第２のゲート保護抵抗を介しスイッチ電圧端子を接続する構成とすることにより、同様に、スイッチ電圧端子に印加する電圧により、増幅用トランジスタをオンオフすることができるとともに、オン時にスイッチ電圧端子に印加する電圧により増幅用トランジスタのコレクタ電流のばらつきに強い高周波増幅回路を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２９】
図１は本発明による高周波増幅回路の第１の実施の形態を示す回路図である。図において、１０１はバイパス抵抗、１０２はバイパスコンデンサであり、その他、図８に対応する部分については同一符号を付けて説明を省略する。
【００３０】
同図において、第１の実施の形態は、ＲＦ信号入力端子８０１に入力されたＲＦ信号が、入力整合回路８２０を介し増幅用トランジスタ８０５により増幅され、出力整合回路８３０を介し、ＲＦ信号出力端子８０２より出力される。また、増幅用トランジスタ８０５のベースは、バイアス回路８４０よりバイアス用抵抗８４６を介しバイアスするとともに、バイパス抵抗１０１とバイパスコンデンサ１０２の直列接続体がバイアス用抵抗８４６と並列に接続している。
【００３１】
ここで、少なくとも増幅用トランジスタ８０５、バイアス用トランジスタ８４３，８４４，８４５は同一半導体基板上に形成されている。
【００３２】
このような構成にすることにより、増幅用トランジスタ８０５のベースとエミッタ間がダイオードとしてオン動作するような強いレベルの信号が入力された場合、入力信号の振幅がベースとエミッタ間がダイオードとしてオン動作している間、増幅用トランジスタ８０５の入力インピーダンスが減少して増加するベース電流を、バイアス用抵抗８４６と並列接続されたバイパス抵抗１０１とバイパスコンデンサ１０２によりバイパスするので、入出力特性の劣化の少ない高周波増幅回路を得ることができる。
【００３３】
図２は本発明による高周波増幅回路の第２の実施の形態を示す回路図であって、図２において、２０１はバイパス抵抗、２０２はバイパスコンデンサであり、その他、図９に対応する部分については同一符号を付けて説明を省略する。
【００３４】
同図において、第２の実施の形態は、図９で示した従来技術の高周波増幅回路と比較して、バイパス抵抗２０１とバイパスコンデンサ２０２の直列接続体をバイアス用抵抗９０４と並列に接続している。
【００３５】
ここで、少なくとも増幅用トランジスタ８０５、バイアス用トランジスタ９０２，９０３は同一半導体基板上に形成されている。
【００３６】
このような構成とすることにより、第１の実施の形態と同様に入出力特性の改善が図れる上に、第１の実施の形態と比較してカレントミラー回路と増幅用トランジスタ間にエミッタホロワ回路を用いていないため、回路の簡略化を図ることができる。
【００３７】
図３は本発明による高周波増幅回路の第３の実施の形態を示す回路図であって、３０１はスイッチ電圧端子、３１０はスイッチ回路であり、スイッチ回路３１０は、スイッチ用電界効果トランジスタ３１１，３１２、ゲート保護抵抗３１３，３１４、バイアス用抵抗３１５より構成されており、その他、図１に対応する部分については同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００３８】
図３の高周波増幅回路は図１の第１の実施の形態を示す回路図と比較して、バイアス用トランジスタ８４３のエミッタと接地間にエンハンスメント型のスイッチ用電界効果トランジスタ３１１を挿入し、バイアス用抵抗８４６と増幅用トランジスタ８０５のベース間にエンハンスメント型のスイッチ用電界効果トランジスタ３１２を挿入するとともに、スイッチ用電界効果トランジスタ３１１、３１２のゲートにそれぞれゲート保護抵抗３１３、３１４を介しスイッチ電圧端子３０１を接続する。また、スイッチ用電界効果トランジスタ３１２のインピーダンスの影響による利得の低下を抑えるため、スイッチ用電界効果トランジスタ３１２と増幅用トランジスタ８０５のベース間にバイアス用抵抗３１５を挿入している。
【００３９】
