(57)【要約】【課題】安定性を向上しつつ、最大出力電力を増大させる電力増幅回路を提供する。【解決手段】電力増幅回路は、第１電源電圧が供給される第１端子、接地に接続される第２端子、及び第１信号が供給される第３端子を有する下段トランジスタと、第１キャパシタと、第２電源電圧が供給されるとともに第１信号を増幅させた第２信号を出力する第１端子、第１キャパシタを経由して下段トランジスタの第１端子と接続される第２端子、及び接地経路を経由して接地に接続される第３端子を有する上段トランジスタと、上段トランジスタの第２端子を接地に接続するインダクタと、上段トランジスタの第３端子から見たインピーダンスを調整する調整回路と、を備え、調整回路は、上段トランジスタの第３端子と接地との間において、接地経路に直列に接続された第２キャパシタと、少なくとも１つの抵抗素子と、を含む。【選択図】図１
2020096294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電源電圧が供給される第１端子、接地に接続される第２端子、及び第１信号が供給される第３端子を有する下段トランジスタと、
第１キャパシタと、
第２電源電圧が供給されるとともに前記第１信号を増幅させた第２信号を出力する第１端子、前記第１キャパシタを経由して前記下段トランジスタの前記第１端子と接続される第２端子、及び接地経路を経由して接地に接続される第３端子を有する上段トランジスタと、
前記上段トランジスタの前記第２端子を接地に接続するインダクタと、
前記上段トランジスタの前記第３端子から見たインピーダンスを調整する調整回路と、を備え、
前記調整回路は、上段トランジスタの前記第３端子と接地との間において、それぞれ前記接地経路に直列に接続された第２キャパシタと、少なくとも１つの抵抗素子と、を含む、電力増幅回路。
【請求項２】
前記接地経路は、第１バイアス回路からバイアス供給経路を経由して第１バイアス電流又はバイアス電圧が供給される供給点を有し、
前記調整回路は、前記第１バイアス回路と前記供給点との間において、前記バイアス供給経路に直列に接続された第１抵抗素子をさらに含む、
請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項３】
前記少なくとも１つの抵抗素子は、第２抵抗素子及び第３抵抗素子を含み、
前記第２抵抗素子は、前記上段トランジスタの前記第３端子と前記供給点との間に設けられ、
前記第３抵抗素子は、前記供給点と接地との間に設けられた、
請求項２に記載の電力増幅回路。
【請求項４】
前記調整回路は、前記第１抵抗素子に並列に接続された第３キャパシタをさらに備える、
請求項２又は３に記載の電力増幅回路。
【請求項５】
前記電力増幅回路は、
前記上段トランジスタの前記第３端子に第１バイアス電流又はバイアス電圧を供給する第１バイアス回路と、
前記下段トランジスタの前記第３端子に第２バイアス電流又はバイアス電圧を供給する第２バイアス回路と、をさらに備え、
前記第１バイアス電流又はバイアス電圧と前記第２バイアス電流又はバイアス電圧とは、特性が互いに異なる、
請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項６】
前記第１バイアス回路と前記第２バイアス回路とは、構成が互いに異なる、
請求項５に記載の電力増幅回路。
【請求項７】
第１電源電圧が供給される第１端子、接地に接続される第２端子、及び第１信号が供給される第３端子を有する下段トランジスタと、
第１キャパシタと、
第２電源電圧が供給されるとともに前記第１信号を増幅させた第２信号を出力する第１端子、前記第１キャパシタを経由して前記下段トランジスタの前記第１端子と接続される第２端子、及びバイアス回路からバイアス供給経路を経由してバイアス電流又はバイアス電圧が供給される第３端子を有する上段トランジスタと、
前記上段トランジスタの前記第２端子を接地に接続するインダクタと、
前記上段トランジスタの前記第３端子から見たインピーダンスを調整する調整回路と、を備え、
前記調整回路は、前記上段トランジスタの前記第３端子と前記バイアス回路の出力端との間において、前記バイアス供給経路に直列に接続された第２キャパシタと、少なくとも１つの抵抗素子と、を含む、
電力増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の移動体通信機においては、トランジスタにより信号の電力を増幅する電力増幅回路が搭載されている。例えば、下記特許文献１には、２つのトランジスタが上下に接続された電力増幅回路が開示されている。この電力増幅回路では、上段のトランジスタのエミッタが、キャパシタを経由して下段のトランジスタのコレクタに接続されるとともに、インダクタを経由して接地に接続されることにより、上段と下段のトランジスタが交流的には導通し直流的には遮断される。これにより、上段のトランジスタのコレクタから電源電圧の２倍に相当する電圧振幅の信号が出力されるため、１つのトランジスタにより電力が増幅される場合に比べて最大出力電力が増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−８５６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された構成によると、上段のトランジスタにおける寄生容量や、上段及び下段のトランジスタの間に接続されたキャパシタなどの影響により、上段のトランジスタの安定性が損なわれ、条件によっては発振するおそれがある。