(57)【要約】【課題】低電力出力時の消費電流を低減して、ＤＣ電圧変換器による実装面積の増大を軽減する。【解決手段】ＲＦ電力増幅装置２００は、外部電源電圧Ｖｃｃ１、２、３によって動作するドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ増幅器２７０ａと第２のＲＦ増幅器２７０ｂとＤＣ電圧変換器２８０を具備する。ドライバー段増幅２３０の出力は第１と第２のＲＦ増幅器２７０ａ、２７０ｂの入力に供給され、第１のＲＦ増幅器２７０ａの実効素子サイズは第２のＲＦ増幅器２７０ｂのそれより大きな素子サイズに設定される。ＤＣ電圧変換器２８０に外部電源電圧Ｖｃｃ３が供給され、ＤＣ電圧変換器２８０は低電圧の動作電源電圧Ｖｃｃ４を生成して、第２のＲＦ増幅器２７０ｂの出力端子に供給する。第１のＲＦ増幅器２７０ａの出力端子には、ＤＣ電圧変換器２８０を介することなく、外部電源電圧Ｖｃｃ２が供給可能とされる。【選択図】図１
2011259083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバー段増幅器と第１のＲＦ増幅器と第２のＲＦ増幅器とＤＣ電圧変換器とを具備するＲＦ電力増幅装置であって、
前記ドライバー段増幅器と前記第１のＲＦ増幅器と前記第２のＲＦ増幅器と前記ＤＣ電圧変換器とは、前記ＲＦ増幅装置の外部から供給される外部電源電圧によって動作可能とされ、
前記ドライバー段増幅器の出力端子から生成される出力信号は前記第１のＲＦ増幅器の入力端子と前記第２のＲＦ増幅器の入力端子とに供給可能とされ、前記第１のＲＦ増幅器の実効素子サイズは前記第２のＲＦ増幅器の実効素子サイズよりも大きな素子サイズに設定されており、
前記ＤＣ電圧変換器に前記外部電源電圧が供給されることによって、前記ＤＣ電圧変換器は前記外部電源電圧よりも低電圧の動作電源電圧を生成可能とされ、当該動作電源電圧を前記第２のＲＦ増幅器の出力端子に供給可能とされ、
前記第１のＲＦ増幅器の出力端子には、前記ＤＣ電圧変換器を介することなく、前記ＲＦ増幅装置の前記外部から供給される前記外部電源電圧が供給可能とされた
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ドライバー段増幅器の入力端子と前記第１のＲＦ増幅器の前記入力端子と前記第２のＲＦ増幅器の前記入力端子に第１バイアス電圧と第２バイアス電圧と第３バイアス電圧とをそれぞれ供給可能とされたバイアス回路を更に具備して、
前記バイアス回路は、前記ＲＦ電力増幅装置の外部制御端子に供給される外部制御信号の第１の状態に応答して、前記第２バイアス電圧と前記第３バイアス電圧とを低レベルと高レベルとにそれぞれ設定することによって、前記第１のＲＦ増幅器は非活性状態に制御され、前記第２のＲＦ増幅器は活性状態に制御されるものであり、
前記バイアス回路は、前記ＲＦ電力増幅装置の外部制御端子に供給される前記外部制御信号の第２の状態に応答して、前記第２バイアス電圧と前記第３バイアス電圧とを高レベルと低レベルとにそれぞれ設定することによって、前記第１のＲＦ増幅器は活性状態に制御され、前記第２のＲＦ増幅器は非活性状態に制御される
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記外部制御信号の前記第２の状態に応答して、前記ＤＣ電圧変換器は非活性状態に制御され、前記ＤＣ電圧変換器による前記外部電源電圧から前記動作電源電圧の生成が中止される
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記外部制御信号が前記第１の状態と前記第２の状態のいずれの場合にも、前記バイアス回路は前記第１バイアス電圧を高レベルに設定することによって、前記ドライバー段増幅器は活性状態に制御される
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記バイアス回路から生成される前記第１バイアス電圧と高レベルの前記第２バイアス電圧と高レベルの前記第３バイアス電圧とは前記ドライバー段増幅器と前記第１のＲＦ増幅器と前記第２のＲＦ増幅器とがそれぞれ線型動作可能な値に設定された
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記ＤＣ電圧変換器は、チャージポンプ回路によって構成されたＤＣ−ＤＣコンバータである
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記ＤＣ電圧変換器は、インダクタを使用するスイッチングレギュレータによって構成されたＤＣ−ＤＣコンバータである
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項８】
請求項５において、
前記外部電源電圧が供給される前記ＤＣ電圧変換器の入力端子と前記動作電源電圧が生成される前記ＤＣ電圧変換器の出力端子との間に接続されたスイッチを更に具備して、
前記外部制御信号の前記第２の状態に応答して、前記ＤＣ電圧変換器は前記非活性状態に制御され、前記スイッチはオン状態に制御され、前記オン状態の前記スイッチは前記ＤＣ電圧変換器の入力端子と出力端子との間をバイパスすることによって、前記外部から供給される前記外部電源電圧が前記第１のＲＦ増幅器の前記出力端子に供給可能とされた
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項９】
請求項５において、
前記動作電源電圧が生成される前記ＤＣ電圧変換器の出力端子と前記第２のＲＦ増幅器の前記出力端子との間に接続されたシリーズレギュレータを更に具備して、
前記外部制御信号の前記第１の状態に応答して前記ＤＣ電圧変換器が活性状態に制御される際に、前記ＤＣ電圧変換器の前記出力端子から生成される前記動作電源電圧が供給される前記シリーズレギュレータは前記ＲＦ電力増幅装置の前記外部から供給される出力電圧設定信号によって調整された変換動作電源電圧を生成して前記第２のＲＦ増幅器の前記出力端子に供給可能とされたＲＦ電力増幅装置。
【請求項１０】
請求項５において、
前記ドライバー段増幅器の入力端子のＲＦ入力信号の振幅レベルを検出可能な検波器を更に具備とて、
前記検波器の検波出力信号に応答して、前記ＤＣ電圧変換器から生成される前記低電圧の前記動作電源電圧が可変とされて、当該可変とされた前記動作電源電圧を前記第２のＲＦ増幅器の出力端子に供給可能とされた
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項１１】
請求項５において、
第１の入力端子と第２の入力端子と制御入力端子と出力端子とを有する切換スイッチを更に具備して、
前記切換スイッチの前記第１の入力端子には前記外部電源電圧が供給可能とされ、前記切換スイッチの前記第２の入力端子には前記ＤＣ電圧変換器の出力端子から生成される前記動作電源電圧が供給可能とされ、前記切換スイッチの前記制御入力端子は前記外部制御信号の前記第１の状態と前記第２の状態に応答可能とされ、前記切換スイッチの前記出力端子は前記ドライバー段増幅器の前記出力端子に接続されており、
前記切換スイッチの前記制御入力端子に供給される前記外部制御信号の前記第２の状態に応答して、前記切換スイッチは前記第１の入力端子に供給される前記外部電源電圧を前記切換スイッチの前記出力端子を介して前記ドライバー段増幅器の前記出力端子に供給するものであり、
前記切換スイッチの前記制御入力端子に供給される前記外部制御信号の前記第１の状態に応答して、前記切換スイッチは前記第２の入力端子に供給される前記ＤＣ電圧変換器の前記動作電源電圧を前記切換スイッチの前記出力端子を介して前記ドライバー段増幅器の前記出力端子に供給する
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
ＲＦ出力端子に前記第１のＲＦ増幅器の前記出力端子と前記第２のＲＦ増幅器の前記出力端子とが接続され、
前記ＲＦ出力端子には、更に信号スイッチを介して前記ドライバー段増幅器の前記出力端子が接続され、
前記ＲＦ電力増幅装置の前記外部制御端子に供給される前記外部制御信号が前記ＲＦ電力増幅装置の最低送信出力電力状態を示す第３の状態に応答して、前記バイアス回路は前記第１バイアス電圧と前記第２バイアス電圧と前記第３バイアス電圧とをそれぞれ高レベルと低レベルと低レベルとにそれぞれ設定することによって、前記ドライバー段増幅器は前記活性状態に制御され、前記第１のＲＦ増幅器は前記非活性状態に制御され、前記第２のＲＦ増幅器は前記非活性状態に制御されるものであり、
前記外部制御信号の前記第３の状態に応答して、前記信号スイッチはオン状態に制御され、前記ドライバー段増幅器の前記出力端子の増幅信号は前記オン状態に制御された前記信号スイッチを介して前記ＲＦ出力端子に伝達される
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項１３】
請求項５において、
前記バイアス回路は前記第１のＲＦ増幅器の前記入力端子と前記第２のＲＦ増幅器の前記入力端子とに前記第２バイアス電圧と前記第３バイアス電圧とをそれぞれ供給する第１のバッファアンプと第２のバッファアンプとを含むものであり、
前記バイアス回路は、前記ＲＦ電力増幅装置の外部制御端子に供給される前記外部制御信号の前記第２の状態に応答して、前記第１のバッファアンプと前記第２のバッファアンプとに前記ＲＦ電力増幅装置の前記外部から供給される前記外部電源電圧を供給するものであり、
前記バイアス回路は、前記ＲＦ電力増幅装置の外部制御端子に供給される前記外部制御信号の前記第１の状態に応答して、前記第１のバッファアンプと前記第２のバッファアンプとに前記ＤＣ電圧変換器から生成される前記低電圧の前記動作電源電圧を供給する
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項１４】
請求項５において、
ＲＦ出力端子には前記第１のＲＦ増幅器の前記出力端子と前記第２のＲＦ増幅器の前記出力端子とが接続され、
前記ＲＦ出力端子に出力整合回路の一端が接続され、前記出力整合回路の他端と前記第１のＲＦ増幅器の前記出力端子との間に第１の段間整合回路が接続され、前記出力整合回路の前他端と前記第２のＲＦ増幅器の前記出力端子との間に第２の段間整合回路が接続された
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項１５】
請求項５において、
前記ＲＦ電力増幅装置には、前記ＲＦ電力増幅装置の前記外部のＤＣ−ＤＣコンバータから生成される前記外部電源電圧が供給可能とされ、前記ドライバー段増幅器と前記第１のＲＦ増幅器と前記第２のＲＦ増幅器と前記ＤＣ電圧変換器とは前記外部電源電圧によって動作可能とされ
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項１６】
請求項５において、
前記第２のＲＦ増幅器の前記実効素子サイズよりも小さな素子サイズに設定された第３のＲＦ増幅器を更に具備して、
前記バイアス回路は、第４のバイアス電圧を生成して前記第３のＲＦ増幅器の入力端子に供給するものであり、
前記第３のＲＦ増幅器の前記入力端子には前記ドライバー段増幅器の前記出力端子から生成される前記出力信号が供給可能とされ、前記第１のＲＦ増幅器の前記出力端子と前記第２のＲＦ増幅器の前記出力端子とが接続されたＲＦ信号出力端子に前記第３のＲＦ増幅器の出力端子が接続された
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項１７】
請求項５において、
前記ドライバー段増幅器と前記第１のＲＦ増幅器と前記第２のＲＦ増幅器との各増幅器は、電界効果トランジスタとバイポーラトランジスタとのいずれかによって構成された
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１７のいずれかに規定されたＲＦ電力増幅装置によって構成され並列動作可能な第１と第２のＲＦ電力増幅器を含む平衡電力増幅器を１個のパッケージの内部に具備した
ことを特徴とするＲＦモジュール。
【請求項１９】
ドライバー段増幅器と第１のＲＦ増幅器と第２のＲＦ増幅器とＤＣ電圧変換器とバイアス回路とを具備するＲＦ電力増幅装置の動作方法であって、
前記ドライバー段増幅器と前記第１のＲＦ増幅器と前記第２のＲＦ増幅器と前記ＤＣ電圧変換器とは、前記ＲＦ電力増幅装置の外部から供給される外部電源電圧によって動作可能とされ、
前記ドライバー段増幅器の出力端子から生成される出力信号は前記第１のＲＦ増幅器の入力端子と前記第２のＲＦ増幅器の入力端子とに供給可能とされ、前記第１のＲＦ増幅器の実効素子サイズは前記第２のＲＦ増幅器の実効素子サイズよりも大きな素子サイズに設定されており、
前記ＤＣ電圧変換器に前記外部電源電圧が供給されることによって、前記ＤＣ電圧変換器は前記外部電源電圧よりも低電圧の動作電源電圧を生成可能とされ、当該動作電源電圧を前記第２のＲＦ増幅器の出力端子に供給可能とされ、
前記第１のＲＦ増幅器の出力端子には、前記ＤＣ電圧変換器を介することなく、前記ＲＦ電力増幅装置の前記外部から供給される前記外部電源電圧が供給可能とされ、
前記バイアス回路は第１バイアス電圧と第２バイアス電圧と第３バイアス電圧とをそれぞれ生成可能とし前記ドライバー段増幅器の入力端子と前記第１のＲＦ増幅器の前記入力端子と前記第２のＲＦ増幅器の前記入力端子とにそれぞれ供給可能とするものであり、
前記バイアス回路は、前記ＲＦ電力増幅装置の外部制御端子に供給される外部制御信号の第１の状態に応答して、前記第２バイアス電圧と前記第３バイアス電圧とを低レベルと高レベルとにそれぞれ設定することによって、前記第１のＲＦ増幅器は非活性状態に制御され、前記第２のＲＦ増幅器は活性状態に制御されるものであり、
前記バイアス回路は、前記ＲＦ電力増幅装置の外部制御端子に供給される前記外部制御信号の第２の状態に応答して、前記第２バイアス電圧と前記第３バイアス電圧とを高レベルと低レベルとにそれぞれ設定することによって、前記第１のＲＦ増幅器は活性状態に制御され、前記第２のＲＦ増幅器は非活性状態に制御される
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置の動作方法。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記外部制御信号の前記第２の状態に応答して、前記ＤＣ電圧変換器は非活性状態に制御され、前記ＤＣ電圧変換器による前記外部電源電圧から前記動作電源電圧の生成が中止される
ことを特徴とするＲＦ電力増幅装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦ(無線周波数)電力増幅装置およびその動作方法に関し、特に低電力出力時の消費電流を低減して、更に実装面積の増大を軽減するのに有益な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される移動体通信には、複数の通信方式が存在する。例えば欧州では、第２世代無線通信方式として普及しているＧＳＭおよびＧＳＭのデータ通信速度を向上したＥＤＧＥに加えて、近年サービスが開始された第３世代無線通信方式であるＷ−ＣＤＭＡがある。また、北米では第２世代無線通信方式であるＤＣＳ、ＰＣＳに加えて、第３世代無線通信方式であるｃｄｍａ１ｘが普及している。
【０００３】
尚、ＧＳＭは、Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓの略である。ＥＤＧＥは、Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄａｔａ  ｒａｔｅｓ  ｆｏｒ  ＧＳＭ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎの略である。Ｗ−ＣＤＭＡは、Ｗｉｄｅ  ｂａｎｄ  Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓの略である。ＤＣＳは、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｓｙｓｔｅｍの略である。ＰＣＳは、Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓの略である。ｃｄｍａ１ｘは、Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  １ｘの略である。
【０００４】
携帯電話端末が有する高周波電力増幅器の動作は、位相変調のみを使用する基本的なモードのＧＳＭでは飽和動作であり、位相変調と伴に振幅変調も使用するＥＤＧＥはＧＳＭの飽和動作点から数ｄＢのバックオフをとった動作点での線形動作である。また、位相変調と伴に振幅変調も使用するＷ−ＣＤＭＡおよびｃｄｍａ−１ｘでも、高周波電力増幅器の動作は線形動作である。
【０００５】
携帯電話端末の利便性向上のためには、最大通話時間の延長が必要であるが、それには携帯電話端末において通話時に消費される電流の低減が必要である。特に全消費電流中に占める割合が比較的大きい部分は、送信部のＲＦ電力増幅装置であるため、携帯電話端末の消費電流の低減のためには、送信部のＲＦ電力増幅装置の消費電流の低減が効果的である。
【０００６】
特に、携帯電話端末の実使用環境においては、平均的に消費される電流を低減することが必要となっている。以降、この電流を平均消費電流と呼ぶ。
【０００７】
また、近年の携帯電話端末の小型化に伴い、送信部のＲＦ電力増幅装置についても小型化が必要である。
【０００８】
小型化の実現のためにさまざまな方法が報告されており、その一例として、下記特許文献１乃至特許文献４に開示された方式がある。
【０００９】
例えば、下記特許文献１に記載の電力増幅器は、ＲＦ信号入力端子、ＲＦ出力端子、電源電圧源入力端子バイアス入力端子によって構成されている。ＲＦ信号は、ＲＦ信号入力端子から入力され増幅される。増幅されたＲＦ信号はＲＦ出力端子から出力され、整合回路を介してアンテナから送信される。
【００１０】
電源電圧はＤＣ−ＤＣコンバータから、電源電圧源入力端子へ入力される。一つの実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータは、降圧回路とも呼ばれるバックコンバータである。また、他の実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータは昇圧回路とも呼ばれるブーストコンバータである。更に他の実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータは、昇圧と降圧との両方の機能を持ったバック・ブーストコンバータである。ＤＣ−ＤＣコンバータは、バッテリーもしくは他の電源からのバッテリー電圧もしくは供給電圧を、電力増幅器で使用する電源電圧に変換する。