ここで、少なくとも増幅用トランジスタ８０５、バイアス用トランジスタ８４３，８４４，８４５およびスイッチ用電界効果トランジスタ３１１，３１２は同一半導体基板上に形成されている。
【００４０】
このような構成とすることにより、第１の実施の形態と同様に入出力特性の改善が図れる上に、スイッチ電圧端子３０１に印加する電圧により、増幅用トランジスタ８０５をオンオフすることができるとともに、オン時にスイッチ電圧端子３０１に印加する電圧によって増幅用トランジスタ８０５のコレクタ電流がばらつかない構成の高周波増幅回路を得ることができる。
【００４１】
図４は本発明による高周波増幅回路の第４の実施の形態を示す回路図であって、４０１はスイッチ電圧端子、４１０はスイッチ回路であり、スイッチ回路４１０は、スイッチ用電界効果トランジスタ４１１，４１２、ゲート保護抵抗４１３，４１４、バイアス用抵抗４１５より構成され、その他、図２に対応する部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００４２】
図４の高周波増幅回路は図２の第２の実施の形態を示す回路図と比較して、バイアス用トランジスタ９０２のエミッタと接地間にエンハンスメント型のスイッチ用電界効果トランジスタ４１１を挿入し、バイアス用抵抗９０４と増幅用トランジスタ８０５のベース間にエンハンスメント型のスイッチ用電界効果トランジスタ４１２を挿入するとともに、スイッチ用電界効果トランジスタ４１１、４１２のゲートにそれぞれゲート保護抵抗４１３、４１４を介しスイッチ電圧端子４０１を接続する。また、スイッチ用電界効果トランジスタ４１２のインピーダンスの影響による利得の低下を抑えるため、スイッチ用電界効果トランジスタ４１２と増幅用トランジスタ８０５のベース間にバイアス用抵抗４１５を挿入している。
【００４３】
ここで、少なくとも増幅用トランジスタ８０５、バイアス用トランジスタ９０２，９０３およびスイッチ用電界効果トランジスタ４１１，４１２は同一半導体基板上に形成されている。
【００４４】
このような構成とすることにより、第２の実施の形態と同様に入出力特性の改善が図れる上に、スイッチ電圧端子３０１に印加する電圧により、増幅用トランジスタ８０５をオンオフすることができるとともに、オン時にスイッチ電圧端子３０１に印加する電圧による増幅用トランジスタ８０５のコレクタ電流のばらつきに強い高周波増幅回路を得ることができる。
【００４５】
次に本発明の実施の形態における効果を、図５の（ａ），（ｂ）および図６の（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
【００４６】
図５の（ａ）は図１の高周波増幅回路の第１の実施の形態と図８の従来技術の高周波増幅回路における入出力特性のシミュレーション結果の比較を示したものである。
【００４７】
図５の（ａ）においてシミュレーションは５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮの送信部の最終段の電力増幅回路について行ったものであり、ＲＦ信号周波数５．２ＧＨｚ、電源電圧３．３Ｖで、スイッチ電圧端子に３Ｖを印加したときの入出力特性をシミュレーションしたものであり、横軸は入力ＲＦ信号レベル、縦軸は出力ＲＦ信号レベルである。また、図５の（ｂ）は、入力レベルに対する利得特性のシミュレーション結果の比較を示したものであり、横軸は入力ＲＦ信号レベル、縦軸は利得である。
【００４８】
これらの図から、入出力特性および入力レベルに対する利得とも、図８の従来技術に比べ、図１の第１の実施の形態の方が優れていることが分かる。
【００４９】
また、図６の（ａ）は図３の高周波増幅回路の第３の実施の形態において、スイッチ電圧端子３０１に印加する電圧に対する増幅用トランジスタ８０５のコレクタ電流と、図１の高周波増幅回路の第１の実施の形態において、基準電圧端子８０４に印加する電圧に対する増幅用トランジスタ８０５のコレクタ電流のシミュレーション結果の比較を示したものである。
【００５０】
図６の（ａ）より、図１の第１の実施の形態では、基準電圧端子８０４に印加する電圧に対しコレクタ電流が大きく変動するのに対し、図３で示した第３の実施の形態ではスイッチ電圧端子３０１に約２Ｖ以上の電圧を印加すれば、コレクタ電流はほぼ一定となるので、スイッチ電圧のばらつきに強い高周波増幅回路が得られることが分かる。