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、安定性を向上しつつ、最大出力電力を増大させる電力増幅回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するため、本発明の一側面に係る電力増幅回路は、第１電源電圧が供給される第１端子、接地に接続される第２端子、及び第１信号が供給される第３端子を有する下段トランジスタと、第１キャパシタと、第２電源電圧が供給されるとともに第１信号を増幅させた第２信号を出力する第１端子、第１キャパシタを経由して下段トランジスタの第１端子と接続される第２端子、及び接地経路を経由して接地に接続される第３端子を有する上段トランジスタと、上段トランジスタの第２端子を接地に接続するインダクタと、上段トランジスタの第３端子から見たインピーダンスを調整する調整回路と、を備え、調整回路は、上段トランジスタの第３端子と接地との間において、それぞれ接地経路に直列に接続された第２キャパシタと、少なくとも１つの抵抗素子と、を含む。
【０００７】
かかる目的を達成するため、本発明の一側面に係る電力増幅回路は、第１電源電圧が供給される第１端子、接地に接続される第２端子、及び第１信号が供給される第３端子を有する下段トランジスタと、第１キャパシタと、第２電源電圧が供給されるとともに第１信号を増幅させた第２信号を出力する第１端子、第１キャパシタを経由して下段トランジスタの第１端子と接続される第２端子、及びバイアス回路からバイアス供給経路を経由してバイアス電流又はバイアス電圧が供給される第３端子を有する上段トランジスタと、上段トランジスタの第２端子を接地に接続するインダクタと、上段トランジスタの第３端子から見たインピーダンスを調整する調整回路と、を備え、調整回路は、上段トランジスタの第３端子とバイアス回路の出力端との間において、それぞれバイアス供給経路に直列に接続された第２キャパシタと、少なくとも１つの抵抗素子と、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、安定性を向上しつつ、最大出力電力を増大させる電力増幅回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力増幅回路の構成例を示す図である。
【図２】図１に示される調整回路を具体的に示した電力増幅回路の構成例を示す図である。
【図３Ａ】図２に示されるパワー段の増幅器を簡易的に示した図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示されるトランジスタを等価回路により示した図である。
【図４】図２に示される調整回路の第１変形例を備える電力増幅回路の構成例を示す図である。
【図５】図２に示される調整回路の第２変形例を備える電力増幅回路の構成例を示す図である。
【図６】図２に示される調整回路の第３変形例を備える電力増幅回路の構成例を示す図である。
【図７】図２に示される上段及び下段のトランジスタがそれぞれ複数の単位トランジスタを含んで構成される場合の電力増幅回路の構成例を示す図である。
【図８】図２に示されるバイアス回路を具体的に示した電力増幅回路の構成例を示す図である。
【図９】図８に示されるバイアス回路の第１変形例を備える電力増幅回路の構成例を示す図である。
【図１０】図８に示されるバイアス回路の第２変形例を備える電力増幅回路の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る電力増幅回路の構成例を示す図である。電力増幅回路１００は、例えば、携帯電話等の移動体通信機に搭載され、基地局に送信される無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号の電力を増幅するために用いられる。電力増幅回路１００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、及びＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｒｏ等の通信規格の送信信号を増幅する。ＲＦ信号の周波数は、例えば数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚ程度である。なお、電力増幅回路１００が増幅する信号の通信規格及び周波数はこれらに限られない。
【００１２】
図１に示されるように、電力増幅回路１００は、トランジスタ１１０〜１１２、バイアス回路１２０〜１２２、調整回路１３０、キャパシタ１４０〜１４２、インダクタ１５０〜１５３、抵抗素子１６０，１６１、及び整合回路１７０〜１７２を備える。
【００１３】
電力増幅回路１００は、二段の増幅器を備える。初段（ドライブ段）の増幅器は、トランジスタ１１０を含み、後段（パワー段）の増幅器は、トランジスタ１１１及びトランジスタ１１２を含む。ドライブ段の増幅器は、ＲＦ信号ＲＦ１を増幅してＲＦ信号ＲＦ２を出力する。パワー段の増幅器は、ＲＦ信号ＲＦ２を増幅してＲＦ信号ＲＦ３を出力する。このように電力増幅回路１００は、２段階にわたって送信信号の電力を増幅する。
【００１４】
本実施形態においてトランジスタ１１０〜１１２は、それぞれヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のバイポーラトランジスタにより構成される。なお、これらの各トランジスタは、ＨＢＴに替えて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、以下に述べるコレクタ、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。
