JP2009232368A - 増幅装置及び増幅器故障検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】利用されるトランジスタの特性によらず、ドハティ増幅器を含む増幅装置の故障を簡易な構成で確実に検出する技術を提供する。
【解決手段】キャリア増幅器及びピーク増幅器を有し、入力信号を増幅して出力信号として出力する増幅装置において、ピーク増幅器のゲートバイアス回路に配置された抵抗の両端電位差を所定の閾値と比較する比較器と、この比較器から出力される信号に基づいて故障の有無を示す信号を出力する故障検出回路と、を備える増幅装置に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅装置の故障検出技術に関し、特に、ドハティ増幅器を含む増幅装置の故障検出技術に関する。

ドハティ増幅器は、電力増幅器の高効率化を実現するための手段等の一つとして知られている。ドハティ増幅器は、並列に接続されるキャリア増幅器及びピーク増幅器等から構成される。このドハティ増幅器では、入力電力レベルが高い場合には、キャリア増幅器及びピーク増幅器が共に動作し双方の出力電力が合成され出力される。これにより、ドハティ増幅器は、大きな飽和電力を有し高効率の増幅を実現する。

以下、ドハティ増幅器の動作原理を簡単に示す。ピーク増幅器は、Ｂ級増幅器又はＣ級増幅器として動作するようにバイアスが設定されていることから、入力電力レベルに応じてその出力インピーダンスが変化する。これにより、ドハティ増幅器は、ピーク増幅器の出力インピーダンスに応じて、キャリア増幅器の出力側に接続される負荷インピーダンスを変化させ、その負荷インピーダンスによってキャリア増幅器の出力電力レベル、利得を変化させる。

一方、入力電力レベルが低い場合には、ピーク増幅器は上記バイアス設定によりオフ状態（低利得状態）となる。このとき、キャリア増幅器は、低い飽和出力電力、高利得となるように動作し、ドハティ増幅器全体としては、ピーク増幅器の低利得を補うように高利得で動作する。これにより、低出力時においても、ドハティ増幅器は高効率の増幅を実現する。

このようなドハティ増幅器の故障を運用状態にて検出する手法が幾つか提案されている（下記特許文献参照）。
実開平５−２８１１１号公報 特開２００３−１４３８３３号公報 特開２００７−３００５２８号公報

ドハティ増幅器の故障検出手法としては、例えば、ドハティ増幅器全体の利得変動及び出力電力を監視することにより故障検出する手法がある。この手法では、キャリア増幅器が故障した場合には大幅な利得低下が発生するため、利得変動及び出力電力の低下の検出により故障を検出することができる。

しかしながら、ピーク増幅器が故障した場合には、利得低下がわずかであるため、利得変動及び出力電力の低下により故障を検出するのは困難である。これは、例えば、ピーク増幅器が、ドハティ増幅器への入力電力レベルが小さい場合には上述のようにオフ状態となることから、故障した場合と近似する出力インピーダンスを持つからである。

このような課題を解決するために、故障時にトランジスタに供給されるゲートバイアス電圧が変化することを利用し、このゲートバイアス電圧に基づいてピーク増幅器の故障を検出する手法が提案されている（上記特許文献３参照）。

ところが、この手法では、窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ（ＧａＮ ＨＥＭＴ
（High Electron Mobility Transistor）やガリウムヒ素電界効果トランジスタ（ＧａＡ
ｓ ＦＥＴ（Field Effect Transistor））のような非絶縁ゲート構造型トランジスタが
ピーク増幅器に利用されている場合には、正常に故障検出できない場合がある。

本件の課題は、このような問題点に鑑み、利用されるトランジスタの特性によらず、ドハティ増幅器を含む増幅装置の故障を簡易な構成で確実に検出する技術を提供することにある。

本件各態様では、上述した課題を解決するために、それぞれ以下の構成を採用する。

第１の態様は、キャリア増幅器及びピーク増幅器を少なくとも有し、入力信号を増幅して出力信号として出力する増幅装置において、ピーク増幅器のゲートバイアス回路に配置された抵抗の両端電位差を所定の閾値と比較する比較器と、この比較器から出力される信号に基づいて故障の有無を示す信号を出力する故障検出回路と、を備える増幅装置に関する。

この第１の態様に係る増幅装置は、キャリア増幅器及びピーク増幅器を有することからすなわちドハティ増幅器を有する。一般的には、このピーク増幅器にＧａＮ ＨＥＭＴやＧａＡｓ ＦＥＴのような非絶縁ゲート構造型トランジスタが用いられる場合には、故障によるゲート電圧の低下も小さく電圧には揺らぎも生ずるため、安定的に故障検出をすることが困難である。

