多級放大器的製作方法

2023-05-15 16:46:16

本發明涉及一種多級放大器。

背景技術：

將多個電路縱向堆疊而由下級的電路對在上級的電路流動的電流進行再利用的稱為電流復用的技術已被實用化。有代表性地，存在如下現有技術，即，與CMOS電路的電源電壓降低相伴，將多個CMOS電路縱向堆疊而使用高耐壓用電源電壓。作為為了實現電流復用而縱向堆疊的電路，當前，存儲器元件、數字(邏輯)電路、RF電路(例如LNA+Buffer(緩衝)或者VCO+MIX等)等是代表性的例子。通過進行電流復用，從而能夠降低消耗電流。

存在如下技術，即，像在例如日本特開2003－332864號公報中公開的那樣，在多級放大器進行電流復用。在該多級放大器中，將初級放大器(初級放大電晶體)的漏極和最終級放大器(最終級放大電晶體)的柵極連接，以將輸入信號多級放大。並且，從電流復用的角度出發，將最終級放大電晶體的源極和初級放大電晶體的漏極連接。

專利文獻1：日本特開2003－332864號公報

偏置電路與用於電流復用而縱向堆疊的多個電路各自連接。在大多數情況下，在接受偏置的電路具有溫度特性的情況下，偏置電路對偏置的大小進行調整，以使電路特性不會對應於溫度變化而劣化。在縱向堆疊的多個電路各自具有溫度特性的情況下，偏置電路對上級和下級的電路各自的電流偏置的大小進行調整，以使電路特性不會對應於溫度變化而劣化。在存儲器元件等中，通常，使縱向堆疊的電路中的上級的電路和下級的電路以相等的溫度特性進行工作。由此，在存儲器元件等中，多個偏置電路使針對上級電路和下級電路的偏置相對於溫度變化以相同的趨勢變化。

另一方面，在多級放大器中，能夠以不同於上述的方法供給偏置。在多級放大器中，由於由初級放大器放大後的信號被輸入至次級放大器，因此輸入信號的大小在初級放大器和次級放大器是不同的。由於存在上述差異，因此對初級放大器和次級放大器所要求的性能存在差異。為了滿足所要性能的差異，希望使初級放大器所具有的一個特定的性能具備某一個溫度特性，使次級放大器所具有的其他的特定的性能具備與上述某一個溫度特性不同的其他溫度特性。這一點是上述存儲器元件等所不具有的特有的情況。在上述現有技術中未關注該差異，利用了電流復用的多級放大器尚存在應當改善的事項。

技術實現要素：

本發明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在於提供一種低消耗功率、且具有良好的特性的多級放大器。

本發明所涉及的多級放大器具有：第1電晶體，其具有第1端子和第2端子，該第1端子被輸入輸入信號，該第2端子將使所述輸入信號放大後的信號輸出；第2電晶體，其具有第3端子、第4端子和第5端子，該第3端子被輸入由所述第1電晶體放大後的信號，該第4端子將使由所述第3端子接受的信號放大後的信號輸出，該第5端子在所述第1電晶體正在進行放大時與所述第1電晶體的所述第2端子電連接；第1偏置電路，其與所述第1電晶體的所述第1端子電連接，以偏置的大小對應於電路溫度的上升而增大的方式將偏置供給至所述第1端子；以及第2偏置電路，其與所述第2電晶體的所述第3端子電連接，以偏置的大小相對於電路溫度的變化保持恆定的方式將偏置供給至所述第3端子。

發明的效果

根據本發明，通過將電流再利用技術(電流復用)組合於多級放大器、並且以對因溫度上升引起的增益下降進行補償的方式對偏置進行調整，從而能夠得到低消耗功率、且具有良好的特性的多級放大器。

