JP2006339837A

JP2006339837A - 集積回路化高周波増幅器

Info

Publication number: JP2006339837A
Application number: JP2005159874A
Authority: JP
Inventors: Kazuharu Aoki; 一晴青木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】高周波増幅段に用いるトランジスタバイアス回路を集積回路化しても、高周波帯域の寄生発振の発生を防止できる集積回路化高周波増幅器を提供する。
【解決手段】バイポーラトランジスタ１２により構成されるトランジスタ高周波増幅段３と、バイポーラトランジスタ１２にエミッタフォロワトランジスタ１５を通してベースバイアス電圧を供給するトランジスタバイアス回路６を有するもので、トランジスタバイアス回路６は、エミッタフォロワトランジスタ１５のコレクタが異常発振防止用ダンパー抵抗２１を介して集積回路外に配置した直流電源９に接続され、集積回路内でコレクタと接地間にコンデンサ２２が接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、集積回路化高周波増幅器に係り、特に、バイポーラトランジスタからなる高周波増幅段とバイポーラトランジスタにエミッタフォロワトランジスタを通してベースバイアスを供給するトランジスタバイアス回路とを集積回路で構成した際に、高周波増幅段に発生する異常発振の防止手段をトランジスタバイアス回路内に設けた集積回路化高周波増幅器に関する。

一般に、携帯電話等に用いられる無線通信機器においては、主に、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）などのデジタル伝送方式が用いられており、この無線通信機器に用いられる高周波増幅器としては、高利得のもの、高効率のもの、周囲温度変動の影響を受け難いもの、広いダイナミックレンジを持った出力レベルを有するもの、線形動作を行い高出力のもの、利得制御電圧が比較的低いものである等の要求がなされている。

この場合、これら要求をできるだけ満たすものとして、高周波増幅段にはエミッタ接地型バイポーラトランジスタが用いられ、そのエミッタ接地型バイポーラトランジスタにベースバイアスを供給するトランジスタバイアス回路には出力段にエミッタフォロワトランジスタが用いられたものが知られており、そのトランジスタバイアス回路の一例として特開２００２−１００９３８号公報に記載された高出力増幅器がある。

図４は、特開２００２−１００９３８号公報に記載されたトランジスタバイアス回路の構成を示す回路図であり、集積回路化されているものである。

図４に示されるように、このトランジスタバイアス回路は、エミッタフォロワトランジスタ５１と、ダイオード接続された３つのトランジスタ５２、５３、５４と、２つのバイアス抵抗５５、５６と、バイアス出力端子５７と、電源端子５８と、制御電圧端子５９とからなり、この他に、第１寄生容量６０と、第２寄生容量６１と、寄生インダクタ６２を有している。この場合、２つのトランジスタ５２、５３とバイアス抵抗５５は、制御電圧端子５９と接地点間に直列接続されて第１分圧回路を構成し、トランジスタ５４とバイアス抵抗５６は、制御電圧端子５９と接地点間に直列接続されて第２分圧回路を構成している。

そして、エミッタフォロワトランジスタ５１は、エミッタがバイアス出力端子５７に接続されるとともに、第２分圧回路のトランジスタ５４とバイアス抵抗５６の接続点に接続され、ベースが第１分圧回路のトランジスタ５２とバイアス抵抗５５の接続点に接続され、コレクタが電源端子５８に接続される。また、第１寄生容量６０はエミッタフォロワトランジスタ５１のコレクタと接地点間に存在し、第２寄生容量６１は電源端子５８と接地点間に存在し、寄生インダクタ６２はエミッタフォロワトランジスタ５１のコレクタと電源端子５８とを結ぶライン上に存在している。なお、図４には図示されていないが、バイアス出力端子５７が高周波増幅段を構成するエミッタ接地型バイポーラトランジスタのベースに導電接続されている。

前記構成によるトランジスタバイアス回路は、次のように動作する。

いま、制御電圧端子５９に制御電圧Ｖｃｏｎｔが供給され、電源端子５８に電源電圧Ｖｃｃが供給されると、第１分圧回路によって分圧された制御電圧Ｖｃｏｎｔの第１分圧電圧がエミッタフォロワトランジスタ５１のベースに供給され、同時に第２分圧回路によって分圧された制御電圧Ｖｃｏｎｔの第２分圧電圧がエミッタフォロワトランジスタ５１のエミッタに供給される。このとき、エミッタフォロワトランジスタ５１は、ベースに供給された第１分圧電圧に対応してそのエミッタの第２分圧電圧を調整してバイアス電圧を発生させ、発生したバイアス電圧をバイアス出力端子５７に供給する。

