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JP5858281B2 - Semiconductor device - Google Patents

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JP5858281B2
JP5858281B2 JP2011279501A JP2011279501A JP5858281B2 JP 5858281 B2 JP5858281 B2 JP 5858281B2 JP 2011279501 A JP2011279501 A JP 2011279501A JP 2011279501 A JP2011279501 A JP 2011279501A JP 5858281 B2 JP5858281 B2 JP 5858281B2
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Description

本発明は、RF(Radio Frequency)信号を増幅するための高周波電力増幅器を備える半導体装置に関し、特に前記高周波電力増幅器の特性のばらつきを補正するための有効な技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a high frequency power amplifier for amplifying an RF (Radio Frequency) signal, and more particularly to an effective technique for correcting variation in characteristics of the high frequency power amplifier.

近年、携帯電話の市場において、第2世代携帯電話(2G:2nd Generation)を代表するGSM(Global System for Mobile Communications)方式に加え、W−CDMA(Wideband−Code DivisionMultiple Access)方式などの第3世代携帯電話(3G:3nd Generation)の市場が急速に立ち上がり始めている。   In recent years, in the mobile phone market, in addition to the GSM (Global System for Mobile Communications) method that represents the second generation mobile phone (2G: 2nd Generation), the W-CDMA (Wideband-Code Division Multiple Access) method is used. The mobile phone (3G) market has begun to rise rapidly.

携帯電話は、ベースバンド信号に基づいて生成したRF信号を高周波電力増幅器によって増幅してから送信する。この高周波電力増幅器は、増幅用のトランジスタやそのバイアス回路を含んだ半導体チップ、及び周辺回路を構成するディスクリート部品等が多層基板に実装された1つの電子部品として構成されることが多い。この電子部品は、例えばHPA(High Power Amplifier)モジュールと呼ばれる。   A cellular phone amplifies an RF signal generated based on a baseband signal by a high frequency power amplifier and transmits the amplified RF signal. This high-frequency power amplifier is often configured as one electronic component in which a semiconductor chip including an amplifying transistor and its bias circuit, and discrete components constituting a peripheral circuit are mounted on a multilayer substrate. This electronic component is called, for example, a HPA (High Power Amplifier) module.

GSM方式の携帯電話における送信用のHPAモジュールは、RF信号を増幅する増幅回路の増幅率(ゲイン)を調整するAPC(Auto Power Control)回路、パワー検出回路、及びエラーアンプによってフィードバックループを形成し、目標とする電力レベルのRF信号が得られるように制御するマイナーループ制御方式の構成とされる。他方、第3世代携帯電話における送信用のHPAモジュールは、増幅回路を構成する増幅用のトランジスタのDCバイアス点を固定することでゲインを固定し、入力するRF信号の電力を可変することで目標とする電力レベルのRF信号が得られるように制御するバイアス固定・入力電力可変制御方式(オープンループ方式)の構成とされる。特に、W−CDMA方式の携帯電話における送信用のHPAモジュールは、小型・高精度な高周波特性に優れたHBT(Heterojunction Bipolar Transistor)プロセスで形成された増幅回路を内蔵する半導体チップと、当該増幅回路にバイアス電圧を供給するバイアス回路を内蔵しCMOSプロセスで構成された半導体チップの2チップ構成で実現される場合が多い。   The HPA module for transmission in a GSM mobile phone forms a feedback loop by an APC (Auto Power Control) circuit that adjusts the amplification factor (gain) of an amplifier circuit that amplifies an RF signal, a power detection circuit, and an error amplifier. The minor loop control system is configured to control so as to obtain an RF signal having a target power level. On the other hand, the HPA module for transmission in the third generation mobile phone fixes the gain by fixing the DC bias point of the amplifying transistor that constitutes the amplifier circuit, and changes the power of the input RF signal to change the target. The bias fixed / variable input power control method (open loop method) is controlled so as to obtain an RF signal having a power level of In particular, an HPA module for transmission in a W-CDMA mobile phone includes a semiconductor chip incorporating an amplifier circuit formed by an HBT (Heter Junction Bipolar Transistor) process excellent in small and highly accurate high-frequency characteristics, and the amplifier circuit In many cases, the semiconductor device is realized by a two-chip configuration of a semiconductor chip having a built-in bias circuit for supplying a bias voltage and configured by a CMOS process.

前記バイアス固定・入力電力可変制御方式のHPAモジュールでは、増幅回路を構成する増幅用のトランジスタに流れるアイドル電流が変化すると、増幅回路のゲイン、効率、及び線形性等の特性が変化する。例えば、製造ばらつきによって増幅用のトランジスタの特性がHPAモジュール間でばらつくと、同じバイアス電圧を供給しても夫々の増幅用のトランジスタのアイドル電流が異なる値となるため、HPAモジュール間でゲイン、効率、及び線形性等の特性がばらつくことになる。したがって、前記バイアス固定・入力電力可変制御方式のHPAモジュールでは、増幅用のトランジスタに流れるアイドル電流のばらつきを抑える必要がある。   In the HPA module of the bias-fixed / variable input power control system, characteristics such as gain, efficiency, and linearity of the amplifier circuit change when the idle current flowing through the amplification transistor constituting the amplifier circuit changes. For example, if the characteristics of the amplifying transistors vary between HPA modules due to manufacturing variations, the idle current of each amplifying transistor will have a different value even if the same bias voltage is supplied. And characteristics such as linearity vary. Therefore, it is necessary to suppress variations in idle current flowing through the amplifying transistor in the bias-fixed / variable input power control type HPA module.

高周波電力増幅器における増幅用のトランジスタのバイアス電流を調整するための従来技術として、特許文献1及び特許文献2に開示がある。特許文献1に開示された高周波電力増幅回路は、増幅用のトランジスタと同一チャネル長且つ同一プロセスで形成された電力模擬用のトランジスタに流れる電流に基づいて電圧を生成し、その電圧が基準電圧に等しくなるようにフィードバック制御を行う。これにより、前記増幅用のトランジスタの短チャネル効果によるバイアス点のずれを補正し、チップ間の増幅特性のばらつきを減らす。   Patent Documents 1 and 2 disclose conventional techniques for adjusting a bias current of an amplifying transistor in a high-frequency power amplifier. The high frequency power amplifier circuit disclosed in Patent Document 1 generates a voltage based on a current flowing through a power simulating transistor formed with the same channel length and the same process as the amplifying transistor, and the voltage becomes a reference voltage. Feedback control is performed so that they are equal. As a result, the bias point shift due to the short channel effect of the amplifying transistor is corrected, and variations in amplification characteristics between chips are reduced.

また、特許文献2に開示された増幅器は、当該増幅器の動作条件が格納されたバイアス設定用のテーブルを検出温度に基づいて参照することにより、増幅用のトランジスタのバイアス電圧を初期設定する。その後、前記増幅器は、検出した電源電圧の値に基づいて前記テーブルを参照し、目標とする設定電流の値を読み出すとともに、前記増幅用のトランジスタのバイアス電流を検出する。そして、検出したバイアス電流が前記設定電流に対して所定の誤差範囲に収まるまで、前記バイアス電圧の調整と前記バイアス電流の検出を繰り返し行う。前記テーブルを用いた各種制御はディジタル制御によって行われるため、前記増幅器は、複数のディジタル/アナログ変換回路(DAC)とアナログ/ディジタル変換回路(ADC)とを備える。   The amplifier disclosed in Patent Document 2 initializes the bias voltage of the amplifying transistor by referring to a bias setting table storing operating conditions of the amplifier based on the detected temperature. After that, the amplifier refers to the table based on the detected power supply voltage value, reads the target set current value, and detects the bias current of the amplification transistor. Then, the adjustment of the bias voltage and the detection of the bias current are repeated until the detected bias current falls within a predetermined error range with respect to the set current. Since various controls using the table are performed by digital control, the amplifier includes a plurality of digital / analog conversion circuits (DAC) and analog / digital conversion circuits (ADC).

特開2005−123861号公報JP 2005-123861 A 特開2005−197904号公報JP 2005-197904 A

しかしながら、特許文献1のように、フィードバック回路によるマイナーループ制御により増幅用のトランジスタのバイアス点を安定させると、RF信号に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、フィードバック回路の周波数帯域とRF信号の周波数帯域の一部が重なると、フィードバック回路によって当該重なる周波数帯のRF信号が変調されて、RF信号の線形性が悪化する虞がある。   However, as in Patent Document 1, if the bias point of the amplifying transistor is stabilized by minor loop control by a feedback circuit, the RF signal may be adversely affected. For example, if the frequency band of the feedback circuit and a part of the frequency band of the RF signal overlap, the RF signal in the overlapping frequency band may be modulated by the feedback circuit, and the linearity of the RF signal may be deteriorated.

他方、特許文献2のようにDACやADCを用いる構成では、回路構成によってはクロック信号が必要となり、そのクロック信号がノイズとなって送信対象のRF信号に悪影響を及ぼす可能性がある。また、特許文献2の方法では、バイアス電流の検出に加えて電源電圧や温度の検出等の処理が必要となり、バイアス電流を確定させるまでに時間を要する。更に、特許文献2の方法では、前記テーブルや複数のDAC、ADCが必要となるので、回路規模が大きくなりコストが増大する。特に、W−CDMA方式の携帯電話における送信用のHPAモジュールは、前述のように2チップ構成で実現される場合が多いため、これ以上のコストの増大は好ましくない。   On the other hand, in a configuration using a DAC or ADC as in Patent Document 2, a clock signal is required depending on the circuit configuration, and the clock signal may become noise and adversely affect the RF signal to be transmitted. Further, the method of Patent Document 2 requires processing such as detection of a power supply voltage and temperature in addition to detection of a bias current, and it takes time to determine the bias current. Furthermore, since the method of Patent Document 2 requires the table and a plurality of DACs and ADCs, the circuit scale increases and the cost increases. In particular, since the HPA module for transmission in a W-CDMA mobile phone is often realized with a two-chip configuration as described above, further increase in cost is not preferable.

また、別の方法として、2チップ構成で実現されるHPAモジュールにおいて、上記のような高周波電力増幅器の特性のばらつきを補償するための回路を設けることなく所望の規格に適合したHPAモジュールを得るために、以下のような方法を採用することも可能である。例えば、増幅回路を構成する半導体チップとバイアス回路を構成する半導体チップの夫々の特性を測定して特性のばらつき毎に選別し、HPAモジュール全体としての特性(ゲイン、効率、及び線形性等の特性)が目標とする規格に適合するように、2つの半導体チップの組み合わせを決定する方法である。しかしながら当該方法では、製造時に、特性毎にチップを分類する作業と、分類したチップを特性に応じて組み合わせる作業が必要となり、製造コストの増大を招く。   As another method, in an HPA module implemented with a two-chip configuration, an HPA module conforming to a desired standard can be obtained without providing a circuit for compensating for the above-described variation in characteristics of the high-frequency power amplifier. In addition, the following method can be employed. For example, the characteristics of the semiconductor chip that constitutes the amplifier circuit and the semiconductor chip that constitutes the bias circuit are measured and sorted for each characteristic variation, and the characteristics of the HPA module as a whole (characteristics such as gain, efficiency, and linearity) ) Is a method for determining a combination of two semiconductor chips so as to conform to a target standard. However, this method requires an operation for classifying the chips for each characteristic and an operation for combining the classified chips according to the characteristics at the time of manufacturing, resulting in an increase in manufacturing cost.

本発明の目的は、高周波電力増幅器を備える半導体装置において、製造ばらつきによらない安定した特性を実現することにある。   An object of the present invention is to realize stable characteristics independent of manufacturing variations in a semiconductor device including a high-frequency power amplifier.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記のとおりである。   An outline of typical inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、本半導体装置は、入力されたRF信号を増幅して出力する単数又は複数のトランジスタを含む高周波増幅部と、前記高周波増幅部のバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成部とを有する。バイアス電圧生成部は、前記トランジスタに流れるアイドル電流に比例するモニタ電流が、予め設定された複数の電流範囲のうち何れの電流範囲に含まれるかを判別するための判別処理を行うとともに、判別した電流範囲に応じた電圧を生成し、前記バイアス電圧として出力する。   That is, the semiconductor device includes a high-frequency amplifier including one or more transistors that amplify and output an input RF signal, and a bias voltage generator that generates a bias voltage of the high-frequency amplifier. The bias voltage generation unit performs a determination process to determine which current range of a plurality of preset current ranges includes a monitor current proportional to an idle current flowing through the transistor. A voltage corresponding to the current range is generated and output as the bias voltage.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、これによれば、製造ばらつきによらない安定した特性の高周波電力増幅器を実現することができる。   That is, according to this, it is possible to realize a high-frequency power amplifier having stable characteristics independent of manufacturing variations.

図1は、実施の形態1に係るRF信号送信用HPAモジュールの回路構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of the RF signal transmitting HPA module according to the first embodiment. 図2は、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4の生成原理を説明するためのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram for explaining the generation principle of the idle current Icq4 of the transistor Q4. 図3は、コレクタ電流Icq1のばらつき特性を例示する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the variation characteristic of the collector current Icq1. 図4は、高周波増幅部11のゲインの特性を表す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the gain characteristics of the high-frequency amplifier 11. 図5は、高周波増幅部11の効率の特性を表す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the efficiency characteristics of the high-frequency amplifier 11. 図6は、高周波増幅部11の線形性の特性を表す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the linearity characteristics of the high-frequency amplifier 11. 図7は、アイドル電流Icq4のばらつき補正の一例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of variation correction of the idle current Icq4. 図8は、電源投入後のHPAモジュール1における各回路ブロックの動作の流れの一例を示すフロー図である。FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation flow of each circuit block in the HPA module 1 after the power is turned on. 図9は、実施の形態2に係るRF信号送信用HPAモジュールの回路構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a circuit configuration of the RF signal transmitting HPA module according to the second embodiment. 図10は、実施の形態3に係るRF信号送信用HPAモジュールの回路構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of the RF signal transmitting HPA module according to the third embodiment. 図11は、実施の形態4に係るRF信号送信用HPAモジュールの回路構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a circuit configuration of an RF signal transmitting HPA module according to the fourth embodiment.

