増幅回路、集積回路装置及び電子機器
【課題】特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路、集積回路装置及び電子機器等を提供すること。
【解決手段】増幅回路は、出力ノードＮＰに増幅信号ＶＰを出力する増幅用トランジスター１０と、インダクターＬＡ及びキャパシターＣＡ、ＣＢにより構成され、インダクターのインダクタンス値及びキャパシターのキャパシタンス値の少なくとも一方が可変に設定されるＬＣ負荷回路２０と、増幅信号ＶＰの電圧振幅を検出する振幅検出回路３０と、振幅検出回路３０の検出結果に基づいてインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定し、増幅信号ＶＰの電圧振幅値を極大値に近づける制御を行う制御回路４０とを含む。
【解決手段】増幅回路は、出力ノードＮＰに増幅信号ＶＰを出力する増幅用トランジスター１０と、インダクターＬＡ及びキャパシターＣＡ、ＣＢにより構成され、インダクターのインダクタンス値及びキャパシターのキャパシタンス値の少なくとも一方が可変に設定されるＬＣ負荷回路２０と、増幅信号ＶＰの電圧振幅を検出する振幅検出回路３０と、振幅検出回路３０の検出結果に基づいてインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定し、増幅信号ＶＰの電圧振幅値を極大値に近づける制御を行う制御回路４０とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅回路、集積回路装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信機器に使用される増幅回路においては、製造ばらつきや温度、電源電圧の変動などによる増幅回路の特性劣化が問題になっている。例えば増幅回路に含まれるインダクターのインダクタンス値及びキャパシターのキャパシタンス値が、製造ばらつきや温度、電源電圧の変動などにより変化すると、使用する周波数での増幅回路のゲインが低下するなどの問題がある。
【０００３】
この課題に対して例えば特許文献１には、バラクター（電圧制御可変容量）により増幅回路の負荷インピーダンスを変化させる手法が開示されている。
【０００４】
しかしながらこの手法では、増幅回路に含まれるＬＣ負荷回路（ＬＣ共振回路）の共振周波数を変化させることができないため、広い範囲の周波数について増幅効率の良い増幅回路を実現することが難しいなどの課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０４２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路、集積回路装置及び電子機器等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、入力信号を増幅する増幅用トランジスターと、インダクター及びキャパシターにより構成され、前記インダクターのインダクタンス値及び前記キャパシターのキャパシタンス値の少なくとも一方が可変に設定されるＬＣ負荷回路と、増幅信号の電圧振幅を検出する振幅検出回路と、前記振幅検出回路の検出結果に基づいて前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定し、前記増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける制御を行う制御回路とを含む増幅回路に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。その結果、製造ばらつきや温度、電源電圧の変動などによる増幅回路の特性劣化を補正することができるから、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらに入力信号の周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して電圧振幅値を極大値に近づけることができるから、広い範囲の周波数について増幅効率の良い増幅回路を実現することが可能になる。
【０００９】
また本発明の一態様では、前記キャパシターは、第１の電源ノードと制御ノードとの間に設けられる第１のキャパシターと、前記制御ノードと前記増幅用トランジスターの出力ノードとの間に設けられる第２のキャパシターとにより構成され、前記第１のキャパシターは、前記制御ノードの電圧によりキャパシタンス値が可変に設定され、前記インダクターは、前記出力ノードと第２の電源ノードとの間に設けられてもよい。
【００１０】
このようにすれば、制御ノードの電圧により第１のキャパシターのキャパシタンス値を可変に設定することができるから、ＬＣ負荷回路の共振周波数を可変に設定することができる。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記増幅用トランジスターに電流を流すための可変電流源を含み、前記制御回路は、前記振幅検出回路の検出結果に基づいて、前記可変電流源の電流値を設定する制御を行ってもよい。
【００１２】
このようにすれば、制御回路は、振幅検出回路の検出結果に基づいて、増幅用トランジスターに流れる電流値を設定することができる。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記制御回路は、前記振幅検出回路の検出結果に基づいて、前記増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定し、前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、前記増幅信号の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づける処理を行って、前記可変電流源の電流値を設定してもよい。
【００１４】
このようにすれば、制御回路は、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。そして上記の設定後に可変電流源の電流値を設定して、増幅信号の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づけることができる。その結果、増幅回路の用途に応じて電圧振幅値を適正な値に設定することが可能になる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記増幅用トランジスターと前記ＬＣ負荷回路を有する第１の増幅器と、前記第１の増幅器からの信号を増幅する第２の増幅器とを含んでもよい。
【００１６】
このようにすれば、第１の増幅器のＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することで、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけることができる。また第２の増幅器の出力インピーダンスを一定に保つことができるから、安定したインピーダンス整合を得ることができ、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路を実現することが可能になる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記振幅検出回路が電圧振幅を検出する前記増幅信号は、前記第１の増幅器の出力信号であってもよい。
【００１８】
このようにすれば、第１の増幅器の出力信号の電圧振幅を極大値に近づけるように、第１の増幅器のＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。
【００１９】
また本発明の一態様では、前記振幅検出回路が電圧振幅を検出する前記増幅信号は、前記第２の増幅器の出力信号であってもよい。
【００２０】
このようにすれば、第２の増幅器の出力信号の電圧振幅を極大値に近づけるように、第１の増幅器のＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。
【００２１】
また本発明の一態様では、前記振幅検出回路は、前記出力ノードと入力ノードとの間に設けられるＡＣ結合キャパシターと、前記入力ノードにバイアス電圧を印加するバイアス電圧設定回路と、第２の電源ノードと検出ノードとの間に設けられ、前記入力ノードの電圧によりゲートが制御される振幅検出トランジスターと、前記検出ノードと第１の電源ノードとの間に設けられる振幅検出用電流源と、前記検出ノードと前記第１の電源ノードとの間に設けられる平滑用キャパシターと、前記検出ノードの電圧を受け、前記検出ノードの電圧のインピーダンス変換を行い、前記制御回路へ出力するインピーダンス変換回路とを含んでもよい。
【００２２】
このようにすれば、検出ノードには増幅信号と振幅が等しい交流電圧が生じ、その交流電圧が平滑化されることで、増幅信号の電圧振幅に応じた電圧が検出ノードに生じる。さらに検出ノードの電圧を、インピーダンス変換回路により、低インピーダンスに変換することで、検出結果信号を出力することができる。
【００２３】
また本発明の一態様では、前記バイアス電圧をＶＢＩＡＳとし、前記振幅検出トランジスターのしきい値電圧をＶＴＨとした場合に、前記振幅検出回路は、前記増幅信号の電圧振幅が増加するにつれて電圧ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨからの変化電圧が増加する検出結果信号を出力してもよい。
【００２４】
このようにすれば、検出結果の電圧と電圧ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨとの電圧差から増幅信号の電圧振幅値を求めることができる。
【００２５】
本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の増幅回路を有する送信回路を含む集積回路装置に関係する。
【００２６】
本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の増幅回路を有する受信回路を含む集積回路装置に関係する。
【００２７】
本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の集積回路装置を含む電子機器に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】増幅回路の第１の構成例。
【図２】振幅検出回路の構成例。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、振幅検出回路の動作を説明する図。
【図４】増幅回路の第２の構成例。
【図５】振幅検出回路の別の構成例。
【図６】振幅検出回路の動作を説明する図。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、増幅信号の電圧振幅の周波数特性の一例。
【図８】Ｌ値、Ｃ値を設定する処理のフローチャートの一例。
【図９】可変電流源の電流値を設定する処理のフローチャートの一例。
【図１０】集積回路装置の構成例。
【図１１】電子機器の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３０】
１．増幅回路
図１に、本実施形態の増幅回路の第１の構成例を示す。本実施形態の増幅回路は、増幅用トランジスター１０、ＬＣ負荷回路２０、振幅検出回路３０及び制御回路４０を含む。増幅用トランジスター１０は、カスコード接続された２つのＮ型トランジスターＴ１、Ｔ２により構成され、入力信号を増幅する。バイアス電圧ＶＢ１、ＶＢ２は、それぞれトランジスターＴ１、Ｔ２のゲート電圧を適正な電圧値に設定するためのものである。
【００３１】
なお、本実施形態の増幅回路は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。例えば、増幅用トランジスター１０は、１個のトランジスターで構成してもよいし、またＰ型トランジスターで構成することもできる。
【００３２】
ＬＣ負荷回路２０は、インダクター及びキャパシターにより構成され、インダクターのインダクタンス値及びキャパシターのキャパシタンス値の少なくとも一方が可変に設定される。具体的には、ＬＣ負荷回路２０は、例えばバラクター（バリキャップ、電圧制御可変容量）ＣＡ（広義には第１のキャパシター）、キャパシターＣＢ（広義には第２のキャパシター）及びインダクター（コイル）ＬＡを含む。
【００３３】