【００１５】
ドライブ段の増幅器において、トランジスタ１１０は、コレクタにインダクタ１５０を経由して電源電圧Ｖｃｃ１が供給され、エミッタが接地に接続され、ベースに整合回路１７０及びキャパシタ１４０を経由してＲＦ信号ＲＦ１が供給される。トランジスタ１１０のベースには、バイアス回路１２０から抵抗素子１６０を経由してバイアス電流又はバイアス電圧が供給される。これにより、トランジスタ１１０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。
【００１６】
パワー段の増幅器において、トランジスタ１１１とトランジスタ１１２は、同期して同様の増幅動作を行う。下段のトランジスタ１１１（下段トランジスタ）は、コレクタ（第１端子）にインダクタ１５１を経由して電源電圧Ｖｃｃ２（第１電源電圧）が供給され、エミッタ（第２端子）が接地に接続され、ベース（第３端子）にキャパシタ１４１を経由してＲＦ信号ＲＦ２（第１信号）が供給される。トランジスタ１１１のベースには、バイアス回路１２１から抵抗素子１６１を経由してバイアス電流又はバイアス電圧（第２バイアス電流又はバイアス電圧）が供給される。
【００１７】
上段のトランジスタ１１２（上段トランジスタ）は、コレクタ（第１端子）にインダクタ１５２を経由して電源電圧Ｖｃｃ３（第２電源電圧）が供給され、エミッタ（第２端子）がインダクタ１５３を経由して接地に接続され、ベース（第３端子）にバイアス回路１２２から調整回路１３０を経由してバイアス電流又はバイアス電圧（第１バイアス電流又はバイアス電圧）が供給される。トランジスタ１１２のエミッタは、キャパシタ１４２を経由して下段のトランジスタ１１１のコレクタに接続される。これにより、上段のトランジスタ１１２は、コレクタからＲＦ信号ＲＦ２を増幅させたＲＦ信号ＲＦ３（第２信号）を出力する。パワー段の増幅器の動作の詳細については後述する。
【００１８】
キャパシタ１４２（第１キャパシタ）は、一端が上段のトランジスタ１１２のエミッタに接続され、他端が下段のトランジスタ１１１のコレクタに接続される。キャパシタ１４２は、上段のトランジスタ１１２と下段のトランジスタ１１１を、直流においては分離し、交流においては接続する機能を有する。
【００１９】
インダクタ１５３は、一端が上段のトランジスタ１１２のエミッタに接続され、他端が接地に接続される。インダクタ１５３は、上段のトランジスタ１１２のエミッタを直流的に接地に接続させる機能を有する。
【００２０】
バイアス回路１２０，１２１（第２バイアス回路），１２２（第１バイアス回路）は、それぞれバイアス電流又はバイアス電圧を生成し、トランジスタ１１０〜１１２のベースに供給する。バイアス回路１２０〜１２２は、バイアス電流又はバイアス電圧を調整することにより、トランジスタ１１０〜１１２のバイアス条件を制御する。
【００２１】
調整回路１３０は、バイアス回路１２２と上段のトランジスタ１１２のベースとの間に設けられ、トランジスタ１１２のベースから見たインピーダンスを調整する。調整回路１３０の具体的な構成については後述する。
【００２２】
キャパシタ１４０，１４１は、それぞれトランジスタ１１０，１１１の入力側に設けられ、ＲＦ信号に含まれる直流成分を遮断し、交流成分を通過させる。
【００２３】
インダクタ１５０は、一端に電源電圧Ｖｃｃ１が供給され、他端がトランジスタ１１０のコレクタに接続される。インダクタ１５１は、一端に電源電圧Ｖｃｃ２が供給され、他端がトランジスタ１１１のコレクタに接続される。インダクタ１５２は、一端に電源電圧Ｖｃｃ３が供給され、他端がトランジスタ１１２のコレクタに接続される。インダクタ１５０〜１５２は、ＲＦ信号が電源回路（不図示）側へと漏出することを防ぐ。
【００２４】
抵抗素子１６０は、バイアス回路１２０の出力端とトランジスタ１１０のベースとの間に設けられる。抵抗素子１６１は、バイアス回路１２１の出力端とトランジスタ１１１のベースとの間に設けられる。抵抗素子１６０，１６１は、それぞれ、バイアス回路１２０，１２１から供給されるバイアス電流又はバイアス電圧を調整したり、トランジスタ１１０，１１１の過大電流に起因した温度上昇を抑制したりするために設けられている。なお、バイアス回路１２２の出力端とトランジスタ１１２のベースとの間にも同様の抵抗素子が設けられてよいが、調整回路１３０に含まれるものとし、説明を後述する。
【００２５】
整合回路１７０〜１７２（ＭＮ：Ｍａｔｃｈｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）は、前段に設けられた構成要素と後段に設けられた構成要素とのインピーダンスを整合させる。整合回路１７０は、整合回路１７０の前段に設けられる回路（不図示）とトランジスタ１１０とのインピーダンスを整合させる。整合回路１７１は、トランジスタ１１０とトランジスタ１１１とのインピーダンスを整合させる。整合回路１７２は、トランジスタ１１２と整合回路１７２の後段に設けられる回路（不図示）とのインピーダンスを整合させる。整合回路１７０〜１７２は、例えばキャパシタ及びインダクタ等により構成される。なお、電力増幅回路１００は、他の構成要素が整合回路１７０〜１７２のいずれか又は全ての機能を兼ね備えることにより、整合回路１７０〜１７２のいずれか又は全てを備えていなくてもよい。
