電力増幅モジュール

本発明は電力増幅モジュールに関わる。

携帯電話などの移動通信端末においては、基地局へ送信するRF(Radio Frequency)信号を増幅する電力増幅器が用いられている。電力増幅器は、RF信号を増幅する増幅器と、増幅器のバイアスポイントを制御するバイアス回路とを備えている。この種のバイアス回路として、例えば、特許文献1に記載されているように、増幅器にバイアス信号を供給するエミッタフォロワトランジスタと、このエミッタフォロワトランジスタのコレクタに供給される定電圧を生成するための定電圧生成回路とを備えたものが知られている。

特開2014−171170号公報

しかし、増幅器を構成するバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間の電圧を一定で駆動すると、温度上昇に伴ってコレクタ電流が増加する。コレクタ電流の増加によって消費電力が増加すると、バイポーラトランジスタの温度が上昇し、これによって更にコレクタ電流が増加するという熱暴走が生じる。増幅器にバイアス信号を供給するエミッタフォロワトランジスタのコレクタに定電圧を供給する従来の回路構成では、熱暴走に伴うコレクタ電流の増加を抑制できないため、増幅器の破壊を招くことがある。

また、バッテリ電圧の変動、出力負荷の変動、温度変動などの要因により、RF信号の出力がアンテナスイッチの耐圧を超えると、パワードロップが生じることがある。これは、アンテナスイッチを構成する電界効果トランジスタからの電流リークによるものである。

このような問題点に鑑み、本発明は、増幅器の出力を適正に制限することを課題とする。

上述の課題を解決するため、本発明に関わる電力増幅モジュールは、(i)入力信号を増幅して出力する増幅器と、(ii)増幅器のバイアスポイントを制御するバイアス信号を増幅器に供給するエミッタフォロワトランジスタと、(iii)制御電圧の変化に追従して変化する制御電流をエミッタフォロワトランジスタのコレクタに供給する電流源であって、制御電流を上限値以下に制限する電流源とを備える。

本発明に関わる電力増幅モジュールによれば、増幅器の出力を適正に制限することができる。

本発明の実施形態1に関わる電力増幅モジュールの回路図である。

本発明の実施形態1に関わる電流源の回路図である。

本発明の実施形態1に関わる電流電圧変換回路の回路図である。

本発明の実施形態1に関わる温度補償回路の回路図である。

本発明の実施形態1に関わる温度補償回路の代替例を示す回路図である。

本発明の実施形態1に関わる合成回路の回路図である。

本発明の実施形態1に関わる温度依存性電流Itの温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態1に関わる温度依存性電圧Vt及び電圧Vfixの温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態1に関わる電流Ib1と電圧差(Vt−Vfix)との関係を示すグラフである。

本発明の実施形態1に関わるスケーリング合成された電流Iin_s1の温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態1に関わるスケーリング合成された電流Iin_s1と温度非依存性電流Iinとの関係を示すグラフである。

本発明の実施形態2に関わる電流源の回路図である。

本発明の実施形態2に関わるオフセット合成回路の回路図である。

本発明の実施形態2に関わる温度依存性電流It及び電流Ifixの温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態2に関わるオフセット合成された電流Iin_o1の温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態2に関わるオフセット合成された電流Iin_o1と温度非依存性電流Iinとの関係を示すグラフである。

本発明の実施形態3に関わる電流源の回路図である。

本発明の実施形態3に関わる温度補償回路の回路図である。

本発明の実施形態3に関わる電流Ipta1及び電流Ifix1の温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態3に関わる温度依存性電流It1の温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態3に関わる電流Ipta2及び電流Ifix2の温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態3に関わる温度依存性電流It2の温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態3に関わるスケーリング合成回路の回路図である。

本発明の実施形態3に関わる温度依存性電圧Vt1,Vt2の温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態3に関わる電流Ib2と電圧差(Vt1−Vt2)との関係を示すグラフである。

本発明の実施形態3に関わるスケーリング合成された電流Iin_s2の温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態3に関わるスケーリング合成された電流Iin_s2と温度非依存性電流Iinとの関係を示すグラフである。

本発明の実施形態4に関わる電流源の回路図である。

本発明の実施形態4に関わるオフセット合成回路の回路図である。

本発明の実施形態3に関わる温度依存性電流It1,It2の温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態4に関わるオフセット合成された電流Iin_o2の温度変化を示すグラフである。

本発明の実施形態4に関わるオフセット合成された電流Iin_o2と温度非依存性電流Iinとの関係を示すグラフである。

以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、同一符号は同一の回路素子を示すものとし、重複する説明は省略する。 図1は、本発明の実施形態1に関わる電力増幅モジュール10の回路図である。電力増幅モジュール10は、携帯電話などの移動通信端末において、入力信号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。ここで、入力信号RFinは、所定の通信方式に応じて変調されたRF信号である。電力増幅モジュール10は、増幅回路20と、バイアス回路30とを備える。増幅回路20は、多段接続された複数の増幅器21,22,23を備える。

ベースバンドIC(Integrated Circuit)70は、予め定められた通信方式に応じて通信情報の符号化及び変調を行い、デジタル信号処理によりベースバンド信号を生成する。RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)80は、ベースバンド信号に重畳された情報に従って搬送波を変調することにより、入力信号RFinを生成する。