このとき、バイアス出力端子５７に供給されたバイアス電圧は、図示されていない高周波増幅段を構成するエミッタ接地型バイポーラトランジスタのベースに供給され、それによりエミッタ接地型バイポーラトランジスタの動作点が設定される。この場合、制御電圧端子５９に供給される制御電圧Ｖｃｏｎｔが変動すると、その制御電圧Ｖｃｏｎｔの変動に対応してエミッタフォロワトランジスタ５１のエミッタ電圧が変動するので、制御電圧Ｖｃｏｎｔの変動に対応したバイアス電圧がエミッタ接地型バイポーラトランジスタのベースに供給される。
特開２００３−１００９３８号公報（特に、図７）

前記特開２００３−１００９３８号公報に開示されたトランジスタバイアス回路は、一応のところ、前述のような要求を満たすような動作が行われるものであるが、当該集積回路化されたトランジスタバイアス回路を高周波増幅段のエミッタ接地型バイポーラトランジスタのベースバイアス回路に用いた場合、エミッタフォロワトランジスタ５１のコレクタと接地点間に存在する第１寄生容量６０と電源端子５８と接地点間に存在する第２寄生容量６１及びエミッタフォロワトランジスタ５１のコレクタと電源端子５８と結ぶライン上に存在する寄生インダクタ６２の影響を無視することができなくなり、エミッタフォロワトランジスタ５１の動作は不安定になる。

このような状態は、図３に示されるトランジスタバイアス回路における周波数に対する安定係数の変化状態を示す特性図からも明らかである。図３に図示された特性図は、横軸がＧＨｚで表した周波数、縦軸が安定係数Ｋであって、安定係数Ｋが１以上であればその周波数で安定な動作が行われるが、安定係数Ｋが１以下０以上の範囲内であればその周波数で不安定な動作になり、安定係数Ｋが０以下のマイナスの範囲であればその周波数で発振状態になることを表しているものである。

すなわち、トランジスタバイアス回路においては、第１寄生容量６０と第２寄生容量６１と寄生インダクタ６２が、例えば２ＧＨｚ近傍の周波数に共振する並列共振回路を構成するようになるので、共振周波数においてはエミッタフォロワトランジスタ５１のコレクタと接地点間のインピーダンスが大幅に増大し、図３に図示の特性図の曲線２に示されるように、エミッタフォロワトランジスタ５１を含む回路はその共振周波数近傍の周波数において安定係数Ｋが０以下に低下し、その周波数で寄生発振を発生する確率が増大する。そして、エミッタフォロワトランジスタ５１を含む回路が寄生発振を発生した場合は、その寄生発振信号がエミッタ接地型バイポーラトランジスタのベースに供給され、エミッタ接地型バイポーラトランジスタから不要な高周波信号が出力されたり、エミッタ接地型バイポーラトランジスタの動作が不安定になったりする。

ところで、トランジスタバイアス回路を集積回路化しないで構成した場合、寄生インダクタ６２は存在するものの、第１寄生容量６０及び第２寄生容量６１が明白な形で存在したいため、２ＧＨｚ近傍の周波数に共振する並列共振回路が構成されず、２ＧＨｚ近傍の周波数による寄生発振の発生は生じないが、例えば６ＧＨｚ以上の周波数においては寄生インダクタ６２の影響が大きくなり、図３に図示の特性図の曲線１に示されるように、エミッタフォロワトランジスタ５１を含む回路は６ＧＨｚ以上の周波数において安定係数Ｋが０以下に低下するようになり、６ＧＨｚ以上のいずれかの周波数で寄生発振を生じる確率が増大する。

