(57)【要約】【課題】多段増幅回路の線型性能および効率を改善すること。【解決手段】多段増幅回路は、少なくとも前段の増幅回路２０１と後段の増幅回路２０２を具備する。前段２０１に入力信号Ｐｉｎが供給され、後段２０２から出力信号Ｐｏｕｔが生成される。所定の入力レベルの入力信号Ｐｉｎが供給され、後段２０２の後段利得Ｇａｉｎ２は低下して前段２０１の前段利得Ｇａｉｎ１は増加するように前段特性２０３と後段特性２０４が設定される。具体的には、前段２０１の前段接地容量４５と後段２０２の後段接地容量１４５で、後段利得Ｇａｉｎ２の低下が前段利得Ｇａｉｎ１の増加により補償される。接地容量４５、１４５は、増幅トランジスタ５、１０１に接続されたエミッタホロワ・トランジスタ４３、１４３のベースに接続される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも前段の増幅回路と後段の増幅回路とを具備する多段増幅回路であって、
前記前段の増幅回路の入力端子に入力信号が供給可能とされ、前記前段の増幅回路の出力の増幅信号は前記後段の増幅回路の入力端子に供給されることによって前記後段の増幅回路の出力から出力信号が生成可能とされており、
前記前段の増幅回路の前記入力端子に所定の入力レベルの前記入力信号が供給されることに応答して、前記後段の増幅回路の後段利得は低下するのに対して前記前段の増幅回路の前段利得は増加するように前記前段の増幅回路の前段特性と前記後段の増幅回路の後段特性とが設定されたことを特徴とする多段増幅回路。
【請求項２】
前記前段の増幅回路の前記入力端子に前記所定の入力レベルの前記入力信号が供給される際に前記後段の増幅回路の前記後段利得の低下が前記前段の増幅回路の前段利得の増加によって補償されるように、前記前段の増幅回路の前記前段特性に対しての前記後段の増幅回路の前記後段特性が設定されたことを特徴とする請求項１に記載の多段増幅回路。
【請求項３】
前記前段の増幅回路は、エミッタ接地の前段増幅トランジスタと、前記前段増幅トランジスタのベースにエミッタが接続された前段エミッタホロワ・トランジスタと、前記前段エミッタホロワ・トランジスタのベースと接地電位の間に接続された前段接地容量とを含むものであり、
前記後段の増幅回路は、エミッタ接地の後段増幅トランジスタと、前記後段増幅トランジスタのベースにエミッタが接続された後段エミッタホロワ・トランジスタと、前記後段エミッタホロワ・トランジスタのベースと接地電位の間に接続された後段接地容量とを含むものであり、
前記前段の増幅回路の前記入力端子に前記所定の入力レベルの前記入力信号が供給される際に前記後段の増幅回路の前記後段利得の低下が前記前段の増幅回路の前段利得の増加によって補償されるように、前記前段の増幅回路の前記前段接地容量と前記後段の増幅回路の前記後段接地容量は相互に異なる容量値にそれぞれ設定されたことを特徴とする請求項２に記載の多段増幅回路。
【請求項４】
前記後段の増幅回路の前記後段接地容量は比較的小さな容量値に設定される一方、前記前段の増幅回路の前記前段接地容量は比較的大きな容量値に設定されたことを特徴とする請求項３に記載の多段増幅回路。
【請求項５】
前記前段の増幅回路の前記前段増幅トランジスタのトランジスタサイズよりも前記後段の増幅回路の前記後段増幅トランジスタのトランジスタサイズが大きく設定されたことを特徴とする請求項４に記載の多段増幅回路。
【請求項６】
前記前段の増幅回路の前記前段エミッタホロワ・トランジスタの前記ベースと前記接地電位との間には、直列接続の２個のＰＮ接合を含む前段バイアストランジスタが接続されており、
前記後段の増幅回の前記後段エミッタホロワ・トランジスタの前記ベースと前記接地電位との間には、直列接続の２個のＰＮ接合を含む後段バイアストランジスタが接続されていることを特徴とする請求項５に記載の多段増幅回路。
【請求項７】
前記前段の増幅回路の前記前段エミッタホロワ・トランジスタの前記エミッタと前記前段増幅トランジスタの前記ベースとの間には、直列接続の前段バイアス用抵抗と前段バイアス用インダクタとが接続され、
前記後段の増幅回路の前記後段エミッタホロワ・トランジスタの前記前記エミッタと前記後段増幅トランジスタの前記ベースとの間には、直列接続の後段バイアス用抵抗と後段バイアス用インダクタとが接続されたことを特徴とする請求項６に記載の多段増幅回路。
【請求項８】
共通バイアス回路を更に具備して、
前記前段の増幅回路は前段ローパスフィルタを含み、前記後段の増幅回路は後段ローパスフィルタを含み、
前記前段エミッタホロワ・トランジスタの前記ベースは前記前段ローパスフィルタを介して前記共通バイアス回路によってバイアスされ、前記後段エミッタホロワ・トランジスタの前記ベースは前記後段ローパスフィルタを介して前記共通バイアス回路によってバイアスされ、
前記前段接地容量と前記後段接地容量とは、前記前段ローパスフィルタと前記後段ローパスフィルタとにそれぞれ含まれたことを特徴とする請求項７に記載の多段増幅回路。
【請求項９】
中間段の増幅回路を更に具備して、
前記前段の増幅回路の前記出力の前記増幅信号は前記中間段の増幅回路を介して前記後段の増幅回路の前記入力端子に供給されることを特徴とする請求項７に記載の多段増幅回路。
【請求項１０】
前記前段の増幅回路の前記前段増幅トランジスタと前記前段エミッタホロワ・トランジスタおよび前記後段の増幅回路の前記後段増幅トランジスタと前記後段エミッタホロワ・トランジスタは半導体集積回路チップに集積化されていることを特徴とする請求項７に記載の多段増幅回路。
【請求項１１】
前記前段の増幅回路の前記前段増幅トランジスタと前記前段エミッタホロワ・トランジスタおよび前記後段の増幅回路の前記後段増幅トランジスタと前記後段エミッタホロワ・トランジスタは前記半導体集積回路チップに集積化されたＮＰＮ型のシリコン・ゲルマニュウム・ヘテロ・バイポーラ・トランジスタであることを特徴とする請求項１０に記載の多段増幅回路。
【請求項１２】
前記前段の増幅回路の前記前段増幅トランジスタと前記前段エミッタホロワ・トランジスタおよび前記後段の増幅回路の前記後段増幅トランジスタと前記後段エミッタホロワ・トランジスタは前記半導体集積回路チップに集積化されたＮＰＮ型の化合物半導体によるヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１０に記載の多段増幅回路。
【請求項１３】
ベースバンド信号処理ユニット、変調部、局部発振器、ＰＬＬ回路、ＲＦ電力増幅器を具備する送信機であって、
前記ＲＦ電力増幅器は、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の多段増幅回路によって構成されたことを特徴とする送信機。
【請求項１４】
低雑音増幅回路、受信ミクサ、復調部、ベースバンド信号処理ユニット、変調部、局部発振器、ＰＬＬ回路、ＲＦ電力増幅器を具備する送受信機であって、
