(57)【要約】【課題】  過入力による電流の増加が増幅用素子に及ぼす影響を抑制することができる送信回路を提供する。【解決手段】  入力端子３１に入力される送信信号を増幅して出力端子３５に出力する増幅用トランジスタ３３と増幅用トランジスタ３３の入力端子３１に供給される直流バイアスとを有する電力増幅回路３０と、増幅用トランジスタ３３の入力端子３１と接地との間に接続された過電流保護トランジスタ４５を有し、電力増幅回路３０の出力端子３５に接続した並列共振回路４３により、増幅用トランジスタ３３の送信信号の出力電力から周波数選択して検出された電力が、所定値以下の場合には、過電流保護トランジスタ４５を高抵抗状態にし、検出された電力が所定値を超える場合には、過電流保護トランジスタ４５を低抵抗状態とする保護回路４０とを具備する【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端に入力される送信信号を増幅して出力端に出力する増幅用素子と前記増幅用素子の入力端に供給される直流バイアスとを有する電力増幅回路と、
前記増幅用素子の入力端と接地との間に接続された電流通路を有し、前記電力増幅回路の出力端に接続した周波数選択検出手段により、前記増幅用素子の送信信号の出力電力から周波数選択して検出された電力が、所定値以下の場合には、前記電流通路を高抵抗状態にし、前記検出された電力が所定値を超える場合には、前記電流通路を低抵抗状態とする保護回路と、
を具備することを特徴とする送信回路。
【請求項２】
前記入力端は、バイポーラトランジスタのベース、または、電界効果トランジスタのゲートであることを特徴とする請求項１に記載の送信回路。
【請求項３】
前記周波数選択検出手段は、搬送波基本周波数を除く他の周波数成分を検出、または、搬送波基本周波数を除く基本周波数の整数倍の周波数成分を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の送信回路。
【請求項４】
前記周波数選択検出手段は、インダクタとコンデンサよる共振回路、または、マイクロストリップ線路からなる搬送波基本波の波長のｎ／４倍（ｎは奇数）の長さのショートスタブによる回路で構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の送信回路。
【請求項５】
前記保護回路の電流通路は、コレクタを前記増幅用素子のベースに、エミッタを接地に、ベースを前記周波数選択検出手段に接続したバイポーラトランジスタ、または、ソース及びドレインの一方を前記増幅用素子のベースに、ソース及びドレインの他方を接地に、ゲートを前記周波数選択検出手段に接続した電界効果トランジスタからなり、前記バイポーラトランジスタのベースまたは前記電界効果トランジスタのゲートには、所定の電圧を供給するコントロールバイアスが接続されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の送信回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話をはじめとする情報通信機器等の端末機あるいは基地局等に使用される送信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話をはじめとする情報通信機器等により行われる通信は、その容量が増大し、日常生活に幅広く浸透している。通信容量の増大は、通信機器に使用される部品等の高速化や記憶容量の増大等により実現される。通信容量の増大により、多機能化や使い易さを得ることができるが、日常生活への浸透には、更に、信頼性や安定性が向上することも見逃すことができない要素である。つまり、これらの情報通信機器に使用される回路や部品は、長時間の連続使用や考えられる様々な事態に対応できる高信頼性である必要がある。とりわけ、情報通信機器の主構成要素をなす電力増幅回路等を含む送信回路においては、高速化対応の他、様々な事態において、簡単に壊れずに、安定して通信が行えることが求められている。
【０００３】
