(57)【要約】  低電力から高電力の広範囲の電力増幅を可能とし複数の周波数バンドのＲＦ入力信号の電力増幅の際に電力付加効率を向上する。第１増幅器１と第２増幅器２は大サイズ素子と小サイズ素子を含み、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮは増幅器１、２により増幅される。増幅器１の出力は第１出力整合回路３の入力に接続され、増幅器２の出力は第２出力整合回路４の入力に接続され、回路４の出力は回路３の入力に接続され、回路３の出力はＲＦ信号出力端子１０２に接続される。高電力状態の場合にＲＦＩＮは増幅器１で増幅され、低電力状態の場合にＲＦＩＮは増幅器２で増幅される。低電力で高周波数ｆHBの増幅の場合に回路４のリアクタンスは所定値Ｌ１、Ｃ１に設定され、低電力で低周波数ｆLBの増幅の場合に回路４のリアクタンスは大きな値Ｃ１、Ｃ２に設定される。
2012157645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号入力端子と、第１増幅器と、第２増幅器と、第１出力整合回路と、第２出力整合回路と、ＲＦ信号出力端子とを具備する電力増幅器であって、
前記第１増幅器は高電力状態で高い電力付加効率を示すように大きな素子サイズの第１トランジスタを含む一方、前記第２増幅器は低電力状態で高い電力付加効率を示すように前記第１トランジスタよりも小さな素子サイズの第２トランジスタを含み、
前記第１増幅器の入力端子と前記第２増幅器の入力端子とは前記ＲＦ信号入力端子に共通接続され、前記ＲＦ信号入力端子に供給されるＲＦ入力信号は前記第１増幅器と前記第２増幅器によって増幅可能とされ、
前記第１増幅器の出力端子は前記第１出力整合回路の入力端子に接続され、前記第２増幅器の出力端子は前記第２出力整合回路の入力端子に接続され、
前記第２出力整合回路の出力端子は前記第１出力整合回路の前記入力端子に接続され、前記第１出力整合回路の出力端子は前記ＲＦ信号出力端子に接続され、
前記第２出力整合回路の前記出力端子と前記第２出力整合回路の前記入力端子との間には誘導性リアクタンスが接続され、前記第２出力整合回路の前記入力端子と接地電圧との間には容量性リアクタンスが接続され、
前記電力増幅器が高電力状態の電力増幅を実行する場合には、前記ＲＦ入力信号が前記第１増幅器により増幅され、前記第１増幅器の第１ＲＦ増幅出力信号は前記第１出力整合回路を介して前記ＲＦ信号出力端子に出力可能とされ、
前記電力増幅器が低電力状態の電力増幅を実行する場合には、前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅され、前記第２増幅器の第２ＲＦ増幅出力信号は前記第２出力整合回路と前記第１出力整合回路とを介して前記ＲＦ信号出力端子に出力可能とされ、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して第１周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとはそれぞれ所定の値に設定可能とされ、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第１周波数よりも低い第２周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとの少なくともいずれか一方のリアクタンスは前記所定の値よりも大きな値に設定可能とされた
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
請求項１において、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第１周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記容量性リアクタンスは所定の容量値に設定可能とされ、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第２周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記容量性リアクタンスは前記所定の容量値より大きな容量値に設定可能とされた
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項３】
請求項１において、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第１周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記誘導性リアクタンスは所定のインダクタ値に設定可能とされ、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第２周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記誘導性リアクタンスは前記所定のインダクタ値より大きなインダクタ値に設定可能とされた
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項４】
請求項１において、
前記第２出力整合回路には、周波数バンド選択信号が供給可能とされ、
前記周波数バンド選択信号が第１状態である場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとはそれぞれ前記所定の値に設定可能とされ、
前記周波数バンド選択信号が前記第１状態と異なった第２状態である場合には、前記第２出力整合回路の前記一方のリアクタンスは前記大きな値に設定可能とされた
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項５】
請求項４において、
前記第２出力整合回路は、モード選択信号が供給可能とされた第１スイッチを含み、
前記モード選択信号が前記高電力状態を示す場合には、前記第１スイッチはオン状態とオフ状態との一方に制御されることによって、前記第１増幅器の前記出力端子への前記第２出力整合回路の影響が低減され、
前記モード選択信号が前記低電力状態を示す場合には、前記第１スイッチは前記オン状態と前記オフ状態との他方に制御されることによって、前記第２増幅器の前記第２ＲＦ増幅出力信号は前記他方に制御された前記第１スイッチを含んだ前記第２出力整合回路を介して前記第１出力整合回路の前記入力端子に供給可能とされた
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項６】
請求項５において、
前記電力増幅器が前記高電力状態の前記電力増幅を実行する場合には、前記第１増幅器は活性状態に制御され前記第２増幅器は非活性状態に制御され、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行する場合には、前記第１増幅器は非活性状態に制御され前記第２増幅器は活性状態に制御される
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項７】
請求項６において、
前記一方のリアクタンスは、前記周波数バンド選択信号が供給可能とされた第２スイッチを含み、
前記周波数バンド選択信号が前記第１状態である場合には、前記第２スイッチはオン状態とオフ状態との一方に制御され、前記一方に制御された前記第２スイッチは前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとをそれぞれ前記所定の値に設定可能とされ、
前記周波数バンド選択信号が前記第２状態である場合には、前記第２スイッチは前記オン状態と前記オフ状態との他方に制御され、前記他方に制御された前記第２スイッチは前記第２出力整合回路の前記一方のリアクタンスを前記大きな値に設定可能とされた
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項８】
請求項７において、
前記誘導性リアクタンスと前記第１スイッチとは、前記第２出力整合回路の前記入力端子と前記第２出力整合回路の前記出力端端子との間に直列接続され、
前記容量性リアクタンスは、第１容量と第２容量とを含み、
前記第１容量の一端と前記第２容量の一端とは前記第２出力整合回路の前記入力端子に接続され、前記第１容量の他端は前記接地電圧に接続され、前記第２容量の他端は前記第２スイッチを介して前記接地電圧に接続された
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項９】
請求項７において、
前記容量性リアクタンスは、第１容量と第２容量とを含む。
前記第１容量の一端と前記第２容量の一端とは前記第２出力整合回路の前記入力端子に接続され、前記第１容量の他端は前記第１スイッチを介して前記接地電圧に接続され、前記第２容量の他端は前記第２スイッチを介して前記接地電圧に接続された
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項１０】
請求項７において、
前記第２出力整合回路では、他の容量を含み、
前記第１スイッチと前記他の容量との直列接続は、前記第２出力整合回路の前記入力端子と前記第２出力整合回路の前記出力端端子との間で前記誘導性リアクタンスと並列接続され、
前記モード選択信号が前記高電力状態を示す場合には、前記第１スイッチは前記オン状態制御されることによって前記他の容量と前記誘導性リアクタンスとの並列共振回路が形成され、前記第１増幅器の前記出力端子への前記第２出力整合回路の影響が低減され、
前記モード選択信号が前記低電力状態を示す場合には、前記第１スイッチは前記オフ状態に制御されて、前記第２増幅器の前記第２ＲＦ増幅出力信号は前記オフ状態に制御された前記第１スイッチを含んだ前記第２出力整合回路を介して前記第１出力整合回路の前記入力端子に供給可能とされた
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項１１】
請求項７において、
前記ＲＦ信号入力端子は、ハイバンドＲＦ信号入力端子とローバンドＲＦ信号入力端子とを含み、
前記ＲＦ信号出力端子は、ハイバンドＲＦ信号出力端子とローバンドＲＦ信号出力端子とを含み、
前記第１増幅器は、ハイバンド第１増幅器とローバンド第１増幅器とを含み、
前記第２増幅器は、ハイバンド第２増幅器とローバンド第２増幅器とを含み、
前記第１出力整合回路は、ハイバンド第１出力整合回路とローバンド第１出力整合回路とを含み、
前記第２出力整合回路は、ハイバンド第２出力整合回路とローバンド第２出力整合回路とを含み、
前記ハイバンド第１増幅器と前記ハイバンド第２増幅器と前記ハイバンド第１出力整合回路と前記ハイバンド第２出力整合回路とは、前記ハイバンドＲＦ信号入力端子に供給されるハイバンドＲＦ入力信号を増幅して、ハイバンドＲＦ増幅信号を前記ハイバンドＲＦ信号出力端子に出力可能とされ、
前記ローバンド第１増幅器と前記ローバンド第２増幅器と前記ローバンド第１出力整合回路と前記ローバンド第２出力整合回路とは、前記ローバンドＲＦ信号入力端子に供給されるローバンドＲＦ入力信号を増幅して、ローバンドＲＦ増幅信号を前記ローバンドＲＦ信号出力端子に出力可能とされ、
前記電力増幅器は、共通端子にバンド選択信号を受信可能な制御回路を更に具備して、
前記制御回路は、前記共通端子に受信される前記バンド選択信号に応答して前記ハイバンド第２出力整合回路と前記ローバンド第２出力整合回路とを制御可能とされた
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記ハイバンド第１増幅器と前記ハイバンド第２増幅器と前記ハイバンド第１出力整合回路と前記ハイバンド第２出力整合回路とは、前記ハイバンドＲＦ信号入力端子に供給されるＷＣＤＭＡ方式の前記ハイバンドＲＦ入力信号を増幅可能とされ、
前記ローバンド第１増幅器と前記ローバンド第２増幅器と前記ローバンド第１出力整合回路と前記ローバンド第２出力整合回路とは、前記ローバンドＲＦ信号入力端子に供給されるＷＣＤＭＡ方式の前記ローバンドＲＦ入力信号を増幅可能とされた
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記電力増幅器は、ＧＳＭハイバンドＲＦ信号入力端子と、ＧＳＭローバンドＲＦ信号入力端子と、ＧＳＭハイバンドＲＦ信号出力端子と、ＧＳＭローバンドＲＦ信号出力端子と、ＧＳＭハイバンド増幅器と、ＧＳＭローバンド増幅器とを更に具備して、
前記ＧＳＭハイバンド増幅器は前記ＧＳＭハイバンドＲＦ信号入力端子と前記ＧＳＭハイバンドＲＦ信号出力端子との間に接続され、前記ＧＳＭローバンド増幅器は前記ＧＳＭローバンドＲＦ信号入力端子と前記ＧＳＭローバンドＲＦ信号出力端子との間に接続されも
前記制御回路は、第１共通端子に受信されるモード切換信号に応答して、前記ＧＳＭハイバンド増幅器と前記ＧＳＭローバンド増幅器とを、ＧＳＭ方式のＧＭＳＫ動作とＧＳＭ方式のＥＤＧＥ動作に切換可能とされ、
前記制御回路は、第２共通端子に受信されるランプ電圧に応答して、前記ＧＳＭハイバンド増幅器と前記ＧＳＭローバンド増幅器とにＧＳＭ方式の時分割多元接続の送信スロットでのランプアップとランプダウンの動作とＥＤＧＥ方式の振幅変調の動作とを実行可能とされ、
前記制御回路は、前記第１共通端子と前記第２共通端子とに受信される複数のバンド選択信号に応答して前記ハイバンド第２出力整合回路と前記ローバンド第２出力整合回路とを制御可能とされた
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項１４】
ＲＦ信号入力端子と、第１増幅器と、第２増幅器と、第１出力整合回路と、第２出力整合回路と、ＲＦ信号出力端子とを具備する電力増幅器の動作方法であって、
前記第１増幅器は高電力状態で高い電力付加効率を示すように大きな素子サイズの第１トランジスタを含む一方、前記第２増幅器は低電力状態で高い電力付加効率を示すように前記第１トランジスタよりも小さな素子サイズの第２トランジスタを含み、
前記第１増幅器の入力端子と前記第２増幅器の入力端子とは前記ＲＦ信号入力端子に共通接続され、前記ＲＦ信号入力端子に供給されるＲＦ入力信号は前記第１増幅器と前記第２増幅器によって増幅可能とされ、
前記第１増幅器の出力端子は前記第１出力整合回路の入力端子に接続され、前記第２増幅器の出力端子は前記第２出力整合回路の入力端子に接続され、
前記第２出力整合回路の出力端子は前記第１出力整合回路の前記入力端子に接続され、前記第１出力整合回路の出力端子は前記ＲＦ信号出力端子に接続され、
前記第２出力整合回路の前記出力端子と前記第２出力整合回路の前記入力端子との間には誘導性リアクタンスが接続され、前記第２出力整合回路の前記入力端子と接地電圧との間には容量性リアクタンスが接続され、
前記電力増幅器が高電力状態の電力増幅を実行する場合には、前記ＲＦ入力信号が前記第１増幅器により増幅され、前記第１増幅器の第１ＲＦ増幅出力信号は前記第１出力整合回路を介して前記ＲＦ信号出力端子に出力され、
前記電力増幅器が低電力状態の電力増幅を実行する場合には、前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅され、前記第２増幅器の第２ＲＦ増幅出力信号は前記第２出力整合回路と前記第１出力整合回路とを介して前記ＲＦ信号出力端子に出力され、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して第１周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとはそれぞれ所定の値に設定され、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第１周波数よりも低い第２周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとの少なくともいずれか一方のリアクタンスは前記所定の値よりも大きな値に設定される
ことを特徴とする電力増幅器の動作方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第１周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記容量性リアクタンスは所定の容量値に設定され、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第２周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記容量性リアクタンスは前記所定の容量値より大きな容量値に設定される
ことを特徴とする電力増幅器の動作方法。
【請求項１６】
請求項１４において、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第１周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記誘導性リアクタンスは所定のインダクタ値に設定され、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第２周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記誘導性リアクタンスは前記所定のインダクタ値より大きなインダクタ値に設定される
ことを特徴とする電力増幅器の動作方法。
【請求項１７】
請求項１４において、
前記第２出力整合回路には、周波数バンド選択信号が供給され、
前記周波数バンド選択信号が第１状態である場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとはそれぞれ前記所定の値に設定され、
前記周波数バンド選択信号が前記第１状態と異なった第２状態である場合には、前記第２出力整合回路の前記一方のリアクタンスは前記大きな値に設定される
ことを特徴とする電力増幅器の動作方法。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記第２出力整合回路は、モード選択信号が供給可能とされた第１スイッチを含み、
前記モード選択信号が前記高電力状態を示す場合には、前記第１スイッチはオン状態とオフ状態との一方に制御されることによって、前記第１増幅器の前記出力端子への前記第２出力整合回路の影響が低減され、
前記モード選択信号が前記低電力状態を示す場合には、前記第１スイッチは前記オン状態と前記オフ状態との他方に制御されることによって、前記第２増幅器の前記第２ＲＦ増幅出力信号は前記他方に制御された前記第１スイッチを含んだ前記第２出力整合回路を介して前記第１出力整合回路の前記入力端子に供給される
ことを特徴とする電力増幅器の動作方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記電力増幅器が前記高電力状態の前記電力増幅を実行する場合には、前記第１増幅器は活性状態に制御され前記第２増幅器は非活性状態に制御され、
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行する場合には、前記第１増幅器は非活性状態に制御され前記第２増幅器は活性状態に制御される
ことを特徴とする電力増幅器の動作方法。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記一方のリアクタンスは、前記周波数バンド選択信号が供給可能とされた第２スイッチを含み、