1.実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
1. First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described. Reference numerals in the drawings referred to in parentheses in the outline description of the representative embodiments merely exemplify what are included in the concept of the components to which the reference numerals are attached.

〔1〕(高周波増幅回路のアイドル電流のばらつき程度に応じてバイアス電圧を調整する半導体装置)
本発明の代表的な実施の形態に係る半導体装置(1〜4)は、入力されたRF信号の電力増幅を行うための高周波増幅部(11、21、31、41)と、前記高周波増幅部のバイアス電圧(Vcont)を生成するバイアス電圧生成部(10、40)と、を有する。前記高周波増幅部は、入力したRF信号を増幅して出力する単数又は複数のトランジスタ(Q4、Q8)と、前記バイアス電圧生成部によって生成されたバイアス電圧に基づいて前記トランジスタのバイアス状態を決定するバイアス制御部(111、211)と、前記トランジスタに流れるアイドル電流(Icq4,Icq8)に比例するモニタ電流(Icont,Icont1,Icont2)を生成する電流生成部(110,210)とを有する。前記バイアス電圧生成部は、前記モニタ電流が予め設定された複数の電流範囲のうち何れの電流範囲(801〜803)に含まれるかを判別するための判別処理を行うとともに、判別した電流範囲に応じた電圧を生成し、前記バイアス電圧として出力する。
[1] (Semiconductor device that adjusts the bias voltage according to the degree of variation in idle current of the high-frequency amplifier circuit)
A semiconductor device (1 to 4) according to a typical embodiment of the present invention includes a high frequency amplifier (11, 21, 31, 41) for performing power amplification of an input RF signal, and the high frequency amplifier. And a bias voltage generation unit (10, 40) for generating a bias voltage (Vcont). The high frequency amplifier unit determines a bias state of the transistor based on one or a plurality of transistors (Q4, Q8) that amplify and output the input RF signal and a bias voltage generated by the bias voltage generator. A bias control unit (111, 211); and a current generation unit (110, 210) that generates a monitor current (Icont, Icont1, Icont2) proportional to an idle current (Icq4, Icq8) flowing through the transistor. The bias voltage generation unit performs a determination process for determining which current range (801 to 803) is included in a plurality of preset current ranges, and includes the determined current range. A corresponding voltage is generated and output as the bias voltage.

これによれば、前記トランジスタのアイドル電流がばらついたとしても、半導体装置間における高周波増幅回路の特性のばらつきを抑えることができる。また、DCバイアス点を安定させるためにフィードバックループを形成しないので、高周波増幅回路の線形性に悪影響を与えない。更に、判別した電流範囲に応じてバイアス電圧を決定するので、バイアス状態を速やかに補正して安定させることができる。   According to this, even if the idle current of the transistor varies, it is possible to suppress variation in characteristics of the high-frequency amplifier circuit between the semiconductor devices. In addition, since no feedback loop is formed to stabilize the DC bias point, the linearity of the high-frequency amplifier circuit is not adversely affected. Furthermore, since the bias voltage is determined according to the determined current range, the bias state can be quickly corrected and stabilized.

〔2〕(判別結果は保持され、リセット信号によって初期化)
項1の半導体装置において、前記バイアス電圧生成部は、前記判別処理を行うための判別部(102、103、CMP1、CMP2、105、106(102_1、102_2、103_1、103_2、CMP3、CMP4、107、108))と、前記判別部による判別結果を保持する揮発性の記憶部(FF1、FF2(FF3、FF4))と、前記記憶部に保持された判別結果に応じた前記バイアス電圧を生成するレギュレータ回路(101、(101_1、101_2))と、を有する。前記記憶部は、リセット信号(RST)によって、保持された情報の初期化が可能に構成される。
[2] (Distinction result is retained and initialized by reset signal)
In the semiconductor device according to Item 1, the bias voltage generation unit includes a determination unit (102, 103, CMP1, CMP2, 105, 106 (102_1, 102_2, 103_1, 103_2, CMP3, CMP4, 107) for performing the determination process. 108)), a volatile storage unit (FF1, FF2 (FF3, FF4)) that holds the determination result by the determination unit, and a regulator that generates the bias voltage according to the determination result held in the storage unit Circuit (101, (101_1, 101_2)). The storage unit is configured to be able to initialize stored information by a reset signal (RST).

これによれば、前記リセット信号の解除後に1回だけ前記判別処理を行えば、その判別結果が前記記憶部に保持されるから、動作環境の変化やノイズ等に起因するモニタ電流の予期せぬ変化によって前記バイアス電圧が切り替わる虞はなく、前記高周波増幅部の安定した動作が期待できる。   According to this, if the determination process is performed only once after the reset signal is released, the determination result is held in the storage unit, so that an unexpected monitor current due to a change in operating environment, noise, or the like is unexpected. There is no possibility that the bias voltage is switched due to a change, and stable operation of the high-frequency amplifier can be expected.

〔3〕(パワーオンリセット)
項2の半導体装置において、前記リセット信号は、パワーオンリセット信号である。
[3] (Power-on reset)
In the semiconductor device according to Item 2, the reset signal is a power-on reset signal.

これによれば、電源投入後のパワーオンリセット解除後に1回だけ前記判別処理が行われ、バイアス電圧が決定されるから、ユーザがリセット信号を生成する回路を別途用意する必要はない。   According to this, since the determination process is performed only once after the power-on reset is released after the power is turned on and the bias voltage is determined, it is not necessary for the user to separately prepare a circuit for generating the reset signal.

〔4〕(バイアス電圧生成部の具体的構成)
項2又は3の半導体装置において、前記判別部は、前記モニタ電流を電圧に変換する電流電圧変換部(103(103_1、103_2))と、複数の異なる基準電圧(Vr5、Vr45)を生成する基準電圧生成部(102(102_1、102_2))とを有する。更に前記判別部は、前記基準電圧毎に対応して設けられ、対応する基準電圧と前記変換された電圧とを比較し、比較結果を出力する複数の比較器(CMP1、CMP2(CMP3、CMP4))を有する。前記記憶部は、夫々の前記比較器から出力された比較結果を前記判別結果として保持する。
[4] (Specific configuration of bias voltage generator)
In the semiconductor device according to Item 2 or 3, the determination unit includes a current-voltage conversion unit (103 (103_1, 103_2)) that converts the monitor current into a voltage, and a reference that generates a plurality of different reference voltages (Vr5, Vr45). Voltage generator (102 (102_1, 102_2)). The discriminator is provided corresponding to each reference voltage, and compares the corresponding reference voltage with the converted voltage and outputs a comparison result (CMP1, CMP2 (CMP3, CMP4)). ). The storage unit holds the comparison result output from each of the comparators as the determination result.

これによれば、前記アイドル電流が何れの電流範囲にあるかを判別する機能を容易に実現することができる。したがって、特許文献2のように各種テーブルや複数のDAC、ADCを必要とせず、回路規模の増大を抑えることができる。更に、項4の半導体装置の回路構成によれば、基準電圧の個数とそれに対応する比較器の個数に応じて設定する電流範囲の個数(電流の検出精度)を調整することができるから、要求される規格に応じて回路変更を行うことが容易となる。   According to this, it is possible to easily realize the function of determining which current range the idle current is in. Accordingly, various tables and a plurality of DACs and ADCs are not required as in Patent Document 2, and an increase in circuit scale can be suppressed. Furthermore, according to the circuit configuration of the semiconductor device of Item 4, the number of current ranges (current detection accuracy) set according to the number of reference voltages and the number of comparators corresponding thereto can be adjusted. It becomes easy to change the circuit according to the standard to be used.

〔5〕(2個の半導体装置)
項1乃至4の何れかの半導体装置において、前記高周波増幅部と前記バイアス電圧生成部とは、別個の半導体基板に構成される。
[5] (Two semiconductor devices)
In the semiconductor device according to any one of Items 1 to 4, the high-frequency amplification unit and the bias voltage generation unit are configured on separate semiconductor substrates.

これによれば、従来のように2つの半導体装置の夫々の特性を測定して特性のばらつき毎に選別し、HPAモジュール全体としての電力増幅特性が目標とする規格の範囲に収まるように2つの半導体装置を組み合わせる作業が不要となるから、製造コストの増大を抑えることができる。   According to this, the respective characteristics of the two semiconductor devices are measured as in the prior art and sorted for each characteristic variation, so that the power amplification characteristics of the entire HPA module are within the target standard range. Since the operation of combining the semiconductor devices is not necessary, an increase in manufacturing cost can be suppressed.

〔6〕(個別にバイアス調整)
項1乃至5の何れかの半導体装置(4)において、前記トランジスタ(Q4、Q8)は複数個が縦続接続され、前記高周波増幅部(41)は、前記トランジスタ毎に前記バイアス制御部(111、211)及び前記電流生成部(110、210)を有する。また、前記バイアス電圧生成部は、夫々の前記電流生成部によって生成された前記モニタ電流(Icont1,Icont2)について前記判別処理を行い、夫々の判別結果に応じて生成した前記バイアス電圧(Vcont1,Vcont2)を対応する前記バイアス制御部に出力する。
[6] (Individual bias adjustment)
In the semiconductor device (4) according to any one of Items 1 to 5, a plurality of the transistors (Q4, Q8) are cascade-connected, and the high-frequency amplifier (41) includes the bias controller (111, 111) for each transistor. 211) and the current generator (110, 210). The bias voltage generation unit performs the determination process on the monitor currents (Icont1, Icont2) generated by the current generation units, and generates the bias voltages (Vcont1, Vcont2) generated according to the determination results. ) To the corresponding bias control section.

これによれば、増幅回路が多段の増幅段から構成される場合であっても、個々の増幅段の特性をより精度良く調整することができる。   According to this, even when the amplifier circuit is composed of multiple amplifier stages, the characteristics of the individual amplifier stages can be adjusted with higher accuracy.

〔7〕(1つのアイドル電流に基づいて共通のバイアス電圧を調整)
項1乃至5の何れかの半導体装置(2、3)において、前記トランジスタ(Q4、Q8)は複数個が縦続接続され、前記高周波増幅部は、前記トランジスタ毎に前記バイアス制御部(111、211)を有する。また、前記電流生成部(110(210))は、前記複数のトランジスタのうち何れか1つのトランジスタ(Q4(Q8))に係る前記モニタ電流を生成する。更に、前記バイアス電圧生成部(10)は、前記生成した電圧を共通のバイアス電圧(Vcont)として夫々の前記バイアス制御部に出力する。
[7] (Common bias voltage is adjusted based on one idle current)
In the semiconductor device (2, 3) according to any one of Items 1 to 5, a plurality of the transistors (Q4, Q8) are cascade-connected, and the high-frequency amplification unit is configured to have the bias control unit (111, 211) for each transistor. ). The current generation unit (110 (210)) generates the monitor current related to any one of the plurality of transistors (Q4 (Q8)). Further, the bias voltage generation unit (10) outputs the generated voltage to each of the bias control units as a common bias voltage (Vcont).

これによれば、増幅回路が多段の増幅段から構成される場合であっても、回路規模を抑えつつ、増幅回路全体の特性のばらつきを精度良く抑えることができる。   According to this, even when the amplifier circuit is composed of a plurality of amplifier stages, it is possible to accurately suppress variations in characteristics of the entire amplifier circuit while suppressing the circuit scale.

〔8〕(バイアス電圧に対する感度の高いトランジスタのアイドル電流をモニタする)
項7の半導体装置(2)において、前記1つのトランジスタは、前記複数のトランジスタのうち前記バイアス電圧の変化に対する前記アイドル電流の変化率が最も大きいトランジスタ(Q4)である。
[8] (Monitor the idle current of a transistor with high sensitivity to bias voltage)
In the semiconductor device (2) according to Item 7, the one transistor is a transistor (Q4) having the largest change rate of the idle current with respect to the change of the bias voltage among the plurality of transistors.

例えば夫々の増幅用のトランジスタのバイアス電圧に対するアイドル電流の感度が大きく異なる場合、項8のように、最も感度の高いトランジスタのアイドル電流が最適な値になるようにバイアス電圧を決定することで、増幅回路全体の特性のばらつきをより精度良く抑えることができる。   For example, when the sensitivity of the idle current with respect to the bias voltage of each amplifying transistor is greatly different, the bias voltage is determined so that the idle current of the most sensitive transistor becomes an optimum value as in Item 8, Variations in characteristics of the entire amplifier circuit can be suppressed with higher accuracy.

〔9〕(アイドル電流の大きい方のトランジスタをモニタする)
項7の半導体装置(3)において、前記1つのトランジスタは、前記複数のトランジスタのうち最もアイドル電流が大きいトランジスタ(Q8)である。
[9] (Monitor the transistor with the higher idle current)
In the semiconductor device (3) according to Item 7, the one transistor is a transistor (Q8) having the largest idle current among the plurality of transistors.

例えば複数の増幅用のトランジスタのうち1つのトランジスタのアイドル電流が他のトランジスタに比べて十分大きい場合、最も大きいアイドル電流のばらつきは増幅回路全体の特性に大きな影響を及ぼす。そこで、項9の半導体装置によれば、増幅回路全体の特性のばらつきをより精度良く抑えることができる。   For example, when the idle current of one of a plurality of amplifying transistors is sufficiently larger than the other transistors, the largest variation in idle current greatly affects the characteristics of the entire amplifier circuit. Therefore, according to the semiconductor device of item 9, variation in characteristics of the entire amplifier circuit can be suppressed more accurately.

2.実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
2. Details of Embodiments Embodiments will be further described in detail.

≪実施の形態1≫
図1は、本実施の形態に係るHPAモジュールの回路構成を示すブロック図である。
<< Embodiment 1 >>
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of the HPA module according to the present embodiment.

同図に示されるHPAモジュール1は、例えば、W−CDMA方式の携帯電話における送信用の電力増幅器として用いられる。HPAモジュール1は、例えば、RF信号の電力増幅を行うための高周波増幅部(AMP)11と、高周波増幅部11にバイアス電圧を供給するためのバイアス電圧生成部(BIAS)10と、その他の周辺回路とが多層基板に実装された1つの電子部品として構成される半導体装置である。   The HPA module 1 shown in the figure is used as a power amplifier for transmission in, for example, a W-CDMA mobile phone. The HPA module 1 includes, for example, a high frequency amplification unit (AMP) 11 for performing power amplification of an RF signal, a bias voltage generation unit (BIAS) 10 for supplying a bias voltage to the high frequency amplification unit 11, and other peripherals A circuit is a semiconductor device configured as one electronic component mounted on a multilayer substrate.