増幅器21は、入力信号RFinを増幅して増幅信号を出力する。増幅器22は、増幅器21から出力される増幅信号を更に増幅して増幅信号を出力する。増幅器23は、増幅器22から出力される増幅信号を更に増幅して増幅信号RFoutを出力する。RFIC80の出力と増幅器21の入力との間、増幅器21の出力と増幅器22の入力との間、増幅器22の出力と増幅器23の入力との間、及び増幅器23の出力とアンテナスイッチ90との間には、それぞれ、整合回路MN1,MN2,MN3,MN4が配置されている。整合回路MN1,MN2,MN3,MN4は、それぞれ、前段の回路と後段の回路との間のインピーダンスを整合させる。増幅信号RFoutは、アンテナスイッチ90を通じてアンテナ100から送信される。なお、図1に示す例では、増幅器21,22,23の接続段数を3としているが、増幅信号RFoutの出力レベルに応じて接続段数を任意数に定めればよい。なお、時分割多重方式の場合、アンテナスイッチ90は、送信と受信を切り替えるために使用される。また、増幅回路20は、並列接続される複数の増幅器を備えてもよく、この場合、アンテナスイッチ90は、並列接続される複数の増幅器の中から選択される何れか一つの増幅器からの増幅信号をアンテナ100に導く。

増幅器21は、例えば、エミッタ接地形式のトランジスタTr21を備える。トランジスタTr21のベースには、入力信号RFinが供給され、そのコレクタから増幅信号が出力される。また、トランジスタTr21のコレクタは、インダクタ素子L1を通じて電源電圧Vccに接続している。増幅器22は、増幅器21と同様に、エミッタ接地形式のトランジスタTr22を備える。トランジスタTr22のベースには、トランジスタTr21からの増幅信号が供給され、そのコレクタから更に増幅された増幅信号が出力される。また、トランジスタTr22のコレクタは、インダクタ素子L2を通じて電源電圧Vccに接続している。増幅器23は、増幅器21,22と同様に、エミッタ接地形式のトランジスタTr23を備える。トランジスタTr23のベースには、トランジスタTr22からの増幅信号が供給され、そのコレクタから更に増幅された増幅信号RFoutが出力される。また、トランジスタTr23のコレクタは、インダクタ素子L3を通じて電源電圧Vccに接続している。なお、トランジスタTr21,Tr22,Tr23は、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである。また、増幅器21,22,23は、それぞれ、トランジスタTr21、Tr22,Tr23をフィンガ(単位トランジスタ)として、複数のフィンガが並列接続されてなるマルチフィンガ構造を有してもよい。

バイアス回路30は、複数のエミッタフォロワトランジスタTr31,Tr32,Tr33と、制御IC40とを備えている。制御IC40は、電流源50,60を備えている。電流源50は、制御電圧の変化に追従して変化する制御電流IecをエミッタフォロワトランジスタTr31,Tr32,Tr33のそれぞれのコレクタに供給する。この制御電圧は、増幅信号RFoutの信号レベルを制御するためのものであり、レベル制御電圧とも呼ばれる。本実施形態では、制御電圧として、定電圧及びランプ電圧を例示する。電流源50は、定電圧及びランプ電圧の中から、例えば、通信方式に応じて選択される何れか一方の制御電圧の変化に追従して変化する制御電流Iecを生成及び出力する。ここで、定電圧は、その電圧値が時間変化に対して変化せずに一定である電圧波形を有する。また、ランプ電圧は、例えば、その電圧値が時間変化に対して線形的に増加する電圧波形(例えば、三角波又は台形波など)を有している。電流源50は、制御電流Iecを上限値以下に制限する。この上限値は、固定値ではなく、制御電圧のレベルに応じて可変である。電流源60は、定電流IebをエミッタフォロワトランジスタTr31,Tr32,Tr33のそれぞれのベースに供給する。電流源50から供給される制御電流Iecと、電流源60から供給される定電流Iebとは、互いに独立して制御される。電流源50,60を区別する場合、前者を第1の電流源と呼び、後者を第2の電流源と呼ぶことがある。なお、制御IC40は、定電圧をエミッタフォロワトランジスタTr31,Tr32,Tr33のそれぞれのベースに供給するための定電圧源を電流源60に替えて備えてもよい(後述する実施形態2から4についても同様である)。

エミッタフォロワトランジスタTr31のエミッタは、増幅器21のバイアスポイント(動作点)を制御するバイアス信号を、ベースバラスト抵抗素子R1を通じて増幅器21に供給する。このバイアス信号は、トランジスタTr21のベースに供給される。同様に、エミッタフォロワトランジスタTr32のエミッタは、増幅器22のバイアスポイントを制御するバイアス信号を、ベースバラスト抵抗素子R2を通じて増幅器22に供給する。このバイアス信号は、トランジスタTr22のベースに供給される。また同様に、エミッタフォロワトランジスタTr33のエミッタは、増幅器23のバイアスポイントを制御するバイアス信号を、ベースバラスト抵抗素子R3を通じて増幅器23に供給する。このバイアス信号は、トランジスタTr23のベースに供給される。なお、バイアス信号とは、バイアス電流又はバイアス電圧を意味する。