携帯電話等においては、アンテナから出力される電力は規格を越えないことが必要であり、電力増幅回路の増幅用素子に供給される入力電力で調整されることが多い。例えば、電力増幅回路の前段に配置されるＡＧＣ（Automatic Gain Control）アンプはその働きを担っている。すなわち、送信回路において、電力検知回路で電力増幅回路から出力された送信電力の一部を検出し、ダイオード検波を行い、検出信号を制御信号検知回路のＡＰＣ（Automatic Power Control）制御部に転送し、ＡＰＣ制御部は送信電力を認識し、送信電力とずれていれば、増幅用素子への入力をＡＧＣアンプにて調整することにより送信電力を適正化する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この従来の送信回路では、多くの状況において、増幅用素子に過度の電流が流れないように制御される。つまり、電力検知回路や制御信号検知回路は、電力増幅回路の増幅用素子に過入力がかかることなく送信回路における保護回路として、一定の役割を果たしている。しかしながら、電力検知回路や制御信号検知回路等に異常が起こった場合、例えば、電力検知回路の検波用のダイオードが壊れてしまった場合等において、ＡＧＣアンプを経由して増幅用素子への入力を制御することはできず、増幅用素子が破壊されるという問題がある。
【０００５】
また、この従来の送信回路では、過度の送信電力の検知から増幅用素子への入力電流を制御するまでに、次のようなステップを経る。電力検知回路で搬送波出力の電圧レベルを検知するステップ、この電圧レベルを制御信号検知回路のＡＰＣ制御部において基準電圧と比較を行う比較ステップ、ＡＧＣアンプにて指示された入力電力になるように制御するステップ、更に、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）を経て増幅用素子への入力電流を抑制するステップ等の多くのステップが必要である。そのために、過度の出力電力を検知して増幅用素子の入力電流を抑制するまでの間に、増幅用素子には過入力による電流が流れ、増幅用素子は性能劣化の可能性が増える。
【０００６】
そこで、多くのステップを必要とする制御回路等を経ることなく、速やかに増幅用素子の破壊防止を実行することができる回路、すなわち、電力増幅回路に過度の電力を発生させている状況を検知して、増幅用素子への入力電流を可能な限り速やかに抑制して、増幅用素子を保護する回路の付加が強く求められている。
【特許文献１】特開平８−２０４５８７号公報（第４頁、図１９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、過入力による電流の増加が増幅用素子に及ぼす影響を抑制することができる送信回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の送信回路は、入力端に入力される送信信号を増幅して出力端に出力する増幅用素子と前記増幅用素子の入力端に供給される直流バイアスとを有する電力増幅回路と、前記増幅用素子の入力端と接地との間に接続された電流通路を有し、前記電力増幅回路の出力端に接続した周波数選択検出手段により、前記増幅用素子の送信信号の出力電力から周波数選択して検出された電力が、所定値以下の場合には、前記電流通路を高抵抗状態にし、前記検出された電力が所定値を超える場合には、前記電流通路を低抵抗状態とする保護回路とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、過入力による電流の増加が増幅用素子に及ぼす影響を抑制することができる送信回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。以下に示す図では、同一の構成要素には同一の符号を付す。
【実施例１】
【００１１】
本発明の実施例１に係る送信回路について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は送信回路を模式的に示すブロック図であり、図２は、送信回路における高周波の電力増幅回路及び保護回路の回路図である。
【００１２】
図１に示すように、送信回路１は、例えば、携帯電話機の送信回路の一部に相当する。送信回路１は、送信信号の進む方向に、ＩＦＩＣ（Intermediate Frequency Integral Circuit）１２、ドライバアンプであるＡＧＣアンプ１３、帯域通過フィルタ１４、増幅用素子を有する電力増幅回路３０、電力増幅回路３０の保護回路４０、アイソレータ１８を有する。そして、電力増幅回路３０の出力電力は、アイソレータ１８を介して出力端子１９からアンテナ（図示略）側へ送出される。