ところが、この第１の態様では、ドハティ増幅器を構成するピーク増幅器のゲートバイアス回路に配置された抵抗の両端電位差が所定の閾値と比較されることにより故障の有無を示す信号が出力される。すなわち、第１態様では、２点間の電位差を故障検出に用いる。

従って、この第１の態様によれば、例えトランジスタの故障によるゲート電圧の低下が小さくかつ電圧揺らぎ等のノイズが生じたとしてもそのノイズは両電圧に影響するため、測定された２点間の電位差はそのノイズを吸収する。よって、ノイズが生じたとしても、この電位差は安定的に取得することができる。ひいては、故障による電圧低下が小さいとしてもその電圧低下を安定的に検出することができるため、ピーク増幅器を含む増幅装置の故障を確実に検出することができる。

ここでの故障とは、増幅器を構成するトランジスタのゲート絶縁が完全に破壊された状態のみならず、完全破壊と正常時との中間の状態（半壊れ状態）をも含む。この半壊れ状態では、ゲート抵抗は正常時よりも低くゼロよりも高い値となるため、完全破壊状態と較べ故障によるゲート電圧の低下は少ない。

上記第１の態様によれば、このようなトランジスタのゲート絶縁の半壊れ状態をも確実に検出することが可能となる。

この第１の態様において、好ましくは、上記両端電位差を増幅する差動増幅器を更に備えるように構成し、上記比較器が、この差動増幅器により増幅された電位差を所定の閾値と比較するように構成する。

これにより、両端電位差は増幅された後所定の閾値と比較されるため、当該所定の閾値を大きく設定することができる。よって、当該所定の閾値の精度は必要以上には求められないため、簡易な構成で確実にドハティ増幅器の故障を検出することができる。

また、この第１の態様において、好ましくは、上記キャリア増幅器を含む増幅装置内の増幅器の利得を検出する利得検出回路を更に備えるように構成し、上記故障検出回路が、上記利得検出回路から出力される上記利得に応じた出力信号及び上記比較器から出力される信号に基づいて故障の有無を示す信号を出力するように構成する。

これにより、ピーク増幅器の故障は上記比較器から出力される信号により示され、それ以外のキャリア増幅器を少なくとも含む増幅器の故障は上記利得検出回路から出力される信号により示される。

従って、この態様によれば、ドハティ増幅器以外の他の増幅器が含まれる場合において、いずれの増幅器が故障した場合であっても、確実に増幅装置の故障を検出することができる。

なお、別態様としては、以上の何れかの作用を回路等に実現させる方法であってもよい。

上記態様によれば、利用されるトランジスタの特性によらず、ドハティ増幅器を含む増幅装置の故障を簡易な構成で確実に検出する技術を実現することができる。

以下、図面を参照して、本実施形態に係る増幅装置について説明する。本実施形態における増幅装置は、例えば、移動端末、基地局装置等の無線送受信機に搭載される。本実施形態における増幅装置は、それを搭載する機器を限定するものではなく、アナログ信号、デジタル信号等の所定の信号の電力を増幅することが要求される回路に搭載される。以下に示す実施形態の構成は例示であり、本発明は下記の実施形態の構成に限定されない。

［回路構成］
まず、本実施形態における増幅装置の回路構成の概略を説明する。図１は、本実施形態における増幅装置の概略回路構成を示す図である。

図１に示すように、本実施形態における増幅装置１は、初段増幅器１１、中段増幅器１２、最終段増幅器１３、利得検出回路２０、故障検出回路３０等を有する。最終段増幅器１３は、ドハティ増幅器であり、キャリア増幅器１５及びピーク増幅器１６を含む。すなわち、本実施形態における増幅装置１は、ドハティ増幅器を含んでいる。

本実施形態における増幅装置１は、このようなドハティ増幅器１３を含む回路構成において内部増幅器（初段増幅器１１、中段増幅器１２、最終段増幅器１３）の故障を検出する。増幅装置１は、入力信号が増幅されて得られる出力信号を出力すると共に、内部増幅器の故障が検出された場合にその故障を示す信号を出力する。増幅装置１内の利得検出回路２０及び故障検出回路３０がこの故障検出を実現する。