本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、高周波増幅段に用いるトランジスタバイアス回路を集積回路化しても、高周波帯域において寄生発振の発生を防止できる集積回路化高周波増幅器を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による集積回路化高周波増幅器は、バイポーラトランジスタにより構成されるトランジスタ高周波増幅段と、バイポーラトランジスタにエミッタフォロワトランジスタを通してベースバイアス電圧を供給するトランジスタバイアス回路とを有するものであって、トランジスタバイアス回路は、エミッタフォロワトランジスタのコレクタが異常発振防止用ダンパー抵抗を介して集積回路外に配置した直流電源に接続されるとともに、集積回路内でコレクタと接地間にコンデンサが接続されている第１の手段を具備する。

また、前記目的を達成するために、本発明による集積回路化高周波増幅器は、前記第１の手段に加えて、トランジスタバイアス回路は、集積回路内でエミッタフォロワトランジスタのベースに直列に異常発振防止用ベース抵抗が接続されている第２の手段を具備する。

さらに、前記目的を達成するために、本発明による集積回路化高周波増幅器は、バイポーラトランジスタにより構成されるトランジスタ高周波増幅段と、バイポーラトランジスタにエミッタフォロワトランジスタを通してベースバイアス電圧を供給するトランジスタバイアス回路とを有するものであって、トランジスタバイアス回路は、エミッタフォロワトランジスタのコレクタが集積回路外に配置した直流電源に接続されるとともに、集積回路内でコレクタと接地間にコンデンサが接続され、集積回路内でエミッタフォロワトランジスタのベースに直列に発振防止用抵抗が接続されている第３の手段を具備する。

前記第１、第２及び第３の手段におけるトランジスタ高周波増幅段は、並列接続された複数個のバイポーラトランジスタによって構成された出力増幅段を含むものであることが好ましい。

以上のように、本発明による集積回路化高周波増幅器によれば、トランジスタバイアス回路は、エミッタフォロワトランジスタのコレクタに異常発振防止用ダンパー抵抗を接続する、または、集積回路内でエミッタフォロワトランジスタのベースに直列に異常発振防止用ベース抵抗を接続する、もしくは、エミッタフォロワトランジスタのコレクタに異常発振防止用ダンパー抵抗を接続し、かつ、エミッタフォロワトランジスタのベースに直列に異常発振防止用ベース抵抗を接続するようにしたので、エミッタフォロワトランジスタのコレクタに形成される寄生容量と寄生インダクタによる並列共振回路の影響が前記１つまたは２つの異常発振防止用抵抗の接続によって大幅に緩和され、エミッタフォロワトランジスタを含む回路の安定係数Ｋが１以下に低下することがなくなり、エミッタフォロワトランジスタを含む回路が寄生発振を生じたり、不安定になったりするのをなくせるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明による集積回路化高周波増幅器の第１の実施の形態に係るもので、その要部構成を示す回路図である。

図１に示されるように、この実施の形態による集積回路化高周波増幅器は、集積回路化された第１、第２及び第３高周波増幅段１、２、３と、同じく集積回路化された第１、第２及び第３トランジスタバイアス回路４、５、６と、信号入力端子７と、信号出力端子８と、集積回路外に配置した直流電源９及び制御電圧源１０と外部接続バイパスコンデンサ１１とを備えている。この場合、入力増幅段を構成する第１高周波増幅段１と中間増幅段を構成する第２高周波増幅段２と出力増幅段を構成する第３高周波増幅段３は、信号入力端子７と信号出力端子８間に順次従属接続され、第１高周波増幅段１に対応して第１トランジスタバイアス回路４が、第２高周波増幅段２に対応して第２トランジスタバイアス回路５が、第３トランジスタバイアス回路３に対応して第３ランジスタバイアス回路６が接続配置されている。

この場合、第１高周波増幅段１と第２高周波増幅段２と第３高周波増幅段３は、いずれもその主要回路部分が同じ構成のものであり、同様に、第１トランジスタバイアス回路４と第２トランジスタバイアス回路５と第３トランジスタバイアス回路６のいずれもその主要回路部分が同じ構成のものであるので、以下、代表的な構成として、第３高周波増幅段３の構成と第３トランジスタバイアス回路６の構成について説明し、その他の高周波増幅段１、２とその他のトランジスタバイアス回路４、５の構成の説明は省略する。