【００１３】
一方、電力増幅回路３０の出力電力は、電力増幅回路３０の出力端に接続された結合器１７を介して電力検知回路２１で検知され、例えば、ダイオード検波される。この検出信号を制御信号検知回路２３のＡＰＣ（Automatic Power Control）制御部に転送し、ＡＰＣ制御部は送信電力を認識し、送信電力とずれていれば、電力増幅回路３０への入力をＡＧＣ（Automatic Gain Control）アンプ１３にて調整することにより送信電力を適正化する。なお、この送信回路１には、電源供給回路等は省略してある。また、ＡＧＣアンプ１３はＩＦＩＣ１２の中に配置されていても差し支えない。
【００１４】
本実施例１では、上述の送信回路１において、電力増幅回路３０に保護回路４０を付加したことを特徴とする。
【００１５】
次に、その保護回路４０について、電力増幅回路３０と共に説明する。図２に示すように、電力増幅回路３０は、例えば、高周波の増幅用素子であるＧａＡｓバイポーラトランジスタからなる増幅用トランジスタ３３を有する。この増幅用トランジスタ３３の入力端であるベースは、直流成分を除去するＤＣカットコンデンサ３２を介して入力端子３１に接続されている。また、この増幅用トランジスタ３３のベースには、動作電流である直流バイアスを供給する直流バイアス回路３６がチョーク抵抗３７を介して接続されている。
【００１６】
増幅用トランジスタ３３のコレクタは、出力端に相当し、このコレクタにはコレクタバイアス３８が接続され、また、コレクタはＤＣカットコンデンサ３４を介して出力端子３５に接続されている。増幅用トランジスタ３３のエミッタは接地されている。なお、電力増幅回路３０では、入出力整合回路は省略されている。本実施例では、１段の増幅用トランジスタ３３で構成される電力増幅回路３０を示したが、複数段、例えば、初段、中段及び終段で構成された増幅用トランジスタ構成としてもよく、増幅用素子としてはバイポーラトランジスタに限らず電界効果トランジスタ等であっても差し支えない。また、ＧａＡｓ系に限らず、Ｓｉ系、ＳｉＧｅ系、あるいは、ＩｎＰ系、ＧａＮ系等の化合物系のトランジスタであっても差し支えない。
【００１７】
保護回路４０は、電流通路をなすＧａＡｓバイポーラトランジスタからなる過電流保護トランジスタ４５、周波数選択検出手段である共振インダクタ４１と共振コンデンサ４２で構成された並列共振回路４３、ＤＣカットコンデンサ４４、及びコントロールバイアス４７で構成される。なお、過電流保護トランジスタ４５はＧａＡｓ系に限らずＳｉ系あるいは他の化合物系のトランジスタであってもよいし、バイポーラトランジスタに限らず電界効果トランジスタ等であっても差し支えない。
【００１８】
過電流保護トランジスタ４５のコレクタは、増幅用トランジスタ３３のベースに接続され、過電流保護トランジスタ４５のエミッタは接地されている。
【００１９】
並列共振回路４３の一端は、増幅用トランジスタ３３のコレクタに接続され、他端はＤＣカットコンデンサ４４を介して、過電流保護トランジスタ４５のベースに接続されている。また、ＤＣのコントロールバイアス４７は過電流保護トランジスタ４５のベースに接続されている。
【００２０】
この並列共振回路４３は、送信信号の搬送波の基本周波数に共振周波数を持つように、共振インダクタ４１と共振コンデンサ４２を調整してある。従って、並列共振回路４３は、基本周波数に対しては高インピーダンス状態となるが、基本周波数以外の周波数に対しては低インピーダンス状態となり、基本周波数以外の出力電力、すなわち、搬送波の高調波成分を主とした出力電力を選択的に検出することになる。検出された高調波成分が支配的な電圧は、過電流保護トランジスタ４５のベースに印加される。
【００２１】
増幅用トランジスタ３３の過入力による劣化あるいは破壊までの特性は予め求めることが可能である。すなわち、過入力により過度に負荷がかかり、急激な劣化を起こすと判断される場合の搬送波基本周波数の出力電力、及び、それに伴う基本周波数以外の出力電力を、実測あるいはシミュレーションで求める。その結果に基づき、増幅用トランジスタ３３を保護するために必要な基本周波数以外の出力電力に基づく検出電圧の限界値を、決定することができる。