利得検出回路２０は、入力信号及び出力信号を方向性結合器５及び６を介して取得し、入力信号及び出力信号に基づいて本増幅装置１の総合利得を得る。利得検出回路２０は、この総合利得が定格よりも低くなった場合に、所定の信号を故障検出回路３０へ出力する。

故障検出回路３０は、最終段増幅器１３のピーク増幅器１６のゲートバイアス回路に配置された抵抗（ゲートバイアス抵抗）１９の両端電位差を測定する。故障検出回路３０は
、この両端電位差が所定の閾値を超えた場合に所定の信号を生成する。故障検出回路３０は、この生成された所定の信号と利得検出回路２０から送られる所定の信号とに基づいて、増幅装置１を構成する増幅器の少なくとも１つが故障したことを示す所定の信号を出力する。

図２は、本実施形態における利得検出回路及び故障検出回路の詳細構成を示す図である。

利得検出回路２０は、減衰器２１、電力検波回路２２及び２３、比較器２５等を有する。

減衰器２１は、初段増幅器１１、中段増幅器１２及び最終段増幅器１３で段階的に増幅された出力信号のうち方向性結合器６により分岐された信号を受信する。減衰器２１は、この受信された信号を減衰させ減衰された信号を電力検波回路２２へ送る。この減衰量は、本増幅装置１の総合利得（増幅器１１、１２及び１３の利得）に対応するように設定される。すなわち、減衰器２１は、方向性結合器６により分岐された信号（出力信号）の電力レベルを入力信号の電力レベル相当に合わせる。

電力検波回路２２は、減衰器２１からの信号を電力検波することにより、直流電圧を取得する。電力検波回路２２は、この直流電圧を比較器２５へ出力する。

一方で、電力検波回路２３は、入力信号が方向性結合器５により分岐された信号を受信する。電力検波回路２３は、この信号（入力信号）を電力検波することにより、直流電圧を取得する。電力検波回路２３は、この直流電圧を比較器２５へ出力する。

比較器２５は、電力検波回路２２から受けた直流電圧と電力検波回路２３から受けた直流電圧とを比較する。比較器２５は、両者の比較結果に応じた所定の電圧を出力する。増幅装置１の利得が定格である場合すなわち内部増幅器が全て正常である場合には、比較器２５は、所定の電圧Ｘを出力する。このときの両者の電圧は近似する。

一方で、増幅装置の利得が定格より小さい場合すなわち初段増幅器１１、中段増幅器１２及び最終段増幅器１３のキャリア増幅器１５の少なくとも１つが故障した場合には、比較器２５は、電圧Ｘよりこの電圧差に応じたα分小さい電圧を出力する。このとき、電力検波回路２２から受けた直流電圧は、電力検波回路２３から受けた直流電圧よりも小さくなる。

このように利得検出回路２０は、方向性結合器５及び６により取り出された入力信号と出力信号とに基づいて本増幅装置１の総合利得を検知し、この総合利得に基づいて内部増幅器の故障を検出する。この利得検出回路２０によれば、初段増幅器１１、中段増幅器１２、及び最終段増幅器１３のキャリア増幅器１５の故障を確実に検出することができる。これは、初段増幅器１１、中段増幅器１２及びキャリア増幅器１５が故障すれば、大幅に利得が低下し、入力信号と出力信号との信号の電力レベル差が大きくなるからである。

しかしながら、最終段増幅器１３のピーク増幅器１６が故障した場合には、上述したように利得の変動量が少ない。従って、利得検出回路２０は、このピーク増幅器１６の故障を検出することはできない。

故障検出回路３０はピーク増幅器１６の故障を検出する。故障検出回路３０は、検出されたピーク増幅器１６の故障と利得検出回路２０からの他の増幅器の故障とを合わせることで、本増幅装置１全体の故障検出結果を示す信号を出力する。

〔故障検出回路の詳細回路構成〕
＜ピーク増幅器１６の故障検出＞
図３は、増幅装置の詳細回路構成の一例を示す図である。

故障検出回路９０がピーク増幅器１６の故障を検出する。故障検出回路９０は、ピーク増幅器１６のゲートバイアス電圧を取り出し、このゲートバイアス電圧と予め設定された異常検出設定電圧（図３に示すＶｒｅｆ、以降、Ｖｒｅｆと表記する）とを比較器９１で比較する。この比較器９１は、ゲートバイアス電圧とＶｒｅｆとの差に応じた電圧を出力する。