附圖說明

圖1是表示包含本發明的實施方式1所涉及的多級放大器的通信系統的圖。

圖2是表示包含本發明的實施方式1所涉及的多級放大器的轉換器的框圖。

圖3是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器的電路圖。

圖4是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器所具有的初級放大器的電路圖。

圖5是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器所具有的最終級放大器的電路圖。

圖6是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器所具有的第2級放大器的電路圖。

圖7是表示本發明的實施方式1所涉及的初級放大器所使用的偏置電路的電路圖。

圖8是表示本發明的實施方式1所涉及的最終級放大器所使用的偏置電路的電路圖。

圖9是用於對本發明的實施方式所涉及的多級放大器的中間節點電位進行說明的圖。

圖10是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器所使用的偏置的溫度特性的圖。

圖11是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器所使用的偏置的溫度特性的圖。

圖12是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器所使用的偏置的溫度特性的其他例子的圖。

圖13是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器所使用的偏置的溫度特性的其他例子的圖。

圖14是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器所使用的偏置的溫度特性的其他例子的圖。

圖15是用於對圖9的縱向堆疊多級放大器的動作進行說明的圖。

圖16是用於對圖9的縱向堆疊多級放大器的動作進行說明的圖。

圖17是用於對本發明的實施方式1所涉及的多級放大器的效果進行說明的圖。

圖18是用於對本發明的實施方式1所涉及的多級放大器的效果進行說明的圖。

圖19是表示本發明的實施方式2所涉及的多級放大器的電路圖。

圖20是用於對本發明的實施方式2所涉及的多級放大器的動作進行說明的圖。

圖21是表示本發明的實施方式2所涉及的多級放大器的變形例的圖。

圖22是表示本發明的實施方式2所涉及的多級放大器的變形例的圖。

圖23是表示本發明的實施方式3所涉及的多級放大器的電路圖。

圖24是表示本發明的實施方式3所涉及的多級放大器的變形例的圖。

圖25是表示本發明的實施方式3所涉及的多級放大器的變形例的圖。

圖26是表示本發明的實施方式4所涉及的多級放大器的電路圖。

圖27是表示本發明的實施方式4所涉及的多級放大器所具有的電流源的輸出溫度特性的圖。

圖28是表示本發明的實施方式4所涉及的多級放大器所具有的電流源的輸出溫度特性的圖。

圖29是用於對本發明的實施方式4所涉及的多級放大器的動作進行說明的圖。

圖30是表示本發明的實施方式4所涉及的多級放大器的變形例的圖。

圖31是表示本發明的實施方式4所涉及的多級放大器的變形例的圖。

圖32是表示本發明的實施方式4所涉及的多級放大器的變形例的圖。

標號的說明

1廣播衛星，3接收裝置，4天線，5轉換器，6混合器，7發送器，8功率放大器，10、110、111、112、210、211、212、310、311、312多級放大器，11初級放大器，12、120第2級放大器，13最終級放大器，31、31a、31b、32、33偏置電路，50、53、130、130a、130b、420、450調整電路，51上級二極體串聯電路，52下級二極體串聯電路，54、55、56二極體串聯電路，106調諧器，107電視機，121上級電晶體，122下級電晶體，131電流追加電路，132電流拉出電路，133上級運算放大器，134下級運算放大器，150、151、152中間節點，421、422、451、452、453電流源，422電流源，451電流源，Q1、Q2MOSFET，Tr1、Tr2、Tr3初級放大電晶體，Tr7最終級放大電晶體，Tref基準溫度，Vg1、Vg12、Vg2偏置電壓，Vmid、Vmid1、Vmid2中間節點電位

具體實施方式

實施方式1

[實施方式1的裝置的結構]

圖1是表示包含本發明的實施方式1所涉及的多級放大器10的通信系統的圖。圖1所示的通信系統具有：接收裝置3；調諧器106，其接收來自接收裝置3的信號；以及電視機107，其將來自調諧器106的影像信號顯示於畫面，將來自調諧器106的聲音信號從揚聲器輸出。接收裝置3具有BS天線4、和安裝於BS天線4的轉換器5。利用設置於室外的BS天線4接收來自廣播衛星1的信號，經由轉換器5及調諧器106而將該信號顯示於電視機107。多級放大器10內置於該轉換器5。還假設設置於室外的轉換器5容易受到氣溫的影響，且BS天線4被放置於高溫或者低溫的嚴酷的溫度環境下。圖2是表示包含多級放大器10的轉換器5的框圖。轉換器5包含功率放大器8、發送器7、混合器6、和多級放大器10。混合器6將對功率放大器8的輸出信號及來自發送器7的信號進行混合而得到的信號輸出至多級放大器10。此外，在實施方式1中說明將多級放大器10應用於BS接收系統的例子，但也可以應用於CS接收系統。另外，當然也能夠通過將多級放大器10內置於發送器，從而構建發送系統。

圖3是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器10的電路圖。多級放大器10具有：初級放大器11；第2級放大器12；最終級放大器13；偏置電路31，其將電流偏置供給至初級放大器11；以及偏置電路32，其將電流偏置供給至最終級放大器13，該多級放大器10能夠進行3級的放大。初級放大器11、第2級放大器12、以及最終級放大器13為了進行電流復用而以兩級縱向堆疊。初級放大器11及第2級放大器12與GND節點及中間節點150連接，最終級放大器13與中間節點150及電源節點Vdd連接。在縱向堆疊的關係中，初級放大器11及第2級放大器12位於「下級」，最終級放大器13位於「上級」。

作為優選的方式，在實施方式1中設置「調整電路」，該「調整電路」對流過中間節點150的電流的量進行調整，以對中間節點150的電位變動進行抑制。在實施方式1中，第2級放大器12起該調整電路的作用。

圖4是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器10所具有的初級放大器11的電路圖。在圖4中，與初級放大器11一起，還示出對其供給偏置的偏置電路31。作為初級放大器11，優選使用各種公知的差動放大電路。在圖4中作為一個例子而示出的差動放大電路具有：初級放大電晶體Tr1、Tr2，其源極彼此連接，差動輸入信號IN+、IN－被輸入至各柵極；初級放大電晶體Tr3，其設置於初級放大電晶體Tr1、Tr2的源極連接點和GND節點之間；以及電晶體Tr4、Tr5，其設置於初級放大電晶體Tr1、Tr2的各漏極和中間節點150之間。

在本實施方式中，初級放大電晶體Tr2相當於本發明的「第1電晶體」，具有：柵極，其接受輸入信號IN+；以及漏極，其輸出使差動輸入信號放大後的放大信號OUT』。初級放大電晶體Tr1具有柵極，該柵極接受輸入信號IN－。初級放大電晶體Tr1、Tr2的源極連接點與初級放大電晶體Tr3的漏極連接，初級放大電晶體Tr3的源極與GND節點電連接。在初級放大器11工作而進行輸入信號的放大時，初級放大電晶體Tr1、Tr2的源極連接點經由導通狀態的初級放大電晶體Tr3與GND節點電連接。此外，在這裡所謂「放大」既可以是功率的放大，也可以是電壓的放大。

偏置電路31以偏置的大小對應於電路溫度的上升而增大的方式將電流偏置供給至初級放大電晶體Tr1、Tr2、Tr3的柵極。具體地說，偏置電路31包含偏置電路31a及偏置電路31b。對於偏置電路31a及偏置電路31b，作為偏置供給對象的電晶體不同，供給至各電晶體的偏置電壓的值不同。但是，偏置電路31a及偏置電路31b在使偏置的大小對應於電路溫度而變化時的趨勢(即溫度輸出特性)是相同的，均具有例如後述的圖11的特性B。因此，在實施方式1～4中，為了便於進行說明，在對偏置電路31a、31b所共通的溫度特性進行說明時，作為「偏置電路31的溫度特性」進行說明。

如圖4所示，初級放大電晶體Tr1及初級放大電晶體Tr2各自的柵極分別經由電阻R1、R2而與偏置電路31a連接。具體地說，電阻R1、R2各自的一端與初級放大電晶體Tr1、Tr2的柵極連接，電阻R1、R2的另一端彼此連接，其連接點與偏置電路31a連接。偏置電路31a對電阻R1、R2各自施加偏置電壓Vg12。另一方面，初級放大電晶體Tr3的柵極經由電阻R3而與偏置電路31b連接。由此，偏置電路31b對電阻R3施加偏置電壓Vg1。此外，以使在初級放大電晶體Tr1、Tr2流動的電流的合計電流流過初級放大電晶體Tr3的方式，對偏置電壓Vg1、Vg12各自的值進行設計。由於差動放大器的電路結構及動作已然公知，應當施加於各電晶體的偏置的值也基於公知技術進行設定即可，因此省略進一步的說明。

