JP2005354237A - 増幅装置およびミキサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電話等の移動体通信端末に搭載される増幅器、ミキサ回路等の半導体回路において、休止状態から通常の動作状態への復帰時間を、半導体回路の安定性を損なうことなく短縮する。
【解決手段】増幅装置１００は、増幅器１０、バイアス回路１２、ローパスフィルタ１４を含む。ローパスフィルタ１４の遮断周波数は、通常の動作状態において回路を安定に動作させるための遮断周波数ｆｃ１に加えて、増幅装置１００を短時間で休止状態から通常の動作状態へと復帰させるために必要な、ｆｃ１より高い複数の遮断周波数ｆｃｎ（ｎ＞＝２）が切り替えられる。休止状態にあった増幅装置１００に対して外部から復帰が指示されるタイミングにあわせて、制御信号Ｖｃｏｎｔにより、ローパスフィルタ１４の遮断周波数が高く設定される。その後、通常の動作状態へと遷移が進むに従い、ローパスフィルタ１４の遮断周波数を徐々に落としていき、回路の安定性を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅装置やミキサ装置に関し、特に、間欠的に動作させる増幅装置およびミキサ装置に関する。

携帯電話や簡易型携帯電話システムをはじめとする移動体通信端末（以下、「端末」という）においては、高周波信号の増幅や周波数変換など様々な信号処理を行う半導体回路が多数用いられている。このような回路のうち、完全差動型の増幅器や、ダブルバランス型のミキサ回路などは、その回路自身の出力電圧からの帰還によってバイアス電圧を生成し、回路の安定化を図っている。すなわち、これらの回路では、出力電圧からの帰還経路にローパスフィルタを設け、このローパスフィルタによって出力電圧の低周波数成分を抽出し、抽出した出力電圧の低周波数成分が、所定の基準電圧に近づくようにバイアス電圧を生成する。このような、出力電圧の低周波数成分を抽出することを目的として帰還経路に設けられたローパスフィルタの遮断周波数は、回路を安定に動作させるバイアス電圧の生成のためには十分に低く設定する必要がある。このような構成を有する増幅器については、例えば、特許文献１に記載されている。
特開平９−５５６３２号公報

ところで、端末においては、待ち受け時間や通話時間を少しでも延ばすために、無用な電流消費は極力抑えることが望ましい。端末の使用状況としては、通話中、待機中などがあり、端末に搭載される回路は、端末の使用状況に応じて、通常の動作状態と、動作させない休止状態を切り替えて間欠的に使用される。例えば、休止状態では、バイアス電圧や、固定電圧の供給を停止して回路を一時的にオフしておき、回路を使用する期間のみ、所定の電圧を入力して、通常の動作状態に復帰させる。

ここで、完全差動型の増幅器やダブルバランス型のミキサ回路を休止状態から通常の動作状態へ復帰させる場合には、接地電圧近くまで下がっていた出力電圧を、所定の基準電圧まで直ちに立ち上げる必要がある。ところが、これらの回路を十分安定に動作させる場合においては、帰還経路に設けられたローパスフィルタが高周波成分を遮断するために、休止状態から動作状態への復帰時間が長くなるという課題があった。また、立ち上がりを急峻にするために遮断周波数を高く設定すると、回路の安定性が損なわれ、オーバーシュートやリンギング等が発生し、この場合も復帰時間が長くなる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路の安定性を維持しつつ休止状態から通常の動作状態への復帰時間を短縮した増幅装置およびミキサ装置の提供にある。

本発明のある態様は、増幅装置に関する。この増幅装置は、信号を増幅する増幅器と、増幅器において増幅した信号に含まれる低周波数成分の電圧が所定の基準電圧に近づくように、増幅回路に印加すべきバイアス電圧を生成するバイアス回路と、前記増幅した信号からバイアス電圧を生成して増幅器に印加する経路上に設けられており、かつ予め規定された複数の遮断周波数を段階的に切り替えることによって、増幅器に印加するバイアス電圧に含まれる低周波数成分の帯域を段階的に切り替えるローパスフィルタとを備える。ローパスフィルタは、「増幅した信号からバイアス電圧を生成して増幅器に印加する経路上」に設けられていればよく、増幅された信号がバイアス回路に入力される経路上、あるいはバイアス回路によって生成されたバイアス電圧が増幅器に印可される経路上に設けられる場合の他、バイアス回路とローパスフィルタが不可分に構成されておりいずれの経路にも該当する場合なども含む。すなわち、ローパスフィルタによって増幅器に印加するバイアス電圧に含まれる低周波数成分の帯域を制御できればよい。
この態様によれば、所定の基準電圧が急峻に変化する期間のみ、ローパスフィルタの遮断周波数を高く設定し、基準電圧が安定している期間は、ローパスフィルタの遮断周波数を十分低く設定することによって、通常の動作状態における回路の安定性を損なうことなく、休止状態から動作状態への復帰を短時間で行い、増幅装置の動作が安定化するまでの時間を短縮することができる。

前記ローパスフィルタは、増幅器が初期状態から定常状態へ遷移するに従って、複数の遮断周波数を高い周波数から低い周波数に切り替えてもよい。ここで、「初期状態」とは、休止状態にあった増幅装置に復帰が指示された状態をいう。また、「定常状態」とは、増幅器の出力電圧が所定の基準電圧まで立ち上がり、増幅装置が安定に動作している状態をいう。これらの状態の遷移に従って、ローパスフィルタの遮断周波数を高い周波数から低い周波数へと下げていくことで、出力電圧の安定化と、復帰時間の短縮を図ることができる。