前記ＲＦ電力増幅器は、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の多段増幅回路によって構成されたことを特徴とする送受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多段増幅回路およびそれを使用した送信機、送受信機に関し、特に携帯電話や無線ＬＡＮ等の受信機や送受信機等に使用されるＲＦ電力増幅器の線型性能および効率を改善するのに有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＳＭ(Global System for Mobile Communications)やＧＰＲＳ(General Packet Radio Service)やＷＣＤＭＡ(Wide-band Code Divisional Multiple Access)や無線ＬＡＮ(Local Area Network)等に代表される通信システムは略全世界で使用され、今後も利用され続けると予測される。
【０００３】
ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＷＣＤＭＡ等の携帯電話や無線ＬＡＮでは、基地局やアクセスポイントと通信端末機器との間の通信のために通信端末機器にＲＦ電力増幅器を搭載することが必要となる。
【０００４】
本発明者等は本発明に先立って、無線ＬＡＮ通信システム機器に搭載されるＲＦ電力増幅器の研究・開発に従事した。
【０００５】
特に、無線ＬＡＮ通信システム機器のコスト低減が検討され、ＲＦ電力増幅器のデバイスのばらつきへの対応が必要となった。一方、良く知られているように、アナログ集積回路では増幅器のトランジスタの利得を設定するためにはバイアス電流の設定が必要となる。
【０００６】
しかし増幅トランジスタのベース・エミッタ順方向電圧のばらつきまたは温度変動に対するバイアス電流の補償が必要とされ、そのためにカレントミラーバイアス方式が利用される。
【０００７】
このカレントミラーバイアス方式では増幅トランジスタとバイアストランジスタとのペアが使用されて、バイアストランジスタのベースとコレクタとが電気的に接続されることによってバイアストランジスタは実質的にダイオードの形態に接続される。ダイオード接続バイアストランジスタのベース・エミッタ順方向電圧により増幅トランジスタのベース・エミッタ間がバイアスされることによって、増幅トランジスタのバイアス電流と利得が設定される。
【０００８】
また、同一の半導体チップに集積化されるペアトランジスタのベース・エミッタ順方向電圧の相対的ばらつきは、極めて低いレベルに抑圧されるものとなる。従って、ダイオード接続バイアストランジスタの動作電流を安定した値に設定することによって、増幅トランジスタのバイアス電流および利得のばらつきが抑圧される。
【０００９】
一方、下記特許文献１には、受信機の初段のＲＦ低雑音増幅器もしくは送信機の最終段のＲＦ電力増幅器に使用されるカレントミラーバイアス方式の増幅回路が記載されている。一方、従来のカレントミラーバイアス方式の増幅回路では、強入力時のＲＦ入力信号の供給時の正振幅によって増幅トランジスタのベース・エミッタ間電圧の平均値が低下してベース電流が増加して、ベースバイアス抵抗の電圧降下が増大して出力波形に歪みが発生する一方、十分な送信電力が得られないと言う問題があった。
【００１０】
従って下記特許文献１に記載のカレントミラーバイアス方式の増幅回路では、エミッタフォロワバイアストランジスタのベースは容量を介して接地電位に接続されて、強入力時のＲＦ入力信号の供給時の正振幅によって増幅トランジスタのベース・エミッタ間電圧の低下はエミッタフォロワバイアストランジスタのエミッタの電位の上昇によって打ち消されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−７４０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者等は本発明に先立ったＲＦ電力増幅器の研究・開発で、下記特許文献１に記載の増幅回路を基にして図８に示すようなＲＦ電力増幅器に関して検討を行った。
【００１３】
図８は、本発明に先立ったＲＦ電力増幅器の研究・開発で本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【００１４】
図８に示すＲＦ電力増幅器は、無線ＬＡＮシステムにおいて、変調された無線周波信号(ＲＦ信号)をアクセスポイントあるいは無線ＬＡＮシステムを搭載している他のパーソナルコンピュータ等に送信するための送信部の最終段に使用されるものであり、ＲＦ入力信号の周波数は５ＧＨｚ帯で、電源電圧は３．３Ｖボルトである。
【００１５】
図８に示すＲＦ電力増幅器は、ＲＦ信号入力端子１、ＲＦ信号出力端子２、電源端子３、基準電圧端子４、増幅トランジスタ５、接地容量６、７、電流調整用抵抗８、入力整合回路２０、出力整合回路３０、バイアス回路４０、バイアス用抵抗９、バイアス用インダクタ１０を具備している。
【００１６】
増幅トランジスタ５のエミッタは接地され、ベースは入力整合回路２０を介してＲＦ信号入力端子１に接続されるとともにバイアス用インダクタ１０とバイアス用抵抗９とを介しバイアス回路４０に接続され、コレクタは出力整合回路３０を介してＲＦ信号出力端子２と電源端子３に接続されている。更に、ＲＦ電力増幅器の半導体集積回路チップ５０には、増幅トランジスタ５、バイアス回路４０、バイアス用抵抗９、バイアス用インダクタ１０が集積化されている。
【００１７】
更に、バイアス回路４０は、バイアストランジスタ４１、４２とエミッタホロワ・トランジスタ４３と、電流調整用抵抗４４と接地容量４５とを含んでいる。エミッタ接地のバイアストランジスタ４１のベースはバイアストランジスタ４２のエミッタに接続されて、コレクタはバイアストランジスタ４２のベースに接続されるとともに電流調整用抵抗４４、８を介して基準電圧端子４に接続されている。電流調整用抵抗４４、８の接続点は、エミッタホロワ・トランジスタ４３のベースに接続されるとともに、接地容量４５を介して接地電位に接続されている。更に、バイアストランジスタ４２のコレクタとエミッタホロワ・トランジスタ４３のコレクタとは電源端子３に接続され、エミッタホロワ・トランジスタ４３のエミッタがバイアス用抵抗９とバイアス用インダクタ１０とを介して増幅トランジスタ５のベースに接続され、増幅トランジスタ５のベースにバイアス電流が供給される。
【００１８】
また、入力整合回路２０は容量２１、２２とインダクタ２３とを有することによって、増幅トランジスタ５のベースとＲＦ信号源インピーダンスとの間のインピーダンス整合が得られるものである。出力整合回路３０はインダクタ３１、３３と容量３２とを有することによって、増幅トランジスタ５のコレクタと負荷インピーダンスとの間のインピーダンス整合が得られる。また出力整合回路３０は、電源端子３の電源電圧を増幅トランジスタ５のコレクタに供給する機能を有している。
【００１９】
以上説明したＲＦ電力増幅器は、ＲＦ信号入力端子１に入力された５ＧＨｚ帯のＲＦ信号を増幅トランジスタ５によって増幅して、ＲＦ信号出力端子２に出力する。増幅動作の間に、バイアス回路４０ではバイアストランジスタ４１、４２とエミッタホロワ・トランジスタ４３、増幅トランジスタ５がカレントミラー回路の形態で接続されているので、温度変化によるエミッタホロワ・トランジスタ４３と増幅トランジスタ５とのベース・エミッタ間電圧ＶＢＥの変化がバイアストランジスタ４１、４２のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥの変化によって補償されるものである。
【００２０】