【００２６】
次に、パワー段の増幅器の動作について詳細に説明する。なお、以下では電源電圧Ｖｃｃ２及び電源電圧Ｖｃｃ３がいずれも３Ｖであるものとして説明する。
【００２７】
下段のトランジスタ１１１のコレクタ電圧は、直流においては電源電圧Ｖｃｃ２（ＤＣ３Ｖ）が供給されるため、ＤＣ３Ｖ±ＡＣ３Ｖの範囲において変動する。上段のトランジスタ１１２のエミッタ電圧は、直流においては接地に接続され、交流においては下段のトランジスタ１１１のコレクタに接続されるため、ＤＣ０Ｖ±ＡＣ３Ｖの範囲において変動する。上段のトランジスタ１１２のコレクタ電圧は、直流においては電源電圧Ｖｃｃ３（ＤＣ３Ｖ）が供給され、交流においてはトランジスタ１１２のエミッタの信号振幅と合算されるため、ＤＣ３Ｖ±ＡＣ６Ｖの範囲において変動する。従って、上段のトランジスタ１１２のコレクタ・エミッタ間の信号振幅は、下段のトランジスタ１１１のコレクタ・エミッタ間の信号振幅と同じでありながら、上段のトランジスタ１１２のコレクタの信号振幅は、当該コレクタ・エミッタ間の信号振幅の２倍となる。
【００２８】
信号の出力電力をＰ、コレクタ電圧をＶ、増幅器の負荷インピーダンスをＲとすると、Ｐ＝Ｖ2／Ｒの関係が成り立つ。すなわち、電圧振幅が２倍になり、出力電力が２倍になるには、負荷インピーダンスが２倍になればよい。従って、電力増幅回路１００によると、電源電圧Ｖｃｃ２，Ｖｃｃ３を上昇させることなく負荷インピーダンスが２倍となり、信号の最大出力電力が増大する。
【００２９】
続いて、調整回路１３０の構成及び機能について詳細に説明する。
【００３０】
図２は、図１に示される調整回路を具体的に示した電力増幅回路の構成例を示す図である。なお、図２及び後述する図４から図１０においては、説明の便宜上、ドライブ段に関する構成の図示を省略し、パワー段に関する構成を図示する。
【００３１】
図２に示されるように、電力増幅回路１００Ａにおいて、上段のトランジスタ１１２のベースは、接地経路Ｘ１を経由して接地に接続される。バイアス回路１２２は、バイアス供給経路Ｘ２を経由して接地経路Ｘ１上の供給点Ｙ１にバイアス電流又はバイアス電圧を供給する。
【００３２】
調整回路１３０Ａは、キャパシタ２００、インダクタ２１０、及び抵抗素子２２０，２２１を含む。
【００３３】
抵抗素子２２０（第１抵抗素子）及びインダクタ２１０は、バイアス回路１２２の出力端と供給点Ｙ１との間において、それぞれバイアス供給経路Ｘ２に直列に接続される。抵抗素子２２０は、図１に示される抵抗素子１６０，１６１と同様に、バイアス回路１２２から出力されるバイアス電流又はバイアス電圧を調整したり、トランジスタ１１２の温度上昇を抑制したりするために設けられている。インダクタ２１０は、トランジスタ１１２のベースから見たインピーダンスを整合させるために設けられている。
【００３４】
キャパシタ２００（第２キャパシタ）及び抵抗素子２２１は、供給点Ｙ１と接地との間において、それぞれ接地経路Ｘ１に直列に接続される。キャパシタ２００は、トランジスタ１１２が増幅する信号の振幅に伴ってトランジスタ１１２のベース電圧を変動させるとともに、トランジスタ１１２のベースから見たインピーダンスを整合させるために設けられている。キャパシタ２００のキャパシタンス値は、例えばキャパシタ１４２のキャパシタンス値より小さいことが好ましい。キャパシタ２００のキャパシタンス値が過度に大きいと、トランジスタ１１２のベース電圧の変動が抑制されてしまうためである。抵抗素子２２１は、所定のインピーダンスを有し、信号のエネルギーを意図的に消費するために設けられている。
【００３５】
上記構成により、調整回路１３０Ａは、以下の二つの機能を有する。一つ目に、調整回路１３０Ａは、キャパシタ２００を備えることにより、トランジスタ１１２のベース電圧の振幅動作がバイアス回路１２２の出力端によって制限されることを阻止する。すなわち、上段のトランジスタ１１２がオンとなるためには、当該トランジスタ１１２のベース・エミッタ間電圧が所定の電圧以上である必要がある。言い換えると、トランジスタ１１２のベース電圧は、エミッタ電圧の変動に伴って変動する必要がある。調整回路１３０Ａは、例えばキャパシタ２００を備えることにより、信号振幅に応じてトランジスタ１１２のベース電圧を変動させる機能を有する。
【００３６】
二つ目に、調整回路１３０Ａは、トランジスタ１１２のベースから見たインピーダンスを調整することにより、トランジスタ１１２の安定性を向上させ、発振を抑制する。トランジスタの安定性について、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら説明する。
【００３７】
図３Ａは、図２に示されるパワー段の増幅器を簡易的に示した図である。キャパシタ３００は、上段のトランジスタ１１２のベース・エミッタ間の寄生容量を表す。キャパシタ３０１は、上段のトランジスタ１１２のエミッタに接続される容量を表す。トランジスタ１１２のエミッタに接続される容量とは、例えば、図２に示されるキャパシタ１４２、下段のトランジスタ１１１のベース・コレクタ間の寄生容量、及びトランジスタ１１１のベース・エミッタ間の寄生容量などを含む。なお、説明の便宜上、下段のトランジスタ１１１は電流源３１０により表されている。
【００３８】