バラクターＣＡは、低電位側電源ノードＶＳＳ（広義には第１の電源ノード）と制御ノードＮＣとの間に設けられ、制御ノードＮＣの電圧によりキャパシタンス値（容量値）が可変に設定される。バラクターＣＡのキャパシタンス値を変化させることで、ＬＣ負荷回路２０の共振周波数が変化するから、ＬＣ負荷回路２０の周波数特性が変化する。
【００３４】
キャパシターＣＢは、直流成分を遮断するためのもので、制御ノードＮＣと増幅用トランジスター１０の出力ノードＮＰとの間に設けられる。またインダクターＬＡは、出力ノードＮＰと高電位側電源ノードＶＤＤ（広義には第２の電源ノード）との間に設けられる。
【００３５】
振幅検出回路３０は、増幅信号ＶＰの電圧振幅を検出し、検出結果として検出出力電圧ＶＤを出力する。この振幅検出回路３０の詳細な構成例については、図２で説明する。
【００３６】
制御回路４０は、振幅検出回路３０の検出結果に基づいて、増幅信号ＶＰの電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、インダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定する制御を行う。
【００３７】
例えば図１では、制御回路４０は、制御ノードＮＣに印加されるＬＣ制御電圧ＶＴを変化させることで、バラクターＣＡのキャパシタンス値を設定する。制御回路４０は、Ａ／Ｄ変換器４１、論理回路４２及びＤ／Ａ変換器４３で構成することができる。Ａ／Ｄ変換器４１はアナログデータである検出出力電圧ＶＤ（検出結果）をデジタルデータに変換し、論理回路４２は変換されたデジタルデータに基づいて処理を行う。Ｄ／Ａ変換器４３は論理回路４２の出力に基づいてＬＣ制御電圧ＶＴを生成し出力する。
【００３８】
このようにすることで、増幅信号ＶＰの電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路２０のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。その結果、製造ばらつきや環境変動（例えば温度、電源電圧等の変動）による増幅回路の特性劣化を補正することができるから、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらに入力信号の周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して電圧振幅値を極大値に近づけることができるから、広い範囲の周波数について増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。
【００３９】
また、ＬＣ負荷回路の共振周波数を可変に設定することで、負荷インピーダンスを可変に設定する従来の手法と比較して、増幅用トランジスターの限られた素子能力の範囲で、比較的高い増幅効率を得ることができるという利点がある。あるいは、同等の素子性能であれば、より高い周波数まで動作させることができるという利点がある。
【００４０】
図２に、本実施形態の振幅検出回路３０の構成例を示す。振幅検出回路３０は、ＡＣ結合キャパシターＣＣ、バイアス電圧設定回路６０、振幅検出トランジスターＴＡ、振幅検出用電流源ＩＳ、平滑用キャパシターＣＦ及びインピーダンス変換回路７０を含む。
【００４１】
なお、本実施形態の振幅検出回路は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００４２】
ＡＣ結合キャパシターＣＣは、出力ノードＮＰと入力ノードＮＩとの間に設けられ、増幅信号ＶＰの交流成分を通過させる。バイアス電圧設定回路６０は、入力ノードＮＩにバイアス電圧ＶＢＩＡＳを印加するためのものである。
【００４３】
振幅検出トランジスターＴＡは、高電位側電源ノードＶＤＤ（広義には第２の電源ノード）と検出ノードＮＱとの間に設けられ、入力ノードＮＩの電圧によりゲートが制御される。バイアス電圧ＶＢＩＡＳにより、入力ノードＮＩの電圧を振幅検出トランジスターＴＡが動作可能な電圧値に設定することができる。こうすることで、検出ノードＮＱには、ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨ（ＶＴＨはＴＡのしきい値電圧）を中心電圧として、増幅信号ＶＰと振幅が等しい交流電圧が生じる。
【００４４】
振幅検出用電流源ＩＳは、検出ノードＮＱと低電位側電源ノードＶＳＳ（広義には第１の電源ノード）との間に設けられる。振幅検出用電流源ＩＳは、振幅検出トランジスターＴＡのドレイン電流を確保するためのものである。
【００４５】
平滑用キャパシターＣＦは、検出ノードＮＱと低電位側電源ノードＶＳＳとの間に設けられる。平滑用キャパシターＣＦにより、検出ノードＮＱの電圧が平滑化されることで、増幅信号ＶＰの電圧振幅に応じた電圧が検出ノードＮＱに生じる。
【００４６】
インピーダンス変換回路７０は、検出ノードＮＱの電圧を受け、検出ノードＮＱの電圧のインピーダンス変換を行い、制御回路４０へ検出出力電圧ＶＤを出力する。検出ノードＮＱに発生する信号は高インピーダンスなので、これをインピーダンス変換回路７０により低インピーダンスに変換して、制御回路４０へ出力する。インピーダンス変換回路７０は、例えば図２に示すように、ボルテージフォロワー接続のオペアンプＯＰＡで構成することができる。
【００４７】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、振幅検出回路３０の動作を説明する図である。図３（Ａ）に、増幅信号ＶＰ、入力ノードＮＩの電圧Ｖ（ＮＩ）及び検出ノードＮＱの電圧Ｖ（ＮＱ）（検出出力電圧ＶＤ）の波形の一例を示す。入力ノードＮＩには、増幅信号ＶＰに応じて、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを中心電圧とする交流電圧が生じる。そして検出ノードＮＱには、ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨを中心電圧とする交流信号を平滑化した電圧が出力される。この平滑化された電圧が、検出出力電圧ＶＤとして出力される。
【００４８】
例えば、ＶＰの電圧振幅が大きい場合には、図３（Ａ）のＣ１、Ｃ２、Ｃ３に示す波形になり、ＶＰの電圧振幅が小さい場合には、図３（Ａ）のＤ１、Ｄ２、Ｄ３に示す波形になる。なお、増幅信号の周波数が十分高ければ、平滑化によってほぼ一定の電圧値が出力される。
【００４９】
図３（Ｂ）に、検出出力電圧ＶＤと増幅信号ＶＰの電圧振幅との関係の一例を示す。図３（Ｂ）に示すように、振幅検出回路３０は、増幅信号ＶＰの電圧振幅が増加するにつれて電圧ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨからの変化電圧が増加する信号を、検出出力電圧ＶＤ（広義には検出結果信号）として出力する。このようにすれば、検出出力電圧ＶＤとＶＢＩＡＳ−ＶＴＨとの電圧差から増幅信号ＶＰの電圧振幅値を求めることができる。
【００５０】
例えば、ＶＰの電圧振幅が大きい場合には、図３（Ｂ）のＣ４に示す電圧が出力され、ＶＰの電圧振幅が小さい場合には、図３（Ｂ）のＤ４に示す電圧が出力される。
【００５１】
なお、増幅信号ＶＰの電圧振幅が大きい場合に、図３（Ｂ）の破線で示すように検出出力電圧ＶＤが飽和することがある。しかし、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを適正な電圧に設定することで、ＶＤの飽和を回避することができる。
【００５２】
図４に、本実施形態の増幅回路の第２の構成例を示す。第２の構成例の増幅回路は、差動入力信号を増幅する。第２の構成例の増幅回路は、増幅用トランジスター１０、ＬＣ負荷回路２０、振幅検出回路３０、制御回路４０及び可変電流源５０を含む。
【００５３】
増幅用トランジスター１０は、カスコード接続のＮ型トランジスターＴ１１、Ｔ１２及びＴ２１、Ｔ２２を含む。また、ＬＣ負荷回路２０は、バラクターＣＡ１、ＣＡ２（広義には第１のキャパシター）、キャパシターＣＢ１、ＣＢ２（広義には第２のキャパシター）及びインダクター（コイル）ＬＢを含む。
【００５４】
バラクターＣＡ１は、低電位側電源ノードＶＳＳ（広義には第１の電源ノード）と制御ノードＮＣ１との間に設けられ、制御ノードＮＣ１の電圧によりキャパシタンス値（容量値）が可変に設定される。キャパシターＣＢ１は、直流成分を遮断するためのもので、制御ノードＮＣ１と増幅用トランジスター１０の出力ノードＮＰ１との間に設けられる。またインダクターＬＢは、出力ノードＮＰ１と別の出力ノードＮＰ２との間に設けられ、インダクターＬＢの中間タップは、高電位側電源ノードＶＤＤ（広義には第２の電源ノード）に接続される。
【００５５】
バラクターＣＡ２は、低電位側電源ノードＶＳＳと制御ノードＮＣ２との間に設けられ、制御ノードＮＣ２の電圧によりキャパシタンス値（容量値）が可変に設定される。キャパシターＣＢ２は、直流成分を遮断するためのもので、制御ノードＮＣ２と増幅用トランジスター１０の出力ノードＮＰ２との間に設けられる。
【００５６】
２つのバラクターＣＡ１、ＣＡ２のキャパシタンス値を変化させることで、ＬＣ負荷回路２０の共振周波数が変化するから、ＬＣ負荷回路２０の周波数特性が変化する。
【００５７】
振幅検出回路３０は、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅を検出し、検出結果として検出出力電圧ＶＤを出力する。この振幅検出回路３０の詳細な構成例については、図５で説明する。
【００５８】
制御回路４０は、振幅検出回路３０の検出結果に基づいて、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、インダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定する制御を行う。例えば図４では、制御回路４０は、制御ノードＮＣ１、ＮＣ２に印加されるＬＣ制御電圧ＶＴを変化させることで、バラクターＣＡ１、ＣＡ２のキャパシタンス値を設定する。
【００５９】
さらに制御回路４０は、インダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づける処理を行って、可変電流源５０の電流値ＩＡを設定する制御を行う。例えば図４では、制御回路４０は、電流源制御電圧ＶＡを変化させることで、可変電流源５０の電流値ＩＡを設定する制御を行う。具体的には、電流源制御電圧ＶＡを上昇させることで電流値ＩＡが増加し、電流値ＩＡが増加することで、増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値が増加する。逆に電流源制御電圧ＶＡを低下させることで電流値ＩＡが減少し、電流値ＩＡが減少することで、増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値が減少する。
【００６０】
制御回路４０は、Ａ／Ｄ変換器４１、論理回路４２及びＤ／Ａ変換器４３、４４で構成することができる。Ａ／Ｄ変換器４１はアナログデータである検出出力電圧ＶＤ（検出結果）をデジタルデータに変換し、論理回路４２は変換されたデジタルデータに基づいて処理を行う。Ｄ／Ａ変換器４３は論理回路４２の出力に基づいて電流源制御電圧ＶＡを生成し出力し、Ｄ／Ａ変換器４４は論理回路４２の出力に基づいてＬＣ制御電圧ＶＴを生成し出力する。
【００６１】
可変電流源５０は、増幅用トランジスター１０に電流を流すためのものであり、例えば図４に示すようにトランジスターＴ３１で構成される。Ｔ３１のゲートに印加される電流源制御電圧ＶＡを変化させることで、可変電流源５０の電流値ＩＡを可変に設定することができる。なお、可変電流源５０は、図４に示す構成に限定されるものではなく、例えば複数個のカレントミラー回路を設けて、それらの接続をスイッチ素子等により切り換える構成にしてもよい。
【００６２】
このようにすることで、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路２０のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。その結果、製造ばらつきや環境変動（例えば温度、電源電圧等の変動）による増幅回路の特性劣化を補正することができるから、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらに入力信号の周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して電圧振幅値を極大値に近づけることができるから、広い範囲の周波数について増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらにインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、電圧振幅値をターゲット振幅値に近づけることができるから、増幅回路の用途に応じて電圧振幅値を適正な値に設定することが可能になる。