また、増幅装置は、ローパスフィルタの複数の遮断周波数の切り替えを指示するための制御信号を外部から入力する制御端子をさらに備えていてもよい。移動体通信端末においては通常、増幅装置やミキサ装置などの半導体回路を端末の状態にあわせて制御するための制御回路が存在する。この制御回路から出力される制御信号によって、ローパスフィルタの遮断周波数を切り替えることにより、端末の状態に応じた適切な制御を行うことができる。

また、増幅器は、相補的な関係にある２つの信号をそれぞれ増幅し、バイアス回路は、増幅した相補的な関係にある２つの信号の同相電圧が所定の基準電圧に近づくように、バイアス電圧を調節してもよい。ここで、「相補的な関係にある２つの信号」とは、逆相関係にあって、その２つの信号の差に伝達すべき情報が乗せられている２つの信号をいい、例えば、完全差動型の演算増幅器などで増幅される差動信号などが含まれる。また、「同相電圧」とは、２つの信号の同相成分、すなわち２つの電圧の平均値をいう。このように同相電圧を制御することによって、２つの信号をまとめてひとつの信号として処理することができ、フィルタ部の面積を小さくすることができる。

また、増幅器は、相補的な関係にある２つの信号をそれぞれ増幅し、バイアス回路は、増幅した相補的な関係にある２つの信号の低周波数成分の電圧が所定の基準電圧にそれぞれ近づくように、バイアス電圧を調節してもよい。このように、２つの出力信号のそれぞれの電圧を個別に調節することより、より安定した出力信号を発生することができる。

本発明の別の形態は、ミキサ装置である。このミキサ装置は、相補的な関係にある２つの信号を周波数変換するミキサ回路と、前記周波数変換した相補的な関係にある２つの信号に含まれる低周波数成分の電圧が、所定の基準電圧に近づくように、ミキサ回路に印加すべきバイアス電圧を生成するバイアス回路と、前記周波数変換した相補的な関係にある２つの信号からバイアス電圧を生成してミキサ回路に印加する経路上に設けられており、かつ予め規定された複数の遮断周波数を段階的に切り替えることによって、生成したバイアス電圧に含まれる低周波数成分の帯域を段階的に切り替えるローパスフィルタを備える。この態様によれば、バイアス電圧が急峻に変化する期間のみ、ローパスフィルタの遮断周波数を高く設定し、バイアス電圧が安定している期間は、ローパスフィルタの遮断周波数を十分低く設定することによって、通常の動作状態における回路の安定性を損なうことなく、休止状態から動作状態への復帰を短時間で行い、ミキサ装置が安定化するまでの時間を短縮することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、増幅装置およびミキサ装置の安定性を損なうことなく、休止状態から通常の動作状態への復帰時間を短縮することができる。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態は、携帯端末に使用される完全差動型の増幅装置に関する。図１は本実施の形態に係る増幅装置１００の構成を示す簡略化されたブロック図である。増幅装置１００は、増幅器１０、バイアス回路１２、ローパスフィルタ１４、制御端子１６とを含む。

増幅器１０は、完全差動型の増幅器であって、相補的な関係にある差動入力信号Ｖｉｎ１およびＶｉｎ２を増幅する。増幅した信号は差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２として出力され、ローパスフィルタ１４へそれぞれ入力される。

ローパスフィルタ１４は、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の高周波成分を除去し、同相電圧の低周波数成分を抽出してバイアス回路１２へと出力するために設けられており、切り替え可能な複数の遮断周波数を有している。ここでは簡単のため、ローパスフィルタ１４は、第１の遮断周波数ｆｃ１と第２の遮断周波数ｆｃ２の２値を切り替えるものとする。

ここで通常の動作状態においては、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２から得られた同相電圧は、ほぼ直流成分とみなせるため、ローパスフィルタ１４の遮断周波数を十分に低く設定する必要がある。さらに、バイアス回路１２において、差動出力信号の同相電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの誤差を小さくし、正確なバイアス電圧Ｖｂｉａｓの生成を行うためには、その利得を高くする必要があるが、バイアス回路１２の利得を高めると、フィードバックループの位相余裕が小さくなり、発振しやすくなる。そのため、回路の安定性の観点からも、フィードバックループに設けられるローパスフィルタ１４の遮断周波数を十分に低く設定する必要がある。このように、通常の動作状態において回路を安定に動作させるために十分低く設定された遮断周波数が前述の第１の遮断周波数ｆｃ１である。

一方、休止状態から動作状態への復帰時においては、復帰時間を短くするために、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２はともに急速に立ち上げる必要がある。このような場合に、その同相電圧の周波数成分は、直流成分を中心としてある帯域幅を持った信号となる。したがって、回路の起動時や、切り替え時において使用される第２の遮断周波数ｆｃ２は、第１の遮断周波数ｆｃ１よりも高く設定しておく必要がある。このように、第２の遮断周波数ｆｃ２は、増幅装置１００の起動や動作状態の切り替え時に要求される復帰時間や基準電圧Ｖｒｅｆの立ち上がり速度などの関係から決定される。