前記周波数バンド選択信号が前記第１状態である場合には、前記第２スイッチはオン状態とオフ状態との一方に制御され、前記一方に制御された前記第２スイッチは前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとをそれぞれ前記所定の値に設定され、
前記周波数バンド選択信号が前記第２状態である場合には、前記第２スイッチは前記オン状態と前記オフ状態との他方に制御され、前記他方に制御された前記第２スイッチは前記第２出力整合回路の前記一方のリアクタンスを前記大きな値に設定される
ことを特徴とする電力増幅器の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅器およびその動作方法に関し、特に低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するのに有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等のようにバッテリーによって動作する携帯通信機器端末においては、基地局にＲＦ送信信号を送信する電力増幅器の電力効率を向上することが必要とされる。バッテリーの１回の充電により可能な限り長時間の通話時間を可能とするためには、電力増幅器の消費電力を低減することが必要となる。【０００３】
下記特許文献１には、素子サイズの小さな第１増幅素子と素子サイズの大きな第２増幅素子とを並列接続して、低電力状態では第１増幅素子によって電力増幅を実行する一方、高電力状態では第２増幅素子によって電力増幅を実行することが記載されている。低電力状態では素子サイズの小さな第１増幅素子が高い電力付加効率(ＰＡＥ：Power Added Efficiency)を示して、高電力状態では素子サイズの大きな第２増幅素子が高い電力付加効率(ＰＡＥ)を示すので、低電力状態から高電力状態までの広範囲の送信電力で電力増幅器の電力付加効率を向上することが可能となる。【０００４】
下記特許文献２には、出力トランジスタの素子サイズが高電力に最適化された第１出力段と出力トランジスタの素子サイズが低電力に最適化された第２出力段とを並列接続して、バイアス制御回路が高電力時には第１出力段を選択して低電力時には第２出力段を選択することが記載されている。第１出力段と第２出力段とは単一の出力インピーダンス整合回路に接続され、この単一の出力インピーダンス整合回路は複数の容量と複数のインダクタとを含んでいる。【０００５】
尚、下記特許文献１に対応する米国特許は米国特許出願公開第２００７／０２９８７３６Ａ１号明細書であり、下記特許文献２に対応する日本特許は確認されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３５４８７号  公報
【特許文献２】米国特許  第７，１５７，９６６号  明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者等は本発明に先立って、第３世代(３Ｇ)と第４世代(４Ｇ)の携帯電話に搭載可能であり、また複数の周波数バンドの送信が可能な電力増幅器の開発に従事した。更にこの電力増幅器には、長時間の通話時間を可能とするために高い電力付加効率(ＰＡＥ)が要求された。【０００８】
図２３は、本発明に先立って本発明者等によって検討された電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。【０００９】
図２３に示した本発明に先立って本発明者等によって検討された電力増幅器ＰＡは、素子サイズの大きな第１増幅器１と、素子サイズの小さな第２増幅器２と、第１出力整合回路３と、第２出力整合回路４とを含んでいる。【００１０】
第１増幅器１は高電力状態で高い電力付加効率(ＰＡＥ)を示すように大きな素子サイズのトランジスタを含むメイン増幅器として機能する一方、第２増幅器２は低電力状態で高い電力付加効率(ＰＡＥ)を示すように小さな素子サイズのトランジスタを含むサブ増幅器として機能するものである。【００１１】
第１増幅器１を動作させる場合には第１制御端子２０１に第１増幅器イネーブル信号が供給される一方、第２増幅器２を動作させる場合には第２制御端子２０２に第２増幅器イネーブル信号が供給される。【００１２】
第１増幅器１の入力端子と第２増幅器２の入力端子とは電力増幅器ＰＡのＲＦ信号入力端子１０１に共通接続され、ＲＦ信号入力端子１０１に供給されるＲＦ入力信号ＲＦＩＮは第１増幅器１または第２増幅器２によって増幅される。【００１３】
第１増幅器１の接地端子と第２増幅器２の接地端子とは、電力増幅器ＰＡの接地端子に共通接続される。電力増幅器ＰＡの接地電極は、携帯電話のマザーボードの接地配線と極めて小さな配線抵抗で電気的に接続される。従って、第１増幅器１と第２増幅器２とは、極めて安定なＲＦ増幅動作を実行する。更に電力増幅器ＰＡの接地電極は、携帯電話のマザーボードの接地配線と極めて小さな熱抵抗で、機械的に接続される。従って、第１増幅器１と第２増幅器２から生成されるジュール熱は、効果的に携帯電話のマザーボードから放熱されることが可能となる。【００１４】
第１増幅器１の出力端子は第１出力整合回路３の入力端子に接続される一方、第２増幅器２の出力端子は第２出力整合回路４の入力端子に接続される。第２出力整合回路４の出力端子は第１出力整合回路３の入力端子に接続され、最後に第１出力整合回路３の出力端子は電力増幅器ＰＡの出力端子１０２に接続される。【００１５】
第１増幅器１の内部では、大きな素子サイズのトランジスタＱ１の入力電極と接地電極とは第１増幅器１の入力端子と接地端子とにそれぞれ接続され、大きな素子サイズのトランジスタＱ１の出力電極は第１負荷を介して電力増幅器ＰＡの電源端子２０５に接続され、大きな素子サイズのトランジスタＱ１の出力電極は第１増幅器１の出力端子に接続されている。【００１６】
第２増幅器２の内部では、小さな素子サイズのトランジスタＱ２の入力電極と接地電極とは第２増幅器２の入力端子と接地端子とにそれぞれ接続され、小さな素子サイズのトランジスタＱ２の出力電極は第２負荷を介して電力増幅器ＰＡの電源端子２０５に接続され、小さな素子サイズのトランジスタＱ２の出力電極は第２増幅器２の出力端子に接続されている。【００１７】
第１増幅器１の大きな素子サイズのトランジスタＱ１によって第１増幅器１は比較的小さな出力インピーダンスを有するのに対して、第２増幅器２の小さな素子サイズのトランジスタＱ２によって第２増幅器２は比較的大きな出力インピーダンスを有する。例えば、第１増幅器１の出力インピーダンスは数Ωであるのに対して、第２増幅器２の出力インピーダンスは数十Ωとなる。【００１８】
第１増幅器１の出力端子に入力端子が接続された第１出力整合回路３は、第１増幅器１の数Ωの出力インピーダンスと第１出力整合回路３の出力端子１０２に接続される５０Ωの送信アンテナのインピーダンスとの間の整合を実行する。すなわち、第１出力整合回路３の入力インピーダンスが数Ωに設定されることで、第１増幅器１の出力インピーダンスと第１出力整合回路３の入力インピーダンスとが整合する。その結果、第１増幅器１の出力と第１出力整合回路３の入力との間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。更に、第１出力整合回路３の出力インピーダンスが５０Ωに設定されることで、第１出力整合回路３の出力インピーダンスと５０Ωの送信アンテナの入力インピーダンスとが整合する。その結果、第１出力整合回路３の出力と送信アンテナの入力との間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。尚、第１出力整合回路３は、複数のインダクタと複数の容量とによって構成されることが可能である。【００１９】
第２出力整合回路４は、第２増幅器２の数十Ωの出力インピーダンスと第１出力整合回路３の数Ωの入力インピーダンスとの間の整合を実行する。すなわち、第２出力整合回路４の入力インピーダンスが数十Ωに設定されることで、第２増幅器２の出力インピーダンスと第２出力整合回路４の入力インピーダンスが整合する。その結果、第２増幅器２の出力と第２出力整合回路４の入力の間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。更に、第２出力整合回路４の出力インピーダンスが数Ωに設定されることで、第２出力整合回路４の出力インピーダンスと第１出力整合回路３の入力インピーダンスとが整合する。その結果、第２出力整合回路４の出力と第１出力整合回路３の入力の間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。【００２０】
図２３に示した本発明に先立って本発明者等によって検討された電力増幅器ＰＡの第２出力整合回路４は、インダクタＬ１と容量Ｃ１と第１スイッチ(ＳＷ１)６０とによって構成されている。まず、インダクタＬ１の一端は第１増幅器１の出力端子と第１出力整合回路３の入力端子と第２出力整合回路４の出力端子に接続され、インダクタＬ１の他端は第２増幅器２の出力端子と第２出力整合回路４の入力端子に接続されている。次に、容量Ｃ１の一端は第２増幅器２の出力端子と第２出力整合回路４の入力端子に接続され、容量Ｃ１の他端は接地電位ＧＮＤに接続されている。【００２１】
第２制御端子２０２に供給される第２増幅器イネーブル信号によって第２増幅器２が非活性状態とされる場合には、第１スイッチ(ＳＷ１)６０は第１増幅器１の出力端子への第２出力整合回路４の影響を低減するものである。図２３に示した例では、第１スイッチ(ＳＷ１)６０はインダクタＬ１の他端と容量Ｃ１の一端との間に接続されている。【００２２】
図２４は、図２３に示した本発明に先立って本発明者等によって検討された電力増幅器ＰＡの第２出力整合回路４の動作を説明するためのスミスチャートを示す図である。【００２３】
尚、図２４では、動作の理解を容易とするために、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡは、実際の数十Ωよりも大きな値とされている。【００２４】
図２４では抵抗値がゼロ(０)の点と抵抗値が無限大(∞)の点を結ぶ直線上に、第１増幅器１の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡと第２増幅器２の比較的大きな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡとが示されている。第１増幅器１の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡは、抵抗値がゼロ(０)の点より若干右側に位置している。第２増幅器２の比較的大きな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡは抵抗値が５０Ωの点の右側に示されているが、実際は抵抗値が２５Ωの点と抵抗値が５０Ωの点との間の点に実際には位置するものである。【００２５】
更に図２４には、第１増幅器１の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡと略等しいインピーダンスに整合された第１出力整合回路３の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮも示されている。【００２６】
従って、第１制御端子２０１に供給される第１増幅器イネーブル信号により第１増幅器１が非活性状態に制御されて、第２制御端子２０２に供給される第２増幅器イネーブル信号により第２増幅器２が活性状態に制御される場合には、第２出力整合回路４は第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと第１出力整合回路３の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮの間で以下のインピーダンス整合動作を実行する必要がある。【００２７】
すなわち、第２出力整合回路４のインダクタＬ１によってインダクタＬ１の他端でのインピーダンスＺＬは、第１出力整合回路３の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮから出発して定抵抗円の円弧の上で時計方向に移動する。その際の移動量は、インダクタＬ１のインピーダンスｊωＬ１に対応するωＬ１の大きさとなる。尚、ωは、角周波数である。【００２８】
更に、第２出力整合回路４の容量Ｃ１によって容量Ｃ１の一端でのインピーダンスは、インダクタＬ１の他端でのインピーダンスＺＬから出発して定コンダクタンス円の円弧の上で時計方向に移動する。その際の移動量は、容量Ｃ１のアドミッタンスｊωＣ１に対応するωＣ１の大きさとなる。【００２９】
従って、インダクタＬ１による移動量ωＬ１と容量Ｃ１による移動量ωＣ１との合計による移動先は、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致する必要がある。この一致によって、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと第１出力整合回路３の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮとは、第２出力整合回路４によって略無損失で整合されることが可能となる。【００３０】
図２３に示した本発明に先立って本発明者等によって検討された電力増幅器ＰＡは、単一の周波数バンドの送信周波数を有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅するために設計されたものであった。従って、図２４に示す第２出力整合回路４も、単一の周波数バンドの送信周波数において第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと第１出力整合回路３の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮを整合するために設計されたものであった。【００３１】
しかし、図２３に示す本発明に先立って本発明者等によって検討された電力増幅器ＰＡを第３世代(３Ｇ)と第４世代(４Ｇ)との携帯電話に搭載する要望から、複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを図２３の電力増幅器ＰＡによって増幅する必要性が生じた。【００３２】
当初の単一の周波数バンドの送信周波数は、複数の周波数バンド送信周波数のうちの高い送信周波数ｆHBであった。【００３３】
従って、高バンドの送信周波数ｆHBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを図２３に示す電力増幅器ＰＡにより増幅する場合には、図２４に示すように、図２３の第２出力整合回路４を使用することにより、インダクタＬ１による移動量ωＬ１と容量Ｃ１による移動量ωＣ１との合計による移動先を第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となった。【００３４】
それに対して、低バンドの送信周波数ｆLBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを図２３に示す電力増幅器ＰＡにより増幅する場合には、図２４に示すように、図２３の第２出力整合回路４を使用しても、インダクタＬ１による移動量ωＬ１と容量Ｃ１による移動量ωＣ１との合計による移動先を第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが不可能となった。その原因は、低バンドの送信周波数ｆLBでは、インダクタＬ１による移動量ωＬ１の大きさと、容量Ｃ１による移動量ωＣ１の大きさとが、減少するためである。その結果、このインピーダンス不整合によって、低バンドの送信周波数ｆLBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを図２３に示す電力増幅器ＰＡにより増幅する場合には、電力付加効率(ＰＡＥ)が低下すると言う問題が、本発明に先立った本発明者等による検討の結果、明らかとされたものである。【００３５】
本発明は、以上のような本発明に先立った本発明者等による検討の結果、なされたものである。【００３６】
従って、本発明の目的とするところは、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上することにある。【００３７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本願において開示される発明のうちの代表的なものについて簡単に説明すれば下記のとおりである。【００３９】
すなわち、本発明の代表的な実施の形態による電力増幅器(ＰＡ)は、ＲＦ信号入力端子(１０１)と、第１増幅器(１)と、第２増幅器(２)と、第１出力整合回路(３)と、第２出力整合回路(４)と、ＲＦ信号出力端子(１０２)とを具備する。【００４０】
前記第１増幅器は大きな素子サイズの第１トランジスタ(Ｑ１)を含み、前記第２増幅器は前記第１トランジスタよりも小さな素子サイズの第２トランジスタ(Ｑ２)を含む。【００４１】
前記第１増幅器の入力と前記第２増幅器の入力は前記ＲＦ信号入力端子に接続され、ＲＦ入力信号は前記第１増幅器と前記第２増幅器によって増幅可能とされる。【００４２】
前記第１増幅器の出力は前記第１出力整合回路の入力に接続され、前記第２増幅器の出力は前記第２出力整合回路の入力に接続される。【００４３】
前記第２出力整合回路の出力は前記第１出力整合回路の前記入力に接続され、前記第１出力整合回路の出力は前記ＲＦ信号出力端子に接続される。【００４４】
前記第２出力整合回路の前記出力と前記第２出力整合回路の前記入力の間には誘導性リアクタンス(Ｌ１)が接続され、前記第２出力整合回路の前記入力と接地電圧(ＧＮＤ)の間には容量性リアクタンス(Ｃ１、Ｃ２)が接続される。【００４５】
高電力状態の場合には、前記ＲＦ入力信号が前記第１増幅器により増幅され、前記第１増幅器の第１ＲＦ増幅出力信号は前記第１出力整合回路を介して前記ＲＦ信号出力端子に出力される。【００４６】
低電力状態の場合には、前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅され、前記第２増幅器の第２ＲＦ増幅出力信号は前記第２出力整合回路と前記第１出力整合回路を介して前記ＲＦ信号出力端子に出力される。【００４７】
低電力状態で第１周波数(ｆHB)を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとはそれぞれ所定の値(Ｌ１、Ｃ１)に設定される。【００４８】
低電力状態で前記第１周波数よりも低い第２周波数(ｆLB)を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとの少なくともいずれか一方のリアクタンスは前記所定の値よりも大きな値(Ｃ１、Ｃ２)に設定可能とされたことを特徴とするものである(図１参照)。
【発明の効果】
【００４９】
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通りである。【００５０】
すなわち、本発明によれば、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡに含まれた第２出力整合回路４の動作を説明するためのスミスチャートを示す図である。
【図３】図３は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態２による具体的な電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図４】図４は、図３に示した本発明の実施の形態２による電力増幅器ＰＡが低電力モードＬＰＭで動作する場合での電力付加効率(ＰＡＥ)を示す図である。