圖5是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器10所具有的最終級放大器13的電路圖。最終級放大器13具有電感器L7、電容器C7、電阻R7、和最終級放大電晶體Tr7。在本實施方式中，最終級放大電晶體Tr7相當於本發明的「第2電晶體」。由初級放大器11(初級放大電晶體Tr1、Tr2)放大、進而由第2級放大器12放大後的信號OUT」被輸入至最終級放大電晶體Tr7的柵極。最終級放大電晶體Tr7的漏極輸出使輸入至柵極的信號OUT」放大後的信號OUT。最終級放大電晶體Tr7的源極與中間節點150連接。在初級放大器11工作而進行信號放大時，最終級放大電晶體Tr7的源極經由導通狀態的電晶體Tr4、Tr5而與初級放大電晶體Tr1、Tr2的漏極電連接。來自後述的偏置電路32的偏置電壓Vg2施加於最終級放大電晶體Tr7的柵極和電容器C7的連接點。

圖6是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器10所具有的第2級放大器12的電路圖。第2級放大器12應用的是圖6所示的自偏置型CMOS逆變器。圖6所示的自偏置型CMOS逆變器具有：彼此互補地連接的N型MOSFET Q1及P型MOSFET Q2；電阻R12；以及電容器C12。初級放大器11所輸出的放大信號OUT』經由電容器C12而被輸入至將P型MOSFET Q2和N型MOSFET Q1彼此的柵極連接的連接點。電阻R12將P型MOSFET Q2和N型MOSFET Q1的柵極連接點和漏極連接點連接。P型MOSFET Q2和N型MOSFET Q1的漏極連接點成為將放大信號OUT」輸出的輸出端子。該輸出端子與最終級放大電晶體Tr7的柵極電連接。第2級放大器12對輸入至輸入端子的第一級放大信號OUT』進一步進行放大，將第二級放大信號OUT」輸出至輸出端子。

以上說明的第2級放大器12進行如下優選的電路動作，即，對流過中間節點150的電流的量進行調整，以對中間節點150的電位變動進行抑制。具體地說，上述第2級放大器12基於中間節點150和第2級放大器12電連接的連接點的電位，使流過第2級放大器12自身的電流增減。通過使流過第2級放大器12的電流增大，從而能夠從中間節點150經由第2級放大器12而將更多的電流拉出。反之，通過使流過第2級放大器12的電流減小，從而來自中間節點150的拉電流量減小，結果，能夠追加從中間節點150向初級放大器11流動的電流。如上所述，第2級放大器12進行如下優選的電路動作，即，基於中間節點150和第2級放大器12電連接的連接點的電位，進行針對中間節點150的電流追加及拉出。

圖7是表示本發明的實施方式1所涉及的初級放大器11所使用的偏置電路(具體地說，偏置電路31b)的電路圖。偏置電路31b經由電阻R3而與初級放大電晶體Tr3的柵極電連接，可變地對偏置電壓Vg1進行供給。偏置電路31b以偏置的大小對應於電路溫度的上升而增大的方式，將電流偏置供給至初級放大電晶體Tr3的柵極。圖7公開了能夠對上述電流偏置進行供給的電路的一個例子。偏置電路31b具有：電流源I1；電晶體Tr6，其漏極被輸入電流源I1的輸出電流，源極與GND節點電連接；電阻R6，其一端與電晶體Tr6的柵極連接；以及電容器C6，其與電阻R6的另一端和電晶體Tr6的源極連接。電晶體Tr6的柵極漏極間被電氣短路。作為電流源I1，利用具有正的溫度係數的Proportional－To－Absolute－Temperature(PTAT；絕對溫度正比)電路。作為PTAT電路，由於各種電路結構已然公知，因此在這裡省略說明。

此外，如前所述，實施方式1的偏置電路31包含以相同的溫度特性(在實施方式1中是後述的圖11的特性B)對偏置的大小進行調整的偏置電路31a和偏置電路31b。在圖7中示出偏置電路31b的電路結構的一個例子，但偏置電路31a也可以與偏置電路31b同樣地，通過包含圖7的電路結構，從而實現具有與偏置電路31b相同的趨勢的溫度輸出特性。總之，通過使偏置電路31a也使用PTAT電路等電路結構，從而能夠設定出與偏置電路31b相同的溫度輸出特性。由此，能夠使供給至初級放大電晶體Tr1～Tr3各自的柵極的偏置的大小對應於電路溫度而以相同的趨勢變化。

圖8是表示本發明的實施方式1所涉及的最終級放大器所使用的偏置電路(偏置電路32)的電路圖。偏置電路32與最終級放大電晶體Tr7的柵極電連接，可變地對偏置電壓Vg2進行供給。偏置電路32以使偏置的大小相對於電路溫度的變化保持恆定的方式，將電流偏置供給至最終級放大電晶體Tr7的柵極。圖8公開了能夠對上述電流偏置進行供給的電路的一個例子。圖8的電路除了將電流源I1置換為電流源I2這一點以外，與圖7的偏置電路31b相同。電流源I2不依賴於溫度，輸出恆定大小的電流。此外，在構建偏置電路32時，能夠利用公知的各種基準電壓電路，不限定於本電路結構，也可以使用帶隙參考電路。

此外，在實施方式中，「電路溫度」是指多級放大器10的內部電路溫度。例如在多級放大器10的內部存在溫度分布的情況下，平均溫度等代表性的溫度成為「電路溫度」。嚴格地說，初級放大器11的初級放大電晶體Tr1、Tr2、Tr3的溫度、和最終級放大器13的最終級放大電晶體Tr7的溫度都是重要的，有時這些溫度並不嚴格地一致，而是存在微小的差值。在實施方式中，假設這些溫度實質上相等，整體作為「電路溫度」進行處理。電路溫度與多級放大器10的溫度具有正相關關係。多級放大器10的封裝構造能夠採用公知的各種封裝構造，不特別地限定於樹脂封裝或者利用金屬殼體的封裝等。總之，由於如果電路溫度上升，則構成初級放大器11及最終級放大器13的電路元件的溫度也上升，因此初級放大器11及最終級放大器13的輸出特性改變。例如，如果轉換器5的設置場所為寒冷地帶、溫暖地帶、或者熱帶等各種不同的場所，則多級放大器10的電路溫度的平均值、上下限值不同，即使在同一設置場所，電路溫度也由於氣溫的變化等而不同。