【００５１】
同様に、図６（ｂ）は図４の高周波増幅回路の第４の実施の形態において、スイッチ電圧端子４０１に印加する電圧に対する増幅用トランジスタ８０５のコレクタ電流と、図２の高周波増幅回路の第２の実施の形態において、基準電圧端子８０４に印加する電圧に対する増幅用トランジスタ８０５のコレクタ電流のシミュレーション結果の比較を示したものである。
【００５２】
図６（ｂ）より、図４で示した第４の実施の形態ではスイッチ電圧端子４０１に約２Ｖ以上の電圧を印加すれば、コレクタ電流はほぼ一定となるので、スイッチ電圧のばらつきに強い高周波増幅回路が得られることが分かる。
【００５３】
次に、上述した実施の形態における高周波増幅回路を用いた送信機および受信機を、図７を参照して説明する。
【００５４】
図７は５．２ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮシステムの送受信機のブロック図を示したものであり、７０１は送受信兼用アンテナ、７０２は切替え回路、７０３は低雑音増幅回路、７０４、７０６、７１４、７１６はバンドパスフィルタ、７０５、７１３はミクサ回路、７０７は直交信号復調部、７０８ベースバンド信号処理部、７０９は制御部、７１０は局部発信回路、７１１はＰＬＬ回路、７１２は直交信号変調部、７１５は電力増幅回路である。
【００５５】
また、図７の送受信機は同一の周波数帯域を用いて送信と受信を交互に切替えてデータの送受が行われるため、図の低雑音増幅回路７０３および電力増幅回路７１５には、図１または図２またはその両方の高周波増幅回路を用いるか、図３または図４またはその両方のスイッチ回路を有した高周波増幅回路を用いている。
【００５６】
図７の無線ＬＡＮシステムにおける送受信機について、まず無線ＬＡＮのアクセスポイントあるいは他の無線ＬＡＮを搭載したパーソナルコンピュータより送信された５．２ＧＨｚ帯のＲＦ信号を受信する場合について説明する。
【００５７】
図７において、ベースバンド信号処理部７０８の制御部７０９は切替え回路７０２を受信側に切替えるとともに、送信部をオフ状態とし、受信部をオン状態とする。
【００５８】
そして、アクセスポイントあるいは他のパーソナルコンピュータから送信されたＲＦ信号は、送受信兼用アンテナ７０１より受信され、切替え回路７０２を介し、低雑音増幅回路７０３に入力される。入力されたＲＦ信号は増幅され、バンドパスフィルタ７０４を介し、ミクサ回路７０５に入力される。ミクサ回路７０５では、ＰＬＬ回路７１１により発信周波数を制御された送受信兼用の局部発振回路７１０からの局部発振信号により、入力されたＲＦ信号は１ＧＨｚ帯の中間周波信号に周波数変換され、バンドパスフィルタ７０６を介し直交信号復調部７０７に入力される。直交信号復調部７０７では入力された中間周波信号がＩ／Ｑの直交信号に復調された後、ベースバンド信号処理部７０８により、図示していないが、ベースバンドのデータ信号に復調される。そして、この復調されたデータ信号はインターフェイスを介し、この送受信機を搭載しているパーソナルコンピュータ等のメモリに格納される。
【００５９】
次に、無線ＬＡＮの送受信機から、アクセスポイントあるいは無線ＬＡＮを搭載している他のパーソナルコンピュータに、データ信号を送信する場合について説明する。
【００６０】
図７において、ベースバンド信号処理部７０８の制御部７０９は切替え回路７０２を送信側に切替えるとともに、受信部をオフ状態とし、送信部をオン状態とする。
【００６１】
ベースバンド信号処理部７０８ではデータ信号をＩ／Ｑの直交信号に変調し、直交信号変調部７１２に入力する。入力されたＩ／Ｑの直交信号は、直交信号変調部７１２において１ＧＨｚ帯の中間周波信号として変調出力され、ミクサ回路７１３に入力される。入力された中間周波信号はミクサ回路７１３において、ＰＬＬ回路７１１により発信周波数を制御された送受信兼用の局部発振回路７１０からの局部発振信号により、５．２ＧＨｚ帯のＲＦ信号に周波数変換出力され、バンドパスフィルタ７１４を介し電力増幅回路７１５に入力される。電力増幅回路７１５では、入力されたＲＦ信号を電力増幅し、バンドパスフィルタ７１６と切替え回路７０２を介し送受信兼用アンテナ７０１により送信する。