【００６３】
図５に、本実施形態の振幅検出回路３０の別の構成例を示す。図５に示す振幅検出回路３０は、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅を検出する回路であって、ＡＣ結合キャパシターＣＣ１、ＣＣ２、バイアス電圧設定回路６０、振幅検出トランジスターＴＡ１、ＴＡ２、振幅検出用電流源ＩＳ、平滑用キャパシターＣＦ及びインピーダンス変換回路７０を含む。
【００６４】
ＡＣ結合キャパシターＣＣ１、ＣＣ２は、出力ノードＮＰ１と入力ノードＮＩ１との間、及び出力ノードＮＰ２と入力ノードＮＩ２との間に各々設けられ、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の交流成分を通過させる。バイアス電圧設定回路６０は、入力ノードＮＩ１、ＮＩ２にバイアス電圧ＶＢＩＡＳを印加するためのものである。
【００６５】
振幅検出トランジスターＴＡ１、ＴＡ２は、高電位側電源ノードＶＤＤ（広義には第２の電源ノード）と検出ノードＮＱとの間に設けられる。入力ノードＮＩ１の電圧によりＴＡ１のゲートが制御され、入力ノードＮＩ２の電圧によりＴＡ２のゲートが制御される。バイアス電圧ＶＢＩＡＳにより、入力ノードＮＩ１、ＮＩ２の電圧を振幅検出トランジスターＴＡ１、ＴＡ２が動作可能な電圧値に設定することができる。こうすることで、検出ノードＮＱには、ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨ（ＶＴＨはＴＡ１、ＴＡ２のしきい値電圧）を中心電圧として、増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２と振幅が等しい交流電圧が生じる。
【００６６】
振幅検出用電流源ＩＳは、検出ノードＮＱと低電位側電源ノードＶＳＳ（広義には第１の電源ノード）との間に設けられる。振幅検出用電流源ＩＳは、振幅検出トランジスターＴＡ１、ＴＡ２のドレイン電流を確保するためのものである。
【００６７】
平滑用キャパシターＣＦは、検出ノードＮＱと低電位側電源ノードＶＳＳとの間に設けられる。平滑用キャパシターＣＦにより、検出ノードＮＱの電圧が平滑化されることで、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅に応じた電圧が検出ノードＮＱに生じる。
【００６８】
インピーダンス変換回路７０は、検出ノードＮＱの電圧を受け、インピーダンスを変換して、制御回路４０へ検出出力電圧ＶＤを出力する。検出ノードＮＱに発生する信号は高インピーダンスなので、これをインピーダンス変換回路７０により低インピーダンスに変換して、制御回路４０へ出力する。インピーダンス変換回路７０は、例えば図２に示すように、ボルテージフォロワー接続のオペアンプＯＰＡで構成することができる。
【００６９】
図６は、振幅検出回路３０（図５）の動作を説明する図であり、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２、入力ノードＮＩ１、ＮＩ２の各電圧Ｖ（ＮＩ１）、Ｖ（ＮＩ２）及び検出ノードＮＱの電圧Ｖ（ＮＱ）（検出出力電圧ＶＤ）の波形の一例を示す。入力ノードＮＩ１には、増幅信号ＶＰ１に応じて、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを中心電圧とする交流電圧が生じる。同様に、入力ノードＮＩ２には、増幅信号ＶＰ２に応じて、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを中心電圧とする交流電圧が生じる。そして検出ノードＮＱには、ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨを基準電圧とする平滑化した電圧が出力される。この平滑化された電圧が、検出出力電圧ＶＤとして出力される。
【００７０】
例えば、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅が大きい場合（図６のＥ１、Ｅ３）には、入力ノードＮＩ１、ＮＩ２の各電圧Ｖ（ＮＩ１）、Ｖ（ＮＩ２）は、図６のＥ２、Ｅ４に示す波形になり、ＮＱの電圧Ｖ（ＮＱ）は図６のＥ５に示す波形になる。一方、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅が小さい場合（図６のＦ１、Ｆ３）には、図６のＦ２、Ｆ４に示す波形になり、ＮＱの電圧Ｖ（ＮＱ）すなわち検出出力電圧ＶＤは、図６のＦ５に示す波形になる。なお、増幅信号の周波数が十分高ければ、平滑化によってほぼ一定の電圧値が出力される。
【００７１】
このようにして得られる検出出力電圧ＶＤと増幅信号ＶＰの電圧振幅との関係は、図３（Ｂ）に示すものと同様である。振幅検出回路３０は、増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅の増加に従ってＶＢＩＡＳ−ＶＴＨである電圧からの変化電圧が増加する信号を、検出出力電圧ＶＤ（広義には検出結果）として出力する。このようにすれば、検出出力電圧ＶＤとＶＢＩＡＳ−ＶＴＨとの電圧差から増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値を求めることができる。
【００７２】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）に、増幅信号の電圧振幅の周波数特性の一例を示す。図７（Ａ）は、ＬＣ負荷回路２０のインダクタンス値（Ｌ値）及びキャパシタンス値（Ｃ値）の少なくとも一方を設定する前の周波数特性（破線で示す）及び設定した後の周波数特性（実線で示す）である。
【００７３】
例えば、Ｌ値及びＣ値の少なくとも一方を設定する前では、使用する周波数（搬送波の周波数）ｆｃにおける電圧振幅値は、図７（Ａ）のＡ１に示す値である。制御回路４０は、振幅検出回路３０の検出結果に基づいて、電圧振幅値を極大値に近づけるようにＬ値及びＣ値の少なくとも一方を設定する。具体的には、ＬＣ負荷回路２０のＬ値及びＣ値の少なくとも一方を減少させる制御を行うことで、ＬＣ負荷回路２０の共振周波数が高い方へシフトする。その結果、ｆｃにおける電圧振幅値は極大値に近づき、例えば図７（Ａ）のＡ２に示す値になる。
【００７４】
また、図示していないが、設定前の共振周波数が使用する周波数ｆｃよりも高い場合には、ＬＣ負荷回路２０のＬ値及びＣ値の少なくとも一方を増加させる制御を行うことで、
ＬＣ負荷回路２０の共振周波数が低い方へシフトする。その結果、ｆｃにおける電圧振幅値は、極大値に近づく。
【００７５】
図７（Ｂ）は、上記の設定後に可変電流源５０の電流値ＩＡを変化させた時の電圧振幅値の周波数特性である。例えば、ＬＣ負荷回路２０のＬ値及びＣ値の少なくとも一方を設定した時のｆｃにおける電圧振幅値は、図７（Ｂ）のＢ１に示す値である。可変電流源５０の電流値ＩＡを増加させることで、増幅回路のゲインが増加するから、ｆｃにおける電圧振幅値は増加し、例えば図７（Ｂ）のＢ２に示す値になる。逆に可変電流源５０の電流値ＩＡを減少させることで、増幅回路のゲインが減少するから、ｆｃにおける電圧振幅値は減少し、例えば図７（Ｂ）のＢ３に示す値になる。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態の増幅回路によれば、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。その結果、製造ばらつきや環境変動（例えば温度、電源電圧等の変動）による増幅回路の特性劣化を補正することができるから、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらに入力信号の周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して電圧振幅値を極大値に設定することができるから、広い範囲の周波数について増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらにインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、可変電流源の電流値を設定することで、電圧振幅値をターゲット振幅値に近づけることができるから、増幅回路の用途に応じて電圧振幅値を適正な値に設定することが可能になる。
【００７７】
図８は、上述したインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定する処理のフローチャートの一例である。図８では、例としてキャパシタンス値（Ｃ値）を設定する場合を示しているが、インダクタンス値（Ｌ値）を設定する場合も同様の制御フローになる。以下では、図８に示すステップＰ１〜Ｐ１３に従ってＣ値を設定する処理を説明する。
【００７８】
最初にＣ値を初期値Ｃ０に設定する（ステップＰ１）。次に、振幅検出回路３０からの検出結果に基づいて、初期値Ｃ０の時の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＰ２）。次にＣ値を増分値ΔＣだけ増加させ（ステップＰ３）、その後の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＰ４）。そして電圧振幅値ＶＰＡが増加したか否かを判断する（ステップＰ５）。
【００７９】
電圧振幅値ＶＰＡが増加した場合には、Ｃ値をさらに増分値ΔＣだけ増加させ（ステップＰ６）、その後の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＰ７）。そして電圧振幅値ＶＰＡが増加したか否かを判断する（ステップＰ８）。電圧振幅値ＶＰＡが増加した場合には、ステップＰ６に戻り、Ｃ値をさらに増分値ΔＣだけ増加させる。これを繰り返した後、ステップＰ８の判断において電圧振幅値ＶＰＡが増加しない場合には、Ｃ値を１つ前の値（Ｃ−ΔＣ）に戻して（ステップＰ９）、設定を終了する。
【００８０】
一方、ステップＰ５の判断において、電圧振幅値ＶＰＡが増加しない場合には、Ｃ値を増分値ΔＣだけ減少させ（ステップＰ１０）、その後の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＰ１１）。そして電圧振幅値ＶＰＡが増加したか否かを判断する（ステップＰ１２）。電圧振幅値ＶＰＡが増加した場合には、ステップＰ１０に戻り、Ｃ値をさらに増分値ΔＣだけ減少させる。これを繰り返した後、ステップＰ１２の判断において電圧振幅値ＶＰＡが増加しない場合には、Ｃ値を１つ前の値（Ｃ＋ΔＣ）に戻して（ステップＰ１３）、設定を終了する。
【００８１】
このようにすることで、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、ＬＣ負荷回路のキャパシタンス値を設定することができる。さらに同様の処理を行って、ＬＣ負荷回路のインダクタンス値を設定することができる。
【００８２】
図９は、インダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、可変電流源５０の電流値ＩＡを設定することで、電圧振幅値ＶＰＡをターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔに近づける処理のフローチャートの一例である。以下では、図９に示すステップＳ１〜Ｓ９に従って電流値ＩＡを設定する処理を説明する。
【００８３】
最初に電流値ＩＡを初期値ＩＡ０に設定する（ステップＳ１）。次に、振幅検出回路３０からの検出結果に基づいて、初期値ＩＡ０の時の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＳ２）。そして電圧振幅値ＶＰＡがターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔより小さいか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００８４】