【図５】図５は、図３に示した本発明の実施の形態２による電力増幅器ＰＡが低電力モードＬＰＭで動作する場合での隣接チャンネル漏洩比(ＡＣＬＲ)を示す図である。
【図６】図６は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図７】図７は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図８】図８は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図９】図９は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図１０】図１０は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図１１】図１１は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図１２】図１２は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図１３】図１３は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図１４】図１４は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図１５】図１５は、図６と図７と図８に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡにおいて第１スイッチ(ＳＷ１)６０として使用可能な種々のスイッチの構成を示す図である。
【図１６】図１６は、図６と図７と図８に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡにおいて可変容量回路５２として使用可能な種々の可変容量回路の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、図９と図１０と図１１に示した本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡにおいて可変インダクタ回路(Ｌ１)４１として使用可能な種々の可変インダクタ回路の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図１９】図１９は、図１８に示した本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡの動作を説明する図である。
【図２０】図２０は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図２１】図２１は、図２０に示した本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡの動作を説明する図である。
【図２２】図２２は、図１に示す本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡに含まれた第１出力整合回路３の構成を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明に先立って本発明者等によって検討された電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【図２４】図２４は、図２３に示した本発明に先立って本発明者等によって検討された電力増幅器ＰＡの第２出力整合回路４の動作を説明するためのスミスチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
１．実施の形態の概要
まず、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。
【００５３】
〔１〕本発明の代表的な実施の形態による電力増幅器(ＰＡ)は、ＲＦ信号入力端子(１０１)と、第１増幅器(１)と、第２増幅器(２)と、第１出力整合回路(３)と、第２出力整合回路(４)と、ＲＦ信号出力端子(１０２)とを具備する。
【００５４】
前記第１増幅器は高電力状態で高い電力付加効率を示すように大きな素子サイズの第１トランジスタ(Ｑ１)を含む一方、前記第２増幅器は低電力状態で高い電力付加効率を示すように前記第１トランジスタよりも小さな素子サイズの第２トランジスタ(Ｑ２)を含む。
【００５５】
前記第１増幅器の入力端子と前記第２増幅器の入力端子とは前記ＲＦ信号入力端子に共通接続され、前記ＲＦ信号入力端子に供給されるＲＦ入力信号は前記第１増幅器と前記第２増幅器によって増幅可能とされる。
【００５６】
前記第１増幅器の出力端子は前記第１出力整合回路の入力端子に接続され、前記第２増幅器の出力端子は前記第２出力整合回路の入力端子に接続される。
【００５７】
前記第２出力整合回路の出力端子は前記第１出力整合回路の前記入力端子に接続され、前記第１出力整合回路の出力端子は前記ＲＦ信号出力端子に接続される。
【００５８】
前記第２出力整合回路の前記出力端子と前記第２出力整合回路の前記入力端子との間には誘導性リアクタンス(Ｌ１)が接続され、前記第２出力整合回路の前記入力端子と接地電圧(ＧＮＤ)との間には容量性リアクタンス(Ｃ１、Ｃ２)が接続される。
【００５９】
前記電力増幅器が高電力状態の電力増幅を実行する場合には、前記ＲＦ入力信号が前記第１増幅器により増幅され、前記第１増幅器の第１ＲＦ増幅出力信号は前記第１出力整合回路を介して前記ＲＦ信号出力端子に出力可能とされる。
【００６０】
前記電力増幅器が低電力状態の電力増幅を実行する場合には、前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅され、前記第２増幅器の第２ＲＦ増幅出力信号は前記第２出力整合回路と前記第１出力整合回路とを介して前記ＲＦ信号出力端子に出力可能とされる。
【００６１】
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して第１周波数(ｆHB)を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとはそれぞれ所定の値(Ｌ１、Ｃ１)に設定可能とされる。
【００６２】
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第１周波数よりも低い第２周波数(ｆLB)を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとの少なくともいずれか一方のリアクタンスは前記所定の値よりも大きな値(Ｃ１、Ｃ２)に設定可能とされたことを特徴とするものである(図１参照)。
【００６３】
前記実施の形態によれば、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上することができる。
【００６４】
好適な実施の形態では、前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第１周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記容量性リアクタンスは所定の容量値(Ｃ１)に設定可能とされる。
【００６５】
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第２周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記容量性リアクタンスは前記所定の容量値(Ｃ１)より大きな容量値(Ｃ１＋Ｃ２)に設定可能とされたことを特徴とするものである(図１参照)。
【００６６】
他の好適な実施の形態では、前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第１周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記誘導性リアクタンスは所定のインダクタ値(Ｌ１)に設定可能とされる。
【００６７】
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第２周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記誘導性リアクタンスは前記所定のインダクタ値(Ｌ１)より大きなインダクタ値(Ｌ１＋Ｌ２)に設定可能とされたことを特徴とするものである(図９参照)。
【００６８】
更に他の好適な実施の形態では、前記第２出力整合回路には、周波数バンド選択信号(Band Select)が供給可能とされる。
【００６９】
前記周波数バンド選択信号が第１状態である場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとはそれぞれ前記所定の値に設定可能とされる。
【００７０】
前記周波数バンド選択信号が前記第１状態と異なった第２状態である場合には、前記第２出力整合回路の前記一方のリアクタンスは前記大きな値に設定可能とされたことを特徴とするものである(図１参照)。
【００７１】
より好適な実施の形態では、前記第２出力整合回路は、モード選択信号(Mode Select)が供給可能とされた第１スイッチ(６０)を含む。
【００７２】
前記モード選択信号が前記高電力状態を示す場合には、前記第１スイッチはオン状態とオフ状態との一方に制御されることによって、前記第１増幅器の前記出力端子への前記第２出力整合回路の影響が低減される。
【００７３】
前記モード選択信号が前記低電力状態を示す場合には、前記第１スイッチは前記オン状態と前記オフ状態との他方に制御されることによって、前記第２増幅器の前記第２ＲＦ増幅出力信号は前記他方に制御された前記第１スイッチを含んだ前記第２出力整合回路を介して前記第１出力整合回路の前記入力端子に供給可能とされたことを特徴とするものである(図１参照)。
【００７４】
他のより好適な実施の形態では、前記電力増幅器が前記高電力状態の前記電力増幅を実行する場合には、前記第１増幅器は活性状態に制御され前記第２増幅器は非活性状態に制御される。
【００７５】
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行する場合には、前記第１増幅器は非活性状態に制御され前記第２増幅器は活性状態に制御されることを特徴とするものである(図１参照)。
【００７６】
更に他のより好適な実施の形態では、前記一方のリアクタンスは、前記周波数バンド選択信号が供給可能とされた第２スイッチ(６１)を含む。
【００７７】
前記周波数バンド選択信号が前記第１状態である場合には、前記第２スイッチはオン状態とオフ状態との一方に制御され、前記一方に制御された前記第２スイッチは前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとをそれぞれ前記所定の値に設定可能とされる。
【００７８】
前記周波数バンド選択信号が前記第２状態である場合には、前記第２スイッチは前記オン状態と前記オフ状態との他方に制御され、前記他方に制御された前記第２スイッチは前記第２出力整合回路の前記一方のリアクタンスを前記大きな値に設定可能とされたことを特徴とするものである(図１参照)。
【００７９】
別のより好適な実施の形態では、前記誘導性リアクタンスと前記第１スイッチとは、前記第２出力整合回路の前記入力端子と前記第２出力整合回路の前記出力端端子との間に直列接続される。
【００８０】
前記容量性リアクタンスは、第１容量(Ｃ１)と第２容量(Ｃ２)とを含む。
【００８１】
前記第１容量の一端と前記第２容量の一端とは前記第２出力整合回路の前記入力端子に接続され、前記第１容量の他端は前記接地電圧に接続され、前記第２容量の他端は前記第２スイッチを介して前記接地電圧に接続されたことを特徴とするものである(図１参照)。
【００８２】
更に別のより好適な実施の形態では、前記容量性リアクタンスは、第１容量と第２容量とを含む。
【００８３】
前記第１容量の一端と前記第２容量の一端とは前記第２出力整合回路の前記入力端子に接続され、前記第１容量の他端は前記第１スイッチを介して前記接地電圧に接続され、前記第２容量の他端は前記第２スイッチを介して前記接地電圧に接続されたことを特徴とするものである(図３参照)。
【００８４】
具体的な実施の形態では、前記第２出力整合回路では、他の容量(Ｃ３)を含む。
【００８５】
前記第１スイッチと前記他の容量との直列接続は、前記第２出力整合回路の前記入力端子と前記第２出力整合回路の前記出力端端子との間で前記誘導性リアクタンスと並列接続される。
【００８６】
前記モード選択信号が前記高電力状態を示す場合には、前記第１スイッチは前記オン状態制御されることによって前記他の容量と前記誘導性リアクタンスとの並列共振回路が形成され、前記第１増幅器の前記出力端子への前記第２出力整合回路の影響が低減される。
【００８７】
前記モード選択信号が前記低電力状態を示す場合には、前記第１スイッチは前記オフ状態に制御されて、前記第２増幅器の前記第２ＲＦ増幅出力信号は前記オフ状態に制御された前記第１スイッチを含んだ前記第２出力整合回路を介して前記第１出力整合回路の前記入力端子に供給可能とされたことを特徴とするものである(図８参照)。
【００８８】
他の具体的な実施の形態では、前記ＲＦ信号入力端子は、ハイバンドＲＦ信号入力端子(１０１Ｈ)とローバンドＲＦ信号入力端子(１０１Ｌ)とを含む。
【００８９】
前記ＲＦ信号出力端子は、ハイバンドＲＦ信号出力端子(１０２Ｈ)とローバンドＲＦ信号出力端子(１０２Ｌ)とを含む。
【００９０】
前記第１増幅器は、ハイバンド第１増幅器(１５１Ｈ)とローバンド第１増幅器(１５１Ｌ)とを含む。
【００９１】
前記第２増幅器は、ハイバンド第２増幅器(１５２Ｈ)とローバンド第２増幅器(１５２Ｌ)とを含む。
【００９２】
前記第１出力整合回路は、ハイバンド第１出力整合回路(１５３Ｈ)とローバンド第１出力整合回路(１５３Ｌ)とを含む。
【００９３】
前記第２出力整合回路は、ハイバンド第２出力整合回路(１５４Ｈ)とローバンド第２出力整合回路(１５４Ｌ)とを含む。
【００９４】
前記ハイバンド第１増幅器と前記ハイバンド第２増幅器と前記ハイバンド第１出力整合回路と前記ハイバンド第２出力整合回路とは、前記ハイバンドＲＦ信号入力端子に供給されるハイバンドＲＦ入力信号を増幅して、ハイバンドＲＦ増幅信号を前記ハイバンドＲＦ信号出力端子に出力可能とされる。
【００９５】
前記ローバンド第１増幅器と前記ローバンド第２増幅器と前記ローバンド第１出力整合回路と前記ローバンド第２出力整合回路とは、前記ローバンドＲＦ信号入力端子に供給されるローバンドＲＦ入力信号を増幅して、ローバンドＲＦ増幅信号を前記ローバンドＲＦ信号出力端子に出力可能とされる。
【００９６】
前記電力増幅器は、共通端子にバンド選択信号(ＢＳ２)を受信可能な制御回路(１５０)を更に具備する。
【００９７】
前記制御回路は、前記共通端子に受信される前記バンド選択信号に応答して前記ハイバンド第２出力整合回路と前記ローバンド第２出力整合回路とを制御可能とされたことを特徴とするものである(図１８参照)。
【００９８】
より具体的な実施の形態では、前記ハイバンド第１増幅器と前記ハイバンド第２増幅器と前記ハイバンド第１出力整合回路と前記ハイバンド第２出力整合回路とは、前記ハイバンドＲＦ信号入力端子に供給されるＷＣＤＭＡ方式の前記ハイバンドＲＦ入力信号を増幅可能とされる。
【００９９】
前記ローバンド第１増幅器と前記ローバンド第２増幅器と前記ローバンド第１出力整合回路と前記ローバンド第２出力整合回路とは、前記ローバンドＲＦ信号入力端子に供給されるＷＣＤＭＡ方式の前記ローバンドＲＦ入力信号を増幅可能とされたことを特徴とするものである(図１８参照)。
【０１００】
最も具体的な実施の形態では、前記電力増幅器は、ＧＳＭ（登録商標）ハイバンドＲＦ信号入力端子(１７５Ｈ)と、ＧＳＭローバンドＲＦ信号入力端子(１７５Ｌ)と、ＧＳＭハイバンドＲＦ信号出力端子(１７６Ｈ)と、ＧＳＭローバンドＲＦ信号出力端子(１７６Ｌ)と、ＧＳＭハイバンド増幅器(１７２Ｈ)と、ＧＳＭローバンド増幅器(１７２Ｌ)とを更に具備する。
【０１０１】
前記ＧＳＭハイバンド増幅器は前記ＧＳＭハイバンドＲＦ信号入力端子と前記ＧＳＭハイバンドＲＦ信号出力端子との間に接続され、前記ＧＳＭローバンド増幅器は前記ＧＳＭローバンドＲＦ信号入力端子と前記ＧＳＭローバンドＲＦ信号出力端子との間に接続される。
【０１０２】
前記制御回路(１７０)は、第１共通端子に受信されるモード切換信号(ＧＭＯＤＥ)に応答して、前記ＧＳＭハイバンド増幅器と前記ＧＳＭローバンド増幅器とを、ＧＳＭ方式のＧＭＳＫ動作とＧＳＭ方式のＥＤＧＥ動作に切換可能とされる。
【０１０３】
前記制御回路(１７０)は、第２共通端子に受信されるランプ電圧(ＶRAMP)に応答して、前記ＧＳＭハイバンド増幅器と前記ＧＳＭローバンド増幅器とにＧＳＭ方式の時分割多元接続(ＴＤＭＡ)の送信スロットでのランプアップとランプダウンの動作とＥＤＧＥ方式の振幅変調の動作とを実行可能とされる。
【０１０４】
前記制御回路は、前記第１共通端子と前記第２共通端子とに受信される複数のバンド選択信号に応答して前記ハイバンド第２出力整合回路と前記ローバンド第２出力整合回路とを制御可能とされたことを特徴とするものである(図２０参照)。
【０１０５】
〔２〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態は、ＲＦ信号入力端子(１０１)と、第１増幅器(１)と、第２増幅器(２)と、第１出力整合回路(３)と、第２出力整合回路(４)と、ＲＦ信号出力端子(１０２)とを具備する電力増幅器(ＰＡ)の動作方法である。
【０１０６】
前記第１増幅器は高電力状態で高い電力付加効率を示すように大きな素子サイズの第１トランジスタ(Ｑ１)を含む一方、前記第２増幅器は低電力状態で高い電力付加効率を示すように前記第１トランジスタよりも小さな素子サイズの第２トランジスタ(Ｑ２)を含む。
【０１０７】
前記第１増幅器の入力端子と前記第２増幅器の入力端子とは前記ＲＦ信号入力端子に共通接続され、前記ＲＦ信号入力端子に供給されるＲＦ入力信号は前記第１増幅器と前記第２増幅器によって増幅可能とされる。
【０１０８】
前記第１増幅器の出力端子は前記第１出力整合回路の入力端子に接続され、前記第２増幅器の出力端子は前記第２出力整合回路の入力端子に接続される。
【０１０９】
前記第２出力整合回路の出力端子は前記第１出力整合回路の前記入力端子に接続され、前記第１出力整合回路の出力端子は前記ＲＦ信号出力端子に接続される。
【０１１０】
前記第２出力整合回路の前記出力端子と前記第２出力整合回路の前記入力端子との間には誘導性リアクタンス(Ｌ１)が接続され、前記第２出力整合回路の前記入力端子と接地電圧(ＧＮＤ)との間には容量性リアクタンス(Ｃ１、Ｃ２)が接続される。
【０１１１】
前記電力増幅器が高電力状態の電力増幅を実行する場合には、前記ＲＦ入力信号が前記第１増幅器により増幅され、前記第１増幅器の第１ＲＦ増幅出力信号は前記第１出力整合回路を介して前記ＲＦ信号出力端子に出力される。
【０１１２】
前記電力増幅器が低電力状態の電力増幅を実行する場合には、前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅され、前記第２増幅器の第２ＲＦ増幅出力信号は前記第２出力整合回路と前記第１出力整合回路とを介して前記ＲＦ信号出力端子に出力される。