[實施方式1的裝置的動作]

圖9是用於對本發明的實施方式所涉及的多級放大器10的中間節點電位Vmid進行說明的圖。圖10及圖11是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器10所使用的偏置的溫度特性的圖。使用這些圖，對多級放大器10的動作進行說明。

首先，對偏置的溫度特性進行說明。為了在說明時進行區分，方便起見，將圖10所示的溫度特性也稱為「特性A」，將圖11所示的溫度特性也稱為「特性B」。圖中的基準溫度Tref是為了對溫度特性進行確定而作為基準的溫度，在設計上能夠任意地確定。作為一個例子，還能夠將絕對溫度300K等室溫設為基準溫度Tref。另外，方便起見，將大於或等於基準溫度Tref的高溫度區域也稱為「第1溫度區域Thigh」，將小於基準溫度Tref的低溫度區域也稱為「第2溫度區域Tlow」。

圖10所示的特性A是使偏置的大小相對於電路溫度的變化而保持恆定的特性。優選偏置電路32按照該特性A將偏置供給至最終級放大電晶體Tr7的柵極。其理由在於，為了良好地保持作為最終級放大器13的特性之一的線性特性。

對於圖11所示的特性B，偏置的大小對應於電路溫度的上升而以恆定的斜率成比例地增大。優選偏置電路31a及偏置電路31b按照該特性B分別向初級放大電晶體Tr1的柵極供給偏置Vg12、向初級放大電晶體Tr2的柵極供給偏置Vg12、以及向初級放大初級放大電晶體Tr3的柵極供給偏置Vg1。其理由在於，為了良好地保持作為初級放大器11的特性之一的增益。通常，在使偏置恆定的情況下，與溫度上升相伴，放大器的增益下降。因此，在特性B中，使偏置對應於溫度上升而增加，以對該增益下降進行補償。

根據以上說明的實施方式，通過將電流再利用技術(電流復用)組合於多級放大器、並且以對因溫度上升引起的增益下降進行補償的方式對偏置進行調整，從而能夠得到低消耗功率且具有良好的特性的多級放大器10。即使在轉換器5被設置於各種溫度條件下(例如高溫或者低溫且氣溫變化劇烈的環境下等)時，多級放大器10也能夠實現良好的放大性能。

然而，對於現有的存儲器元件、數字(邏輯)電路、RF電路(LNA+Buffer或者VCO+MIX等)，在從電流復用的角度出發構建有縱向堆疊的電路的情況下，通常，縱向堆疊的上級和下級的電流偏置是以相同的溫度特性供給的。但是，在多級放大器中，這一點是不同的，為了滿足對初級放大器和次級及其以後的放大器各自所要求的特性，優選使電流偏置的溫度特性不同。

但是，如果使各級的電流偏置的溫度特性不同，則產生如下問題。下面，為了便於進行說明，將初級放大器11的初級放大電晶體Tr3的漏極源極間電流設為I11，將構成第2級放大器12的MOSFET的漏極源極間電流設為I12，將最終級放大電晶體Tr7的漏極源極間電流設為I13。

如圖9所示，在假定為未設置第2級放大器12的情況下，成為如下動作。由於初級放大器11和最終級放大器13是縱向堆疊的電流復用電路，因此流過一方的電流I11和流過另一方的電流I13彼此影響。

在圖9的電路中，如果著眼於溫度比基準溫度Tref高的第1溫度區域Thigh的動作，則由於偏置電路32對特性A所示的偏置進行供給，因此電流I13是恆定的。雖然如此，但由於偏置電路31(偏置電路31b)對特性B所示的偏置進行供給，因此在溫度比基準溫度Tref高的第1溫度區域Thigh，對初級放大器11的初級放大電晶體Tr3施加的偏置增大。在該情況下，電流I11應當增加。在該情況下，瞬態地引起電流I11大於電流I13、中間節點電位Vmid下降這一現象。由於中間節點150的電位相當於對於最終級放大電晶體Tr7而言的基準電位，因此不期望這樣的電位下降。或者，變得由縱向堆疊電路中作為上級的最終級放大器13對電流I11進行限制，縱向堆疊電路中作為下級的初級放大器11有時變得不能正常地進行動作。

在圖9的電路中，如果著眼於溫度比基準溫度Tref低的第2溫度區域Tlow的動作，則與基準溫度Tref時相比，偏置電路31減小電流偏置。其結果，雖然電流I13是恆定的，但是由於電流I11減小，因此引起與上述相反的現象。

因此，本申請的發明人為了對在圖9那樣的縱向堆疊電路的各級流動的電流I11、I13的差異進行吸收，發現了設置某種電流調整功能這一技術構想。具體地說，在實施方式1中，設置有具有如下電路動作的第2級放大器12，即，對流過中間節點150的電流進行調整。此外，在實施方式中，以如下方式進行設計，即，在室溫等某個基準溫度Tref下I13＝I11+I12。

首先，對電路溫度增加而中間節點電位Vmid下降的情況進行說明。第2級放大器12是自偏置型CMOS逆變器。如果中間節點電位Vmid下降，則構成第2級放大器12的MOSFET Q1、Q2的漏極源極間電流I12減小。另外，如果按照圖11的偏置特性B，則由於電路溫度增加，因此初級放大器11的電流I11應當增加。因中間節點電位Vmid下降而變得不再流過第2級放大器12的量的電流流過初級放大器11，因此在電路溫度增加時，也能夠維持I13＝I11+I12的關係，能夠將中間節點電位Vmid保持為恆定。

下面，對電路溫度下降而中間節點電位Vmid上升的情況進行說明。如果中間節點電位Vmid上升，則與上述相反，MOSFET的漏極源極間電流I12增加。另外，如果按照圖11的偏置特性B，則由於電路溫度下降，因此初級放大器11的電流I11應當下降。在中間節點電位Vmid上升時，通過第2級放大器12從初級放大器11奪走電流，從而能夠維持I13＝I11+I12的關係。其結果，能夠將中間節點電位Vmid保持為恆定。