図３Ｂは、図３Ａに示されるトランジスタを等価回路により示した図である。図３Ｂにおいて上段のトランジスタ１１２は、入力インピーダンスを表す抵抗素子３２０及び電流源３３０により表されている。キャパシタ３００のキャパシタンス値をＣBE、キャパシタ３０１のキャパシタンス値をＣP、トランジスタ１１２の入力インピーダンスをｒπ、相互コンダクタンスをｇm、トランジスタ１１２に入力される信号の角周波数をωとする。トランジスタ１１２のベースから見た入力インピーダンスＺｉｎの実部Ｒｅ（Ｚｉｎ）は、以下に示す式（１）により与えられる。
【数１】
2020096294.tif 000003
【００３９】
上記式（１）より、トランジスタの条件によっては入力インピーダンスＺｉｎの実部Ｒｅ（Ｚｉｎ）が負となることが分かる。この場合、負性抵抗が発生するため、トランジスタ１１２の安定性が損なわれ、ひいては発振が生じ得る。この点、本実施形態における調整回路１３０Ａには、当該負性抵抗を打ち消すために、インピーダンスの実部が正である負荷が意図的に挿入される。具体的に、調整回路１３０Ａにおいては、キャパシタ２００と直列に接続された抵抗素子２２１が挿入される。これにより、入力インピーダンスＺｉｎ（すなわち、図２においては、バイアス回路１２２の出力端から見たトランジスタ１１２側のインピーダンス）における負性抵抗が打ち消され、トランジスタ１１２の安定性が向上する。なお、抵抗素子２２１の抵抗値は特に限定されないが、例えば上記入力インピーダンスＺｉｎの実部が０以上となるような抵抗値であることが好ましい。
【００４０】
上述の構成により、電力増幅回路１００Ａは、安定性を向上しつつ、１つのトランジスタにより電力が増幅される構成に比べて最大出力電力を増大させることができる。
【００４１】
なお、調整回路１３０Ａでは、バイアス回路１２２から供給点Ｙ１に向かって抵抗素子２２０とインダクタ２１０がこの順に直列接続され、供給点Ｙ１から接地に向かってキャパシタ２００と抵抗素子２２１がこの順に直列接続された例が示されているが、直列接続された要素の順序はそれぞれこれに限定されず、逆の順序であってもよい。このことは、以下に示す各変形例においても同様である。また、入力インピーダンスＺｉｎによっては、調整回路１３０Ａは、抵抗素子２２０、インダクタ２１０、キャパシタ２００、及び抵抗素子２２１のうちいずれかの素子を備えていなくてもよい。
【００４２】
電力増幅回路１００Ａでは、パワー段の増幅器において２つのトランジスタが縦に接続される構成が示されているが、縦に接続されるトランジスタの数は２つに限られず、３つ以上であってもよい。
【００４３】
電力増幅回路１００Ａでは、２段の増幅器を備える構成が示されているが、増幅器の段数はこれに限られず、１段又は３段以上であってもよい。電力増幅回路が３段以上の増幅器を備える場合、図２に示されるパワー段の増幅器の構成はいずれの増幅器に適用されてもよい。
【００４４】
図４は、図２に示される調整回路の第１変形例を備える電力増幅回路の構成例を示す図である。なお、本変形例以降では上述の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。
【００４５】
図４に示されるように、電力増幅回路１００Ｂは、電力増幅回路１００Ａに比べて調整回路１３０Ｂが抵抗素子４００をさらに備える点において相違する。
【００４６】
抵抗素子４００（第２抵抗素子）は、上段のトランジスタ１１２のベースと供給点Ｙ１との間において、接地経路Ｘ１に直列に接続される。言い換えると、抵抗素子４００は、抵抗素子２２１（第３抵抗素子）に直列に接続される。これにより抵抗素子４００は、抵抗素子２２０と同様にバイアス電流又はバイアス電圧を調整する機能と、抵抗素子２２１と同様にエネルギーを消費する負荷としての機能を兼ね備える。
【００４７】
このような構成であっても、電力増幅回路１００Ｂは、電力増幅回路１００Ａと同様の効果を得ることができる。調整回路１３０Ｂによると、キャパシタ２００、抵抗素子２２１、及び抵抗素子４００の定数をそれぞれ調整することができるため、調整回路１３０Ａに比べて設計の自由度が向上する。また、調整回路１３０Ｂでは、接地経路Ｘ１上の負荷が抵抗素子２２１と抵抗素子４００とに分かれて構成されるため、調整回路１３０Ａに比べて各抵抗素子の抵抗値を小さくすることができる。
【００４８】
なお、調整回路１３０Ａは、例えばインダクタ２１０を備えていなくてもよい。インダクタ２１０を備えない場合、キャパシタ２００、抵抗素子２２１、及び抵抗素子４００に加えて、抵抗素子２２０もまたエネルギーを消費する負荷として機能する。抵抗素子２２０の抵抗値がある程度大きいと、当該抵抗素子２２０におけるエネルギーの消費量が小さいが、キャパシタ２００及び抵抗素子２２１，４００の各定数を適宜設定することにより、適切な消費量を得ることができる。
【００４９】
図５は、図２に示される調整回路の第２変形例を備える電力増幅回路の構成例を示す図である。図５に示されるように、電力増幅回路１００Ｃは、電力増幅回路１００Ｂに比べて調整回路１３０Ｃがインダクタ２１０に替えてキャパシタ５００を備える点において相違する。
【００５０】
キャパシタ５００（第３キャパシタ）は、抵抗素子２２０に並列に接続されるように、一端がバイアス回路１２２の出力端に接続され、他端が供給点Ｙ１に接続される。キャパシタ５００のキャパシタンス値は、例えばキャパシタ１４２のキャパシタンス値より小さいことが好ましい。調整回路１３０Ｃでは、キャパシタ２００に加えてキャパシタ５００もまたトランジスタ１１２のベースから見たインピーダンスの調整に寄与する。
【００５１】
