(57)【要約】【課題】ブロードバンド、広帯域、および多帯域の電力増幅器の用途に適切で、電気的外乱に対して堅固である、特に費用対効果も大きい増幅器を提供する。【解決手段】デプレッションモードトランジスタのための電力増幅器バイアス保護が、本発明によって、デプレッションモードトランジスタのゲートに接続された閾値電圧調節器を使用して実現される。閾値電圧調節器が、ゲートに印加された電圧が所定の許容範囲を越えことを測定したとき、閾値電圧調節器が、ドレーンの直流給電ラインを遮断するために供給電圧スイッチを作動するように、閾値電圧調節器が、デプレッションモードトランジスタのドレーンのための供給電圧スイッチを制御する。供給電圧スイッチの入力は、デプレッションモードトランジスタのドレーン電圧源に接続され、供給電圧スイッチの出力は、ドレーンの直流給電ラインに接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デプレッションモードトランジスタを有する増幅器であって、閾値電圧調節器が、デプレッションモードトランジスタのゲートに接続され、閾値電圧調節器が、ゲートに印加された電圧が所定の許容範囲を越えたことを測定したとき、ドレーンの直流給電ラインを遮断するために供給電圧スイッチを作動するように、閾値電圧調節器が、デプレッションモードトランジスタのドレーンのための供給電圧スイッチを制御する増幅器。
【請求項２】
供給電圧スイッチの入力が、デプレッションモードトランジスタのドレーン電圧源に接続され、供給電圧スイッチの出力が、ドレーンの直流給電ラインに接続される、請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
閾値電圧調節器が、ＲＦ遮断器を介して無線周波数ゲート整合ネットワークに接続され、一方、無線周波数ゲート整合ネットワーク自体が、ゲートの直流給電に接続される、請求項１に記載の増幅器。
【請求項４】
無線周波数ゲート整合ネットワークが、抵抗を介してゲートの直流給電に接続される、請求項３に記載の増幅器。
【請求項５】
閾値電圧調節器が、ゲートの直流給電とゲート電圧源との間に接続される、請求項１に記載の増幅器。
【請求項６】
閾値電圧調節器が、分圧器を備える、請求項１に記載の増幅器。
【請求項７】
閾値電圧調節器を有するそのようなデプレッションモードトランジスタが、増幅器の前置増幅段、および／または駆動段、および／または最終増幅段である、請求項１に記載の増幅器。
【請求項８】
増幅器からデプレッションモードトランジスタに印加されるゲート電圧を制御する方法であって、
デプレッションモードトランジスタに加えられるゲート電圧を分岐するステップと、
デプレッションモードトランジスタのドレーンのための供給電圧スイッチを制御するために分岐されたゲート電圧を使用するステップと、
分岐されたゲート電圧が所定の許容範囲を越えたとき、供給電圧スイッチが、直流のドレーン供給電圧ラインを切るように、分岐されたゲート電圧に応じて供給電圧スイッチを作動するステップと、
分岐されたゲート電圧が所定の許容範囲内であると、直ちに供給電圧スイッチの動作を停止させるステップとを含む、方法。
【請求項９】
ゲート電圧の分岐が、測定された分岐されたゲート電圧に応じて、供給電圧スイッチを制御する閾値電圧調節器を使用して行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
デプレッションモードトランジスタを有する増幅器を備える無線通信のための端末であって、閾値電圧調節器が、デプレッションモードトランジスタのゲートに接続され、閾値電圧調節器が、ゲートに印加された電圧が所定の許容範囲を越えたことを測定したとき、閾値電圧調節器が、ドレーンの直流給電ラインを遮断するために供給電圧スイッチを作動するように、閾値電圧調節器が、デプレッションモードトランジスタのドレーンのための供給電圧スイッチを制御する無線電気のための端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、参照として本明細書に組み込まれる優先欧州特許出願第０６２９０１７６．４号に基づく。
【０００２】
本発明は、デプレッションモードトランジスタを有する増幅器に関する。さらに、本発明は、増幅器からデプレッションモードトランジスタに印加されるゲート電圧を制御する方法に関する。本発明は、ブロードバンド基地局、多帯域基地局、または広帯域基地局のような無線通信のための端末、あるいは単一規格動作または多規格動作をサポートする通信端末（携帯電話）にも関する。