圖15及圖16是用於對圖9的縱向堆疊多級放大器10的動作進行說明的圖。在圖15中，將基準溫度Tref的動作點以黑色實心圓示出。由於如果電路溫度上升則偏置電路31將偏置提升，因此動作點按照向上箭頭及向左箭頭而處於圖15的紙面左斜上方。相反，如果電路溫度下降，則偏置電路31將偏置降低。由此，動作點處於圖15的紙面右下方。如果著眼於電流I11、I13的差值，則使用圖16說明如下。圖16的縱軸是圖9的縱向堆疊電路中的下級的初級放大器11的電流(即電流I11)和上級的最終級放大器13的電流(即電流I13)之間的差值。此外，在圖16中，在基準溫度Tref時，縱軸的值(I11－I13的值)與橫軸交叉。方便起見，將基準溫度Tref時的I11和I13的差值設為基準值I0。

在比基準溫度Tref高的第1溫度區域Thigh，偏置電路31將偏置提升。由此，與基準值I0時相比，初級放大器11所需的電流I11變大。另一方面，由於偏置電路32的偏置是恆定的，而不依賴於溫度，因此流過最終級放大器13的電流I13是恆定的。由此，如圖16所示，在第1溫度區域Thigh，縱軸的值(即從電流I11減去電流I13而得到的值)向右上方上升，向正側變大。在這裡，如果假設第2級放大器12的電流I12恆定不變，則中間節點電位Vmid下降，中間節點150保持該下降後的電位。但是在實施方式1中，由於第2級放大器12是自偏置型CMOS逆變器，因此在中間節點電位Vmid下降時，對應於其下降程度而使電流I12降低。由此，能夠抑制中間節點電位Vmid的下降。

反之，在比基準溫度Tref低的第2溫度區域Tlow，與溫度Tref時相比，偏置電路31將偏置下降。由此，與基準值I0時相比，初級放大器11所需的電流I11變小。另一方面，由於偏置電路32的偏置是恆定的，而不依賴於溫度，因此流過最終級放大器13的電流I13是恆定的。由此，如圖16所示，在第2溫度區域Tlow，縱軸的值(即從電流I11減去電流I13而得到的值)向左下方下降，向負側變大。在這裡，如果假設第2級放大器12的電流I12恆定不變，則中間節點電位Vmid上升，中間節點150保持該上升後的電位。但是在實施方式1中，由於第2級放大器12是自偏置型CMOS逆變器，因此在中間節點電位Vmid上升時，對應於其上升程度而使電流I12增加。由此，能夠抑制中間節點電位Vmid的上升。

如上所述，根據實施方式1，能夠設為如下方式，即，在初級放大器11的電流偏置對應於溫度變化而增加或者減小時，將流過第2級放大器12的電流I12的增加量或者減小量向初級放大器11進行追加或從初級放大器11拉出。其結果，能夠將中間節點電位Vmid維持為恆定電位。即，在實施方式1中，通過第2級放大器12對流過中間節點150的電流進行調整，從而能夠使中間節點電位Vmid穩定化。其結果，能夠使低消耗功率且具有良好的特性的多級放大器穩定地進行動作。

另外，由於基於中間節點電位Vmid而進行調整，因此即使在因製造波動引起中間節點電位Vmid發生了波動的情況下，也能夠對中間節點電位Vmid進行調整。如上所述，能夠充分發揮對中間節點電位Vmid進行調整的功能的優點，而不限於使電流偏置對應於溫度而變化的情況。

此外，在偏置電路31與溫度上升相伴而將偏置增大時，作為一個例子，多級放大器10以如下方式進行動作。首先，在初始狀態下，假設流過初級放大器11的電流I11為10mA，流過第2級放大器12的電流I12為20mA，流過最終級放大器13的電流I13為30mA。然後，假設與溫度上升相伴，偏置電路31以使流過初級放大器11的電流變為12mA的方式使偏置增大。為了將該正的2mA的電流供給至初級放大器11，使流過第2級放大器12的電流I12從初始狀態減去2mA即可，即，使流過第2級放大器12的電流I12為18mA即可。在該溫度上升的前後，如果從初級放大器11進行觀察，則電流增大20％，如果從第2級放大器12進行觀察，則電流下降10％，第2級放大器12的電流變化與初級放大器11的電流變化相比是緩慢的。即，在存在溫度變化時，與由偏置電路31的偏置變化導致的初級放大器11的輸出電流變化率(20％)相比，第2級放大器12的輸出電流變化率(10％)較低。另外，初級放大器11是差動放大器，與此相對，第2級放大器12是CMOS逆變器，由於電路結構的不同，因此增益特性也存在不同。考慮到上述方面，只要滿足對多級放大器10整體所要求的性能，並且對分別流過初級放大器11和第2級放大器12的電流的平衡進行調整即可。此外，上述的數值不是對本發明進行限定的內容，只不過是作為具體例之一而示出的內容。

另外，為了對上述實施方式1中利用自偏置型CMOS逆變器的優點進行說明，與日本特開2003－332864號公報的電路結構進行比較。從日本特開2003－332864號公報的與中間節點相當的連接點，通過電阻Rs0拉出電流Is0。在這裡，電阻Rs0處的電流拉出量相對於電位變化(ΔV)以1次方進行變化(即I＝ΔV/R)。與此相對，自偏置型CMOS逆變器基於MOSFET的電流電壓特性，遵循電流的平方法則。即，自偏置型CMOS逆變器能夠以電位變化的平方(即I∝ΔV＾2)使電流拉出量變化。根據實施方式1，由於作為自偏置型CMOS逆變器的第2級放大器12起到對流過中間節點150的電流進行調整的作用，因此具有中間節點電位Vmid的維持效果高這一優點。

圖17及圖18是用於對本發明的實施方式1所涉及的多級放大器10的效果進行說明的圖。圖17是將電阻與中間節點150連接、與日本特開2003－332864號公報所涉及的技術同樣地進行相對於電位變化(ΔV)以1次方變化的電流拉出時的曲線圖。另一方面，圖18相當於實施方式1所涉及的多級放大器10，是使用自偏置型CMOS逆變器對中間節點150的電流進行調整的多級放大器。如上所述，自偏置型CMOS逆變器能夠使電流以電位變化的平方(I∝ΔV＾2)變化，其結果，相比之下，圖18能夠得到良好的特性。具體地說，初級放大器11的電流特性101具有正的溫度特性。與最終級放大器13的平展的理想電流特性103相比，最終級放大器13的實際的電流特性100稍微傾斜。在圖17中，在從負50℃起至正100℃的溫度範圍，中間節點電位變動0.5V。與此相對，在圖18中，在相同的溫度範圍，中間節點電位Vmid的變動被抑制為0.22V。

