(57)【要約】【課題】電源電圧が低い領域において他の領域よりも消費電流を低減することができる電力増幅モジュールを提案すること。【解決手段】電力増幅モジュールは、第１信号を増幅する第１増幅器と、第１増幅器の出力信号に基づいた第２信号を増幅する第２増幅器と、バイアス駆動信号に基づいて、電流経路を通じて第１増幅器にバイアス電流を供給する第１バイアス回路と、調整回路と、を備え、調整回路は、電源電圧に基づいた第１電圧が供給される第１端子、バイアス駆動信号に基づいた第２電圧が供給される第２端子、及び電流経路に接続される第３端子を有する調整トランジスタを含み、第１増幅器に供給される電源電圧に基づいてバイアス電流を調整する。【選択図】図１
2020072468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号を増幅する第１増幅器と、
前記第１増幅器の出力信号に基づいた第２信号を増幅する第２増幅器と、
バイアス駆動信号に基づいて、電流経路を通じて前記第１増幅器にバイアス電流を供給する第１バイアス回路と、
調整回路と、
を備え、
前記調整回路は、電源電圧に基づいた第１電圧が供給される第１端子、前記バイアス駆動信号に基づいた第２電圧が供給される第２端子、及び前記電流経路に接続される第３端子を有する調整トランジスタを含み、前記第１増幅器に供給される前記電源電圧に基づいて前記バイアス電流を調整する、
電力増幅モジュール。
【請求項２】
前記調整回路は、第１乃至第３抵抗素子をさらに備え、
前記調整トランジスタの前記第１端子には、電源端子から前記第１抵抗素子を通じて前記第１電圧が供給され、前記調整トランジスタの前記第２端子には、前記第２抵抗素子を通じて前記第２電圧が供給され、前記調整トランジスタの前記第３端子は、前記第３抵抗素子を通じて前記電流経路に接続される、
請求項１に記載の電力増幅モジュール。
【請求項３】
前記電力増幅モジュールは、第１モード及び当該第１モードより出力信号の電力レベルが大きい第２モードを含む動作モードに従って動作し、
前記第１増幅器は、
前記電力増幅モジュールが前記第１モード及び前記第２モードに従って動作する場合にオンとなる１又は複数の第１単位トランジスタと、
前記電力増幅モジュールが前記第１モードに従って動作する場合にオフとなり、前記第２モードに従って動作する場合にオンとなる１又は複数の第２単位トランジスタと、
を含み、
前記第１バイアス回路は、前記第１増幅器のうち前記１又は複数の第１単位トランジスタに前記バイアス電流を供給する、
請求項１又は２に記載の電力増幅モジュール。
【請求項４】
前記第２増幅器は、
前記電力増幅モジュールが前記第１モード及び前記第２モードに従って動作する場合にオンとなる１又は複数の第３単位トランジスタと、
前記電力増幅モジュールが前記第１モードに従って動作する場合にオフとなり、前記第２モードに従って動作する場合にオンとなる１又は複数の第４単位トランジスタと、
を含み、
前記電力増幅モジュールは、
前記１又は複数の第１単位トランジスタ及び前記１又は複数の第２単位トランジスタにバイアス電流を供給する第２バイアス回路と、
前記１又は複数の第３単位トランジスタにバイアス電流を供給する第３バイアス回路及び第４バイアス回路と、
前記１又は複数の第４単位トランジスタにバイアス電流を供給する第５バイアス回路と、
をさらに備え、
前記電力増幅モジュールが前記第１モードに従って動作する場合、前記第１バイアス回路及び前記第３バイアス回路が駆動され、
前記電力増幅モジュールが前記第２モードに従って動作する場合、前記第２バイアス回路、前記第４バイアス回路、及び前記第５バイアス回路が駆動される、
請求項３に記載の電力増幅モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力増幅モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの移動通信端末においては、基地局へ送信するＲＦ（Radio Frequency）信号を増幅する電力増幅モジュールが用いられている。このような電力増幅モジュールは、要求されるＲＦ信号の電力レベルに応じて異なるパワーモードに従って動作する場合がある。例えば、下記特許文献１には、比較的低い電力レベルで動作するローパワーモード又は比較的高い電力レベルで動作するハイパワーモードに従って動作する電力増幅モジュールが開示されている。この電力増幅モジュールでは、いずれのパワーモードにおいてもオンとなる増幅器と、ローパワーモードの場合にオフとなりハイパワーモードの場合にオンとなる増幅器とが並列に接続され、パワーモードに応じて動作する単位トランジスタの個数を変えることにより、各パワーモードに適した電力の増幅を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１１２５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、特にローパワーモードにおいて消費電流を低減させる要求が高まっており、電源電圧が比較的低い場合に単位トランジスタを流れる電流の量を減少させる必要がある。しかしながら、上記特許文献１に記載されているように、動作する単位トランジスタの個数を調整することのみによっては、十分に消費電流を低減させることができない。