高周波増幅部11とバイアス電圧生成部10は、例えば夫々別個の半導体基板に形成された別個の半導体チップである。夫々の半導体チップは、例えばボンディングワイヤーによって相互に接続される。例えば、バイアス電圧生成部10の端子VCONT_OUTと高周波増幅部11の端子VCONT_INとが相互にボンディングワイヤーで接続され、バイアス電圧生成部10の端子ICONT_INと高周波増幅部11の端子ICONT_OUTとが相互にボンディングワイヤーで接続される。   The high frequency amplifier 11 and the bias voltage generator 10 are separate semiconductor chips formed on separate semiconductor substrates, for example. The respective semiconductor chips are connected to each other by, for example, bonding wires. For example, the terminal VCONT_OUT of the bias voltage generation unit 10 and the terminal VCONT_IN of the high frequency amplification unit 11 are connected to each other by a bonding wire, and the terminal ICONT_IN of the bias voltage generation unit 10 and the terminal ICONT_OUT of the high frequency amplification unit 11 are connected to each other by a bonding wire. Connected with.

高周波増幅部11は、特に制限されないが、公知のヘテロ結合バイポーラトランジスタ(HBT)の製造技術によって1個のGaAsのような化合物半導体基板に形成されている。高周波増幅部11は、例えば、増幅回路を構成するHBTプロセスで形成されたバイポーラトランジスタ(以下、単にトランジスタとも称する。)Q4と、トランジスタQ4にバイアス電流(ベース電流)を供給するバイアス制御部111と、トランジスタQ4のアイドル電流に比例するモニタ電流を生成する電流生成部110と、その他の周辺回路と、から構成される。トランジスタQ4は、エミッタ側がグラウンドノードに接続され、コレクタ側が端子POUTを介してインダクタLに接続されることで、エミッタ接地増幅回路を構成する。例えば、外部に設けられたRFIC5のような信号源から出力された送信対象のRF信号が端子PINに入力されると、整合回路(MCG_CIR)112を介してトランジスタQ4のベースに入力され、トランジスタQ4がRF信号を増幅して端子POUTから出力する。トランジスタQ4のバイアス状態は、バイアス制御部111によって制御される。具体的には、バイアス制御部111がバイアス電圧生成部10から供給されたバイアス電圧Vcontに基づいて生成した電流をトランジスタQ4のベース電流として供給する。バイアス制御部111は、例えば、抵抗Rb1、Rbb1と、トランジスタQ1A、Q2、Q3とから構成され、夫々の接続関係は以下である。抵抗Rb1は、一端がバイアス電圧Vcontの供給される端子VCONT_INに接続され、他端が抵抗Rbb1の一端及びトランジスタQ2のコレクタに接続される。トランジスタQ2はコレクタとベースが短絡されたダイオード接続とされ、エミッタがトランジスタQ1Aのコレクタに接続される。同様にトランジスタQ1Aもダイオード接続とされ、エミッタがグラウンドノードに接続される。また、抵抗Rbb1は、一端が抵抗Rb1及びトランジスタQ2のコレクタに接続され、他端がトランジスタQ3のベースに接続される。トランジスタQ3は、コレクタが外部バッテリからの電圧Vbattを入力するための端子VINに接続され、エミッタが抵抗を介してトランジスタQ4のベースに接続される。上記の回路構成によれば、バイアス電圧Vcontに応じた電流がトランジスタQ3のエミッタから出力され、トランジスタQ4のベースに供給される。これにより、トランジスタQ4のバイアス状態が決定され、それに応じたコレクタ電流(アイドル電流)Icq4が流れる。トランジスタQ4のアイドル電流Icq4の大きさにより、増幅回路のゲイン、効率、及び線形性等の特性が決定される。他方、ダイオード接続されたトランジスタQ1Aのコレクタには、増幅段のトランジスタQ4のアイドル電流に比例したコレクタ電流Icq1が流れる。例えば、トランジスタQ4とトランジスタQ1Aのエミッタ面積比をn(nは1以上の整数)対1としたとき、トランジスタQ1Aのコレクタ電流Icq1は、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4の約1/nとなる。なお、エミッタ面積比が大きくなるほど誤差成分が増すため、電流比(1/n)のずれ量が大きくなることに留意する。コレクタ電流Icq1の詳細は後述する。   The high-frequency amplifier 11 is not particularly limited, but is formed on a single compound semiconductor substrate such as GaAs by a known hetero-coupled bipolar transistor (HBT) manufacturing technique. The high frequency amplifier 11 includes, for example, a bipolar transistor (hereinafter also simply referred to as a transistor) Q4 formed by an HBT process that constitutes an amplifier circuit, and a bias controller 111 that supplies a bias current (base current) to the transistor Q4. The current generator 110 generates a monitor current proportional to the idle current of the transistor Q4, and other peripheral circuits. The transistor Q4 is connected to the ground node on the emitter side, and connected to the inductor L via the terminal POUT on the collector side, thereby constituting a grounded emitter amplifier circuit. For example, when an RF signal to be transmitted output from a signal source such as the RFIC 5 provided outside is input to the terminal PIN, it is input to the base of the transistor Q4 via the matching circuit (MCG_CIR) 112, and the transistor Q4 Amplifies the RF signal and outputs it from the terminal POUT. The bias state of the transistor Q4 is controlled by the bias controller 111. Specifically, the current generated based on the bias voltage Vcont supplied from the bias voltage generator 10 by the bias controller 111 is supplied as the base current of the transistor Q4. The bias control unit 111 includes, for example, resistors Rb1 and Rbb1 and transistors Q1A, Q2, and Q3, and their connection relations are as follows. The resistor Rb1 has one end connected to the terminal VCONT_IN to which the bias voltage Vcont is supplied and the other end connected to one end of the resistor Rbb1 and the collector of the transistor Q2. Transistor Q2 has a diode connection in which the collector and base are short-circuited, and the emitter is connected to the collector of transistor Q1A. Similarly, transistor Q1A is also diode-connected, and its emitter is connected to the ground node. The resistor Rbb1 has one end connected to the resistor Rb1 and the collector of the transistor Q2, and the other end connected to the base of the transistor Q3. Transistor Q3 has a collector connected to terminal VIN for inputting voltage Vbatt from the external battery, and an emitter connected to the base of transistor Q4 via a resistor. According to the above circuit configuration, a current corresponding to the bias voltage Vcont is output from the emitter of the transistor Q3 and supplied to the base of the transistor Q4. Thereby, the bias state of the transistor Q4 is determined, and a collector current (idle current) Icq4 corresponding thereto flows. The characteristics of the amplifier circuit such as gain, efficiency, and linearity are determined by the magnitude of the idle current Icq4 of the transistor Q4. On the other hand, a collector current Icq1 proportional to the idle current of the transistor Q4 in the amplification stage flows through the collector of the diode-connected transistor Q1A. For example, when the emitter area ratio of the transistor Q4 and the transistor Q1A is n (n is an integer equal to or greater than 1) to 1, the collector current Icq1 of the transistor Q1A is about 1 / n of the idle current Icq4 of the transistor Q4. Note that the error component increases as the emitter area ratio increases, so that the amount of deviation of the current ratio (1 / n) increases. Details of the collector current Icq1 will be described later.

電流生成部110は、トランジスタQ4のアイドル電流をモニタしたモニタ電流Icontを出力する。具体的には、電流生成部110は、トランジスタQ1AとトランジスタQ1Bとを用いたカレントミラー回路であり、コレクタ電流Icq1をミラーした電流をモニタ電流Icontとして端子ICOUT_OUTから出力する。なお、特に制限されないが、本実施の形態ではカレントミラー比を1対1とする。   Current generator 110 outputs monitor current Icont obtained by monitoring the idle current of transistor Q4. Specifically, the current generator 110 is a current mirror circuit using the transistor Q1A and the transistor Q1B, and outputs a current obtained by mirroring the collector current Icq1 from the terminal ICOUT_OUT as the monitor current Icont. Although not particularly limited, in this embodiment, the current mirror ratio is set to 1: 1.

バイアス電圧生成部10は、前述したように、高周波増幅部11に供給するためのバイアス電圧Vcontを生成する。バイアス電圧生成部10は、特に制限されないが、公知のCMOS集積回路の製造技術によって1個の単結晶シリコンのような半導体基板に形成されている。   As described above, the bias voltage generation unit 10 generates the bias voltage Vcont to be supplied to the high frequency amplification unit 11. The bias voltage generator 10 is not particularly limited, but is formed on a single semiconductor substrate such as single crystal silicon by a known CMOS integrated circuit manufacturing technique.

バイアス電圧生成部10は、バンドギャップ定電圧回路100及びレギュレータ部101を備える。バンドギャップ定電圧回路100は、シリコンのバンドギャップを利用した電圧Vbgrを生成する電圧源である。電圧Vbgrは、例えば約1.23Vであり、各ブロックの基準電圧として利用される。   The bias voltage generation unit 10 includes a band gap constant voltage circuit 100 and a regulator unit 101. The band gap constant voltage circuit 100 is a voltage source that generates a voltage Vbgr using the band gap of silicon. The voltage Vbgr is about 1.23 V, for example, and is used as a reference voltage for each block.

レギュレータ部101は、バイアス電圧Vcontを生成して出力する。レギュレータ部101は、例えば、アンプOP1、抵抗R2A、R2B、R1A、R1B、スイッチSW1、SW2、及び容量C1から構成され、夫々の接続関係は以下である。アンプOP1の非反転入力端子には電圧Vbgrが供給され、反転入力端子には抵抗ラダーからの電圧が供給される。アンプOP1の出力端子は端子VCONT_OUTに接続される。またアンプの出力端子とグランウンドノードとの間には、前記抵抗ラダーと安定化容量C1が接続される。前記抵抗ラダーは、抵抗R2A、抵抗R2B、抵抗R1A、及び抵抗R1Bが直列接続されて構成される。具体的には、抵抗R2Aは一端が前記アンプOP1の出力端子に接続され、他端が抵抗R2Bの一端に接続される。抵抗R2Bの他端は抵抗R1Aの一端に接続されるとともに、アンプOP1の反転入力端子に接続される。また、抵抗R2Bの両端にはスイッチSW2が接続される。抵抗R1Bは、一端が抵抗R1Aの他端に接続され、他端がグラウンドノードに接続される。また、抵抗R1Bの両端にはスイッチSW1が接続される。上記の回路構成によれば、アンプOP1は反転入力端子の電圧Vnが非反転入力端子の電圧Vbgrと等しくなるように出力電圧を生成する。この出力電圧がバイアス電圧Vcontとして端子VCONT_OUTから出力される。バイアス電圧Vcontの大きさは、電圧Vcontのノードと電圧Vnのノードとの間の抵抗成分R2と、電圧Vnのノードとグラウンドノードとの間の抵抗成分R1との抵抗比に基づいて決定される。抵抗成分R1の抵抗値は、スイッチSW1のオン・オフによって調整可能とされ、抵抗成分R2の抵抗値は、スイッチSW2のオン・オフによって調整可能とされる。具体的な調整方法については後述する。   The regulator unit 101 generates and outputs a bias voltage Vcont. The regulator unit 101 includes, for example, an amplifier OP1, resistors R2A, R2B, R1A, and R1B, switches SW1 and SW2, and a capacitor C1, and the connection relationship between them is as follows. The voltage Vbgr is supplied to the non-inverting input terminal of the amplifier OP1, and the voltage from the resistance ladder is supplied to the inverting input terminal. The output terminal of the amplifier OP1 is connected to the terminal VCONT_OUT. The resistor ladder and the stabilization capacitor C1 are connected between the output terminal of the amplifier and the ground node. The resistor ladder includes a resistor R2A, a resistor R2B, a resistor R1A, and a resistor R1B connected in series. Specifically, one end of the resistor R2A is connected to the output terminal of the amplifier OP1, and the other end is connected to one end of the resistor R2B. The other end of the resistor R2B is connected to one end of the resistor R1A and to the inverting input terminal of the amplifier OP1. A switch SW2 is connected to both ends of the resistor R2B. The resistor R1B has one end connected to the other end of the resistor R1A and the other end connected to the ground node. A switch SW1 is connected to both ends of the resistor R1B. According to the circuit configuration described above, the amplifier OP1 generates an output voltage so that the voltage Vn at the inverting input terminal is equal to the voltage Vbgr at the non-inverting input terminal. This output voltage is output from the terminal VCONT_OUT as the bias voltage Vcont. The magnitude of the bias voltage Vcont is determined based on the resistance ratio between the resistance component R2 between the node of the voltage Vcont and the node of the voltage Vn and the resistance component R1 between the node of the voltage Vn and the ground node. . The resistance value of the resistance component R1 can be adjusted by turning on / off the switch SW1, and the resistance value of the resistance component R2 can be adjusted by turning on / off the switch SW2. A specific adjustment method will be described later.

ここで、バイアス電圧Vcontと高周波増幅部11におけるトランジスタQ4のアイドル電流Icq4との関係について詳細に説明する。   Here, the relationship between the bias voltage Vcont and the idle current Icq4 of the transistor Q4 in the high frequency amplifier 11 will be described in detail.

図2は、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4の生成原理を説明するためのブロック図である。なお、同図は、HPAモジュール1を構成する回路ブロックのうち本説明に必要な回路ブロックのみを図示し、簡略化して表示している。   FIG. 2 is a block diagram for explaining the generation principle of the idle current Icq4 of the transistor Q4. In the drawing, only the circuit blocks necessary for the present description among the circuit blocks constituting the HPA module 1 are illustrated and simplified.