【背景技術】
【０００３】
単一の基地局によって異なる周波数帯域および移動通信規格を包含するためには、高度に線形で効率的な多帯域／多規格が可能である増幅器モジュールが必要とされる。現在のシリコンベースの横方向拡散金属酸化膜シリコンＬＤＭＯＳのＲＦパワートランジスタには問題があるが、しばしば電力増幅器の主要素を形成する。ＬＤＭＯＳベースの電力増幅器を使用して、ＲＦパワーすなわちブロードバンド／広帯域の性能を、経済的および容積において効率的に、２．５Ｇおよび３Ｇの多帯域／多規格の用途に必要とされる信号の純度レベルで、効率よく実現するのは、非常に困難かまたは不可能である。
【０００４】
ＩＩＩ−Ｖ材料ベースの化合物半導体は、シリコンの物理的特性をはるかに凌駕する。窒化ガリウム（ＧａＮ）は、最高の動特性の１つを有し、したがって、最も有望な化合物のうちの１つである。確かに、ＲＦ信号の（低歪みでの）増幅、耐熱性、青色光および緑色光の発光などのその性能によって、ＧａＮは広範囲のエレクトロニクスおよび光エレクトロニクス用途に理想的に適している。
【０００５】
より詳細には、将来の複雑な変調方式および移動無線通信のためのエアインタフェースは、電力増幅器に対して非常に高い線形性を要求し、その結果として、非常に高い圧縮点、高帯域幅性能、優れた熱的安定性、およびますます高い周波数応答を有するパワートランジスタに依存する。これらの要件は、ＬＤＭＯＳ技術に厳しい制約をかける。しかし、ＳＩＣ−ＭＥＳＦＥＴ技術のような金属−半導体電界効果トランジスタ、およびＧａＮ−ＨＥＭＴのようなさらに優れた高電子移動度のトランジスタは、その本質的に高い相互コンダクタンス（これは線形性を助長する）によって、これらの制約の多くを緩和することができ、高い降伏電圧が、トランジスタのインピーダンスレベルの向上を支援し、したがって、より広い帯域幅、優れた熱管理、およびより高い遮断周波数をもたらす。したがって、これらのトランジスタに基づく技術は、特に多帯域／多規格を可能にする増幅器にはかなり有望と思われる。
【０００６】
現在使用されているＬＤＭＯＳトランジスタは、活性動作を実現するために、ゲート電圧＞０Ｖであることを必要とする。したがって、例えばゲート電圧が切られると、導電性ではなくなる。このことで、ＬＤＭＯＳトランジスタは、印加電圧のいかなる外乱に対してもかなり堅固になる。それとは対照的に、ＳＩＣ−ＭＥＳＦＥＴまたはＧａＮ−ＨＥＭＴは、デプレッションモードトランジスタである。これらは、ゲート電圧がゼロだと高導電性である。このために、これらは、どんなゲート電圧の外乱にも非常に影響を受けやすく、適切な保護を必要とする。
【０００７】
したがって、デプレッションモードトランジスタは、例えば過大電流によって引き起こされる損傷または欠陥を回避するために、動作中に適切な負のゲート電圧を与えられる必要がある。したがって、この増幅器をオンするときは、厳密なシーケンスが守られなければならない。先ず、十分な負のゲート電圧（ＶＧ）が印加されなければならならず、その後は、ドレーン供給電圧（ＶＤ）が印加されてよい。このトランジスタをオフさせるときは、逆のシーケンスが辿られなければならない。このシーケンスを無視すると、トランジスタのチャンネルが導通されて、デバイスが過大電流を消費するので、パワートランジスタに損傷または欠陥をもたらすことになる。
【０００８】
そのうえ、印加された負のゲート電圧は、ゲート電圧が低下して、例えば０Ｖのように許容されたゲート電圧範囲を離れるとき、トランジスタの損傷または欠陥を回避するために、動作中に監視されるべきである。例えばゲート電圧源が不良になるか、ゲート給電抵抗（例えば増幅器の安定化のためにしばしば使用される）が不良になるとき、これが起こり得る。
【０００９】
シリコンＬＤＭＯＳは、ＳＩＣ−ＭＥＳＦＥＴまたはＧａＮ−ＨＥＭＴに基づいた技術を犠牲にして、基地局電力増幅器市場の最大のシェアをしっかりと開拓した。シリコンＬＤＭＯＳは、このセグメントで優れた費用／性能比を提供する。しかし、次世代システムでこの市場に対処し続けることができるかどうかは、その動作周波数、降伏電圧、出力密度、および帯域幅制限により疑わしい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のことを考慮して、本発明の目的は、ブロードバンド、広帯域、および多帯域の電力増幅器の用途に適切であり、その一方で、現在の通常の電気的外乱に対して堅固であることによって、特に費用対効果も大きい増幅器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、本発明により、デプレッションモードトランジスタを有し、ドレーンの直流供給スイッチとデプレッションモードトランジスタのゲートとの間に閾値電圧調節器が接続されている、増幅器によって実現される。閾値電圧調節器が、ゲートに印加された電圧が所定の許容範囲を越えたことを測定したとき、閾値電圧調節器が、ドレーンの直流給電ラインを遮断するために供給電圧スイッチを作動するように、閾値電圧調節器が、デプレッションモードトランジスタのドレーンのための供給電圧スイッチを制御する。