バイアス回路１２には、ローパスフィルタ１４によって高周波成分の除去された差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の同相電圧と、基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、差動出力信号の同相電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに近づくようにその出力電圧であるバイアス電圧Ｖｂｉａｓを生成して、増幅器１０に帰還する。

制御端子１６は、図示しない制御部からの制御信号Ｖｃｏｎｔを入力するための端子であって、この制御信号Ｖｃｏｎｔによってローパスフィルタ１４の遮断周波数が切り替えられる。

このように構成される増幅装置１００の動作について、増幅装置１００が休止状態から通常の動作状態に復帰する場合を例にして、図２（ａ）〜（ｃ）および図３（ａ）〜（ｃ）をもとに説明する。はじめに、本発明の効果がより明らかになるように、ローパスフィルタ１４の遮断周波数を第１の遮断周波数ｆｃ１、あるいはｆｃ２に固定したまま変化させない場合について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、休止状態から通常の動作状態に復帰する際の増幅装置１００の回路状態の時間遷移を示す図である。

図２（ａ）は基準電圧Ｖｒｅｆ、図２（ｂ）はローパスフィルタ１４の遮断周波数、図２（ｃ）は差動出力信号Ｖｏｕｔおよび同相電圧をそれぞれ示している。ここでの差動出力電圧Ｖｏｕｔは、図面の簡略化のため、相補的な関係にある差動出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２のいずれか一方を示している。時刻Ｔ０〜Ｔ１において増幅装置１００は休止状態にある。この間、図２（ｃ）に示すように、差動出力信号Ｖｏｕｔは接地電圧近くまで下がっているため、その同相電圧も、接地電圧に近い状態となっている。同様に、図２（ａ）においてバイアス回路１２に入力されている基準電圧Ｖｒｅｆも、接地電圧まで下げられている。

回路の安定性を確保するために、ローパスフィルタ１４の遮断周波数を十分低い周波数ｆｃ１に設定した場合の動作は以下のようになる。図２（ｃ）において、Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ、遮断周波数がｆｃ１の場合の差動出力信号Ｖｏｕｔ、差動出力信号の同相電圧を表す。
図２（ａ）において時刻Ｔ１に、バイアス回路１２へ入力されている基準電圧Ｖｒｅｆがステップ波形状に所定の値まで立ち上げられ、休止状態から動作状態への復帰が指示される。バイアス回路１２は差動出力信号の同相電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆに近づくようにバイアス電圧Ｖｂｉａｓを調節するため、基準電圧Ｖｒｅｆの立ち上がりにともなって、図２（ｃ）のようにＬ１で示される差動出力信号が立ち上がり始める。ここで基準電圧Ｖｒｅｆの立ち上がりに追従して差動出力信号Ｖｏｕｔが立ち上がるためには、フィードバックループは、ステップ波形が有する周波数成分をカバーするだけの帯域が確保されていなければならないが、図２（ｂ）に示すようにローパスフィルタ１４の遮断周波数は、第１の遮断周波数ｆｃ１で固定されたままである。その結果、図２（ｃ）のように、Ｌ２で示される差動出力信号の同相電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆが時刻Ｔ１に所定の電圧まで立ち上がり、一定値をとり始めた後も、フィルタ遮断周波数に応じた応答速度で緩やかに基準電圧Ｖｒｅｆに近づいていく。

逆に、ローパスフィルタ１４の遮断周波数を回路の応答性を優先させて高い周波数ｆｃ２に設定した場合の動作は以下のようになる。図２（ｃ）において、Ｌ３、Ｌ４はそれぞれ遮断周波数がｆｃ２の場合の差動出力信号Ｖｏｕｔ、差動出力信号の同相電圧を表す。
時刻Ｔ１に、バイアス回路１２へ入力されている基準電圧Ｖｒｅｆがステップ波形状に所定の値まで立ち上げられる。図２（ｃ）においてＬ４で示される差動出力信号の同相電圧は基準電圧Ｖｒｅｆに追従するように立ち上がりはじめる。このときのローパスフィルタのローパスフィルタ１４の遮断周波数は、第２の遮断周波数ｆｃ２に設定されているため、同相電圧は急速に立ち上がる。ところが、遮断周波数ｆｃ２は、回路の安定性よりも応答性を優先させて決められているため、図２（ｃ）のように、差動出力信号Ｖｏｕｔは、オーバーシュートおよびリンギングを伴いながら、基準電圧Ｖｒｅｆに近づいていく。

このように、本実施の形態において、従来技術のように、遮断周波数を切り替えない場合には、ローパスフィルタの遮断周波数を高く設定した場合、低く設定した場合のいずれにおいても休止状態から動作状態への復帰には、長い時間を要してしまう。

次に、制御信号Ｖｃｏｎｔによって、回路の状態によってローパスフィルタ１４の遮断周波数を切り替える場合について図３（ａ）〜（ｃ）をもとに説明する。図３（ｃ）においてＬ５は差動出力信号Ｖｏｕｔ、Ｌ６は差動出力信号の同相電圧を示す。

図２（ａ）〜（ｃ）同様、増幅器は時刻Ｔ０からＴ１は休止状態にある。図３（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１より前の時刻Ｔ１’において、基準電圧Ｖｒｅｆのステップ波形状の立ち上がりに追従できるように、あらかじめローパスフィルタ１４の遮断周波数はｆｃ２に切り替えられている。