トランジスタTr21では、そのベース・エミッタ間の電圧を一定で駆動すると、温度上昇に伴ってコレクタ電流が増加する。コレクタ電流の増加によって消費電力が増加すると、バイポーラトランジスタTr21の温度が上昇し、これによって更にコレクタ電流が増加するという正帰還(熱暴走)が生じる。一方、エミッタフォロワトランジスタTr31のベースとグランドとの間には、ダイオードD311,D312が直列接続されている。ダイオードD311,D312の順方向電圧は、温度上昇に伴って低下する温度特性を有しているため、エミッタフォロワトランジスタTr31のベース電位は、温度上昇に伴って低下する。これにより、トランジスタTr21の熱暴走を抑制できる。同様に、エミッタフォロワトランジスタTr32のベースとグランドとの間に直列接続されているダイオードD321,D322の温度特性により、エミッタフォロワトランジスタTr32のベース電位は、温度上昇に伴って低下する。これにより、トランジスタTr22の熱暴走を抑制できる。また同様に、エミッタフォロワトランジスタTr33のベースとグランドとの間に直列接続されているダイオードD331,D332の温度特性により、エミッタフォロワトランジスタTr33のベース電位は、温度上昇に伴って低下する。これにより、トランジスタTr23の熱暴走を抑制できる。

図2は、実施形態1に関わる電流源50の回路図である。電流源50は、制御電流Iecの温度変化を抑制する温度補償機能を有している。電流源50は、電流電圧変換回路51、温度補償回路52、及び合成回路53を備える。電流電圧変換回路51は、定電圧Vconst及びランプ電圧Vrampから選択される何れか一方の制御電圧を温度非依存性電流Iinに変換する。温度補償回路52は、制御電流Iecの温度変化を補償する温度依存性電流Itを生成する。合成回路53は、温度非依存性電流Iin及び温度依存性電流Itから制御電流Iecを生成及び出力する。合成回路53は、スケーリング合成回路54及び出力回路55を備えている。スケーリング合成回路54は、温度非依存性電流Iin及び温度依存性電流Itからスケーリング合成された電流Iin_s1を生成する。出力回路55は、電流Iin_s1から制御電流Iecを生成及び出力する。

図3は、実施形態1に関わる電流電圧変換回路51の回路図である。電流電圧変換回路51は、オペアンプOP1、Nチャンネル電界効果トランジスタNM1、Pチャンネル電界効果トランジスタPM1,PM2、及び抵抗素子R4を備える。オペアンプOP1の非反転入力端子には、定電圧Vconst及びランプ電圧Vrampから選択される何れか一方の制御電圧が入力される。オペアンプOP1の出力端子は、Nチャンネル電界効果トランジスタNM1のゲートに接続している。オペアンプOP1の反転入力端子は、Nチャンネル電界効果トランジスタNM1のソースに接続している。また、Nチャンネル電界効果トランジスタNM1のソースとオペアンプOP1の反転入力端子との接続点とグランドとの間には、抵抗素子R4が接続されている。Pチャンネル電界効果トランジスタPM1のソースは、電源電圧Vccに接続しており、Pチャンネル電界効果トランジスタPM1のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM1のドレインに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM1のソースは、電源電圧Vccに接続しており、Pチャンネル電界効果トランジスタPM1のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM1のドレインに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM1のドレインは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM1のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM2のソースは、電源電圧Vccに接続しており、Pチャンネル電界効果トランジスタPM2のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM1のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM1、Nチャンネル電界効果トランジスタNM1、及び抵抗素子R4に流れる電流をI1とすると、電流I1は、制御電圧を抵抗素子R4の抵抗値で除した値に等しい。Pチャンネル電界効果トランジスタPM2のドレイン・ソース間には、電流I1に比例する温度非依存性電流Iinが流れる。この温度非依存性電流Iinは、温度特性を有しない温度非依存性電流であり、制御電圧に比例している。従って、制御電圧として定電圧Vconstが選択された場合、制御電圧の変動が無くなり、オペアンプOP1の非反転入力端子には、一定の電圧(上限値)が入力される。これにより、温度非依存性電流Iinの上限値が設定されるため、電流源50の供給する制御電流Iecを上限値以下に制限することが可能となる。

図4は、実施形態1に関わる温度補償回路52の回路図である。温度補償回路52は、オペアンプOP2、Nチャンネル電界効果トランジスタNM2、Pチャンネル電界効果トランジスタPM3,PM4、抵抗素子R5、及びダイオードD1を備える。オペアンプOP2の非反転入力端には、一定の電圧Vrefが供給される。オペアンプOP2の出力端子は、Nチャンネル電界効果トランジスタNM2のゲートに接続している。オペアンプOP2の反転入力端子は、Nチャンネル電界効果トランジスタNM2のソースに接続している。また、Nチャンネル電界効果トランジスタNM2のソースとオペアンプOP2の反転入力端子との接続点とグランドとの間には、抵抗素子R5及びダイオードD1が直列に接続されている。Pチャンネル電界効果トランジスタPM3のソースは、電源電圧Vccに接続しており、Pチャンネル電界効果トランジスタPM3のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM2のドレインに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM3のドレインは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM3のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM4のソースは、電源電圧Vccに接続しており、Pチャンネル電界効果トランジスタPM4のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM3のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM3、Nチャンネル電界効果トランジスタNM2、抵抗素子R5、及びダイオードD1に流れる電流をI2とすると、電流I2は、ダイオードD1の温度特性に応じて変化する正の温度特性を有している。ダイオードD1の温度特性が、例えば、図1に示すダイオードD311,312,321,322,331,332の温度特性と同じになるように、Pチャンネル電界効果トランジスタPM3,PM4のゲート幅及び抵抗R5の抵抗値を調整するのが望ましい。Pチャンネル電界効果トランジスタPM4のドレイン・ソース間には、電流I2に比例する温度依存性電流Itが流れる。この温度依存性電流Itは、制御電流Iecの温度変化を補償する温度依存性を有する電流である。