圖12～圖14是表示本發明的實施方式1所涉及的多級放大器10所使用的偏置的溫度特性的其他例子的圖。為了在說明時進行區分，方便起見，將圖12所示的溫度特性也稱為「特性C」，將圖13所示的溫度特性也稱為「特性D」，將圖14所示的溫度特性也稱為「特性E」。

(特性C)

根據圖12所示的特性C，在大於或等於預先確定的基準溫度Tref的第1溫度區域Thigh，將偏置的大小相對於電路溫度保持為恆定。另一方面，在比基準溫度Tref低的第2溫度區域Tlow，電路溫度越下降，越使偏置增大。也可以以具有該特性C的方式對偏置電路32的電路結構進行設計，具體地說，也可以對電流源I2的溫度特性進行設計。此外，在低溫側即第2溫度區域Tlow，電路溫度越下降，則越使偏置增大，由此得到使放大器的線性特性良好的效果。

(特性D)

在圖13所示的特性D中，在大於或等於預先確定的基準溫度Tref的第1溫度區域Thigh，如果電路溫度上升，則使偏置增大。另一方面，在比基準溫度Tref低的第2溫度區域Tlow，將偏置的大小相對於電路溫度保持為恆定。也可以以具有該特性D的方式，對偏置電路31的電路結構進行設計，具體地說，是對電流源I1的溫度特性進行設計。

(特性E)

在圖14所示的特性E中，偏置電路31在大於或等於預先確定的基準溫度Tref的第1溫度區域Thigh，如果電路溫度上升，則使偏置增大。另外，在特性E中，在第2溫度區域Tlow，電路溫度越下降，越使偏置增大。即，具有如下溫度特性：將基準溫度Tref作為下限峰值，在電流－溫度特性曲線圖上成為「V」字。也可以以具有該特性E的方式，對偏置電路31的電路結構進行設計，具體地說，是對電流源I1的溫度特性進行設計。

偏置電路32也可以以特性A(圖10)或者特性C(圖12)使電流偏置的大小變化。偏置電路31也可以以特性B～D(圖11、圖13、圖14)中任一個特性使電流偏置的大小變化。由此，能夠實現「特性A」和「特性B、D、E中任一個」的組合、或者「特性C」和「特性B、D、E中任一個」的組合。

在實施方式1中，第2級放大器12能夠基於中間節點電位Vmid對電流進行調整。由此，在不論以何種方式從上述特性A～E中對偏置電路31及偏置電路32的各特性進行選擇的情況下，都能夠對中間節點電位Vmid的變動進行抑制。

此外，在對具有特性C～E的偏置電路進行設計時，由於使用例如以上述的PTAT及帶隙參考等為代表的各種公知技術即可，因此對具體的電路結構及電路元件的設計參數等省略說明。

實施方式2

圖19是表示本發明的實施方式2所涉及的多級放大器110的電路圖。實施方式2所涉及的多級放大器110中，省略第2級放大器12而追加有調整電路130。即，在實施方式2中成為2級的放大器。除這一點以外，具有與上述的實施方式1所涉及的放大器10相同的結構。雖然省略說明，但在實施方式2中也能夠同樣地進行在實施方式1中說明的各種變形。由於具有與實施方式1相同的結構，因此在實施方式2中，也由偏置電路31對偏置進行調整，以對因溫度上升引起的增益下降進行補償。因此，與實施方式1同樣地，能夠得到低消耗功率且具有良好的特性的多級放大器。

調整電路130與實施方式1的第2級放大器12同樣地，進行如下優選的電路動作，即，對流過中間節點150的電流的量進行調整，以對中間節點150的電位變動進行抑制。具體地說，調整電路130進行如下優選的電路動作，即，基於中間節點150和調整電路130電連接的連接點的電位，進行針對中間節點150的電流追加及拉出。

調整電路130具有電流追加電路131和電流拉出電路132。電流追加電路131包含上級電晶體121(本發明所涉及的第3電晶體)、和上級運算放大器133。上級電晶體121具有：漏極；柵極；以及源極，其應當與電源電位電連接。上級運算放大器133的正極輸入與中間節點150電連接。上級運算放大器133的輸出被供給至上級電晶體121的柵極。

電流拉出電路132包含下級電晶體122(本發明所涉及的第4電晶體)、和下級運算放大器134。下級電晶體122具有：漏極，其與上級電晶體121的漏極電連接；源極，其應當與作為基準電位的GND節點電連接；以及柵極，上級電晶體121的漏極和下級電晶體122的漏極的連接點與中間節點150電連接。下級運算放大器134的正極輸入與中間節點150電連接。參照電壓Vref施加於下級運算放大器134的負極輸入。下級運算放大器134的輸出被供給至下級電晶體122的柵極。

圖20是用於對本發明的實施方式2所涉及的多級放大器110的動作進行說明的圖。上級電晶體121作為對電源節點Vdd和中間節點150之間的電導通進行控制的開關起作用，對向中間節點150的電流追加量進行調整。下級電晶體122作為對中間節點150和GND節點之間的電導通進行控制的開關起作用，對來自中間節點150的電流拉出量進行調整。在中間節點電位Vmid偏離了參照電壓Vref的情況下，各運算放大器能夠通過將這些開關打開，從而使所需量的電流流過，直至中間電位(3)變得與參考電壓(4)大致相同為止。

圖21及圖22是表示本發明的實施方式2所涉及的多級放大器10的變形例的圖。在圖21所示的多級放大器111及圖22所示的多級放大器112中，追加有第2級放大器120及偏置電路33。由此，能夠進行3級的放大。但是，第2級放大器120並非實施方式1所涉及的第2級放大器12(自偏置型CMOS逆變器)，而是例如使圖6中例示那樣的偏置電路33與圖4、5中圖示那樣的電路組合而成的第2級放大器。偏置電路33的輸出特性例如設為與偏置電路31相同。