【０００５】
そこで、本開示は、電源電圧が低い領域において他の領域よりも消費電流を低減することができる電力増幅モジュールを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本開示に関わる電力増幅モジュールは、第１信号を増幅する第１増幅器と、第１増幅器の出力信号に基づいた第２信号を増幅する第２増幅器と、バイアス駆動信号に基づいて、電流経路を通じて第１増幅器にバイアス電流を供給する第１バイアス回路と、調整回路と、を備え、調整回路は、電源電圧に基づいた第１電圧が供給される第１端子、バイアス駆動信号に基づいた第２電圧が供給される第２端子、及び電流経路に接続される第３端子を有する調整トランジスタを含み、第１増幅器に供給される電源電圧に基づいてバイアス電流を調整する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、電源電圧が低い領域において他の領域よりも消費電流を低減することができる電力増幅モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の第１実施形態に係る電力増幅モジュールの構成の概要を示す図である。
【図２】本開示の第１実施形態に係る電力増幅モジュールの構成例を示す図である。
【図３】トランジスタ６１のコレクタ・エミッタ間の電圧Ｖｃｅと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。
【図４】電流Ｉｓｕｂ＿ｂと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。
【図５】電流Ｉｓｕｂ＿ｃと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。
【図６】電流Ｉｓｕｂと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。
【図７】電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。
【図８】電流Ｉｃｃと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。
【図９Ａ】電力増幅モジュール１０Ａ及び比較例に係る電力増幅モジュールにおける電流Ｉｃｃの比較結果を示すグラフである。
【図９Ｂ】電力増幅モジュール１０Ａ及び比較例に係る電力増幅モジュールにおけるゲインの比較結果を示すグラフである。
【図１０】本開示の第２実施形態に係る電力増幅モジュールの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、各図を参照しながら本開示の各実施形態について説明する。ここで、同一符号の回路素子は、同一の回路素子を示すものとし、重複する説明を省略する。
【００１０】
図１は、本開示の第１実施形態に係る電力増幅モジュールの構成の概要を示す図である。電力増幅モジュール１０は、例えば、携帯電話等の移動体通信機に搭載され、入力信号ＲＦｉｎの電力を基地局に送信するために必要なレベルまで増幅し、これを増幅信号ＲＦｏｕｔとして出力する。入力信号ＲＦｉｎは、例えば、ＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）等により所定の通信方式に応じて変調された無線周波数（RF: Radio Frequency）信号である。入力信号ＲＦｉｎの通信規格は、例えば２Ｇ（第２世代移動通信システム）、３Ｇ（第３世代移動通信システム）、４Ｇ（第４世代移動通信システム）、５Ｇ（第５世代移動通信システム）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）−ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）、ＬＴＥ−ＴＤＤ（Time Division Duplex）、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、又はＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｒｏ等を含み、周波数は、例えば数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚ程度である。なお、入力信号ＲＦｉｎの通信規格及び周波数はこれらに限られない。
【００１１】
電力増幅モジュール１０は、例えば、増幅器２０，３０、バイアス回路４０，５０、調整回路６０、及び整合回路７０，８０，９０を備える。
【００１２】