図5は、実施形態1に関わる温度補償回路52の代替例を示す回路図である。温度補償回路52は、図4に示す回路構成に替えて、例えば、図5に示す回路構成を有するものでもよい。温度補償回路52は、定電流源J1、オペアンプOP3、Nチャンネル電界効果トランジスタNM3、Pチャンネル電界効果トランジスタPM5,PM6,PM7,PM8,抵抗素子R6,R7,R8,及びダイオードD2,D3を備える。Pチャンネル電界効果トランジスタPM5,PM6は、カレントミラー接続されている。Pチャンネル電界効果トランジスタPM5のソースは、電源電圧Vccに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM5のドレイン・ソース間には、定電流源J1から供給される定電流が流れる。Pチャンネル電界効果トランジスタPM6のソースは、電源電圧Vccに接続し、Pチャンネル電界効果トランジスタPM6のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM3のドレインに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM3のゲートは、オペアンプOP3の出力端子に接続し、Nチャンネル電界効果トランジスタNM3のソースは、グランドに接続している。

Pチャンネル電界効果トランジスタPM7のソースは、電源電圧Vccに接続し、Pチャンネル電界効果トランジスタPM7のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM6のドレインに接続している。同様に、Pチャンネル電界効果トランジスタPM8のソースは、電源電圧Vccに接続し、Pチャンネル電界効果トランジスタPM8のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM6のドレインに接続している。

オペアンプOP3の非反転入力端子とグランドとの間には、ダイオードD2が接続されており、オペアンプOP3の非反転入力端子とPチャンネル電界効果トランジスタPM7のドレインとの間には、抵抗素子R6が接続されている。オペアンプOP3の反転入力端子とグランドとの間には、抵抗素子R8と、並列接続された複数のダイオードD3とが直列に接続されている。オペアンプOP3の反転入力端子とPチャンネル電界効果トランジスタPM7のドレインとの間には、抵抗素子R7が接続されている。

オペアンプOP3の非反転入力端子には、ダイオードD2の温度特性を反映した電圧が入力され、オペアンプOP3の反転入力端子には、複数のダイオードD3の温度特性を反映した電圧が入力される。抵抗R6,R7,R8の各抵抗値を調整することにより、Pチャンネル電界効果トランジスタPM8のドレインから出力される温度依存性電流Itに正の温度特性を持たせることができる。この温度依存性電流Itは、制御電流Iecの温度変化を補償する温度依存性を有する電流である。

図6は、実施形態1に関わる合成回路53の回路図である。合成回路53は、スケーリング合成回路54及び出力回路55を備えている。スケーリング合成回路54は、Nチャンネル電界効果トランジスタNM4,NM5,NM6,Pチャンネル電界効果トランジスタPM9,PM10,及び抵抗素子R9を備える。Pチャンネル電界効果トランジスタPM9,PM10のそれぞれのソースは接続されており、その接続点に温度非依存性電流Iinが供給される。Pチャンネル電界効果トランジスタPM9のゲートには、電圧Vtが供給される。この電圧Vtは、温度依存性電流Itが流れる抵抗素子R9の電圧に等しい温度依存性電圧である。Pチャンネル電界効果トランジスタPM9のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM4のドレインに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM4のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM4のドレインに接続しており、Nチャンネル電界効果トランジスタNM4のソースは、グランドに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM10のゲートには、電圧Vfixが供給される。Pチャンネル電界効果トランジスタPM10のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM5のドレインに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM5のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM5のドレインに接続しており、Nチャンネル電界効果トランジスタNM5のソースは、グランドに接続している。また、Nチャンネル電界効果トランジスタNM5,NM6は、カレントミラー接続されている。

抵抗素子R9を流れる温度依存性電流Itは、温度増加に伴いその電流値が増加する正の温度特性を有している(図7参照)。温度変化に対する温度依存性電流Itの変化量は、一定であるため、温度依存性電流Itは、1次(直線)の変化特性を有している。このため、Pチャンネル電界効果トランジスタPM9のゲートに供給される電圧Vtは、温度増加に伴いその電圧値が増加する正の温度特性を有している(図8参照)。一方、Pチャンネル電界効果トランジスタPM10のゲートに供給される電圧Vfixは、温度依存性を有しない一定電圧である(図8参照)。電圧Vt及び電圧Vfixは、常温(例えば、25℃)において一致している。常温より高温になると、電圧Vtは、電圧Vfixより大きくなり、常温より低温になると、電圧Vは、電圧Vfixより小さくなる。Pチャンネル電界効果トランジスタPM9及びNチャンネル電界効果トランジスタNM4のそれぞれのチャネルに流れる電流をIa1とする。また、Pチャンネル電界効果トランジスタPM10及びNチャンネル電界効果トランジスタNM5のそれぞれのチャネルに流れる電流をIb1とする。このとき、Iin=(Ia1+Ib1)の関係が成立する。電流Ib1は、電圧Vtと電圧Vfixとの差(Vt−Vfix)に比例する(図9参照)。Nチャンネル電界効果トランジスタNM6のドレイン・ソース間に流れる電流Iin_s1は、電流Ib1に比例する。このようにして、温度非依存性電流Iin及び温度依存性電流Itからスケーリング合成された電流Iin_s1を生成することができる。電流Iin_s1は、温度増加に伴いその電流値が増加する正の温度特性を有している(図10参照)。温度非依存性電流Iinの値を横軸にとり、電流Iin_s1の値を縦軸にとると、図11に示すようなグラフが得られる。常温より低温になると、グラフの勾配は緩やかになり、常温により高温になると、グラフの勾配は急になる。スケーリング合成では、どのグラフも原点を通っており、温度に応じてグラフの勾配を制御している。ここで、図11に示すグラフの勾配は、温度非依存性電流Iinに対する電流Iin_s1の比である。このように、スケーリング合成では、温度に応じて、温度非依存性電流Iinに対する電流Iin_s1の比を調整している。この比を補正係数と呼ぶと、スケーリング合成回路54は、温度に応じた補正係数を温度非依存性電流Iinに乗じて電流Iin_s1を生成する機能を有している。