図３（ａ）において、時刻Ｔ１に、休止状態から動作状態への復帰が指示され、バイアス回路１２へ入力されている基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧まで立ち上がる。このとき、ローパスフィルタ１４の遮断周波数が高く設定され、フィードバックループの帯域が広くなっているため、Ｌ６で示される差動出力信号の同相電圧は、図３（ｃ）に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆに追従することができ、速やかに立ち上がる。その後、オーバーシュートに至る未然の時刻Ｔ２において、図３（ｂ）に示すようにローパスフィルタ１４の遮断周波数は第１の遮断周波数ｆｃ１に下げられ、オーバーシュートやリンギングすることなく、速やかに回路の安定性が確保される。

このように本発明においては、回路の状態に応じて、フィードバックループに設けられたローパスフィルタ１４の遮断周波数を切り替えることによって、遮断周波数が固定されている場合に比べ、より短期間で増幅装置１００を休止状態から通常の動作状態へと復帰させることができる。

図１では、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２は、まずローパスフィルタ１４に入力され、その後バイアス回路１２へと入力されているが、逆であっても良い。すなわち、はじめに差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２をバイアス回路１２へ入力し、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを生成した後に、ローパスフィルタ１４によってバイアス電圧の高周波成分を除去した後、増幅器１０へ帰還する構成であっても良い。また、バイアス回路１２とローパスフィルタ１４とは、不可分な回路として構成されていても同様の効果を得ることができる。以下、本実施の形態に係る発明について具体的な実施例をもとに説明する。

（第１の実施例）
本実施の形態に係る第１の実施例も、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２がローパスフィルタに入力され、その後バイアス回路へ入力される例であり、実施の形態１をより具体的に説明したものである。本実施例は図４に示す回路図により構成される。基本的な構成は図１同様であって増幅装置１００は、増幅器１０、バイアス回路１２、ローパスフィルタ１４、制御端子１６とを含む。増幅器１０、制御端子１６の機能、動作は、図１と同じであって、以下その他の相違点を中心に説明する。

ローパスフィルタ１４は、抵抗Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ２、Ｒ２’、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、コンデンサＣ１を含む。スイッチＳＷ１、ＳＷ２はともにＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、ここでは簡単のため、ＦＥＴがオンした状態では、ドレインソース間の抵抗値は、抵抗Ｒ１、Ｒ２等に対して無視できるほどに小さいものとする。

抵抗Ｒ１およびＲ１’は直列に接続され、接地コンデンサＣ１とともに、ローパスフィルタを構成する。このローパスフィルタには、差動出力信号Ｖｏｕｔ１が入力され、抵抗値および容量値から定まる遮断周波数より低い周波数成分のみが通過する。抵抗Ｒ１’には、それと並列にスイッチＳＷ１が設けられており、スイッチＳＷ１がオンすると、抵抗Ｒ１’はバイパスされ、遮断周波数が切り替えられるようになっている。抵抗Ｒ２、Ｒ２’およびコンデンサＣ１も同様の関係にあり、差動出力信号Ｖｏｕｔ２の低周波数成分のみを通過させる。

抵抗Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ２、Ｒ２’の抵抗値およびコンデンサＣ１の容量値は以下のように決定してもよい。まず通常の動作状態で回路が安定に動作するための遮断周波数ｆｃ１の値を求め、この値から抵抗値Ｒ１、Ｒ２および容量値Ｃ１を決定する。次に、休止状態から動作状態への復帰の際の基準電圧Ｖｒｅｆの立ち上がり波形が有する帯域との関係から遮断周波数ｆｃ２を求め、抵抗値Ｒ１’およびＲ２’の値を決定する。

バイアス回路１２は反転入力端子と非反転入力端子に入力される電圧の誤差がゼロとなるように、その出力電圧であるバイアス電圧Ｖｂｉａｓを調節する機能を有する。ここで、バイアス回路１２の入力端子の入力インピーダンスが十分に大きく、かつ抵抗Ｒ１およびＲ２の抵抗値が等しければ、反転入力端子−には、２つの差動出力信号Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２の平均値、すなわち同相電圧が入力される。一方、バイアス回路１２の非反転入力端子＋には基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。つまりバイアス回路１２は、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の同相電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに近づくようにバイアス電圧Ｖｂｉａｓを調節する機能を有している。

以上のように構成された増幅装置１００の動作を、図３（ａ）〜（ｃ）をもとに簡単に説明する。図３（ｂ）のように、基準電圧Ｖｒｅｆが立ち上がり始める時刻Ｔ１より以前の時刻Ｔ１’に、あらかじめ制御信号Ｖｃｏｎｔをハイレベルとし、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンしておく。スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンすると、抵抗Ｒ１’およびＲ２’はバイパスされ、ローパスフィルタ１４を構成する抵抗値は、Ｒ１、Ｒ２となり、ローパスフィルタ１４の遮断周波数は高くなりｆｃ２に設定される。図３（ａ）のように時刻Ｔ１に基準電圧Ｖｒｅｆが立ち上げられると、それにともなって、図３（ｃ）の差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２が立ち上がる。その後、増幅装置１００の差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２がＶｒｅｆに近づき、オーバーシュートに至る未然の時刻Ｔ２に、制御信号Ｖｃｏｎｔをローレベルに落とし、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフする。スイッチＳＷ１がオフされると、抵抗Ｒ１’およびＲ２’はそれぞれ抵抗Ｒ１およびＲ２と直列に接続され、ローパスフィルタ１４を構成する抵抗値はＲ１＋Ｒ１’、Ｒ２＋Ｒ２’と大きくなるため、遮断周波数は低くｆｃ１に設定される。
本実施例によれば、増幅器の安定性を損なうことなく、休止状態から通常の動作状態への復帰時間を短縮することができる。