電圧振幅値ＶＰＡがターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔより小さい場合には、電流値ＩＡを増分値ΔＩＡだけ増加させ（ステップＳ４）、その後の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＳ５）。そして電圧振幅値ＶＰＡとターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さいか否かを判断する（ステップＳ６）。所定の値Ｖｅは、この処理によって実際に設定される電圧振幅値ＶＰＡとターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔとの誤差の上限を決める。電圧振幅値ＶＰＡとターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さい場合には、設定を終了する。ＶＰＡとＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さくない場合には、ステップＳ４に戻り処理を繰り返す。
【００８５】
一方、ステップＳ３の判断において、電圧振幅値ＶＰＡがターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔより小さくない場合には、電流値ＩＡを増分値ΔＩＡだけ減少させ（ステップＳ７）、その後の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＳ８）。そして電圧振幅値ＶＰＡとターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さいか否かを判断する（ステップＳ９）。電圧振幅値ＶＰＡとターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さい場合には、設定を終了する。ＶＰＡとＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さくない場合には、ステップＳ７に戻り処理を繰り返す。
【００８６】
このようにすることで、増幅信号の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づける処理を行って、可変電流源の電流値を設定することができる。
【００８７】
２．集積回路装置
図１０に、本実施形態の増幅回路を含む集積回路装置の構成例を示す。図１０の集積回路装置１００は、受信回路２００、送信回路３００、制御部３５０を含む。受信回路２００は、増幅回路（受信側）２３０、周波数変換回路２４０、フィルター２５０、復調回路２７０を含む。送信回路３００は、増幅回路（送信側）３１０、変調回路３２０、発振回路（ＰＬＬ回路）３３０を含む。
【００８８】
増幅回路（受信側）２３０は、本実施形態の増幅回路であって、アンテナ３６０から入力される受信信号を増幅する。上述したように、本実施形態の増幅回路（受信側）２３０によれば、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができるから、アンテナからの受信信号を効率良く増幅することができる。さらに受信信号の周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して電圧振幅値を極大値に近づけることができるから、広い範囲の周波数について効率良く増幅することができる。
【００８９】
周波数変換回路２４０は、受信周波数から中間周波数へ周波数変換を行う。フィルター２５０は、不要な周波数成分を除去して所望の信号を出力する。復調回路２７０は、所望波の信号を復調して必要なデータを取り出す。
【００９０】
発振回路（ＰＬＬ回路）３３０は、基準クロックから必要な周波数（搬送波周波数など）の信号を生成する。変調回路３２０は送信データに基づいて搬送波を変調（例えば周波数変調）する。
【００９１】
制御部３５０は、無線通信の制御処理や集積回路装置１００の外部の回路（ホストなど）とのデータ通信を行う。
【００９２】
増幅回路（送信側）３１０は、本実施形態の増幅回路であって、変調された送信信号を増幅して、アンテナ３６０から送信する。図１０に示す構成例では、増幅回路（送信側）３１０は、第１の増幅器３１１と、第１の増幅器３１１からの信号を増幅する第２の増幅器３１２とを含む。
【００９３】
第１の増幅器３１１が、増幅用トランジスターとＬＣ負荷回路とを含む。振幅検出回路３１３は、第１の増幅器３１１の出力信号の電圧振幅を検出する。制御回路３１４は、振幅検出回路３１３からの検出結果に基づいて、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、第１の増幅器３１１のＬＣ負荷回路のインダクタンス値（Ｌ値）及びキャパシタンス値（Ｃ値）の少なくとも一方を設定する。さらに制御回路３１４は、Ｌ値及びＣ値の少なくとも一方を設定した後に、増幅信号の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づける処理を行って、可変電流源の電流値を設定する。
【００９４】
なお、図１０の構成では、振幅検出回路３１３は、第１の増幅器３１１の出力信号の電圧振幅を検出するが、第２の増幅器３１２の出力信号の電圧振幅を検出してもよい。
【００９５】
以上説明したように、本実施形態の増幅回路を含む集積回路装置によれば、製造ばらつきや環境変動（例えば温度、電源電圧等の変動）による特性劣化を補正して、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけることができる。また使用する周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して増幅信号の電圧振幅を極大値に近づけることができるから、広い範囲の周波数について増幅効率の良い集積回路装置を実現することができる。例えば周波数ホッピング方式などの周波数を頻繁に変化させる無線方式において、増幅効率の良い無線通信機器を実現することができる。さらに電圧振幅値をターゲット振幅値に近づけることができるから、無線通信機器の用途等に応じて送信電力を適正な値に設定することが可能になる。例えば通信距離に応じて送信電力を設定したり、送信電力を小さくして受信回路のキャリブレーション用信号として利用したりすることなどが可能になる。
【００９６】
３．電子機器
図１１に、集積回路装置１００を含む電子機器４００の構成例を示す。電子機器４００は、集積回路装置１００、センサー部４１０、Ａ／Ｄ変換器４２０、記憶部４３０、ホスト４４０、操作部４５０を含む。
【００９７】
電子機器４００は、例えば温度・湿度計、脈拍計、歩数計等であって、検出したデータを無線により送信することができる。センサー部４１０は、温度センサー、湿度センサー、ジャイロセンサー、加速度センサー、フォトセンサー、圧力センサー等を含み、電子機器４００の用途に応じたセンサーが用いられる。
【００９８】
センサー部４１０は、センサーの出力信号（センサー信号）を増幅し、フィルターによりノイズを除去する。Ａ／Ｄ変換器４２０は、増幅された信号をデジタル信号に変換して集積回路装置１００へ出力する。ホスト４４０は、例えばマイクロコンピューター等で構成され、デジタル信号処理や或いは記憶部４３０に記憶された設定情報や操作部４５０からの信号に基づいて電子機器４００の制御処理を行う。記憶部４３０は、例えばフラッシュメモリーなどで構成され、設定情報や検出したデータ等を記憶する。操作部４５０は、例えばキーパッド等で構成され、使用者が電子機器４００を操作するために用いられる。
【００９９】
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語（第１の電源ノード、第２の電源ノード）と共に記載された用語（低電位側電源ノードＶＳＳ、高電位側電源ノードＶＤＤ）は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また増幅回路、集積回路装置及び電子機器の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１０ 増幅用トランジスター、２０ ＬＣ負荷回路、３０ 振幅検出回路、
４０ 制御回路、４１ Ａ／Ｄ変換器、４２ 論理回路、４３、４４ Ｄ／Ａ変換器、
５０ 可変電流源、６０ バイアス電圧設定回路、７０ インピーダンス変換回路、
１００ 集積回路装置、２００ 受信回路、２３０ 増幅回路（受信側）、
２４０ 周波数変換回路、２５０ フィルター、２７０ 復調回路、３００ 送信回路、
３１０ 増幅回路（送信側）、３１１ 第１の増幅器、３１２ 第２の増幅器、
３１３ 振幅検出回路、３１４ 制御回路、３２０ 変調回路、
３３０ 発振回路（ＰＬＬ回路）、３５０ 制御部、３６０ アンテナ、
４００ 電子機器、４１０ センサー部、４２０ Ａ／Ｄ変換器、４３０ 記憶部、
４４０ ホスト、４５０ 操作部、
ＣＡ バラクター、ＣＢ キャパシター、ＬＡ インダクター、ＮＣ 制御ノード、
ＮＰ 出力ノード、ＶＤ 検出出力電圧、ＶＰ 増幅信号、ＶＴ ＬＣ制御電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅回路、集積回路装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信機器に使用される増幅回路においては、製造ばらつきや温度、電源電圧の変動などによる増幅回路の特性劣化が問題になっている。例えば増幅回路に含まれるインダクターのインダクタンス値及びキャパシターのキャパシタンス値が、製造ばらつきや温度、電源電圧の変動などにより変化すると、使用する周波数での増幅回路のゲインが低下するなどの問題がある。
【０００３】
この課題に対して例えば特許文献１には、バラクター（電圧制御可変容量）により増幅回路の負荷インピーダンスを変化させる手法が開示されている。
【０００４】
しかしながらこの手法では、増幅回路に含まれるＬＣ負荷回路（ＬＣ共振回路）の共振周波数を変化させることができないため、広い範囲の周波数について増幅効率の良い増幅回路を実現することが難しいなどの課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０４２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路、集積回路装置及び電子機器等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、入力信号を増幅する増幅用トランジスターと、インダクター及びキャパシターにより構成され、前記インダクターのインダクタンス値及び前記キャパシターのキャパシタンス値の少なくとも一方が可変に設定されるＬＣ負荷回路と、増幅信号の電圧振幅を検出する振幅検出回路と、前記振幅検出回路の検出結果に基づいて前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定し、前記増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける制御を行う制御回路とを含む増幅回路に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。その結果、製造ばらつきや温度、電源電圧の変動などによる増幅回路の特性劣化を補正することができるから、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらに入力信号の周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して電圧振幅値を極大値に近づけることができるから、広い範囲の周波数について増幅効率の良い増幅回路を実現することが可能になる。
【０００９】
また本発明の一態様では、前記キャパシターは、第１の電源ノードと制御ノードとの間に設けられる第１のキャパシターと、前記制御ノードと前記増幅用トランジスターの出力ノードとの間に設けられる第２のキャパシターとにより構成され、前記第１のキャパシターは、前記制御ノードの電圧によりキャパシタンス値が可変に設定され、前記インダクターは、前記出力ノードと第２の電源ノードとの間に設けられてもよい。
【００１０】
このようにすれば、制御ノードの電圧により第１のキャパシターのキャパシタンス値を可変に設定することができるから、ＬＣ負荷回路の共振周波数を可変に設定することができる。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記増幅用トランジスターに電流を流すための可変電流源を含み、前記制御回路は、前記振幅検出回路の検出結果に基づいて、前記可変電流源の電流値を設定する制御を行ってもよい。
【００１２】