また、増幅トランジスタ５に流れるコレクタ電流は電流調整用抵抗８、４４の値によって調整可能であり、バイアス回路４０の出力インピーダンスの影響による利得の増幅トランジスタ５の低下を抑制するために、増幅トランジスタ５のベースとバイアス回路４０との間にはバイアス用抵抗９とバイアス用インダクタ１０とが直列に接続されている。
【００２１】
以上のように、バイアストランジスタ４１、４２とエミッタホロワ・トランジスタ４３、増幅トランジスタ５がカレントミラー回路の形態で接続されたバイアス回路４０において、エミッタホロワ・トランジスタ４３のベースが接地容量４５を介して接地電位に接続することによって、ＲＦ電力増幅器の高出力時のバイアス回路４０のドライブ能力の不足が解消されることができる。
【００２２】
ここで、上述のエミッタホロワ・トランジスタ４３のベースを容量４５で接地することによってバイアス回路４０のドライブ能力が向上され出力パワーが向上する動作について、以下説明する。
【００２３】
図８に示したＲＦ電力増幅器では、増幅トランジスタ５のベース・エミッタ間ＰＮ接合がダイオードとしてオン動作するような振幅レベルが約０．７ボルト以上の強入力のＲＦ入力信号が供給された場合には、ＲＦ入力信号の正振幅によって増幅トランジスタ５のベース・エミッタ間ＰＮ接合のダイオードは順方向にバイアスされる。従って、約０．７ボルト以上の正振幅により増幅トランジスタ５のベースに高周波電流が流入するので、正振幅では増幅トランジスタ５のベース電圧振幅波形がクランプされる。これに対して、負振幅の場合は増幅トランジスタ５のベース・エミッタ間ＰＮ接合のダイオードは逆方向となるため、高周波電流は増幅トランジスタ５のベースに流入せず、増幅トランジスタ５のベースには負振幅のベース電圧振幅波形がそのまま印加される。従って、増幅トランジスタ５のベース電圧は正振幅の印加時にクランプされることで平均的なベース電位が低下するので、バイアス回路から大きなバイアス電流が流入して、コレクタ電流が増加して、強入力時の出力電力が飽和しないような動作が可能となる。しかし、実際にはバイアス用抵抗９による電圧降下によって強入力時には増幅トランジスタ５のベースに流入するバイアス電流が不足するため、十分な出力パワーが得られないと言う問題がある。
【００２４】
この問題を解決するめために、図８に示したＲＦ電力増幅器では、エミッタホロワ・トランジスタ４３のベースは接地容量４５を介して接地電位に接続されるものである。それによって、強入力時のＲＦ入力信号がバイアス用抵抗９とバイアス用インダクタ１０を介してエミッタホロワ・トランジスタ４３のエミッタに流れる際に、トランジスタ４３のベース・エミッタ接合間ＰＮ接合のダイオードと接地容量４５と接地電位の電流経路に高周波電流が流れるものである。その結果、増幅トランジスタ５のベース・エミッタ間電圧の低下は、エミッタフロワ・トランジスタ４３のエミッタの電位の上昇により打ち消されることが可能となる。このようにして、強入力時のバイアス回路４０のドライブ能力の不足による出力電力の低下を改善することが可能となる。従って、エミッタホロワ・トランジスタ４３のベースに接続される接地容量４５の容量値を大きく設定すると強入力時の出力電力の低下を改善傾向が強調されて、逆に接地容量４５の容量値を小さく設定すると改善傾向は小さくなる。図８に示したＲＦ電力増幅器では５ＧＨｚの周波数帯域に使用される際には、エミッタホロワ・トランジスタ４３のベースの接地容量４５には１ｐＦ程度の容量値が使用される。
【００２５】
以上説明したように、図８に示したＲＦ電力増幅器では、高出力時にバイアス回路のドライブ能力が不足しないように、エミッタホロワ・トランジスタ４３のベースが接地容量４５を介して接地電位に接続されたものである。
【００２６】
しかし、本発明者等が図８に示したＲＦ電力増幅器に関して詳細な検討を行ったところ、以下の如き問題が明らかとされた。
【００２７】
それは、接地容量４５の容量値が大きくなり過ぎると、強入力時での増幅トランジスタ５のベース電位の低下に対してエミッタホロワ・トランジスタ４３のエミッタ電位の上昇比率が過大となり、ＲＦ電力増幅器の増幅トランジスタのコレクタ電流が必要以上に増加すると言うものである。従って、ＲＦ入力信号の入力レベルの増大に応答して、ＲＦ電力増幅器の利得が飽和領域の付近まで増加してから低下するものとなる。従って、ＲＦ電力増幅器が飽和することによって歪特性が劣化する以前に、飽和領域の付近での過度な利得の上昇によって歪特性が劣化してしまうと言う問題が明らかとされた。また更に、エミッタホロワ・トランジスタ４３のベースの接地容量４５の容量値には最適値が存在するので、強入力時での出力電力の低下の改善には限界があると言う問題が、本発明者等による検討によって明らかとされた。従って、無線ＬＡＮ等に使用される直交周波数分割多重方式(ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調信号のように高い線型性能が要求される場合には、十分な出力パワーが得られないと言う問題が明らかとされた。
【００２８】
更に、エミッタホロワ・トランジスタ４３のベースが接地容量４５を介して接地電位に接続されたことによって、強入力時で増幅トランジスタ５のコレクタ電流が過大に増加するため高出力時でのＲＦ電力増幅器の効率が低下すると言う問題が明らかとされた。
【００２９】
また更に、ＲＦ電力増幅器は、一般的に接続段数が２段以上の多段増幅回路により構成されることが多い。しかし、図８に示したＲＦ電力増幅器を使用して多段増幅回路を構成する場合には、接続段数だけバイアス回路も必要となるので多段増幅回路により構成されるＲＦ電力増幅器を半導体集積回路に集積化する場合、集積回路チップ面積が増大すると言う問題が明らかとされた。
【００３０】
本発明は上記の如き本発明に先立った本発明者等による検討を基礎にしてなされたものであり、その目的とするところは、多段増幅回路の線型性能および効率を改善することにある。
【００３１】
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】
【００３２】
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。
【００３３】
すなわち、本発明の代表的な実施の形態は、少なくとも前段の増幅回路(２０１)と後段の増幅回路(２０２)とを具備する多段増幅回路である(図２参照)。
【００３４】
前記前段の増幅回路(２０１)の入力端子(１)に入力信号(Ｐｉｎ)が供給可能とされ、前記前段の増幅回路(２０１)の出力の増幅信号は前記後段の増幅回路(２０２)の入力端子に供給されることによって前記後段の増幅回路(２０２)の出力から出力信号(Ｐｏｕｔ)が生成可能とされている。
【００３５】
前記前段の増幅回路(２０１)の前記入力端子(１)に所定の入力レベルの前記入力信号(Ｐｉｎ)が供給されることに応答して、前記後段の増幅回路(２０２)の後段利得(Ｇａｉｎ２)は低下するのに対して前記前段の増幅回路(２０１)の前段利得(Ｇａｉｎ１)は増加するように前記前段の増幅回路(２０１)の前段特性(２０３)と前記後段の増幅回路(２０２)の後段特性(２０４)とが設定されたことを特徴とする(図１、図２参照)。
【発明の効果】
【００３６】
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。
【００３７】