【００１１】
制御回路はショットキーダイオードもしくは通常のダイオードを具備することによって、増幅出力信号を検波して、出力電力強度に対応する信号を出力する。すなわち、制御回路によって、出力電力強度に応答する２つの信号が生成される。第１の信号はＤＣ−ＤＣコンバータに供給され、第２の信号はバイアス回路に供給される。
【００１２】
ＤＣ−ＤＣコンバータは供給される第１の信号により電圧変圧比が変化するので、電源電圧が変化する。低い増幅出力信号が制御回路によって検出されると、制御回路によって生成された第１の信号によりＤＣ−ＤＣコンバータは低い電源電圧を生成する。従って、電力増幅器の消費電力が減少するため、高い電力効率を実現することができる。
【００１３】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータの制御と同時に、バイアス回路に供給される第２の信号によって、バイアス入力端子に供給されるバイアス電圧設定信号が変化する。低い増幅出力信号の場合にはバイアス電圧は低下するので、バッテリーからの電流消費を低減することが可能となる。入力バイアス電圧とバイアス電圧とは線形な相関があり、例えば適切な回路を使用して、入力バイアス電圧は最大効率を実現するために望ましい値に変換される。
【００１４】
下記特許文献２に記載の電力増幅器は第１トランジスタと第２トランジスタとを並列接続して構成され、第１トランジスタの好ましくはピンチオフ電圧である静特性は、第２トランジスタの静特性と相違する。
【００１５】
第１トランジスタと第２トランジスタにはＲＦ信号入力端子からＲＦ信号が入力され、またバイアス電圧入力端子からバイアス電圧が入力される。第１トランジスタと第２トランジスタにより増幅されたＲＦ信号はＲＦ信号出力端子から出力される。第１と第２のトランジスタを構成するＦＥＴ(Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)のソースは接地電位に接続され、ドレイン電圧入力端子から固定のドレイン電圧が供給される。
【００１６】
第１トランジスタと第２トランジスタとではピンチオフ電圧が相違しており、第２トランジスタのピンチオフ電圧は第１トランジスタのピンチオフ電圧よりも高い電圧である。このために、比較的高い電圧をバイアス電圧入力端子に印加すると第１トランジスタと第２トランジスタとがオンして、中間的な電圧では第１トランジスタのみがオンする。
【００１７】
従って、高いピンチオフ電圧を有する第２トランジスタのサイズを大きく設定することで高出力時の出力電力を維持して、また低いピンチオフ電圧を有する第１トランジスタのサイズを小さく設定することで低出力時の効率を改善することが可能となる。
【００１８】
また、下記特許文献３に記載の電力増幅器は、入力インピーダンス整合部、中間段インピーダンス整合部低出力増幅器、高出力増幅器、出力インピーダンス整合部、増幅器制御部、ダイナミック電圧供給部を具備する。高線形増幅器である高出力増幅器は増幅器制御部の制御によって最大電力消費領域での高出力モードで動作して、中間段インピーダンス整合部から提供された信号を増幅する機能を有するものである。
【００１９】
非線形増幅器である低出力増幅器は増幅器制御部の制御によって最大使用頻度領域の低出力モードで動作して、高出力増幅器と並列接続され、中間段インピーダンス整合部から提供された信号を増幅させる機能を有している。
【００２０】
低出力増幅器は、高効率の特性を得るために例えばクラスＥ級動作の増幅器であって、増幅器制御部の出力段に接続され、低出力増幅器をオン／オフ制御するためのバイアス部と、増幅器制御部の制御信号によって駆動される第１トランジスタと、第１トランジスタのコレクタと出力インピーダンス整合部の入力段の間に接続され出力インピーダンス整合部にＲＦ信号を入力させるクラスＥ負荷とにより構成されている。
【００２１】
増幅器制御部は外部からのアンテナ出力信号に基づき所定の電力制御信号を生成するものであり、高出力モード動作時には低出力増幅器をオフさせて駆動しないように制御して高出力増幅器だけをオンさせて駆動するように制御する。一方、低出力モード動作時には、増幅器制御部は高出力増幅器をオフさせ、低出力増幅器だけをオンさせて駆動するように制御する。従って、下記特許文献３に記載された電力増幅器によれば、電力増幅器の電力段を一つ以上に分割して、低出力では、高効率化のため非線形増幅器を使用して、高出力時では線形性向上のために高線形増幅器を使用して、最大利用頻度での電力効率を極大化させるためにダイナミック電圧供給部から非線形増幅器に可変的な電源電圧を供給するものである。それによって、最大利用頻度の領域で効率を増大させ、バッテリーの使用時間を延長できると言う利点がある。
【００２２】
また、下記特許文献４に記載のＲＦ電力増幅器は、入力端子と出力端子の間に並列接続の最終段増幅素子としての第１増幅素子と第２増幅素子を含み、第１増幅素子はＢ級からＡＢ級のいずれかで動作して、第２増幅素子はＣ級で動作する。第１増幅素子の第１実行素子サイズは、第２増幅素子の第２実行素子サイズよりも小さく設定されている。
【００２３】
低出力電力時には、Ｃ級動作の素子サイズの大きな第２増幅素子は非活性化され、Ｂ級とＡＢ級の一方で素子サイズの小さな第１増幅素子がＲＦ入力電力信号を増幅するので、低出力電力時の電力付加効率を改善することが可能となる。高出力電力時には、第１増幅素子だけでなく、第２増幅素子もＲＦ入力電力信号を増幅する。第２増幅素子の素子サイズが大きいので、高出力電力時の電力付加効率を改善することが可能となる。
【００２４】
また更に下記特許文献４に記載の他の実施の形態のＲＦ電力増幅器は、高出力電力時には高い電源電圧を使用して、低出力電力時には低い電源電圧を使用するために、出力制御信号によって制御されるＤＣ−ＤＣコンバータを含んでいる。ＤＣ−ＤＣコンバータのＤＣ出力電圧は、入力端子と出力端子との間に並列接続の第１増幅器と第２増幅器のドレインもしくはコレクタに第１電源電圧供給回路と第２電源電圧供給回路を介して供給される。
【００２５】
一方、下記非特許文献１の２２頁のＦｉｇｕｒｅ  ４．１には、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の携帯電話の送信電力の分布が示されている。この図から、−６〜０ｄＢｍの中間出力電力時には１２〜１３％の最大の利用確率となり、−１０ｄＢｍ以下の低出力電力時には出力電力の低下に比例して１０％以下に利用確率も低下する一方、３ｄＢｍ以上の高出力電力時には出力電力の増加に反比例して１０％以下に利用確率も低下することが理解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】米国特許登録ＵＳ６，６２４，７０２Ｂ１号明細書
【特許文献２】特開平１１−３１２９３３号公報
【特許文献３】特開２００７−１１６６９４号公報
【特許文献４】特開２００８−０３５４８７号公報
【非特許文献】
【００２７】
【非特許文献１】ＧＳＭ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，  “Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｌｉｆｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”，  Ｖｅｒｓｉｏｎ  ５．１，  １５  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２００９，  ｈｔｔｐ：／／ｇｓｍｗｏｒｌｄ．ｃｏｍ／ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／ＤＧ＿０９＿ｖ５１．ｄｏｃ [平成２２年３月１５日検索]
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上記特許文献１に記載の電力増幅器によると、低出力電力時に大きな消費電流低減効果を得ることが可能となる。しかしながら、上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器では、ＲＦ電力増幅装置が最大出力時にて消費する例えば１Ａ程度の大電流をＤＣ−ＤＣコンバータはＲＦ電力増幅器に供給する必要がある。
【００２９】
従って、ＤＣ−ＤＣコンバータには大電流の通電が可能な大きなチップサイズのパワートランジスタと大きなサイズの外付け部品とが必要であり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータの面積は増大する。従って、このＤＣ−ＤＣコンバータを内蔵するＲＦ電力増幅器の実装面積が大幅に大型化すると言う問題が、本発明に先立った本発明者等による検討によって明らかとされた。
【００３０】
また、上記特許文献２に記載の電力増幅器はＤＣ−ＤＣコンバータを使用しないために実装面積は非常に小さく、低出力電力時の効率は比較的高いものの、ＲＦ電力増幅装置の消費電流が依然として大きいと言う問題が、本発明に先立った本発明者等による検討によって明らかとされた。
【００３１】
更に上記特許文献３に記載の電力増幅器では、低出力増幅器に電源供給するためのダイナミック電圧供給部の電力効率がバックコンバータ等のＤＣ−ＤＣコンバータと比較して低いので、結果として低出力増幅器とダイナミック電圧供給部の消費電流が増加すると言う問題が、本発明に先立った本発明者等による検討によって明らかとされた。
【００３２】
また、低出力増幅器としてクラスＥ級動作の増幅器を使用するとＥ級負荷が必要であり、またダイナミック電圧供給部にインピーダンス変換のトランスフォーマーと負荷とが必要であることから、実装面積が増大すると言う問題が、本発明に先立った本発明者等による検討によって明らかとされた。更にクラスＥ級動作の増幅器は増幅動作可能な周波数帯域が狭いために多様な周波数帯域に対応することができず、また非線形増幅器であるために線形性が劣化すると言う問題が、本発明に先立った本発明者等による検討によって明らかとされた。
【００３３】
一方、上記特許文献４に記載のＲＦ電力増幅器では、並列接続の第１増幅器と第２増幅器に可変電源電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータは、上記特許文献１に記載の電力増幅器と同様に、大電流の通電が可能な大きなチップサイズのパワートランジスタと大きなサイズの外付け部品とを必要とし、その結果ＤＣ−ＤＣコンバータの面積は増大して、このＤＣ−ＤＣコンバータを内蔵するＲＦ電力増幅器の実装面積が大型化すると言う問題が、本発明に先立った本発明者等による検討によって明らかとされた。
【００３４】
図４は、本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【００３５】
図４において、２１０はＲＦ信号入力端子、２９０はＲＦ信号出力端子、２１６はバイアス設定信号入力端子、２１５ａはドライバー段増幅器の駆動電源端子、２１５ｂは第１のＲＦ電力増幅器の駆動電源端子、２３０はドライバー段増幅器、２７０ａは第１のＲＦ電力増幅器、２２０ａは入力整合回路、２２０ｂは段間整合回路、２２０ｃは出力整合回路、２５０ａはカップリング容量、２４５ａ、２４５ｂはバイパス容量、２４０ａ、２４０ｂはチョークインダクタ、２６５はバイアス供給回路、２６６はバイアス電流生成回路である。また、２０５は半導体集積回路の半導体チップ、２００はＲＦ電力増幅器モジュールである。
【００３６】
ドライバー段増幅器２３０および第１のＲＦ電力増幅器２７０ａは、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極をもつＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタである。尚、ＬＤＭＯＳは、Ｌａｔｅｒａｌｌｙ  Ｄｉｆｆｕｓｅｄ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒの略である。
【００３７】
ＲＦ信号入力端子２１０は入力整合回路２２０ａの入力端子に接続され、入力整合回路２２０ａの出力端子はドライバー段増幅器２３０のゲート電極に接続されている。ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの各ソース電極は、接地電位に接続されている。
【００３８】
ドライバー段増幅器２３０のドレイン電極は段間整合回路２２０ｂの入力端子に接続され、カップリング容量２５０ａの一方の電極と他方の電極とは段間整合回路２２０ｂの出力端子と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのゲート電極にそれぞれ接続されている。
【００３９】
第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極は出力整合回路２２０ｃの入力端子に接続され、出力整合回路２２０ｃの出力端子はＲＦ信号出力端子２９０に接続されている。
【００４０】
バイアス電流生成回路２６６は例えば少なくとも入力端子と出力端子を有する２端子回路であり、バイアス設定信号入力端子はバイアス設定信号入力端子２１６に接続されている一方、出力端子はバイアス供給回路２６５の入力端子に接続されている。
【００４１】
バイアス供給回路２６５は、例えば１入力２出力を有する３端子回路であり、１つの入力端子はバイアス電流生成回路２６６の出力端子に接続され、第１出力端子と第２出力端子とはドライバー段増幅器２３０のゲート電極と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのゲート電極にそれぞれ接続されている。
【００４２】
ドライバー段増幅器２３０の駆動電源端子２１５ａと第１のＲＦ電力増幅器の駆動電源端子２１５ｂはチョークインダクタ２４０ａ、２４０ｂを介して、ドライバー段増幅器２３０のドレイン電極と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極にそれぞれ接続されている。更にドライバー段増幅器２３０の駆動電源端子２１５ａとチョークインダクタ２４０ａとの間にはバイパス容量２４５ａがシャント接続され、第１のＲＦ電力増幅器２３０の駆動電源端子２１５ｂとチョークインダクタ２４０ｂとの間にバイパス容量２４５ｂがシャント接続され、ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａとから、ドライバー段増幅器の駆動電源端子２１５ａと第１のＲＦ電力増幅器の駆動電源端子２１５ｂをそれぞれ見たインピーダンスが十分高くなるように設計されている。
【００４３】
図５は、本発明に先立って本発明者等によって検討された図４のＲＦ電力増幅器の出力電力と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの消費電流との関係を示す図である。
【００４４】
尚、図５に示す関係は、シミュレーションにより求めた結果である。ここで、略１０ｄＢｍ以上の出力電力を高電力と言い、略１０ｄＢｍ以下の出力電力を低電力と言うこととする。図５から、高電力出力時では消費電流は出力電力の増加に比例して増加するのに対して、低電力出力時では消費電流は出力電力の減少と無関係に略一定であることが理解される。
【００４５】
図６は、本発明に先立って本発明者等によって検討された図４のＲＦ電力増幅器の低電力出力時において出力電力の低下と無関係に第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極に略一定の直流電流を流すことによって、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの所定の増幅率が確保される様子を示す図である。
【００４６】
図７は、本発明に先立って本発明者等によって検討された図４のＲＦ電力増幅器の第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの直流電流であるアイドル電流と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの増幅率の関係を示す図である。
【００４７】
図７から、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの直流電流であるアイドル電流の減少に比例して、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの増幅率が低下することが理解される。
【００４８】
従って、低電力出力時に第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの所定の増幅率を確保するためには、出力電力の低下と無関係にドレイン電極に一定の直流電流を流すことが必要であり、そのためには、消費電流は略一定となる。
【００４９】
図８は、本発明に先立って本発明者等によって検討された図４のＲＦ電力増幅器の携帯電話端末の実際の使用環境下での出力電力の使用確率分布を示す図である。図８に示したＲＦ電力増幅器の使用確率分布は、上記非特許文献１に記載されたＷ−ＣＤＭＡ方式の携帯電話の送信電力の分布と略対応するものである。
【００５０】
図８から、最大利用確率である出力電力は略０ｄＢｍ付近であることが理解される。また、略１０ｄＢｍ以下の低電力出力動作の利用確率を積分すると、その合計は全体の９割以上であることが理解される。
【００５１】
図９は、本発明に先立って本発明者等によって検討された図４のＲＦ電力増幅器の図５の特性と図８の特性とを乗算した一般的にトークカレントと呼ばれる特性を示す図である。図９には、出力電力毎の消費電流分布が示されている。
【００５２】
図９から、略０ｄＢｍ付近の出力電力での消費電流が最大であり、また略１０ｄＢｍ以下の低電力出力時の消費電流を積分してその合計を算出すると、全消費電流で略１０ｄＢｍ以下の低電力出力時の消費電流が約９割を占めることが理解される。従って図９から、平均消費電流低減には低電力出力時の消費電流の低減が重要であり、低電力出力時にて消費電流を低減することによって大きな効果が得られることが、本発明に先立った本発明者等による検討によって明らかとされた。