（第２の実施例）
本実施の形態に係る第２の実施例は、図５に示す回路図により構成され、バイアス回路とローパスフィルタとが不可分な回路として構成される例である。以降の図において、図１、図４と同一の構成要素には同じ符号を与え、適宜その説明を省略する。増幅装置１００は、増幅器１０、制御端子１６、バイアス回路兼ローパスフィルタ３０を含む。増幅器１０は、差動増幅回路２０、２２および抵抗Ｒ５〜Ｒ１０を含む。

増幅器１０において、差動増幅回路２０、２２は、反転入力端子と非反転入力端子の差を増幅して出力する回路である。これらの差動増幅回路２０、２２のそれぞれの反転入力端子には、差動入力信号Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２が入力されており、非反転入力端子には、バイアス電圧Ｖｂｉａｓが入力されている。差動増幅回路２０の入力インピーダンスが十分高いとき、Ｖｏｕｔ１＝Ｖｃｏｍ−（Ｖｉｎ１−Ｖｂｉａｓ）×Ｒ６／Ｒ５となり、同様に、Ｖｏｕｔ２＝Ｖｃｏｍ−（Ｖｉｎ２−Ｖｂｉａｓ）×Ｒ９／Ｒ８となる。ここで、Ｖｃｏｍは差動出力信号の同相電圧であって（Ｖｏｕｔ１＋Ｖｏｕｔ２）／２で与えられる。各抵抗の抵抗値をＲ５＝Ｒ８、Ｒ６＝Ｒ９、Ｒ７＝Ｒ１０となるように選べば、増幅器１０は、全体としての差動利得がＲ６／Ｒ５で与えられる完全差動型の増幅器として動作する。

バイアス回路兼ローパスフィルタ３０は、ローパスフィルタとバイアス回路が一体化して構成されている。ローパスフィルタとしての機能は、演算増幅器２４が、コンデンサＣ３および抵抗Ｒ３、Ｒ３’、スイッチＳＷ３とともに、１次アクティブフィルタを構成し、これに抵抗Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ２、Ｒ２’とが加わることで実現される。

また、演算増幅器２４の反転入力端子には、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の同相電圧が入力され、非反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが入力されているため、演算増幅器２４は、差動出力信号の同相電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに近づくようにバイアス電圧Ｖｂｉａｓを調節するため、バイアス回路兼ローパスフィルタ３０は、バイアス回路としての機能も有している。

本実施例の動作も、第１の実施例と同様に、図３において、時刻Ｔ１’に制御信号Ｖｃｏｎｔによって、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３がオンされ、抵抗Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’がバイパスすることで遮断周波数を高くし、時刻Ｔ２にスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオフして遮断周波数を低くする。
本実施例によれば、増幅器の安定性を損なうことなく、休止状態から通常の動作状態への復帰時間を短縮することができる。

図６は、第２の実施例の変形例である。この回路は第２の実施例において、抵抗Ｒ３、Ｒ３’を無限大にした場合と考えることができ、抵抗Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ２、Ｒ２’、演算増幅器２４およびコンデンサＣ３によって積分器が構成される。この積分器は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、抵抗Ｒ１’、Ｒ２’およびコンデンサＣ３によって決まる遮断周波数と−６ｄＢ／ｏｃｔの減衰量を有するフィルタとして機能するとともに、差動出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の同相成分が基準電圧Ｖｒｅｆに近づくようにバイアス電圧Ｖｂｉａｓを生成する。

本変形例の動作も第２の実施例と同様である。図３における時刻Ｔ１’に制御信号Ｖｃｏｎｔにより、スイッチＳＷ１〜ＳＷ２をオンし、抵抗Ｒ１’、Ｒ２’をバイパスすることで遮断周波数をｆｃ２まで高くし、時刻Ｔ２にスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオフして遮断周波数をｆｃ１まで低くする。
本変形例によれば、増幅器の安定性を損なうことなく、休止状態から通常の動作状態への復帰時間を短縮することができる。さらに第２の実施例の場合と比べ、コンデンサＣ３に並列に設けられた抵抗Ｒ３が存在しないため、積分回路の低周波数領域における開ループ利得は高くなる。この結果、コンデンサＣ３の容量値はミラー効果により開ループ利得分の１にまで小さくすることができる。従って本変形例によれば面積的に比較的大きなコンデンサを縮小でき、半導体集積回路の小型化、低コスト化に資することができる。

（第３の実施例）
本実施の形態に係る第３の実施例も、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２がローパスフィルタに入力され、その後バイアス回路へ入力される例であるが、本実施例では、バイアス電圧を、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の同相電圧から生成するのではなく、２つの差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の低周波数成分の電圧がそれぞれ基準電圧Ｖｒｅｆに近づくように生成する。本実施例は、図７に示す回路図により構成される。増幅器１０の構成は第２の実施例と同様であり完全差動型の増幅器として動作する。

バイアス回路６０、６２は、それぞれの反転入力端子にＶｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２が入力され、非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆが入力されており、それぞれの出力であるバイアス電圧Ｖｂｉａｓ１およびＶｂｉａｓ２が差動増幅回路２０、２２に帰還される。