【０１１３】
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して第１周波数(ｆHB)を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとはそれぞれ所定の値(Ｌ１、Ｃ１)に設定される。
【０１１４】
前記電力増幅器が前記低電力状態の前記電力増幅を実行して前記第１周波数よりも低い第２周波数(ｆLB)を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅器により増幅される場合には、前記第２出力整合回路の前記誘導性リアクタンスと前記容量性リアクタンスとの少なくともいずれか一方のリアクタンスは前記所定の値よりも大きな値(Ｃ１、Ｃ２)に設定されることを特徴とするものである(図１参照)。
【０１１５】
前記実施の形態によれば、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上することができる。
【０１１６】
２．実施の形態の詳細
次に、実施の形態について更に詳述する。尚、発明を実施するための最良の形態を説明するための全図において、前記の図と同一の機能を有する部品には同一の符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。
【０１１７】
［実施の形態１］
《電力増幅器の構成》
図１は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０１１８】
図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡは、素子サイズの大きな第１増幅器１と、素子サイズの小さな第２増幅器２と、第１出力整合回路３と、第２出力整合回路４とを含んでいる。
【０１１９】
《第１増幅器と第２増幅器》
第１増幅器１は高電力状態で高い電力付加効率(ＰＡＥ)を示すように大きな素子サイズのトランジスタを含むメイン増幅器として機能する一方、第２増幅器２は低電力状態で高い電力付加効率(ＰＡＥ)を示すように小さな素子サイズのトランジスタを含むサブ増幅器として機能するものである。
【０１２０】
第１増幅器１を動作させる場合には第１制御端子２０１に第１増幅器イネーブル信号が供給される一方、第２増幅器２を動作させる場合には第２制御端子２０２に第２増幅器イネーブル信号が供給される。尚、第１増幅器イネーブル信号と第２増幅器イネーブル信号とは、例えば、携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路とベースバンドプロセッサとのいずれかから生成されることが可能である。
【０１２１】
第１増幅器１の入力端子と第２増幅器２の入力端子とは電力増幅器ＰＡのＲＦ信号入力端子１０１に共通接続され、ＲＦ信号入力端子１０１に供給されるＲＦ入力信号ＲＦＩＮは第１増幅器１または第２増幅器２によって増幅される。ＲＦ信号入力端子１０１に供給されるＲＦ入力信号ＲＦＩＮは、携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路の送信信号生成回路ユニットから生成されることが可能である。
【０１２２】
第１増幅器１の接地端子と第２増幅器２の接地端子とは、電力増幅器ＰＡの接地端子に共通接続される。電力増幅器ＰＡの接地電極は、携帯電話のマザーボードの接地配線と極めて小さな配線抵抗で電気的に接続される。従って、第１増幅器１と第２増幅器２とは、極めて安定なＲＦ増幅動作を実行する。更に電力増幅器ＰＡの接地電極は、携帯電話のマザーボードの接地配線と極めて小さな熱抵抗で、機械的に接続される。従って、第１増幅器１と第２増幅器２から生成されるジュール熱は、効果的に携帯電話のマザーボードから放熱されることが可能となる。
【０１２３】
第１増幅器１の出力端子は第１出力整合回路３の入力端子に接続される一方、第２増幅器２の出力端子は第２出力整合回路４の入力端子に接続される。第２出力整合回路４の出力端子は第１出力整合回路３の入力端子に接続され、最後に第１出力整合回路３の出力端子は電力増幅器ＰＡの出力端子１０２に接続される。
【０１２４】
第１増幅器１の内部では、大きな素子サイズのトランジスタＱ１の入力電極と接地電極とは第１増幅器１の入力端子と接地端子とにそれぞれ接続され、大きな素子サイズのトランジスタＱ１の出力電極は第１負荷を介して電力増幅器ＰＡの電源端子２０５に接続され、大きな素子サイズのトランジスタＱ１の出力電極は第１増幅器１の出力端子に接続されている。
【０１２５】
第２増幅器２の内部では、小さな素子サイズのトランジスタＱ２の入力電極と接地電極とは第２増幅器２の入力端子と接地端子とにそれぞれ接続され、小さな素子サイズのトランジスタＱ２の出力電極は第２負荷を介して電力増幅器ＰＡの電源端子２０５に接続され、小さな素子サイズのトランジスタＱ２の出力電極は第２増幅器２の出力端子に接続されている。
【０１２６】
第１増幅器１の大きな素子サイズのトランジスタＱ１によって第１増幅器１は比較的小さな出力インピーダンスを有するのに対して、第２増幅器２の小さな素子サイズのトランジスタＱ２によって第２増幅器２は比較的大きな出力インピーダンスを有する。例えば、第１増幅器１の出力インピーダンスは数Ωであるのに対して、第２増幅器２の出力インピーダンスは数十Ωとなる。図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡでは、トランジスタＱ１、Ｑ２は、例えばＧａＡｓ等の化合物半導体チップに集積化されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ(ＨＢＴ：Hetero-junction Bipolar Transistor)によって構成されている。
【０１２７】
このように、電力増幅器ＰＡのトランジスタＱ１、Ｑ２がヘテロ接合バイポーラトランジスタ(ＨＢＴ)によって構成されている場合には、素子サイズはエミッタ面積ＡEによって設定される。一般的に電力増幅器のパワートランジスタは複数の単位トランジスタの並列接続によって構成されており、単位トランジスタは所定のエミッタ面積ＡEを有する。また複数の単位トランジスタの並列接続の数は、フィンガー数と呼ばれる。従って、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(ＨＢＴ)の素子サイズは、フィンガー数により設定される。
【０１２８】
他の例では、電力増幅器ＰＡのトランジスタＱ１、Ｑ２がＬＤ型ＮチャンネルパワーＭＯＳトランジスタによって構成されることも可能である。この場合の素子サイズは、ゲート幅Ｗg／ゲート長Ｌgによって設定される。一般的に電力増幅器のパワートランジスタは複数の単位トランジスタの並列接続によって構成され、単位トランジスタは所定のゲート・パラメータＷg／Ｌgを有している。従って、ＬＤ型ＭＯＳトランジスタの素子サイズも、フィンガー数により設定される。尚、ＬＤは、Laterally Diffused(横方向拡散)の略である。
【０１２９】
《第１出力整合回路》
第１増幅器１の出力端子に入力端子が接続された第１出力整合回路３は、第１増幅器１の数Ωの出力インピーダンスと第１出力整合回路３の出力端子１０２に接続される５０Ωの送信アンテナのインピーダンスとの間の整合を実行する。すなわち、第１出力整合回路３の入力インピーダンスが数Ωに設定されることで、第１増幅器１の出力インピーダンスと第１出力整合回路３の入力インピーダンスとが整合する。その結果、第１増幅器１の出力と第１出力整合回路３の入力との間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。更に、第１出力整合回路３の出力インピーダンスが５０Ωに設定されることで、第１出力整合回路３の出力インピーダンスと５０Ωの送信アンテナの入力インピーダンスとが整合する。その結果、第１出力整合回路３の出力と送信アンテナの入力との間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。尚、第１出力整合回路３は、複数のインダクタと複数の容量とによって構成されることが可能である。
【０１３０】
図２２は、図１に示す本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡに含まれた第１出力整合回路３の構成を示す図である。
【０１３１】
図２２(Ａ)に示した第１出力整合回路３は、インダクタとしての３個のマイクロストリップラインＭＳＬ３１、ＭＳＬ３２、ＭＳＬ３３と３個の容量Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３とによって構成される。第１出力整合回路３の入力端子ＩＮは第１増幅器１の出力端子と接続され、第１出力整合回路３の出力端子ＯＵＴは５０Ωのインピーダンスの送信アンテナＡＮＴに接続される。第１出力整合回路３の入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間には、３個のマイクロストリップラインＭＳＬ３１、ＭＳＬ３２、ＭＳＬ３３と容量Ｃ３３とが直列接続されている。マイクロストリップラインＭＳＬ３１、ＭＳＬ３２の接続ノードと接地電圧ＧＮＤとの間には容量Ｃ３１が接続されて、マイクロストリップラインＭＳＬ３２、ＭＳＬ３３の接続ノードと接地電圧ＧＮＤとの間には容量Ｃ３２が接続されている。
【０１３２】
図２２(Ｂ)に示した第１出力整合回路３は、インダクタとしての４個のマイクロストリップラインＭＳＬ３１、ＭＳＬ３２、ＭＳＬ３３、ＭＳＬ３４と４個の容量Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３、Ｃ３４とによって構成される。第１出力整合回路３の入力端子ＩＮは第１増幅器１の出力端子と接続され、第１出力整合回路３の出力端子ＯＵＴは５０Ωのインピーダンスの送信アンテナＡＮＴに接続される。第１出力整合回路３の入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間には、４個のマイクロストリップラインＭＳＬ３１、ＭＳＬ３２、ＭＳＬ３３、ＭＳＬ３４と容量Ｃ３４が直列接続されている。マイクロストリップラインＭＳＬ３１、ＭＳＬ３２の接続ノードと接地電圧ＧＮＤとの間には容量Ｃ３１が接続されて、マイクロストリップラインＭＳＬ３２、ＭＳＬ３３の接続ノードと接地電圧ＧＮＤとの間には容量Ｃ３２が接続されて、マイクロストリップラインＭＳＬ３３、ＭＳＬ３４の接続ノードと接地電圧ＧＮＤとの間には容量Ｃ３３が接続されている。
【０１３３】
図２２(Ｃ)に示した第１出力整合回路３は、図２２(Ｂ)に示した第１出力整合回路３に含まれた容量Ｃ３２と接地電圧ＧＮＤとの間にスイッチＳＷ＿ＭＮを追加したものである。すなわち、図２２(Ｃ)に示した第１出力整合回路３では、スイッチＳＷ＿ＭＮをオン状態に制御することで容量Ｃ３２は使用状態とされ、スイッチＳＷ＿ＭＮをオフ状態に制御することで容量Ｃ３２は不使用状態とされるものである。
【０１３４】
《第２出力整合回路》
図１に示す本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡに含まれた第２出力整合回路４は、第２増幅器２の数十Ωの出力インピーダンスと第１出力整合回路３の数Ωの入力インピーダンスの間の整合を実行する。すなわち、第２出力整合回路４の入力インピーダンスが数十Ωに設定されることによって、第２増幅器２の出力インピーダンスと第２出力整合回路４の入力インピーダンスとが整合する。その結果、第２増幅器２の出力と第２出力整合回路４の入力との間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。更に、第２出力整合回路４の出力インピーダンスが数Ωに設定され、第２出力整合回路４の出力インピーダンスと第１出力整合回路３の入力インピーダンスとが整合する。その結果、第２出力整合回路４の出力と第１出力整合回路３の入力との間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。
【０１３５】
図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡに含まれた第２出力整合回路４は、インダクタ(Ｌ１)４１と可変容量回路５２と第１スイッチ(ＳＷ１)６０とによって構成されている。
【０１３６】
インダクタ(Ｌ１)４１の一端は第１増幅器１の出力端子と第１出力整合回路３の入力端子と第２出力整合回路４の出力端子に接続され、インダクタ(Ｌ１)４１の他端は第２増幅器２の出力端子と第２出力整合回路４の入力端子に接続されている。次に、第２増幅器２の出力端子と第２出力整合回路４の入力端子とに接続され可変容量回路５２は、第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２と第２スイッチ(ＳＷ２)６１とを含んでいる。第１容量Ｃ１の一端と第２容量Ｃ２の一端とは第２増幅器２の出力端子と第２出力整合回路４の入力端子に接続され、第１容量Ｃ１の他端は接地電位ＧＮＤに接続され、第２容量Ｃ２の他端は第２スイッチ(ＳＷ２)６１を介して接地電位ＧＮＤに接続される。周波数バンド選択端子２０４に供給される周波数バンド選択信号によって、第２スイッチ(ＳＷ２)６１は制御される。ここで、周波数バンド選択端子２０４に供給される周波数バンド選択信号も、例えば、携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路とベースバンドプロセッサとのいずれかから生成されることが可能である。
【０１３７】
周波数バンド選択端子２０４に供給される周波数バンド選択信号が高バンド送信周波数ｆHBを選択する場合には、第２スイッチ(ＳＷ２)６１はオフ状態に制御されて、可変容量回路５２の容量値は第１容量Ｃ１のみで決定される。周波数バンド選択端子２０４に供給される周波数バンド選択信号が低バンド送信周波数ｆLBを選択する場合には、第２スイッチ(ＳＷ２)６１はオン状態に制御されて、可変容量回路５２の容量値は第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２の並列容量で決定される。
【０１３８】
また、図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡに含まれた第２出力整合回路４では、第１容量Ｃ１は略６ｐＦの容量値に設定されて、第２容量Ｃ２は略２ｐＦの容量値に設定されて、インダクタ(Ｌ１)４１は略３ｎＨのインダクタンスに設定されている。
【０１３９】
《第１増幅器による増幅》
図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡにおいて、高電力状態での電力増幅を実行する場合では、第１制御端子２０１に供給されるハイレベルの第１増幅器イネーブル信号によって第１増幅器１が活性状態とされて、第２制御端子２０２に供給されるローレベルの第２増幅器イネーブル信号によって第２増幅器２が非活性状態とされる。その場合には、モード選択端子２０３に供給されるローレベルの高電力モード信号ＨＰＭによって、第１スイッチ(ＳＷ１)６０はオフ状態に制御される。従って、オフ状態の第１スイッチ(ＳＷ１)６０は、第１増幅器１の出力端子への第２出力整合回路４の影響を低減するものである。尚、図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡにおいては、第１スイッチ(ＳＷ１)６０は、インダクタ(Ｌ１)４１と可変容量回路５２との間に接続されている。ここで、モード選択端子２０３に供給される高電力モード信号ＨＰＭも、例えば、携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路とベースバンドプロセッサとのいずれかから生成されることが可能である。
【０１４０】
このように電力増幅器ＰＡが高電力状態の電力増幅を実行する場合には、高バンドの送信周波数ｆHBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを第１増幅器１が増幅する増幅動作と、低バンドの送信周波数ｆLBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを第１増幅器１が増幅する増幅動作とは、同一の増幅動作となる。
【０１４１】
《第２増幅器による増幅》
図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡにおいて、低電力状態での電力増幅を実行する場合では、第１制御端子２０１に供給されるローレベルの第１増幅器イネーブル信号によって第１増幅器１が非活性状態とされて、第２制御端子２０２に供給されるハイレベルの第２増幅器イネーブル信号によって第２増幅器２が活性状態とされる。その場合には、モード選択端子２０３に供給されるハイレベルの低電力モード信号ＬＰＭによって、第１スイッチ(ＳＷ１)６０はオン状態に制御される。従って、第２増幅器２の出力端子のＲＦ増幅出力信号は、オン状態の第１スイッチ(ＳＷ１)６０を含んだ第２出力整合回路４を介して、第１出力整合回路３の入力端子に供給される。ここで、モード選択端子２０３に供給される低電力モード信号ＬＰＭも、例えば、携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路とベースバンドプロセッサとのいずれかから生成されることが可能である。
【０１４２】
このように電力増幅器ＰＡが低電力状態の電力増幅を実行する場合には、高バンドの送信周波数ｆHBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを第２増幅器２が増幅する場合には、周波数バンド選択端子２０４に供給される周波数バンド選択信号が高バンド送信周波数ｆHBを選択するので、第２スイッチ(ＳＷ２)６１はオフ状態に制御されて、可変容量回路５２の容量値は第１容量Ｃ１のみで決定される。
【０１４３】
このように電力増幅器ＰＡが低電力状態の電力増幅を実行する場合には、低バンドの送信周波数ｆLBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを第２増幅器２が増幅する場合には、周波数バンド選択端子２０４に供給される周波数バンド選択信号が低バンド送信周波数ｆLBを選択するので、第２スイッチ(ＳＷ２)６１はオン状態に制御されて、可変容量回路５２の容量値は第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２の並列容量で決定される。
【０１４４】
このように電力増幅器ＰＡが低電力状態の電力増幅を実行する場合には、高バンドの送信周波数ｆHBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを第２増幅器２が増幅する増幅動作と、低バンドの送信周波数ｆLBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを第２増幅器２が増幅する増幅動作とは、相違した増幅動作となる。ここで、周波数バンド選択端子２０４に供給される周波数バンド選択信号も、例えば、携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路とベースバンドプロセッサとのいずれかから生成されることが可能である。
【０１４５】
《第２出力整合回路の動作》