ここで、図6の説明に戻る。出力回路55は、定電流源J2、オペアンプOP4、Nチャンネル電界効果トランジスタNM6,NM7,NM8,NM9,NM10、及びPチャンネル電界効果トランジスタPM11,PM12,PM13,PM14を備えている。オペアンプOP4の反転入力端子には、電圧Vsetが供給される。オペアンプOP4の非反転入力端子は、Pチャンネル電界効果トランジスタPM13のドレインに接続し、オペアンプOP4の出力端子は、Pチャンネル電界効果トランジスタPM11のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM11のソースは、電源電圧Vccに接続されており、Pチャンネル電界効果トランジスタPM11のドレインは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM13のソースに接続されている。Pチャンネル電界効果トランジスタPM12のソースは、電源電圧Vccに接続されており、Pチャンネル電界効果トランジスタPM12のドレインは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM14のソースに接続されている。Pチャンネル電界効果トランジスタPM11のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM12のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM13のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM14のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM14のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM14のドレインに接続されている。

Nチャンネル電界効果トランジスタNM6,NM7のそれぞれのゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM5のゲートに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM6のドレインは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM13のドレインに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM7のドレインは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM14のドレインに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM6,NM7のそれぞれのソースは、グランドに接続している。

Nチャンネル電界効果トランジスタNM8のドレインには、電源電圧Vccに接続する定電流源J2から定電流が供給される。Nチャンネル電界効果トランジスタNM8のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM8のドレインに接続されている。Nチャンネル電界効果トランジスタNM8のソースは、グランドに接続されている。Nチャンネル電界効果トランジスタNM9のドレインは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM13のソースに接続されている。Nチャンネル電界効果トランジスタNM9のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM8のゲートに接続されている。Nチャンネル電界効果トランジスタNM9のソースは、グランドに接続されている。Nチャンネル電界効果トランジスタNM10のドレインは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM12のドレインに接続されている。Nチャンネル電界効果トランジスタNM10のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM8のドレインに接続されている。Nチャンネル電界効果トランジスタNM10のソースは、グランドに接続されている。Nチャンネル電界効果トランジスタNM10のドレインとPチャンネル電界効果トランジスタPM12のドレインとを接続する電流経路から分岐する電流経路を通じて制御電流Iecが出力される。

Nチャンネル電界効果トランジスタNM9,NM10のそれぞれに流れる電流をI9,I10とすると、電流I9,I10は、定電流源J2から供給される電流に比例している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM7に流れる電流をI7とすると、電流I7は、電流Iin_s1に比例している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM11,PM12のそれぞれに流れる電流をI11,I12とすると、電流I12は、電流I11に比例している。また、電流I11は、電流I9と電流Iin_s1との和になる。電流I12は、電流I7と電流I10と制御電流Iecとの和になる。このように、出力回路55は、電流Iin_s1を基に制御電流Iecを生成及び出力する機能を有している。

実施形態1によれば、電流源50は、エミッタフォロワトランジスタTr31,Tr32,Tr33のコレクタに供給される制御電流Iecを上限値以下に制限することができる。これにより、トランジスタTr21、Tr22,Tr23の熱暴走に伴うコレクタ電流の増加を抑制できる。また、制御IC40は、定電流IebをエミッタフォロワトランジスタTr31,Tr32,Tr33のベースに供給する電流源60を更に備えているため、トランジスタTr21、Tr22,Tr23の熱暴走に伴うコレクタ電流の増加を効果的に抑制できる。また、1次の変化特性を有する温度依存性電流It及び温度非依存性電流Iinをスケーリング合成することにより、制御電流Iecの温度変化を補償することができる。また、制御電流Iecの制限を通じて増幅器21,22,23からの出力を適正に制限することにより、アンテナスイッチ90を構成する電界効果トランジスタからの電流リークによるパワードロップを回避できる。

図12は、実施形態2に関わる電流源50の回路図である。実施形態2に関わる電流源50の合成回路53は、実施形態1のスケーリング合成回路54に替えてオフセット合成回路56を備えている点で実施形態1に関わる電流源50の合成回路53とは相違する。オフセット合成回路56は、温度非依存性電流Iin及び温度依存性電流Itからオフセット合成された電流Iin_o1を生成する。出力回路55は、電流Iin_o1を基に制御電流Iecを生成及び出力する。なお、温度依存性電流Itは、1次の変化特性を有している。

図13は、実施形態2に関わるオフセット合成回路56の回路図である。実施形態2に関わる出力回路55の回路構成は、実施形態1に関わる出力回路55の回路構成と同様であるため、オフセット合成回路56の回路構成について説明する。オフセット合成回路56は、定電流源J3、及びNチャンネル電界効果トランジスタNM11,NM12,NM13,NM14を備える。Nチャンネル電界効果トランジスタNM11のドレインには、電源電圧Vccに接続する定電流源J3から定電流が供給される。Nチャンネル電界効果トランジスタNM11のソースは、グランドに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM11のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM12のゲートに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM11のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM11のゲートに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM12,NM13のドレインは相互に接続されており、その接続点には、温度依存性電流It及び温度非依存性電流Iinが供給される。Nチャンネル電界効果トランジスタNM12,NM13のそれぞれのソースは、グランドに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM13のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM13のドレインに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM14のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM13のゲートに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM14のソースは、グランドに接続している。