このような構成であっても、電力増幅回路１００Ｃは、電力増幅回路１００Ａ，１００Ｂと同様の効果を得ることができる。なお、調整回路１３０Ｃは、調整回路１３０Ａ，１３０Ｂと同様に、インダクタ２１０に相当するインダクタを備えていてもよい。
【００５２】
図６は、図２に示される調整回路の第３変形例を備える電力増幅回路の構成例を示す図である。図６に示されるように、電力増幅回路１００Ｄは、電力増幅回路１００Ｃに比べて、上段のトランジスタ１１２のベースが接地に接続されず、調整回路１３０Ｄがキャパシタ２００及び抵抗素子２２１を備えない点において相違する。
【００５３】
既に述べたとおり、キャパシタ５００は、図５に示されるキャパシタ２００と同様の機能を有する。抵抗素子４００は、図５に示される抵抗素子２２１と同様の機能を有する。従って、調整回路１３０Ｄは、図５に示されるキャパシタ２００及び抵抗素子２２１を備えなくとも、調整回路１３０Ａ〜１３０Ｃと同様の効果を得ることができる。
【００５４】
このような構成であっても、電力増幅回路１００Ｄは、電力増幅回路１００Ａ〜１００Ｃと同様の効果を得ることができる。なお、調整回路１３０Ｄは、調整回路１３０Ａ，１３０Ｂと同様に、インダクタ２１０に相当するインダクタを備えていてもよい。
【００５５】
図７は、図２に示される上段及び下段のトランジスタがそれぞれ複数の単位トランジスタを含んで構成される場合の電力増幅回路の構成例を示す図である。
【００５６】
具体的に、電力増幅回路１００Ｅは、電力増幅回路１００Ａにおけるトランジスタ１１１，１１２、調整回路１３０Ａ、キャパシタ１４１、及び抵抗素子１６１に替えて、ｎ個（ｎは２以上の整数）の単位トランジスタ１１１−１〜１１１−ｎ，１１２−１〜１１２−ｎ、ｎ個の調整回路１３０Ａ−１〜１３０Ａ−ｎ、ｎ個のキャパシタ１４１−１〜１４１−ｎ、及びｎ個の抵抗素子１６１−１〜１６１−ｎを備える。なお、ｎ個の調整回路１３０Ａ−１〜１３０Ａ−ｎの回路構成については、それぞれ上述の調整回路１３０Ａと同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００５７】
ｎ個の単位トランジスタ１１１−１〜１１１−ｎ及びｎ個の単位トランジスタ１１２−１〜１１２−ｎは、それぞれトランジスタとしての機能を発揮する最小限の構成である。これらの単位トランジスタは、互いに並列接続されることにより、全体として一つのトランジスタとして動作する。電力増幅回路１００Ｅでは、例えば下段において、単位トランジスタ１１１−１、キャパシタ１４１−１、及び抵抗素子１６１−１がまとめて１つのユニットとして形成される。上段において、単位トランジスタ１１２−１及び調整回路１３０Ａ−１がまとめて１つのユニットとして形成される。形成されたｎ個のユニットは、それぞれ互いに並列に接続される。
【００５８】
電力増幅回路１００Ｅは、単位トランジスタごとに調整回路を備えるため、各単位トランジスタの条件に応じて、調整回路１３０Ａ−１〜１３０Ａ−ｎに含まれる各素子の定数を設定することができる。従って、例えば配線の寄生容量などに起因する安定性の劣化を抑制することができる。
【００５９】
なお、図７に示される電力増幅回路１００Ｅにおいては、調整回路の一例として調整回路１３０Ａの構成が適用されているが、調整回路の構成はこれに限定されず、他の調整回路１３０Ｂ〜１３０Ｄの構成が適用されてもよい。以下に示す図８から図１０においても同様である。
【００６０】
次に、上段及び下段のトランジスタにバイアス電流又はバイアス電圧を供給するバイアス回路の具体例について説明する。
【００６１】
図８は、図２に示されるバイアス回路を具体的に示した電力増幅回路の構成例を示す図である。図８に示されるように、電力増幅回路１００Ｆは、電力増幅回路１００Ａに比べて、２つのバイアス回路１２１，１２２に替えて１つのバイアス回路１２１Ａを備える。
【００６２】
電力増幅回路１００Ｆでは、１つのバイアス回路１２１Ａが上段及び下段のトランジスタのバイアス回路を兼ねる。バイアス回路１２１Ａは、例えばトランジスタ６００ａ〜６０３ａ及びキャパシタ６１０ａを備える。
【００６３】
トランジスタ６００ａは、コレクタとベースが接続され（以後、ダイオード接続と呼ぶ）、コレクタに制御電流Ｉｒｅｆが供給され、エミッタがトランジスタ６０１ａのコレクタに接続される。トランジスタ６０１ａは、ダイオード接続され、エミッタが接地に接続される。これにより、トランジスタ６００ａのコレクタに、所定レベルの電圧（例えば、２．６Ｖ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６００ａ，６０１ａは、トランジスタに替えてダイオードにより構成されてもよい。
【００６４】
キャパシタ６１０ａは、一端がトランジスタ６０２ａ及びトランジスタ６０３ａのベースに接続され、他端が接地に接続される。キャパシタ６１０ａは、トランジスタ６０２ａ及びトランジスタ６０３ａのベース電圧の変動を抑制する。
【００６５】
トランジスタ６０２ａとトランジスタ６０３ａは、互いに並列に接続される。トランジスタ６０２ａは、コレクタにバッテリ電圧Ｖｂａｔｔが供給され、ベースがトランジスタ６００ａのコレクタに接続され、エミッタが抵抗素子１６１の一端に接続される。トランジスタ６０３ａは、コレクタにバッテリ電圧Ｖｂａｔｔが供給され、ベースがトランジスタ６００ａのコレクタに接続され、エミッタが抵抗素子２３０の一端に接続される。これにより、トランジスタ６０２ａ及びトランジスタ６０３ａのエミッタから、それぞれ制御電流Ｉｒｅｆに応じたバイアス電流が出力される。なお、本実施形態ではバイアス回路１２１Ａが制御電流Ｉｒｅｆにより制御される例が示されいてるが、当該バイアス回路は制御電流に替えて制御電圧により制御されてもよい。