図２は、図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡに含まれた第２出力整合回路４の動作を説明するためのスミスチャートを示す図である。
【０１４６】
尚、図２でも、動作の理解を容易とするために、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡは、実際の数十Ωよりも大きな値とされている。
【０１４７】
図２では抵抗値がゼロ(０)の点と抵抗値が無限大(∞)の点とを結ぶ直線上に、第１増幅器１の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡと第２増幅器２の比較的大きな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡとが示されている。第１増幅器１の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡは、抵抗値がゼロ(０)の点より若干右側に位置している。第２増幅器２の比較的大きな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡは抵抗値が５０Ωの点の右側に示されているが、実際は抵抗値が２５Ωの点と抵抗値が５０Ωの点との間の点に実際には位置するものである。
【０１４８】
更に、図２には、第１増幅器１の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡと略等しいインピーダンスに整合された第１出力整合回路３の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮも示されている。
【０１４９】
従って、第１制御端子２０１に供給される第１増幅器イネーブル信号により第１増幅器１が非活性状態に制御されて、第２制御端子２０２に供給される第２増幅器イネーブル信号により第２増幅器２が活性状態に制御される場合には、第２出力整合回路４は第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと第１出力整合回路３の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮの間で以下のインピーダンス整合動作を実行する必要がある。
【０１５０】
従って、高バンドの送信周波数ｆHBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡの第２増幅器２により増幅する場合には、可変容量回路５２の容量値は第１容量Ｃ１のみで決定される。その結果、図２に示したように、第１容量Ｃ１のみを使用して、インダクタＬ１による移動量ωＬ１と容量Ｃ１による移動量ωＣ１との合計による移動先を、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。
【０１５１】
一方、低バンドの送信周波数ｆLBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡの第２増幅器２により増幅する場合には、可変容量回路５２の容量値は第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２の並列容量で決定される。その結果、図２に示すように、第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２の並列容量を使用して、インダクタＬ１による移動量ωＬ１と並列容量Ｃ１＋Ｃ２による移動量ω(Ｃ１＋Ｃ２)との合計による移動先を、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。
【０１５２】
［実施の形態２］
《具体的な電力増幅器の構成》
図３は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態２による具体的な電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０１５３】
図３に示す本発明の実施の形態２による具体的な電力増幅器ＰＡが図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡと相違するのは、下記の点である。
【０１５４】
最初に、図１に示した電力増幅器ＰＡの可変容量回路５２は、図３に示す電力増幅器ＰＡの容量回路５０と第１スイッチ(ＳＷ１)６０と第２スイッチ(ＳＷ２)６１とに置換されている。
【０１５５】
次に、図３に示す本発明の実施の形態２による具体的な電力増幅器ＰＡは、化合物半導体チップ２１１とシリコン半導体チップ２１２と、モジュール配線基板２１３とによって構成されている。すなわち、第１増幅器１と第２増幅器２と容量回路５０の第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２とはＧａＡｓ等の化合物半導体チップ２１１に集積化され、第１スイッチ(ＳＷ１)６０を構成するＭＯＳトランジスタと第２スイッチ(ＳＷ２)６１を構成するＭＯＳトランジスタとはシリコン半導体チップ２１２に集積化されている。更にモジュール配線基板２１３には、第１出力整合回路３と第２出力整合回路４のインダクタ(Ｌ１)４１とが形成されている。また、容量回路５０では、第１容量Ｃ１は略６ｐＦの比較的大きな容量値に設定される一方、第２容量Ｃ２は略２ｐＦの比較的小さな容量値に設定される。
【０１５６】
電力増幅器ＰＡのＲＦ信号入力端子１０１は第１入力容量Ｃin1と第２入力容量Ｃin2を介してそれぞれ第１増幅器１の入力端子と第２増幅器２の入力端子に接続され、ＲＦ信号入力端子１０１に供給されるＲＦ入力信号ＲＦＩＮは第１増幅器１または第２増幅器２によって増幅される。
【０１５７】
第１増幅器１の出力端子として機能する第１ボンディングパッドＢＰ１は第１ボンディングワイヤＢＷ１を介して第１出力整合回路３の入力端子と第２出力整合回路４のインダクタ(Ｌ１)４１の一端に接続され、第２増幅器２の出力端子として機能する第２ボンディングパッドＢＰ２は第２ボンディングワイヤＢＷ２を介して第２出力整合回路４のインダクタ(Ｌ１)４１の他端に接続されている。
【０１５８】
容量回路５０の第１容量Ｃ１の一端と第２容量Ｃ２の一端とは第２増幅器２の出力端子と接続され、第１容量Ｃ１の他端として機能する第３ボンディングパッドＢＰ３は第３ボンディングワイヤＢＷ３を介して第５ボンディングパッドＢＰ５と接続され、第２容量Ｃ２の他端として機能する第４ボンディングパッドＢＰ４は第４ボンディングワイヤＢＷ４を介して第６ボンディングパッドＢＰ６と接続される。シリコン半導体チップ２１２では、第５ボンディングパッドＢＰ５と接地電位との間には第１スイッチ(ＳＷ１)６０を構成するＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース電流経路が接続される一方、第６ボンディングパッドＢＰ６と接地電位との間には第２スイッチ(ＳＷ２)６１を構成するＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース電流経路が接続されている。
【０１５９】
モード選択端子２０３として機能する第１スイッチ(ＳＷ１)６０のＭＯＳトランジスタのゲートにはローレベルの高電力モード信号ＨＰＭとハイレベルの低電力モード信号ＬＰＭとが供給可能とされる一方、周波数バンド選択端子２０４として機能する第２スイッチ(ＳＷ２)６１のＭＯＳトランジスタのゲートには高バンド選択信号と低バンド選択信号とが供給可能とされる。
【０１６０】
《第１増幅器による増幅》
図３に示した本発明の実施の形態２による電力増幅器ＰＡにおいて、高電力状態での電力増幅を実行する場合について説明する。この高電力状態での電力増幅動作は、高バンドの送信周波数ｆHBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅する場合と低バンドの送信周波数ｆLBを有するＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅する場合とで、同一の動作となる。
【０１６１】
高電力状態での電力増幅動作では、第１制御端子２０１に供給されるハイレベルの第１増幅器イネーブル信号によって第１増幅器１が活性状態とされて、第２制御端子２０２に供給されるローレベルの第２増幅器イネーブル信号によって第２増幅器２が非活性状態とされる。従って、モード選択端子２０３に供給されるローレベルの高電力モード信号ＨＰＭによって第１スイッチ(ＳＷ１)６０はオフ状態に制御されて、周波数バンド選択端子２０４に供給されるローレベルの制御信号によって第２スイッチ(ＳＷ２)６１はオフ状態に制御される。従って、オフ状態の第１スイッチ(ＳＷ１)６０とオフ状態の第２スイッチ(ＳＷ２)６１とは、第１増幅器１の出力端子への第２出力整合回路４の影響を低減するものである。
【０１６２】
従って、図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡでは第１スイッチ(ＳＷ１)６０は第２出力整合回路４のＲＦ信号経路に直列接続されていたのに対して、図３に示す本発明の実施の形態２による電力増幅器ＰＡでは第１スイッチ(ＳＷ１)６０は第２出力整合回路４のＲＦ信号経路と接地電位ＧＮＤとの間に接続されている。その結果、図１の本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡの低電力状態での電力増幅動作では第２増幅器２のＲＦ増幅出力信号の一部が、出力整合回路４のＲＦ信号経路上の第１スイッチ(ＳＷ１)６０で損失されていた。それに対して、図３に示した本発明の実施の形態２による電力増幅器ＰＡの低電力状態での電力増幅動作では、出力整合回路４のＲＦ信号経路上でのＲＦ信号損失を低減することが可能となる。
【０１６３】
《第２増幅器による増幅》
図３に示す本発明の実施の形態２において、低電力状態での電力増幅を実行する場合では、第１制御端子２０１に供給されるローレベルの第１増幅器イネーブル信号によって第１増幅器１が非活性状態とされて、第２制御端子２０２に供給されるハイレベルの第２増幅器イネーブル信号によって第２増幅器２が活性状態とされる。更に、モード選択端子２０３に供給されるハイレベルの低電力モード信号ＬＰＭによって、第１スイッチ(ＳＷ１)６０はオン状態に制御され、容量回路５０では略６ｐＦの比較的大きな容量値に設定された第１容量Ｃ１は使用状態とされる。
【０１６４】
高バンドの送信周波数ｆHBのＲＦ入力信号ＲＦＩＮを第２増幅器２が増幅する場合には、ローレベルの高バンド選択信号が周波数バンド選択端子２０４に供給されるので、第２スイッチ(ＳＷ２)６１はオフ状態に制御され、容量回路５０の容量値は略６ｐＦの第１容量Ｃ１のみで決定される。
【０１６５】
その結果、図２に示したように第１容量Ｃ１のみを使用して、インダクタＬ１による移動量ωＬ１と容量Ｃ１による移動量ωＣ１の合計による移動先を、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。
【０１６６】
低バンドの送信周波数ｆLBのＲＦ入力信号ＲＦＩＮを第２増幅器２が増幅する場合には、ハイレベルの低バンド選択信号が周波数バンド選択端子２０４に供給されるので、第２スイッチ(ＳＷ２)６１はオン状態に制御され、容量回路５０の容量値は略６ｐＦの第１容量Ｃ１と略２ｐＦの第２容量Ｃ２との並列容量で決定される。
【０１６７】
その結果、図２に示すように第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２の並列容量を使用して、インダクタＬ１による移動量ωＬ１と並列容量Ｃ１＋Ｃ２による移動量ω(Ｃ１＋Ｃ２)との合計による移動先を、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。
【０１６８】
《低電力モードでの電力付加効率》
図４は、図３に示した本発明の実施の形態２による電力増幅器ＰＡが低電力モードＬＰＭで動作する場合での電力付加効率(ＰＡＥ)を示す図である。
【０１６９】
図４の横軸はＲＦ信号入力端子１０１に供給されるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの送信周波数を示す一方、図４の縦軸は図３の電力増幅器ＰＡの電力付加効率(ＰＡＥ)を示す。
【０１７０】
低電力モードＬＰＭでは、低電力状態の電力増幅を実行するので、ＲＦ信号入力端子１０１に供給されるＲＦ入力信号ＲＦＩＮは第２増幅器２によって電力増幅された後に第２出力整合回路４と第１出力整合回路３とを介して電力増幅器ＰＡの出力端子１０２に伝達される。
【０１７１】
低電力モードＬＰＭの増幅動作で送信周波数が８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚのＷＣＤＭＡ方式でバンド８と呼ばれる高い送信周波数ｆHBのＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第２増幅器２によって電力増幅される場合には、図４の破線で示すように容量回路５０ではオン状態の第１スイッチ(ＳＷ１)６０によって第１容量Ｃ１だけが使用状態とされる。その結果、８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚのＷＣＤＭＡ方式のバンド８の低電力モードＬＰＭの増幅動作では、図３の電力増幅器ＰＡの電力付加効率(ＰＡＥ)は２２％以上の目標仕様(Ｓｐｅｃ)を達成することが可能となる。尚、ＷＣＤＭＡは、Wideband Code Division Multiple Accessの略である。
【０１７２】
低電力モードＬＰＭの増幅動作で送信周波数が８２９ＭＨｚ〜９４９ＭＨｚのＷＣＤＭＡ方式でバンド５と呼ばれる低い送信周波数ｆLBのＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第２増幅器２によって電力増幅される場合には、図４の実線で示すように容量回路５０ではオン状態の第１スイッチ(ＳＷ１)６０とオン状態の第２スイッチ(ＳＷ２)６１とによって第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２の並列容量が使用状態とされる。その結果、８２９ＭＨｚ〜９４９ＭＨｚのＷＣＤＭＡ方式のバンド５の低電力モードＬＰＭの増幅動作では、図３の電力増幅器ＰＡの電力付加効率(ＰＡＥ)は２２％以上の目標仕様(Ｓｐｅｃ)を達成することが可能となる。
【０１７３】
《低電力モードでの隣接チャンネル漏洩比》
図５は、図３に示した本発明の実施の形態２による電力増幅器ＰＡが低電力モードＬＰＭで動作する場合での隣接チャンネル漏洩比(ＡＣＬＲ：Adjacent Channel power Leakage Ratio)を示す図である。尚、電力増幅器ＰＡでの隣接チャンネル漏洩比(ＡＣＬＲ)は、電力増幅器ＰＡのＦ入力信号ＲＦＩＮの電力増幅での信号歪みに起因して送信希望チャンネルから隣接チャンネルに漏洩する妨害信号の大きさを示すパラメータである。
【０１７４】
図５の横軸はＲＦ信号入力端子１０１に供給されるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの送信周波数を示す一方、図５の縦軸は図３の電力増幅器ＰＡの隣接チャンネル漏洩比(ＡＣＬＲ)を示す。
【０１７５】
低電力モードＬＰＭの増幅動作で送信周波数が８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚのＷＣＤＭＡ方式でバンド８と呼ばれる高い送信周波数ｆHBのＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第２増幅器２によって電力増幅される場合には、図５の破線で示すように容量回路５０ではオン状態の第１スイッチ(ＳＷ１)６０によって第１容量Ｃ１だけが使用状態とされる。その結果、８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚのＷＣＤＭＡ方式のバンド８の低電力モードＬＰＭの増幅動作では、図３の電力増幅器ＰＡの隣接チャンネル漏洩比(ＡＣＬＲ)は、−３８ｄＢｃ以下の目標仕様(Ｓｐｅｃ)を達成することが可能となる。
【０１７６】
低電力モードＬＰＭの増幅動作で送信周波数が８２９ＭＨｚ〜９４９ＭＨｚのＷＣＤＭＡ方式でバンド５と呼ばれる低い送信周波数ｆLBのＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第２増幅器２によって電力増幅される場合には、図５の実線で示すように容量回路５０ではオン状態の第１スイッチ(ＳＷ１)６０とオン状態の第２スイッチ(ＳＷ２)６１とによって第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２の並列容量が使用状態とされる。その結果、８２９ＭＨｚ〜９４９ＭＨｚのＷＣＤＭＡ方式のバンド５の低電力モードＬＰＭの増幅動作では、図３の電力増幅器ＰＡの電力付加効率(ＰＡＥ)は−３８ｄＢｃ以下の目標仕様(Ｓｐｅｃ)を達成することが可能となる。
【０１７７】
［実施の形態３］
図６は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０１７８】
図６に示す本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡが図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡと相違するのは、下記の点である。
【０１７９】
すなわち、図６に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡにおいては、第２出力整合回路４のインダクタ(Ｌ１)４１と可変容量回路５２の間に接続された第１スイッチ(ＳＷ１)６０には種々のスイッチが使用可能であり、第２出力整合回路４の可変容量回路５２には種々の可変容量が使用可能である。
【０１８０】
図７は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０１８１】
図７に示す本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡが図３に示した本発明の実施の形態２による電力増幅器ＰＡと相違するのは、下記の点である。
【０１８２】
すなわち、図７に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡにおいては、第２出力整合回路４の可変容量回路５２には種々の可変容量が使用可能であり、可変容量回路５２と接地電圧ＧＮＤとの間に接続された第１スイッチ(ＳＷ１)６０には種々のスイッチが使用可能である。
【０１８３】
図８は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０１８４】
図８に示す本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡが図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡと相違するのは、下記の点である。
【０１８５】
すなわち、図８に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡにおいては、高電力状態の電力増幅を実行する場合に第１増幅器１の出力端子への第２出力整合回路４の影響を低減する分離回路は、第３容量Ｃ３と第１スイッチ(ＳＷ１)６０とインダクタ(Ｌ１)４１とによって構成されている。この分離回路では第３容量Ｃ３と第１スイッチ(ＳＷ１)６０との直列接続とインダクタ(Ｌ１)４１が並列接続され、分離回路はＬＣ並列共振回路の形式に構成されている。