Nチャンネル電界効果トランジスタNM12のドレイン・ソース間に流れる電流をIfixとすると、電流Ifixは、定電流源J3から供給される定電流に比例し、且つ温度依存性を有しない固定電流である(図14参照)。温度依存性電流It及び電流Ifixは、常温において一致している。常温より高温になると、温度依存性電流Itは、電流Ifixより大きくなり、常温より低温になると、温度依存性電流Itは、電流Ifixより小さくなる。Nチャンネル電界効果トランジスタNM13のドレイン・ソース間に流れる電流は、(Iin+It−Ifix)となる。Nチャンネル電界効果トランジスタNM14のドレイン・ソース間に流れる電流Iin_o1は、(Iin+It−Ifix)に比例する。このようにして、温度非依存性電流Iin及び温度依存性電流Itからオフセット合成された電流Iin_o1を生成することができる。電流Iin_o1は、温度増加に伴いその電流値が増加する正の温度特性を有している(図15参照)。温度非依存性電流Iinの値を横軸にとり、電流Iin_o1の値を縦軸にとると、図16に示すようなグラフが得られる。常温、低温、及び高温のそれぞれにおけるグラフの勾配は、同じであるが、オフセット合成では、高温になる程、温度非依存性電流Iinの値に加算される補正値が大きくなる。この補正値を電流補正値と呼ぶと、オフセット合成回路56は、温度に応じた電流補正値を温度非依存性電流Iinに加算して電流Iin_o1を生成する機能を有している。ここで、図16のグラフの勾配は、温度非依存性電流Iinに対する電流Iin_o1の比である。

実施形態2によれば、1次の変化特性を有する温度依存性電流It及び温度非依存性電流Iinをオフセット合成することにより、制御電流Iecの温度変化を補償することができる。

図17は、実施形態3に関わる電流源50の回路図である。実施形態3に関わる電流源50は、実施形態1の温度補償回路52に替えて温度補償回路57を備えている点で実施形態1に関わる電流源50とは相違する。また、実施形態3に関わる電流源50の合成回路53は、実施形態1のスケーリング合成回路54に替えてスケーリング合成回路58を備えている点で実施形態1に関わる電流源50の合成回路53とは相違する。温度補償回路57は、制御電流Iecの温度変化を補償する温度依存性電流It1,It2を生成する。スケーリング合成回路58は、温度非依存性電流Iin及び温度依存性電流It1,It2からスケーリング合成された電流Iin_s2を生成する。出力回路55は、電流Iin_s2を基に制御電流Iecを生成及び出力する。

図18は、実施形態3に関わる温度補償回路57の回路図である。温度補償回路57は、定電流源J4、オペアンプOP5、Nチャンネル電界効果トランジスタNM15,NM16,NM17,NM18,NM19、Pチャンネル電界効果トランジスタPM15,PM16,PM17,PM18,PM19,PM20,PM21,PM22,PM23,PM24、抵抗素子R10、及びダイオードD4を備えている。オペアンプOP5の非反転入力端には、一定の電圧Vrefが供給される。オペアンプOP5の出力端子は、Nチャンネル電界効果トランジスタNM15のゲートに接続している。オペアンプOP5の反転入力端子は、Nチャンネル電界効果トランジスタNM15のソースに接続している。また、Nチャンネル電界効果トランジスタNM15のソースとオペアンプOP5の反転入力端子との接続点とグランドとの間には、抵抗素子R10及びダイオードD4が直列に接続されている。Pチャンネル電界効果トランジスタPM15のソースは、電源電圧Vccに接続しており、Pチャンネル電界効果トランジスタPM15のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM15のドレインに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM15のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM15のドレインに接続されている。

Pチャンネル電界効果トランジスタPM17のソースは、電源電圧Vccに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM17のドレイン・ソース間には、定電流源J4から供給される定電流が流れる。Pチャンネル電界効果トランジスタPM17のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM17のドレインに接続されている。Pチャンネル電界効果トランジスタPM16のソースは、電源電圧Vccに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM16のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM15のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM16のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM16のドレインに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM18のソースは、電源電圧Vccに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM18のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM17のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM18のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM17のドレインに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM16のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM16のソースに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM16のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM17のゲートに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM16,NM17のそれぞれのソースは、グランドに接続している。

Pチャンネル電界効果トランジスタPM19のソースは、電源電圧Vccに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM19のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM19のドレインに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM19のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM17のドレインに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM20のソースは、電源電圧Vccに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM20のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM19のゲートに接続している。

Pチャンネル電界効果トランジスタPM21のソースは、電源電圧Vccに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM21のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM17のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM21のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM18のドレインに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM22のソースは、電源電圧Vccに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM22のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM16のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM22のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM19のドレインに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM18のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM18のゲートに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM18のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM19のゲートに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM18,NM19のそれぞれのソースは、グランドに接続している。

Pチャンネル電界効果トランジスタPM23のソースは、電源電圧Vccに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM23のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM24のゲートに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM23のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM19のドレインに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM23のゲートは、Pチャンネル電界効果トランジスタPM23のドレインに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM24のソースは、電源電圧Vccに接続している。