すなわち、多段増幅回路の線型性能および効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路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のＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路の動作を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路の構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路の構成を示す図である。
【図５】図５は、図１に示した本発明の実施の形態１のＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路と図８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ＲＦ電力増幅器を多段接続した場合でのＲＦ信号入力端子１に供給されるＲＦ入力信号Ｐｉｎの信号レベルの変化に対する利得の変化を示すものである。
【図６】図６は、図５で説明した図１に示す本発明の実施の形態１の２段増幅回路を３段増幅回路に発展して構成したＲＦ電力増幅器を使用した場合の特性Ｌ１と図８のＲＦ電力増幅器を３段接続して各段の接地容量４５の容量値を比較的大きな値に設定した場合の特性Ｌ３との性能指数を比較して説明する図である。
【図７】図７は、上述した図１から図４までの本発明のいずれかの実施の形態によるＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路を使用した５．２ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮシステムの送受信機の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明に先立ったＲＦ電力増幅器の研究・開発で本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
１．実施の形態の概要
先ず、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。
【００４０】
〔１〕本発明の代表的な実施の形態は、少なくとも前段の増幅回路(２０１)と後段の増幅回路(２０２)とを具備する多段増幅回路である(図２参照)。
【００４１】
前記前段の増幅回路(２０１)の入力端子(１)に入力信号(Ｐｉｎ)が供給可能とされ、前記前段の増幅回路(２０１)の出力の増幅信号は前記後段の増幅回路(２０２)の入力端子に供給されることによって前記後段の増幅回路(２０２)の出力から出力信号(Ｐｏｕｔ)が生成可能とされている。
【００４２】
前記前段の増幅回路(２０１)の前記入力端子(１)に所定の入力レベルの前記入力信号(Ｐｉｎ)が供給されることに応答して、前記後段の増幅回路(２０２)の後段利得(Ｇａｉｎ２)は低下するのに対して前記前段の増幅回路(２０１)の前段利得(Ｇａｉｎ１)は増加するように前記前段の増幅回路(２０１)の前段特性(２０３)と前記後段の増幅回路(２０２)の後段特性(２０４)とが設定されたことを特徴とする(図１、図２参照)。
【００４３】
前記実施の形態によれば、多段増幅回路の線型性能および効率を改善することが可能さなる。
【００４４】
好適な実施の形態は、前記前段の増幅回路(２０１)の前記入力端子(１)に前記所定の入力レベルの前記入力信号(Ｐｉｎ)が供給される際に前記後段の増幅回路(２０２)の前記後段利得(Ｇａｉｎ２)の低下が前記前段の増幅回路(２０１)の前段利得(Ｇａｉｎ１)の増加によって補償されるように、前記前段の増幅回路(２０１)の前記前段特性(２０３)に対しての前記後段の増幅回路(２０２)の前記後段特性(２０４)が設定されたことを特徴とする(図２参照)。
【００４５】
他の好適な実施の形態は、前記前段の増幅回路(２０１)は、エミッタ接地の前段増幅トランジスタ(５)と、前記前段増幅トランジスタ(５)のベースにエミッタが接続された前段エミッタホロワ・トランジスタ(４３)と、前記前段エミッタホロワ・トランジスタ(４３)のベースと接地電位の間に接続された前段接地容量(４５)とを含むものである。
【００４６】
前記後段の増幅回路(２０２)は、エミッタ接地の後段増幅トランジスタ(１０１)と、前記後段増幅トランジスタ(１０１)のベースにエミッタが接続された後段エミッタホロワ・トランジスタ(１４３)と、前記後段エミッタホロワ・トランジスタ(１４３)のベースと接地電位の間に接続された後段接地容量(１４５)とを含むものである。
【００４７】
前記前段の増幅回路(２０１)の前記入力端子(１)に前記所定の入力レベルの前記入力信号(Ｐｉｎ)が供給される際に前記後段の増幅回路(２０２)の前記後段利得(Ｇａｉｎ２)の低下が前記前段の増幅回路(２０１)の前段利得(Ｇａｉｎ１)の増加によって補償されるように、前記前段の増幅回路(２０１)の前記前段接地容量(４５)と前記後段の増幅回路(２０２)の前記後段接地容量(１４５)は相互に異なる容量値にそれぞれ設定されたことを特徴とする(図１参照)。
【００４８】
より好適な実施の形態は、前記後段の増幅回路(２０２)の前記後段接地容量(１４５)は比較的小さな容量値に設定される一方、前記前段の増幅回路(２０１)の前記前段接地容量(４５)は比較的大きな容量値に設定されたことを特徴とする(図１参照)。
【００４９】
他のより好適な実施の形態は、前記前段の増幅回路(２０１)の前記前段増幅トランジスタ(５)のトランジスタサイズよりも前記後段の増幅回路(２０２)の前記後段増幅トランジスタ(１０１)のトランジスタサイズが大きく設定されたことを特徴とする(図１参照)。
【００５０】
別の好適な実施の形態は、前記前段の増幅回路(２０１)の前記前段エミッタホロワ・トランジスタ(４３)の前記ベースと前記接地電位との間には、直列接続の２個のＰＮ接合を含む前段バイアストランジスタ(４１、４２；３０１、３０２)が接続されている。
【００５１】
前記後段の増幅回路(２０２)の前記後段エミッタホロワ・トランジスタ(１４３)の前記ベースと前記接地電位との間には、直列接続の２個のＰＮ接合を含む後段バイアストランジスタ(１４１、１４２；３０３、３０４)が接続されていることを特徴とする(図１、図３、図４参照)。
【００５２】
更に別の好適な実施の形態は、前記前段の増幅回路(２０１)の前記前段エミッタホロワ・トランジスタ(４３)の前記エミッタと前記前段増幅トランジスタ(５)の前記ベースとの間には、直列接続の前段バイアス用抵抗(９)と前段バイアス用インダクタ(１０)とが接続される。
【００５３】
前記後段の増幅回路(２０２)の前記後段エミッタホロワ・トランジスタ(１４３)の前記前記エミッタと前記後段増幅トランジスタ(１０１)の前記ベースとの間には、直列接続の後段バイアス用抵抗(１０９)と後段バイアス用インダクタ(１１０)とが接続される(図１、図３、図４参照)。
【００５４】
異なった好適な実施の形態による多段増幅回路は、共通バイアス回路(４１、４２、４４)を更に具備する。
【００５５】
前記前段の増幅回路(２０１)は前段ローパスフィルタ(４０１、４０３)を含み、前記後段の増幅回路(２０２)は後段ローパスフィルタ(４０２、４０４)を含む。