前述したように、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4とトランジスタQ1Aのコレクタ電流Icq1は比例関係にあり、例えばトランジスタQ1Aのコレクタ電流Icq1が増加すると、それに比例してトランジスタQ4のアイドル電流Icq4も増加する。図2に示される回路構成から、トランジスタQ1Aのコレクタ電流Icq1は(式1)で表され、バイアス電圧Vcontは(式2)で表される。なお、理解を容易にするため、(式1)、(式2)を含む以降の計算式では、バイポーラトランジスタのベース電流を無視して計算している。   As described above, the idle current Icq4 of the transistor Q4 and the collector current Icq1 of the transistor Q1A are in a proportional relationship. For example, when the collector current Icq1 of the transistor Q1A increases, the idle current Icq4 of the transistor Q4 also increases proportionally. From the circuit configuration shown in FIG. 2, the collector current Icq1 of the transistor Q1A is expressed by (Expression 1), and the bias voltage Vcont is expressed by (Expression 2). In order to facilitate understanding, in the following calculation formulas including (Formula 1) and (Formula 2), the base current of the bipolar transistor is ignored.

Figure 0005858281
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Figure 0005858281
Figure 0005858281

(式1)に示されるように、トランジスタQ1Aのコレクタ電流Icq1はバイアス電圧Vcontの大きさに依存する。したがって、バイアス電圧Vcontを調整することにより、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4を調整し、高周波増幅部11の増幅回路としてのゲイン、効率、及び線形性等の特性を調整することができる。   As shown in (Formula 1), the collector current Icq1 of the transistor Q1A depends on the magnitude of the bias voltage Vcont. Therefore, by adjusting the bias voltage Vcont, it is possible to adjust the idle current Icq4 of the transistor Q4 and adjust characteristics such as gain, efficiency, and linearity as an amplifier circuit of the high frequency amplifier 11.

ここで、コレクタ電流Icq1のばらつきについて考える。コレクタ電流Icq1は、(式1)で表されるように、バイアス電圧Vcontと、バイポーラトランジスタQ1A、Q2のベース・エミッタ間電圧Vbeと、抵抗Rb1のばらつきにより、特性がばらつく。これを式で表すと、例えば(式3)のようになる。   Here, the variation of the collector current Icq1 is considered. The collector current Icq1 varies in characteristics due to variations in the bias voltage Vcont, the base-emitter voltage Vbe of the bipolar transistors Q1A and Q2, and the resistance Rb1, as represented by (Equation 1). When this is expressed by an equation, for example, (Equation 3) is obtained.

Figure 0005858281
Figure 0005858281

同様に、バイアス電圧Vcontのばらつきを考慮した特性は(式4)のように表される。なお、抵抗R1、R2は同一種類の抵抗で形成され、相対ばらつきが無視できるほど小さいものとする。   Similarly, the characteristic considering the variation of the bias voltage Vcont is expressed as (Equation 4). It is assumed that the resistors R1 and R2 are formed of the same type of resistors and are so small that relative variations can be ignored.

Figure 0005858281
Figure 0005858281

ここで、例えばVcont=2.8V,ΔVcont=0.1V,2Vbe=2.55V,ΔVbe=0.02V,ΔRb1=15%とすると、コレクタ電流Icq1のばらつきは(式5)で表される。   Here, for example, assuming that Vcont = 2.8V, ΔVcont = 0.1V, 2Vbe = 2.55V, ΔVbe = 0.02V, and ΔRb1 = 15%, the variation in the collector current Icq1 is expressed by (Formula 5).

Figure 0005858281
Figure 0005858281

これをグラフ化すると、コレクタ電流Icq1の特性は例えば図3のようになる。   When this is graphed, the characteristics of the collector current Icq1 are as shown in FIG. 3, for example.

図3は、コレクタ電流Icq1のばらつき特性を例示する説明図である。同図において、縦軸はコレクタ電流Icq1の大きさ〔mA〕を表し、横軸は抵抗Rb1の目標値からの偏差ΔRb1〔%〕を表している。また、参照符号I_1で示される特性はΔVcont=−0.1Vのときのコレクタ電流Icq1を、参照符号I_2で示される特性はΔVcont=0Vのときのコレクタ電流Icq1を、参照符号I_3で示される特性はΔVcont=+0.1Vのときのコレクタ電流Icq1を、夫々表す。   FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the variation characteristic of the collector current Icq1. In the figure, the vertical axis represents the magnitude [mA] of the collector current Icq1, and the horizontal axis represents the deviation ΔRb1 [%] of the resistance Rb1 from the target value. The characteristic indicated by reference character I_1 is the collector current Icq1 when ΔVcont = −0.1V, the characteristic indicated by reference character I_2 is the collector current Icq1 when ΔVcont = 0V, and the characteristic indicated by reference character I_3. Represents the collector current Icq1 when ΔVcont = + 0.1V, respectively.

同図に示されるように、コレクタ電流Icq1は、目標値に対して約0.5倍〜約3倍程度ばらつくことが理解される。前述したように、高周波増幅部11のゲイン、効率、及び線形性等の特性はコレクタ電流Icq1の大きさに依存するため、コレクタ電流Icq1のばらつきは、高周波増幅部11のゲイン、効率、及び線形性等の特性のばらつきにつながる。   As shown in the figure, it is understood that the collector current Icq1 varies from about 0.5 times to about 3 times the target value. As described above, since the characteristics such as the gain, efficiency, and linearity of the high frequency amplifier 11 depend on the magnitude of the collector current Icq1, the variation in the collector current Icq1 varies with the gain, efficiency, and linearity of the high frequency amplifier 11. This leads to variations in characteristics such as characteristics.

ここで、抵抗Rb1及びバイアス電圧Vcontの値を変化させたときの、高周波増幅部11のゲイン、効率、及び線形性の特性の変化を図4乃至6に例示する。図4は高周波増幅部11のゲインの特性を表し、図5は高周波増幅部11の効率の特性を表し、図6は高周波増幅部11の線形性の特性を表す。   Here, FIGS. 4 to 6 illustrate changes in the gain, efficiency, and linearity characteristics of the high-frequency amplifier 11 when the values of the resistor Rb1 and the bias voltage Vcont are changed. 4 shows the gain characteristic of the high-frequency amplifier 11, FIG. 5 shows the efficiency characteristic of the high-frequency amplifier 11, and FIG. 6 shows the linearity characteristic of the high-frequency amplifier 11.

図4において、縦軸は増幅率(Gain)の大きさ〔dB〕を表し、横軸は抵抗Rb1の目標値からの偏差ΔRb1〔%〕を表している。また、参照符号G_1で示される特性はΔVcont=−0.1Vのときのゲインを、参照符号G_2で示される特性はΔVcont=0Vのときのゲインを、参照符号G_3で示される特性はΔVcont=+0.1Vのときのゲインを、夫々表す。   In FIG. 4, the vertical axis represents the magnitude [dB] of the amplification factor (Gain), and the horizontal axis represents the deviation ΔRb1 [%] of the resistance Rb1 from the target value. The characteristic indicated by reference sign G_1 is the gain when ΔVcont = −0.1V, the characteristic indicated by reference sign G_2 is the gain when ΔVcont = 0V, and the characteristic indicated by reference sign G_3 is ΔVcont = + 0. Each represents the gain at 1V.

図5において、縦軸は効率(Efficeincy)の大きさ〔%〕を表し、横軸は抵抗Rb1の目標値からの偏差ΔRb1〔%〕を表している。また、参照符号E_1で示される特性はΔVcont=−0.1Vのときの効率を、参照符号E_2で示される特性はΔVcont=0Vのときの効率を、参照符号E_3で示される特性はΔVcont=+0.1Vのときの効率を、夫々表す。   In FIG. 5, the vertical axis represents the efficiency [Efficiency] magnitude [%], and the horizontal axis represents the deviation ΔRb1 [%] of the resistance Rb1 from the target value. The characteristic indicated by reference symbol E_1 is the efficiency when ΔVcont = −0.1V, the characteristic indicated by reference symbol E_2 is the efficiency when ΔVcont = 0V, and the characteristic indicated by reference symbol E_3 is ΔVcont = + 0. Each represents the efficiency at 1V.

図6において、縦軸は線形性を表す指標の1つである隣接チャネル漏洩電力比(ACLR1)の大きさ〔dBc〕を表し、横軸は抵抗Rb1の目標値からの偏差ΔRb1〔%〕を表している。また、参照符号A_1で示される特性はΔVcont=−0.1VのときACLR1を、参照符号A_2で示される特性はΔVcont=0VのACLR1を、参照符号A_3で示される特性はΔVcont=+0.1VのときのACLR1を、夫々表す。   In FIG. 6, the vertical axis represents the magnitude [dBc] of the adjacent channel leakage power ratio (ACLR1), which is one of the indexes representing linearity, and the horizontal axis represents the deviation ΔRb1 [%] of the resistance Rb1 from the target value. Represents. The characteristic indicated by reference symbol A_1 is ACLR1 when ΔVcont = −0.1V, the characteristic indicated by reference symbol A_2 is ACLR1 of ΔVcont = 0V, and the characteristic indicated by reference symbol A_3 is ΔVcont = + 0.1V. Each ACLR1 is represented.

図4乃至6に示されるように、抵抗Rb1及びバイアス電圧Vcontがばらつくことにより、コレクタ電流Icq1及びアイドル電流Icq4がばらつき、ゲイン、効率、及びACLR1の特性がばらつくことが理解される。そこで、実施の形態1に係るHPAモジュール1では、バイアス電圧生成部10が、アイドル電流Icq4をモニタしたモニタ電流Icontの大きさにしたがってバイアス電圧Vcontを調整することにより、アイドル電流Icq4のばらつきを補正する。   4 to 6, it is understood that the collector current Icq1 and the idle current Icq4 vary due to variations in the resistance Rb1 and the bias voltage Vcont, and the gain, efficiency, and ACLR1 characteristics vary. Therefore, in the HPA module 1 according to the first embodiment, the bias voltage generation unit 10 adjusts the bias voltage Vcont according to the magnitude of the monitor current Icont that monitors the idle current Icq4, thereby correcting variations in the idle current Icq4. To do.

図7は、HPAモジュール1におけるアイドル電流Icq4のばらつき補正の一例を示す説明図である。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of variation correction of the idle current Icq4 in the HPA module 1.

同図には、一例としてアイドル電流Icq4の目標値を50mAとしたときのばらつき範囲が例示される。HPAモジュール1では、アイドル電流Icq4のばらつき範囲を参照符号801〜803で示される3つの電流範囲に分け、バイアス電圧生成部10は、アイドル電流Icq4が何れの電流範囲に属するかを判別する。そして、バイアス電圧生成部10は、判別結果に応じてバイアス電圧Vcontの大きさを決定する。例えば、アイドル電流Icq4の大きさが参照符号801の範囲である場合には、バイアス電圧Vcontを上昇させ、アイドル電流Icq4の大きさを参照符号802の範囲に収める。また、アイドル電流Icq4の大きさが参照符号803の範囲である場合には、バイアス電圧Vcontを低下させ、アイドル電流Icq4の大きさを参照符号802の範囲に収める。アイドル電流Icq4の大きさが参照符号802の範囲ある場合には、補正を行わない。以上の補正により、アイドル電流Icq4のばらつきを参照符号802の範囲に収めることができる。   In the figure, as an example, the variation range when the target value of the idle current Icq4 is 50 mA is illustrated. In the HPA module 1, the variation range of the idle current Icq4 is divided into three current ranges indicated by reference numerals 801 to 803, and the bias voltage generation unit 10 determines to which current range the idle current Icq4 belongs. The bias voltage generation unit 10 determines the magnitude of the bias voltage Vcont according to the determination result. For example, when the magnitude of the idle current Icq4 is within the range of the reference numeral 801, the bias voltage Vcont is increased and the magnitude of the idle current Icq4 is within the range of the reference numeral 802. In addition, when the magnitude of the idle current Icq4 is within the range of the reference numeral 803, the bias voltage Vcont is lowered and the magnitude of the idle current Icq4 is within the range of the reference numeral 802. When the magnitude of the idle current Icq4 is in the range of reference numeral 802, no correction is performed. With the above correction, the variation in the idle current Icq4 can be kept within the range of the reference numeral 802.

バイアス電圧生成部10は、アイドル電流Icq4のばらつき補正のための具体的な機能部として、上記バンドギャップ定電圧回路100及びレギュレータ回路101に加え、基準電圧生成回路102、電流電圧変換回路103、比較器CMP1、CMP2、遅延回路105、106、フリップフロップ回路FF1、FF2、及びリセット回路(PWR_ON_RST)104を備える。基準電圧生成回路102、電流電圧変換回路103、及び比較器CMP1、CMP2は、モニタ電流Icontが予め設定された複数の電流範囲のうち何れの電流範囲に含まれるかを判別するための機能部を構成する。以下、当該機能部を構成する夫々の回路ブロックについて詳細に説明する。   The bias voltage generation unit 10 is a specific function unit for correcting variations in the idle current Icq4, in addition to the band gap constant voltage circuit 100 and the regulator circuit 101, a reference voltage generation circuit 102, a current-voltage conversion circuit 103, a comparison Devices CMP1 and CMP2, delay circuits 105 and 106, flip-flop circuits FF1 and FF2, and a reset circuit (PWR_ON_RST) 104. The reference voltage generation circuit 102, the current-voltage conversion circuit 103, and the comparators CMP1 and CMP2 are functional units for determining which current range is included in a plurality of preset current ranges. Configure. Hereafter, each circuit block which comprises the said function part is demonstrated in detail.

電流電圧変換回路103は、モニタ電流Icontを電圧に変換する。具体的には、トランジスタM1から端子ICONT_INを介して高周波増幅部11の端子ICONT_OUTに流れ込むモニタ電流Icontを、トランジスタM1、M2から成るカレントミラー回路によって折り返して、抵抗Rsの一端に入力する。抵抗Rsの他端はグランウンドノードに接続され、抵抗Rsの両端の電圧Vsは“Rs・Icont”となる。基準電圧生成部102は、電圧Vbgrに基づいて基準電圧Vr45、Vr5を生成する。ここで、Vr5=Vbgr×R5/(R3+R4+R5)であり、Vr45=Vbgr×(R4+R5)/(R3+R4+R5)である。   The current-voltage conversion circuit 103 converts the monitor current Icont into a voltage. Specifically, the monitor current Icont flowing from the transistor M1 through the terminal ICON_IN to the terminal ICONT_OUT of the high frequency amplifier 11 is turned back by a current mirror circuit including the transistors M1 and M2 and input to one end of the resistor Rs. The other end of the resistor Rs is connected to the ground node, and the voltage Vs across the resistor Rs is “Rs · Icont”. The reference voltage generation unit 102 generates reference voltages Vr45 and Vr5 based on the voltage Vbgr. Here, Vr5 = Vbgr × R5 / (R3 + R4 + R5) and Vr45 = Vbgr × (R4 + R5) / (R3 + R4 + R5).