【０１８６】
図８に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡが高電力状態の電力増幅を実行する場合には、モード選択端子２０３に供給されるローレベルの高電力モード信号ＨＰＭにより第１スイッチ(ＳＷ１)６０はオン状態に制御され、第３容量Ｃ３とインダクタ(Ｌ１)４１のＬＣ並列共振回路の分離回路が形成される。
【０１８７】
高い送信周波数ｆHBのＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第１増幅器１によって電力増幅される場合には、第３容量Ｃ３とインダクタ(Ｌ１)４１のＬＣ並列共振回路によって構成される分離回路のインピーダンスは、極めて大きな値に設定される。従って、図８に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡが高電力状態の電力増幅を実行する際に、第１増幅器１の出力端子への第２出力整合回路４の影響が十分に低減されることが可能となる。
【０１８８】
図８に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡが低電力状態の電力増幅を実行する場合には、モード選択端子２０３に供給されるハイレベルの低電力モード信号ＨＬＰＭによって第１スイッチ(ＳＷ１)６０はオフ状態に制御されるので、第３容量Ｃ３とインダクタ(Ｌ１)４１のＬＣ並列共振回路の分離回路が形成されないものとなる。従って、第２増幅器２の出力端子からのＲＦ増幅出力信号は、可変容量回路５２とインダクタ(Ｌ１)４１とを含む第２出力整合回路４の入力端子と出力端子との間のＲＦ信号経路を介して第１出力整合回路３の入力端子に供給されることが可能となる。
【０１８９】
更に図８に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡでも、第２出力整合回路４のＬＣ並列共振回路の第１スイッチ(ＳＷ１)６０には種々のスイッチが使用可能であって、第２出力整合回路４の可変容量回路５２には種々の可変容量が使用可能である。
【０１９０】
《種々のスイッチ》
図１５は、図６と図７と図８に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡにおいて第１スイッチ(ＳＷ１)６０として使用可能な種々のスイッチの構成を示す図である。
【０１９１】
図１５(Ａ)に示す第１スイッチ(ＳＷ１)６０は、具体的には図１５(Ｂ)に示すように抵抗ＲとトランジスタＱによって構成されることが可能である。トランジスタＱには、ＭＯＳ型またはＭＥＳ型の電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタが使用さることが可能である。抵抗Ｒを介してトランジスタＱの制御電極に制御信号が供給されることによって、トランジスタＱの出力電流経路のインピーダンスが小さくなり、トランジスタＱはスイッチング素子として動作可能となる。
【０１９２】
図１５(Ａ)に示す第１スイッチ(ＳＷ１)６０は、具体的には図１５(Ｃ)に示すように抵抗ＲとＰＩＮダイオードＤによって構成されることが可能である。良く知られているように、ＰＩＮダイオードＤはＰＮ接合の接合部分に真性半導体が形成され、順方向バイアスのＰＩＮダイオードＤはオン状態となって、逆方向バイアスのＰＩＮダイオードＤはオフ状態となる。すなわち、抵抗Ｒを介してＰＩＮダイオードＤに供給される電圧が順方向バイアスであれば、ＰＩＮダイオードＤのアノードとカソードの間はオン状態となり、抵抗Ｒを介してＰＩＮダイオードＤに供給される電圧が逆方向バイアスであれば、ＰＩＮダイオードＤのアノードとカソードの間はオフ状態となる。
【０１９３】
《種々の可変容量回路》
図１６は、図６と図７と図８に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡにおいて可変容量回路５２として使用可能な種々の可変容量回路の構成を示す図である。
【０１９４】
図１６(Ａ)に示す可変容量回路５２は、具体的には図１６(Ｂ)に示すように複数の容量Ｃ０、Ｃ１…Ｃｎと複数のスイッチＳＷ０、ＳＷ１…ＳＷｎとによって構成されている。１番目の容量Ｃ０と１番目のスイッチＳＷ０とは直列接続され、２番目の容量Ｃ１と２番目のスイッチＳＷ１とは直列接続され、最後の容量Ｃｎと最後のスイッチＳＷｎとは直列接続され、これらの複数の直列接続は可変容量回路５２の２端子間に並列接続される。複数のスイッチＳＷ０、ＳＷ１…ＳＷｎの各スイッチには、図１５に示した種々のスイッチが使用されることが可能である。
【０１９５】
図１６(Ａ)に示す可変容量回路５２は、具体的には図１６(Ｃ)に示すように複数の容量Ｃ０、Ｃ１…Ｃｎと複数のスイッチＳＷ１…ＳＷｎによって構成されている。１番目の容量Ｃ０は、可変容量回路５２の２端子間に接続される。２番目の容量Ｃ１と２番目のスイッチＳＷ１とは直列接続され、最後の容量Ｃｎと最後のスイッチＳＷｎとは直列接続されて、これらの複数の直列接続は可変容量回路５２の２端子の間に並列接続される。複数のスイッチＳＷ１…ＳＷｎの各スイッチには、図１５に示した種々のスイッチが使用されることが可能である。
【０１９６】
図１６(Ａ)に示す可変容量回路５２は、具体的には図１６(Ｃ)に示すように抵抗Ｒと可変容量ダイオードＤによって構成されることが可能である。良く知られているように、バラクタダイオードと呼ばれる可変容量ダイオードＤはＰＮ接合の空乏層容量の電圧依存性が大きく設定されている。従って、抵抗Ｒを介して可変容量ダイオードＤに供給される印加電圧の変化に応答して、可変容量ダイオードＤのカソード・アノード間容量は連続的に変化するものとなる。
【０１９７】
［実施の形態４］
図９は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能として更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０１９８】
図９に示す本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡが図６に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡと相違するのは、下記の点である。
【０１９９】
すなわち、図６に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡの可変容量回路５２は、図９に示す本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡでは略６ｐＦの固定容量値の第１容量Ｃ１に置換されている。次に図６に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡに含まれた略３ｎＨのインダクタンスの固定インダクタ(Ｌ１)４１は、図９に示す本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡでは可変インダクタンスの可変インダクタ回路(Ｌ１)４１に置換されている。
【０２００】
図１０は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０２０１】
図１０に示す本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡが図７に示す本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡと相違するのは、下記の点である。
【０２０２】
すなわち、図７に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡの可変容量回路５２は、図１０に示す本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡでは略６ｐＦの固定容量値の第１容量Ｃ１に置換されている。次に図７に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡに含まれた略３ｎＨのインダクタンスの固定インダクタ(Ｌ１)４１は、図１０に示す本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡで可変インダクタンスの可変インダクタ回路(Ｌ１)４１に置換されている。
【０２０３】
図１１は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０２０４】
図１１に示す本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡが図８に示す本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡと相違するのは、下記の点である。
【０２０５】
すなわち、図８に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡの可変容量回路５２は、図１１に示す本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡでは略６ｐＦの固定容量値の第１容量Ｃ１に置換されている。次に図８に示した本発明の実施の形態３による電力増幅器ＰＡの分離回路のＬＣ並列共振回路の略３ｎＨのインダクタンスの固定インダクタ(Ｌ１)４１は、図１１に示す本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡでは可変インダクタンスの可変インダクタ回路(Ｌ１)４１に置換されている。
【０２０６】
図９と図１０と図１１に示した本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡで第２増幅器２が増幅動作を実行する場合には、周波数バンド選択端子２０４に供給される周波数バンド選択信号が高バンド送信周波数ｆHBを選択する際に、可変インダクタ回路(Ｌ１)４１のインダクタンスは第１インダクタＬ１で決定される。その結果、第１インダクタＬ１を使用することによって、インダクタＬ１による移動量ωＬ１と容量Ｃ１による移動量ωＣ１の合計による移動先を、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。
【０２０７】
図９と図１０と図１１に示した本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡで第２増幅器２が増幅動作を実行する場合には、周波数バンド選択端子２０４に供給される周波数バンド選択信号が低バンド送信周波数ｆLBを選択する際に、可変インダクタ回路(Ｌ１)４１のインダクタンスは第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２との合計インダクタンスで決定される。その結果、可変インダクタ回路(Ｌ１)４１の第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２との合計インダクタンスを使用して、合計インダクタＬ１＋Ｌ２による移動量ω(Ｌ１＋Ｌ２)と第１容量Ｃ１による移動量ωＣ１との合計による移動先を、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。
【０２０８】
《種々の可変インダクタ回路》
図１７は、図９と図１０と図１１に示した本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡにおいて可変インダクタ回路(Ｌ１)４１として使用可能な種々の可変インダクタ回路の構成を示す図である。
【０２０９】
図１７(Ａ)に示す可変インダクタ回路４１は、具体的には図１７(Ｂ)に示すように複数のインダクタＬ０、Ｌ１…Ｌｎと複数のスイッチＳＷ０、ＳＷ１…ＳＷｎとによって構成されている。１番目のインダクタＬ０と１番目のスイッチＳＷ０とは直列接続され、２番目のインダクタＬ１と２番目のスイッチＳＷ１とは直列接続され、最後のインダクタＬｎと最後のスイッチＳＷｎとは直列接続されて、これらの複数の直列接続は可変インダクタ回路４１の２端子の間に並列接続される。複数のスイッチＳＷ０、ＳＷ１…ＳＷｎの各スイッチには、図１５に示した種々のスイッチが使用されることが可能である。
【０２１０】
図１７(Ａ)に示す可変インダクタ回路４１は、具体的には図１７(Ｃ)に示すように複数のインダクタＬ０、Ｌ１…Ｌｎと複数のスイッチＳＷ１…ＳＷｎとによって構成されている。１番目のインダクタＬ０は、可変インダクタ回路４１の２端子間に接続される。２番目のインダクタＬ１と２番目のスイッチＳＷ１とは直列接続され、最後のインダクタＬｎと最後のスイッチＳＷｎとは直列接続されて、これらの複数の直列接続は可変インダクタ回路４１の２端子間に並列接続される。複数のスイッチＳＷ１…ＳＷｎの各スイッチには、図１５に示した種々のスイッチが使用されることが可能である。
【０２１１】
図１７(Ａ)に示す可変インダクタ回路４１は、具体的には図１７(Ｄ)に示すように複数のインダクタＬ０、Ｌ１…Ｌｎと複数のスイッチＳＷ１…ＳＷｎとによって構成されている。１番目のインダクタＬ０と２番目のインダクタＬ１と最後のインダクタＬｎとは、可変インダクタ回路４１の２端子間に直列接続されている。２番目のインダクタＬ１と２番目のスイッチＳＷ１とは並列接続され、最後のインダクタＬｎと最後のスイッチＳＷｎとは並列接続されている。複数のスイッチＳＷ１…ＳＷｎの各スイッチには、図１５に示した種々のスイッチが使用されることが可能である。
【０２１２】
［実施の形態５］
図１２は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０２１３】
図１２に示した本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡが図９に示した本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡと相違するのは、下記の点である。
【０２１４】
すなわち、図９に示した本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡの略６ｐＦの固定容量値の第１容量Ｃ１は、図１２に示す本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡの可変容量回路５２に置換されている。
【０２１５】
図１３は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０２１６】
図１３に示す本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡが図１０に示した本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡと相違するのは、下記の点である。
【０２１７】
すなわち、図１０に示す本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡの略６ｐＦの固定容量値の第１容量Ｃ１は、図１３に示す本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡの可変容量回路５２に置換されている。
【０２１８】
図１４は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０２１９】
図１４に示す本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡが図１１に示した本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡと相違するのは、下記の点である。
【０２２０】
すなわち、図１１に示す本発明の実施の形態４による電力増幅器ＰＡの略６ｐＦの固定容量値の第１容量Ｃ１は、図１４に示す本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡの可変容量回路５２に置換されている。
【０２２１】
図１２と図１３と図１４に示す本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡで第２増幅器２が増幅動作を実行する場合には、周波数バンド選択端子２０４に供給される周波数バンド選択信号が高バンド送信周波数ｆHBを選択する際には、可変容量回路５２の容量値は第１容量Ｃ１で決定され、可変インダクタ回路(Ｌ１)４１のインダクタンスは第１インダクタＬ１で決定される。その結果、第１容量Ｃ１と第１インダクタＬ１を使用することによって、インダクタＬ１による移動量ωＬ１と容量Ｃ１による移動量ωＣ１の合計による移動先を、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。
【０２２２】
図１２と図１３と図１４に示す本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡで第２増幅器２が増幅動作を実行する場合には、周波数バンド選択端子２０４に供給される周波数バンド選択信号が低バンド送信周波数ｆLBを選択する際に、可変容量回路５２の容量値は第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２との並列容量で決定され、可変インダクタ回路(Ｌ１)４１のインダクタンスは第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２との合計インダクタンスで決定される。その結果、可変容量回路５２の第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２との並列容量と可変インダクタ回路(Ｌ１)４１の第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２との合計インダクタンスを使用して、合計インダクタＬ１＋Ｌ２による移動量ω(Ｌ１＋Ｌ２)と並列容量(Ｃ１＋Ｃ２)による移動量ω(Ｃ１＋Ｃ２)の合計による移動先を、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。
【０２２３】
以上、図１２と図１３と図１４を使用して説明した本発明の実施の形態５による電力増幅器ＰＡによれば、第２増幅器２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡとの整合の設定の自由度を向上することが可能となる。従って、第２増幅器２が極めて低い低電力状態で高い電力付加効率を示すように極めて小さな素子サイズのトランジスタによって構成され、第２増幅器２の出力インピーダンスが極めて高い値に増加する場合にも、本発明の実施の形態５を採用することによって第２増幅器２の出力と第２出力整合回路４の入力の間の良好なインピーダンス整合を実現することが可能となる。
【０２２４】
［実施の形態６］
図１８は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０２２５】