増幅器２０（第１増幅器）及び増幅器３０（第２増幅器）は、それぞれ、入力されるＲＦ信号を増幅して出力する。初段（ドライバ段）の増幅器２０は、電源端子Ｔ１から電源電圧Ｖｃｃ１が供給され、入力端子から整合回路７０を経由して入力される入力信号ＲＦｉｎ（第１信号）を増幅して、ＲＦ信号ＲＦ１を出力する。後段（パワー段）の増幅器３０は、電源端子Ｔ２から電源電圧Ｖｃｃ２が供給され、増幅器２０から整合回路８０を経由して供給されるＲＦ信号ＲＦ１（第２信号）を増幅して、ＲＦ信号ＲＦ２を出力する。ＲＦ信号ＲＦ２は、整合回路９０を経由して増幅信号ＲＦｏｕｔとして出力される。増幅器２０，３０は、それぞれ、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heterojunction Bipolar Transistor）等のトランジスタにより構成される。なお、増幅器２０，３０は、ＨＢＴの代わりにＭＯＳＦＥＴ（Metal-oxide-semiconductor Field-Effect Transistor）等の電界効果トランジスタにより構成されてもよい。この場合、以下に説明するコレクタ、ベース、エミッタを、それぞれ、ドレイン、ゲート、ソースに読み替えればよい。なお、以下では、特に記載のない限り、トランジスタがＨＢＴにより構成される場合を例として説明する。
【００１３】
バイアス回路４０，５０は、それぞれ、制御端子Ｔ３からバイアス駆動信号が供給され、増幅器２０，３０にバイアス電流又はバイアス電圧を供給する。
【００１４】
調整回路６０は、バイアス回路４０から初段の増幅器２０に供給されるバイアス電流の電流量を調整する。増幅器２０、バイアス回路４０、及び調整回路６０の構成の詳細については後述する。
【００１５】
整合回路（ＭＮ：Ｍａｔｃｈｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）７０は、電力増幅モジュール１０の前段に設けられる回路（不図示）のインピーダンスと増幅器２０のインピーダンスとを整合させる。整合回路８０は、増幅器２０のインピーダンスと増幅器３０のインピーダンスとを整合させる。整合回路９０は、増幅器３０のインピーダンスと電力増幅モジュール１０の後段に設けられる回路（不図示）のインピーダンスとを整合させる。整合回路７０，８０，９０は、それぞれ、例えばインダクタ及びキャパシタを含んで構成される。
【００１６】
なお、本明細書では、電力増幅モジュール１０が２段の増幅器２０，３０を備える構成を例として説明するが、電力増幅モジュール１０が備える増幅器の段数はこれに限られず、３段以上であってもよい。
【００１７】
図２は、本開示の第１実施形態に係る電力増幅モジュールの構成例を示す図である。なお、図２に示される電力増幅モジュール１０Ａは、図１に示される電力増幅モジュール１０のうち増幅器２０，３０、バイアス回路４０，５０、調整回路６０、及び整合回路８０の構成を詳細に示したものであり、その他の構成については図示が省略されている。
【００１８】
増幅器２０Ａ，３０Ａは、それぞれ、トランジスタＱ１，Ｑ２を有する。トランジスタＱ１は、コレクタに電源端子Ｔ１から電源電圧Ｖｃｃ１が供給され、ベースにキャパシタＣ１を経由して入力信号ＲＦｉｎが供給され、エミッタが接地される。これにより、トランジスタＱ１のコレクタから、入力信号ＲＦｉｎを増幅したＲＦ信号ＲＦ１が出力される。トランジスタＱ２は、コレクタに電源端子Ｔ２から電源電圧Ｖｃｃ２が供給され、ベースに整合回路８０を通じてＲＦ信号ＲＦ１が供給され、エミッタが接地される。これにより、トランジスタＱ２のコレクタから、ＲＦ信号ＲＦ１を増幅したＲＦ信号ＲＦ２が出力される。なお、トランジスタＱ１，Ｑ２は、それぞれ、並列に接続された複数の単位トランジスタを含み、これらの複数の単位トランジスタが同様に動作することにより一つのトランジスタと同様の機能を発揮するように構成されていてもよい。単位トランジスタとは、トランジスタとしての機能を発揮する最小限の構成を意味する。
【００１９】
キャパシタＣ１は、一端に入力信号ＲＦｉｎが供給され、他端がトランジスタＱ１のベースに接続される。キャパシタＣ１は、ＲＦ信号の交流成分を通過させ直流成分を除去する機能を有する。
【００２０】
バイアス回路４０Ａ（第１バイアス回路）は、トランジスタＱ１のバイアスポイントを制御するバイアス電流又はバイアス電圧を、抵抗素子Ｒ１を通じてトランジスタＱ１のベースに供給する。バイアス回路４０Ａの動作は、制御端子Ｔ３から供給されるバイアス駆動信号に基づいて制御される。具体的に、バイアス回路４０Ａは、トランジスタ４１〜４３と、抵抗素子４４と、キャパシタ４５と、を備える。
【００２１】
トランジスタ４１とトランジスタ４２は、それぞれダイオード接続される。ダイオード接続とは、バイポーラトランジスタのベースとコレクタとを接続することを意味する。ダイオード接続されたバイポーラトランジスタは、ダイオードと等価な二極素子として振る舞う。すなわち、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタの二つの端子のうち、順方向バイアス時に電位の高い方が「アノード」として機能し、電位の低い方が「カソード」として機能する。バイアス回路４０Ａにおいて、トランジスタ４１とトランジスタ４２は直列接続される。トランジスタ４１のコレクタには、抵抗素子４４を通じて制御端子Ｔ３からバイアス駆動信号が供給される。トランジスタ４２のコレクタは、トランジスタ４１のエミッタに接続され、トランジスタ４２のエミッタは接地される。これにより、トランジスタ４１のコレクタに、所定の電圧（例えば、２．８Ｖ程度）が生成される。なお、ダイオード接続されたトランジスタ４１，４２の代わりに、ＰＮ接合ダイオードが用いられてもよい。