本実施例の動作についても、これまでの実施例と同様である。増幅装置１００を休止状態から動作状態へと復帰させる際に、制御信号ＶｃｏｎｔによってスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンオフを制御し、ローパスフィルタ１４の遮断周波数を適宜変化させる。
本実施例では、増幅器１０のバイアス電圧を差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２に対してそれぞれ調節するため、より正確に出力の安定化を図ることができる。

（第４の実施例）
本実施の形態に係る第４の実施例は、バイアス回路とローパスフィルタとが不可分な回路として構成される例であり、図８に示す回路図により構成される。本実施例に係る増幅装置１００もまた、増幅器１０、バイアス回路兼ローパスフィルタ３０、制御端子１６とを含み、ローパスフィルタ１４は、バイアス回路兼ローパスフィルタ３０の内部に設けられている。

増幅器１０は、トランジスタＭ１〜Ｍ６および定電流源４０、４２、４４とによって、差動増幅回路を構成する。トランジスタＭ１、Ｍ２からなる差動対に入力された信号Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２は、差動増幅されてＶｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２として出力される。

増幅器１０の差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２は、それぞれトランジスタＭ１１、Ｍ１２のゲートに帰還される。トランジスタＭ１１およびＭ１２には、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２により、それぞれ電流Ｉ１’およびＩ２’が流れる。一方、基準電圧ＶｒｅｆがトランジスタＭ９、Ｍ１０のゲートに入力されると、それぞれのトランジスタには電流Ｉ１、Ｉ２が流れ、トランジスタＭ７には、電流Ｉ３＝Ｉ１＋Ｉ２が流れることになる。トランジスタＭ８はＭ７とカレントミラーを構成するため、トランジスタＭ８にも電流Ｉ３が流れる。

トランジスタＭ９〜Ｍ１２のしきい値電圧、トランジスタサイズが同一であれば、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の同相電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに等しいとき、Ｉ１＋Ｉ２＝Ｉ１’＋Ｉ２’となり、Ｉ３＝Ｉ３’が成り立つ。もし、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の同相電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低ければ、Ｉ３＞Ｉ３’となり、電流Ｉ４＝Ｉ３−Ｉ３’がトランジスタＭ３、Ｍ４のゲートに流れ込み、バイアス電圧Ｖｂｉａｓが上げられる。その結果、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の同相電圧は持ち上げられて、基準電圧Ｖｒｅｆに近づくことになる。逆に、差動出力信号の同相電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いときにはＩ３＜Ｉ３’となり、電流Ｉ４＝Ｉ３’−Ｉ３がトランジスタＭ３、Ｍ４のゲートから流れ出て、バイアス電圧Ｖｂｉａｓは下がり、結果として差動出力信号の同相電圧は下がって、基準電圧Ｖｒｅｆに近づくことになる。このようにして、バイアス回路１２は、Ｉ３＝Ｉ３’すなわちＩ１＋Ｉ２＝Ｉ１’＋Ｉ２’が成り立つように、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを調節する機能を有する。

ローパスフィルタ１４は、抵抗Ｒ２０、Ｒ２１、容量Ｃ５、Ｃ５’、Ｃ６、Ｃ６’およびスイッチＳＷ１、ＳＷ２とを有する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンオフによって容量値が変化し、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオフのときは、各フィルタを構成する容量値は、それぞれＣ５、Ｃ６となり、逆にスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンすると、容量値は、Ｃ５＋Ｃ５’、Ｃ６＋Ｃ６’となる。スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンするとオフ時に比べて容量値は大きくなるためトランジスタＭ１１、Ｍ１２のソースに接続されるインピーダンスは低くなる。トランジスタＭ１１、Ｍ１２におけるゲート電圧対ドレイン電流の比である相互コンダクタンスの帯域は、トランジスタそのものが有する帯域に加えて、ソースおよびドレインに接続されるインピーダンスによって決定され、ソースに接続されるインピーダンスが低くなると、相互コンダクタンスの帯域は高周波数側へ伸びることになる。その結果、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２を入力、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを出力としたときのバイアス回路兼ローパスフィルタ３０の遮断周波数は高く設定されることになる。このようにしてスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンの時には、バイアス回路兼ローパスフィルタ３０の遮断周波数をｆｃ２に設定し、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオフの時には遮断周波数をｆｃ１に設定することができる。

本実施例の動作についても、これまでの実施例と同様であって、増幅装置１００を休止状態から動作状態へと復帰させる際に、制御信号ＶｃｏｎｔによってスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンオフを制御し、ローパスフィルタ１４の遮断周波数を適宜変化させる。
本実施例によれば、増幅器の安定性を損なうことなく、休止状態から通常の動作状態への復帰時間を短縮することができる。

（実施の形態２）
本発明に係る第２の実施の形態は携帯電話端末に用いられるミキサ装置に関する。図９は、本実施の形態に係る回路の構成を示す図である。本実施の形態では、実施の形態１における増幅器に代えて、周波数変換を行うミキサ回路を用いており、その他については第１の実施の形態と同様に構成される。