【００６２】
以上の図７の無線ＬＡＮシステムにおける送受信機において、低雑音増幅回路７０３および電力増幅回路７１５に、図１または図２またはその両方の高周波増幅回路を用いるか、図３または図４またはその両方のスイッチ回路を有した高周波増幅回路を用いることにより、高周波増幅回路を集積化した場合であっても、入出力特性の劣化が少ない高周波増幅回路を得ることができる。また、低雑音増幅回路７０３および電力増幅回路７１５に、図３または図４またはその両方のスイッチ回路を有した高周波増幅回路を用いることにより、スイッチ電圧により、オン時に増幅用トランジスタに流れる電流がばらつかない高周波増幅回路を有する構成の送信機、受信機ならびに送受信機を得ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、高周波増幅回路を集積化した場合であっても、入出力特性の劣化が少ない高周波増幅回路およびそれを用いた送信機、受信機ならびに送受信機を得ることができる。また本発明によれば、増幅用トランジスタにバイアスを供給する基準電圧が量産時のばらつきにより変わっても、増幅用トランジスタのオン時のコレクタ電流がばらつかないスイッチ回路を有した高周波増幅回路およびそれを用いた送信機、受信機ならびに送受信機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高周波増幅回路の第１の実施の形態を示す回路図である。
【図２】本発明による高周波増幅回路の第２の実施の形態を示す回路図である。
【図３】本発明による高周波増幅回路の第３の実施の形態を示す回路図である。
【図４】本発明による高周波増幅回路の第４の実施の形態を示す回路図である。
【図５】本発明による高周波増幅回路の第１の実施の形態と従来技術の高周波増幅回路の入出力特性のシミュレーション結果および入力レベルに対する利得特性のシミュレーション結果を示す特性図である。
【図６】本発明による高周波増幅回路の第３の実施の形態と高周波増幅回路の第１の実施の形態の端子電圧に対するコレクタ電流のシミュレーション結果および本発明による高周波増幅回路の第４の実施の形態と高周波増幅回路の第２の実施の形態の端子電圧に対するコレクタ電流のシミュレーション結果を示す特性図である。
【図７】本発明による高周波増幅回路を用いて構成した送受信機を示すブロック回路図である。
【図８】高周波増幅回路の従来技術の一例を示す回路図である。
【図９】高周波増幅回路の従来技術の他の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，３１５，４１５…バイパス抵抗、１０２，２０２…バイパスコンデンサ、３０１…スイッチ電圧端子、３１０，４１０…スイッチ回路、３１１，３１２，４１１，４１２…スイッチ用電界効果トランジスタ、３１３，３１４，４１３，４１４…ゲート保護抵抗、３１５，４１５，８４６，９０４…バイアス用抵抗、７０１…送受信兼用アンテナ、７０２…切替え回路、７０３…低雑音増幅回路、７０４，７０６，７１４，７１６…バンドパスフィルタ、７０５，７０６…ミクサ回路、７０７…直交信号復調器、７０８…ベースバンド信号処理部、７０９…制御部、７１０…局部発信回路、７１１…ＰＬＬ、７１２…直交信号変調器、７１５…電力増幅回路、８０１…ＲＦ信号入力端子、８０２…ＲＦ信号出力端子、８０３…電源端子、８０４…基準電圧端子、８０５…増幅用トランジスタ、８０６…接地用コンデンサ、８２０…入力整合回路、８３０…出力整合回路、８４０，９００…バイアス回路、８４３，８４４，８４５，９０２，９０３…バイアス用トランジスタ、９０１…電流調整用抵抗。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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