【００５３】
本発明は、以上のような本発明に先立った本発明者等の検討の結果、なされたものである。
【００５４】
従って、本発明の目的とするところは、低電力出力時の消費電流を低減して、更に実装面積の増大を軽減することにある。
【００５５】
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】
【００５６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００５７】
すなわち、本発明の代表的な実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)は、ドライバー段増幅器(２３０)と第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)と第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)とＤＣ電圧変換器(２８０)とを具備する。
【００５８】
前記ドライバー段増幅器(２３０)と前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)と前記ＤＣ電圧変換器(２８０)とは、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の外部から供給される外部電源電圧(Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２、Ｖｃｃ３)によって動作する。
【００５９】
前記ドライバー段増幅器(２３０)の出力信号は前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の入力端子と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の入力端子に供給され、前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の実効素子サイズは前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の実効素子サイズよりも大きな素子サイズに設定される。
【００６０】
前記ＤＣ電圧変換器(２８０)に前記外部電源電圧(Ｖｃｃ３)が供給され、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)は前記外部電源電圧(Ｖｃｃ３)よりも低電圧の動作電源電圧(Ｖｃｃ４)を生成して、当該動作電源電圧(Ｖｃｃ４)を前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の出力端子に供給する。
【００６１】
前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の出力端子には、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)を介することなく、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の前記外部から供給される前記外部電源電圧(Ｖｃｃ２)が供給可能とされたことを特徴とする(図１参照)。
【発明の効果】
【００６２】
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。
【００６３】
すなわち、本発明によれば、低電力出力時の消費電流を低減して、更に実装面積の増大を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器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ＲＦ電力増幅器に含まれるバイアス供給回路２６５の構成を示す図である。
【図３】図３は、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器に含まれるＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明に先立って本発明者等によって検討された図４のＲＦ電力増幅器の出力電力と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの消費電流との関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明に先立って本発明者等によって検討された図４のＲＦ電力増幅器の低電力出力時において出力電力の低下と無関係に第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極に略一定の直流電流を流すことによって、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの所定の増幅率が確保される様子を示す図である。
【図７】図７は、本発明に先立って本発明者等によって検討された図４のＲＦ電力増幅器の第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの直流電流であるアイドル電流と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの増幅率の関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明に先立って本発明者等によって検討された図４のＲＦ電力増幅器の携帯電話端末の実際の使用環境下での出力電力の使用確率分布を示す図である。
【図９】図９は、本発明に先立って本発明者等によって検討された図４のＲＦ電力増幅器の図５の特性と図８の特性とを乗算した一般的にトークカレントと呼ばれる特性を示す図である。
【図１０】図１０は、図４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電力増幅器の消費電流と、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の消費電流と、上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器の消費電流と、上記特許文献２に記載のＲＦ電力増幅器の消費電流とを示す図である。
【図１１】図１１は、図４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電力増幅器の平均消費電流と、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の平均消費電流と、上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器の平均消費電流と、上記特許文献２に記載のＲＦ電力増幅器の平均消費電流とを示す図である。
【図１２】図１２は、図４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電力増幅器の実装面積と、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の実装面積と、上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器の実装面積と、上記特許文献２に記載のＲＦ電力増幅器の実装面積とを示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【図１６】図１６は、図１５に示した本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器に含まれるシリーズレギュレータ回路２８１の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、図１、図２、図３で説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の通常動作と図１７に示す本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器のエンベロープトラッキング動作とを説明する図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態７によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【図２１】図２１は、図１、図１５、図１７、図１９、図２０と図２２、図２３のいずれかの実施の形態によるＲＦ電力増幅器で使用可能な本発明の実施の形態８によるバイアス供給回路２６５の構成を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態９によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態１０によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【図２５】図２５は、図２４に示した本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器に含まれるバイアス供給回路２６５の構成を示す図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施の形態１２によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【図２７】図２７は、本発明の実施の形態１３による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】
【００６５】
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。
【００６６】
〔１〕本発明の代表的な実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)は、ドライバー段増幅器(２３０)と第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)と第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)とＤＣ電圧変換器(２８０)とを具備するものである。
【００６７】
前記ドライバー段増幅器(２３０)と前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)と前記ＤＣ電圧変換器(２８０)とは、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の外部から供給される外部電源電圧(Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２、Ｖｃｃ３)によって動作可能とされる。
【００６８】
前記ドライバー段増幅器(２３０)の出力端子から生成される出力信号は前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の入力端子と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の入力端子とに供給可能とされ、前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の実効素子サイズは前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の実効素子サイズよりも大きな素子サイズに設定されている。
【００６９】
前記ＤＣ電圧変換器(２８０)に前記外部電源電圧(Ｖｃｃ３)が供給されることによって、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)は前記外部電源電圧(Ｖｃｃ３)よりも低電圧の動作電源電圧(Ｖｃｃ４)を生成可能とされ、当該動作電源電圧(Ｖｃｃ４)を前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の出力端子に供給可能とされる。
【００７０】
前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の出力端子には、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)を介することなく、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の前記外部から供給される前記外部電源電圧(Ｖｃｃ２)が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)。
【００７１】
前記実施の形態によれば、大きな動作確率を占有する低電力出力時の消費電流の低減により平均消費電流を低減して、更にＤＣ電圧変換器による実装面積の増大を軽減することができる。
【００７２】
好適な実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)は、前記ドライバー段増幅器(２３０)の入力端子と前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の前記入力端子と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の前記入力端子に第１バイアス電圧(Ｖｇ１)と第２バイアス電圧(Ｖｇ２)と第３バイアス電圧(Ｖｇ３)とをそれぞれ供給可能とされたバイアス回路(２６６、２６５)を更に具備する。
【００７３】
前記バイアス回路(２６６、２６５)は、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の外部制御端子(２１７、２１８)に供給される外部制御信号の第１の状態(Ｌ)に応答して、前記第２バイアス電圧(Ｖｇ２)と前記第３バイアス電圧(Ｖｇ３)とを低レベルと高レベルとにそれぞれ設定することによって、前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)は非活性状態に制御され、前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)は活性状態に制御されるものである。
【００７４】
前記バイアス回路(２６６、２６５)は、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の外部制御端子(２１７、２１８)に供給される前記外部制御信号の第２の状態(Ｈ)に応答して、前記第２バイアス電圧(Ｖｇ２)と前記第３バイアス電圧(Ｖｇ３)とを高レベルと低レベルとにそれぞれ設定することによって、前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)は活性状態に制御され、前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)は非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)。
【００７５】
より好適な実施の形態では、前記外部制御信号の前記第２の状態(Ｈ)に応答して、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)は非活性状態に制御され、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)による前記外部電源電圧(Ｖｃｃ３)から前記動作電源電圧(Ｖｃｃ４)の生成が中止されることを特徴とするものである(図１参照)。
【００７６】
他のより好適な実施の形態では、前記外部制御信号が前記第１の状態(Ｌ)と前記第２の状態(Ｈ)のいずれの場合にも、前記バイアス回路(２６６、２６５)は前記第１バイアス電圧(Ｖｇ１)を高レベルに設定することによって、前記ドライバー段増幅器(２３０)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)。
【００７７】
更に他のより好適な実施の形態では、前記バイアス回路(２６６、２６５)から生成される前記第１バイアス電圧(Ｖｇ１)と高レベルの前記第２バイアス電圧(Ｖｇ２)と高レベルの前記第３バイアス電圧(Ｖｇ３)とは前記ドライバー段増幅器(２３０)と前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)とがそれぞれ線型動作可能な値に設定されたことを特徴とするものである(図１参照)。
【００７８】
良好な実施の形態では、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)は、チャージポンプ回路によって構成されたＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とするものである(図３参照)。
【００７９】
他の良好な実施の形態では、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)は、インダクタ(４７２)を使用するスイッチングレギュレータによって構成されたＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とするものである(図１３参照)。
【００８０】
より良好な実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)は、前記外部電源電圧(Ｖｃｃ２)が供給される前記ＤＣ電圧変換器(２８０)の入力端子(４１０)と前記動作電源電圧(Ｖｃｃ４)が生成される前記ＤＣ電圧変換器(２８０)の出力端子(４１２)との間に接続されたスイッチ(２８７)を更に具備する。
【００８１】
前記外部制御信号の前記第２の状態(Ｈ)に応答して、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)は前記非活性状態に制御され、前記スイッチ(２８７)はオン状態に制御され、前記オン状態の前記スイッチ(２８７)は前記ＤＣ電圧変換器(２８０)の前記入力端子(４１０)と前記出力端子(４１２)との間をバイパスすることによって、前記外部から供給される前記外部電源電圧(Ｖｃｃ２)が前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の前記出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１４参照)。
【００８２】