このようにすれば、制御回路は、振幅検出回路の検出結果に基づいて、増幅用トランジスターに流れる電流値を設定することができる。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記制御回路は、前記振幅検出回路の検出結果に基づいて、前記増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定し、前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、前記増幅信号の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づける処理を行って、前記可変電流源の電流値を設定してもよい。
【００１４】
このようにすれば、制御回路は、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。そして上記の設定後に可変電流源の電流値を設定して、増幅信号の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づけることができる。その結果、増幅回路の用途に応じて電圧振幅値を適正な値に設定することが可能になる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記増幅用トランジスターと前記ＬＣ負荷回路を有する第１の増幅器と、前記第１の増幅器からの信号を増幅する第２の増幅器とを含んでもよい。
【００１６】
このようにすれば、第１の増幅器のＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することで、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけることができる。また第２の増幅器の出力インピーダンスを一定に保つことができるから、安定したインピーダンス整合を得ることができ、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路を実現することが可能になる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記振幅検出回路が電圧振幅を検出する前記増幅信号は、前記第１の増幅器の出力信号であってもよい。
【００１８】
このようにすれば、第１の増幅器の出力信号の電圧振幅を極大値に近づけるように、第１の増幅器のＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。
【００１９】
また本発明の一態様では、前記振幅検出回路が電圧振幅を検出する前記増幅信号は、前記第２の増幅器の出力信号であってもよい。
【００２０】
このようにすれば、第２の増幅器の出力信号の電圧振幅を極大値に近づけるように、第１の増幅器のＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。
【００２１】
また本発明の一態様では、前記振幅検出回路は、前記出力ノードと入力ノードとの間に設けられるＡＣ結合キャパシターと、前記入力ノードにバイアス電圧を印加するバイアス電圧設定回路と、第２の電源ノードと検出ノードとの間に設けられ、前記入力ノードの電圧によりゲートが制御される振幅検出トランジスターと、前記検出ノードと第１の電源ノードとの間に設けられる振幅検出用電流源と、前記検出ノードと前記第１の電源ノードとの間に設けられる平滑用キャパシターと、前記検出ノードの電圧を受け、前記検出ノードの電圧のインピーダンス変換を行い、前記制御回路へ出力するインピーダンス変換回路とを含んでもよい。
【００２２】
このようにすれば、検出ノードには増幅信号と振幅が等しい交流電圧が生じ、その交流電圧が平滑化されることで、増幅信号の電圧振幅に応じた電圧が検出ノードに生じる。さらに検出ノードの電圧を、インピーダンス変換回路により、低インピーダンスに変換することで、検出結果信号を出力することができる。
【００２３】
また本発明の一態様では、前記バイアス電圧をＶＢＩＡＳとし、前記振幅検出トランジスターのしきい値電圧をＶＴＨとした場合に、前記振幅検出回路は、前記増幅信号の電圧振幅が増加するにつれて電圧ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨからの変化電圧が増加する検出結果信号を出力してもよい。
【００２４】
このようにすれば、検出結果の電圧と電圧ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨとの電圧差から増幅信号の電圧振幅値を求めることができる。
【００２５】
本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の増幅回路を有する送信回路を含む集積回路装置に関係する。
【００２６】
本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の増幅回路を有する受信回路を含む集積回路装置に関係する。
【００２７】
本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の集積回路装置を含む電子機器に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】増幅回路の第１の構成例。
【図２】振幅検出回路の構成例。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、振幅検出回路の動作を説明する図。
【図４】増幅回路の第２の構成例。
【図５】振幅検出回路の別の構成例。
【図６】振幅検出回路の動作を説明する図。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、増幅信号の電圧振幅の周波数特性の一例。
【図８】Ｌ値、Ｃ値を設定する処理のフローチャートの一例。
【図９】可変電流源の電流値を設定する処理のフローチャートの一例。
【図１０】集積回路装置の構成例。
【図１１】電子機器の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３０】
１．増幅回路
図１に、本実施形態の増幅回路の第１の構成例を示す。本実施形態の増幅回路は、増幅用トランジスター１０、ＬＣ負荷回路２０、振幅検出回路３０及び制御回路４０を含む。増幅用トランジスター１０は、カスコード接続された２つのＮ型トランジスターＴ１、Ｔ２により構成され、入力信号を増幅する。バイアス電圧ＶＢ１、ＶＢ２は、それぞれトランジスターＴ１、Ｔ２のゲート電圧を適正な電圧値に設定するためのものである。
【００３１】
なお、本実施形態の増幅回路は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。例えば、増幅用トランジスター１０は、１個のトランジスターで構成してもよいし、またＰ型トランジスターで構成することもできる。
【００３２】
ＬＣ負荷回路２０は、インダクター及びキャパシターにより構成され、インダクターのインダクタンス値及びキャパシターのキャパシタンス値の少なくとも一方が可変に設定される。具体的には、ＬＣ負荷回路２０は、例えばバラクター（バリキャップ、電圧制御可変容量）ＣＡ（広義には第１のキャパシター）、キャパシターＣＢ（広義には第２のキャパシター）及びインダクター（コイル）ＬＡを含む。
【００３３】
バラクターＣＡは、低電位側電源ノードＶＳＳ（広義には第１の電源ノード）と制御ノードＮＣとの間に設けられ、制御ノードＮＣの電圧によりキャパシタンス値（容量値）が可変に設定される。バラクターＣＡのキャパシタンス値を変化させることで、ＬＣ負荷回路２０の共振周波数が変化するから、ＬＣ負荷回路２０の周波数特性が変化する。
【００３４】
キャパシターＣＢは、直流成分を遮断するためのもので、制御ノードＮＣと増幅用トランジスター１０の出力ノードＮＰとの間に設けられる。またインダクターＬＡは、出力ノードＮＰと高電位側電源ノードＶＤＤ（広義には第２の電源ノード）との間に設けられる。
【００３５】
振幅検出回路３０は、増幅信号ＶＰの電圧振幅を検出し、検出結果として検出出力電圧ＶＤを出力する。この振幅検出回路３０の詳細な構成例については、図２で説明する。
【００３６】
制御回路４０は、振幅検出回路３０の検出結果に基づいて、増幅信号ＶＰの電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、インダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定する制御を行う。
【００３７】
例えば図１では、制御回路４０は、制御ノードＮＣに印加されるＬＣ制御電圧ＶＴを変化させることで、バラクターＣＡのキャパシタンス値を設定する。制御回路４０は、Ａ／Ｄ変換器４１、論理回路４２及びＤ／Ａ変換器４３で構成することができる。Ａ／Ｄ変換器４１はアナログデータである検出出力電圧ＶＤ（検出結果）をデジタルデータに変換し、論理回路４２は変換されたデジタルデータに基づいて処理を行う。Ｄ／Ａ変換器４３は論理回路４２の出力に基づいてＬＣ制御電圧ＶＴを生成し出力する。
【００３８】
このようにすることで、増幅信号ＶＰの電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路２０のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。その結果、製造ばらつきや環境変動（例えば温度、電源電圧等の変動）による増幅回路の特性劣化を補正することができるから、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらに入力信号の周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して電圧振幅値を極大値に近づけることができるから、広い範囲の周波数について増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。
【００３９】
また、ＬＣ負荷回路の共振周波数を可変に設定することで、負荷インピーダンスを可変に設定する従来の手法と比較して、増幅用トランジスターの限られた素子能力の範囲で、比較的高い増幅効率を得ることができるという利点がある。あるいは、同等の素子性能であれば、より高い周波数まで動作させることができるという利点がある。
【００４０】
図２に、本実施形態の振幅検出回路３０の構成例を示す。振幅検出回路３０は、ＡＣ結合キャパシターＣＣ、バイアス電圧設定回路６０、振幅検出トランジスターＴＡ、振幅検出用電流源ＩＳ、平滑用キャパシターＣＦ及びインピーダンス変換回路７０を含む。
【００４１】
なお、本実施形態の振幅検出回路は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００４２】
ＡＣ結合キャパシターＣＣは、出力ノードＮＰと入力ノードＮＩとの間に設けられ、増幅信号ＶＰの交流成分を通過させる。バイアス電圧設定回路６０は、入力ノードＮＩにバイアス電圧ＶＢＩＡＳを印加するためのものである。
【００４３】
振幅検出トランジスターＴＡは、高電位側電源ノードＶＤＤ（広義には第２の電源ノード）と検出ノードＮＱとの間に設けられ、入力ノードＮＩの電圧によりゲートが制御される。バイアス電圧ＶＢＩＡＳにより、入力ノードＮＩの電圧を振幅検出トランジスターＴＡが動作可能な電圧値に設定することができる。こうすることで、検出ノードＮＱには、ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨ（ＶＴＨはＴＡのしきい値電圧）を中心電圧として、増幅信号ＶＰと振幅が等しい交流電圧が生じる。
【００４４】
振幅検出用電流源ＩＳは、検出ノードＮＱと低電位側電源ノードＶＳＳ（広義には第１の電源ノード）との間に設けられる。振幅検出用電流源ＩＳは、振幅検出トランジスターＴＡのドレイン電流を確保するためのものである。
【００４５】
平滑用キャパシターＣＦは、検出ノードＮＱと低電位側電源ノードＶＳＳとの間に設けられる。平滑用キャパシターＣＦにより、検出ノードＮＱの電圧が平滑化されることで、増幅信号ＶＰの電圧振幅に応じた電圧が検出ノードＮＱに生じる。
【００４６】
インピーダンス変換回路７０は、検出ノードＮＱの電圧を受け、検出ノードＮＱの電圧のインピーダンス変換を行い、制御回路４０へ検出出力電圧ＶＤを出力する。検出ノードＮＱに発生する信号は高インピーダンスなので、これをインピーダンス変換回路７０により低インピーダンスに変換して、制御回路４０へ出力する。インピーダンス変換回路７０は、例えば図２に示すように、ボルテージフォロワー接続のオペアンプＯＰＡで構成することができる。