Pチャンネル電界効果トランジスタPM15,Nチャンネル電界効果トランジスタNM15,抵抗素子R10、及びダイオードD4に流れる電流をI15とする。電流I15は、ダイオードD4の温度特性に応じて変化する正の温度特性を有している。ダイオードD4の温度特性は、例えば、図1に示すダイオードD311,312,321,322,331,332の温度特性と同じものが望ましい。

Nチャンネル電界効果トランジスタNM17のドレイン・ソース間に流れる電流をIptat1とする。Pチャンネル電界効果トランジスタPM15,PM16、及びNチャンネル電界効果トランジスタNM16,NM17はカレントミラー接続されているため、電流Iptat1は、電流I15に比例する。Pチャンネル電界効果トランジスタPM18のドレイン・ソース間に流れる電流をIfix1とする。Pチャンネル電界効果トランジスタPM17,PM18はカレントミラー接続されているため、電流Ifix1は、定電流源J4から供給される定電流に比例し、且つ温度依存性を有しない固定電流である(図19参照)。電流Iptat1及び電流Ifix1は、常温において一致している。常温より高温になると、電流Iptat1は、電流Ifix1より大きくなり、常温より低温になると、電流Iptat1は、電流Ifix1より小さくなる。Pチャンネル電界効果トランジスタPM19のドレイン・ソース7間には、常温以上の温度において、電流Iptat1から電流Ifix1を差し引いた電流が流れる。Pチャンネル電界効果トランジスタPM20のドレイン・ソース間には、Pチャンネル電界効果トランジスタPM19のドレイン・ソース7間に流れる電流に比例する温度依存性電流It1が流れる。この温度依存性電流It1は、常温以上の温度における制御電流Iecの温度変化を補償する温度依存性を有する電流である(図20参照)。

Pチャンネル電界効果トランジスタPM22のドレイン・ソース間に流れる電流をIptat2とする。Pチャンネル電界効果トランジスタPM15,PM16,PM22はカレントミラー接続されているため、電流Iptat2は、電流I15に比例する。Pチャンネル電界効果トランジスタPM21のドレイン・ソース間に流れる電流をIfix2とする。Pチャンネル電界効果トランジスタPM17,PM21はカレントミラー接続されているため、電流Ifix2は、定電流源J4から供給される定電流に比例し、且つ温度依存性を有しない固定電流である(図21参照)。電流Iptat2及び電流Ifix2は、常温において一致している。常温より高温になると、電流Iptat2は、電流Ifix2より大きくなり、常温より低温になると、電流Iptat2は、電流Ifix2より小さくなる。Pチャンネル電界効果トランジスタPM23のドレイン・ソース7間には、常温未満の温度において、電流Ifix2から電流Iptat2を差し引いた電流が流れる。Pチャンネル電界効果トランジスタPM24のドレイン・ソース間には、Pチャンネル電界効果トランジスタPM23のドレイン・ソース7間に流れる電流に比例する温度依存性電流It2が流れる。この温度依存性電流It2は、常温未満の温度における制御電流Iecの温度変化を補償する温度依存性を有する電流である(図22参照)。

常温以上の温度における、温度変化に対する温度依存性電流It1の変化量と、常温未満の温度における、温度変化に対する温度依存性電流It2の変化量とは、互いに異なるため、温度依存性電流It1,It2は、2次の変化特性を有している。

図23は、実施形態3に関わるスケーリング合成回路58の回路図である。実施形態3に関わる出力回路55の回路構成は、実施形態1に関わる出力回路55の回路構成と同様であるため、スケーリング合成回路58の回路構成について説明する。スケーリング合成回路58は、Nチャンネル電界効果トランジスタNM20,NM21,NM22,Pチャンネル電界効果トランジスタPM25,PM26,及び抵抗素子R11,R12を備える。Pチャンネル電界効果トランジスタPM25,PM26のそれぞれのソースは接続されており、その接続点に温度非依存性電流Iinが供給される。Pチャンネル電界効果トランジスタPM25のゲートには、電圧Vt1が供給される。この電圧Vt1は、温度依存性電流It1が流れる抵抗素子R11の電圧に等しい温度依存性電圧である。Pチャンネル電界効果トランジスタPM25のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM20のドレインに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM20のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM20のドレインに接続しており、Nチャンネル電界効果トランジスタNM20のソースは、グランドに接続している。Pチャンネル電界効果トランジスタPM26のゲートには、電圧Vt2が供給される。この電圧Vt2は、温度依存性電流It2が流れる抵抗素子R12の電圧に等しい温度依存性電圧である。Pチャンネル電界効果トランジスタPM26のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM21のドレインに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM21のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM21のドレインに接続しており、Nチャンネル電界効果トランジスタNM21のソースは、グランドに接続している。また、Nチャンネル電界効果トランジスタNM21,NM22は、カレントミラー接続されている。