最初に図１８に示す本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡは、素子サイズの大きなハイバンド第１増幅器１５１Ｈと、素子サイズの小さなハイバンド第２増幅器１５２Ｈと、ハイバンド第１出力整合回路１５３Ｈと、ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈとを含んでいる。ＷＣＤＭＡ方式のバンド１とバンド２とバンド４を含むハイバンド３Ｇ入力信号が第１ＲＦ信号入力端子１０１Ｈに供給されるので、ハイバンド３Ｇ入力信号はハイバンド第１増幅器１５１Ｈまたはハイバンド第２増幅器１５２Ｈによって増幅されて、第１ＲＦ信号出力端子１０２ＨからＷＣＤＭＡ方式のバンド１とバンド２とバンド４を含むハイバンド３Ｇ出力信号が生成される。尚、ＷＣＤＭＡ方式のバンド１の送信周波数は１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚであり、ＷＣＤＭＡ方式のバンド２の送信周波数は１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚであり、ＷＣＤＭＡ方式のバンド４の送信周波数は１７１０ＭＨｚ〜１７５５ＭＨｚである。また、図１８のハイバンド第１増幅器１５１Ｈとハイバンド第２増幅器１５２Ｈとハイバンド第１出力整合回路１５３Ｈとハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈとはそれぞれ、図１に示す本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡに含まれた第１増幅器１と第２増幅器２と第１出力整合回路３と第２出力整合回路４と同様に構成されて、同様に動作するものである。
【０２２６】
次に、図１８に示す本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡは、素子サイズの大きなローバンド第１増幅器１５１Ｌと、素子サイズの小さなローバンド第２増幅器１５２Ｌと、ローバンド第１出力整合回路１５３Ｌと、ローバンド第２出力整合回路１５４Ｌとを含んでいる。ＷＣＤＭＡ方式のバンド５とバンド８を含むローバンド３Ｇ入力信号が第２ＲＦ信号入力端子１０１Ｌに供給されるので、ローバンド３Ｇ入力信号はローバンド第１増幅器１５１Ｌまたはローバンド第２増幅器１５２Ｌによって増幅されて、第２ＲＦ信号出力端子１０２ＬからＷＣＤＭＡ方式のバンド５とバンド８を含むローバンド３Ｇ出力信号が生成される。上述のように、ＷＣＤＭＡ方式のバンド５の送信周波数は８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚであり、ＷＣＤＭＡ方式のバンド８の送信周波数は８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚである。また、図１８のローバンド第１増幅器１５１Ｌとローバンド第２増幅器１５２Ｌとローバンド第１出力整合回路１５３Ｌとローバンド第２出力整合回路１５４Ｌとはそれぞれ、図１に示す本発明の実施の形態１による電力増幅器ＰＡに含まれた第１増幅器１と第２増幅器２と第１出力整合回路３と第２出力整合回路４と同様に構成されて、同様に動作するものである。
【０２２７】
最後に、図１８に示した本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡは、バイアス整合制御回路１５０を含んでいる。バイアス整合制御回路１５０には、携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路とベースバンドプロセッサとのいずれかから、イネーブル信号ＥＮＡとモード信号ＭＯＤＥと第１バンド選択信号ＢＳ１と第２バンド選択信号ＢＳ２と第３バンド選択信号ＢＳ３とが供給される。
【０２２８】
バイアス整合制御回路１５０からハイバンド第１増幅器イネーブル信号としてのメインバイアスMain Biasとハイバンド第２増幅器イネーブル信号としてのサブバイアスSub Biasとが生成されて、ハイバンド第１増幅器１５１Ｈとハイバンド第２増幅器１５２Ｈとにそれぞれ供給される。更にバイアス整合制御回路１５０からローバンド第１増幅器イネーブル信号としてのメインバイアスMain Biasとローバンド第２増幅器イネーブル信号としてのサブバイアスSub Biasとが生成されて、ローバンド第１増幅器１５１Ｌとローバンド第２増幅器１５２Ｌとにそれぞれ供給される。
【０２２９】
バイアス整合制御回路１５０からハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈに、モード信号ＭＯＤＥと、ＷＣＤＭＡ方式のバンド１の選択信号Ｂ１と、ＷＣＤＭＡ方式のバンド２の選択信号Ｂ２と、ＷＣＤＭＡ方式のバンド４の選択信号Ｂ４とが供給される。
【０２３０】
バイアス整合制御回路１５０からローバンド第２出力整合回路１５４Ｌに、モード信号ＭＯＤＥと、ＷＣＤＭＡ方式のバンド５の選択信号Ｂ５と、ＷＣＤＭＡ方式のバンド８の選択信号Ｂ８とが供給される。
【０２３１】
図１９は、図１８に示した本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡの動作を説明する図である。
【０２３２】
図１９の一行目には、左から右へ、バンドＢａｎｄの欄、パワーモードPower Modeの欄、イネーブル信号ＥＮＡの欄、モード信号ＭＯＤＥの欄、第１バンド選択信号ＢＳ１の欄、第２バンド選択信号ＢＳ２の欄、第３バンド選択信号ＢＳ３の欄が配置されている。
【０２３３】
図１９の１番左の欄のバンド(周波数帯)Ｂａｎｄには、ローバンドLow BandとハイバンドHigh Bandとが配置されて、ローバンドLow BandはＷＣＤＭＡ方式のBand 5とBand 8とを含み、ハイバンドHigh BandはＷＣＤＭＡ方式のBand 1とBand 2とBand 4とを含んでいる。
【０２３４】
図１９の左から２番目の欄のパワーモードPower Modeは、高電力モードＨＰＭを意味するハイパワーHigh Powerと低電力モードＬＰＭを意味するローパワーLow Powerとを含んでいる。
【０２３５】
図１９の左から３番目の欄のイネーブル信号ＥＮＡは、ハイレベル“Ｈ”を含んでいる。従って、図１９に示された全ての動作状態で、図１８に示す本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡは動作イネーブルの状態に設定される。
【０２３６】
図１９の左から４番目の欄のモード信号ＭＯＤＥは、ハイレベル“Ｈ”(ハイパワーに対応)とローレベル“Ｌ”(ローパワーに対応)とを含んでいる。
【０２３７】
図１９の左から５番目の欄の第１バンド選択信号ＢＳ１は、ローレベル“Ｌ”(ローバンドLow Bandに対応)とハイレベル“Ｈ”(ハイバンドHigh Bandに対応)とを含んでいる。
【０２３８】
図１９の左から６番目の欄の第２バンド選択信号ＢＳ２と一番右の欄の第３バンド選択信号ＢＳ３とは、ハイレベル“Ｈ”とローレベル“Ｌ”を含んでいる。第２バンド選択信号ＢＳ２と第３バンド選択信号ＢＳ３との２ビットは、ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈとローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの周波数特性を設定するために使用される。
【０２３９】
バイアス整合制御回路１５０に供給されるハイレベル“Ｈ”のイネーブル信号ＥＮＡに応答して、図１８に示した本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡは動作イネーブルの状態に設定される。
【０２４０】
バイアス整合制御回路１５０に供給されるモード信号ＭＯＤＥがハイレベル“Ｈ”(ハイパワーに対応)の場合には、ハイバンド第１増幅器イネーブル信号のメインバイアスMain Biasによってハイバンド第１増幅器１５１Ｈが活性化される一方、ハイバンド第２増幅器ディスイネーブル信号のサブバイアスSub Biasによってハイバンド第２増幅器１５２Ｈが非活性化される。またハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの内部の第１スイッチ(ＳＷ１)６０が制御されるので、ハイバンド第１増幅器１５１Ｈの出力端子へのハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの影響が低減される。更にこの場合には、ローバンド第１増幅器イネーブル信号のメインバイアスMain Biasによってローバンド第１増幅器１５１Ｌが活性化される一方、ローバンド第２増幅器ディスイネーブル信号のサブバイアスSub Biasによってローバンド第２増幅器１５２Ｌが非活性化される。またローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの内部の第１スイッチ(ＳＷ１)６０が制御されるので、ローバンド第１増幅器１５１Ｌの出力端子へのローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの影響が低減される。
【０２４１】
バイアス整合制御回路１５０に供給されるモード信号ＭＯＤＥがローレベル“Ｌ”(ローパワーに対応)の場合には、ハイバンド第１増幅器ディスイネーブル信号のメインバイアスMain Biasによってハイバンド第１増幅器１５１Ｈが非活性化される一方、ハイバンド第２増幅器イネーブル信号のサブバイアスSub Biasによってハイバンド第２増幅器１５２Ｈが活性化される。更に、ハイバンド第２増幅器１５２Ｈの出力端子からのＲＦ増幅出力信号は、ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの入力端子と出力端子との間のＲＦ信号経路を介してハイバンド第１出力整合回路１５３Ｈの入力端子に供給されることが可能となる。更に、この場合には、ローバンド第１増幅器ディスイネーブル信号のメインバイアスMain Biasによってローバンド第１増幅器１５１Ｌが非活性化される一方、ローバンド第２増幅器イネーブル信号のサブバイアスSub Biasによってローバンド第２増幅器１５２Ｌが活性化される。更に、ローバンド第２増幅器１５２Ｌの出力端子からのＲＦ増幅出力信号は、ローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの入力端子と出力端子との間のＲＦ信号経路を介してローバンド第１出力整合回路１５３Ｌの入力端子に供給されることが可能となる。
【０２４２】
バイアス整合制御回路１５０に供給される第１バンド選択信号ＢＳ１の１ビットがローレベル“Ｌ”(ローバンドLow Bandに対応)の場合には、第２ＲＦ信号入力端子１０１Ｌに供給されるＷＣＤＭＡ方式のバンド５とバンド８を含むローバンド３Ｇ入力信号を増幅するためのローバンド第１増幅器１５１Ｌとローバンド第２増幅器１５２Ｌとローバンド第１出力整合回路１５３Ｌとローバンド第２出力整合回路１５４Ｌとが活性化される。
【０２４３】
バイアス整合制御回路１５０に供給される第１バンド選択信号ＢＳ１の１ビットがハイレベル“Ｈ”(ハイバンドHigh Bandに対応)の場合には、第１ＲＦ信号入力端子１０１Ｈに供給されるＷＣＤＭＡ方式のバンド１とバンド２とバンド４とを含むハイバンド３Ｇ入力信号を増幅するためのハイバンド第１増幅器１５１Ｈとハイバンド第２増幅器１５２Ｈとハイバンド第１出力整合回路１５３Ｈとハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈとが活性化される。
【０２４４】
バイアス整合制御回路１５０に供給される第１バンド選択信号ＢＳ１の１ビットがローレベル“Ｌ”(ローバンドLow Bandに対応)の場合には、第２バンド選択信号ＢＳ２と第３バンド選択信号ＢＳ３との２ビットによってローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの周波数特性は下記のように設定される。
【０２４５】
すなわち、第３バンド選択信号ＢＳ３の１ビットは無関係であり、第２バンド選択信号ＢＳ２の１ビットがハイレベル“Ｈ”の場合には、低周波数側のＷＣＤＭＡ方式のバンド５の送信周波数８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚにローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの周波数特性が最適化される。具体的な例によれば、ローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの可変容量回路５２の容量値が第１容量Ｃ１と第２容量Ｃ２の並列容量Ｃ１＋Ｃ２で決定されるか、またはローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの可変インダクタ回路(Ｌ１)４１のインダクタンスが第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２の合計インダクタンスＬ１＋Ｌ２で決定される。
【０２４６】
また第２バンド選択信号ＢＳ２の１ビットがローレベル“Ｌ”の場合には、高周波数側のＷＣＤＭＡ方式のバンド８の送信周波数８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚにローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの周波数特性が最適化される。具体的な例によれば、ローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの可変容量回路５２の容量値が第１容量Ｃ１の単独容量Ｃ１で決定されるか、またはローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの可変インダクタ回路(Ｌ１)４１のインダクタンスが第１インダクタＬ１の単独インダクタンスＬ１で決定される。
【０２４７】
バイアス整合制御回路１５０に供給される第１バンド選択信号ＢＳ１の１ビットがハイレベル“Ｈ”(ハイバンドhigh Bandに対応)の場合には、第２バンド選択信号ＢＳ２と第３バンド選択信号ＢＳ３の２ビットによってハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの周波数特性は下記のように設定される。
【０２４８】
すなわち、第２バンド選択信号ＢＳ２がローレベル“Ｌ”であり第３バンド選択信号ＢＳ３がローレベル“Ｌ”である場合には、高周波のＷＣＤＭＡ方式のバンド１の送信周波数１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚにハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの周波数特性が最適化される。具体的な一例によれば、ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの可変容量回路５２の容量値が最小容量ＣSに設定されるか、またはハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの可変インダクタ回路(Ｌ１)４１のインダクタンスが最小インダクタンスＬSに設定される。
【０２４９】
次に、第２バンド選択信号ＢＳ２がハイレベル“Ｈ”であり第３バンド選択信号ＢＳ３がローレベル“Ｌ”である場合には、中間周波数のＷＣＤＭＡ方式のバンド２の送信周波数１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚにハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの周波数特性が最適化される。具体的な一例によれば、ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの可変容量回路５２の容量値が最小容量ＣSより大きな中間容量ＣMに設定されるか、またはハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの可変インダクタ回路(Ｌ１)４１のインダクタンスが最小インダクタンスＬSより大きな中間インダクタンスＬMに設定される。
【０２５０】
最後に第２バンド選択信号ＢＳ２がハイレベル“Ｈ”であり第３バンド選択信号ＢＳ３がハイレベル“Ｈ”である場合には、低周波のＷＣＤＭＡ方式のバンド４の送信周波数１７１０ＭＨｚ〜１７５５ＭＨｚにハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの周波数特性が最適化される。具体的な一例によれば、ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの可変容量回路５２の容量値が中間容量ＣMより大きな最大容量ＣLに設定されるか、またはハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの可変インダクタ回路(Ｌ１)４１のインダクタンスが中間インダクタンスＬMより大きな最大インダクタンスＬLに設定される。
【０２５１】
以上、図１８と図１９とを使用して説明した本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡによれば、ＷＣＤＭＡ方式のバンド１とバンド２とバンド４とバンド５とバンド８のマルチバンドにおいて、低電力モードＬＰＭから高電力モードＨＰＭまでの広範囲の送信動作で高い電力付加効率を実現することが可能となる。
【０２５２】
［実施の形態７］
図２０は、低電力状態から高電力状態までの広範囲の電力増幅を可能とし更に複数の周波数バンド送信周波数を有するＲＦ入力信号を電力増幅する際に電力付加効率を向上するための本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡの構成を示す図である。
【０２５３】
最初に図２０に示す本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡは、図１８に示した本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡに含まれていたハイバンド第１増幅器１５１Ｈとハイバンド第２増幅器１５２Ｈとハイバンド第１出力整合回路１５３Ｈとハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈとローバンド第１増幅器１５１Ｌとローバンド第２増幅器１５２Ｌとローバンド第１出力整合回路１５３Ｌとローバンド第２出力整合回路１５４Ｌとバイアス整合制御回路１５０とを含んでいる。
【０２５４】
従って、図２０に示した本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡは、図１８に示した本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡと同様に第１ＲＦ信号入力端子１０１Ｈに供給されるＷＣＤＭＡ方式のバンド１とバンド２とバンド４を含むハイバンド３Ｇ入力信号と第２ＲＦ信号入力端子１０１Ｌに供給されるＷＣＤＭＡ方式のバンド５とバンド８を含むローバンド３Ｇ入力信号とを増幅することが可能である。
【０２５５】
更に図２０に示した本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡは、ロジックデコーダ回路１７０と制御回路１７１とハイバンド第３増幅器１７２Ｈとハイバンド第３出力整合回路１７３Ｈとハイバンド出力検出器１７４Ｈとローバンド第３増幅器１７２Ｌとローバンド第３出力整合回路１７３Ｌとローバンド出力検出器１７４Ｌとを含んでいる。