本実施の形態に係るミキサ装置２００は、ミキサ回路８０、バイアス回路１２、ローパスフィルタ１４を含む。

ミキサ回路８０において、トランジスタＭ２１〜Ｍ２８は、乗算器およびミキサ回路として広く利用されるギルバートセルを構成する。このギルバートセルは、入力信号ＲＦＩＮ１、ＲＦＩＮ２をそれぞれローカル周波数を有する信号ＬＯ１、ＬＯ２との和周波、もしくは差周波信号に周波数変換して、出力信号ＲＦＯＵＴ１、ＲＦＯＵＴ２として出力する。出力信号ＲＦＯＵＴ１、ＲＦＯＵＴ２は、ローパスフィルタ１４を介してバイアス回路１２に帰還される。ローパスフィルタ１４の構成およびその制御は第１の実施例と同様であるので説明を省略する。

バイアス回路１２において、トランジスタＭ３０、Ｍ３１は差動対を構成し、定電流源８２の電流値Ｉ３２は、差動対Ｍ３０、Ｍ３１が平衡状態にあるときの電流値Ｉ３０、Ｉ３１の合計値に設定されている。トランジスタＭ３１のインピーダンスは十分高いため、そのゲートには出力信号ＲＦＯＵＴ１、ＲＦＯＵＴ２の同相電圧が入力されることになる。例えば、出力信号ＲＦＯＵＴ１、ＲＦＯＵＴ２の同相電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなると、電流Ｉ３１は増えるため、差動対Ｍ３０、Ｍ３１は電流のバランスを変化させ、電流Ｉ３０が減少する。電流Ｉ３０の減少にともなって、トランジスタＭ２９のゲート電圧、すなわちバイアス電圧Ｖｂｉａｓが高くなるようにフィードバックがかかる。その結果、トランジスタＭ２７、Ｍ２８の電流が減り、出力信号ＲＦＯＵＴ１、ＲＦＯＵＴ２の同相電圧は低くなり、基準電圧Ｖｒｅｆに近づく。このようなミキサ装置２００についても、休止状態から動作状態への復帰動作は、増幅装置１００と同様である。
本実施の形態によれば、ダブルバランス型のミキサ回路においても、回路の安定性を損なうことなく、休止状態から通常の動作状態への復帰時間を短縮することができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。なお本発明はこの実施の形態に限定されることなく、そのさまざまな変形例もまた、本発明の態様として有効である。また、実施の形態１、２の任意の構成要素の組み合わせも有効であって、それぞれの構成要素に応じた効果を得ることができる。

例えば、実施の形態１、２では、増幅装置１００またはミキサ装置２００は差動信号を増幅、周波数変換する場合について説明したが、これらには限定されない。例えば、携帯電話に用いられる電力増幅器などにおいても、出力電力が基準の電力に近づくように、その出力信号をフィードバックして電力増幅器のバイアス電圧を生成を行う場合がある。このような回路においても、本発明と同様、フィードバックループにはローパスフィルタが設けられており、休止状態から動作状態への復帰に際して、このローパスフィルタの遮断周波数を変化させることによって、その復帰時間を短縮することができる。

また、実施の形態１、２で示したローパスフィルタの構成は一例にすぎない。例えば、実施例１に示したローパスフィルタの変形例としては、ローパスフィルタ１４は、抵抗Ｒ１’とスイッチＳＷ１とを直列に接続し、これと並列に抵抗Ｒ１を設けることにより構成しても良い。この場合、スイッチＳＷ１がオフした状態では、抵抗Ｒ１’の経路は遮断されるため、ローパスフィルタ１４を構成する抵抗値としてはＲ１となる。スイッチＳＷ１をオンした状態では、抵抗Ｒ１’がＲ１と並列に接続されるため、ローパスフィルタ１４を構成する抵抗値は、Ｒ１×Ｒ１’／（Ｒ１＋Ｒ１’）となり、第１の遮断周波数より高い、第２の遮断周波数ｆｃ２が得られることになる。抵抗Ｒ２、Ｒ２’、スイッチＳＷ２についても同様である。
本変形例によれば、フィルタを構成する抵抗および容量の直列、並列関係およびスイッチの配置によって様々なバリエーションを構成することが可能であり回路の設計自由度が高くなる。

実施の形態１、２においては、ローパスフィルタの遮断周波数を切り替えるためのスイッチとしてＦＥＴを用いたが、バイポーラトランジスタを用いても良い。また、ローパスフィルタの遮断周波数を変化させる方法としては、実施例で説明した回路以外にもさまざまな方法が考えられ、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をＭＯＳ抵抗として使用し、ゲート電圧に依存したドレインソース間のチャネル抵抗の可変特性を用いてフィルタを構成する抵抗値を切り替えてもよい。また、その他の可変抵抗素子や可変容量素子を用いても良い。

さらに実施の形態１、２では、遮断周波数を２つ用意して切り替える場合について説明したが、スイッチ、抵抗、コンデンサを増設することによって、３つ以上の遮断周波数を切り替えてもよい。この場合、制御信号Ｖｃｏｎｔは、２つ用意してもよいし、１つの制御信号Ｖｃｏｎｔに対して、ロー、ハイ、およびその中間電圧によって遮断周波数を切り替えられるように設計してもよい。

さらに実施の形態１、２では、増幅器やミキサ回路についてもＦＥＴを用いて構成する例について説明したが、バイポーラトランジスタにより構成されていても良い。

以上の変形例を組み合わせて用いることにより、回路の形式や、半導体プロセスに応じて柔軟な設計を行うことができ、設計の自由度が高くなる。

さらに実施の形態１、２では、基準電圧Ｖｒｅｆはステップ波形状に立ち上がる場合について説明したが、これには限定されず、台形状に立ち上がったり、階段状に立ち上がる場合においても、第２の遮断周波数を適切に設定することによって同様の効果を得ることができる。本変形例によれば、より回路を安定に動作させることができる遮断周波数を選択することが可能となる。