【００５６】
前記前段エミッタホロワ・トランジスタ(４３)の前記ベースは前記前段ローパスフィルタ(４０１、４０３)を介して前記共通バイアス回路(４１、４２、４４)によってバイアスされ、前記後段エミッタホロワ・トランジスタ(１４３)の前記ベースは前記後段ローパスフィルタ(４０２、４０４)を介して前記共通バイアス回路(４１、４２、４４)によってバイアスされる。
【００５７】
前記前段接地容量(４０３)と前記後段接地容量(４０４)とは、前記前段ローパスフィルタ(４０１、４０３)と前記後段ローパスフィルタ(４０２、４０４)とにそれぞれ含まれたことを特徴とする(図４参照)。
【００５８】
具体的な一つの実施の形態による多段増幅回路は、中間段の増幅回路を更に具備する。
【００５９】
前記前段の増幅回路(２０１)の前記出力の前記増幅信号は前記中間段の増幅回路を介して前記後段の増幅回路(２０２)の前記入力端子に供給されることを特徴とする。
【００６０】
他の具体的な一つの実施の形態は、前記前段の増幅回路(２０１)の前記前段増幅トランジスタ(５)と前記前段エミッタホロワ・トランジスタ(４３)および前記後段の増幅回路(２０２)の前記後段増幅トランジスタ(１０１)と前記後段エミッタホロワ・トランジスタ(１４３)は半導体集積回路チップ(５０)に集積化されていることを特徴とする(図１、図３、図４参照)。
【００６１】
最も具体的な一つの実施の形態は、前記前段の増幅回路(２０１)の前記前段増幅トランジスタ(５)と前記前段エミッタホロワ・トランジスタ(４３)および前記後段の増幅回路(２０２)の前記後段増幅トランジスタ(１０１)と前記後段エミッタホロワ・トランジスタ(１４３)は前記半導体集積回路チップ(５０)に集積化されたＮＰＮ型のシリコン・ゲルマニュウム・ヘテロ・バイポーラ・トランジスタ(ＳｉＧｅ・ＨＢＴ)であることを特徴とする(図１、図３、図４参照)。
【００６２】
最も具体的な他の一つの実施の形態は、前記前段の増幅回路(２０１)の前記前段増幅トランジスタ(５)と前記前段エミッタホロワ・トランジスタ(４３)および前記後段の増幅回路(２０２)の前記後段増幅トランジスタ(１０１)と前記後段エミッタホロワ・トランジスタ(１４３)は前記半導体集積回路チップ(５０)に集積化されたＮＰＮ型の化合物半導体によるヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする。
【００６３】
〔２〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態は、ベースバンド信号処理ユニット(７０８)、変調部(７１２)、局部発振器(７１０)、ＰＬＬ回路(７１１)、ＲＦ電力増幅器(７１５)を具備する送信機である(図７参照)。
【００６４】
前記ＲＦ電力増幅器(７１５)は、前記本発明の代表的な実施の形態〔１〕に規定された前記前段の増幅回路(２０１)と前記後段の増幅回路(２０２)とを含む前記多段増幅回路によって構成されたことを特徴とするものである(図２参照)。
【００６５】
〔３〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態は、低雑音増幅回路(７０３)、受信ミクサ(７０５)、復調部(７０７)、ベースバンド信号処理ユニット(７０８)、変調部(７１２)、局部発振器(７１０)、ＰＬＬ回路(７１１)、ＲＦ電力増幅器(７１５)を具備する送受信機である(図７参照)。
【００６６】
前記ＲＦ電力増幅器(７１５)は、前記本発明の代表的な実施の形態〔１〕に規定された前記前段の増幅回路(２０１)と前記後段の増幅回路(２０２)とを含む前記多段増幅回路によって構成されたことを特徴とするものである(図２参照)。
【００６７】
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。
【００６８】
［実施の形態１］
《ＲＦ電力増幅器の構成》
図１は、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路の構成を示す図である。
【００６９】
図１に示す本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器は、図８に示したＲＦ電力増幅器に含まれる増幅トランジスタ５、バイアストランジスタ４１、４２、エミッタホロワ・トランジスタ４３、電流調整用抵抗４４、接地容量４５、バイアス用抵抗９、バイアス用インダクタ１０によって構成された前段の増幅回路を含んでいる。尚、この前段の増幅回路の増幅トランジスタ５のコレクタは、負荷インダクタ１０２を介して電源端子３に接続される一方、結合容量１０４を介して後段の増幅回路の入力端子に接続されている。また、この前段の増幅回路の増幅トランジスタ５のベースには、容量２１、２２とインダクタ２３とを有する入力整合回路２０を介してＲＦ信号入力端子１が接続されている。
【００７０】
更に、図１に示す本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器は、増幅トランジスタ１０１、バイアストランジスタ１４１、１４２、エミッタホロワ・トランジスタ１４３、電流調整用抵抗１４４、接地容量１４５、バイアス用抵抗１０９、バイアス用インダクタ１１０によって構成された後段の増幅回路を含んでいる。尚、この後段の増幅回路の増幅トランジスタ１０１のコレクタは、インダクタ３１、３３と容量３２とを有する出力整合回路３０を介してＲＦ信号出力端子２と電源端子３とに接続されている。
【００７１】
また、図１に示す本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器では、前段の増幅回路と後段の増幅回路とは半導体集積回路チップ５０に集積化されている。また前段の増幅回路のバイアストランジスタ４１、４２、エミッタホロワ・トランジスタ４３、電流調整用抵抗４４、接地容量４５は、半導体集積回路チップ５０の外部の電流調整用抵抗８を介して基準電圧端子４に接続され、後段の増幅回路のバイアストランジスタ１４１、１４２、エミッタホロワ・トランジスタ１４３、電流調整用抵抗１４４、接地容量１４５は、半導体集積回路チップ５０の外部の電流調整用抵抗１０３を介して基準電圧端子４に接続されている。
【００７２】
更に、図１に示す本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器では、前段の増幅回路に含まれる増幅トランジスタ５、バイアストランジスタ４１、４２、エミッタホロワ・トランジスタ４３、電流調整用抵抗４４、接地容量４５、バイアス用抵抗９、バイアス用インダクタ１０の各素子は、図８に示したＲＦ電力増幅器と同様に相互に接続されている。
【００７３】
また図１に示す本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器では、後段の増幅回路に含まれる増幅トランジスタ１０１、バイアストランジスタ１４１、１４２、エミッタホロワ・トランジスタ１４３、電流調整用抵抗１４４、接地容量１４５の各素子は、下記のように相互に接続される。
【００７４】