【００４７】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、振幅検出回路３０の動作を説明する図である。図３（Ａ）に、増幅信号ＶＰ、入力ノードＮＩの電圧Ｖ（ＮＩ）及び検出ノードＮＱの電圧Ｖ（ＮＱ）（検出出力電圧ＶＤ）の波形の一例を示す。入力ノードＮＩには、増幅信号ＶＰに応じて、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを中心電圧とする交流電圧が生じる。そして検出ノードＮＱには、ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨを中心電圧とする交流信号を平滑化した電圧が出力される。この平滑化された電圧が、検出出力電圧ＶＤとして出力される。
【００４８】
例えば、ＶＰの電圧振幅が大きい場合には、図３（Ａ）のＣ１、Ｃ２、Ｃ３に示す波形になり、ＶＰの電圧振幅が小さい場合には、図３（Ａ）のＤ１、Ｄ２、Ｄ３に示す波形になる。なお、増幅信号の周波数が十分高ければ、平滑化によってほぼ一定の電圧値が出力される。
【００４９】
図３（Ｂ）に、検出出力電圧ＶＤと増幅信号ＶＰの電圧振幅との関係の一例を示す。図３（Ｂ）に示すように、振幅検出回路３０は、増幅信号ＶＰの電圧振幅が増加するにつれて電圧ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨからの変化電圧が増加する信号を、検出出力電圧ＶＤ（広義には検出結果信号）として出力する。このようにすれば、検出出力電圧ＶＤとＶＢＩＡＳ−ＶＴＨとの電圧差から増幅信号ＶＰの電圧振幅値を求めることができる。
【００５０】
例えば、ＶＰの電圧振幅が大きい場合には、図３（Ｂ）のＣ４に示す電圧が出力され、ＶＰの電圧振幅が小さい場合には、図３（Ｂ）のＤ４に示す電圧が出力される。
【００５１】
なお、増幅信号ＶＰの電圧振幅が大きい場合に、図３（Ｂ）の破線で示すように検出出力電圧ＶＤが飽和することがある。しかし、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを適正な電圧に設定することで、ＶＤの飽和を回避することができる。
【００５２】
図４に、本実施形態の増幅回路の第２の構成例を示す。第２の構成例の増幅回路は、差動入力信号を増幅する。第２の構成例の増幅回路は、増幅用トランジスター１０、ＬＣ負荷回路２０、振幅検出回路３０、制御回路４０及び可変電流源５０を含む。
【００５３】
増幅用トランジスター１０は、カスコード接続のＮ型トランジスターＴ１１、Ｔ１２及びＴ２１、Ｔ２２を含む。また、ＬＣ負荷回路２０は、バラクターＣＡ１、ＣＡ２（広義には第１のキャパシター）、キャパシターＣＢ１、ＣＢ２（広義には第２のキャパシター）及びインダクター（コイル）ＬＢを含む。
【００５４】
バラクターＣＡ１は、低電位側電源ノードＶＳＳ（広義には第１の電源ノード）と制御ノードＮＣ１との間に設けられ、制御ノードＮＣ１の電圧によりキャパシタンス値（容量値）が可変に設定される。キャパシターＣＢ１は、直流成分を遮断するためのもので、制御ノードＮＣ１と増幅用トランジスター１０の出力ノードＮＰ１との間に設けられる。またインダクターＬＢは、出力ノードＮＰ１と別の出力ノードＮＰ２との間に設けられ、インダクターＬＢの中間タップは、高電位側電源ノードＶＤＤ（広義には第２の電源ノード）に接続される。
【００５５】
バラクターＣＡ２は、低電位側電源ノードＶＳＳと制御ノードＮＣ２との間に設けられ、制御ノードＮＣ２の電圧によりキャパシタンス値（容量値）が可変に設定される。キャパシターＣＢ２は、直流成分を遮断するためのもので、制御ノードＮＣ２と増幅用トランジスター１０の出力ノードＮＰ２との間に設けられる。
【００５６】
２つのバラクターＣＡ１、ＣＡ２のキャパシタンス値を変化させることで、ＬＣ負荷回路２０の共振周波数が変化するから、ＬＣ負荷回路２０の周波数特性が変化する。
【００５７】
振幅検出回路３０は、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅を検出し、検出結果として検出出力電圧ＶＤを出力する。この振幅検出回路３０の詳細な構成例については、図５で説明する。
【００５８】
制御回路４０は、振幅検出回路３０の検出結果に基づいて、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、インダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定する制御を行う。例えば図４では、制御回路４０は、制御ノードＮＣ１、ＮＣ２に印加されるＬＣ制御電圧ＶＴを変化させることで、バラクターＣＡ１、ＣＡ２のキャパシタンス値を設定する。
【００５９】
さらに制御回路４０は、インダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づける処理を行って、可変電流源５０の電流値ＩＡを設定する制御を行う。例えば図４では、制御回路４０は、電流源制御電圧ＶＡを変化させることで、可変電流源５０の電流値ＩＡを設定する制御を行う。具体的には、電流源制御電圧ＶＡを上昇させることで電流値ＩＡが増加し、電流値ＩＡが増加することで、増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値が増加する。逆に電流源制御電圧ＶＡを低下させることで電流値ＩＡが減少し、電流値ＩＡが減少することで、増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値が減少する。
【００６０】
制御回路４０は、Ａ／Ｄ変換器４１、論理回路４２及びＤ／Ａ変換器４３、４４で構成することができる。Ａ／Ｄ変換器４１はアナログデータである検出出力電圧ＶＤ（検出結果）をデジタルデータに変換し、論理回路４２は変換されたデジタルデータに基づいて処理を行う。Ｄ／Ａ変換器４３は論理回路４２の出力に基づいて電流源制御電圧ＶＡを生成し出力し、Ｄ／Ａ変換器４４は論理回路４２の出力に基づいてＬＣ制御電圧ＶＴを生成し出力する。
【００６１】
可変電流源５０は、増幅用トランジスター１０に電流を流すためのものであり、例えば図４に示すようにトランジスターＴ３１で構成される。Ｔ３１のゲートに印加される電流源制御電圧ＶＡを変化させることで、可変電流源５０の電流値ＩＡを可変に設定することができる。なお、可変電流源５０は、図４に示す構成に限定されるものではなく、例えば複数個のカレントミラー回路を設けて、それらの接続をスイッチ素子等により切り換える構成にしてもよい。
【００６２】
このようにすることで、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路２０のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。その結果、製造ばらつきや環境変動（例えば温度、電源電圧等の変動）による増幅回路の特性劣化を補正することができるから、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらに入力信号の周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して電圧振幅値を極大値に近づけることができるから、広い範囲の周波数について増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらにインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、電圧振幅値をターゲット振幅値に近づけることができるから、増幅回路の用途に応じて電圧振幅値を適正な値に設定することが可能になる。
【００６３】
図５に、本実施形態の振幅検出回路３０の別の構成例を示す。図５に示す振幅検出回路３０は、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅を検出する回路であって、ＡＣ結合キャパシターＣＣ１、ＣＣ２、バイアス電圧設定回路６０、振幅検出トランジスターＴＡ１、ＴＡ２、振幅検出用電流源ＩＳ、平滑用キャパシターＣＦ及びインピーダンス変換回路７０を含む。
【００６４】
ＡＣ結合キャパシターＣＣ１、ＣＣ２は、出力ノードＮＰ１と入力ノードＮＩ１との間、及び出力ノードＮＰ２と入力ノードＮＩ２との間に各々設けられ、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の交流成分を通過させる。バイアス電圧設定回路６０は、入力ノードＮＩ１、ＮＩ２にバイアス電圧ＶＢＩＡＳを印加するためのものである。
【００６５】
振幅検出トランジスターＴＡ１、ＴＡ２は、高電位側電源ノードＶＤＤ（広義には第２の電源ノード）と検出ノードＮＱとの間に設けられる。入力ノードＮＩ１の電圧によりＴＡ１のゲートが制御され、入力ノードＮＩ２の電圧によりＴＡ２のゲートが制御される。バイアス電圧ＶＢＩＡＳにより、入力ノードＮＩ１、ＮＩ２の電圧を振幅検出トランジスターＴＡ１、ＴＡ２が動作可能な電圧値に設定することができる。こうすることで、検出ノードＮＱには、ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨ（ＶＴＨはＴＡ１、ＴＡ２のしきい値電圧）を中心電圧として、増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２と振幅が等しい交流電圧が生じる。
【００６６】
振幅検出用電流源ＩＳは、検出ノードＮＱと低電位側電源ノードＶＳＳ（広義には第１の電源ノード）との間に設けられる。振幅検出用電流源ＩＳは、振幅検出トランジスターＴＡ１、ＴＡ２のドレイン電流を確保するためのものである。
【００６７】
平滑用キャパシターＣＦは、検出ノードＮＱと低電位側電源ノードＶＳＳとの間に設けられる。平滑用キャパシターＣＦにより、検出ノードＮＱの電圧が平滑化されることで、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅に応じた電圧が検出ノードＮＱに生じる。
【００６８】
インピーダンス変換回路７０は、検出ノードＮＱの電圧を受け、インピーダンスを変換して、制御回路４０へ検出出力電圧ＶＤを出力する。検出ノードＮＱに発生する信号は高インピーダンスなので、これをインピーダンス変換回路７０により低インピーダンスに変換して、制御回路４０へ出力する。インピーダンス変換回路７０は、例えば図２に示すように、ボルテージフォロワー接続のオペアンプＯＰＡで構成することができる。
【００６９】
図６は、振幅検出回路３０（図５）の動作を説明する図であり、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２、入力ノードＮＩ１、ＮＩ２の各電圧Ｖ（ＮＩ１）、Ｖ（ＮＩ２）及び検出ノードＮＱの電圧Ｖ（ＮＱ）（検出出力電圧ＶＤ）の波形の一例を示す。入力ノードＮＩ１には、増幅信号ＶＰ１に応じて、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを中心電圧とする交流電圧が生じる。同様に、入力ノードＮＩ２には、増幅信号ＶＰ２に応じて、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを中心電圧とする交流電圧が生じる。そして検出ノードＮＱには、ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨを基準電圧とする平滑化した電圧が出力される。この平滑化された電圧が、検出出力電圧ＶＤとして出力される。
【００７０】
例えば、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅が大きい場合（図６のＥ１、Ｅ３）には、入力ノードＮＩ１、ＮＩ２の各電圧Ｖ（ＮＩ１）、Ｖ（ＮＩ２）は、図６のＥ２、Ｅ４に示す波形になり、ＮＱの電圧Ｖ（ＮＱ）は図６のＥ５に示す波形になる。一方、差動増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅が小さい場合（図６のＦ１、Ｆ３）には、図６のＦ２、Ｆ４に示す波形になり、ＮＱの電圧Ｖ（ＮＱ）すなわち検出出力電圧ＶＤは、図６のＦ５に示す波形になる。なお、増幅信号の周波数が十分高ければ、平滑化によってほぼ一定の電圧値が出力される。
【００７１】
このようにして得られる検出出力電圧ＶＤと増幅信号ＶＰの電圧振幅との関係は、図３（Ｂ）に示すものと同様である。振幅検出回路３０は、増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅の増加に従ってＶＢＩＡＳ−ＶＴＨである電圧からの変化電圧が増加する信号を、検出出力電圧ＶＤ（広義には検出結果）として出力する。このようにすれば、検出出力電圧ＶＤとＶＢＩＡＳ−ＶＴＨとの電圧差から増幅信号ＶＰ１、ＶＰ２の電圧振幅値を求めることができる。