比較器CMP1は、基準電圧Vr5と電圧Vsとを比較する。比較器CMP1は、非反転入力端子に電圧Vr5が入力され、反転入力端子に電圧Vsが入力される。比較器CMP2は、基準電圧Vr45と電圧Vsとを比較する。比較器CMP2は、非反転入力端子に電圧Vsが入力され、反転入力端子に基準電圧Vr45が入力される。比較器CMP2及び比較器CMP1の比較結果(X2、X1)は以下のようになる。例えば、Vs<Vr5(Icont<Vr5/Rs)のとき、比較結果(X2、X1)=(L(Low)、H(High))となり、Vr5<Vs<Vr45(Vr5/Rs<Icont<Vr45/Rs)のとき、比較結果(X2、X1)=(L、L)となり、Vr45<Vs(Vr45/Rs<Icont)のとき、比較結果(X2、X1)=(H、L)となる。これにより、モニタ電流Icontが3つの電流範囲(Icont<Vr5/Rs、Vr5/Rs<Icont<Vr45/Rs、Vr45/Rs<Icont)のうち何れの電流範囲に含まれるかを判別することができ、その判別結果は、比較結果X1、X2の2ビットで表される。なお、電流範囲“Icont<Vr5/Rs”は、例えば図7の参照符号801の範囲に相当し、電流範囲“Vr5/Rs<Icont<Vr45/Rs“は参照符号802の範囲に相当し、電流範囲”Vr45/Rs<Icont“は参照符号803の範囲に相当する。   The comparator CMP1 compares the reference voltage Vr5 with the voltage Vs. In the comparator CMP1, the voltage Vr5 is input to the non-inverting input terminal, and the voltage Vs is input to the inverting input terminal. The comparator CMP2 compares the reference voltage Vr45 with the voltage Vs. In the comparator CMP2, the voltage Vs is input to the non-inverting input terminal, and the reference voltage Vr45 is input to the inverting input terminal. The comparison results (X2, X1) of the comparator CMP2 and the comparator CMP1 are as follows. For example, when Vs <Vr5 (Icont <Vr5 / Rs), the comparison result (X2, X1) = (L (Low), H (High)), and Vr5 <Vs <Vr45 (Vr5 / Rs <Icont <Vr45 / When Rs), the comparison result (X2, X1) = (L, L), and when Vr45 <Vs (Vr45 / Rs <Icont), the comparison result (X2, X1) = (H, L). This makes it possible to determine which of the three current ranges (Icont <Vr5 / Rs, Vr5 / Rs <Icont <Vr45 / Rs, Vr45 / Rs <Icont) is included in the monitor current Icont. The discrimination result is represented by 2 bits of comparison results X1 and X2. The current range “Icont <Vr5 / Rs” corresponds to, for example, the range indicated by reference numeral 801 in FIG. 7, and the current range “Vr5 / Rs <Icont <Vr45 / Rs” corresponds to the range indicated by reference numeral 802. The range “Vr45 / Rs <Icont” corresponds to the range of reference numeral 803.

上記判別結果は、フリップフロップ回路FF1、FF2に保持される。例えば、比較器CMP2の比較結果X2はフリップフロップ回路FF2に保持され、比較器CMP1の比較結果X1はフリップフロップ回路FF1に保持される。これにより、動作環境の変化やノイズ等に起因するモニタ電流の予期せぬ変化によって比較結果が変化した場合であっても、当初行った判別結果を安定して保持することができる。フリップフロップ回路FF1、FF2は、リセット信号RSTによって保持された情報が初期化される。リセット信号RSTは、特に制限されないが、パワーオンリセット信号である。例えば、電源電圧(例えば端子VBATTに入力される電圧Vbatt)を監視するリセット回路(PWR_ON_RST)104から出力されたパワーオンリセット信号である。これにより、パワーオンリセット状態が解除されるまで、モニタ電流Icontの判別結果はフリップフロップ回路FF1、FF2に保持されず、また、一旦保持された情報は電源が落ちるまで初期化されない。すなわち、パワーオンリセット解除後に一度だけ、モニタ電流Icontの判別が行われる。   The determination result is held in the flip-flop circuits FF1 and FF2. For example, the comparison result X2 of the comparator CMP2 is held in the flip-flop circuit FF2, and the comparison result X1 of the comparator CMP1 is held in the flip-flop circuit FF1. As a result, even if the comparison result changes due to an unexpected change in the monitor current due to a change in the operating environment, noise, or the like, the initially performed discrimination result can be stably held. Information held by the reset signal RST is initialized in the flip-flop circuits FF1 and FF2. The reset signal RST is not particularly limited, but is a power-on reset signal. For example, a power-on reset signal output from a reset circuit (PWR_ON_RST) 104 that monitors a power supply voltage (for example, a voltage Vbatt input to the terminal VBATT). Thus, the determination result of the monitor current Icont is not held in the flip-flop circuits FF1 and FF2 until the power-on reset state is released, and the information once held is not initialized until the power is turned off. That is, the monitor current Icont is determined only once after the power-on reset is canceled.

比較器CMP1とフリップフロップ回路FF1との間には、遅延回路105が挿入され、比較器CMP2とフリップフロップ回路FF2との間には遅延回路106が挿入される。遅延回路105、106は、入力された比較結果を所定時間遅らせて出力する。前記遅延回路105、106は、例えばタイマ回路である。これにより、ノイズ等に起因するモニタ電流の瞬間的な変化等によって、誤った判別結果が保持されることを防止することができる。   A delay circuit 105 is inserted between the comparator CMP1 and the flip-flop circuit FF1, and a delay circuit 106 is inserted between the comparator CMP2 and the flip-flop circuit FF2. The delay circuits 105 and 106 delay the input comparison result for a predetermined time and output it. The delay circuits 105 and 106 are, for example, timer circuits. Thereby, it is possible to prevent an erroneous determination result from being held due to an instantaneous change in the monitor current caused by noise or the like.

フリップフロップ回路FF1、FF2に保持された情報は、レギュレータ部101におけるスイッチSW1、SW2を制御するための制御信号として利用される。スイッチSW1、SW2は、例えばMOSトランジスタで構成される。例えば、フリップフロップ回路FF1の出力信号SQ1が“H(High)”のときスイッチSW1はオン状態となり、出力信号SQ1が“L(Low)”のときスイッチSW1はオフ状態となる。また、フリップフロップ回路FF2の出力信号SQ2が“H”のときスイッチSW2はオン状態となり、出力信号SQ2が“L”のときスイッチSW2はオフ状態となる。これにより、抵抗成分R1の抵抗値が“R1A”と“R1A+R1B”との間で切り替え可能とされ、抵抗成分R2の抵抗値が“R2A”と“R2A+R2B”との間で切り替え可能とされる。抵抗成分R1、R2の抵抗値を変更可能にすることにより、バイアス電圧Vcontを増減させることができる。なお、スイッチSW1、SW2は、フリップフロップ回路FF1、FF2の出力信号SQ1、SQ2によって直接駆動されても良いし、フリップフロップ回路FF1、FF2の後段にスイッチSW1、SW2を駆動するためのドライバ回路を別途設け、当該ドライバ回路がスイッチSW1、SW2を駆動してもよい。   Information held in the flip-flop circuits FF1 and FF2 is used as a control signal for controlling the switches SW1 and SW2 in the regulator unit 101. The switches SW1 and SW2 are composed of, for example, MOS transistors. For example, the switch SW1 is turned on when the output signal SQ1 of the flip-flop circuit FF1 is “H (High)”, and the switch SW1 is turned off when the output signal SQ1 is “L (Low)”. When the output signal SQ2 of the flip-flop circuit FF2 is “H”, the switch SW2 is turned on, and when the output signal SQ2 is “L”, the switch SW2 is turned off. Accordingly, the resistance value of the resistance component R1 can be switched between “R1A” and “R1A + R1B”, and the resistance value of the resistance component R2 can be switched between “R2A” and “R2A + R2B”. By making it possible to change the resistance values of the resistance components R1 and R2, the bias voltage Vcont can be increased or decreased. Note that the switches SW1 and SW2 may be directly driven by the output signals SQ1 and SQ2 of the flip-flop circuits FF1 and FF2, or a driver circuit for driving the switches SW1 and SW2 at the subsequent stage of the flip-flop circuits FF1 and FF2. A separate driver circuit may drive the switches SW1 and SW2.

HPAモジュール1におけるバイアス電圧Vcontの決定方法について、図8を用いて詳細に説明する。   A method for determining the bias voltage Vcont in the HPA module 1 will be described in detail with reference to FIG.

図8は、電源投入後のHPAモジュール1における各回路ブロックの動作の流れの一例を示すフロー図である。先ず、HPAモジュール1の電源電圧として電圧Vbatt及び電圧Vccが投入されると、パワーオンリセットが解除され、バイアス電圧生成部10が起動し、バイアス電圧Vcontが及び高周波増幅部11の端子VCONT_INに入力される(S101)。このとき、フリップフロップ回路FF1、FF2の出力信号SQ1、SQ2の初期値はL(Low)であり、スイッチSW1、SW2はオフ状態である。すなわち、抵抗成分R1の抵抗値は“R1A+R1B”となり、抵抗成分R2の抵抗値は“R2A+R2B”となる。したがって、バイアス電圧Vcont=Vbgr×(R1A+R1B+R2A+R2B)/(R1A+R1B)となる。   FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation flow of each circuit block in the HPA module 1 after the power is turned on. First, when the voltage Vbatt and the voltage Vcc are input as the power supply voltage of the HPA module 1, the power-on reset is released, the bias voltage generation unit 10 is activated, and the bias voltage Vcont is input to the terminal VCONT_IN of the high frequency amplification unit 11 (S101). At this time, the initial values of the output signals SQ1, SQ2 of the flip-flop circuits FF1, FF2 are L (Low), and the switches SW1, SW2 are in the off state. That is, the resistance value of the resistance component R1 is “R1A + R1B”, and the resistance value of the resistance component R2 is “R2A + R2B”. Therefore, the bias voltage Vcont = Vbgr × (R1A + R1B + R2A + R2B) / (R1A + R1B).

端子VCONT_INに上記のバイアス電圧Vcontが供給されると、バイアス制御部111のトランジスタQ1Aにコレクタ電流Icq1が流れる(S102)。コレクタ電流Icq1は、カレントミラー回路を構成する電流生成部110によってモニタ電流Icontとしてバイアス電圧生成部10に入力され、抵抗Rsによってモニタ電圧Vsに変換される(S103)。そして、比較器CMP1、CMP2によってモニタ電圧Vsと基準電圧Vr5、Vr45との比較が行われる(S104)。   When the bias voltage Vcont is supplied to the terminal VCONT_IN, the collector current Icq1 flows through the transistor Q1A of the bias controller 111 (S102). The collector current Icq1 is input to the bias voltage generation unit 10 as the monitor current Icont by the current generation unit 110 constituting the current mirror circuit, and is converted to the monitor voltage Vs by the resistor Rs (S103). Then, the comparators CMP1 and CMP2 compare the monitor voltage Vs with the reference voltages Vr5 and Vr45 (S104).

ステップ104において、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4が目標値より小さく、例えばVs<Vr5且つVs<Vr45(図7の参照符号801の電流範囲)であるとき、比較器CMP1の出力は“H”となり、比較器CMP2の出力は“L”となる(S105)。その結果、フリップフロップ回路FF1の出力SQ1は“H”に切り替わり、フリップフロップ回路FF2の出力SQ2は“L”のまま保持される(S106)。これにより、レギュレータ部10のスイッチSW1はオン状態に変化し、スイッチSW2はオフ状態が保持される(S107)。すなわち、抵抗成分R1の抵抗値は“R1A”となり、抵抗成分R2の抵抗値は“R2A+R2B”となる。これにより、バイアス電圧Vcontは“Vbgr×(R1A+R2A+R2B)/R1A”となり、バイアス電圧Vcontは上昇する(S108)。バイアス電圧Vcontが上昇すると、コレクタ電流Icq1が増加し、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4が大きくなる方向に補正される(S109)。   In step 104, when the idle current Icq4 of the transistor Q4 is smaller than the target value, for example, Vs <Vr5 and Vs <Vr45 (current range of reference numeral 801 in FIG. 7), the output of the comparator CMP1 becomes “H”. The output of the comparator CMP2 becomes “L” (S105). As a result, the output SQ1 of the flip-flop circuit FF1 is switched to “H”, and the output SQ2 of the flip-flop circuit FF2 is held at “L” (S106). As a result, the switch SW1 of the regulator unit 10 is turned on, and the switch SW2 is kept off (S107). That is, the resistance value of the resistance component R1 is “R1A”, and the resistance value of the resistance component R2 is “R2A + R2B”. As a result, the bias voltage Vcont becomes “Vbgr × (R1A + R2A + R2B) / R1A”, and the bias voltage Vcont increases (S108). When the bias voltage Vcont increases, the collector current Icq1 increases, and the idle current Icq4 of the transistor Q4 is corrected to increase (S109).

ステップ104において、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4が目標値から所定の誤差範囲内にあり、例えばVr5<Vs<Vr45(図7の参照符号802の電流範囲)であるとき、比較器CMP1の出力は“L”となり、比較器CMP2の出力は“L”となる(S110)。その結果、フリップフロップ回路FF1の出力SQ1とフリップフロップ回路FF2の出力SQ2はともに“L”のまま保持される(S111)。これにより、レギュレータ部10のスイッチSW1、スイッチSW2はオフ状態が維持される(S112)。すなわち、バイアス電圧Vcontは“Vbgr×(R1A+R1B+R2A+R2B)/(R1A+R1B)”のまま変化しない。これにより、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4は補正されない(S113)。   In step 104, when the idle current Icq4 of the transistor Q4 is within a predetermined error range from the target value, for example, Vr5 <Vs <Vr45 (current range of reference numeral 802 in FIG. 7), the output of the comparator CMP1 is “ The output of the comparator CMP2 becomes “L” (S110). As a result, the output SQ1 of the flip-flop circuit FF1 and the output SQ2 of the flip-flop circuit FF2 are both held at “L” (S111). Thereby, the switch SW1 and the switch SW2 of the regulator unit 10 are maintained in the off state (S112). That is, the bias voltage Vcont remains “Vbgr × (R1A + R1B + R2A + R2B) / (R1A + R1B)”. As a result, the idle current Icq4 of the transistor Q4 is not corrected (S113).