すなわち、エミッタ接地のバイアストランジスタ１４１のベースはバイアストランジスタ１４２のエミッタに接続されて、コレクタはバイアストランジスタ１４２のベースに接続されるとともに電流調整用抵抗１４４、１０３を介して基準電圧端子４に接続されている。電流調整用抵抗１４４、１０３の接続点は、エミッタホロワ・トランジスタ１４３のベースに接続されるとともに、接地容量１４５を介して接地電位に接続されている。更に、バイアストランジスタ１４２のコレクタとエミッタホロワ・トランジスタ１４３のコレクタとは電源端子３に接続され、エミッタホロワ・トランジスタ１４３のエミッタがバイアス用抵抗１０９とバイアス用インダクタ１１０とを介して増幅トランジスタ１０１のベースに接続されて、増幅トランジスタ１０１のベースにバイアス電流が供給される。
【００７５】
更に、図１の半導体集積回路チップ５０では前段の増幅回路のトランジスタ５、４１、４２、４３と後段の増幅回路のトランジスタ１０１、１４１、１４２、１４３とは、モノリシック集積回路のシリコン半導体チップ５０中に形成されたＮＰＮ型のシリコン・ゲルマニュウム・ヘテロ・バイポーラ・トランジスタ(ＳｉＧｅ・ＨＢＴ)である。
【００７６】
ＳｉＧｅ・ＨＢＴは、エミッタ・コレクタにワイドバンドギャップのシリコンを使用する一方、ベースにナローバンドギャップのシリコン・ゲルマニュウムを使用することで、エミッタ・ベース接合をヘテロ接合として高周波特性を改善したバイポーラトランジスタである。従って、ＳｉＧｅ・ＨＢＴを使用することによって、無線ＬＡＮシステムに使用されるモノリシック集積回路を高価な化合物半導体プロセスを使用することなく安価なシリコン半導体プロセスで製造することが可能となる。
【００７７】
また、図１の半導体集積回路チップ５０の容量素子４５、１４５、１０４は、金属・絶縁膜・金属(ＭＩＭ：Metal-Insulator-Metal)の積層構造によって集積化されたものである。更に、図１の半導体集積回路チップ５０のインダクタ１０、１０２、１１０はオンチップのスパイラル・インダクタであり、図１の半導体集積回路チップ５０の抵抗素子９、１０９、４４、１４４はオンチップの拡散抵抗やメサ抵抗や高抵抗薄膜抵抗のいずれかで形成される。
【００７８】
図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器では、ＲＦ信号入力端子１から供給されたＲＦ入力信号は、入力整合回路２０を介して前段の増幅回路の増幅トランジスタ５によって増幅される。前段の増幅回路の増幅トランジスタ５のＲＦ増幅信号は結合容量１０４を介して後段の増幅回路の増幅トランジスタ１０１によって増幅され、後段の増幅回路の増幅トランジスタ１０１のＲＦ増幅信号は出力整合回路３０を介してＲＦ信号出力端子２から出力される。
【００７９】
後段の増幅回路の増幅トランジスタ１０１には前段の増幅回路の増幅トランジスタ５によって増幅されたＲＦ増幅信号が供給されるため、前段と後段とにＲＦ入力信号のレベル差が発生している。従って、後段の増幅回路の増幅トランジスタ１０１のトランジスタサイズは、前段の増幅回路の増幅トランジスタ５のそれに比較して２倍から３倍の程度のサイズレシオに設定されている。尚、トランジスタサイズレシオは、エミッタ面積のレシオで決定される。
【００８０】
このように後段の増幅回路の増幅トランジスタ１０１のトランジスタサイズが前段の増幅回路の増幅トランジスタ５よりも大きなサイズに設定されているので、後段の増幅回路の接地容量１４５の容量値は過度の値に設定されるのではなく最適値に設定され、後段の増幅回路で大きなサイズの増幅トランジスタ１０１に必要以上に大きなコレクタ電流が流入して効率が著しく低下することが回避される。しかし、そのために、強入力時のＲＦ入力信号の供給時に増幅トランジスタ１０１のベース電位の低下に対してエミッタホロワ・トランジスタ１４３のエミッタ電位の上昇比率が不足して、後段の増幅回路の利得が低下するものとなる。
【００８１】
一方、前段の増幅回路の増幅トランジスタ５のトランジスタサイズは後段の増幅回路の増幅トランジスタ１０１よりも小さなサイズに設定されているので、前段の増幅回路の接地容量４５の容量値は比較的大きな値に設定され、前段の増幅回路で小さなサイズの増幅トランジスタ５に流入する小さなコレクタ電流を増加することができる。従って、強入力時のＲＦ入力信号の供給時に増幅トランジスタ５のベース電位の低下に対してエミッタホロワ・トランジスタ４３のエミッタ電位の上昇比率が上回って、前段の増幅回路の利得が増加して後段の増幅回路の利得の低下が補償されるものとなる。
【００８２】
《ＲＦ電力増幅器の動作》
図２は、図１に示した本発明の実施の形態１のＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路の動作を説明する図である。
【００８３】
図２には、図１のＲＦ電力増幅器を構成する前段の増幅回路２０１と後段の増幅回路２０２の従属接続が、まず示されている。図２には、更にＲＦ信号入力端子１のＲＦ入力信号Ｐｉｎの入力レベルに依存する前段の増幅回路２０１の利得Ｇａｉｎ１の特性２０３と後段の増幅回路２０２の利得Ｇａｉｎ２の特性２０４とＲＦ電力増幅器のトータル利得Ｇａｉｎ＿Ｔｏｔａｌの特性２０５とが示されている。
【００８４】
上述したようにＲＦ信号入力端子１に供給されるＲＦ入力信号Ｐｉｎが強入力の状態となると、比較的小さな容量値の接地容量１４５が接続された後段の増幅回路の利得Ｇａｉｎ２は図２の特性２０４に示すように低下する。一方、このＲＦ入力信号Ｐｉｎが強入力の状態で、比較的大きな容量値の接地容量４５が接続された前段の増幅回路の利得Ｇａｉｎ１は図２の特性２０３に示すように増加している。その結果、強入力の状態で後段の増幅回路の利得Ｇａｉｎ２の低下が前段の増幅回路の利得Ｇａｉｎ１の増加により補償され、ＲＦ電力増幅器のトータル利得Ｇａｉｎ＿Ｔｏｔａｌは特性２０５に示すように線型性が著しく改善され、ＲＦ信号出力端子２から高出力レベルかつ高効率のＲＦ出力信号Ｐｏｕｔで生成できるものとなる。
【００８５】
このように、前段の増幅回路の小さなサイズの増幅トランジスタ５のコレクタ電流は、後段の増幅回路の大きなサイズの増幅トランジスタ１０１のコレクタ電流の２分の１〜３分の１程度の小さい値となっている。従って、接地容量１４５によって後段の増幅回路の大きなサイズの増幅トランジスタ１０１のコレクタ電流を調整するよりも、接地容量４５によって前段の増幅回路の小さなサイズの増幅トランジスタ５のコレクタ電流を調整した方が、効率的となる。
【００８６】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路の構成を示す図である。
【００８７】
図３に示す本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器が図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器と相違するのは、図１のＲＦ電力増幅器のバイアストランジスタ４１、４２およびバイアストランジスタ１４１、１４２が図３のＲＦ電力増幅器の直列接続のダイオード接続バイアストランジスタ３０１、３０２および直列接続のダイオード接続バイアストランジスタ３０３、３０４に置換されていることである。
【００８８】