【００２２】
トランジスタ４３は、コレクタに電圧Ｖｂａｔが供給され、ベースがトランジスタ４１のコレクタに接続されるとともに、キャパシタ４５を通じて接地に接続さる。また、トランジスタ４３のエミッタは、抵抗素子Ｒ１を通じてトランジスタＱ１のベースに接続される。これにより、トランジスタＱ１のベースにバイアス電流が供給される。
【００２３】
バイアス回路５０Ａは、トランジスタＱ２のバイアスポイントを制御するバイアス電流又はバイアス電圧を、抵抗素子Ｒ２を通じてトランジスタＱ２のベースに供給する。バイアス回路５０Ａの動作は、制御端子Ｔ４から供給されるバイアス駆動信号に基づいて制御される。具体的に、バイアス回路５０Ａは、トランジスタ５１〜５３と、抵抗素子５４と、キャパシタ５５と、を備える。これらの構成ついては、バイアス回路４０Ａと同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００２４】
なお、制御端子Ｔ３，Ｔ４は、それぞれ電圧源に接続され、バイアス駆動信号として制御電圧が供給されてもよく、あるいはそれぞれ電流源に接続され、バイアス駆動信号として制御電流が供給されてもよい。
【００２５】
調整回路６０Ａは、トランジスタＱ１のベースに供給されるバイアス電流を調整する回路である。具体的に、調整回路６０Ａは、トランジスタ６１及び抵抗素子６２〜６４を備える。
【００２６】
トランジスタ６１（調整トランジスタ）のコレクタ（第１端子）には、電源端子Ｔ１から抵抗素子６２（第１抵抗素子）を通じて電源電圧Ｖｃｃ１に応じた第１電圧が供給される。トランジスタ６１のベース（第２端子）には、制御端子Ｔ３から、抵抗素子４４及び抵抗素子６３（第２抵抗素子）を通じて、バイアス駆動信号に応じた第２電圧が供給される。本実施形態においては、トランジスタ６１のベースは、トランジスタ４３のベースに接続される。トランジスタ６１のエミッタ（第３端子）は、抵抗素子６４（第３抵抗素子）及び抵抗素子Ｒ１を通じてトランジスタＱ１のベースに接続される。また、トランジスタ６１のエミッタは、抵抗素子６４を通じてトランジスタ４３のエミッタに接続される。本実施形態において、トランジスタ６１は、例えば、エミッタとベースとがヘテロ接合を形成するヘテロ接合バイポーラトランジスタであり、エミッタのバンドギャップは、ベースのバンドギャップより大きいものとする。
【００２７】
抵抗素子Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ、バイアス回路４０Ａ，５０ＡとトランジスタＱ１，Ｑ２のベースとの間に設けられる。
【００２８】
整合回路８０Ａは、キャパシタ８１，８２及びインダクタ８３を備える。キャパシタ８１及びキャパシタ８２は、互いに直列に接続される。インダクタ８３は、一端がキャパシタ８１とキャパシタ８２の接続点に接続され、他端が接地に接続される。すなわち整合回路８０は、いわゆるＣ−Ｌ−ＣのＴ型回路により構成される。なお、整合回路８０の構成はこれに限定されない。
【００２９】
次に、図３から図８を参照しながら、電力増幅モジュール１０Ａの動作について説明する。ここで、図２に示されるように、抵抗素子６２〜６４をそれぞれ流れる電流をＩｓｕｂ＿ｃ，Ｉｓｕｂ＿ｂ，Ｉｓｕｂとする。また、トランジスタ４３のエミッタから出力される電流をＩｅｆ＿ｐｗｒとし、トランジスタＱ１のベースに供給されるバイアス電流をＩｂｉａｓとし、トランジスタＱ１のコレクタに流れる電流をＩｃｃとする。また、トランジスタ６１のコレクタ・エミッタ間の電圧をＶｃｅとする。Ｉｂｉａｓ＝Ｉｅｆ＿ｐｗｒ＋Ｉｓｕｂであるから、電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒ及び電流Ｉｓｕｂは、それぞれ、トランジスタＱ１のバイアスポイントの調整に部分的に寄与している。このため、本明細書では、電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒ及び電流Ｉｓｕｂのそれぞれを「バイアス電流」と呼ぶことがある。なお、Ｉｓｕｂ＝Ｉｓｕｂ＿ｂ＋Ｉｓｕｂ＿ｃである。
【００３０】
図３は、トランジスタ６１のコレクタ・エミッタ間の電圧Ｖｃｅと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。符号２０１は、本実施形態に係る電力増幅モジュール１０Ａにおけるトランジスタ６１のコレクタ・エミッタ間電圧を示し、符号２０２は、比較例に係る電力増幅モジュールにおけるトランジスタ６１に対応するトランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧を示す。なお、比較例に係る電力増幅モジュールとは、電力増幅モジュール１０Ａに比べて調整回路６０を備えない構成のことである。図３の横軸は電源電圧Ｖｃｃ１を示し、図３の縦軸は電圧Ｖｃｅを示す。
【００３１】