【００７２】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）に、増幅信号の電圧振幅の周波数特性の一例を示す。図７（Ａ）は、ＬＣ負荷回路２０のインダクタンス値（Ｌ値）及びキャパシタンス値（Ｃ値）の少なくとも一方を設定する前の周波数特性（破線で示す）及び設定した後の周波数特性（実線で示す）である。
【００７３】
例えば、Ｌ値及びＣ値の少なくとも一方を設定する前では、使用する周波数（搬送波の周波数）ｆｃにおける電圧振幅値は、図７（Ａ）のＡ１に示す値である。制御回路４０は、振幅検出回路３０の検出結果に基づいて、電圧振幅値を極大値に近づけるようにＬ値及びＣ値の少なくとも一方を設定する。具体的には、ＬＣ負荷回路２０のＬ値及びＣ値の少なくとも一方を減少させる制御を行うことで、ＬＣ負荷回路２０の共振周波数が高い方へシフトする。その結果、ｆｃにおける電圧振幅値は極大値に近づき、例えば図７（Ａ）のＡ２に示す値になる。
【００７４】
また、図示していないが、設定前の共振周波数が使用する周波数ｆｃよりも高い場合には、ＬＣ負荷回路２０のＬ値及びＣ値の少なくとも一方を増加させる制御を行うことで、
ＬＣ負荷回路２０の共振周波数が低い方へシフトする。その結果、ｆｃにおける電圧振幅値は、極大値に近づく。
【００７５】
図７（Ｂ）は、上記の設定後に可変電流源５０の電流値ＩＡを変化させた時の電圧振幅値の周波数特性である。例えば、ＬＣ負荷回路２０のＬ値及びＣ値の少なくとも一方を設定した時のｆｃにおける電圧振幅値は、図７（Ｂ）のＢ１に示す値である。可変電流源５０の電流値ＩＡを増加させることで、増幅回路のゲインが増加するから、ｆｃにおける電圧振幅値は増加し、例えば図７（Ｂ）のＢ２に示す値になる。逆に可変電流源５０の電流値ＩＡを減少させることで、増幅回路のゲインが減少するから、ｆｃにおける電圧振幅値は減少し、例えば図７（Ｂ）のＢ３に示す値になる。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態の増幅回路によれば、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができる。その結果、製造ばらつきや環境変動（例えば温度、電源電圧等の変動）による増幅回路の特性劣化を補正することができるから、特性が安定し、増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらに入力信号の周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して電圧振幅値を極大値に設定することができるから、広い範囲の周波数について増幅効率の良い増幅回路を実現することができる。さらにインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、可変電流源の電流値を設定することで、電圧振幅値をターゲット振幅値に近づけることができるから、増幅回路の用途に応じて電圧振幅値を適正な値に設定することが可能になる。
【００７７】
図８は、上述したインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定する処理のフローチャートの一例である。図８では、例としてキャパシタンス値（Ｃ値）を設定する場合を示しているが、インダクタンス値（Ｌ値）を設定する場合も同様の制御フローになる。以下では、図８に示すステップＰ１〜Ｐ１３に従ってＣ値を設定する処理を説明する。
【００７８】
最初にＣ値を初期値Ｃ０に設定する（ステップＰ１）。次に、振幅検出回路３０からの検出結果に基づいて、初期値Ｃ０の時の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＰ２）。次にＣ値を増分値ΔＣだけ増加させ（ステップＰ３）、その後の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＰ４）。そして電圧振幅値ＶＰＡが増加したか否かを判断する（ステップＰ５）。
【００７９】
電圧振幅値ＶＰＡが増加した場合には、Ｃ値をさらに増分値ΔＣだけ増加させ（ステップＰ６）、その後の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＰ７）。そして電圧振幅値ＶＰＡが増加したか否かを判断する（ステップＰ８）。電圧振幅値ＶＰＡが増加した場合には、ステップＰ６に戻り、Ｃ値をさらに増分値ΔＣだけ増加させる。これを繰り返した後、ステップＰ８の判断において電圧振幅値ＶＰＡが増加しない場合には、Ｃ値を１つ前の値（Ｃ−ΔＣ）に戻して（ステップＰ９）、設定を終了する。
【００８０】
一方、ステップＰ５の判断において、電圧振幅値ＶＰＡが増加しない場合には、Ｃ値を増分値ΔＣだけ減少させ（ステップＰ１０）、その後の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＰ１１）。そして電圧振幅値ＶＰＡが増加したか否かを判断する（ステップＰ１２）。電圧振幅値ＶＰＡが増加した場合には、ステップＰ１０に戻り、Ｃ値をさらに増分値ΔＣだけ減少させる。これを繰り返した後、ステップＰ１２の判断において電圧振幅値ＶＰＡが増加しない場合には、Ｃ値を１つ前の値（Ｃ＋ΔＣ）に戻して（ステップＰ１３）、設定を終了する。
【００８１】
このようにすることで、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、ＬＣ負荷回路のキャパシタンス値を設定することができる。さらに同様の処理を行って、ＬＣ負荷回路のインダクタンス値を設定することができる。
【００８２】
図９は、インダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、可変電流源５０の電流値ＩＡを設定することで、電圧振幅値ＶＰＡをターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔに近づける処理のフローチャートの一例である。以下では、図９に示すステップＳ１〜Ｓ９に従って電流値ＩＡを設定する処理を説明する。
【００８３】
最初に電流値ＩＡを初期値ＩＡ０に設定する（ステップＳ１）。次に、振幅検出回路３０からの検出結果に基づいて、初期値ＩＡ０の時の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＳ２）。そして電圧振幅値ＶＰＡがターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔより小さいか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００８４】
電圧振幅値ＶＰＡがターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔより小さい場合には、電流値ＩＡを増分値ΔＩＡだけ増加させ（ステップＳ４）、その後の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＳ５）。そして電圧振幅値ＶＰＡとターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さいか否かを判断する（ステップＳ６）。所定の値Ｖｅは、この処理によって実際に設定される電圧振幅値ＶＰＡとターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔとの誤差の上限を決める。電圧振幅値ＶＰＡとターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さい場合には、設定を終了する。ＶＰＡとＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さくない場合には、ステップＳ４に戻り処理を繰り返す。
【００８５】
一方、ステップＳ３の判断において、電圧振幅値ＶＰＡがターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔより小さくない場合には、電流値ＩＡを増分値ΔＩＡだけ減少させ（ステップＳ７）、その後の電圧振幅値ＶＰＡを取得する（ステップＳ８）。そして電圧振幅値ＶＰＡとターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さいか否かを判断する（ステップＳ９）。電圧振幅値ＶＰＡとターゲット振幅値ＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さい場合には、設定を終了する。ＶＰＡとＶＰＡｓｅｔとの差が所定の値Ｖｅより小さくない場合には、ステップＳ７に戻り処理を繰り返す。
【００８６】
このようにすることで、増幅信号の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づける処理を行って、可変電流源の電流値を設定することができる。
【００８７】
２．集積回路装置
図１０に、本実施形態の増幅回路を含む集積回路装置の構成例を示す。図１０の集積回路装置１００は、受信回路２００、送信回路３００、制御部３５０を含む。受信回路２００は、増幅回路（受信側）２３０、周波数変換回路２４０、フィルター２５０、復調回路２７０を含む。送信回路３００は、増幅回路（送信側）３１０、変調回路３２０、発振回路（ＰＬＬ回路）３３０を含む。
【００８８】
増幅回路（受信側）２３０は、本実施形態の増幅回路であって、アンテナ３６０から入力される受信信号を増幅する。上述したように、本実施形態の増幅回路（受信側）２３０によれば、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけるように、ＬＣ負荷回路のインダクタンス値及びキャパシタンス値の少なくとも一方を設定することができるから、アンテナからの受信信号を効率良く増幅することができる。さらに受信信号の周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して電圧振幅値を極大値に近づけることができるから、広い範囲の周波数について効率良く増幅することができる。
【００８９】
周波数変換回路２４０は、受信周波数から中間周波数へ周波数変換を行う。フィルター２５０は、不要な周波数成分を除去して所望の信号を出力する。復調回路２７０は、所望波の信号を復調して必要なデータを取り出す。
【００９０】
発振回路（ＰＬＬ回路）３３０は、基準クロックから必要な周波数（搬送波周波数など）の信号を生成する。変調回路３２０は送信データに基づいて搬送波を変調（例えば周波数変調）する。
【００９１】
制御部３５０は、無線通信の制御処理や集積回路装置１００の外部の回路（ホストなど）とのデータ通信を行う。
【００９２】
増幅回路（送信側）３１０は、本実施形態の増幅回路であって、変調された送信信号を増幅して、アンテナ３６０から送信する。図１０に示す構成例では、増幅回路（送信側）３１０は、第１の増幅器３１１と、第１の増幅器３１１からの信号を増幅する第２の増幅器３１２とを含む。
【００９３】
第１の増幅器３１１が、増幅用トランジスターとＬＣ負荷回路とを含む。振幅検出回路３１３は、第１の増幅器３１１の出力信号の電圧振幅を検出する。制御回路３１４は、振幅検出回路３１３からの検出結果に基づいて、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、第１の増幅器３１１のＬＣ負荷回路のインダクタンス値（Ｌ値）及びキャパシタンス値（Ｃ値）の少なくとも一方を設定する。さらに制御回路３１４は、Ｌ値及びＣ値の少なくとも一方を設定した後に、増幅信号の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づける処理を行って、可変電流源の電流値を設定する。
【００９４】
なお、図１０の構成では、振幅検出回路３１３は、第１の増幅器３１１の出力信号の電圧振幅を検出するが、第２の増幅器３１２の出力信号の電圧振幅を検出してもよい。
【００９５】
以上説明したように、本実施形態の増幅回路を含む集積回路装置によれば、製造ばらつきや環境変動（例えば温度、電源電圧等の変動）による特性劣化を補正して、増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づけることができる。また使用する周波数が変化する場合でも、その変化した周波数に対して増幅信号の電圧振幅を極大値に近づけることができるから、広い範囲の周波数について増幅効率の良い集積回路装置を実現することができる。例えば周波数ホッピング方式などの周波数を頻繁に変化させる無線方式において、増幅効率の良い無線通信機器を実現することができる。さらに電圧振幅値をターゲット振幅値に近づけることができるから、無線通信機器の用途等に応じて送信電力を適正な値に設定することが可能になる。例えば通信距離に応じて送信電力を設定したり、送信電力を小さくして受信回路のキャリブレーション用信号として利用したりすることなどが可能になる。