在圖21中，將縱向堆疊的級數設為3級。關於以3級縱向堆疊連接時的連接關係，將初級放大器11和第2級放大器120之間的電連接、以及第2級放大器120和最終級放大器13之間的電連接分別設為與圖20中將初級放大器11和最終級放大器13連接時的連接關係相同即可。在該情況下，使用2個圖20所示的調整電路130。即，設置調整電路130a、130b。調整電路130a對將初級放大器11和第2級放大器120連接的第1中間節點151的電位Vmid1的電位進行調整，以使得其與參照電壓Vref1一致。調整電路130b對將第2級放大器120和最終級放大器13連接的第2中間節點152的電位Vmid2進行調整，以使得其與參照電壓Vref2一致。

在圖22中，縱向堆疊的級數為2級。它相當於將實施方式1中的第2級放大器12置換為第2級放大器120後的形態。

實施方式3

圖23是表示本發明的實施方式3所涉及的多級放大器210的電路圖。實施方式3所涉及的多級放大器210是將調整電路130置換為調整電路50後的多級放大器，該調整電路50包含上級二極體串聯電路51及下級二極體串聯電路52。除這一點以外，具有與上述的實施方式2所涉及的多級放大器110相同的結構，在實施方式3中也能夠進行在實施方式1中說明的各種變形。與實施方式1同樣地，在實施方式3中，也由偏置電路31對偏置進行調整，以對因溫度上升引起的增益下降進行補償。因此，與實施方式1同樣地，能夠得到低消耗功率且具有良好的特性的多級放大器。

上級二極體串聯電路51及下級二極體串聯電路52與實施方式1的第2級放大器12及實施方式2的調整電路130同樣地，進行如下優選的電路動作，即，對流過中間節點150的電流的量進行調整，以對中間節點150的電位變動進行抑制。具體地說，上級二極體串聯電路51及下級二極體串聯電路52進行如下優選的電路動作，即，基於中間節點150與上級二極體串聯電路51及下級二極體串聯電路52電連接的連接點的電位，進行針對中間節點150的電流追加及拉出。

下級二極體串聯電路52是通過將多個二極體彼此正向地電連接而構成的，相當於實施方式3所涉及的電流拉出電路。上級二極體串聯電路51是通過將多個二極體彼此正向地電連接而構成的，相當於實施方式3所涉及的電流追加電路。下級二極體串聯電路52的正極端和上級二極體串聯電路51的負極端的連接點與中間節點150電連接。下級二極體串聯電路52的負極端與初級放大電晶體Tr1、Tr2的源極電連接。如前所述，初級放大電晶體Tr1、Tr2的源極在初級放大器11工作過程中與基準電位端子電連接。上級二極體串聯電路51的正極端與最終級放大電晶體Tr7的漏極電連接。

如果中間節點電位Vmid下降，則上級二極體串聯電路51的兩端的電位差變大。如果上級二極體串聯電路51的兩端電位差變得大於或等於對構成上級二極體串聯電路51的所有二極體的正向電壓進行合計而得到的值，則電流流過上級二極體串聯電路51。由此，電流被追加至中間節點150。如果電流開始流動，則中間節點150的電位越低，能夠將越多的電流追加至中間節點150。另外，如果中間節點電位Vmid上升，則下級二極體串聯電路52的兩端的電位差變大。如果下級二極體串聯電路52的兩端電位差變得大於或等於對構成下級二極體串聯電路52的所有二極體的正向電壓進行合計而得到的值，則電流流過下級二極體串聯電路52。因此，電流被從中間節點150拉出。如果電流開始流動，則中間節點150的電位越高，能夠從中間節點150拉出越多的電流。

利用這一點，在中間節點電位Vmid偏離了預先設計的電壓的情況下，能夠針對中間節點150進行電流的追加或拉出。對於電流流過下級二極體串聯電路52及上級二極體串聯電路51時的電壓，能夠根據二極體的正向電壓以及各自的二極體串聯個數而調整為期望值。但是，限制為正向電壓的整數倍的值。

圖24及圖25是表示本發明的實施方式3所涉及的多級放大器210的變形例(多級放大器211、212)的圖。均為追加第2級放大器120及偏置電路33而進行3級放大的多級放大器。圖24是與圖21同樣地將縱向堆疊的級數設為3級，圖25是與圖22同樣地將縱向堆疊的級數設為2級。圖24的多級放大器211具有調整電路53，該調整電路53包含以3級縱向堆疊的二極體串聯電路54、55、56。

實施方式4

圖26是表示本發明的實施方式4所涉及的多級放大器310的電路圖。實施方式4所涉及的多級放大器310是將調整電路130置換為調整電路420後的多級放大器。除這一點以外，具有與上述的實施方式2所涉及的多級放大器110相同的結構，在實施方式3中也能夠進行在實施方式1中說明的各種變形。關於由偏置電路31對偏置進行調整以對因溫度上升引起的增益下降進行補償這一點，在實施方式4中也是同樣的。因此，與實施方式1同樣地，能夠得到低消耗功率且具有良好的特性的多級放大器。

調整電路420與實施方式1的第2級放大器12、實施方式2的調整電路130、以及實施方式3的調整電路50同樣地，進行如下優選的電路動作，即，對流過中間節點150的電流的量進行調整，以對中間節點150的電位變動進行抑制。但是，實施方式4在如下方面上與實施方式1～3不同。在實施方式1～3中，基於與中間節點150的連接點之間的連接點的電位，以反饋的方式，進行針對中間節點150的電流的追加及拉出。與此相對，實施方式4構成為，追加了進行與偏置電路31相反的電流追加/拉出動作的調整電路420，以與偏置電路31對應於電路溫度而使偏置變化這一情況對抗。

如圖26所示，調整電路420包含如下縱向堆疊的電路，即，第1電流源421設置於上級，第2電流源422設置於下級。第1電流源421和第2電流源422的連接點與中間節點150電連接。