図４は、電流Ｉｓｕｂ＿ｂと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。符号３００は、電流Ｉｓｕｂ＿ｂを示す。図４の横軸は電源電圧Ｖｃｃ１を示し、図４の縦軸は電流Ｉｓｕｂ＿ｂを示す。
【００３２】
図５は、電流Ｉｓｕｂ＿ｃと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。符号４００は、電流Ｉｓｕｂ＿ｃを示す。図５の横軸は電源電圧Ｖｃｃ１を示し、図５の縦軸は電流Ｉｓｕｂ＿ｃを示す。
【００３３】
図６は、電流Ｉｓｕｂと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。符号５００は、電流Ｉｓｕｂを示す。図６の横軸は電源電圧Ｖｃｃ１を示し、図６の縦軸は電流Ｉｓｕｂを示す。
【００３４】
図７は、電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。符号６０１は、本実施形態に係る電力増幅モジュール１０Ａにおける電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒを示し、符号６０２は、比較例に係る電力増幅モジュールにおける電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒに対応する電流を示す。図７の横軸は電源電圧Ｖｃｃ１を示し、図７の縦軸は電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒを示している。
【００３５】
図８は、電流Ｉｃｃと電源電圧Ｖｃｃ１との関係を表すグラフである。符号７０１は、本実施形態に係る電力増幅モジュール１０Ａにおける電流Ｉｃｃを示し、符号７０２は、比較例に係る電力増幅モジュールにおける電流Ｉｃｃに対応する電流を示す。図８の横軸は電源電圧Ｖｃｃ１を示し、図８の縦軸は電流Ｉｃｃを示す。
【００３６】
電源電圧Ｖｃｃ１は、例えば下限電圧以上かつ上限電圧以下の範囲において変動するものとする。下限電圧は、例えば１．０Ｖ程度であり、上限電圧は、例えば、４．５〜５．５Ｖ程度である。
【００３７】
バイアス回路４０Ａから抵抗素子Ｒ１を通じてトランジスタＱ１のベースに電流が流れる経路を第１電流経路１００とする。トランジスタ４３のエミッタは、第１電流経路１００を通じてトランジスタＱ１のベースに接続している。また、トランジスタ６１のエミッタは、抵抗素子６４を通じて第１電流経路１００に接続している。制御端子Ｔ３から抵抗素子４４、抵抗素子６３、トランジスタ６１のベース・コレクタ間、及び抵抗素子６２を通じて電源端子Ｔ１に電流が流れる経路を第２電流経路１０１とする。トランジスタ４３のベースは、第２電流経路１０１に接続している。また、電源端子Ｔ１から抵抗素子６２、トランジスタ６１のコレクタ・エミッタ間、抵抗素子６４、及び抵抗素子Ｒ１を通じてトランジスタＱ１のベースに電流が流れる経路を第３電流経路１０２とする。
【００３８】
トランジスタ６１は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタであるため、ベース・コレクタ間のＰＮ接合のオン電圧（約１．１Ｖ）と、ベース・エミッタ間のＰＮ接合のオン電圧（約１．３Ｖ）とは異なる。このため、図３に示されるように、電源電圧Ｖｃｃ１が下限電圧より高く上限電圧より低い中間電圧（例えば、約１．５Ｖ）を境として、トランジスタ６１は異なる挙動を示す。具体的に、電源電圧Ｖｃｃ１が中間電圧より高い範囲では、トランジスタ６１は、エミッタフォロワ回路として動作する。他方、電源電圧Ｖｃｃ１が中間電圧以下の範囲では、トランジスタ６１は、２つのＰＮ接合ダイオードとして動作する。
【００３９】
トランジスタ６１がエミッタフォロワ回路として動作するときは、バイアス回路４０Ａから第１電流経路１００を通じてトランジスタＱ１のベースに電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒが流れるとともに、電源端子Ｔ１から第３電流経路１０２を通じてトランジスタＱ１のベースに電流Ｉｓｕｂが流れる。このとき、電流Ｉｓｕｂ＿ｂは、無視できる程に少ないため（図４参照）、電流Ｉｓｕｂは、電流Ｉｓｕｂ＿ｃにほぼ等しい（図５及び図６参照）。
【００４０】
他方、トランジスタ６１が２つのＰＮ接合ダイオードとして動作するときは、バイアス回路４０Ａから第２電流経路１０１を通じて電源端子Ｔ１に電流が流れる。これは、トランジスタ６１のベース・コレクタ間のＰＮ接合のオン電圧がベース・エミッタ間のオン電圧より低いため、トランジスタ６１のベース・コレクタ間に優勢的に電流が流れるためである。このとき、電流Ｉｓｕｂ＿ｃが流れる方向は、図２に示す方向とは逆向きとなる。調整回路６０は、電源電圧Ｖｃｃ１が低いほど、バイアス回路４０Ａから第２電流経路１０１を通じて電源端子Ｔ１に流れる電流Ｉｓｕｂ＿ｃを増大させる（図５参照）。バイアス回路４０Ａから第２電流経路１０１を通じて電源端子Ｔ１に流れる電流Ｉｓｕｂ＿ｃが増大するほど、バイアス回路４０Ａから第１電流経路１００を通じてトランジスタＱ１のベースに流れるバイアス電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒが減少する。