他のより良好な実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)は、前記動作電源電圧が生成される前記ＤＣ電圧変換器(２８０)の出力端子(４１２)と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の前記出力端子との間に接続されたシリーズレギュレータ(２８１)を更に具備する。
【００８３】
前記外部制御信号の前記第１の状態(Ｌ)に応答して前記ＤＣ電圧変換器(２８０)が活性状態に制御される際に、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)の前記出力端子(４１２)から生成される前記動作電源電圧が供給される前記シリーズレギュレータ(２８１)は前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の前記外部から供給される出力電圧設定信号(７１４)によって調整された変換動作電源電圧(Ｖｃｃ４)を生成して前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の前記出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１５参照)。
【００８４】
更に他のより良好な実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)は、前記ドライバー段増幅器(２３０)の入力端子のＲＦ入力信号の振幅レベルを検出可能な検波器(２８４)を更に具備する。
【００８５】
前記検波器(２８４)の検波出力信号に応答して、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)から生成される前記低電圧の前記動作電源電圧(Ｖｃｃ４)が可変とされ、当該可変とされた前記動作電源電圧(Ｖｃｃ４)を前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の出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１７参照)。
【００８６】
改良された実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)は、第１の入力端子と第２の入力端子と制御入力端子と出力端子とを有する切換スイッチ(２９１)を更に具備する。
【００８７】
前記切換スイッチ(２９１)の前記第１の入力端子には前記外部電源電圧(Ｖｃｃ１)が供給可能とされ、前記切換スイッチ(２９１)の前記第２の入力端子には前記ＤＣ電圧変換器(２８０)の出力端子(４１２)から生成される前記動作電源電圧が供給可能とされ、前記切換スイッチ(２９１)の前記制御入力端子は前記外部制御信号の前記第１の状態(Ｌ)と前記第２の状態(Ｈ)に応答可能とされ、前記切換スイッチ(２９１)の前記出力端子は前記ドライバー段増幅器(２３０)の前記出力端子に接続されている。
【００８８】
前記切換スイッチ(２９１)の前記制御入力端子に供給される前記外部制御信号の前記第２の状態(Ｈ)に応答して、前記切換スイッチ(２９１)は前記第１の入力端子に供給される前記外部電源電圧(Ｖｃｃ１)を前記切換スイッチ(２９１)の前記出力端子を介して前記ドライバー段増幅器(２３０)の前記出力端子に供給するものである。
【００８９】
前記切換スイッチ(２９１)の前記制御入力端子に供給される前記外部制御信号の前記第１の状態(Ｌ)に応答して、前記切換スイッチ(２９１)は前記第２の入力端子に供給される前記ＤＣ電圧変換器(２８０)の前記動作電源電圧を前記切換スイッチ(２９１)の前記出力端子を介して前記ドライバー段増幅器(２３０)の前記出力端子に供給することを特徴とするものである(図１９参照)。
【００９０】
より改良された実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)では、ＲＦ信号出力端子(２９０)に前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の前記出力端子と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の前記出力端子とが接続される。
【００９１】
前記ＲＦ信号出力端子(２９０)には、更に信号スイッチ(２９５)を介して前記ドライバー段増幅器(２３０)の前記出力端子が接続される。
【００９２】
前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の前記外部制御端子(２１７、２１８、２９６)に供給される前記外部制御信号が前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の最低送信出力電力状態を示す第３の状態(ＬＬ)に応答して、前記バイアス回路(２６６、２６５)は前記第１バイアス電圧(Ｖｇ１)と前記第２バイアス電圧(Ｖｇ２)と前記第３バイアス電圧(Ｖｇ３)とをそれぞれ高レベルと低レベルと低レベルとにそれぞれ設定することによって、前記ドライバー段増幅器(２３０)は前記活性状態に制御され、前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)は前記非活性状態に制御され、前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)は前記非活性状態に制御されるものである。
【００９３】
前記外部制御信号の前記第３の状態(ＬＬ)に応答して、前記信号スイッチ(２９５)はオン状態に制御され、前記ドライバー段増幅器(２３０)の前記出力端子の増幅信号は前記オン状態に制御された前記信号スイッチ(２９５)を介して前記ＲＦ信号出力端子(２９０)に伝達されることを特徴とするものである(図２０参照)。
【００９４】
他のより改良された実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)では、前記バイアス回路(２６６、２６５)は前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の前記入力端子と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の前記入力端子とに前記第２バイアス電圧(Ｖｇ２)と前記第３バイアス電圧(Ｖｇ３)とをそれぞれ供給する第１のバッファアンプ(３４０ａ)と第２のバッファアンプ(３４０ｂ)とを含むものである。
【００９５】
前記バイアス回路(２６６、２６５)は、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の外部制御端子(２１７、２１８)に供給される前記外部制御信号の前記第２の状態(Ｈ)に応答して、前記第１のバッファアンプ(３４０ａ)と前記第２のバッファアンプ(３４０ｂ)とに前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の前記外部から供給される前記外部電源電圧(Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２、Ｖｃｃ３)を供給するものである。
【００９６】
前記バイアス回路(２６６、２６５)は、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の外部制御端子(２１７、２１８)に供給される前記外部制御信号の前記第１の状態(Ｌ)に応答して、前記第１のバッファアンプ(３４０ａ)と前記第２のバッファアンプ(３４０ｂ)とに前記ＤＣ電圧変換器(２８０)から生成される前記低電圧の前記動作電源電圧(Ｖｃｃ４)を供給することを特徴とするものである(図２１参照)。
【００９７】
更に他のより改良された実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)では、ＲＦ信号出力端子(２９０)には前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の前記出力端子と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の前記出力端子とが接続される。
【００９８】
前記ＲＦ信号出力端子(２９０)に出力整合回路(２２０ｃ)の一端が接続され、前記出力整合回路(２２０ｃ)の他端と前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の前記出力端子との間に第１の段間整合回路(２２０ｄ)が接続され、前記出力整合回路(２２０ｃ)の前他端と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の前記出力端子との間に第２の段間整合回路(２２０ｅ)が接続されたことを特徴とするものである(図２２参照)。
【００９９】
具体的な実施の形態では、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)には、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の前記外部のＤＣ−ＤＣコンバータ(２９９)から生成される前記外部電源電圧(Ｖｃｃ５)が供給可能とされ、前記ドライバー段増幅器(２３０)と前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)と前記ＤＣ電圧変換器(２８０)とは前記外部電源電圧(Ｖｃｃ５)によって動作可能とされことを特徴とするものである(図２３参照)。
【０１００】
他の具体的な実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)は、前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の前記実効素子サイズよりも小さな素子サイズに設定された第３のＲＦ増幅器(２７０ｃ)を更に具備する。
【０１０１】
前記バイアス回路(２６６、２６５)は、第４のバイアス電圧(Ｖｇ４)を生成して前記第３のＲＦ増幅器(２７０ｃ)の入力端子に供給するものである。
【０１０２】
前記第３のＲＦ増幅器(２７０ｃ)の前記入力端子には前記ドライバー段増幅器(２３０)の前記出力端子から生成される前記出力信号が供給可能とされ、前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の前記出力端子と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の前記出力端子とが接続されたＲＦ信号出力端子(２９０)に前記第３のＲＦ増幅器(２７０ｃ)の出力端子が接続されたことを特徴とするものである(図２４参照)。
【０１０３】
更に他の具体的な実施の形態によるＲＦ電力増幅装置(２００)では、前記ドライバー段増幅器(２３０)と前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)との各増幅器は、電界効果トランジスタとバイポーラトランジスタとのいずれかによって構成されたことを特徴とするものである。
【０１０４】
最も具体的な実施の形態によるＲＦモジュール(２００)は、それぞれ前記ＲＦ増幅装置によって構成され並列動作可能な第１と第２のＲＦ電力増幅器(ＰＡ１、ＰＡ２)を含む平衡電力増幅器を１個のパッケージの内部に具備したことを特徴とするものである(図２７参照)。
【０１０５】
〔２〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態は、ドライバー段増幅器(２３０)と第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)と第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)とＤＣ電圧変換器(２８０)とバイアス回路(２６６、２６５)とを具備するＲＦ電力増幅装置(２００)の動作方法である。
【０１０６】
前記ドライバー段増幅器(２３０)と前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)と前記ＤＣ電圧変換器(２８０)とは、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の外部から供給される外部電源電圧(Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２、Ｖｃｃ３)によって動作可能とされる。
【０１０７】
前記ドライバー段増幅器(２３０)の出力端子から生成される出力信号は前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の入力端子と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の入力端子とに供給可能とされ、前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の実効素子サイズは前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の実効素子サイズよりも大きな素子サイズに設定されている。
【０１０８】
前記ＤＣ電圧変換器(２８０)に前記外部電源電圧(Ｖｃｃ３)が供給されることによって、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)は前記外部電源電圧(Ｖｃｃ３)よりも低電圧の動作電源電圧(Ｖｃｃ４)を生成可能とされ、当該動作電源電圧(Ｖｃｃ４)を前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の出力端子に供給可能とされる。
【０１０９】
前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の出力端子には、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)を介することなく、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の前記外部から供給される前記外部電源電圧(Ｖｃｃ２)が供給可能とされる。
【０１１０】
前記バイアス回路(２６６、２６５)は第１バイアス電圧(Ｖｇ１)と第２バイアス電圧(Ｖｇ２)と第３バイアス電圧(Ｖｇ３)とをそれぞれ生成可能とし前記ドライバー段増幅器(２３０)の入力端子と前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)の前記入力端子と前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)の前記入力端子とにそれぞれ供給可能とするものである。
【０１１１】
前記バイアス回路(２６６、２６５)は、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の外部制御端子(２１７、２１８)に供給される外部制御信号の第１の状態(Ｌ)に応答して、前記第２バイアス電圧(Ｖｇ２)と前記第３バイアス電圧(Ｖｇ３)とを低レベルと高レベルとにそれぞれ設定することによって、前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)は非活性状態に制御され、前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)は活性状態に制御されるものである。
【０１１２】
前記バイアス回路(２６６、２６５)は、前記ＲＦ電力増幅装置(２００)の外部制御端子(２１７、２１８)に供給される前記外部制御信号の第２の状態(Ｈ)に応答して、前記第２バイアス電圧(Ｖｇ２)と前記第３バイアス電圧(Ｖｇ３)とを高レベルと低レベルとにそれぞれ設定することによって、前記第１のＲＦ増幅器(２７０ａ)は活性状態に制御され、前記第２のＲＦ増幅器(２７０ｂ)は非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)。
【０１１３】
好適な実施の形態では、前記外部制御信号の前記第２の状態(Ｈ)に応答して、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)は非活性状態に制御され、前記ＤＣ電圧変換器(２８０)による前記外部電源電圧(Ｖｃｃ３)から前記動作電源電圧(Ｖｃｃ４)の生成が中止されることを特徴とするものである(図１参照)。
【０１１４】
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。
【０１１５】
［実施の形態１］
《ＲＦ電力増幅器の構成》
本発明の構造、動作および効果を説明する上で簡便性を図るため、携帯電話端末に搭載される小型のＲＦ電力増幅器モジュールに構成されるＲＦ電力増幅器を例に挙げるものである。
【０１１６】
図１は、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。尚、図１に示したＲＦ電力増幅器は、携帯電話端末の送信回路の一部を構成するものである。
【０１１７】
図１において、２１０はＲＦ信号入力端子、２９０はＲＦ信号出力端子、２３０はドライバー段増幅器、２７０ａは第１のＲＦ電力増幅器、２７０ｂは第２のＲＦ電力増幅器、２１５ａはドライバー段増幅器２３０の駆動電源端子、２１５ｂは第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの駆動電源端子、２１５ｃは第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子、２１８はシャットダウン信号入力端子、２２０ａは入力整合回路、２２０ｂは段間整合回路、２２０ｃは出力整合回路、２５０ａ、２５０ｂ、２５５はカップリング容量、２４５ａ、２４５ｂ、２４５ｃはバイパス容量、２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃはチョークインダクタ、２８０はＤＣ−ＤＣコンバータ、２８５はベースバンド処理回路、２６５はバイアス供給回路、２６６はバイアス電流生成回路である。また、２０５は半導体集積回路の半導体チップ、２００はＲＦ電力増幅器モジュールである。また、３１０ａ、３１０ｂはバイアス電流入力端子、３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃはバイアス信号出力端子、３１３は前記第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換信号入力端子であり、４１０は電源端子、４１２は出力端子、４１３はシャットダウン端子、２１６はバイアス設定信号入力端子、２１７は第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換制御端子である。