【００６６】
電力増幅回路１００Ｆでは、１つのバイアス回路１２１Ａにより下段のトランジスタ１１１と上段のトランジスタ１１２の双方にバイアス電流を供給することができる。従って、トランジスタごとにバイアス回路が設けられる構成に比べて回路規模を縮小することができる。
【００６７】
図９は、図８に示されるバイアス回路の第１変形例を備える電力増幅回路の構成例を示す図である。図９に示されるように、電力増幅回路１００Ｇは、電力増幅回路１００Ｆに比べてバイアス回路１２１Ａに替えてバイアス回路１２１Ｂを備える。
【００６８】
バイアス回路１２１Ｂは、バイアス回路１２１Ａに比べてトランジスタ６０３ａを備えない点において相違する。バイアス回路１２１Ｂでは、トランジスタ６０２ａのエミッタから出力されるバイアス電流が、トランジスタ１１１とトランジスタ１１２の双方に分岐されて供給される。
【００６９】
このような構成であっても、電力増幅回路１００Ｇは、電力増幅回路１００Ｆと同様の効果を得ることができる。
【００７０】
図１０は、図８に示されるバイアス回路の第２変形例を備える電力増幅回路の構成例を示す図である。図１０に示されるように、電力増幅回路１００Ｈは、電力増幅回路１００Ａにおけるバイアス回路１２１，１２２の一具体例として、バイアス回路１２１Ｃ，１２２Ａを備える。
【００７１】
バイアス回路１２１Ｃ（第２バイアス回路）は、図８に示されるバイアス回路１２１Ｂに比べてトランジスタ６０４ａをさらに備える点において相違する。トランジスタ６０４ａは、コレクタがトランジスタ６０２ａのエミッタに接続され、ベースがトランジスタ６０１ａのベースに接続され、エミッタが接地に接続される。トランジスタ６０４ａは、トランジスタ６０２ａから電流を引き抜くことにより、トランジスタ６０２ａからトランジスタ１１１へと安定的にバイアス電流が供給されるように機能する。
【００７２】
バイアス回路１２２Ａ（第１バイアス回路）は、例えばトランジスタ６００ｂ〜６０２ｂ及びキャパシタ６１０ｂを備える。バイアス回路１２２Ａの具体的な構成は、バイアス回路１２１Ｂと同様であるため詳細な説明を省略する。バイアス回路１２１Ｃの動作は、制御電流Ｉｒｅｆ１により制御され、バイアス回路１２２Ａの動作は、制御電流Ｉｒｅｆ２により制御される。
【００７３】
このように、電力増幅回路１００Ｈでは、上段及び下段のトランジスタそれぞれにバイアス回路が設けられるため、各トランジスタに適したバイアス電流を供給することができる。また、バイアス回路１２１Ｃとバイアス回路１２２Ａとは構成が互いに異なり、かつ互いに異なる制御電流Ｉｒｅｆ１，Ｉｒｅｆ２により制御される。これにより、バイアス回路１２１Ｃ，１２２Ａは、下段のトランジスタ１１１に供給されるバイアス電流の特性と上段のトランジスタ１１２に供給されるバイアス電流の特性とが互いに異なるように制御することができる。これにより、以下の効果を奏する。
【００７４】
電力増幅回路１００Ｈでは、上段のトランジスタ１１２に調整回路１３０Ａが接続され、調整回路１３０Ａによりインピーダンスが調整されるため、調整回路１３０Ａのインピーダンスによっては、同期して動作すべき下段のトランジスタ１１１と上段のトランジスタ１１２の間に不均衡が生じ得る。この点、本実施形態では、下段のトランジスタ１１１と上段のトランジスタ１１２に特性が異なるバイアス電流を供給することにより、これらのトランジスタ間におけるバイアス条件を異ならせることができる。例えば、電力増幅回路１００Ｈでは、パワー段の増幅器における出力電力の少なくとも一領域において、バイアス回路１２２Ａに比べてバイアス回路１２１Ｃの方が多くのバイアス電流を供給するように構成される。これにより、下段のトランジスタ１１１と上段のトランジスタ１１２の不均衡が補償され、パワー段の増幅器の特性が向上する。
【００７５】
なお、下段のトランジスタ１１１及び上段のトランジスタ１１２のバイアス条件を異ならせる方法は上記方法に限定されない。例えば、バイアス回路１２１Ｃが上段のトランジスタ１１２にバイアス電流を供給し、バイアス回路１２２Ａが下段のトランジスタ１１１にバイアス電流を供給する構成であってもよい。あるいは、双方のバイアス回路の構成は同じであり、制御電流又は制御電圧により特性が異なるバイアス電流が生成される構成であってもよい。
【００７６】
また、図８及び図９に示されるように下段のトランジスタ１１１と上段のトランジスタ１１２との間でバイアス回路が共有される場合は、例えば抵抗素子１６１と抵抗素子２２０の抵抗値を互いに異ならせることにより、上記バイアス条件を異ならせてもよい。
【００７７】
また、図１に示される電力増幅回路１００において、ドライブ段のトランジスタ１１０を動作させるバイアス回路１２０として、バイアス回路１２１Ａ〜１２１Ｃ，１２２Ａのいずれかの構成が適用されてもよい。