【００４１】
すなわち、図７に示されるように、調整回路６０の作用により、電源電圧Ｖｃｃ１が中間電圧以下では、バイアス電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒが減少している。また、電源電圧Ｖｃｃ１が上限電圧付近では、電力増幅モジュール１０Ａにおけるバイアス電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒが、比較例に係る電力増幅モジュールにおけるバイアス電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒの値に近づいている。このようなバイアス電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒの減少により、トランジスタＱ１のコレクタに流れる電流Ｉｃｃも減少する（図８参照）。これにより、電源電圧Ｖｃｃ１が下限電圧以上かつ中間電圧以下の範囲にあるときのトランジスタＱ１を流れる電流Ｉｃｃを減少させることができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に係る電力増幅モジュール１０Ａによれば、トランジスタ６１が２つのＰＮ接合ダイオードとして動作するときに、トランジスタＱ１のベースに流れるバイアス電流Ｉｅｆ＿ｐｗｒを減少させることができる。これにより、トランジスタＱ１を流れる電流を減少させたり、トランジスタＱ１の利得を下げたりすることができる。特に、トランジスタ６１としてヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いることにより、電源電圧Ｖｃｃ１が下限電圧以上かつ中間電圧以下の領域において、トランジスタ６１を２つのＰＮ接合ダイオードとして動作させることができ、電源電圧Ｖｃｃ１が比較的低い領域において、電源電圧Ｖｃｃ１が比較的高い領域に比べてトランジスタＱ１における消費電流を低減させることができる。
【００４３】
また、例えば後段のトランジスタＱ２から出力される信号の方が、初段のトランジスタＱ１から出力される信号よりも電力レベルが大きいため、後段のトランジスタＱ２に供給される電源電圧Ｖｃｃ２は、初段のトランジスタＱ１に供給される電源電圧Ｖｃｃ１に比べて、増幅された信号に含まれるノイズの影響を受けやすいと考えられる。本実施形態では、電源電圧Ｖｃｃ１が調整回路６０のトランジスタ６１に供給されていることにより、電源電圧Ｖｃｃ２がトランジスタ６１に供給される構成に比べて、増幅された信号に含まれるノイズの影響を低減することができる。なお、電源電圧Ｖｃｃ２がトランジスタ６１に供給される構成を排除する意図ではない。
【００４４】
なお、上述の実施形態では、初段のバイアス回路４０からトランジスタＱ１に供給されるバイアス電流が調整される例が示されているが、これに代えて、又はこれに加えて、後段のバイアス回路５０からトランジスタＱ２に供給されるバイアス電流が調整されてもよい。
【００４５】
図９Ａは、電力増幅モジュール１０Ａ及び比較例に係る電力増幅モジュールにおける電流Ｉｃｃの比較結果を示すグラフである。図９Ｂは、電力増幅モジュール１０Ａ及び比較例に係る電力増幅モジュールにおけるゲインの比較結果を示すグラフである。なお、図９Ａ及び図９Ｂに示されるグラフは、いずれも初段の増幅器の出力電力を４ｄＢｍとし、電源電圧Ｖｃｃ１を１．０Ｖとした場合のシミュレーション結果である。
【００４６】
図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、比較例に比べて本実施形態に係る電力増幅モジュール１０Ａでは、トランジスタＱ１に流れる電流Ｉｃｃが減少し、かつゲインが低下していることが分かる。これは、電力増幅モジュール１０Ａが調整回路６０を備えることに起因する。
【００４７】
図１０は、本開示の第２実施形態に係る電力増幅モジュールの構成例を示す図である。なお、上述の第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、第２実施形態では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００４８】
本実施形態に係る電力増幅モジュール１０Ｂは、出力信号の電力レベルに応じて異なる動作モードに従って動作する点において上述の第１実施形態に係る電力増幅モジュール１０Ａと異なる。具体的には、電力増幅モジュール１０Ｂは、ローパワーモード（第１モード）及び当該ローパワーモードより出力信号の電力レベルが大きいハイパワーモード（第２モード）を含む動作モードに従って動作する。以下に、電力増幅モジュール１０Ｂの構成の詳細について説明する。
【００４９】
電力増幅モジュール１０Ｂは、増幅器２０Ｂ，３０Ｂ、バイアス回路４０Ｂ，４０Ｃ，５０Ｂ〜５０Ｄ、調整回路６０Ｂ〜６０Ｄ、及び整合回路７０，８０，９０を備える。
【００５０】