すなわち、図３に示す本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器で、エミッタ接地のベースとコレクタが共通にダイオード接続されたバイアストランジスタ３０２のコレクタは、ベースとコレクタが共通にダイオード接続された接続されたバイアストランジスタ３０１のエミッタと直列接続され、ダイオード接続バイアストランジスタ３０１のコレクタは電流調整用抵抗４４、８を介して基準電圧端子４に接続される。同様に、エミッタ接地のベースとコレクタが共通にダイオード接続されたバイアストランジスタ３０４のコレクタは、ベースとコレクタが共通にダイオード接続された接続されたバイアストランジスタ３０３のエミッタと直列接続され、ダイオード接続バイアストランジスタ３０３のコレクタは電流調整用抵抗１４４、１０３を介して基準電圧端子４に接続に接続される。
【００８９】
図３に示す本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器で、ダイオード接続バイアストランジスタ３０１、３０２とダイオード接続バイアストランジスタ３０３、３０４とは、ベースとコレクタが共通にダイオード接続されたトランジスタのベース・エミッタ間ＰＮ接合ダイオードを２個直列接続されたものである。この２個直列接続のダイオード接続トランジスタのベース・エミッタ間ＰＮ接合ダイオードは、直列接続されたエミッタホロワ・トランジスタ４３、１４３のベース・エミッタ間ＰＮ接合と増幅トランジスタ５、１０１のベース・エミッタ間ＰＮ接合とを適切にバイアスするものである。
【００９０】
図３に示した本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器では、２個直列接続のダイオード接続バイアストランジスタ３０１、３０２とダイオード接続バイアストランジスタ３０３、３０４とは、半導体集積回路チップ５０のバイアス回路を簡略化できる。そのため、半導体集積回路チップ５０のチップ・サイズを縮小でき、低コストの半導体集積回路チップ５０を提供することが可能となる。
【００９１】
［実施の形態３］
図４は、本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路の構成を示す図である。
【００９２】
図４に示す本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器が図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器と相違するのは、図４に示した本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器の前段の増幅回路のエミッタホロワ・トランジスタ４３のベースと後段の増幅回路のエミッタホロワ・トランジスタ１４３のベースとがエミッタホロワ・トランジスタ４３、電流調整用抵抗４４、接地容量４５、電流調整用抵抗８によって構成された共通のバイアス回路によりバイアスされることである。尚、共通のバイアス回路と前段の増幅回路のエミッタホロワ・トランジスタ４３のベースとの間には抵抗４０１と接地容量４０３とからなるローパスフィルタが接続され、共通のバイアス回路と後段の増幅回路のエミッタホロワ・トランジスタ１４３のベースとの間には抵抗４０２と接地容量４０４とからなるローパスフィルタが接続されている。
【００９３】
従って、図４に示すＲＦ電力増幅器では、前段の増幅回路のエミッタホロワ・トランジスタ４３のベースに接続されたローパスフィルタの接地容量４０３は図１に示すＲＦ電力増幅器の前段の増幅回路のエミッタホロワ・トランジスタ４３のベースに接続された接地容量４５と同一の機能を持ち、後段の増幅回路のエミッタホロワ・トランジスタ１４３のベースに接続されたローパスフィルタの接地容量４０４は図１に示したＲＦ電力増幅器の後段の増幅回路のエミッタホロワ・トランジスタ１４３のベースに接続された接地容量１４５と同一の機能を持つものである。従って、図４に示したＲＦ電力増幅器では、前段のエミッタホロワ・トランジスタ４３のベースに接続された接地容量４０３の容量値は、後段のエミッタホロワ・トランジスタ１４３のベースに接続された接地容量４０４の容量値よりも大きな値に設定されることが望ましい。
【００９４】
更に図４に示したＲＦ電力増幅器に配置された２個のローパスフィルタは、共通のバイアス回路を介しての前段の増幅回路の増幅トランジスタ５のベースと後段の増幅回路の増幅トランジスタ１０１のベースとの間の不所望な干渉を低減することも可能である。
【００９５】
図４に示した本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器では、前段の増幅回路と後段の増幅回路でバイアス回路が共通化されることができる。そのため、半導体集積回路チップ５０のチップ・サイズを縮小でき、低コストの半導体集積回路チップ５０を提供することが可能となる。
【００９６】
［実施の形態の効果］
図５は、図１に示した本発明の実施の形態１のＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路と図８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ＲＦ電力増幅器を多段接続した場合でのＲＦ信号入力端子１に供給されるＲＦ入力信号Ｐｉｎの信号レベルの変化に対する利得の変化を示すものである。
【００９７】
図５は、周波数帯域が５．２ＧＨｚの無線ＬＡＮ端末システムの送信部のＲＦ電力増幅器での実験結果を示すものであり、図５の横軸はＲＦ信号入力端子１に供給されるＲＦ入力信号Ｐｉｎの信号レベル、図５の縦軸は利得Ｇａｉｎである。尚、実験は、図８のＲＦ電力増幅器を前段の増幅回路と中間段の増幅回路と後段の増幅回路との３段に接続して実験が行われたものである。
【００９８】
図５の特性Ｌ２は図８のＲＦ電力増幅器を３段接続して各段の接地容量４５の容量値を比較的大きな値に設定した場合の特性であり、図５の特性Ｌ３は図８のＲＦ電力増幅器を３段接続して各段の接地容量４５の容量値を比較的小さな値に設定した場合の特性である。図５の特性Ｌ２はＲＦ入力信号Ｐｉｎの信号レベルの増大により一度利得Ｇａｉｎが上昇してから利得Ｇａｉｎが低下する傾向を持つものであり、図５の特性Ｌ３はＲＦ入力信号Ｐｉｎの信号レベルの増大により直ちに利得Ｇａｉｎが低下する傾向を持つものである。
【００９９】
図５の特性Ｌ１は図１に示した本発明の実施の形態１による前段の増幅回路と後段の増幅回路の２段増幅回路を前段の増幅回路と中間段の増幅回路と後段の増幅回路との３段増幅回路に発展して構成したＲＦ電力増幅器を使用した場合の特性であって、ＲＦ入力信号Ｐｉｎの信号レベルの増大によっても利得Ｇａｉｎの低下が緩和され、線型性能が著しく改善されていることが理解される。
【０１００】
図６は、図５で説明した図１に示す本発明の実施の形態１の２段増幅回路を３段増幅回路に発展して構成したＲＦ電力増幅器を使用した場合の特性Ｌ１と図８のＲＦ電力増幅器を３段接続して各段の接地容量４５の容量値を比較的大きな値に設定した場合の特性Ｌ３との性能指数を比較して説明する図である。
【０１０１】
図６に示された指数Ｐ１ｄＢは、ＲＦ入力信号Ｐｉｎが強入力時に増幅回路の利得が１ｄＢ低下した際の出力レベルであって増幅回路の線形性を示す指標である。図６に示すように、図５にて説明した特性Ｌ１と特性Ｌ３とで最終段の指数Ｐ１ｄＢが２２．８ｄＢｍと同一の値となっているが、３段増幅回路の指数Ｐ１ｄＢとなると図５の特性Ｌ１では２２．８ｄＢｍまで向上するのに対して、図５の特性Ｌ３では、１７．６ｄＢｍ程度しか向上していないことが理解される。更に、効率Ｅｆｆに関しても図５の特性Ｌ１では１２．７％の比較的高い効率が得られるのに対して、図５の特性Ｌ３では１１．２％の低い効率しか得られていないことが理解される。