電圧Vt1は、常温以上において、温度増加に伴いその電圧値が増加する正の温度特性を有し、電圧Vt2は、常温未満において、温度増加に伴いその電圧値が減少する負の温度特性を有している(図24参照)。電圧Vt1及び電圧Vt2は、常温において一致する。常温より高温では、電圧Vt2の値はゼロであり、常温より低温では、電圧Vt1の値はゼロである。Pチャンネル電界効果トランジスタPM25及びNチャンネル電界効果トランジスタNM20のそれぞれのチャネルに流れる電流をIa2とする。また、Pチャンネル電界効果トランジスタPM26及びNチャンネル電界効果トランジスタNM21のそれぞれのチャネルに流れる電流をIb2とする。このとき、Iin=(Ia2+Ib2)の関係が成立する。電流Ib2は、電圧Vt1と電圧Vt2との差(Vt1−Vt2)に比例する(図25参照)。Nチャンネル電界効果トランジスタNM22のドレイン・ソース間に流れる電流Iin_s2は、電流Ib2に比例する。このようにして、温度非依存性電流Iin及び温度依存性電流It1,It2からスケーリング合成された電流Iin_s2を生成することができる。電流Iin_s2は、温度増加に伴いその電流値が増加する正の温度特性を有しており、常温以上の温度における温度補正値と常温未満の温度における温度補正値が異なる(図26参照)。温度非依存性電流Iinの値を横軸にとり、電流Iin_s2の値を縦軸にとると、図27に示すようなグラフが得られる。常温より低温になると、グラフの勾配は緩やかになり、常温により高温になると、グラフの勾配は急になる。スケーリング合成では、どのグラフも原点を通っており、温度に応じてグラフの勾配を制御している。ここで、図27に示すグラフの勾配は、温度非依存性電流Iinに対する電流Iin_s2の比である。このように、スケーリング合成では、温度に応じて、温度非依存性電流Iinに対する電流Iin_s2の比を調整している。この比を補正係数と呼ぶと、スケーリング合成回路58は、温度に応じた補正係数を温度非依存性電流Iinに乗じて電流Iin_s2を生成する機能を有している。

実施形態3によれば、2次の変化特性を有する温度依存性電流It1,It2及び温度非依存性電流Iinをスケーリング合成することにより、制御電流Iecの温度変化を補償することができる。

図28は、実施形態4に関わる電流源50の回路図である。実施形態4に関わる電流源50の合成回路53は、実施形態3のスケーリング合成回路58に替えてオフセット合成回路59を備えている点で実施形態3に関わる電流源50の合成回路53とは相違する。オフセット合成回路59は、温度非依存性電流Iin及び温度依存性電流It1,It2からオフセット合成された電流Iin_o2を生成する。出力回路55は、電流Iin_o2から制御電流Iecを生成及び出力する。なお、温度依存性電流It1,It2は、2次の変化特性を有している。

図29は、実施形態4に関わるオフセット合成回路59の回路図である。実施形態4に関わる出力回路55の回路構成は、実施形態1に関わる出力回路55の回路構成と同様であるため、オフセット合成回路59の回路構成について説明する。オフセット合成回路59は、Nチャンネル電界効果トランジスタNM23,NM24,NM25,NM26を備える。Nチャンネル電界効果トランジスタNM23のドレインには、温度依存性電流It2が供給される。Nチャンネル電界効果トランジスタNM23のドレインは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM23のゲートに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM23のゲートは、Nチャンネル電界効果トランジスタNM24のゲートに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM23のソースは、グランドに接続している。Nチャンネル電界効果トランジスタNM24,NM25のドレインは相互に接続されており、その接続点には、温度依存性電流It1及び電流Iinが供給される。

温度依存性電流It1は、常温以上において、温度増加に伴いその電流値が増加する正の温度特性を有し、温度依存性電流It2は、常温未満において、温度増加に伴いその電圧値が減少する負の温度特性を有している(図30参照)。温度依存性電流It1及び温度依存性電流It2は、常温において一致する。常温より高温では、温度依存性電流It2の値はゼロであり、常温より低温では、温度依存性電流It1の値はゼロである。カレントミラー接続されているNチャンネル電界効果トランジスタNM23,NM24の電流ミラー比を1とすると、Nチャンネル電界効果トランジスタNM24のドレイン・ソース間に流れる電流はIt2である。Nチャンネル電界効果トランジスタNM25のドレイン・ソース間に流れる電流は、(Iin+It1−It2)となる。Nチャンネル電界効果トランジスタNM26のドレイン・ソース間に流れる電流Iin_o2は、(Iin+It1−It2)に比例する。このようにして、温度非依存性電流Iin及び温度依存性電流It1,It2からオフセット合成された電流Iin_o2を生成することができる。電流Iin_o2は、温度増加に伴いその電流値が増加する正の温度特性を有している(図31参照)。温度非依存性電流Iinの値を横軸にとり、電流Iin_o2の値を縦軸にとると、図32に示すようなグラフが得られる。常温、低温、及び高温のそれぞれにおけるグラフの勾配は、同じであるが、オフセット合成では、高温になる程、温度非依存性電流Iinの値に加算される補正値が大きくなる。この補正値を電流補正値と呼ぶと、オフセット合成回路59は、温度に応じた電流補正値を温度非依存性電流Iinに加算して電流Iin_o2を生成する機能を有している。ここで、図32のグラフの勾配は、温度非依存性電流Iinに対する電流Iin_o2の比である。

実施形態4によれば、2次の変化特性を有する温度依存性電流It1,It2及び温度非依存性電流Iinをオフセット合成することにより、制御電流Iecの温度変化を補償することができる。

以上、説明した各実施形態は、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、変更又は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。即ち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。実施形態が備える各回路素子及びその配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。各実施形態が備える回路素子は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

10…電力増幅モジュール 20…増幅回路 21,22,23…増幅器 30…バイアス回路 40…制御IC 50…電流源 51…電流電圧変換回路 52…温度補償回路 53…合成回路 54…スケーリング合成回路 55…出力回路 56…オフセット合成回路 57…温度補償回路 58…スケーリング合成回路 59…オフセット合成回路 60…電流源 70…バースバンドIC 80…RFIC 90…アンテナスイッチ 100…アンテナ Tr31,Tr32,Tr33,Tr34…エミッタフォロワトランジスタ