【０１１８】
ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂは、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有するＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタで構成されたものである。また特に、高電力出力の動作のための第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの実効素子サイズは、低電力出力の動作のための第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの実効素子サイズよりも極めて大きなサイズに設定されている。更に、ドライバー段増幅器２３０の実効素子サイズは、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの実効素子サイズよりも極めて小さなサイズに設定されている。
【０１１９】
ＲＦ信号入力端子２１０は入力整合回路２２０ａの入力端子に接続され、入力整合回路２２０ａの出力端子はドライバー段増幅器２３０のゲート電極に接続されている。ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのソース電極は、接地電位に接続されている。
【０１２０】
ドライバー段増幅器２３０のドレイン電極は段間整合回路２２０ｂの入力端子に接続され、段間整合回路２２０ｂの出力端子はカップリング容量２５０ａ、２５０ｂの一方の電極に接続され、カップリング容量２５０ａ、２５０ｂの他方の電極は第１のＲＦ電力増幅器２７０ａ、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのゲート電極にそれぞれ接続されている。
【０１２１】
バイアス電流生成回路２６６は例えば少なくとも入力端子と２つの出力端子とを有する３端子回路であり、入力端子はバイアス設定信号入力端子２１６に接続され、２つの出力端子はバイアス供給回路２６５の２つのバイアス電流入力端子３１０ａ、３１０ｂに接続されている。
【０１２２】
バイアス供給回路２６５は例えば少なくとも３入力３出力を有する６端子回路であり、２つのバイアス電流入力端子３１０ａ、３１０ｂはバイアス電流生成回路２６６の２つの出力端子に接続され、１つの制御入力端子３１３は第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換制御端子２１７に接続され、３つのバイアス出力端子３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃはドライバー段増幅器２３０のゲート電極と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのゲート電極と第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのゲート電極にそれぞれ接続されている。特に、バイアス供給回路２６５のバイアス出力端子３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃからそれぞれ生成されるバイアス電圧Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３は、ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂとが線型動作を実行可能なように比較的大きな電圧レベルに設定される。
【０１２３】
ドライバー段増幅器２３０の駆動電源端子２１５ａと第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの駆動電源端子２１５ｂはチョークインダクタ２４０ａ、２４０ｂを介して、ドライバー段増幅器２３０のドレイン電極と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極にそれぞれ接続され、更にドライバー段増幅器の駆動電源端子２１５ａとチョークインダクタ２４０ａとにはバイパス容量２４５ａがシャント接続され、第１のＲＦ電力増幅器の駆動電源端子２１５ｂとチョークインダクタ２４０ｂとにはバイパス容量２４５ｂがシャント接続され、ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａからドライバー段増幅器の駆動電源端子２１５ａと第１のＲＦ電力増幅器の駆動電源端子２１５ｂを見たインピーダンスが十分高くなるように設計されている。
【０１２４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は例えば少なくとも入力端子４１０と出力端子４１２と制御端子４１３とを有する３端子回路であって、入力端子４１０は第２のＲＦ電力増幅器の駆動電源端子２１５ｃに接続され、制御端子４１３はシャットダウン信号入力端子２１８に接続され、出力端子４１２はチョークインダクタ２４０ｃを介して第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２とチョークインダクタ２４０ｃとの間にはバイパス容量２４５ｃがシャント接続され、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂからＤＣ−ＤＣコンバータ２８０を見たインピーダンスが十分高くなるように設計されている。
【０１２５】
シャットダウン信号入力端子２１８と第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換制御端子２１７とは、ベースバンド処理回路２８５と接続されている。
【０１２６】
カップリング容量２５５の一方の電極と他方の電極とは、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極と第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極とにそれぞれ接続されている。
【０１２７】
出力整合回路２２０ｃの入力端子と出力端子とは、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極とＲＦ信号出力端子２９０とにそれぞれ接続されている。
【０１２８】
半導体チップ２０５は、ドライバー段増幅器２３０と、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂと、カップリング容量２５０ａ、２５０ｂと、バイアス供給回路２６５を少なくとも具備する。ＲＦ電力増幅器モジュール２００は、半導体チップ２０５、入力整合回路２２０ａ、出力整合回路２２０ｃ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０を少なくとも具備する。ＲＦ電力増幅器モジュール２００は、封止樹脂等で構成された１個のパッケージの形態で構成される。ＲＦ電力増幅器モジュール２００の１個のパッケージの内部に、ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂとカップリング容量２５０ａ、２５０ｂとバイアス供給回路２６５とを含む半導体チップ２０５と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０とが内蔵される。尚、半導体チップ２０５は、入力整合回路２２０ａ、段間整合回路２２０ｂ、出力整合回路２２０ｃおよびＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の一部もしくは全部を具備することも可能である。また、ＲＦ電力増幅器モジュール２００の１個のパッケージの内部には、半導体チップ２０５と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０を構成する他の半導体チップとが内蔵され、この場合にはＲＦ電力増幅器モジュール２００はシステムインパッケージ(ＳＩＰ)となる。
【０１２９】
更に、ＲＦ電力増幅器モジュール２００は半導体チップ２０５を搭載するための絶縁支持基板もしくは金属支持フレームを含み、特に、ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂからの発熱をモジュール外部に放散するための放熱構造を具備する。この放熱構造は、金属支持フレームでも可能である一方、絶縁支持基板内部に形成されるサーマルビアやヒートシンクでも可能である。
【０１３０】
《バイアス供給回路》
図２は、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器に含まれるバイアス供給回路２６５の構成を示す図である。
【０１３１】
図２に示すバイアス供給回路２６５おいて、３１０ａ、３１０ｂはバイアス電流入力端子、３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃはバイアス信号出力端子、３１３は第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換信号入力端子、３２０は切換器、３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃはＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ、３４０ａ、３４０ｂはボルテージフォロワとして構成されたバッファアンプである。
【０１３２】
Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃは、少なくともソース電極とドレイン電極とゲート電極とを具備する３端子回路素子である。
【０１３３】
Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ａの共通接続されたドレイン電極とゲート電極とはバイアス電流入力端子３１０ａとバイアス信号出力端子３１２ａに接続され、Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ａのソース電極は接地電位に接続されている。
【０１３４】
切換器３２０は２入力２出力の４端子を有する回路であり、制御入力端子５００ｄは第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換信号入力端子３１３に接続され、バイアス電流入力端子５００ａはバイアス電流入力端子３１０ｂに接続され、２つの出力端子５００ｂ、５００ｃはＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ｂ、３３０ｃのドレイン電極にそれぞれ接続されている。Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ｂ、３３０ｃのドレイン電極はそれぞれのトランジスタのゲート電極に接続され、Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ｂ、３３０ｃのソース電極は接地電位に接続されている。ボルテージフォロワとして構成されたバッファアンプ３４０ａ、３４０ｂの非反転入力端子５１０ａ、５１０ｂはＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ｂ、３３０ｃのドレイン電極にそれぞれ接続され、バッファアンプ３４０ａ、３４０ｂの出力端子５２０ａ、５２０ｂはそれぞれバイアス信号出力端子３１２ｂ、３１２ｃに接続されている。尚、図２では図示されていないが、バッファアンプ３４０ａ、３４０ｂの出力端子５２０ａ、５２０ｂがそれぞれの反転入力端子に直接接続されることによって、バッファアンプ３４０ａ、３４０ｂはボルテージフォロワとして機能するものである。
【０１３５】
《ＤＣ−ＤＣコンバータ》
図３は、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器に含まれるＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の構成を示す図である。
【０１３６】
図３に示すＤＣ−ＤＣコンバータ２８０おいて、４１０は電源端子、４１２は出力端子、４１３はシャットダウン端子、４２０はインバータ回路、４３０ａはＰ型ＭＯＳトランジスタ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３０ｄはＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ、４４０ａ、４４０ｂはチャージポンプ用容量、４５０はスイッチングクロック発生回路、４６０ａ、４６０ｂ、４６０ｃはノードである。５３０ａ、５３０ｂ、５３０ｃ、５３０ｄは、それぞれスイッチングクロック発生回路４５０が有する電源端子、接地端子、入力端子、出力端子である。また、５４０ａ、５４０ｂ、５４０ｃ、５４０ｄは、それぞれインバータ回路４２０が有する電源端子、接地端子、入力端子、出力端子である。図３に示したＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、１／２降圧チャージポンプ回路として動作するものである。
【０１３７】
電源端子４１０は、スイッチングクロック発生回路４５０の電源端子５３０ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ４３０ａのソース電極とインバータ回路４２０の電源端子５４０ａに接続されている。スイッチングクロック発生回路４５０は、少なくとも電源端子５３０ａと接地端子５３０ｂと入力端子５３０ｃと出力端子５３０ｄを具備する４端子回路であって、電源端子５３０ａは電源端子４１０に接続され、接地端子５３０ｂは接地電位に接続され、入力端子５３０ｃはシャットダウン端子４１３に接続され、出力端子５３０ｄはインバータ回路４２０の入力端子５４０ｃとＰ型ＭＯＳトランジスタ４３０ａのゲート電極とＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４３０ｃ、４３０ｄのゲート電極とに接続されている。
【０１３８】
インバータ回路４２０は電源端子５４０ａと接地端子５４０ｂと入力端子５４０ｃと出力端子５４０ｄとを具備する４端子回路であり、電源端子５４０ａは電源端子４１０に接続され、接地端子５４０ｂは接地電位に接続され、入力端子５４０はスイッチングクロック発生回路４５０の出力端子５３０ｄに接続され、出力端子５４０ｄはＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４３０ｂのゲート電極に接続されている。
【０１３９】
Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４３０ａとＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４３０ｂ、４３０ｃ、４３０ｄの各トランジスタは、少なくともソース電極およびドレイン電極およびゲート電極を具備する３端子回路素子である。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４３０ａのドレイン電極とＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４３０ｃのソース電極とはノード４６０ａに接続され、Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４３０ｄのドレイン電極とＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４３０ｂのドレイン電極とはノード４６０ｂに接続され、Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４３０ｃのソース電極とＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４３０ｂのソース電極とはノード４６０ｃに接続され、Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４３０ｄのソース電極は接地電位に接続されている。
【０１４０】
チャージポンプ用容量４４０ａの一方の端子と他方の端子とはノード４６０ａとノード４６０ｂとにそれぞれ接続され、チャージポンプ用容量４４０ｂの一方の端子はノード４６０ｃおよび出力端子４１２に接続され、チャージポンプ用容量４４０ｂの他方の端子は接地電位とにそれぞれ接続されている。
【０１４１】
《ＲＦ電力増幅器の動作》
次に、図１、図２、図３を参照して、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の動作を説明する。
【０１４２】
図１に示した本発明の実施の形態１による電力増幅器では、図示しない信号源からのＲＦ信号はＲＦ信号入力端子２１０と入力整合回路２２０ａとを介してドライバー段増幅器２３０のゲート電極に供給される。入力整合回路２２０ａは、図示しない信号源の出力負荷インピーダンスとドライバー段増幅器２２０ａの入力負荷インピーダンスとを整合させる機能を有する。ドライバー段増幅器２３０のゲート電極にバイアス供給回路２６５からバイアス電圧Ｖｇ１が入力され、ドライバー段増幅器２３０のドレイン電極にチョークインダクタ２４０ａを介して電源端子２１５ａから第１電源電圧Ｖｃｃ１が供給される。
【０１４３】
ドライバー段増幅器２３０のゲート電極に供給されたＲＦ信号はドライバー段増幅器２３０によって増幅されて、ドライバー段増幅器２３０のドレイン電極から出力される。ドライバー段増幅器２３０のドレイン電極から出力されたＲＦ信号は、段間インピーダンス整合部２２０ｂとカップリング容量２５０ａ、２５０ｂとを介して、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのゲート電極と第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのゲート電極に供給される。