すなわち、ピーク増幅器１６が正常動作している場合は、Ｖｒｅｆの方がゲートバイアス電圧よりも小さいことから比較器９１からＬｏｗ側の電圧が出力される。一方、ピーク増幅器１６が故障した場合には、ゲート電極の絶縁破壊等によりゲート抵抗が低下することからそのゲートバイアス電圧が低下する。これにより、ピーク増幅器１６が故障した場合には、Ｖｒｅｆの方がゲートバイアス電圧よりも大きくなることから比較器９１からＨｉｇｈ側の電圧が出力される。

上述のピーク増幅器１６の故障検出手法は、ピーク増幅器１６に接続されるゲートバイアス抵抗１９が高抵抗である場合に好適である。ゲートバイアス抵抗１９が高抵抗である場合には、ピーク増幅器１６のトランジスタが故障しゲートのインピーダンスが低下すると、このゲートバイアス抵抗１９によって正常時に較べて大きな電圧降下が生じる。これにより、本回路構成においても、この電圧降下は容易に検出され得る。

しかしながら、ＧａＮ ＨＥＭＴ、ＧａＡｓ ＦＥＴのような金属と半導体とのゲート接合構造（ショットキー接合）を持つトランジスタ（以降、非絶縁ゲート構造型トランジスタと表記する）の場合は、ゲート電流は、マイクロアンペア（μＡ）程度でありＬＤＭＯＳのような絶縁ゲート構造型トランジスタと比較して１０００倍以上大きい。これにより、非絶縁ゲート構造型トランジスタは、そのゲートバイアス抵抗を高抵抗に設定すると、熱暴走する。熱暴走は、例えば以下のような原理により生ずる。環境温度が上昇すると、ゲート電流が増加する。ゲート電流が増加すると、ゲート電流とゲート抵抗によりドレイン電流が大きく流れる方向にゲート電圧が遷移する。このゲート電圧の遷移により、ドレイン電流が増加する。ドレイン電流が増加すると、トランジスタ温度が上昇し、上記ゲート電流が増加する。このようなサイクルが繰り返されることにより熱暴走が生ずる。よって、非絶縁ゲート構造型トランジスタは、そのゲートバイアス抵抗を高抵抗にすることができない。

一方で、このような非絶縁ゲート構造型トランジスタを用いる場合であっても、バイアス回路周りの発振を抑えるために或る程度の負荷を持つゲートバイアス抵抗を設ける必要がある。

以上より、上述のような非絶縁ゲート構造型トランジスタをピーク増幅器１６に用いる場合には、熱暴走を防ぎつつ発振を回避できる範囲で低いゲートバイアス抵抗１９が設定される。すなわち、ＧａＮ ＨＥＭＴ、ＧａＡｓ ＦＥＴのような非絶縁ゲート構造型トランジスタが用いられる場合には、ＬＤＭＯＳ型トランジスタ等が用いられる場合に較べてゲートバイアス抵抗１９が低く設定されるのが一般的である。

このようにゲートバイアス抵抗１９が低く設定された場合には、本回路構成においてゲートバイアス電圧の低下を検出するのは容易ではない。以下、図４及び５を用いて、絶縁ゲート構造型トランジスタが用いられる場合と非絶縁ゲート構造型トランジスタが用いら
れる場合とに関し、ピーク増幅器の故障検出の例について説明する。

ここでは、ピーク増幅器のトランジスタのゲートの絶縁破壊（半壊れ）によりゲートインピーダンスが１００オーム（Ω）になった場合を例に挙げる。ゲートの絶縁破壊を半壊れとしたのは、検出が困難でありながら周辺回路に悪影響を及ぼす可能性があるからである。なお、ゲートの絶縁が完全に破壊された場合にはゲート抵抗がゼロ（０）に近い値となるため、ゲートバイアス電圧の低下が顕著となることから検出が容易である。

図４は、絶縁ゲート構造型トランジスタがピーク増幅器に用いられる場合のピーク増幅器の故障検出の例を示す図である。この例では、ゲートバイアス電圧（ゲートとソースとの間に印加される電圧；以降、図に示すＶｇｓ）を１．５０ボルト（Ｖ）とし、ゲートバイアス抵抗を１０キロオーム（ｋΩ）に設定している。

この場合、ゲートバイアス電圧（図の（Ａ））は、増幅装置１が正常である場合には１．５０（Ｖ）となる。一方で、増幅装置１のピーク増幅器１６が故障した場合には、０．０１（Ｖ）（＝１．５（Ｖ）×１００（Ω）／（１００（Ω）＋１０（ｋΩ））となる。