【００２２】
コントロールバイアス４７は、増幅用トランジスタ３３が異常動作になり、検出された電圧の限界値を加えると、過電流保護トランジスタ４５の電流通路が、確実に導通状態になるように設定されている。逆に言うと、コントロールバイアス４７は、増幅用トランジスタ３３が正常動作の時、コントロールバイアス４７に並列共振回路４３から得られる電圧を加えて、過電流保護トランジスタ４５のベースに印加しても、電流保護トランジスタ４５の電流通路が導通にならない電圧であるように設定されている。
【００２３】
コントロールバイアス４７は、過電流保護トランジスタ４５の特性に依存するので、一概に決められないが、例えば１．１Ｖ程度に設定することが可能である。コントロールバイアス４７は、コレクタバイアス３８または直流バイアス回路３６から抵抗分圧により供給してもよいし、別電源として供給しても差し支えない。
【００２４】
次に、この保護回路４０の動作について説明する。図２に示すように、増幅用トランジスタ３３のコレクタとＤＣカットコンデンサ４４との間に接続された並列共振回路４３は、搬送波の基本周波数出力電力に対して、過入力の度合いが増える程比率が上昇する高調波成分を主成分とする基本周波数以外の周波数の出力電力を検知する。検出された高調波成分が支配的な電力は、外部から印加されたコントロールバイアス４７に加えられて、過電流保護トランジスタ４５のベースに印加される。なお、並列共振回路４３は、基本周波数に対して高インピーダンス状態になっているので、基本周波数出力電力に対しては、実質的な影響を及ぼさない。
【００２５】
増幅用トランジスタ３３が正常動作の場合、過電流保護トランジスタ４５のベースに印加される電圧は、過電流保護トランジスタ４５の電流通路を導通状態にすることはないので、増幅用トランジスタ３３のベースと接地の間には電流が流れず、電流通路が閉ざされた状態となる。
【００２６】
一方、増幅用トランジスタ３３に過度の入力電流が入力し、過度の搬送波出力電力を出力した場合、過電流保護トランジスタ４５のベースに印加される電圧は、過電流保護トランジスタ４５の電流通路を導通状態にする。電流通路を導通状態にするメカニズムは、過電流保護トランジスタ４５のベースとエミッタ間のダイオード相当の部分により整流され、過電流保護トランジスタ４５のベースのＤＣバイアス点を持ち上げることになり、過電流保護トランジスタ４５のコレクタとエミッタ間が導通状態になる。その結果、増幅用トランジスタ３３のベースは接地に対して、電流通路を開いた状態となり、電圧が下がる。増幅用トランジスタ３３は、実質的に動作停止状態となり、過度に負荷がかかった状態を解消され、性能劣化または破壊に至ることなく保護され得る。
【００２７】
この基本周波数以外の周波数の出力電力の検知から、増幅用トランジスタ３３のベース電位の降下までは、過電流保護トランジスタ４５の動作という１ステップで行うことができるので、従来の、数ステップを経て入力電流を調整した場合よりも、速やかに増幅用トランジスタ３３の動作を停止することが可能となる。その上、搬送波基本波の出力電力の一部を検知することはないので、その分を予め、増幅用トランジスタ３３の出力電力に上乗せしておくことは不要である。
【００２８】
従って、本実施例の保護回路４０は、過入力による電流の増加が、増幅用トランジスタ３３を含む電力増幅回路３０に及ぼす影響を最小限に抑えることが可能な送信回路１を提供することができる。
【００２９】
この保護回路４０は、電力検知回路２１及び制御信号検知回路２３等で出力電力を適正化する回路を有する送信回路１に付加することによって、電力検知回路２１及び制御信号検知回路２３等とは独立して、電力増幅回路３０を保護することが可能となる。その結果、送信回路１をより信頼性の高いものとすることができ、携帯電話等において一層安定した通信を行うことが可能となる。
【実施例２】
【００３０】
本発明の実施例２に係る送信回路について、図３を参照しながら説明する。図３は送信回路における高周波の電力増幅回路及び保護回路の回路図である。実施例１の送信回路との違いは、保護回路４０に直列共振回路５３を採用したことである。なお、実施例１と同一構成部分には同一の符号を付して、重複部分の説明は省略する。
【００３１】