【０１４４】
バイアス電流生成回路２６６は入力端子２１６に供給されるバイアス設定信号を使用して、ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂに供給するためのバイアス電流を生成して、バイアス供給回路２６５のバイアス電流入力端子３１０ａ、３１０ｂに供給する。
【０１４５】
ベースバンド処理回路２８５は、ＲＦ電力増幅器モジュール２００のＲＦ信号出力端子２９０から出力されるＲＦ出力電力信号が高出力電力と低出力電力とのいずれかを表示するパワーレベル信号を生成してシャットダウン信号入力端子２１８と第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換制御端子２１７とに供給する。本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器は、パワーレベル信号に応答して、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂとＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の各回路の活性と不活性を切り換える動作を実行するものである。以下に、この動作を詳述する。
【０１４６】
《低電力出力の動作》
低電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５は低電力出力状態を示すパワーレベル信号Ｌを生成してシャットダウン信号入力端子２１８と第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換制御端子２１７とに供給する。
【０１４７】
パワーレベル信号Ｌに応答して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は活性状態となり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０が活性状態となるので、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃに供給される第３電源電圧Ｖｃｃ３の略１／２の電圧レベルの第４電源電圧Ｖｃｃ４が出力端子４１２よりチョークインダクタ２４０ｃを介して第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給される。一方、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極には、チョークインダクタ２４０ｂを介して、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの駆動電源端子２１５ｂから第２電源電圧Ｖｃｃ２が供給される。
【０１４８】
またパワーレベル信号Ｌに応答して、図２に示すバイアス供給回路２６５の切換器３２０はバイアス電流入力端子３１０ｂとトランジスタ３３０ｃのドレイン電極とを接続する状態となる。すると、トランジスタ３３０ｂのドレイン電極には電流が流入しないので、トランジスタ３３０ｂのゲート−ソース間電圧はトランジスタ３３０ｂのスレッシュホールド電圧と比較して十分に低電位となる。その結果、バイアス信号出力端子３１２ｂを介して第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのゲート電極に供給される第２バイアス電圧Ｖｇ２も第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのトランジスタのスレッシュホールド電圧と比較して十分低電位となるので、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａはカットオフ状態となり増幅動作を実行しない。一方、バイアス供給回路２６５のトランジスタ３３０ｃのドレイン電極にはバイアス電流入力端子３１０ｂから電流が流入するので、バイアス信号出力端子３１２ｃの第３バイアス電圧Ｖｇ３も所定の電圧となり、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂには所定のバイアス電流が流れ、増幅動作を実行する。第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂによって増幅されたＲＦ信号は、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極から生成される。
【０１４９】
尚、バッファアンプ３４０ａ、３４０ｂは、トランジスタ３３０ｂ、３３０ｃから見たバイアス信号出力端子３１２ｂ、３１２ｃのインピーダンスを十分に高くする機能を有するもので、第２バイアス電圧Ｖｇ２と第３バイアス電圧Ｖｇ３もしくは第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのバイアス電流の値に影響を及ぼさない。
【０１５０】
《高電力出力の動作》
高電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５は高電力出力状態を示すパワーレベル信号Ｈを生成してシャットダウン信号入力端子２１８と第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換制御端子２１７とに供給する。
【０１５１】
パワーレベル信号Ｈに応答して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は不活性状態となり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は不活性状態となるので、出力端子４１２からは第４電源電圧Ｖｃｃ４が出力されず、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極にも供給されない。一方、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極には、チョークインダクタ２４０ｂを介して、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの駆動電源端子２１５ｂから第２電源電圧Ｖｃｃ２が直接供給される。
【０１５２】
またパワーレベル信号Ｈに応答して、図２に示したバイアス供給回路２６５の切換器３２０は、バイアス電流入力端子３１０ｂとトランジスタ３３０ｂのドレイン電極を接続する状態となる。すると、トランジスタ３３０ｃのドレイン電極に電流が流入しないので、トランジスタ３３０ｃのゲート−ソース間電圧はトランジスタ３３０ｃのスレッシュホールド電圧と比較して十分に低電位となる。その結果、バイアス信号出力端子３１２ｃを介して第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのゲート電極に供給される第３バイアス電圧Ｖｇ３も第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのトランジスタのスレッシュホールド電圧と比較して十分低電位となるので、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂはカットオフ状態となり増幅動作を実行しない。一方、バイアス供給回路２６５のトランジスタ３３０ｂのドレイン電極にはバイアス電流入力端子３１０ｂから電流が流入するので、バイアス信号出力端子３１２ｂの第２バイアス電圧Ｖｇ２は所定の電位となり、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａには所定のバイアス電流が流れ、増幅動作を実行する。第１のＲＦ電力増幅器２７０ａによって増幅されたＲＦ信号は、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極から生成される。
【０１５３】
上述した制御の結果、高電力出力時には高電力を出力可能とするために第１のＲＦ電力増幅器２７０ａを動作させるのに対して、低電力出力時にはＲＦ電力増幅器の消費電流を低減するために第１のＲＦ電力増幅器２７０ａを停止させ、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂおよび第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂへ電源電圧と動作電流を供給するためのＤＣ−ＤＣコンバータ２８０を動作させる。尚、その他の実施の形態として、高電力出力時に第１のＲＦ電力増幅器２７０ａを動作させるだけではなくＤＣ−ＤＣコンバータ２８０と第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂとを動作させることによって、ＲＦ電力増幅器の最大出力電力を更に増加させることも可能である。
【０１５４】
図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器では、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極から生成されるＲＦ出力信号は出力整合回路２２０ｃを介してＲＦ信号出力端子２９０へ出力され、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極から生成されるＲＦ出力信号はカップリング容量２５５と出力整合回路２２０ｃを介してＲＦ信号出力端子２９０へ出力される。すなわち、高電力出力時ではドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａとがＲＦ信号入力端子２１０に入力されたＲＦ信号を増幅してＲＦ信号出力端子２９０へ出力するのに対して、低電力出力時はＤＣ−ＤＣコンバータ２８０が第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂに第４電源電圧Ｖｃｃ４を供給して、ドライバー段増幅器２３０と第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂがＲＦ信号入力端子２１０に入力されたＲＦ信号を増幅してＲＦ信号出力端子２９０へ出力する動作を実現するものである。
【０１５５】
《消費電流の低減効果》
以下に、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の平均消費電流の低減効果について詳細に説明を行う。
【０１５６】
まず、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０による第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの消費電流低減効果を、下記式(１)を利用して詳述する。
【０１５７】
下記式(１)では、ＩddはＤＣ−ＤＣコンバータ２８０が第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給するドレイン電流、Ｉbatは第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの消費電流、すなわち第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃからＤＣ−ＤＣコンバータ２８０に供給される電流である。
【０１５８】
また、ＶDCDCはＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２の出力電圧で、ＶbatはＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の入力端子４１０の入力電圧で、ＶDCDC / Ｖbatは電源電圧の降圧による消費電流の低減効果で、 １／２降圧チャージポンプ回路として動作するＤＣ−ＤＣコンバータ２８０を使用する本発明の実施の形態１ではＶDCDC / Ｖbatの値は１／２である。また更にＥｆｆDCDCはＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の電力効率であり、一般的には７０〜１００ｍＡ出力時には８０〜９０％程度である。
【０１５９】
従って、下記式(１)によれば本発明の実施の形態１に使用した１／２降圧チャージポンプ回路として動作するＤＣ−ＤＣコンバータ２８０によって、低電力出力時に動作する第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの消費電流は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０を使用しない場合に比較して約４０％低減可能である。
【０１６０】
【数１】
2011259083.tif 000003
【０１６１】
次に、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の消費電流の低減効果を、説明する。
【０１６２】
図１０は、図４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電力増幅器の消費電流と、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の消費電流と、上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器の消費電流と、上記特許文献２に記載のＲＦ電力増幅器の消費電流とを示す図である。尚、この図１０に示した特性は、図９で説明したトークカレントと呼ばれる消費電流特性である。
【０１６３】
図１０で、特性(Ａ)は図４のＲＦ電力増幅器の消費電流を示しており、特性(Ｂ)は上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器の消費電流を示しており、特性(Ｃ)は上記特許文献２に記載のＲＦ電力増幅器の消費電流を示しており、特性(Ｄ)は図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の消費電流を示している。尚、図１０の特性(Ｄ)は、ＲＦ送信出力電力Ｐｏｕｔが１２ｄＢｍ以上では第１のＲＦ電力増幅器２７０ａが動作して、またＲＦ送信出力電力Ｐｏｕｔが１２ｄＢｍ未満では第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂが動作するものと想定してシミュレーションを行ったものである。図１０から、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器において、消費電流の低減効果が最も良好であることが理解される。
【０１６４】
図１１は、図４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電力増幅器の平均消費電流と、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の平均消費電流と、上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器の平均消費電流と、上記特許文献２に記載のＲＦ電力増幅器の平均消費電流とを示す図である。尚、図１１の特性は、図１０のトークカレントを出力電力に関して積分して算出した特性である。図１１でも、特性(Ａ)は図４のＲＦ電力増幅器の平均消費電流を示しており、特性(Ｂ)は上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器の平均消費電流を示しており、特性(Ｃ)は上記特許文献２に記載のＲＦ電力増幅器の平均消費電流を示しており、特性(Ｄ)は図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の平均消費電流を示している。図１１からも、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器において、平均消費電流の低減効果が最も良好であることが理解される。
【０１６５】
図１０と図１１から、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器は、図４のＲＦ電力増幅器と比較して約５０％、上記特許文献２に記載のＲＦ電力増幅器と比較して約３０％、それぞれ平均消費電流が少なく、上記特許文献１のＲＦ電力増幅器と同様の大きな消費電流低減効果を得ることが可能である。尚、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器では、第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換制御端子２１７とシャットダウン信号入力端子２１８とに供給される信号は、ベースバンド処理回路２８５以外の回路から供給されても同等の効果が得られるものである。
【０１６６】
《実装面積の低減効果》
次に、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の実装面積の低減効果を、説明する。
【０１６７】
図１２は、図４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電力増幅器の実装面積と、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の実装面積と、上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器の実装面積と、上記特許文献２に記載のＲＦ電力増幅器の実装面積とを示す図である。図１２では、ヒストグラム(Ａ)は図４のＲＦ電力増幅器の実装面積を示しており、ヒストグラム(Ｂ)は上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器の実装面積を示しており、ヒストグラム(Ｃ)は上記特許文献２に記載のＲＦ電力増幅器の実装面積を示しており、ヒストグラム(Ｄ)は図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の実装面積を示している。
【０１６８】