このように、絶縁ゲート構造型トランジスタが用いられる場合には、ゲートバイアス抵抗（１０キロオーム（ｋΩ））を大きく設定することができるため、故障時の電圧低下が顕著である。よって、異常検出設定電圧（Ｖｒｅｆ）に精度を必要とすることなく、故障を容易に検出することができる。

図５は、非絶縁ゲート構造型トランジスタがピーク増幅器に用いられる場合のピーク増幅器の故障検出の例を示す図である。この例では、Ｖｇｓを−１．５０（Ｖ）とし、非絶縁ゲート構造型トランジスタの上述の特性によりゲートバイアス抵抗を低く（５（Ω）に）設定している。

この場合、ゲートバイアス電圧（図の（Ｂ））は、増幅装置１が正常である場合には−１．５０（Ｖ）となる。一方で、増幅装置１のピーク増幅器１６が故障した場合には、−１．４３（Ｖ）（＝１．５（Ｖ）×１００（Ω）／（１００（Ω）＋５（Ω））となる。

このように、非絶縁ゲート構造型トランジスタが用いられる場合には、ゲートバイアス抵抗を低く設定する必要があるため、故障時の電圧低下が小さい。この例では、異常検出設定電圧（Ｖｒｅｆ）が−１．５（Ｖ）と−１．４３（Ｖ）との間に設定されなければ故障を検出することができない。すなわち、Ｖｒｅｆに精度が必要となりノイズ等による誤検出の恐れもある。従って、非絶縁ゲート構造型トランジスタの故障検出は上述の絶縁ゲート構造型トランジスタ程、容易ではない。

＜本実施形態におけるピーク増幅器１６の故障検出＞
本実施形態における故障検出回路３０は、非絶縁ゲート構造型トランジスタが利用される場合のようにピーク増幅器１６のゲートバイアス抵抗を低抵抗とする必要がある場合であっても、確実にピーク増幅器１６の故障を検出する。

本実施形態における故障検出回路３０は、差動増幅器３７、比較器３８及び加算器３９等を有する。差動増幅器３７は、抵抗３１、３２、３３及び３４、並びにオペアンプ３５から構成される。この差動増幅器３７は、一般的な構成を持つので、ここでは説明を省略する。

故障検出回路３０は、ピーク増幅器１６のゲートバイアス抵抗１９の両端の電圧を取り出し、それらの電位差を差動増幅器３７で増幅した後、その増幅された電位差を比較器３
８により異常検出設定電圧（Ｖｒｅｆ）と比較する。

比較器３８は、増幅された電位差とＶｒｅｆとの差に応じた電圧を出力する。すなわち、比較器３８は、上述の回路構成と同様に、ピーク増幅器１６が正常動作している場合はＬｏｗ側の電圧を出力し、ピーク増幅器１６が故障した場合にはＨｉｇｈ側の電圧を出力する。このとき、比較器３８では増幅された２点間電位差が用いられるため、Ｖｒｅｆを高く設定することができる。よって、Ｖｒｅｆの精度は、上述の回路構成における絶縁ゲート構造型トランジスタを用いる場合と同程度でよい。

加算器３９は、利得検出回路２０の比較器２５から出力される電圧と比較器３８から出力される電圧とを合成し、この合成した電圧を増幅装置１の警報信号として出力する。具体的には、本実施形態における増幅装置１を構成する増幅器のうち初段増幅器１１、中段増幅器１２及びキャリア増幅器１５に不具合が生じた場合には、利得検出回路２０の比較器２５からの出力電圧が通常時（所定の電圧Ｘ）よりも低くなることから、故障検出回路３０から出力される信号の電圧は通常時よりも低くなる。一方で、ピーク増幅器１６に不具合が生じた場合には、比較器３８からＨｉ側の電圧が出力されるため出力電圧が通常時よりも高くなる。

従って、本実施形態における増幅装置１に接続される他の機能部（回路）は、この警報信号の電圧を監視することにより、増幅装置１の内部増幅器の故障を検知することができる。

このように、本実施形態によれば、ピーク増幅器１６の故障による電圧低下が小さい場合であっても、ゲートバイアス抵抗１９の両端電位差を増幅した後所定の閾値と比較するため、その故障を確実に検出することができる。

なお、上述の実施形態では、利得検出回路２０から出力される電圧は、増幅器が故障した場合に通常時よりも低くなるように記載したが、通常時よりも高くなるように構成してもよい。このように構成すれば、同時期にピーク増幅器１６と他の増幅器とが故障したようなレアケースであっても、合わせて故障検知することができる。