初段の増幅器２０Ｂは、２個の第１セル２０ａ及び２個の第２セル２０ｂを含む。第１セル２０ａの各々は、上記トランジスタＱ１に相当する第１単位トランジスタＱ１ａと、上記抵抗素子Ｒ１に相当する抵抗素子Ｒ１ｘ，Ｒ１ｙと、上記キャパシタＣ１に相当するキャパシタＣ１ａと、第１単位トランジスタＱ１ａのベースに直列に接続された抵抗素子Ｒ３ａと、を含んで構成される。第２セル２０ｂの構成については、第１セル２０ａと同様であるため、説明を省略する。各セルは並列に接続されており、同様に動作することにより合わせて一つの増幅器として機能する。なお、本実施形態では第１セル２０ａ及び第２セル２０ｂの数がともに２個であるが、当該セルの数は特に限定されず、個数は問わない。
【００５１】
同様に、後段の増幅器３０Ｂは、１４個の第３セル３０ａ及び１４個の第４セル３０ｂを含む。第３セル３０ａ及び第４セル３０ｂの構成については、第１セル２０ａと同様であるため、説明を省略する。なお、本実施形態では第３セル３０ａ及び第４セル３０ｂの数がともに１４個であるが、当該セルの数は特に限定されず、個数は問わない。
【００５２】
各セルに含まれる単位トランジスタのオン及びオフは、供給されるバイアス電流によって切り替えられる。具体的に、バイアス回路４０Ｂ（第１バイアス回路）は、第１セル２０ａに含まれる第１単位トランジスタＱ１ａにバイアス電流を供給する。バイアス回路４０Ｃ（第２バイアス回路）は、第１セル２０ａに含まれる第１単位トランジスタＱ１ａ及び第２セル２０ｂに含まれる第２単位トランジスタＱ１ｂにバイアス電流を供給する。バイアス回路５０Ｂ（第３バイアス回路）及びバイアス回路５０Ｃ（第４バイアス回路）は、第３セル３０ａに含まれる第３単位トランジスタＱ２ａにバイアス電流を供給する。バイアス回路５０Ｄ（第５バイアス回路）は、第４セル３０ｂに含まれる第４単位トランジスタＱ２ｂにバイアス電流を供給する。なお、バイアス回路４０Ｃ，５０Ｂ〜５０Ｄの構成は、図２に示されるバイアス回路４０Ａと同様であるため、説明を省略する。バイアス回路４０Ｂは、バイアス回路４０Ａに比べて、抵抗素子Ｒ４及びキャパシタＣ２をさらに備える。抵抗素子Ｒ４及びキャパシタＣ２は、バイアス回路４０Ａにおけるトランジスタ４３に相当するトランジスタのベース・エミッタ間を接続するように、互いに直列に接続されている。これにより、当該トランジスタに負帰還がかかるため、バイアス電流を安定的に供給することができる。
【００５３】
調整回路６０Ｂ〜６０Ｄは、それぞれ、バイアス回路４０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄから出力されるバイアス電流を調整する。調整回路６０Ｂ〜６０Ｄの構成については、図２に示される調整回路６０Ａと同様であるため、説明を省略する。なお、図１０では便宜上、抵抗素子に供給される電源電圧Ｖｃｃ１が矢印により示されている。
【００５４】
電力増幅モジュール１０Ｂがローパワーモードに従って動作する場合、制御端子Ｔ５から供給されるバイアス駆動信号により、バイアス回路４０Ｂとバイアス回路５０Ｂが駆動される。これにより、初段においては２個の第１単位トランジスタＱ１ａがオンとなり、後段においては１４個の第３単位トランジスタＱ２ａがオンとなる。このとき、２個の第２単位トランジスタＱ１ｂ及び１４個の第４単位トランジスタＱ２ｂはオフとなる。
【００５５】
他方、電力増幅モジュール１０Ｂがハイパワーモードに従って動作する場合、制御端子Ｔ６から供給されるバイアス駆動信号によりバイアス回路４０Ｃが駆動され、制御端子Ｔ７から供給されるバイアス駆動信号によりバイアス回路５０Ｃとバイアス回路５０Ｄが駆動される。これにより、初段においては２個の第１単位トランジスタＱ１ａ及び２個の第２単位トランジスタＱ１ｂがいずれもオンとなり、後段においては１４個の第３単位トランジスタＱ２ａ及び１４個の第４単位トランジスタＱ２ｂがいずれもオンとなる。
【００５６】
このようにして、パワーモードに応じて動作する単位トランジスタの総数が切り替わることにより、各パワーモードに適した電力の増幅が行われる。
【００５７】
加えて、本実施形態では、ローパワーモードの場合、第１単位トランジスタＱ１ａ（すなわち、初段の増幅器２０Ｂの一部）には、調整回路６０Ｂにより調整されたバイアス電流が供給される。従って、上記第１実施形態に係る電力増幅モジュール１０Ａと同様に、電源電圧Ｖｃｃ１が比較的低い領域において、第１単位トランジスタＱ１ａを流れる電流を減少させたり、ゲインを低下させたりすることができる。また、ハイパワーモードの場合には、バイアス回路４０Ｂの代わりにバイアス回路４０Ｃが駆動されるため、調整回路６０Ｂを設けることによる影響を回避することができる。
【００５８】
なお、バイアス回路５０Ｃ，５０Ｄに接続された調整回路６０Ｃ，６０Ｄは、例えば電源電圧Ｖｃｃ１が入力信号ＲＦｉｎの包絡線に追随して変動する、いわゆるエンベロープトラッキング方式に従う場合に、当該電源電圧の変動に対する利得の差を広げるために設けられている。
【００５９】