上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器の構成では、最大出力時にＲＦ電力増幅器に電力を供給するには、例えば、１Ａ等の大電流を供給可能なＤＣ−ＤＣコンバータが必要である。このように大電流を供給可能なＤＣ−ＤＣコンバータの実装面積としては、一般的に、約５ｍｍ２程度の半導体チップと、約２０ｍｍ２程度の実装面積を必要とするインダクタ部品と、２ｍｍ２程度の実装面積を必要とする容量部品と、回路基板上でこれらの半導体チップとインダクタ部品と容量部品とを接続する配線に必要な面積を加味すると、略４０ｍｍ２の実装面積が必要である。
【０１６９】
例えば、実装面積が略５０ｍｍ２であるＲＦ電力増幅器にこのＤＣ−ＤＣコンバータを追加すると、ＲＦ電力増幅器全体の面積は、このＤＣ−ＤＣコンバータによって約８割大型化する。従って、この構成のＤＣ−ＤＣコンバータをＲＦ電力増幅器モジュールに内蔵させることは、その大きさによって極めて困難となる。
【０１７０】
図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器において、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂへ電源電圧および動作電流の供給に使用されるＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、例えば、２００ｍＡ程度の比較的小さな電流を供給可能な１／２降圧チャージポンプ回路で構成することができるので、その小型化は容易である。この１／２降圧チャージポンプ回路の実装面積は、一般的に、チップ面積が１ｍｍ２程度の半導体チップと、１．５ｍｍ２程度のチャージポンプキャパシタと、回路基板上でこれらの半導体チップとキャパシタとを接続する配線の面積を加味すると、実装面積は略４ｍｍ２と程度と非常に小型である。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０によるＲＦ電力増幅器全体の実装面積の増加は１割以下となり、この小型のＤＣ−ＤＣコンバータ２８０をＲＦ電力増幅器のモジュールに内蔵することは十分可能となる。
【０１７１】
以上の説明から明らかなように、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器は、上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器と比較して平均消費電流は略同等ながら、実装面積の大幅な小型化が可能である。また本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器は、上記特許文献２に記載のＲＦ電力増幅器と比較して、実装面積を略同等に抑制しながら平均消費電流を大幅に低減することが可能である。
【０１７２】
すなわち、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用してＲＦ電力増幅器の平均消費電流を低減する一方、ＤＣ−ＤＣコンバータの実装面積の大幅な小型化が可能である。上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器で使用されるＤＣ−ＤＣコンバータは高価なインダクタを使用するが、本発明の実施の形態１の構成によると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０はインダクタが不要な１／２降圧チャージポンプ回路であるために、ＲＦ電力増幅器全体の低コスト化が可能である。
【０１７３】
［実施の形態２］
《ＤＣ−ＤＣコンバータの構成》
図１３は、本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の構成を示す図である。すなわち、本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器も、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の構成と全く同様の構成となっている。
【０１７４】
しかし、本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、図３に示した１／２降圧チャージポンプ回路によって構成されたＤＣ−ＤＣコンバータではなく、図１３に示すようにインダクタ４７２を使用する降圧スイッチングレギュレータ(バックコンバータ)によって構成されたＤＣ−ＤＣコンバータである。
【０１７５】
図１３に示したバックコンバータによって構成されたＤＣ−ＤＣコンバータ２８０おいて、４１０は電源端子、４１２は出力端子、４１３はシャットダウン端子、４１４はＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子、４７０は制御回路、４７１ａはＰ型ＭＯＳトランジスタ、４７１ｂはＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ、４７２はインダクタ、４７５はコンパレータ回路、４７４は出力電圧平滑用容量、４７３はノードである。また、制御回路４７０において、５５０ａは電源端子、５５０ｂは接地端子、５５０ｃと５５０ｄは入力端子、５５０ｅと５５０ｆは出力端子である。またコンパレータ回路４７５において、５６０ａは電源端子、５６０ｂは接地端子、５６０ｃは反転入力端子、５６０ｄは非反転入力端子、５６０ｅは出力端子である。
【０１７６】
まず、図１３を参照して、本発明のＲＦ電力増幅器の構造を説明する。
【０１７７】
電源端子４１０は、制御回路４７０の電源端子５５０ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ４７１ａのソース電極とコンパレータ回路６５０の電源端子５６０ａと図１に示した第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃに接続されている。制御回路４７０は、少なくとも電源端子５５０ａと接地端子５５０ｂと２つの出力端子５５０ｅ、５５０ｆと２つの入力端子５５０ｃ、５５０ｄを具備する６端子回路であって、電源端子５５０ａは電源端子４１０に接続され、接地端子５５０ｂは接地電位に接続され、一方の入力端子５５０ｃはシャットダウン端子４１３に接続され、他方の入力端子５５０ｄはコンパレータ回路４７５の出力端子に接続され、２つの出力端子５５０ｅ、５５０ｆはＰ型ＭＯＳトランジスタ４７１ａのゲート電極とＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４７１ｂのゲート電極にそれぞれ接続されている。
【０１７８】
コンパレータ回路４７５は電源端子５６０ａと接地端子５６０ｂと２つの入力端子５６０ｃ、５６０ｄと出力端子５６０ｅを具備する５端子回路であり、電源端子５６０ａは電源端子４１０に接続され、接地端子５６０ｂは接地電位に接続され、一方の入力端子５６０ｃはノード４７３に接続され、他方の入力端子５６０ｄはＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４に接続されて、出力端子５６０ｅは制御回路４７０の入力端子５５０ｄに接続されている。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４７１ａのドレイン電極は、Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４７１ｂのドレイン電極に接続され、またインダクタ４７２を介してノード４７３に接続されている。Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４７１ｂのソース電極は、接地電位に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４は、図１に示したベースバンド処理回路２８５に接続されている。平滑容量４７４の一方の端子はノード４７３および出力端子４１２と接続され、平滑容量４７４の他方の端子は接地電位に接続されている。図１３に示したＤＣ−ＤＣコンバータ２８０を搭載する本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器のその他の構成は、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の構成と基本的に同一である。
【０１７９】
《ＤＣ−ＤＣコンバータを内蔵するＲＦ電力増幅器の動作》
次に図１３を参照して、本発明の実施の形態２におけるＤＣ−ＤＣコンバータ２８０を内蔵するＲＦ電力増幅器の動作を説明する。
【０１８０】
まず本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器は、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器と同様に高電力出力時では、ベースバンド処理回路２８５から高電力出力状態であることを表示するパワーレベル信号Ｈがシャットダウン制御端子４１３に供給され、制御回路４５０は不活性状態となり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は不活性状態となって、出力端子４１２からは第４電源電圧Ｖｃｃ４が生成されない。一方、低電力出力時には、ベースバンド処理回路２８５からは低電力出力状態であることを表示するパワーレベル信号Ｌがシャットダウン制御端子４１３に供給され、制御回路４７０は活性状態となり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は活性状態となって、出力端子４１２から第４電源電圧Ｖｃｃ４が生成される。
【０１８１】
更に低電力出力時の本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器の動作を、詳細に説明する。
【０１８２】
すなわち、本発明の実施の形態２のＲＦ電力増幅器に内蔵されるＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、出力電圧が可変可能なバックコンバータ(降圧スイッチングレギュレータ)である。従って、ベースバンド処理回路２８５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力電圧をＲＦ電力増幅器の送信出力電力に対応する電圧レベルに制御することが可能である。例えば、ベースバンド処理回路２８５は、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂが線形性を維持しながら消費電流を最小値とするため、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給すべき電源電圧Ｖｃｃ４の電圧レベルを計算する。次にベースバンド処理回路２８５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２から生成される第４電源電圧Ｖｃｃ４を計算された電圧レベルに設定するための出力電圧設定信号を生成して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４に供給する。
【０１８３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４に供給される出力電圧設定信号に応答してＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、出力端子４１２から生成され第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給される電源電圧Ｖｃｃ４の電圧レベルが第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂが線形性を維持しながら消費電流が最小値となる電圧レベルに設定されるように制御される。
【０１８４】
次に、活性状態となっている場合の本発明の実施の形態２によるＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の動作を、説明する。
【０１８５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４に供給される出力電圧設定信号はコンパレータ回路４７５の非反転入力端子５６０に供給され、コンパレータ回路４７５はノード４７３の電位とＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４の電位とを比較する。
【０１８６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４よりもノード４７３の方が高い電位である場合には、コンパレータ回路４７５はノード４７３の電位を低下させるための信号を制御回路４７０に供給する。制御回路４７０は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４７１ａのオン期間を短くする一方、Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４７１ｂのオン期間を長くするように制御する。その結果、ノード４７３の電位が、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４の電圧レベルと一致するように低下する。すなわち、ノード４７３の電位は、インダクタ４７２と出力電圧平滑用容量とによって決定される時定数に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４の電圧レベルと一致するように徐々に低下する。
【０１８７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４よりもノード４７３の方が低い電位である場合には、コンパレータ回路４７５はノード４７３の電位を上昇させるための信号を制御回路４７０に供給する。制御回路４７０は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４７１ａのオン期間を長くする一方、Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４７１ｂのオン期間を短くするように制御する。その結果、ノード４７３の電位が、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４の電圧レベルと一致するように上昇する。すなわち、ノード４７３の電位は、インダクタ６４０と出力電圧平滑用容量とによって決定される時定数に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４の電圧レベルと一致するように徐々に上昇する。
【０１８８】
上述した動作を実行することによって本発明の実施の形態２によるＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４に供給される出力電圧設定信号で指定された略一定の出力電圧を出力端子４１２から電源電圧Ｖｃｃ４として生成するものである。
【０１８９】
その他に関しては、図１３に示したＤＣ−ＤＣコンバータ２８０を搭載する本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器の動作は、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の動作と基本的に同様である。
【０１９０】
しかし、下記に説明する理由によって、本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器の消費電流低減効果は、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の消費電流低減効果よりも良好となる。
【０１９１】
すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータによる消費電流低減効果を示す上記式(１)において、電源電圧の降圧による消費電流の低減効果であるＶDCDC / Ｖbatの値は、上述した本発明の実施の形態１では１／２であったが、本発明の実施の形態２ではＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力電圧ＶDCDCが可変であるため、例えば、１／４とすることが可能である。また、本発明の実施の形態２のＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のＤＣ−ＤＣコンバータの電力効率ＥｆｆDCDCは、本発明の実施の形態１のＤＣ−ＤＣコンバータ２８０と同様の十分に高い値である。その結果、本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器によれば、本発明の実施の形態１と比較して、低電力出力時での消費電流を半減させることが可能となる。
【０１９２】
また本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器で、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃに供給される第３電源電圧Ｖｃｃ３が、例えば、リチウムイオンバッテリ等の２次電池から供給される場合を想定する。この場合には、第３電源電圧Ｖｃｃ３はリチウムイオンバッテリの残容量が満量に近い時には４．２Ｖ程度であるが、放電の進行に伴い徐々に低下して、残容量が空に近い場合は２．９Ｖ程度まで低下する。本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器においてＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は１／２降圧チャージポンプ回路であるため、この回路から第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給される第４電源電圧Ｖｃｃ４は略２．１Ｖから１．４５Ｖの間で変動するので、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの増幅率が大幅に変動する。本発明の実施の形態２によると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は出力電圧が可変可能なバックコンバータであるために、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂに供給される第４電源電圧Ｖｃｃ４を例えば２．１Ｖの所定の電圧に安定化することが可能であるので、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの増幅率の変動を抑制することが可能となる。