まず、第３高周波増幅段３は、エミッタ接地バイポーラトランジスタ１２と、コレクタ負荷となるインダクタ１３と、結合コンデンサ１４とからなっている。そして、エミッタ接地バイポーラトランジスタ１２は、ベースが第２高周波増幅段２の出力端に接続され、エミッタが接地接続され、コレクタがインダクタ１３を通して直流電源９に接続されるとともに、結合コンデンサ１４を通してアンテナ整合回路（図番なし）に接続されている。この場合、図１においては、エミッタ接地バイポーラトランジスタ１２として１個のトランジスタを用いている例が図示されているが、実際には第３高周波増幅段３の高周波信号出力は大電力のものである場合が多いので、エミッタ接地バイポーラトランジスタ１２として複数個のバイポーラトランジスタが並列接続された構成のエミッタ接地バイポーラトランジスタ１２を用いることが好ましい。

次に、第３トランジスタバイアス回路６は、エミッタフォロワトランジスタ１５と、エミッタ負荷抵抗１６と、結合抵抗１７と、ベースバイアス回路を構成する抵抗１８及び２つのダイオード接続トランジスタ１９、２０とからなっている。この他に、第３トランジスタバイアス回路６に特有の構成として、異常発振防止用ダンパー抵抗２１が設けられ、さらに、他のトランジスタバイアス回路４、５にも同じように存在するが、集積回路内にある寄生容量２２と、接続リードの寄生インダクタ２３が特別に図示されている。そして、エミッタフォロワトランジスタ１５は、エミッタがエミッタ負荷抵抗１６を通して接地接続されるとともに、結合抵抗１７を通してエミッタ接地バイポーラトランジスタ１２のベースに接続され、ベースがベースバイアス回路における抵抗１８とダイオード接続トランジスタ１９の接続点に接続され、コレクタが異常発振防止用ダンパー抵抗２１と寄生インダクタ２３とを通して直流電源９に接続されるとともに、寄生容量２２を通して接地接続される。この場合、異常発振防止用ダンパー抵抗２１としては例えば５Ωの抵抗が使用される。

前記構成による第３高周波増幅段３及び第３トランジスタバイアス回路６は、次のように動作する。

いま、直流電源９から直流電力が出力され、また、制御電圧源１０から制御電圧が出力されると、エミッタフォロワトランジスタ１５は、ベースにベースバイアス回路によって分圧された制御電圧が供給され、それによりエミッタに分圧された制御電圧に対応するエミッタ電圧が出力され、そのエミッタ電圧がバイアス電圧として結合抵抗１７を通してエミッタ接地バイポーラトランジスタ１２のベースに供給される。このとき、エミッタ接地バイポーラトランジスタ１２は、コレクタにインダクタ１３を介して直流電源９の直流電力が供給され、ベースにエミッタフォロワトランジスタ１５からバイアス電圧が供給されるので、動作状態になり、前段にある第２高周波増幅段２から高周波信号が供給されると、その高周波信号を電力増幅し、増幅された高周波信号は信号出力端子８から利用回路（図示なし）に出力される。

この場合、第３トランジスタバイアス回路６においては、エミッタフォロワトランジスタ１５のコレクタと直流電源９との間の接続リード内にある寄生インダクタ２３に直列に異常発振防止用ダンパー抵抗２１を接続しているので、エミッタフォロワトランジスタ１５のコレクタ回路内に形成される寄生容量を含む容量成分と寄生インダクタ２３による並列共振回路の影響がこの異常発振防止用ダンパー抵抗２１の接続によって大幅に緩和され、それにより図３の特性図における曲線３に示されるように、広い周波数帯域にわたってエミッタフォロワトランジスタ１５を含む回路の安定係数Ｋが１以上になり、エミッタフォロワトランジスタ１５を含む回路が寄生発振を生じたり、不安定になったりするのをなくすことができ、それによりエミッタ接地バイポーラトランジスタ１２で不要な高周波信号が増幅されたり、動作が不安定になったりすることがなくなる。