［動作例］
図６は、本実施形態における増幅装置１の動作例を示す図である。

〔トランジスタ正常動作時〕
増幅装置１に所定の電力レベルの信号が入力されると、方向性結合器５が、その入力信号を初段増幅器１１方向と利得検出回路２０方向とに分岐させる。

初段増幅器１１及び中段増幅器１２は、段階的に、この入力信号を各所定の利得で増幅する。増幅された信号は、ドハティ増幅器である最終段増幅器１３へ送られる。最終段増幅器１３は、入力信号の電力レベルに応じてキャリア増幅器１５及びピーク増幅器１６の少なくとも一方が動作することにより、その信号を更に増幅する。最終段増幅器１３により更に増幅された信号は、方向性結合器６を介して、増幅装置１の外部に出力される。

利得検出回路２０は、方向性結合器５により取り出された入力信号と、方向性結合器６から取り出された出力信号とを順次受けている。利得検出回路２０では、電力検波回路２３がその入力信号を電力検波し、比較器２５が電力検波により得られた入力信号に対応する直流電圧を受ける。一方で、方向性結合器６からの出力信号については、減衰器２１がその信号を本増幅装置１の利得に対応する減衰量で減衰させ、電力検波回路２２がその減衰された入力信号を電力検波し、比較器２５が電力検波により得られた出力信号に対応す
る直流電圧を受ける。

比較器２５は、入力信号に対応する直流電圧と出力信号に対応する直流電圧とを比較し、その電圧差に応じた電圧を故障検出回路３０へ出力する。これにより、本増幅装置１の内部増幅器が全て正常に動作している場合には、利得検出回路２０は、所定の電圧Ｘ又はそれに近似する電圧を出力する。

故障検出回路３０は、最終段増幅器１３のピーク増幅器１６に接続されるゲートバイアス抵抗１９の両端電位を順次取り出している。故障検出回路３０では、差動増幅器３７がこの両端電位差を所定利得分増幅し、比較器３８がこの増幅された電位差とＶｒｅｆとを比較し、その電位差がＶｒｅｆよりも大きい場合にはＨｉ側の電圧を出力し、それ以外であればＬｏｗ側の電圧を出力する。これにより、ピーク増幅器１６が正常に動作している場合には、その電位差はゼロ又はそれに近似する値であるため、比較器３８はＬｏｗ側の電圧を出力する。

図６に示す例によれば、ピーク増幅器１６のトランジスタ正常時は、ピーク増幅器１６のゲートバイアス抵抗１９の両端電位差は近似するため（Ｖｇｓ１≒Ｖｇｓ２）、差動増幅器３７からの出力電圧はゼロ（Ｖ）に近似する（Ｖｏｕｔ１≒０（Ｖ））。よって、比較器３８によりＶｏｕｔ１がＶｒｅｆよりも小さいと判断される。その結果、比較器３８から出力される電圧（Ｖｏｕｔ２）はＬｏｗ側の電圧となる。

故障検出回路３０では、この比較器３８から出力される電圧と上述の利得検出回路２０から出力される電圧とが合成され、その合成された電圧を有する信号が出力される。これにより、本増幅装置１の内部増幅器が全て正しく動作している場合には、利得検出回路２０からの所定の電圧Ｘと比較器３８から出力されるＬｏｗ側の電圧とが合算された電圧を有する信号が出力する。この信号を監視する外部機能部（回路）は、この信号が所定の電圧ＸにＬｏｗ側の電圧が合算された電圧であるため、本増幅装置１が故障していないと判断する。

〔トランジスタ故障時〕
初段増幅器１１、中段増幅器１２及び最終段増幅器１３のキャリア増幅器１５のいずれかが故障した場合には、本増幅装置１の利得が大幅に低下するため、利得検出回路２０から出力される電圧は通常時（所定の電圧Ｘ）よりも低くなる。

一方で、ピーク増幅器１６が故障していない場合には、故障検出回路３０の比較器３８から出力される電圧はＬｏｗ側の電圧である。結果として、故障検出回路３０から出力される信号は、上記通常時の電圧よりも低くなっているため、本増幅装置１が故障していると判断することができる。

次に、ピーク増幅器１６のみが故障した場合を例に挙げる。この場合、ピーク増幅器１６のトランジスタがゲート絶縁破壊（半壊れ）となり、ゲートインピーダンスが１００オーム（Ω）になった場合を想定する。このとき、ピーク増幅器１６に接続されるゲートバイアス抵抗１９は５（Ω）であり、Ｖｇｓが−１．５０（Ｖ）であったとする。