ステップ104において、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4が目標値より大きく、例えばVr5<Vs、且つVr45<Vs(図7の参照符号803の電流範囲)であるとき、比較器CMP1の出力は“L”となり、比較器CMP2の出力は“H”となる(S114)。その結果、フリップフロップ回路FF1の出力SQ1は“L”のまま保持され、フリップフロップ回路FF2の出力SQ2は“H”が保持される(S115)。これにより、レギュレータ部10のスイッチSW1はオフ状態のまま保持され、スイッチSW2はオン状態に変化する(S116)。すなわち、抵抗成分R1の抵抗値は“R1A+R1B”となり、抵抗成分R2の抵抗値は“R2A”となる。これにより、バイアス電圧Vcontは、“Vbgr×(R1A+R1B+R2A)/(R1A+R1B)”となり、バイアス電圧Vcontは低下する(S117)。バイアス電圧Vcontが低下すると、コレクタ電流Icq1が減少し、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4が小さくなる方向に補正される(S118)。   In step 104, when the idle current Icq4 of the transistor Q4 is larger than the target value, for example, Vr5 <Vs and Vr45 <Vs (current range indicated by reference numeral 803 in FIG. 7), the output of the comparator CMP1 becomes “L”. The output of the comparator CMP2 becomes “H” (S114). As a result, the output SQ1 of the flip-flop circuit FF1 is held at “L”, and the output SQ2 of the flip-flop circuit FF2 is held at “H” (S115). Thereby, the switch SW1 of the regulator unit 10 is held in the off state, and the switch SW2 is changed to the on state (S116). That is, the resistance value of the resistance component R1 is “R1A + R1B”, and the resistance value of the resistance component R2 is “R2A”. As a result, the bias voltage Vcont becomes “Vbgr × (R1A + R1B + R2A) / (R1A + R1B)”, and the bias voltage Vcont decreases (S117). When the bias voltage Vcont decreases, the collector current Icq1 decreases, and the idle current Icq4 of the transistor Q4 is corrected to decrease (S118).

以上実施の形態1に係るHPAモジュール1によれば、製造ばらつきによってトランジスタQ4のアイドル電流がばらついたとしても容易に補正することができるので、高周波増幅部11のゲインや効率、線形性等の特性のばらつきを抑えることができる。また、HPAモジュール1によれば、前述のように高周波増幅部11とバイアス電圧生成部10の2つの半導体チップの夫々の特性を測定して特性のばらつき毎に選別し、HPAモジュール全体としての特性が目標とする規格の範囲に収まるように2つの半導体チップを組み合わせる方法に比べて、選別作業等が不要となるので、製造コストを抑えることができる。また、HPAモジュールの製造工程においてトリミングを行う必要がなく、ヒューズ(FUSE)やボンディングオプション等でトリミングを行う方法に比べて、製造コストを削減することができる。また、HPAモジュール1では、電源投入後(パワーオンリセット後)にモニタ電流Icontの判別を行い、判別された電流範囲に応じてバイアス電圧Vcontを決定するので、速やかに増幅段のトランジスタQ4のバイアス状態を安定させることができる。更に、特許文献1のようにバイアス点を安定させるためにフィードバックループを形成しないし、クロック信号も必要としないため、送信対象のRF信号の線形性に悪影響を与えない。特許文献2のような各種テーブルや複数のDAC、ADCも不要なので、回路規模の増大を抑えることができる。   As described above, according to the HPA module 1 according to the first embodiment, even if the idle current of the transistor Q4 varies due to manufacturing variations, it can be easily corrected. Therefore, characteristics such as gain, efficiency, and linearity of the high-frequency amplification unit 11 can be corrected. The variation of can be suppressed. Further, according to the HPA module 1, as described above, the characteristics of the two semiconductor chips of the high-frequency amplifier 11 and the bias voltage generator 10 are measured and sorted for each characteristic variation, and the characteristics of the entire HPA module are determined. Compared with the method of combining two semiconductor chips so that the value falls within the target standard range, the sorting operation or the like is not necessary, so that the manufacturing cost can be reduced. Further, it is not necessary to perform trimming in the manufacturing process of the HPA module, and the manufacturing cost can be reduced as compared with a method of performing trimming with a fuse (FUSE) or a bonding option. Further, the HPA module 1 determines the monitor current Icont after power-on (after power-on reset), and determines the bias voltage Vcont according to the determined current range, so that the bias of the transistor Q4 in the amplification stage is promptly determined. The state can be stabilized. Further, since a feedback loop is not formed to stabilize the bias point as in Patent Document 1 and a clock signal is not required, the linearity of the RF signal to be transmitted is not adversely affected. Since various tables as in Patent Document 2 and a plurality of DACs and ADCs are unnecessary, an increase in circuit scale can be suppressed.

また、HPAモジュール1によれば、ユーザの求める規格に応じた回路変更が容易となる。例えば、トランジスタQ4のアイドル電流Icq4の許容誤差を小さくしたい場合には、基準電圧生成回路102による基準電圧の数を増やしてその電圧間隔を細かくするとともに、増加した基準電圧の個数に応じて比較器及びフリップフロップ回路を追加し、レギュレータ部101の抵抗成分R1、R2の調整幅を小さくすればよい。   Moreover, according to the HPA module 1, it is easy to change the circuit according to the standard required by the user. For example, when it is desired to reduce the allowable error of the idle current Icq4 of the transistor Q4, the number of reference voltages by the reference voltage generation circuit 102 is increased to narrow the voltage interval, and the comparator according to the increased number of reference voltages. In addition, a flip-flop circuit may be added to reduce the adjustment width of the resistance components R1 and R2 of the regulator unit 101.

≪実施の形態2≫
図9は、実施の形態2に係る、RF信号送信用HPAモジュールの回路構成を示すブロック図である。
<< Embodiment 2 >>
FIG. 9 is a block diagram showing a circuit configuration of the RF signal transmitting HPA module according to the second embodiment.

実施の形態1では、HPAモジュール1における高周波増幅部11は1段増幅回路で構成されたが、同図に示されるHPAモジュール2の高周波増幅部21は2段増幅回路で構成される。   In the first embodiment, the high-frequency amplification unit 11 in the HPA module 1 is configured by a one-stage amplification circuit, but the high-frequency amplification unit 21 of the HPA module 2 shown in the figure is configured by a two-stage amplification circuit.

なお、図9におけるHPAモジュール2を構成する構成要素のうちHPAモジュール1と同様の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。   In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the HPA module 1 among the components which comprise the HPA module 2 in FIG. 9, and the detailed description is abbreviate | omitted.

高周波増幅部21は、初段の増幅回路を構成するトランジスタQ4、バイアス制御部111、及び電流生成部110に加え、出力段の増幅回路を構成するトランジスタQ8と、トランジスタQ8にバイアス電流(ベース電流)を供給するバイアス制御部211とを更に備える。トランジスタQ8はトランジスタQ4と同様にHBTである。   In addition to the transistor Q4, the bias control unit 111, and the current generation unit 110 that form the first stage amplifier circuit, the high-frequency amplifier unit 21 includes a transistor Q8 that forms an output stage amplifier circuit, and a bias current (base current) to the transistor Q8. And a bias control unit 211 for supplying. Transistor Q8 is an HBT similar to transistor Q4.

トランジスタQ4は、コレクタ側が端子PC1を介してインダクタL1に接続され、エミッタ接地増幅回路を構成する。例えば、外部に設けられたRFIC5のような信号源から出力された送信対象のRF信号が端子PINに入力されると、整合回路(MCG_CIR)112を介してトランジスタQ4のベースに入力され、トランジスタQ4がRF信号を増幅して出力する。初段の増幅回路によって増幅されたRF信号は、初段の増幅回路と後段の増幅回路との間のインピーダンス整合を行うための整合回路(MCG_CIR)113と容量を介してトランジスタQ8のベースに入力される。   The transistor Q4 has a collector side connected to the inductor L1 via the terminal PC1 to constitute a grounded emitter amplifier circuit. For example, when an RF signal to be transmitted output from a signal source such as the RFIC 5 provided outside is input to the terminal PIN, it is input to the base of the transistor Q4 via the matching circuit (MCG_CIR) 112, and the transistor Q4 Amplifies and outputs the RF signal. The RF signal amplified by the first stage amplifier circuit is input to the base of the transistor Q8 via the matching circuit (MCG_CIR) 113 for impedance matching between the first stage amplifier circuit and the subsequent stage amplifier circuit and the capacitor. .

トランジスタQ8は、コレクタ側が端子POUTを介してインダクタL2に接続され、エミッタ接地増幅回路を構成する。トランジスタQ8のベースに入力されたRF信号は、トランジスタQ8によって増幅されて、端子POUTから出力される。トランジスタQ8のバイアス状態は、バイアス制御部211によって制御される。具体的には、バイアス制御部211が、バイアス電圧生成部10から供給されたバイアス電圧Vcontに基づいてトランジスタQ8のベース電流を生成する。バイアス制御部211は、例えば、抵抗Rb2、Rbb2と、トランジスタQ5、Q6、Q7とから構成され、夫々の接続関係はバイアス制御部111と同様である。また、抵抗Rb2、Rbb2と抵抗Rb1、Rbb1とは同一種類の抵抗で形成され、トランジスタQ5、Q6、Q7とトランジスタQ1A、Q2、Q3とはともにHBTである。上記の回路構成により、トランジスタQ8のバイアス状態が決定され、それに応じたコレクタ電流(アイドル電流)Icq8が流れる。トランジスタQ8のアイドル電流Icq8により、後段の増幅回路のゲイン、効率、及び線形性等の特性が決定される。   The transistor Q8 has a collector side connected to the inductor L2 via the terminal POUT, and constitutes a grounded emitter amplifier circuit. The RF signal input to the base of the transistor Q8 is amplified by the transistor Q8 and output from the terminal POUT. The bias state of the transistor Q8 is controlled by the bias controller 211. Specifically, the bias controller 211 generates the base current of the transistor Q8 based on the bias voltage Vcont supplied from the bias voltage generator 10. The bias control unit 211 includes, for example, resistors Rb2 and Rbb2 and transistors Q5, Q6, and Q7, and the connection relationship between them is the same as that of the bias control unit 111. The resistors Rb2, Rbb2 and the resistors Rb1, Rbb1 are formed of the same type of resistor, and the transistors Q5, Q6, Q7 and the transistors Q1A, Q2, Q3 are all HBTs. With the above circuit configuration, the bias state of the transistor Q8 is determined, and a collector current (idle current) Icq8 corresponding thereto flows. The idle current Icq8 of the transistor Q8 determines characteristics such as gain, efficiency, and linearity of the amplifier circuit in the subsequent stage.

また、バイアス制御部111と同様に、ダイオード接続されたトランジスタQ5のコレクタには、増幅段のトランジスタQ8のアイドル電流Icq8に比例した電流Icq5が流れ、その電流値は(式6)で表される。   Similarly to the bias control unit 111, a current Icq5 proportional to the idle current Icq8 of the transistor Q8 in the amplification stage flows through the collector of the diode-connected transistor Q5, and the current value is expressed by (Expression 6). .

Figure 0005858281
Figure 0005858281

バイアス電圧生成部10は、高周波増幅部21における初段の増幅用のトランジスタQ4に係るモニタ電流Icontの大きさを判別し、バイアス電圧Vcontを生成する。バイアス電圧Vcontは高周波増幅部21の端子VCONT_IN1を介してバイアス制御部111に供給されるとともに、高周波増幅部21の端子VCONT_IN2を介してバイアス制御部211に供給される。   The bias voltage generation unit 10 determines the magnitude of the monitor current Icont related to the first-stage amplification transistor Q4 in the high-frequency amplification unit 21, and generates the bias voltage Vcont. The bias voltage Vcont is supplied to the bias control unit 111 via the terminal VCONT_IN1 of the high frequency amplification unit 21, and is also supplied to the bias control unit 211 via the terminal VCONT_IN2 of the high frequency amplification unit 21.

トランジスタQ4及びバイアス制御部111と、トランジスタQ8及びバイアス制御部211は、ともに基本的な回路構成が同一であり、且つ同一種類の回路素子から構成されることから、同一方向のばらつきの傾向となる。そこで、HPAモジュール2のように、2つの増幅回路のうち一方の増幅用のトランジスタに係るアイドル電流をモニタし、それに応じて2つの増幅回路に共通のバイアス電圧を決定することで、トランジスタQ4及びQ8のアイドル電流のばらつきを補正することができる。   Since the transistor Q4 and the bias control unit 111 and the transistor Q8 and the bias control unit 211 have the same basic circuit configuration and are composed of the same type of circuit elements, they tend to vary in the same direction. . Therefore, as in the HPA module 2, by monitoring the idle current of one of the two amplification circuits, the transistor Q4 and the transistor Q4 are determined by determining a bias voltage common to the two amplification circuits. Variations in the idle current of Q8 can be corrected.

アイドル電流Icq4に比例するバイアス制御部111のコレクタ電流Icq1の大きさは、上記(式1)に示されるように、抵抗Rb1の両端に印加される電圧の大きさに比例して決定される。同様に、アイドル電流Icq8に比例するバイアス制御部211のコレクタ電流Icq5の大きさは、抵抗Rb2の両端に印加される電圧の大きさに比例して決定される。   The magnitude of the collector current Icq1 of the bias control unit 111 proportional to the idle current Icq4 is determined in proportion to the magnitude of the voltage applied to both ends of the resistor Rb1, as shown in the above (Equation 1). Similarly, the magnitude of the collector current Icq5 of the bias controller 211 that is proportional to the idle current Icq8 is determined in proportion to the magnitude of the voltage applied across the resistor Rb2.