【００９６】
３．電子機器
図１１に、集積回路装置１００を含む電子機器４００の構成例を示す。電子機器４００は、集積回路装置１００、センサー部４１０、Ａ／Ｄ変換器４２０、記憶部４３０、ホスト４４０、操作部４５０を含む。
【００９７】
電子機器４００は、例えば温度・湿度計、脈拍計、歩数計等であって、検出したデータを無線により送信することができる。センサー部４１０は、温度センサー、湿度センサー、ジャイロセンサー、加速度センサー、フォトセンサー、圧力センサー等を含み、電子機器４００の用途に応じたセンサーが用いられる。
【００９８】
センサー部４１０は、センサーの出力信号（センサー信号）を増幅し、フィルターによりノイズを除去する。Ａ／Ｄ変換器４２０は、増幅された信号をデジタル信号に変換して集積回路装置１００へ出力する。ホスト４４０は、例えばマイクロコンピューター等で構成され、デジタル信号処理や或いは記憶部４３０に記憶された設定情報や操作部４５０からの信号に基づいて電子機器４００の制御処理を行う。記憶部４３０は、例えばフラッシュメモリーなどで構成され、設定情報や検出したデータ等を記憶する。操作部４５０は、例えばキーパッド等で構成され、使用者が電子機器４００を操作するために用いられる。
【００９９】
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語（第１の電源ノード、第２の電源ノード）と共に記載された用語（低電位側電源ノードＶＳＳ、高電位側電源ノードＶＤＤ）は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また増幅回路、集積回路装置及び電子機器の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１０ 増幅用トランジスター、２０ ＬＣ負荷回路、３０ 振幅検出回路、
４０ 制御回路、４１ Ａ／Ｄ変換器、４２ 論理回路、４３、４４ Ｄ／Ａ変換器、
５０ 可変電流源、６０ バイアス電圧設定回路、７０ インピーダンス変換回路、
１００ 集積回路装置、２００ 受信回路、２３０ 増幅回路（受信側）、
２４０ 周波数変換回路、２５０ フィルター、２７０ 復調回路、３００ 送信回路、
３１０ 増幅回路（送信側）、３１１ 第１の増幅器、３１２ 第２の増幅器、
３１３ 振幅検出回路、３１４ 制御回路、３２０ 変調回路、
３３０ 発振回路（ＰＬＬ回路）、３５０ 制御部、３６０ アンテナ、
４００ 電子機器、４１０ センサー部、４２０ Ａ／Ｄ変換器、４３０ 記憶部、
４４０ ホスト、４５０ 操作部、
ＣＡ バラクター、ＣＢ キャパシター、ＬＡ インダクター、ＮＣ 制御ノード、
ＮＰ 出力ノード、ＶＤ 検出出力電圧、ＶＰ 増幅信号、ＶＴ ＬＣ制御電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅する増幅用トランジスターと、
インダクター及びキャパシターにより構成され、前記インダクターのインダクタンス値及び前記キャパシターのキャパシタンス値の少なくとも一方が可変に設定されるＬＣ負荷回路と、
増幅信号の電圧振幅を検出する振幅検出回路と、
前記振幅検出回路の検出結果に基づいて前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定し、前記増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける制御を行う制御回路とを含むことを特徴とする増幅回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記キャパシターは、第１の電源ノードと制御ノードとの間に設けられる第１のキャパシターと、前記制御ノードと前記増幅用トランジスターの出力ノードとの間に設けられる第２のキャパシターとにより構成され、
前記第１のキャパシターは、前記制御ノードの電圧によりキャパシタンス値が可変に設定され、
前記インダクターは、前記出力ノードと第２の電源ノードとの間に設けられることを特徴とする増幅回路。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記増幅用トランジスターに電流を流すための可変電流源を含み、
前記制御回路は、前記振幅検出回路の検出結果に基づいて、前記可変電流源の電流値を設定する制御を行うことを特徴とする増幅回路。
【請求項４】
請求項３において、
前記制御回路は、
前記振幅検出回路の検出結果に基づいて、前記増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定し、
前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、前記増幅信号の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づける処理を行って、前記可変電流源の電流値を設定することを特徴とする増幅回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記増幅用トランジスターと前記ＬＣ負荷回路を有する第１の増幅器と、
前記第１の増幅器からの信号を増幅する第２の増幅器とを含むことを特徴とする増幅回路。
【請求項６】
請求項５において、
前記振幅検出回路が電圧振幅を検出する前記増幅信号は、前記第１の増幅器の出力信号であることを特徴とする増幅回路。
【請求項７】
請求項５において、
前記振幅検出回路が電圧振幅を検出する前記増幅信号は、前記第２の増幅器の出力信号であることを特徴とする増幅回路。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記振幅検出回路は、
前記出力ノードと入力ノードとの間に設けられるＡＣ結合キャパシターと、
前記入力ノードにバイアス電圧を印加するバイアス電圧設定回路と、
第２の電源ノードと検出ノードとの間に設けられ、前記入力ノードの電圧によりゲートが制御される振幅検出トランジスターと、
前記検出ノードと第１の電源ノードとの間に設けられる振幅検出用電流源と、
前記検出ノードと前記第１の電源ノードとの間に設けられる平滑用キャパシターと、
前記検出ノードの電圧を受け、前記検出ノードの電圧のインピーダンス変換を行い、前記制御回路へ出力するインピーダンス変換回路とを含むことを特徴とする増幅回路。
【請求項９】
請求項８において、
前記バイアス電圧をＶＢＩＡＳとし、前記振幅検出トランジスターのしきい値電圧をＶＴＨとした場合に、
前記振幅検出回路は、
前記増幅信号の電圧振幅が増加するにつれて電圧ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨからの変化電圧が増加する検出結果信号を出力することを特徴とする増幅回路。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の増幅回路を有する送信回路を含むことを特徴とする集積回路装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれかに記載の増幅回路を有する受信回路を含むことを特徴とする集積回路装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の集積回路装置を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
入力信号を増幅する増幅用トランジスターと、
インダクター及びキャパシターにより構成され、前記インダクターのインダクタンス値及び前記キャパシターのキャパシタンス値の少なくとも一方が可変に設定されるＬＣ負荷回路と、
増幅信号の電圧振幅を検出する振幅検出回路と、
前記振幅検出回路の検出結果に基づいて前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定し、前記増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける制御を行う制御回路とを含むことを特徴とする増幅回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記キャパシターは、第１の電源ノードと制御ノードとの間に設けられる第１のキャパシターと、前記制御ノードと前記増幅用トランジスターの出力ノードとの間に設けられる第２のキャパシターとにより構成され、
前記第１のキャパシターは、前記制御ノードの電圧によりキャパシタンス値が可変に設定され、
前記インダクターは、前記出力ノードと第２の電源ノードとの間に設けられることを特徴とする増幅回路。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記増幅用トランジスターに電流を流すための可変電流源を含み、
前記制御回路は、前記振幅検出回路の検出結果に基づいて、前記可変電流源の電流値を設定する制御を行うことを特徴とする増幅回路。
【請求項４】
請求項３において、
前記制御回路は、
前記振幅検出回路の検出結果に基づいて、前記増幅信号の電圧振幅値を極大値に近づける処理を行って、前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定し、
前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値の少なくとも一方を設定した後に、前記増幅信号の電圧振幅値をターゲット振幅値に近づける処理を行って、前記可変電流源の電流値を設定することを特徴とする増幅回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記増幅用トランジスターと前記ＬＣ負荷回路を有する第１の増幅器と、
前記第１の増幅器からの信号を増幅する第２の増幅器とを含むことを特徴とする増幅回路。
【請求項６】
請求項５において、
前記振幅検出回路が電圧振幅を検出する前記増幅信号は、前記第１の増幅器の出力信号であることを特徴とする増幅回路。
【請求項７】
請求項５において、
前記振幅検出回路が電圧振幅を検出する前記増幅信号は、前記第２の増幅器の出力信号であることを特徴とする増幅回路。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記振幅検出回路は、
前記出力ノードと入力ノードとの間に設けられるＡＣ結合キャパシターと、
前記入力ノードにバイアス電圧を印加するバイアス電圧設定回路と、
第２の電源ノードと検出ノードとの間に設けられ、前記入力ノードの電圧によりゲートが制御される振幅検出トランジスターと、
前記検出ノードと第１の電源ノードとの間に設けられる振幅検出用電流源と、
前記検出ノードと前記第１の電源ノードとの間に設けられる平滑用キャパシターと、
前記検出ノードの電圧を受け、前記検出ノードの電圧のインピーダンス変換を行い、前記制御回路へ出力するインピーダンス変換回路とを含むことを特徴とする増幅回路。
【請求項９】
請求項８において、
前記バイアス電圧をＶＢＩＡＳとし、前記振幅検出トランジスターのしきい値電圧をＶＴＨとした場合に、
前記振幅検出回路は、
前記増幅信号の電圧振幅が増加するにつれて電圧ＶＢＩＡＳ−ＶＴＨからの変化電圧が増加する検出結果信号を出力することを特徴とする増幅回路。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の増幅回路を有する送信回路を含むことを特徴とする集積回路装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれかに記載の増幅回路を有する受信回路を含むことを特徴とする集積回路装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の集積回路装置を含むことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１５５３８６（Ｐ２０１１−１５５３８６Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４５４８（Ｐ２０１０−１４５４８）
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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