【００７８】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。電力増幅回路１００，１００Ａ〜１００Ｃ，１００Ｅ〜１００Ｈは、第１電源電圧が供給される第１端子、接地に接続される第２端子、及び第１信号が供給される第３端子を有する下段のトランジスタ１１１と、キャパシタ１４２と、第２電源電圧が供給されるとともに第１信号を増幅させた第２信号を出力する第１端子、キャパシタ１４２を経由して下段のトランジスタ１１１の第１端子と接続される第２端子、及び接地経路を経由して接地に接続される第３端子を有する上段のトランジスタ１１２と、上段のトランジスタ１１２の第２端子を接地に接続するインダクタ１５３と、上段のトランジスタ１１２の第３端子から見たインピーダンスを調整する調整回路１３０，１３０Ａ〜１３０Ｃと、を備え、調整回路１３０，１３０Ａ〜１３０Ｃは、上段のトランジスタ１１２の第３端子と接地との間において、それぞれ接地経路に直列に接続されたキャパシタ２００と、少なくとも１つの抵抗素子２２１と、を含む。これにより、抵抗素子２２１により上段のトランジスタ１１２における入力インピーダンスの負性抵抗が打ち消されるため、安定性を向上しつつ、最大出力電力を増大させることができる。
【００７９】
電力増幅回路１００，１００Ａ〜１００Ｃ，１００Ｅ〜１００Ｈにおいて、接地経路Ｘ１は、バイアス回路１２２，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２２Ａからバイアス供給経路Ｘ２を経由してバイアス電流又はバイアス電圧が供給される供給点Ｙ１を有し、調整回路１３０，１３０Ａ〜１３０Ｃは、バイアス回路１２２，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２２Ａと供給点Ｙ１との間において、バイアス供給経路Ｘ２に直列に接続された抵抗素子２２０をさらに含む。これにより、上段のトランジスタ１１２に供給されるバイアス電流又はバイアス電圧が調整されるとともに、上段のトランジスタ１１２の温度上昇を抑制することができる。
【００８０】
電力増幅回路１００Ｂ，１００Ｃにおいて、少なくとも１つの抵抗素子は、抵抗素子４００及び抵抗素子２２１を含み、抵抗素子４００は、上段のトランジスタ１１２のベースと供給点Ｙ１との間に設けられ、抵抗素子２２１は、供給点Ｙ１と接地との間に設けられる。これにより、接地経路Ｘ１上の負荷が抵抗素子２２１と抵抗素子４００とに分かれて構成されるため、例えば調整回路１３０Ａに比べて各抵抗素子の抵抗値を小さくすることができる。
【００８１】
電力増幅回路１００Ｃにおいて、調整回路１３０Ｃは、抵抗素子２２０に並列に接続されたキャパシタ５００をさらに備える。これにより、キャパシタ５００もまた、キャパシタ２００と同様にインピーダンスを調整する機能を有するため、設計の自由度が向上する。
【００８２】
電力増幅回路１００Ｈは、上段のトランジスタ１１２のベースにバイアス電流又はバイアス電圧を供給するバイアス回路１２２Ａと、下段のトランジスタ１１１のベースにバイアス電流又はバイアス電圧を供給するバイアス回路１２１Ｃと、を備える。バイアス回路１２２Ａとバイアス回路１２１Ｃとは、構成が互いに異なり、出力されるバイアス電流又はバイアス電圧もまた特性が互いに異なる。これにより、上段及び下段のトランジスタ間におけるバイアス条件を異ならせることができる。従って、上段及び下段のトランジスタ間における不均衡が補償され、パワー段の増幅器の特性が向上する。
【００８３】
電力増幅回路１００Ｄは、第１電源電圧が供給される第１端子、接地に接続される第２端子、及び第１信号が供給される第３端子を有する下段のトランジスタ１１１と、キャパシタ１４２と、第２電源電圧が供給されるとともに第１信号を増幅させた第２信号を出力する第１端子、キャパシタ１４２を経由して下段トランジスタの第１端子と接続される第２端子、及びバイアス回路１２２からバイアス供給経路Ｘ２を経由してバイアス電流又はバイアス電圧が供給される第３端子を有する上段のトランジスタ１１２と、上段のトランジスタ１１２の第２端子を接地に接続するインダクタ１５３と、上段のトランジスタ１１２の第３端子から見たインピーダンスを調整する調整回路１３０Ｄと、を備え、調整回路１３０Ｄは、上段のトランジスタ１１２の第３端子とバイアス回路１２２の出力端との間において、それぞれバイアス供給経路Ｘ２に直列に接続されたキャパシタ５００と、少なくとも１つの抵抗素子４００と、を含む。キャパシタ５００及び抵抗素子４００の定数を適宜設定することにより、調整回路１３０Ａ〜１３０Ｃと同様の効果を得ることができる。
【００８４】
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、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、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、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。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００８５】
１００，１００Ａ〜１００Ｈ…電力増幅回路、１１０〜１１２，６００ａ〜６０４ａ，６００ｂ〜６０２ｂ…トランジスタ、１２０〜１２２，１２１Ａ〜１２１Ｃ，１２２Ａ…バイアス回路、１３０，１３０Ａ〜１３０Ｄ…調整回路、１４０〜１４２，２００，３００，３０１，５００，６１０ａ，６１０ｂ…キャパシタ、１５０〜１５３，２１０…インダクタ、１６０，１６１，２２０，２２１，３２０，４００…抵抗素子、１７０〜１７２…整合回路、３１０，３３０…電流源、Ｘ１…接地経路、Ｘ２…バイアス供給経路、Ｙ１…供給点
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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