抵抗Rb2に比べて抵抗Rb1の両端の電圧が小さい場合、バイアス電圧Vcontを変化させたとすると、バイアス電圧Vcontの変化量に対するコレクタ電流の変化率は、コレクタ電流Icq5に比べてコレクタ電流Icq1の方が大きくなる。すなわち、この場合、トランジスタQ4の方がトランジスタQ8よりもバイアス電圧Vcontに対する感度が大きいといえる。このような場合に、仮に、トランジスタQ8のアイドル電流をモニタしてバイアス電圧Vcontを調整すると、トランジスタQ4にとっては過度な補正となり、アイドル電流Icq4が目標値から大きくずれてしまう可能性もある。そこで、バイアス電圧Vcontに対するアイドル電流の感度に差がある(抵抗Rb2の両端の電圧と抵抗Rb1の両端の電圧とに差がある)場合には、実施の形態2に係るHPAモジュール2のように、バイアス電圧Vcontに対する感度が高い方のトランジスタのアイドル電流をモニタし、バイアス電圧Vcontを調整することで、高周波増幅部21の特性のばらつきをより精度良く抑えることができる。   When the voltage at both ends of the resistor Rb1 is smaller than the resistor Rb2, if the bias voltage Vcont is changed, the change rate of the collector current with respect to the amount of change of the bias voltage Vcont is higher for the collector current Icq1 than for the collector current Icq5. growing. That is, in this case, it can be said that the transistor Q4 is more sensitive to the bias voltage Vcont than the transistor Q8. In such a case, if the bias voltage Vcont is adjusted by monitoring the idle current of the transistor Q8, the transistor Q4 is excessively corrected, and the idle current Icq4 may be greatly deviated from the target value. Therefore, when there is a difference in sensitivity of the idle current with respect to the bias voltage Vcont (there is a difference between the voltage at both ends of the resistor Rb2 and the voltage at both ends of the resistor Rb1), as in the HPA module 2 according to the second embodiment. By monitoring the idle current of the transistor having the higher sensitivity to the bias voltage Vcont and adjusting the bias voltage Vcont, variations in characteristics of the high-frequency amplifier 21 can be suppressed with higher accuracy.

また、HPAモジュール2は、1つのレギュレータ部101が2つの増幅回路に共通のバイアス電圧Vcontを生成するから、バイアス電圧を生成するためのレギュレータ部101を増幅回路毎に対応して設ける場合に比べて、バイアス電圧生成部10のチップ面積の増大を抑えることができる。   Further, in the HPA module 2, since one regulator unit 101 generates a bias voltage Vcont common to two amplifier circuits, compared with a case where the regulator unit 101 for generating a bias voltage is provided corresponding to each amplifier circuit. Thus, an increase in the chip area of the bias voltage generation unit 10 can be suppressed.

≪実施の形態3≫
図10は、実施の形態3に係る、RF信号送信用HPAモジュールの回路構成を示すブロック図である。
<< Embodiment 3 >>
FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of the RF signal transmitting HPA module according to the third embodiment.

実施の形態2では初段の増幅回路を構成するトランジスタQ4のアイドル電流をモニタしたが、同図に示されるHPAモジュール3では、出力段の増幅回路を構成するトランジスタQ8のアイドル電流をモニタする。   In the second embodiment, the idle current of the transistor Q4 constituting the first stage amplifier circuit is monitored. However, in the HPA module 3 shown in the figure, the idle current of the transistor Q8 constituting the amplifier circuit of the output stage is monitored.

なお、図10におけるHPAモジュール3を構成する構成要素のうちHPAモジュール1、2と同様の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。   In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the HPA modules 1 and 2 among the components which comprise the HPA module 3 in FIG. 10, and the detailed description is abbreviate | omitted.

高周波増幅部31は、実施の形態2に係る電流生成部110に代えて、バイアス制御部211を構成するトランジスタQ5Aのコレクタ電流Icq5(トランジスタQ8のアイドル電流Icq8)をモニタしたモニタ電流Icont2を生成する電流生成部210を備える。   In place of the current generator 110 according to the second embodiment, the high-frequency amplifier 31 generates a monitor current Icont2 that monitors the collector current Icq5 (the idle current Icq8 of the transistor Q8) of the transistor Q5A constituting the bias controller 211. A current generator 210 is provided.

例えば、2段増幅回路において、初段の増幅回路を構成するトランジスタのアイドル電流に比べて、出力段の増幅回路を構成するトランジスタのアイドル電流が十分に大きい場合、後段の増幅回路の特性が2段増幅回路全体の特性に大きな影響を与える。そこで、出力段の増幅回路を構成するトランジスタQ8のアイドル電流Icq8が、初段の増幅回路を構成するトランジスタQ4のアイドル電流Icq4よりも十分大きい場合、HPAモジュール3のように、アイドル電流が大きい(トランジスタのエミッタサイズが大きい)方のトランジスタのアイドル電流をモニタし、バイアス電圧Vcontを調整することで、高周波増幅部31の特性のばらつきをより精度良く抑えることができる。   For example, in a two-stage amplifier circuit, when the idle current of the transistor constituting the output stage amplifier circuit is sufficiently large compared to the idle current of the transistor constituting the first stage amplifier circuit, the characteristics of the latter stage amplifier circuit are two stages. This greatly affects the characteristics of the entire amplifier circuit. Therefore, when the idle current Icq8 of the transistor Q8 constituting the output stage amplifier circuit is sufficiently larger than the idle current Icq4 of the transistor Q4 constituting the first stage amplifier circuit, the idle current is large as in the HPA module 3 (transistor By monitoring the idle current of the transistor with the larger emitter size) and adjusting the bias voltage Vcont, variations in the characteristics of the high-frequency amplifier 31 can be suppressed more accurately.

≪実施の形態4≫
図11は、実施の形態3に係る、RF信号送信用HPAモジュールの回路構成を示すブロック図である。
<< Embodiment 4 >>
FIG. 11 is a block diagram showing a circuit configuration of an RF signal transmitting HPA module according to the third embodiment.

実施の形態2、3では、1つのモニタ電流Icont1(又はIcont2)に基づいて生成したバイアス電圧Vcontを初段と後段の2つの増幅回路に共通に供給したが、同図に示されるHPAモジュール4は、夫々の増幅回路のモニタ電流に基づいて別個に生成したバイアス電圧を、対応する増幅回路に出力する。   In the second and third embodiments, the bias voltage Vcont generated based on one monitor current Icont1 (or Icont2) is supplied in common to the two amplifier circuits in the first stage and the latter stage, but the HPA module 4 shown in FIG. The bias voltage generated separately based on the monitor current of each amplifier circuit is output to the corresponding amplifier circuit.

なお、図11におけるHPAモジュール4を構成する構成要素のうちHPAモジュール1乃至3と同様の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。   In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to HPA modules 1 thru | or 3 among the components which comprise the HPA module 4 in FIG. 11, and the detailed description is abbreviate | omitted.

高周波増幅部41は、電流生成部110と電流生成部210とを備える。電流生成部110によって生成されたトランジスタQ4のアイドル電流Icq4(トランジスタQ1Aのコレクタ電流Icq1)のモニタ電流Icont1は、端子ICONT_OUT1を介して出力される。他方、電流生成部210によって生成されたトランジスタQ8のアイドル電流Icq8(トランジスタQ5Aのコレクタ電流Icq5)のモニタ電流Icont2は、端子ICONT_OUT2を介して出力される。その他の回路ブロックは、高周波増幅部11、21、31と同様である。   The high frequency amplification unit 41 includes a current generation unit 110 and a current generation unit 210. The monitor current Icont1 of the idle current Icq4 (the collector current Icq1 of the transistor Q1A) of the transistor Q4 generated by the current generator 110 is output via the terminal ICONT_OUT1. On the other hand, the monitor current Icont2 of the idle current Icq8 (the collector current Icq5 of the transistor Q5A) of the transistor Q8 generated by the current generator 210 is output via the terminal ICONT_OUT2. Other circuit blocks are the same as those of the high-frequency amplifiers 11, 21, and 31.

バイアス電圧生成部40は、高周波増幅部41における初段の増幅回路のモニタ電流Icont1の大きさを判別し、バイアス電圧Vcont1を生成するとともに、高周波増幅部41における出力段の増幅回路のモニタ電流Icont2の大きさを判別し、バイアス電圧Vcont2を生成する。具体的には、バイアス電圧生成部40は、モニタ電流Icont1を判別してバイアス電圧Vcont1を生成するための機能部として、レギュレータ回路101_1、基準電圧生成回路102_1、電流電圧変換回路103_1、比較器CMP1、CMP2、遅延回路105、106、フリップフロップ回路FF1、FF2、及びリセット回路104_1を備える。また、バイアス電圧生成部40は、モニタ電流Icont2を判別してバイアス電圧Vcont2を生成するための機能部として、レギュレータ回路101_2、基準電圧生成回路102_2、電流電圧変換回路103_2、比較器CMP3、CMP4、遅延回路107、108、フリップフロップ回路FF3、FF4、及びリセット回路104_2を備える。前記モニタ電流Icont1,Icont2に基づくバイアス電圧Vcont1,Vcont2の生成方法は、実施の形態1と同様である。バイアス電圧Vcont1は、端子VCONT_OUT1を介して出力され、高周波増幅部41の端子VCONT_IN1を介してバイアス制御部111に供給される。また、バイアス電圧Vcont2は、端子VCONT_OUT2を介して出力され、高周波増幅部41の端子VCONT_IN2を介してバイアス制御部211に供給される。   The bias voltage generation unit 40 determines the magnitude of the monitor current Icont1 of the first-stage amplifier circuit in the high-frequency amplification unit 41, generates the bias voltage Vcont1, and sets the monitor current Icont2 of the output-stage amplifier circuit in the high-frequency amplification unit 41. The magnitude is determined and a bias voltage Vcont2 is generated. Specifically, the bias voltage generation unit 40 determines a monitor current Icont1 and generates a bias voltage Vcont1 as a functional unit, such as a regulator circuit 101_1, a reference voltage generation circuit 102_1, a current-voltage conversion circuit 103_1, and a comparator CMP1. , CMP2, delay circuits 105 and 106, flip-flop circuits FF1 and FF2, and a reset circuit 104_1. The bias voltage generation unit 40 is a functional unit for determining the monitor current Icont2 and generating the bias voltage Vcont2, and includes a regulator circuit 101_2, a reference voltage generation circuit 102_2, a current-voltage conversion circuit 103_2, comparators CMP3, CMP4, Delay circuits 107 and 108, flip-flop circuits FF3 and FF4, and a reset circuit 104_2 are provided. A method for generating the bias voltages Vcont1 and Vcont2 based on the monitor currents Icont1 and Icont2 is the same as that in the first embodiment. The bias voltage Vcont1 is output via the terminal VCONT_OUT1, and is supplied to the bias controller 111 via the terminal VCONT_IN1 of the high frequency amplifier 41. The bias voltage Vcont2 is output via the terminal VCONT_OUT2, and is supplied to the bias controller 211 via the terminal VCONT_IN2 of the high frequency amplifier 41.

HPAモジュール4によれば、初段の増幅回路と出力段の増幅回路の夫々のトランジスタのアイドル電流がモニタされ、夫々のモニタ電流Icont1,Icont2に基づいて別個にバイアス電圧Vcont1、Vcont2が調整されるから、増幅回路毎にばらつきが調整され、高周波増幅部41の全体の特性をより精度良く合わせこむことができる。   According to the HPA module 4, the idle currents of the transistors of the first stage amplifier circuit and the output stage amplifier circuit are monitored, and the bias voltages Vcont1 and Vcont2 are separately adjusted based on the monitor currents Icont1 and Icont2. The variation is adjusted for each amplifier circuit, and the overall characteristics of the high-frequency amplifier 41 can be adjusted with higher accuracy.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.

例えば、実施の形態1乃至4において、フリップフロップ回路FF1〜FF4のリセット信号RSTとしてパワーオンリセット信号を用いたが、これに限られない。例えば、パワーオンリセット信号に加えて、外部から入力したリセット信号を用いてもよい。例えば、RFICやベースバンド回路等から出力されたリセット信号によってもフリップフロップ回路FF1〜FF4の初期化を可能にすれば、モニタ電流の判別処理を行うタイミングを電源投入後のみならず、任意のタイミングで行うことも可能となる。   For example, in Embodiments 1 to 4, the power-on reset signal is used as the reset signal RST of the flip-flop circuits FF1 to FF4. However, the present invention is not limited to this. For example, in addition to the power-on reset signal, an externally input reset signal may be used. For example, if initialization of the flip-flop circuits FF1 to FF4 is made possible by a reset signal output from an RFIC, a baseband circuit, or the like, the timing for performing the monitor current determination process is not limited to after the power is turned on. It is also possible to do this.

また、実施の形態1乃至4において、増幅回路としてエミッタ接地増幅回路を例示したが、これに限られず、トランジスタのバイアス電流に依存してゲインや効率、線形性等の特性が変化する増幅回路であれば、同様の効果が期待できる。また、実施の形態2乃至4において、高周波増幅部21、31、41における増幅回路を2段増幅回路としたが、これに限られず、3段以上の多段増幅回路であってもよい。3段以上の多段増幅回路の場合、例えば実施の形態2では、バイアス電圧に対するアイドル電流の感度が最も高い増幅用のトランジスタのモニタ電流を生成すればよいし、実施の形態3では、最もアイドル電流が大きい増幅用のトランジスタのモニタ電流を生成すればよい。   In the first to fourth embodiments, the grounded-emitter amplifier circuit is exemplified as the amplifier circuit. However, the present invention is not limited to this, and an amplifier circuit whose characteristics such as gain, efficiency, and linearity change depending on the bias current of the transistor. If there is, the same effect can be expected. In the second to fourth embodiments, the amplifier circuit in the high-frequency amplifiers 21, 31, and 41 is a two-stage amplifier circuit. However, the present invention is not limited to this, and may be a multistage amplifier circuit having three or more stages. In the case of a multistage amplifier circuit having three or more stages, for example, in the second embodiment, the monitor current of the amplification transistor having the highest sensitivity of the idle current to the bias voltage may be generated. In the third embodiment, the idle current is the highest. The monitor current of the amplifying transistor having a large current may be generated.