【０１０２】
［無線ＬＡＮシステムの送受信機］
図７は、上述した図１から図４までの本発明のいずれかの実施の形態によるＲＦ電力増幅器としての多段増幅回路を使用した５．２ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮシステムの送受信機の構成を示すブロック図である。
【０１０３】
この送受信機(トランスミッター)は、送受信兼用アンテナ７０１、切換回路７０２、低雑音増幅回路７０３、バンドパスフィルタ７０４、７０６、７１４、７１７、ミクサ回路７０５、７１３、直交信号復調部７０７、ベースバンド信号処理ユニット７０８(制御部７０９を内蔵)、局部発振器７１０、ＰＬＬ回路７１１、直交信号変調部７１２、ＲＦ電力増幅器７１５により構成されるものある。また、図７では、ＲＦ電力増幅器７１５には、上述した図１から図４までの本発明のいずれかの実施の形態による電力増幅器しての多段増幅回路を使用している。
【０１０４】
図７の無線ＬＡＮ端末における送受信について、まず無線ＬＡＮのアクセスポイントあるいは他の無線端末を搭載したパーソナルコンピュータより送信された５．２ＧＨｚ帯のＲＦ信号を受信する場合について説明する。
【０１０５】
図７において、ベースバンド信号処理ユニット７０８の制御部７０９は切換回路７０２を受信側に切り換えるとともに、送信部をオフ状態とし、受信部をオン状態とする。
【０１０６】
そして、アクセスポイントあるいは他のパーソナルコンピュータから送信されたＲＦ信号は送受信兼用アンテナ７０１より受信され、切換回路７０２を介して、低雑音増幅回路７０３に入力される。入力されたＲＦ信号は低雑音増幅回路７０３で増幅され、バンドパスフィルタ７０４を介して、受信ミクサ回路７０５に入力される。受信ミクサ回路７０５では、ＰＬＬ回路７１１により発振周波数を制御された送受信兼用局部発振器７１０からの局部発振信号により、入力されたＲＦ信号は１ＧＨｚ帯の中間周波信号に周波数変換される。中間周波信号は、バンドパスフィルタ７０６を介して、直交信号復調部７０７に入力される。直交信号復調部７０７では入力された中間周波信号が、Ｉ／Ｑの直交信号に復調された後、ベースバンド信号処理ユニット７０８により、ベースバンドの受信データ信号に復調される。そして、この復調された受信データ信号は、ホストインターフェイスを介して、この送受信機を搭載しているホスト機器としてのパーソナルコンピュータ等のメモリに格納される。
【０１０７】
次に、無線ＬＡＮの送受信部から、アクセスポイントあるいは無線ＬＡＮを搭載している他のパーソナルコンピュータに、データ信号を送信する場合について説明する。
【０１０８】
図７において、ベースバンド信号処理ユニット７０８の制御部７０９は切換回路７０２を送信側に切り換えるとともに、受信部をオフ状態とし、送信部をオン状態とする。
【０１０９】
ベースバンド信号処理ユニット７０８ではホスト機器としてのパーソナルコンピュータからの送信データ信号をＩ／Ｑの直交信号に変調して、直交信号変調部７１２に入力する。入力されたＩ／Ｑの直交信号は直交信号変調部７１２において１ＧＨｚ帯の中間周波信号として変調出力され、ミクサ回路７１３に入力される。入力された中間周波信号は送信ミクサ回路７１３において、ＰＬＬ回路７１１により発振周波数を制御された送受信兼用局部発振器７１０からの局部発振信号により、５．２ＧＨｚ帯のＲＦ送信信号に周波数変換される。５．２ＧＨｚ帯のＲＦ送信信号は、バンドパスフィルタ７１４を介してＲＦ電力増幅器７１５に入力される。ＲＦ電力増幅器７１５では、入力されたＲＦ信号を電力増幅して、バンドパスフィルタ７１７と切換回路７０２を介し送受信用アンテナ７０１により送信する。
【０１１０】
この図７の無線ＬＡＮシステムにおける送受信機において、ＲＦ電力増幅器７１５に図１から図４までの本発明のいずれかの実施の形態による電力増幅器しての多段増幅回路を使用することによって、出力パワー特性および効率に優れ半導体集積回路に適した送信機を提供することが可能となる。
【０１１１】
以上本発明者によってなされた発明を実施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。
【０１１２】
例えば、ＳｉＧｅ・ＨＢＴのＮＰＮ型トランジスタを例えばＧａＡｓ等の化合物半導体によるヘテロ接合バイポーラトランジスタとした化合物半導体プロセスによるモノリシック集積回路とすることもできる。
【０１１３】
更に、図３に示した本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器でも、図４に示した本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器と同様に、前段の増幅回路と後段の増幅回路に共通のバイアス回路を使用することができる。
【０１１４】
更に本発明は５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮシステムの送受信機だけではなく、略２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮシステムの送受信機やＧＳＭ・ＷＣＤＭＡマルチバンドの携帯電話端末の送受信機に適用することもできる。
【符号の説明】
【０１１５】
１…ＲＦ信号入力端子
２…ＲＦ信号出力端子
３…電源端子
４…基準電圧端子
５…増幅トランジスタ
６、７…接地容量
８…電流調整用抵抗
９…バイアス用抵抗
１０…バイアス用インダクタ
２０…入力整合回路
２１、２２…容量
２３…インダクタ
３０…出力整合回路
３１、３２…インダクタ
３３…容量
４０…バイアス回路
４１、４２…バイアストランジスタ
４３…エミッタホロワ・トランジスタ
４４…電流調整用抵抗
４５…接地容量
２０１…前段の増幅回路
２０２…後段の増幅回路
Ｐｉｎ…ＲＦ入力信号
Ｐｏｕｔ…ＲＦ出力信号
Ｇａｉｎ１…前段の増幅回路２０１の利得
Ｇａｉｎ２…増幅回路２０２の利得
Ｇａｉｎ＿Ｔｏｔａｌ…ＲＦ電力増幅器のトータル利得
１０１…増幅トランジスタ
１０２…インダクタ
１０４…結合容量
１４１、１４２…バイアストランジスタ
１４３…エミッタホロワ・トランジスタ
１４４…電流調整用抵抗
１４５…接地容量
１０９…バイアス用抵抗
１１０…バイアス用インダクタ
５０…半導体集積回路チップ
３０１、３０２、３０３、３０４…ダイオード接続バイアストランジスタ
４０１、４０２…抵抗
４０３、４０４…接地容量
７０１…送受信兼用アンテナ
７０２…切換回路
７０３…低雑音増幅回路
７０４、７０６、７１４、７１７…バンドパスフィルタ
７０５、７１３…ミクサ回路
７０７…直交信号復調部
７０８…ベースバンド信号処理ユニット
７０９…制御部
７１０…局部発振器
７１１…ＰＬＬ回路
７１２…直交信号変調部
７１５…ＲＦ電力増幅器
【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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