以上、本開示の例示的な実施形態について説明した。電力増幅モジュール１０は、第１信号を増幅する増幅器２０と、増幅器２０の出力信号に基づいた第２信号を増幅する増幅器３０と、バイアス駆動信号に基づいて、電流経路を通じて増幅器２０にバイアス電流を供給するバイアス回路４０と、調整回路６０と、を備え、調整回路６０は、電源電圧Ｖｃｃ１に基づいた第１電圧が供給される第１端子、バイアス駆動信号に基づいた第２電圧が供給される第２端子、及び電流経路に接続される第３端子を有するトランジスタ６１を含み、増幅器２０に供給される電源電圧Ｖｃｃ１基づいてバイアス電流を調整する。これにより、電源電圧Ｖｃｃ１が比較的低い領域において、トランジスタ６１が２つのＰＮ接合ダイオードとして動作するため、増幅器２０に含まれるトランジスタＱ１のベースに流れるバイアス電流を減少させることができる。従って、増幅器２０における消費電流を低減することができる。
【００６０】
また、電力増幅モジュール１０Ａにおいて、調整回路６０Ａは、抵抗素子６２〜６４をさらに備え、トランジスタ６１の第１端子には、電源端子Ｔ１から抵抗素子６２を通じて第１電圧が供給され、トランジスタ６１の第２端子には、抵抗素子６３を通じて第２電圧が供給され、トランジスタ６１の第３端子は、抵抗素子６４を通じて第１電流経路１００に接続される。これにより、調整回路６０Ａは、電源電圧Ｖｃｃ１が低いほど、バイアス回路４０Ａから第２電流経路１０１を通じて電源端子Ｔ１に流れる電流Ｉｓｕｂ＿ｃを増大させることができる。
【００６１】
また、電力増幅モジュール１０Ｂは、ローパワーモード及びハイパワーモードを含む動作モードに従って動作し、増幅器２０Ｂは、電力増幅モジュール１０Ｂがローパワーモード及びハイパワーモードに従って動作する場合にオンとなる１又は複数の第１単位トランジスタＱ１ａと、電力増幅モジュール１０Ｂがローパワーモードに従って動作する場合にオフとなり、ハイパワーモードに従って動作する場合にオンとなる１又は複数の第２単位トランジスタＱ１ｂと、を含み、バイアス回路４０Ｂは、増幅器２０Ｂのうち１又は複数の第１単位トランジスタＱ１ａにバイアス電流を供給する。これにより、ハイパワーモード時における増幅動作への影響を回避しつつ、ローパワーモード時における消費電流を低減させることができる。
【００６２】
また、電力増幅モジュール１０Ｂは、電力増幅モジュール１０Ｂがローパワーモード及びハイパワーモードに従って動作する場合にオンとなる１又は複数の第３単位トランジスタＱ２ａと、電力増幅モジュール１０Ｂがローパワーモードに従って動作する場合にオフとなり、ハイパワーモードに従って動作する場合にオンとなる１又は複数の第４単位トランジスタＱ２ｂと、を含む。電力増幅モジュール１０Ｂは、１又は複数の第１単位トランジスタＱ１ａ及び１又は複数の第２単位トランジスタＱ１ｂにバイアス電流を供給するバイアス回路４０Ｃと、１又は複数の第３単位トランジスタＱ２ａにバイアス電流を供給するバイアス回路５０Ｂ及びバイアス回路５０Ｃと、１又は複数の第４単位トランジスタＱ２ｂにバイアス電流を供給するバイアス回路５０Ｄと、をさらに備える。電力増幅モジュール１０Ｂがローパワーモードに従って動作する場合、バイアス回路４０Ｂ及びバイアス回路５０Ｂが駆動され、電力増幅モジュール１０Ｂがハイパワーモードに従って動作する場合、バイアス回路４０Ｃ、バイアス回路５０Ｃ、及びバイアス回路５０Ｄが駆動される。これにより、ハイパワーモード時における増幅動作への影響を回避しつつ、ローパワーモード時における消費電流を低減させることができる。
【００６３】
以上説明した実施形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定して解釈するためのものではない。本開示は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るとともに、本開示にはその等価物も含まれる。即ち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。実施形態が備える素子及びその配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０，１０Ａ，１０Ｂ…電力増幅モジュール、２０，２０Ａ，２０Ｂ，３０，３０Ａ，３０Ｂ…増幅器、４０，４０Ａ〜４０Ｃ，５０，５０Ａ〜５０Ｄ…バイアス回路、６０，６０Ａ〜６０Ｄ…調整回路、７０，８０，８０Ａ，９０…整合回路、２０ａ…第１セル、２０ｂ…第２セル、３０ａ…第３セル、３０ｂ…第４セル、４１〜４３，５１〜５３，６１…トランジスタ、４４，５４，６２〜６４…抵抗素子、４５，５５，８１，８２…キャパシタ、８３…インダクタ、１００…第１電流経路、１０１…第２電流経路、１０２…第３電流経路、Ｑ１，Ｑ２…トランジスタ、Ｑ１ａ…第１単位トランジスタ、Ｑ１ｂ…第２単位トランジスタ、Ｑ２ａ…第３単位トランジスタ、Ｑ２ｂ…第４単位トランジスタ、Ｒ１，Ｒ１ｘ，Ｒ１ｙ，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ４…抵抗素子、Ｃ１，Ｃ１ａ，Ｃ２…キャパシタ、Ｔ１，Ｔ２…電源端子、Ｔ３〜Ｔ７…制御端子
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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