次に、図２は、本発明による集積回路化高周波増幅器の第２の実施の形態に係るもので、その要部構成を示す回路図である。

この第２の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器は、前述の図１に示された第１の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器と大部分の点で同じ構成であるが、第２の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器は、第３トランジスタバイアス回路６におけるエミッタフォロワトランジスタ１５のベースとベースバイアス回路を構成する抵抗１８とダイオード接続トランジスタ１９の接続点との間に異常発振防止用ベース抵抗２４が接続された構成であるのに対し、第１の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器は、かかる異常発振防止用ベース抵抗２４が接続されていない構成である点だけであって、その他の構成は第２の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器と第１の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器との間で全く同じである。なお、図２において、図１に図示された構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付し、それら構成要素の説明を省略する。
また、第２の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器の動作は、第３トランジスタバイアス回路６におけるエミッタフォロワトランジスタ１５に異常発振防止用ダンパー抵抗２１と異常発振防止用ベース抵抗２４との２つの異常発振防止用抵抗を接続しているので、第２の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器におけるエミッタフォロワトランジスタ１５の動作が、第１の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器におけるエミッタフォロワトランジスタ１５の動作に比べてより安定になっている点で若干異なっているが、それ以外の動作は、前述の第１の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器の動作と全く同じである。このため、第２の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器の動作については、これ以上の説明は省略する。

ところで、第２の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器は、第３トランジスタバイアス回路６におけるエミッタフォロワトランジスタ１５に異常発振防止用ダンパー抵抗２１と異常発振防止用ベース抵抗２４との２つの異常発振防止用抵抗を接続したものであるが、第３の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器として、第３トランジスタバイアス回路６におけるエミッタフォロワトランジスタ１５に異常発振防止用ベース抵抗２４だけを接続し、異常発振防止用ダンパー抵抗２１の接続を省略するような構成にしても、第１の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器で得られる機能とほぼ同等の機能を得ることができ、それにより第１の実施の形態に係る集積回路化高周波増幅器で得られる効果と同等の効果を得ることができる。

本発明による集積回路化高周波増幅器の第１の実施の形態に係るもので、その要部構成を示す回路図である。本発明による集積回路化高周波増幅器の第２の実施の形態に係るもので、その要部構成を示す回路図である。トランジスタバイアス回路における周波数に対する安定係数の変化状態を示す特性図である。特開２００２−１００９３８号公報に記載されたトランジスタバイアス回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１第１高周波増幅段
２第２高周波増幅段
３第３高周波増幅段
４第１トランジスタバイアス回路
５第２トランジスタバイアス回路
６第３トランジスタバイアス回路
７信号入力端子
８信号出力端子
９直流電源
１０制御電圧源
１１外部接続バイパスコンデンサ
１２エミッタ接地バイポーラトランジスタ
１３コレクタ負荷となるインダクタ
１４結合コンデンサ
１５エミッタフォロワトランジスタ
１６エミッタ負荷抵抗
１７結合抵抗
１８抵抗
１９、２０ダイオード接続トランジスタ
２１異常発振防止用ダンパー抵抗
２２寄生容量
２３寄生インダクタ
２４異常発振防止用ベース抵抗

Claims

バイポーラトランジスタにより構成されるトランジスタ高周波増幅段と、前記バイポーラトランジスタにエミッタフォロワトランジスタを通してベースバイアス電圧を供給するトランジスタバイアス回路とを有する集積回路化高周波増幅器であって、前記トランジスタバイアス回路は、前記エミッタフォロワトランジスタのコレクタが異常発振防止用ダンパー抵抗を介して集積回路外に配置した直流電源に接続されるとともに、集積回路内で前記コレクタと接地間にコンデンサが接続されていることを特徴とする集積回路化高周波増幅器。
前記トランジスタバイアス回路は、集積回路内で前記エミッタフォロワトランジスタのベースに直列に異常発振防止用ベース抵抗が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の集積回路化高周波増幅器。
バイポーラトランジスタにより構成されるトランジスタ高周波増幅段と、前記バイポーラトランジスタにエミッタフォロワトランジスタを通してベースバイアス電圧を供給するトランジスタバイアス回路とを有する集積回路化高周波増幅器であって、前記トランジスタバイアス回路は、エミッタフォロワトランジスタのコレクタが集積回路外に配置した直流電源に接続されるとともに、集積回路内で前記コレクタと接地間にコンデンサが接続され、集積回路内で前記エミッタフォロワトランジスタのベースに直列に異常発振防止用ベース抵抗が接続されていることを特徴とする集積回路化高周波増幅器。
前記トランジスタ高周波増幅段は、並列接続された複数個のバイポーラトランジスタによって構成された出力増幅段を含むものであることを特徴とする請求項１もしくは３のいずれかに記載の集積回路化高周波増幅器。