この場合、Ｖｇｓ１は−１．５０（Ｖ）となり、Ｖｇｓ２は−１．４３（Ｖ）（＝−１．５（Ｖ）×１００（Ω）／（１００（Ω）＋５（Ω））となる。差動増幅器３７は、この両端電圧Ｖｇｓ１及びＶｇｓ２の差分を増幅し、以下に示す出力電圧Ｖｏｕｔ１を出力する。差動増幅器３７のＲ１は１（ｋΩ）であり、Ｒ２は２０（ｋΩ）であると仮定する。

Ｖｏｕｔ１＝−（Ｖｇｓ１−Ｖｇｓ２）×（Ｒ２／Ｒ１）
＝＋０．０７（Ｖ）×（２０（ｋΩ）／１（ｋΩ））
＝＋１．４（Ｖ）
なお、差動増幅器３７を構成する各抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４はそれぞれ後段で故障検出し易いように適切な増幅倍率となるように設定されればよい。

このようにゲートバイアス抵抗１９の両端電位差は小さいものの、差動増幅器３７から出力される電圧Ｖｏｕｔ１は増幅された値（１．４（Ｖ））となる。よって、Ｖｒｅｆを＋０．５（Ｖ）と設定すれば、比較器３８は、そのＶｏｕｔ１がＶｒｅｆよりも大きいためＨｉｇｈ側の電圧を出力する。なお、比較器３８のバイアスは正電圧印加の単電源としている。

この場合、故障検出回路３０から出力される信号は、利得検出回路２０から出力される所定の電圧Ｘと上記Ｈｉｇｈ側の電圧とが合成された電圧を有し通常時よりも高い電圧となっているため、本増幅装置１が故障していると判断することができる。

〈本実施形態における作用及び効果〉
このように本実施形態では、ドハティ増幅器を含む増幅装置において、入力信号と出力信号とに基づいて総合利得に基づいてピーク増幅器１６を除く他の増幅器の故障が判断され、この故障を示す信号が利得検出回路２０から出力される。

一方で、ピーク増幅器１６に接続されるゲートバイアス抵抗１９の両端電位差が計測されることによりそのピーク増幅器１６の故障を示す信号が故障検出回路３０の比較器３８から出力される。

その結果、両方の信号が合成された信号が本増幅装置１から故障を判断するための信号として出力される。

従って、本実施形態における増幅装置１によれば、ドハティ増幅器を含む増幅装置において各増幅器の故障をそれぞれ検出することができる。

本実施形態では、ピーク増幅器１６の故障を検出するために、ピーク増幅器１６に接続されるゲートバイアス抵抗１９の両端の電圧が取り出されその両電圧差が増幅された状態で比較器３８へ送られる。すなわち、本実施形態では、ゲートバイアス抵抗１９の両端電圧差が増幅された形でＶｒｅｆと比較され、その比較結果に応じてピーク増幅器１６の故障が検出される。

よって、本実施形態によれば、ピーク増幅器１６が非絶縁ゲート構造型トランジスタで実現された場合等のように故障によるゲート電圧の降下が小さかったとしても、確実にその故障を検出することができる。更に、故障を判断するためのＶｒｅｆの精度も絶縁ゲート構造型トランジスタを用いる場合と同程度でよいため、簡易な構成でピーク増幅器１６の故障を検出することができる。

また、ピーク増幅器１６に非絶縁ゲート構造型トランジスタを用いる場合には、故障による電圧降下も小さく、電圧には揺らぎ等のノイズも生ずるため、安定的に故障検出をすることが困難である。本実施形態では、２点間の電位差により故障検出を行うので、ノイズを含めて安定して故障検出をすることができる。

［変形例］
なお、ゲートバイアス抵抗の両端電圧の検出することによるトランジスタの故障検出は
、ピーク増幅器１６に限定されるものではなく、キャリア増幅器１５の故障検出に用いるようにしてもよい。この場合には、キャリア増幅器１５に接続されるゲートバイアス抵抗１８の両端電位差を計測する差動増幅器、及びこの差動増幅器からの出力電圧をＶｒｅｆと比較する比較器を更に設けるようにすればよい。

また、このような故障検出手段は、バランス型増幅器等のマイクロ波トランジスタを使用したその他の増幅器にも適用可能である。

［その他］
〈付記〉
以上の本実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。各項に開示される態様は、必要に応じて可能な限り組み合わせることができる。