実施の形態4において、ばらつきの補正の精度や要求されるチップ面積等に応じて、バイアス電圧生成部40における回路ブロックの共通化を図ってもよい。例えば、リセット回路104_1とリセット回路104_2を共通化したり、基準電圧生成回路102_1と基準電圧生成回路102_2を共通化したりすることで回路規模の縮小を図ってもよい。   In the fourth embodiment, circuit blocks in the bias voltage generation unit 40 may be shared according to the accuracy of variation correction, the required chip area, and the like. For example, the circuit scale may be reduced by sharing the reset circuit 104_1 and the reset circuit 104_2 or by sharing the reference voltage generation circuit 102_1 and the reference voltage generation circuit 102_2.

1〜4 HPAモジュール
5 RFIC(信号源)
10 バイアス電圧生成部(BIAS)
VBATT 電源端子
VCONT_OUT バイアス電圧出力用の端子
ICONT_IN モニタ電流入力用の端子
100 バンドギャップ定電圧回路
101 レギュレータ部
102 基準電圧生成回路
103 電流電圧変換回路
104 リセット回路(PWR_ON_RST)
105、106 遅延回路
CMP1、CMP2 比較器
FF1、FF2 フリップフロップ回路
Vcont バイアス電圧
Vs モニタ電圧
Vr5、Vr45 基準電圧
Vbgr バンドギャップ定電圧回路の出力電圧
SQ1、SQ2 フリップフロップ回路の出力信号
11 高周波増幅部(AMP)
VIN 電源端子
VCONT_IN バイアス電圧入力用の端子
ICONT_OUT モニタ電流出力用の端子
PIN RF信号の入力端子
POUT RF信号の出力端子
110 電流生成部
111 バイアス制御部
112〜114 整合回路(MCG_CIR)
Q4 増幅用のバイポーラトランジスタ
L インダクタ
Rb1、Rbb1 抵抗
Q1A、Q1B、Q2、Q3 バイポーラトランジスタ
Icq4 トランジスタQ4のコレクタ電流(バイアス電流)
Icq1 トランジスタQ1Aのコレクタ電流
Icont モニタ電流
I_1、I_2、I_3 コレクタ電流Icq1の特性
G_1、G_2、G_3 ゲインの特性
A_1、A_2、A_3 線形性(ACLR1)の特性
801〜803 電流範囲
21 高周波増幅部
211 バイアス制御部
VCONT_IN1、VCONT_IN2 バイアス電圧入力用の端子
Icont1 モニタ電流
31 高周波増幅部
210 電流生成部
Icont2 モニタ電流
41 高周波増幅部
ICONT_OUT1、ICONT_OUT2 モニタ電流出力用の端子
40 バイアス電圧生成部
VCONT_OUT1、VCONT_OUT2 バイアス電圧出力用の端子
ICONT_IN1、ICONT_IN2 モニタ電流入力用の端子
101_1、101_2 レギュレータ部
102_1、102_2 基準電圧生成回路
103_1、103_2 電流電圧変換回路
104_1、104_2 リセット回路(PWR_ON_RST)
107、108 遅延回路
CMP3、CMP4 比較器
FF3、FF4 フリップフロップ回路
Vcont1、Vcont2 バイアス電圧
1-4 HPA module 5 RFIC (signal source)
10 Bias voltage generator (BIAS)
VBATT power supply terminal VCONT_OUT Bias voltage output terminal ICONT_IN Monitor current input terminal 100 Band gap constant voltage circuit 101 Regulator section 102 Reference voltage generation circuit 103 Current voltage conversion circuit 104 Reset circuit (PWR_ON_RST)
105, 106 Delay circuit CMP1, CMP2 Comparator FF1, FF2 Flip-flop circuit Vcont Bias voltage Vs Monitor voltage Vr5, Vr45 Reference voltage Vbgr Output voltage of band gap constant voltage circuit SQ1, SQ2 Output signal of flip-flop circuit 11 High frequency amplifier ( AMP)
VIN power supply terminal VCONT_IN bias voltage input terminal ICONT_OUT monitor current output terminal PIN RF signal input terminal POUT RF signal output terminal 110 current generator 111 bias controller 112 to 114 matching circuit (MCG_CIR)
Q4 Bipolar transistor for amplification L Inductor Rb1, Rbb1 Resistance Q1A, Q1B, Q2, Q3 Bipolar transistor Icq4 Collector current (bias current) of transistor Q4
Icq1 Collector current of transistor Q1A Icont Monitor current I_1, I_2, I_3 Characteristics of collector current Icq1 G_1, G_2, G_3 Gain characteristics A_1, A_2, A_3 Linearity (ACLR1) characteristics 801 to 803 Current range 21 High frequency amplifier 211 Control unit VCONT_IN1, VCONT_IN2 Bias voltage input terminal Icont1 Monitor current 31 High frequency amplification unit 210 Current generation unit Icont2 Monitor current 41 High frequency amplification unit ICONT_OUT1, ICONT_OUT2 Monitor current output terminal 40 Bias voltage generation unit VCONT_OUT1 VCONT_OUT1V Terminals ICONT_IN1, ICONT_IN2 Monitor current input terminals 101_1, 101_2 Reg 102_1, 102_2 Reference voltage generation circuit 103_1, 103_2 Current-voltage conversion circuit 104_1, 104_2 Reset circuit (PWR_ON_RST)
107, 108 Delay circuit CMP3, CMP4 Comparator FF3, FF4 Flip-flop circuit Vcont1, Vcont2 Bias voltage

Claims (10)

入力されたRF信号の電力増幅を行うための高周波増幅部と、
前記高周波増幅部のバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成部と、を有する半導体装置であって、
前記高周波増幅部は、
入力したRF信号を増幅して出力する単数又は複数のトランジスタと、
前記バイアス電圧生成部によって生成されたバイアス電圧に基づいて前記トランジスタのバイアス状態を決定するバイアス制御部と、
前記トランジスタに流れるアイドル電流に比例するモニタ電流を、前記バイアス電圧に基づいて生成する電流生成部と、を有し、
前記バイアス電圧生成部は、前記モニタ電流が予め設定された複数の電流範囲のうち何れの電流範囲に含まれるかを判別するための判別処理を行うとともに、前記判別処理の判別結果を保持し、前記判別結果に応じた電圧を生成し、前記バイアス電圧として出力し、
前記判別結果は、パワーオンリセット信号によって初期化され、前記パワーオンリセット信号が次に入力されるまで更新されることなく保持される、半導体装置。
A high frequency amplifier for amplifying the power of the input RF signal;
A bias voltage generation unit that generates a bias voltage of the high-frequency amplification unit,
The high-frequency amplifier is
One or more transistors that amplify and output the input RF signal; and
A bias controller that determines a bias state of the transistor based on a bias voltage generated by the bias voltage generator;
A current generator that generates a monitor current proportional to an idle current flowing through the transistor based on the bias voltage;
The bias voltage generation unit performs a determination process for determining which current range is included in a plurality of preset current ranges, and holds a determination result of the determination process, A voltage corresponding to the determination result is generated and output as the bias voltage ,
The determination result is initialized by a power-on reset signal, and held without being updated until the power-on reset signal is next input .
前記バイアス電圧生成部は、
前記判別処理を行うための判別部と、
記判別結果を保持する揮発性の記憶部と、
記判別結果に応じた前記バイアス電圧を生成するレギュレータ回路と、を有し、
前記記憶部は、前記パワーオンリセット信号によって、保持された情報の初期化される請求項1の半導体装置。
The bias voltage generator is
A determination unit for performing the determination process;
And the volatile storage unit that holds the previous Symbol Determination result,
Includes a regulator circuit for generating the bias voltage according to the prior Symbol Determination result, the,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the storage unit is initialized by the power-on reset signal.
前記判別部は、
前記モニタ電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、
複数の相互に異なる基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
前記基準電圧毎に対応して設けられ、対応する基準電圧と前記変換された電圧とを比較し、比較結果を出力する複数の比較器と、を有し、
前記記憶部は、夫々の前記比較器から出力された比較結果を前記判別結果として保持する請求項2の半導体装置。
The discrimination unit
A current-voltage converter for converting the monitor current into a voltage;
A plurality of reference voltage generators for generating different reference voltages;
A plurality of comparators provided corresponding to each of the reference voltages, comparing the corresponding reference voltage and the converted voltage, and outputting a comparison result;
The semiconductor device according to claim 2, wherein the storage unit holds a comparison result output from each of the comparators as the determination result .
前記高周波増幅部と前記バイアス電圧生成部とは、別個の半導体基板に構成される請求項1の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the high-frequency amplification unit and the bias voltage generation unit are configured on separate semiconductor substrates . 前記トランジスタは、複数個が縦続接続され、
前記高周波増幅部は、前記トランジスタ毎に前記バイアス制御部及び前記電流生成部を有し、
前記バイアス電圧生成部は、夫々の前記電流生成部によって生成された前記モニタ電流について前記判別処理を行い、夫々の判別結果に応じて生成した前記バイアス電圧を対応する前記バイアス制御部に出力する請求項1の半導体装置。
A plurality of the transistors are cascaded,
The high-frequency amplifier has the bias controller and the current generator for each transistor,
The bias voltage generation unit performs the determination processing on the monitor current generated by each current generation unit, and outputs the bias voltage generated according to each determination result to the corresponding bias control unit. Item 14. The semiconductor device according to Item 1 .
前記トランジスタは、複数個が縦続接続され、
前記高周波増幅部は、前記トランジスタ毎に前記バイアス制御部を有し、
前記電流生成部は、前記複数のトランジスタのうち何れか1つのトランジスタに係る前記モニタ電流を生成し、
前記バイアス電圧生成部は、前記生成した電圧を共通のバイアス電圧として、夫々の前記バイアス制御部に出力する請求項1の半導体装置。
A plurality of the transistors are cascaded,
The high-frequency amplifier has the bias controller for each transistor,
The current generator generates the monitor current related to any one of the plurality of transistors,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the bias voltage generation unit outputs the generated voltage to each of the bias control units as a common bias voltage .
前記1つのトランジスタは、前記複数のトランジスタのうち前記バイアス電圧の変化に対する前記アイドル電流の変化率が最も大きいトランジスタである請求項6の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6, wherein the one transistor is a transistor having a change rate of the idle current with respect to a change of the bias voltage among the plurality of transistors . 前記1つのトランジスタは、前記複数のトランジスタのうち最もアイドル電流が大きいトランジスタである請求項6の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6, wherein the one transistor is a transistor having the largest idle current among the plurality of transistors . 入力されたRF信号の電力増幅を行うための高周波増幅部と、
前記高周波増幅部のバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成部と、を有する半導体装置であって、
前記高周波増幅部は、
入力したRF信号を増幅して出力する単数又は複数の第1トランジスタと、
前記バイアス電圧生成部によって生成されたバイアス電圧に基づいて前記第1トランジスタのバイアス状態を決定するバイアス制御部と、
前記第1トランジスタに流れるアイドル電流に比例するモニタ電流を生成する電流生成部と、を有し、
前記電流生成部は、ダイオード接続された第2トランジスタと、前記第2トランジスタと直列接続されたカレントミラー回路の一方を構成する第3トランジスタと、前記カレントミラー回路の他方を構成する第4トランジスタとを備え、前記モニタ電流を前記第4トランジスタから前記バイアス電圧生成部に供給し、
前記バイアス電圧生成部は、前記モニタ電流が予め設定された複数の電流範囲のうち何れの電流範囲に含まれるかを判別するための判別処理を行うとともに、前記判別処理の判別結果を保持し、前記判別結果に応じた電圧を生成し、前記バイアス電圧として出力し、
前記判別結果は、パワーオンリセット信号によって初期化され、前記パワーオンリセット信号が次に入力されるまで更新されることなく保持される、半導体装置。
A high frequency amplifier for amplifying the power of the input RF signal;
A bias voltage generation unit that generates a bias voltage of the high-frequency amplification unit,
The high-frequency amplifier is
One or more first transistors for amplifying and outputting an input RF signal; and
A bias controller that determines a bias state of the first transistor based on a bias voltage generated by the bias voltage generator;
A current generation unit that generates a monitor current proportional to an idle current flowing through the first transistor;
The current generation unit includes a diode-connected second transistor, a third transistor constituting one of the current mirror circuits connected in series with the second transistor, and a fourth transistor constituting the other of the current mirror circuit, And supplying the monitor current from the fourth transistor to the bias voltage generator,
The bias voltage generation unit performs a determination process for determining which current range is included in a plurality of preset current ranges, and holds a determination result of the determination process, A voltage corresponding to the determination result is generated and output as the bias voltage,
The determination result is initialized by a power-on reset signal, and held without being updated until the power-on reset signal is next input .
入力されたRF信号の電力増幅を行うための高周波増幅部と、
前記高周波増幅部のバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成部と、を有する半導体装置であって、
前記高周波増幅部は、
入力したRF信号を増幅して出力する単数又は複数のトランジスタと、
前記バイアス電圧生成部によって生成されたバイアス電圧に基づいて前記トランジスタのバイアス状態を決定するバイアス制御部と、
前記トランジスタに流れるアイドル電流に比例するモニタ電流を生成する電流生成部と、を有し、
前記バイアス電圧生成部は、前記モニタ電流が予め設定された複数の電流範囲のうち何れの電流範囲に含まれるかを判別するための複数の比較器と、パワーオンリセット信号によってのみリセットされ前記複数の比較器の比較結果に基づいてそれぞれセットされる複数のセットリセットフリップフロップと、前記複数のセットリセットフリップフロップの出力に基づいて、判別した電流範囲に応じた電圧を生成し、前記バイアス電圧として出力する半導体装置。
A high frequency amplifier for amplifying the power of the input RF signal;
A bias voltage generation unit that generates a bias voltage of the high-frequency amplification unit,
The high-frequency amplifier is
One or more transistors that amplify and output the input RF signal; and
A bias controller that determines a bias state of the transistor based on a bias voltage generated by the bias voltage generator;
A current generation unit that generates a monitor current proportional to an idle current flowing in the transistor,
The bias voltage generation unit is reset only by a power-on reset signal and a plurality of comparators for determining which current range of a plurality of preset current ranges is included in the plurality of current ranges. A plurality of set reset flip-flops set based on the comparison results of the comparators, and a voltage corresponding to the determined current range based on the outputs of the plurality of set reset flip-flops, as the bias voltage Output semiconductor device.
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