図３に示すように、本実施例２の保護回路５０は、電流通路である過電流保護トランジスタ４５、周波数選択検出手段である共振インダクタ５１と共振コンデンサ５２で構成された直列共振回路５３、及びコントロールバイアス４７で構成される。
【００３２】
過電流保護トランジスタ４５のコレクタは、増幅用トランジスタ３３のベースに接続され、過電流保護トランジスタ４５のエミッタは接地されている。直列共振回路５３の一端は増幅用トランジスタ３３のコレクタに接続され、他端は過電流保護トランジスタ４５のベースに接続されている。
【００３３】
この直列共振回路５３は、送信信号の搬送波の基本周波数の２倍の周波数を有する２倍高調波に共振周波数を持つように、共振インダクタ５１と共振コンデンサ５２を調整してある。従って、直列共振回路５３は、２倍高調波に対しては低インピーダンス状態となるが、２倍高調波以外の周波数に対しては高インピーダンス状態となり、２倍高調波の出力電力を選択的に検出することになる。検出された２倍高調波の電圧は、過電流保護トランジスタ４５のベースに印加される。
【００３４】
次に、この保護回路５０の動作について説明する。図３に示すように、増幅用トランジスタ３３のコレクタとＤＣカットコンデンサ３４との間に接続された直列共振回路５３は、基本周波数出力電力に対して、過入力の度合いが増える程比率が上昇する２倍高調波を検知する。検出された電圧は、外部から印加されたコントロールバイアス４７に加えられて、過電流保護トランジスタ４５のベースに印加される。なお、直列共振回路５３は、基本周波数に対して高インピーダンス状態になっているが、基本周波数の搬送波に対して、インピーダンスを有する回路部品として見えるため、直列共振回路５３を加えて電力増幅回路３０の出力側のインピーダンス整合を図る必要がある。
【００３５】
実施例１とは、２倍高調波を選択的に検知することが異なるが、過電流保護トランジスタ４５の電流通路は実施例１と同様なメカニズムで動作させることが可能である。その結果、増幅用トランジスタ３３に過度な入力電流が入力し、過度の搬送波出力電力を出力した場合においては、増幅用トランジスタ３３は、速やかに実質的に動作停止状態とすることが可能となり、過度に負荷がかかった状態を解消され、性能劣化または破壊に至ることなく保護され得る。
【００３６】
上述したように、本実施例においては、実施例１で得られる効果と同様な効果を得ることができる。その他に、実施例１では必要であったＤＣカットコンデンサ４３が、直列共振回路５３を使用しているために本実施例においては不要である。
【実施例３】
【００３７】
本発明の実施例３に係る送信回路について、図４を参照しながら説明する。図４は送信回路における高周波の電力増幅回路及び保護回路の回路図である。実施例１または２の送信回路１との違いは、保護回路４０または５０に搬送波の基本波の１／４波長のショートスタブを採用したことである。なお、実施例１または２と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００３８】
図４に示すように、本実施例の保護回路６０は、電流通路である過電流保護トランジスタ４５、周波数選択検出手段である１／４波長のショートスタブ６１、ＤＣカットコンデンサ４４、コントロールバイアス４７、及び高周波接地コンデンサ６４で構成される。
【００３９】
過電流保護トランジスタ４５のコレクタは、増幅用トランジスタ３３のベースに接続され、過電流保護トランジスタ４５のエミッタは接地されている。１／４波長のショートスタブ６１は、その一端が増幅用トランジスタ３３のコレクタに接続され、他端が高周波接地コンデンサ６４を介して接地され、その２等分点がＤＣカットコンデンサ４３を介して過電流保護トランジスタ４５のベースに接続されている。ショートスタブ６１は、２等分点を挟んで、１／８波長相当の長さを有する、増幅用トランジスタ３３のコレクタに接続されたショートスタブ６１ａと接地されたショートスタブ６１ｂとに分けられる。
【００４０】
このショートスタブ６１は、マイクロストリップ線路で構成され、その長さが、送信信号の搬送波に対して、波長のｎ／４倍（ｎは奇数）で入力インピーダンスが無限大になる性質を利用した受動回路である。ショートスタブ６１は、帯域通過フィルタとして機能し、例えば、ショートスタブ６１の長さを搬送波の基本波の１／４波長とすることによって、搬送波の基本周波数成分はショートスタブ６１に流れることなく、出力端子３５へ送信される。一方、搬送波の基本周波数以外の成分はショートスタブ６１に流れることが可能で、２倍高調波はその２等分点で効率よく取り出されて、ＤＣカットコンデンサ４４を介して、過電流保護トランジスタ４５のベースに印加される。