【００１２】
本発明の有利な一実施形態では、供給電圧スイッチの入力は、デプレッションモードトランジスタの電圧源に接続される。さらに、供給電圧スイッチの出力は、ドレーンの直流給電ラインに接続される。
【００１３】
本発明の代替実施形態によれば、閾値電圧調節器は、ＲＦ遮断器を介して、無線周波数ゲート整合ネットワークに接続される。ゲート整合ネットワークは、それ自体がゲートの直流給電に接続される。別の代替実施形態によれば、無線周波数ゲート整合ネットワークは、抵抗を介してゲートの直流給電に接続される。別の代替実施形態によれば、閾値電圧調節器は、ゲートの直流給電とゲート電圧源との間にＲＦ遮断器なしで接続される。
【００１４】
本発明の有利な実施形態では、提案されたバイアス回路制御方式を有するそのようなデプレッションモードトランジスタは、その増幅器の前置増幅段、駆動段、および／または最終増幅段を構築する。本発明の一実施形態による増幅器は、基地局および／または通信端末のための増幅器モジュールとして通常使用される。
【００１５】
本発明による別の代替実施形態では、その目的は、増幅器からデプレッションモードトランジスタのゲート電圧を制御する方法を適用することによっても実現され、この方法は、このゲート電圧を分岐させて、デプレッションモードトランジスタのドレーンのための供給電圧スイッチを制御するステップを含む。この方法は、測定されたゲート電圧が所定の許容範囲を越えたとき、供給電圧スイッチが、直流のドレーン供給電圧ラインを切るように、分岐されたゲート電圧に応じてその供給電圧スイッチを作動する更なるステップを含む。最終的に、測定された閾値ゲート電圧が所定の許容範囲内であると、供給電圧スイッチは直ちに動作を停止させられる。本発明の有利な実施形態によれば、供給電圧スイッチを制御するためのゲート電圧の測定は、閾値電圧調節器によって実現される。閾値電圧調節器は、供給電圧スイッチを作動するかまたは停止するかの実行が左右される、ゲート電圧の監視のために使用される。
【００１６】
本発明の有利な発展が、従属クレーム、以下の記述および図面で説明される。
【００１７】
本発明の例示の実施形態が、次に、添付図を参照しながらさらに説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に、直列に構成されている、前置増幅器、駆動増幅器、最終段増幅器、ならびにこれらそれぞれの入力および出力と並列に接続される増幅段のバイアスを備える、電力増幅器モジュールが示される。図１に示される例で、本発明によるデプレッションモードトランジスタで作られているのは最終段増幅器である。しかし、そのような選択は、限定的ではなく、本発明によるデプレッションモードトランジスタで作られているのが、前置増幅器および／または駆動増幅器であることは、もちろんあり得る。
【００１９】
図１の拡大図には、本発明によるデプレッションモードトランジスタの直流バイアス保護原理が示されている。閾値電圧調節器は、デプレッションモードトランジスタのゲート（１）に接続される。ゲート電圧監視のための分岐の代替実施形態が２つあり得る。
【００２０】
ａ）閾値電圧調節器の入力は、ＲＦ遮断器を介してゲートＲＦ整合ネットワークに直接接続される（１ａの箇所）。ＲＦ遮断器は、ＲＦ整合ネットワークに相当し、例えばコイルによって都合よく実現することができる。ＲＦ整合ネットワークは、それ自体が抵抗を介してゲートの直流給電に接続される。抵抗は必須ではなく、例えば安定化のために使用される。この解決方法は、抵抗が障害を起こして、トランジスタのゲートで致命的な電圧上昇をも引き起こすかもしれないということを考慮に入れる。この抵抗も不良になる可能性があり、ゲート電圧障害を引き起こす恐れがあるので、ゲートの直流給電とゲート整合ネットワークとの間に使用されている抵抗のために、直接ＲＦゲート整合ネットワークでのこのゲート電圧分岐が、特に必要とされる。
【００２１】