圖27及圖28是表示本發明的實施方式4所涉及的多級放大器310所具有的第1、2電流源421、422各自的輸出溫度特性的圖。第1電流源421將電流輸出至中間節點150。對於第1電流源421，如圖27所示，如果電路溫度變得大於或等於預先確定的基準溫度Tref，則電路溫度越大，越使向中間節點150流入的電流增大。由此，第1電流源421將電流追加至中間節點150。

另一方面，第2電流源422與中間節點150電連接，從中間節點150將電流拉出。對於第2電流源422，如圖28所示，如果電路溫度變得比基準溫度Tref低，則電路溫度變得越低，越使輸出電流值增加。由此，電路溫度變得越低，第2電流源422從中間節點150將越多的電流拉出。

圖29是用於對本發明的實施方式4所涉及的多級放大器310的動作進行說明的圖。在對第1電流源421和第2電流源422的動作進行組合的情況下，在與基準溫度Tref相比的高溫側，由於第1電流源421追加較多的電流，因此能夠對初級放大器11的電流不足進行抑制，在與基準溫度Tref相比的低溫下，由於第2電流源422拉出較多的電流，因此能夠將盈餘的電流釋放至GND節點。其結果，在第1溫度區域Thigh及第2溫度區域Tlow這二者整體，能夠將流過中間節點150的電流的大小設為像圖29的曲線圖那樣朝向右上方上升的單調增加趨勢。

在這裡，由於調整電路420具有在高溫側和低溫側特性不同的2個電流源，因此還具有如下優點。由於以圖29的基準溫度Tref為邊界，在高溫區域從電源節點Vdd生成電流而供給至中間節點150，因此整體的消耗電流增大。與此相對，在低溫區域，不使第1電流源421進行工作，第2電流源422僅使盈餘的電流向GND節點流動，由於不使第1電流源421進行工作，因此整體的消耗電流是恆定的。如上所述，在對中間節點150的電位進行調整時，通過僅在與基準溫度Tref相比的高溫區域側使流過中間節點150的電流增加，從而在低溫區域側能夠節約電流。

圖30及圖31是表示本發明的實施方式4所涉及的多級放大器310的變形例的圖。圖30所示的多級放大器311以及圖31所示的多級放大器312均是追加第2級放大器120及偏置電路33而進行3級放大的多級放大器。圖30是與圖22同樣地將縱向堆疊的級數設為2級，圖31是與圖21同樣地將縱向堆疊的級數設為3級。圖31所具有的調整電路450具有以2級縱向堆疊的電流源451、452。電流源451的溫度特性可以設為與圖26所述的電流源421相同，電流源452的溫度特性可以設為與圖26所述的電流源422相同。確定為使中間節點151、152的電流的追加量和拉出量在對中間節點電位Vmid1、Vmid2的變動進行抑制的方向上變化即可。

如在實施方式1中說明的那樣，偏置電路32的輸出特性也可以設為特性A(圖10)或者特性C(圖12)，偏置電路31的輸出特性也可以設為特性B～D(圖11、圖13、圖14)中的任一個特性。能夠實現「特性A」和「特性B、D、E中任一個」、或者「特性C」和「特性B、D、E中任一個」的組合。下面，對與偏置電路31及偏置電路32的變形相伴的調整電路420的變形進行說明。

如果將特性A和特性D組合，則與基準溫度Tref相比的高溫側的動作與上述的實施方式4相同。關於溫度比基準溫度Tref低時的動作，由於在偏置電路31及偏置電路32這二者處偏置是恆定的，因此不需要與溫度變化相伴的電流拉出。因此，僅在溫度比基準溫度Tref高的第1溫度區域Thigh進行通過電流源421實現的電流追加即可，也可以從調整電路420中省略電流源422。

如果將特性A和特性E組合，則與基準溫度Tref相比的高溫側的第1溫度區域Thigh的動作與上述的實施方式4相同。另一方面，溫度比基準溫度Tref低的第2溫度區域Tlow的動作與實施方式4不同。即，由於偏置電路31以特性E進行工作，因此越是低溫側，越多的電流應當從中間節點150流動至初級放大器11，與此相對，偏置電路32將偏置保持為恆定。由此，如果將特性A和特性E組合，則在第2溫度區域Tlow，溫度越是比基準溫度Tref低，不足的電流越增加。例如作為一個例子，也可以取代圖28，而將電流源422設為圖32所示的特性。這樣，在第2溫度區域Tlow，由于越變得低溫，電流源422越對電流的拉出進行抑制，因此能夠使電流在中間節點150有盈餘，能夠將該盈餘的電流供給至初級放大器11。

在將特性C和特性B組合的情況下，溫度比基準溫度Tref高的高溫側的動作與上述的實施方式4相同。另一方面，如果對溫度比基準溫度Tref低時的動作進行觀察，則溫度越低，偏置電路32越使偏置增大，且越是低溫側，偏置電路31越將偏置降低。由此，與實施方式4的情況相比，在中間節點150盈餘的電流變多。因此，為了使該盈餘的電流流動至GND節點，與圖28所示的特性相比，優選使用將電流變化率設定得更大(使斜率更陡)的電流源422。

在將特性C和特性D組合的情況下，能夠應用圖26的電路。在將特性C和特性D組合的情況下，溫度比基準溫度Tref高的高溫側的動作與上述的實施方式4相同。關於溫度比基準溫度Tref低時的動作，電路溫度越下降，最終級放大器13的偏置越變大，應當流入至中間節點150的電流的量越增大。另一方面，在溫度比基準溫度Tref低的低溫側，由於初級放大器11的偏置是恆定的，因此應當從中間節點150供給至初級放大器11的電流(具體地說，初級放大電晶體Tr1、Tr2的漏極源極電流)是恆定的。由此，對於中間節點150的電流，越是低溫側盈餘得越多。通過電流源422，使該盈餘的電流流動至GND節點即可，該動作與圖26的電路動作相同。

在將特性C和特性E組合的情況下，溫度比基準溫度Tref高的高溫側的動作與上述的實施方式4相同。關於溫度比基準溫度Tref低時的動作，隨著電路溫度的下降，初級放大器11和最終級放大器13這二者的偏置同樣地變大。其結果，應當流入至中間節點150的電流和應當從中間節點150拉出的電流均增加，中間節點150穩定。由此，在低溫區域側，由於調整電路420也可以不進行工作，因此也可以從調整電路420中省略電流源422。