【００４１】
次に、この保護回路６０の動作について説明する。図４に示すように、増幅用トランジスタ３３のコレクタとＤＣカットコンデンサ４４との間に接続されたショートスタブ６１はその２等分点で、基本周波数出力電力に対して、過入力の度合いが増える程比率が上昇する２倍高調波を検知する。検出された２倍高調波の電圧は、外部から印加されたコントロールバイアス４７に加えられて、過電流保護トランジスタ４５のベースに印加される。なお、基本波の１／４波長のショートスタブ６１は、基本周波数に対して高インピーダンス状態になっているので、基本周波数出力電力に対しては、実質的な影響を及ぼさない。
【００４２】
上記実施例２とは、１／４波長のショートスタブ６１を使用して２倍高調波を検知することが異なるが、過電流保護トランジスタ４５の電流通路は上記実施例１または２と同様なメカニズムで動作させることが可能である。その結果、増幅用トランジスタ３３に過度な入力電流が入力し、過度の搬送波出力電力を出力した場合においては、増幅用トランジスタ３３は、速やかに実質的に動作停止状態とすることが可能となり、過度に負荷がかかった状態を解消され、性能劣化または破壊に至ることなく保護され得る。
【００４３】
上述したように、本実施例においては、実施例１で得られる効果と同様な効果を得ることができる。その他に、実施例２では不要であったＤＣカットコンデンサ４３が、本実施例では必要となるが、搬送波の基本周波数に対して、電力増幅回路３０の送信出力側のインピーダンス整合に影響を与えることはないので、実施例２の直列共振回路に比較して、設計負荷が軽減される。
【００４４】
以上、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００４５】
例えば、上記実施例では、１段の増幅用トランジスタで構成される電力増幅回路を示し、複数段構成、例えば、初段、中段及び終段で構成された電力増幅回路であっても差し支えないことを述べた。複数段構成の場合、最終段の出力電力を検知し、検出された電圧に基づいて制御される過電流保護トランジスタ等の電流通路を、初段の増幅用トランジスタの送信信号の入力端子に接続する保護回路とすることが可能である。
【００４６】
また、上記実施例の保護回路は、電力増幅回路の出力電力を検知して、電力増幅回路の入力電流を抑制するので、保護回路を付加した電力増幅回路以外の回路に影響されることはない。従って、図示の送信回路以外に適用することは容易である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１に係る送信回路を模式的に示すブロック図。
【図２】本発明の実施例１に係る送信回路における高周波の電力増幅回路及び保護回路の回路図。
【図３】本発明の実施例２に係る送信回路における高周波の電力増幅回路及び保護回路の回路図。
【図４】本発明の実施例３に係る送信回路における高周波の電力増幅回路及び保護回路の回路図。
【符号の説明】
【００４８】
１  送信回路
１１、３１  入力端子
１２  ＩＦＩＣ
１３  ＡＧＣアンプ
１４  帯域通過フィルタ
１７  結合器
１８  アイソレータ
１９、３５  出力端子
２１  電力検知回路
２３  制御変換回路
３０  電力増幅回路
３２、３４、４４  ＤＣカットコンデンサ
３３  増幅用トランジスタ
３６  直流バイアス回路
３７  チョーク抵抗
３８  コレクタバイアス
４０、５０、６０  保護回路
４１、５１  共振インダクタ
４２、５２  共振コンデンサ
４３  並列共振回路
４５  過電流保護トランジス
４７  コントロールバイアス
５３  直列共振回路
６１、６１ａ、６１ｂ  ショートスタブ
６４  高周波接地コンデンサ
【図１】
2006222889.tif 000003
【図２】
2006222889.tif 000004
【図３】
2006222889.tif 000005
【図４】
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