（付記１）
キャリア増幅器及びピーク増幅器を有し、入力信号を増幅して出力信号として出力する増幅装置において、
前記ピーク増幅器のゲートバイアス回路に配置された抵抗の両端電位差を所定の閾値と比較する比較器と、
前記比較器から出力される信号に基づいて故障の有無を示す信号を出力する故障検出回路と、
を備える増幅装置。

（付記２）
前記両端電位差を増幅する差動増幅器を更に備え、
前記比較器は、前記差動増幅器により増幅された電位差を前記所定の閾値と比較する、
付記１に記載の増幅装置。

（付記３）
前記キャリア増幅器を含む前記増幅装置内の増幅器の利得を検出する利得検出回路を更に備え、
前記故障検出回路は、前記利得検出回路から出力される前記利得に応じた出力信号及び前記比較器から出力される信号に基づいて故障の有無を示す信号を出力する、
付記１又は２に記載の増幅装置。

（付記４）
キャリア増幅器及びピーク増幅器を有し、入力信号を増幅して出力信号として出力する増幅装置における増幅器故障検出方法において、
前記ピーク増幅器のゲートバイアス回路に配置された抵抗の両端電位差を所定の閾値と比較する比較ステップと、
前記比較結果に対応する出力信号に基づいて故障の有無を示す信号を出力する故障検出ステップと、
を含む増幅器故障検出方法。

（付記５）
前記両端電位差を増幅する増幅ステップを更に含み、
前記比較ステップは、前記増幅された電位差を前記所定の閾値と比較する、
付記４に記載の増幅器故障検出方法。

（付記６）
前記キャリア増幅器を少なくとも含む前記増幅装置内の増幅器の利得を検出する利得検
出ステップを更に含み、
前記故障検出ステップは、前記検出された利得に応じた出力信号及び前記比較ステップによる比較結果を示す信号に基づいて故障の有無を示す信号を出力する、
付記４又は５に記載の増幅器故障検出方法。

本実施形態における増幅装置の概略回路構成を示す図である。 本実施形態における利得検出回路及び故障検出回路の詳細構成を示す図である。 増幅装置の詳細回路構成の一例を示す図である。 絶縁ゲート構造型トランジスタがピーク増幅器に用いられる場合のピーク増幅器の故障検出の例を示す図である。 非絶縁ゲート構造型トランジスタがピーク増幅器に用いられる場合のピーク増幅器の故障検出の例を示す図である。 本実施形態における増幅装置の動作例を示す図である。

符号の説明

１ 増幅装置
１１ 初段増幅器
１２ 中段増幅器
１３ 最終段増幅器
１５ キャリア増幅器
１６ ピーク増幅器
１９ ゲートバイアス抵抗
２０ 利得検出回路
３０ 故障検出回路
２１ 減衰器
２２、２３ 電力検波回路
２５ 比較器
３７ 差動増幅器
３８ 比較器
３９ 加算器

Claims (5)

1. キャリア増幅器及びピーク増幅器を有し、入力信号を増幅して出力信号として出力する増幅装置において、
   前記ピーク増幅器のゲートバイアス回路に配置された抵抗の両端電位差を所定の閾値と比較する比較器と、
   前記比較器から出力される信号に基づいて故障の有無を示す信号を出力する故障検出回路と、
   を備える増幅装置。
2. 前記両端電位差を増幅する差動増幅器を更に備え、
   前記比較器は、前記差動増幅器により増幅された電位差を前記所定の閾値と比較する、
   請求項１に記載の増幅装置。
3. 前記キャリア増幅器を含む前記増幅装置内の増幅器の利得を検出する利得検出回路を更に備え、
   前記故障検出回路は、前記利得検出回路から出力される前記利得に応じた出力信号及び前記比較器から出力される信号に基づいて故障の有無を示す信号を出力する、
   請求項１又は２に記載の増幅装置。
4. キャリア増幅器及びピーク増幅器を有し、入力信号を増幅して出力信号として出力する増幅装置における増幅器故障検出方法において、
   前記ピーク増幅器のゲートバイアス回路に配置された抵抗の両端電位差を所定の閾値と比較するステップと、
   前記比較結果に対応する出力信号に基づいて故障の有無を示す信号を出力するステップと、
   を含む増幅器故障検出方法。
5. 前記両端電位差を増幅する増幅ステップを更に含み、
   前記比較ステップは、前記増幅された電位差を前記所定の閾値と比較する、
   請求項４に記載の増幅器故障検出方法。

Images