【０２５６】
第３ＲＦ信号入力端子１７５ＨにはＧＳＭ方式のＤＣＳ１８００とＰＣＳ１９００を含むハイバンド２Ｇ入力信号が供給されるので、ハイバンド２Ｇ入力信号はハイバンド第３増幅器１７２Ｈによって増幅される。ハイバンド第３増幅器１７２Ｈからの増幅出力信号はハイバンド第３出力整合回路１７３Ｈとハイバンド出力検出器１７４Ｈを介して第３ＲＦ信号出力端子１７６Ｈに伝達されるので、第３ＲＦ信号出力端子１７６ＨからはＧＳＭ方式のＤＣＳ１８００とＰＣＳ１９００を含むハイバンド２Ｇ出力信号が生成される。尚、ＧＳＭはGlobal System for Mobile Communicationの略、ＤＣＳはDigital Cellar Systemの略、ＰＣＳはPersonal Communication Systemの略である。ＤＣＳ１８００の送信周波数は１７１０ＭＨｚ〜１７８５ＭＨｚであり、ＰＣＳ１９００の送信周波数は１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚである。
【０２５７】
第４ＲＦ信号入力端子１７５ＬにはＧＳＭ方式のＧＳＭ８５０とＧＳＭ９００を含むローバンド２Ｇ入力信号が供給されるので、ローバンド２Ｇ入力信号はローバンド第３増幅器１７２Ｌによって増幅される。ローバンド第３増幅器１７２Ｌからの増幅出力信号はローバンド第３出力整合回路１７３Ｌとローバンド出力検出器１７４Ｌを介して第４ＲＦ信号出力端子１７６Ｌに伝達されるので、第４ＲＦ信号出力端子１７６ＬからはＧＳＭ方式のＧＳＭ８５０とＧＳＭ９００とを含むローバンド２Ｇ出力信号が生成される。ＧＳＭ８５０の送信周波数は８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚで、ＧＳＭ９００の送信周波数は８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚである。
【０２５８】
ハイバンド出力検出器１７４Ｈは、例えば方向性結合器(Coupler)によって構成されている。従って、ハイバンド出力検出器１７４Ｈは、ハイバンド第３出力整合回路１７３Ｈを経由したハイバンド第３増幅器１７２Ｈの増幅出力信号の送信電力レベルに比例した第１検出電圧ＶdetHを生成する。
【０２５９】
ハイバンド出力検出器１７４Ｈからの第１検出電圧ＶdetHは、制御回路１７１の内部の検波回路１７１３に供給される。制御回路１７１の内部の誤差増幅器１７１１の一方の入力端子にランプ電圧ＶRAMPが供給され、誤差増幅器１７１１の他方の入力端子には検波回路１７１３の検波出力電圧が供給される。
【０２６０】
誤差増幅器１７１１の出力信号は制御回路１７１の内部のバイアス制御回路１７１２に供給されて、バイアス制御回路１７１２からハイバンド第３増幅器１７２Ｈに供給されるバイアス電圧Biasによりハイバンド第３増幅器１７２Ｈの増幅ゲインが設定される。その結果、誤差増幅器１７１１の一方の入力端子に供給されるランプ電圧ＶRAMPの電圧レベルと誤差増幅器１７１１の他方の入力端子に供給される検波回路１７１３の検波出力電圧が一致するように、ハイバンド第３増幅器１７２Ｈの増幅ゲインが設定される。
【０２６１】
ローバンド出力検出器１７４Ｌは、例えば方向性結合器(Coupler)によって構成されている。従って、ローバンド出力検出器１７４Ｌは、ローバンド第３出力整合回路１７３Ｌを経由したローバンド第３増幅器１７２Ｌの増幅出力信号の送信電力レベルに比例した第２検出電圧ＶdetLを生成する。
【０２６２】
ローバンド出力検出器１７４Ｌからの第２検出電圧ＶdetLは、制御回路１７１の内部の検波回路１７１３に供給される。制御回路１７１の内部の誤差増幅器１７１１の一方の入力端子にランプ電圧ＶRAMPが供給され、誤差増幅器１７１１の他方の入力端子には検波回路１７１３の検波出力電圧が供給される。
【０２６３】
誤差増幅器１７１１の出力信号は制御回路１７１の内部のバイアス制御回路１７１２に供給されて、バイアス制御回路１７１２からローバンド第３増幅器１７２Ｌに供給されるバイアス電圧Biasによりローバンド第３増幅器１７２Ｌの増幅ゲインが設定される。その結果、誤差増幅器１７１１の一方の入力端子に供給されるランプ電圧ＶRAMPの電圧レベルと誤差増幅器１７１１の他方の入力端子に供給される検波回路１７１３の検波出力電圧が一致するように、ローバンド第３増幅器１７２Ｌの増幅ゲインが設定される。
【０２６４】
第３ＲＦ信号入力端子１７５Ｈに供給されるＧＳＭ方式のＤＣＳ１８００またはＰＣＳ１９００のハイバンド２Ｇ入力信号がＧＭＳＫ方式の位相変調成分だけを含んでいる場合には、誤差増幅器１７１１の一方の入力端子に供給されるランプ電圧ＶRAMPはＧＳＭ方式の時分割多元接続(ＴＤＭＡ：Time Divisional Multiple Access)の送信スロットでのランプアップとランプダウンに使用される。尚、ＧＭＳＫは、Gaussian Minimum Shift Keyingの略である。
【０２６５】
同様に第４ＲＦ信号入力端子１７５Ｌに供給されるＧＳＭ方式のＧＳＭ８５０またはＧＳＭ９００のローバンド２Ｇ入力信号がＧＭＳＫ方式の位相変調成分だけを含んでいる場合には、誤差増幅器１７１１の一方の入力端子に供給されるランプ電圧ＶRAMPはＧＳＭ方式の時分割多元接続(ＴＤＭＡ)の送信スロットでのランプアップとランプダウンに使用される。
【０２６６】
第３ＲＦ信号入力端子１７５Ｈに供給されるＧＳＭ方式のＤＣＳ１８００またはＰＣＳ１９００のハイバンド２Ｇ入力信号がＧＭＳＫ方式の位相変調成分だけでなくＥＤＧＥ方式の振幅変調成分を含んでいる場合には、誤差増幅器１７１１の一方の入力端子に供給されるランプ電圧ＶRAMPはＧＳＭ方式の時分割多元接続(ＴＤＭＡ)の送信スロットでのランプアップとランプダウンに使用されるだけではなくＥＤＧＥ方式の振幅変調のためのバイアス制御にも使用される。
【０２６７】
同様に第４ＲＦ信号入力端子１７５Ｌに供給されるＧＳＭ方式のＧＳＭ８５０またはＧＳＭ９００のローバンド２Ｇ入力信号がＧＭＳＫ方式の位相変調成分だけではなくＥＤＧＥ方式の振幅変調成分を含んでいる場合には、誤差増幅器１７１１の一方の入力端子に供給されるランプ電圧ＶRAMPはＧＳＭ方式の時分割多元接続(ＴＤＭＡ)の送信スロットでのランプアップとランプダウンに使用されるだけではなくＥＤＧＥ方式の振幅変調のためのバイアス制御にも使用される。
【０２６８】
一方、図２０のロジックデコーダ回路１７０には携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路とベースバンドプロセッサとのいずれかから、イネーブル信号ＥＮＡとバンド選択信号ＢＳとＧモード信号ＧＭＯＤＥと第１Ｗモード信号ＷＭＯＤＥ１と第２Ｗモード信号ＷＭＯＤＥ２とランプ電圧ＶRAMPとが供給される。これらの信号がロジックデコーダ回路１７０によってデコードされることによって、ロジックデコーダ回路１７０から生成される制御信号によって図２０に示す本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡの内部動作が制御される。
【０２６９】
ここで、図２０のバンド選択信号ＢＳは図１８の第１バンド選択信号ＢＳ１に対応しており、図２０のＧモード信号ＧＭＯＤＥは図１８の第２バンド選択信号ＢＳ２にも対応しており、また更に、図２０のランプ電圧ＶRAMPは図１８の第３バンド選択信号ＢＳ３にも対応する。更に、図２０の第１Ｗモード信号ＷＭＯＤＥ１と第２Ｗモード信号ＷＭＯＤＥ２とは、図１８のモード信号ＭＯＤＥから拡張されたものである。
【０２７０】
図２１は、図２０に示した本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡの動作を説明する図である。
【０２７１】
図２１の一行目には、左から右へ、モードＭｏｄｅの欄、バンドＢａｎｄの欄、パワーモードPower Modeの欄、イネーブル信号ＥＮＡの欄、バンド選択信号ＢＳ(第１バンド選択信号ＢＳ１に対応)の欄、Ｇモード信号ＧＭＯＤＥ(第２バンド選択信号ＢＳ２に対応)の欄、ランプ電圧ＶRAMP(第３バンド選択信号ＢＳ３に対応)の欄、第１Ｗモード信号ＷＭＯＤＥ１の欄、第２Ｗモード信号ＷＭＯＤＥ２の欄が配置されている。
【０２７２】
図２１の１番左の欄のモードＭｏｄｅには、ＧＭＳＫ方式とＥＤＧＥ方式とＷＣＤＭＡ方式とが含まれている。
【０２７３】
図２１の左から２番目の欄では、ＧＭＳＫ方式のバンドＢａｎｄにはローバンドLow BandとハイバンドHigh Bandとが含まれ、ＥＤＧＥ方式のバンドＢａｎｄにはローバンドLow BandとハイバンドHigh Bandとが含まれ、ＷＣＤＭＡ方式のバンドＢａｎｄには、ローバンドLow BandとハイバンドHigh Bandとが含まれている。ＷＣＤＭＡ方式のローバンドLow BandはＷＣＤＭＡ方式のBand 5とBand 8とを含み、ＷＣＤＭＡ方式のハイバンドHigh BandはＷＣＤＭＡ方式のBand 1とBand 2とBand 4とを含んでいる。
【０２７４】
図２１の左から３番目のパワーモードPower Modeの欄では、ＧＭＳＫ方式とＥＤＧＥ方式とではパワーモードPower Modeが不採用であることが示され、ＷＣＤＭＡ方式は、高電力モードＨＰＭを意味するハイパワーHigh Powerと中間出力モードＭＰＭを意味するミディアムパワーMedium Powerと低電力モードＬＰＭを意味するローパワーLow Powerとを含んでいる。
【０２７５】
図２１の左から４番目の欄のイネーブル信号ＥＮＡは、ハイレベル“Ｈ”を含んでいる。従って、図２１に示された全ての動作状態で、図２０に示す本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡは動作イネーブルの状態に設定される。
【０２７６】
図２１の左から５番目の欄のバンド選択信号ＢＳ(第１バンド選択信号ＢＳ１に対応)は、図１９の左から５番目の欄の第１バンド選択信号ＢＳ１と同様に、ローレベル“Ｌ”(ローバンドLow Bandに対応)とハイレベル“Ｈ”(ハイバンドHigh Bandに対応)とを含んでいる。
【０２７７】
図２１の左から６番目のＧモード信号ＧＭＯＤＥ(第２バンド選択信号ＢＳ２に対応)の欄では、ＧＭＳＫ方式はハイレベル“Ｈ”のＧＭＳＫ方式が採用であることが示されて、ＥＤＧＥ方式はローレベル“Ｌ”のＥＤＧＥ方式が採用であることが示されている。また、この欄のＷＣＤＭＡ方式は、図１９の左から６番目の欄の第２バンド選択信号ＢＳ２と同様にハイレベル“Ｈ”とローレベル“Ｌ”を含んでいる。
【０２７８】
図２１の左から７番目のランプ電圧ＶRAMPの欄では、ＧＭＳＫ方式ではこのランプ電圧ＶRAMPは、ランピィング(ＧＳＭ方式の時分割多元接続(ＴＤＭＡ)の送信スロットでのランプアップとランプダウン)に使用されることが示されている。また、この欄では、ＥＤＧＥ方式では、記号＊が示されている。記号＊は、ランプ電圧ＶRAMPがＧＭＳＫ方式のランピィングとＥＤＧＥ方式の振幅変調のためのバイアス制御とに使用されることを示されている。更に、この欄のＷＣＤＭＡ方式は、図１９の一番右の欄の第３バンド選択信号ＢＳ３と同様に、ハイレベル“Ｈ”とローレベル“Ｌ”を含んでいる。
【０２７９】
すなわち、図２１の左から６番目のＧモード信号ＧＭＯＤＥの欄と左から７番目のランプ電圧ＶRAMPの欄のＷＣＤＭＡ方式の第２バンド選択信号ＢＳ２と第３バンド選択信号ＢＳ３との２ビットは、ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの周波数特性とローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの周波数特性とを設定するために使用される。
【０２８０】
図２１の左から８番目の欄の第１Ｗモード信号ＷＭＯＤＥ１と最右欄の第２Ｗモード信号ＷＭＯＤＥ２の２ビットは、図２１の左から３番目のＷＣＤＭＡ方式のパワーモードPower Modeを示している。従って、この２つの欄で、ＧＭＳＫ方式のこの２ビットとＥＤＧＥ方式のこの２ビットはパワーモードPower Modeが不採用(“ＬＬ”)であることが示されている。一方、この２つの欄では、ＷＣＤＭＡ方式のこの２ビットは、“ＨＬ”の組合せでハイパワーHigh Powerを示し、“ＬＨ”の組合せでミディアムパワーMedium Powerを示し、“ＨＨ”の組合せでローパワーLow Powerを示している。
【０２８１】
図２０に示す本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡでは、一例としてＷＣＤＭＡ方式の動作時に、ハイパワーHigh PowerからミディアムパワーMedium Powerへの切り換えで、大きな素子サイズのトランジスタＱ１を有するハイバンド第１増幅器１５１Ｈとローバンド第１増幅器１５１Ｌとを活性状態から非活性状態に切り換えて、小さな素子サイズのトランジスタＱ２を有するハイバンド第２増幅器１５２Ｈとローバンド第２増幅器１５２Ｌとを非活性状態から活性状態に切り換える。更にミディアムパワーMedium PowerからローパワーLow Powerの切り換えで、ハイバンド第２増幅器１５２Ｈとローバンド第２増幅器１５２Ｌの小さな素子サイズのトランジスタＱ２の稼働率を略５０％に低減する。一般的に電力増幅器のパワートランジスタは、複数の単位トランジスタの並列接続によって構成される。従って、小さな素子サイズのトランジスタＱ２の複数の単位トランジスタの並列接続を半分に低減することによって、小さな素子サイズのトランジスタＱ２の稼働率を容易に略５０％に低減することが可能となる。その結果、ローパワーLow Powerの動作時の図２０に示した本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡの電力付加効率(ＰＡＥ)を更に改善することが可能となる。
【０２８２】
このように、電力増幅器ＰＡの送信電力の低下に応答した第１増幅器１から第２増幅器２への切り換えと、この切り換えで必要となる第２出力整合回路４を高周波数と低周波数とで適合させることは、本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態６までに、詳細に説明した。
【０２８３】
図２０と図２１を使用して説明した本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡも、この動作原理を応用したものである。
【０２８４】
すなわち、ＷＣＤＭＡ方式の動作時に、ハイパワーHigh PowerからミディアムパワーMedium Powerへの切り換えで、大きな素子サイズのトランジスタＱ１を有するハイバンド第１増幅器１５１Ｈとローバンド第１増幅器１５１Ｌとを活性状態から非活性状態に切り換え、小さな素子サイズのトランジスタＱ２を有するハイバンド第２増幅器１５２Ｈとローバンド第２増幅器１５２Ｌとを非活性状態から活性状態に切り換える。それによって、ミディアムパワーMedium Powerでの電力増幅器ＰＡの電力付加効率(ＰＡＥ)を、改善することが可能となる。
【０２８５】
更に、図２１の左から６番目のＧモード信号ＧＭＯＤＥの欄と左から７番目のランプ電圧ＶRAMPの欄のＷＣＤＭＡ方式の第２バンド選択信号ＢＳ２と第３バンド選択信号ＢＳ３との２ビットを使用することで、ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの周波数特性とローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの周波数特性とをＷＣＤＭＡ方式のバンド１とバンド２とバンド４とバンド５とバンド８のマルチバンドに適合させるものである。
【０２８６】
また更に、図２０と図２１とを使用して説明した本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡによれば、Ｇモード信号ＧＭＯＤＥのための外部端子とランプ電圧ＶRAMPのための外部端子をそれぞれ第２バンド選択信号ＢＳ２の入力と第３バンド選択信号ＢＳ３の入力とに兼用することが可能となる。その結果、電力増幅器ＰＡの外部端子数の削減が可能となり、電力増幅器ＰＡのコストを低減することが可能となる。
【０２８７】
以上、本発明者によってなされた発明を種々の実施の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。
【０２８８】
例えば、図２０に示す本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡでは、他の例としてＷＣＤＭＡ方式の動作時にミディアムパワーMedium PowerからローパワーLow Powerへの切り換えで、大きな素子サイズのトランジスタＱ１を有するハイバンド第１増幅器１５１Ｈとローバンド第１増幅器１５１Ｌとを活性状態から非活性状態に切り換えて、小さな素子サイズのトランジスタＱ２を有するハイバンド第２増幅器１５２Ｈとローバンド第２増幅器１５２Ｌとを非活性状態から活性状態に切り換える。更にミディアムパワーMedium PowerからハイパワーHigh Powerの切り換えで、ハイバンド第１増幅器１５１Ｈとローバンド第１増幅器１５１Ｌとの大きな素子サイズのトランジスタＱ１の稼働率を略２００％に増加する。すなわち、大きな素子サイズの予備のトランジスタＱ１を待機させておき、ミディアムパワーMedium PowerからハイパワーHigh Powerの切り換えで、待機していた予備のトランジスタＱ１の増幅動作を開始するものである。その結果、ハイパワーHigh Powerの動作時の図２０に示した本発明の実施の形態７による電力増幅器ＰＡの電力付加効率(ＰＡＥ)を、更に改善することが可能となる。
【０２８９】
更に、図１８に示した本発明の実施の形態６による電力増幅器ＰＡでは、ハイバンド出力検出器１７４Ｈとローバンド出力検出器１７４Ｌとは方向性結合器(Coupler)によって構成される以外に、カレントセンス型出力検出器を採用することも可能である。カレントセンス型出力検出器は、電力増幅器の出力トランジスタと並列に小さな素子サイズの検出トランジスタを接続して、出力トランジスタのＡＣ・ＤＣ動作電流に比例する小さな検出ＡＣ・ＤＣ動作電流をＡＣ・ＤＣ動作電流に流す方式である。
【０２９０】
更に、発明の電力増幅器ＰＡのトランジスタＱ１、Ｑ２には、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(ＨＢＴ)とＬＤ型ＭＯＳトランジスタだけでなく、ＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体のＭＥＳＦＥＴやＨＥＭＴのＮチャンネル電界効果トランジスタを使用することも可能である。
【符号の説明】
【０２９１】
ＰＡ…電力増幅器
１…第１増幅器
２…第２増幅器
３…第１出力整合回路
４…第２出力整合回路
Ｑ１、Ｑ２…トランジスタ
４１(Ｌ１)…インダクタ
５２…可変容量回路
Ｃ１、Ｃ２…容量
６０(ＳＷ１)…第１スイッチ
６１(ＳＷ２)…第２スイッチ
１０１…ＲＦ信号入力端子
１０２…ＲＦ信号出力端子
２０１…第１制御端子
２０２…第２制御端子
２０３…モード選択端子
２０４…周波数バンド選択端子
２０５…電源端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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