ｂ）閾値電圧調節器の入力は、ゲートの直流給電とゲート電圧源との間（１ｂの箇所）のゲート電圧直流ラインに接続される。ゲートの直流給電は、補助抵抗なしでそれ自体がゲート整合ネットワークに直接接続される。この分岐位置が、ゲートの直流給電の後（トランジスタの視点から）にあるので、追加のＲＦ遮断器は必要とされない。
【００２２】
現在のゲート電圧を分岐したので、供給電圧スイッチに対する閾値電圧調節（例えば分圧器によって実現される）が行われる必要がある。もし現在のゲート電圧レベルが、低過ぎる値へと低下すると、供給電圧スイッチは、直流のドレーン供給電圧ライン（２、３）を遮断し、したがって、許容されたゲート電圧レベルが再び達成されるまで、トランジスタを損傷または欠陥に対して保護する。供給電圧スイッチの入力は、電圧源（３）に接続される。供給電圧スイッチの出力は、ドレーンの直流給電（２）に接続される。
【００２３】
図１に示されるように、直流給電およびＲＦ遮断器は、例えばλ／４ラインおよび分路コンデンサを使用することにより実現され得る。それは、トランジスタに直流のゲート電圧およびドレーン電圧を印加するために使用される。そのうえ、それはＲＦ遮断器として動作し、このことは、使用されたコンデンサが、特定周波数（範囲）に対して、ＲＦ−直流給電ノードで誘導的な挙動に変化させられ、これは、λ／４ラインの長さによって決定されることを意味する。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば実施されたとき、デプレッションモードトランジスタは、ゲート電圧が所定の保存負バイアス範囲を越えることに対して都合よく保護される。そのような保存負バイアス範囲は、製造業者およびその特定のプロセスと同様に、使用された半導体材料（例えばＧａＮまたはＳｉＣ）にも直接左右される。特定のＧａＮプロセスの場合、可能な１つの範囲（限定ではない）は、−８Ｖ＜ＶＧＳ＜−２Ｖであり得る。トランジスタのいかなる損傷も回避するために、下限−８Ｖも必要とされる。しかし、通常は、何か抵抗または電源の故障で、そのような下限値には到達されない。閾値電圧調節器は、ゲート電圧の制限値が、スイッチング素子の閾値の電圧／電流に対応するように選択されなければならない。例えば、ゲート電圧の制限値は、−２Ｖ、スイッチング素子の閾値電圧は、−４Ｖである。その場合、閾値電圧調節器は、ゲート電圧を−２Ｖから−４Ｖに適合させる必要がある。
【００２５】
図２には、本発明による電力増幅器モジュールを有する基地局である無線通信のための端末の実施形態の概要が示されている。そのような基地局は、１８００ＭＨｚでＧＳＭ規格を使用する古典的な２Ｇ無線リンク、２１００ＭＨｚまたは２６００ＭＨｚでＵＭＴＳ規格、あるいは３５００ＭＨｚでＷｉＭＡＸ規格さえ含む他の可能な携帯電話の規格を使用する３Ｇリンクをサポートする基地局であり得る。さらに、同じ基地局が、これらの規格のいくつかをサポートすることができ、異なる周波数（ブロードバンド、多帯域、広帯域、単一規格／多規格）で使用されることもあり得る。そのような基地局（図２はＵＭＴＳの例であるが、本発明をその例に限定するものではない）の送信器機器は、図２に示された例では、送信器フロントエンド（ＴＸフロントエンド）、増幅器モジュール、および制御装置を備える。増幅器モジュールは、上記の拡大図中に示されている。それは、さらにいくつかの増幅段（前置段、駆動段、およびデプレッションモードトランジスタのための提案されたバイアス保護を有する最終段）に加えて、通常、出力で、例えばフィードバック経路を有する検出器、および１つまたはいくつかのサーキュレータまたはアイソレータも備える。そのようなやり方で、基地局の増幅器モジュールは、有利なバイアス保護を備える。通信端末側（例えば携帯電話）の送信器機器で、類似の解決方法が実施され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によって提案されたバイアス保護原理の拡大図を有する増幅器の概略図である。
【図２】本発明による電力増幅器モジュールを備える基地局の概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ゲート
２、３  ドレーン供給電圧ライン
１ａ、１ｂ  閾値電圧調節器の入力が接続される箇所
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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