また、実施の形態２においては、実施の形態１における実施例３のように、バイアス回路１２は、出力信号ＲＦＯＵＴ１、ＲＦＯＵＴ２の同相電圧に対してフィードバックをかけるのではなく、それぞれの電圧の低周波成分が、基準電圧Ｖｒｅｆに近づくように、バイアス回路およびローパスフィルタを構成しても良い。
本変形例によれば、それぞれの出力信号からそれぞれバイアス電圧を生成するため、より安定した出力信号を発生することができる。

第１の実施の形態に係る増幅装置の構成を示すブロック図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、図１の増幅装置においてローパスフィルタの遮断周波数を切り替えない場合の増幅装置の状態の時間遷移を示す図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、図１の増幅装置においてローパスフィルタの遮断周波数を切り替えた場合の増幅装置の状態の時間遷移を示す図である。 第１の実施例の構成を示す回路図である。 第２の実施例の構成を示す回路図である。 第２の実施例の変形例を示す回路図である。 第３の実施例の構成を示す回路図である。 第４の実施例の構成を示す回路図である。 第２の実施の形態に係るミキサ装置の構成を示す回路図である。

符号の説明

１０ 増幅器、 １２ バイアス回路、 １４ ローパスフィルタ、 １６ 制御端子、 ２０ 差動増幅回路、 ２２ 差動増幅回路、 ２４ 演算増幅器、 ３０ バイアス回路兼ローパスフィルタ、 ６０ バイアス回路、 ６２ バイアス回路、 ８０ ミキサ回路、 １００ 増幅装置、 ２００ ミキサ装置、 Ｖｒｅｆ 基準電圧、 Ｖｃｏｎｔ 制御電圧、 Ｖｂｉａｓ バイアス電圧, Ｒ 抵抗、 Ｃ コンデンサ、 ＳＷ スイッチ、 Ｍ トランジスタ。

Claims (10)

1. 信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器において増幅した信号に含まれる低周波数成分の電圧が所定の基準電圧に近づくように、前記増幅器に印加すべきバイアス電圧を生成するバイアス回路と、
   前記増幅した信号から前記バイアス電圧を生成して前記増幅器に印加する経路上に設けられており、かつ予め規定された複数の遮断周波数を段階的に切り替えることによって、前記増幅器に印加するバイアス電圧に含まれる低周波数成分の帯域を段階的に切り替えるローパスフィルタと、
   を備えることを特徴とする増幅装置。
2. 前記ローパスフィルタは、前記増幅器が初期状態から定常状態へ遷移するに従って、前記複数の遮断周波数を高い周波数から低い周波数に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
3. 前記ローパスフィルタの複数の遮断周波数の切り替えを指示するための制御信号を外部から入力する制御端子をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の増幅装置。
4. 前記増幅器は、相補的な関係にある２つの信号をそれぞれ増幅し、
   前記バイアス回路は、前記増幅器において増幅した相補的な関係にある２つの信号の同相電圧が所定の基準電圧に近づくように、バイアス電圧を調節することを特徴とする請求項１または２に記載の増幅装置。
5. 前記増幅器は、相補的な関係にある２つの信号をそれぞれ増幅し、
   前記バイアス回路は、前記増幅器において増幅した相補的な関係にある２つの信号の低周波数成分の電圧が所定の基準電圧にそれぞれ近づくように、バイアス電圧を調節することを特徴とする請求項１または２に記載の増幅装置。
6. 相補的な関係にある２つの信号を周波数変換するミキサ回路と、
   前記ミキサ回路において周波数変換した相補的な関係にある２つの信号に含まれる低周波数成分の電圧が、所定の基準電圧に近づくように、前記ミキサ回路に印加すべきバイアス電圧を生成するバイアス回路と、
   前記周波数変換した相補的な関係にある２つの信号からバイアス電圧を生成して前記ミキサ回路に印加する経路上に設けられており、かつ予め規定された複数の遮断周波数を段階的に切り替えることによって、前記ミキサ回路に印加するバイアス電圧に含まれる低周波数成分の帯域を段階的に切り替えるローパスフィルタと、
   を備えることを特徴とするミキサ装置。
7. 前記ローパスフィルタは、前記ミキサ回路が初期状態から定常状態へ遷移するに従って、前記複数の遮断周波数を高い周波数から低い周波数に切り替えることを特徴とする請求項６に記載のミキサ装置。
8. 前記ローパスフィルタの複数の遮断周波数の切り替えを指示するための制御信号を外部から入力する制御端子をさらに備えることを特徴とする請求項６または７に記載のミキサ装置。
9. 前記バイアス回路は、前記周波数変換した相補的な関係にある２つの信号の同相電圧が所定の基準電圧に近づくように、バイアス電圧を調節することを特徴とする請求項６または７に記載のミキサ装置。
10. 前記バイアス回路は、前記周波数変換した相補的な関係にある２つの信号の低周波数成分の電圧が所定の基準電圧にそれぞれ近づくように、バイアス電圧を調節することを特徴とする請求項６または７に記載のミキサ装置。

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