【０１９３】
尚、本発明の実施の形態２において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧設定端子４１４にベースバンド処理回路２８５以外の回路から出力電圧設定信号が供給されても上述と同等の効果が得られるものである。また、図１３に示したＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の制御方式は、ヒステリシス・コンパレータと呼ばれるコンパレータ４７５を使用して一定の第４電源電圧Ｖｃｃ４を生成するヒステリシス制御方式と呼ばれる制御方式であるが、他の方式のバックコンバータにおいても本発明の実施の形態２と同様の消費電流低減効果が得られるものである。
【０１９４】
［実施の形態３］
《本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器の構成》
図１４は、本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【０１９５】
図１４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、図２、図３を参照して説明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、スルースイッチ２８７のバイパス経路がＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の入力端子４１０と出力端子４１２の間に接続されていることであり、スルースイッチ２８７のバイパス経路のオン・オフ制御はシャットダウン信号入力端子２１８に供給される制御信号により制御されることであり、更に本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器に含まれていたカップリング容量２５５とバイパス容量２４５ｃとチョークインダクタ２４０ｃと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃとが省略されていることであり、その他の点は同一である。
【０１９６】
すなわち、スルースイッチ２８７は入力端子と出力端子と制御端子とを具備する３端子回路であり、入力端子は第１のＲＦ電力増幅器の駆動電源端子２１５ｂとＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の入力端子４１０とに接続され、制御端子はシャットダウン信号入力端子２１８に接続され、出力端子はＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２に接続されている。更に、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極と第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極とは、共通のチョークインダクタ２４０ｂを介してスルースイッチ２８７の出力端子とＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２とに接続されている。
【０１９７】
《本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器の動作》
次に、図１４に示す本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器の動作を、以下に説明する。
【０１９８】
高電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５から生成される高電力出力状態を示すパワーレベル信号Ｈがシャットダウン信号入力端子２１８を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のシャットダウン端子４１３に供給される。パワーレベル信号Ｈに応答して、図３に示したＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は不活性状態となり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は不活性状態となる。また更に、パワーレベル信号Ｈに応答してスルースイッチ２８７はオン状態となるので、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの駆動電源端子２１５ｂに印加された第２電源電圧Ｖｃｃ２がオン状態とされたスルースイッチ２８７とチョークインダクタ２４０ｂとを介して第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極と第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給される。
【０１９９】
低電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５から生成される高電力出力状態を示すパワーレベル信号Ｌがシャットダウン信号入力端子２１８を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のシャットダウン端子４１３に供給される。パワーレベル信号Ｌに応答して、図３に示したＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は活性状態となり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は活性状態となる。更に、パワーレベル信号Ｌに応答してスルースイッチ２８７はオフ状態となるので、第４電源電圧Ｖｃｃ４がＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２からチョークインダクタ２４０ｂを介して第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂおよび第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極に供給される。
【０２００】
図１４に示す本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器のその他の動作は、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器と全く同一であるので、説明を省略する。
【０２０１】
《実装面積の低減効果》
次に、図１４に示す本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器の実装面積の低減効果を、説明する。
【０２０２】
すなわち、図１４に示す本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器モジュール２００は、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器と比較して、カップリング容量２５５とバイパス容量２４５ｃとチョークインダクタ２４０ｃと第２のＲＦ電力増幅器の駆動電源端子２１５ｃが省略されているので、ＲＦ電力増幅器モジュール２００の小型化が可能である。例えば、本発明の実施の形態１において、チョークインダクタ２４０ｃの実装面積が約０．５ｍｍ２のチップインダクタであり、カップリング容量２５５とバイパス容量２４５ｃの実装面積がそれぞれ約０．２ｍｍ２のチップ容量である場合には、配線面積を加味すると上述の３個の素子によって１．５ｍｍ２程度の面積を占有する。上述の３個の素子が省略された図１４に示す本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器モジュール２００では、本発明の実施の形態１と比較し１．５ｍｍ２程度の実装面積小型化が可能となる。
【０２０３】
［実施の形態４］
《本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器の構成》
図１５は、本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【０２０４】
図１５に示す本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器が、図１、図２、図３を参照して説明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、シリーズレギュレータ回路２８１がＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２とチョークインダクタ２４０ｃの間に接続されていることであり、その他の点は基本的に同一である。
【０２０５】
図１６は、図１５に示した本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器に含まれるシリーズレギュレータ回路２８１の構成を示す図である。
【０２０６】
すなわち、図１６において、７１０は電源入力端子、７１２は電源出力端子、７１３はシャットダウン端子、７１４は出力電圧設定端子、７２０は切換スイッチ、７３０はＰ型ＭＯＳトランジスタ、７５０は誤差増幅器、７７０はノードである。また切換スイッチ７２０において、５７０ａは出力端子、５７０ｂ、５７０ｃは入力端子、５７０ｄは制御端子である。また、誤差増幅器７５０において、５８０ａは電源端子、５８０ｂは接地端子、５８０ｃは非反転入力端子、５８０ｄは反転入力端子、５８０ｅは出力端子である。
【０２０７】
次に図１５および図１６を参照して、本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器の構成を、更に詳細に説明する。
【０２０８】
図１５において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の入力端子４１０は第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃに接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２はチョークインダクタ２４０ｃには直接接続されずシリーズレギュレータ回路２８１の電源入力端子７１０に接続されている。シリーズレギュレータ回路２８１は、少なくとも電源入力端子７１０と、シャットダウン端子７１３、出力電圧設定端子７１４と、電源出力端子７１２を具備する４端子回路であって、電源入力端子７１０はＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２に接続され、シャットダウン端子７１３はシャットダウン信号入力端子２１８に接続されて、出力電圧設定端子７１４は出力電圧設定端子２１９を介してベースバンド処理回路２８５に接続され、電源出力端子７１２はチョークインダクタ２４０ｃを介して第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に接続されている。
【０２０９】
図１６において、電源入力端子７１０は、切換スイッチ７２０の入力端子５７０ｃとＰ型ＭＯＳトランジスタ７３０のソース電極と誤差増幅器７５０の電源端子５８０ａに接続されている。切換スイッチ７２０は、少なくとも出力端子５７０ａと２つの入力端子５７０ｂ、５７０ｃと制御端子５７０ｄを具備する４端子回路であり、制御端子５７０ｄはシャットダウン端子７１３に接続され、入力端子５７０ｂは誤差増幅器７５０の出力端子５８０ｅに接続され、入力端子５７０ｃは電源入力端子７１０に接続され、出力端子５７０ａはＰ型ＭＯＳトランジスタ７３０のゲート電極に接続されている。誤差増幅器７５０は電源端子５８０ａと接地端子５８０ｂと非反転入力端子５８０ｃと反転入力端子５８０ｄと出力端子５８０ｅとを具備する５端子回路であり、電源端子５８０ａは電源入力端子７１０に接続され、接地端子５８０ｂは接地電位に接続されて、非反転入力端子５８０ｃはノード７７０に接続され、反転入力端子５８０ｄは出力電圧設定端子７１４に接続され、出力端子５８０ｅは切換スイッチ７２０の入力端子５７０ｂに接続されている。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ７３０のドレイン電極は、ノード７７０と誤差増幅器７５０の非反転入力端子５８０ｃと電源出力端子７１２に接続されている。
【０２１０】
また、図１５と図１６に示す本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器のその他の構成は、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の構成と基本的に同一である。
【０２１１】
《本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器の動作》
次に、図１５と図１６に示す本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器の動作を、以下に説明する。
【０２１２】
低電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５から生成される低電力出力状態を示すパワーレベル信号Ｌがシャットダウン信号入力端子２１８を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のシャットダウン端子４１３とシリーズレギュレータ回路２８１のシャットダウン端子７１３とに供給される。
【０２１３】
パワーレベル信号Ｌに応答して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は活性状態となり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０が活性状態となるので、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃに供給される第３電源電圧Ｖｃｃ３の略１／２の電圧レベルの第４電源電圧Ｖｃｃ４が出力端子４１２より生成される。
【０２１４】
また更にパワーレベル信号Ｌに応答して、シリーズレギュレータ回路２８１の切換スイッチ７２０はＰ型ＭＯＳトランジスタ７３０のゲート電極と誤差増幅器７５０の出力端子を接続する状態となる。その結果、シリーズレギュレータ回路２８１は活性状態となり、シリーズレギュレータ回路２８１は出力電圧設定端子７１４によって指定された電源出力電圧を第４電源電圧Ｖｃｃ４として電源出力端子７１２からチョークインダクタ２４０ｃを介して第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給するものである。
【０２１５】
高電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５から生成される高電力出力状態を示すパワーレベル信号Ｈがシャットダウン信号入力端子２１８を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のシャットダウン端子４１３とシリーズレギュレータ回路２８１のシャットダウン端子７１３とに供給される。
【０２１６】
パワーレベル信号Ｈに応答して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は非活性状態となり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０が非活性状態となるので、出力端子４１２より第４電源電圧Ｖｃｃ４が生成されなくなる。
【０２１７】
また更にパワーレベル信号Ｈに応答して、シリーズレギュレータ回路２８１の切換スイッチ７２０はＰ型ＭＯＳトランジスタ７３０のゲート電極と電源入力端子７１０を接続する状態となる。その結果、シリーズレギュレータ回路２８１は非活性状態となり、シリーズレギュレータ回路２８１は第４電源電圧Ｖｃｃ４を電源出力端子７１２からチョークインダクタ２４０ｃを介して第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給しなくなる。
【０２１８】
図１５と図１６とに示した本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器では、シリーズレギュレータ回路２８１は出力電圧が可変可能なシリーズレギュレータ回路である。従って、例えば、ベースバンド処理回路２８５は、シリーズレギュレータ回路２８１の出力電圧設定端子７１４を介してＲＦ電力増幅器の送信出力電力に応答する出力電圧設定信号を誤差増幅器７５０の反転入力端子５８０ｄに供給する。従って、誤差増幅器７５０は、ノード７７０の電位と出力電圧設定端子７１４の電位を比較する。
【０２１９】
出力電圧設定端子７１４よりもノード７７０が高い電位である場合には、誤差増幅器７５０の出力電位は高くなるので、切換スイッチ７２０を介して誤差増幅器７５０の出力電位が供給されるＰ型ＭＯＳトランジスタ７３０ａのゲート電極の電位は高くなって、ドレイン電流の値は低下する。その結果、シリーズレギュレータ回路２８１の電源出力端子７１２の第４電源電圧Ｖｃｃ４が低下するので、第４電源電圧Ｖｃｃ４は出力電圧設定端子７１４の電位と一致するものとなる。
【０２２０】
出力電圧設定端子７１４よりもノード７７０が低い電位である場合には、誤差増幅器７５０の出力電位は低くなるので、切換スイッチ７２０を介して誤差増幅器７５０の出力電位が供給されるＰ型ＭＯＳトランジスタ７３０ａのゲート電極の電位は低くなって、ドレイン電流の値は増加する。その結果、シリーズレギュレータ回路２８１の電源出力端子７１２の第４電源電圧Ｖｃｃ４が上昇するので、第４電源電圧Ｖｃｃ４は出力電圧設定端子７１４の電位と一致するものとなる。
【０２２１】
また図１５と図１６とに示した本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器のその他の動作は、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器と全く同一であるので、説明を省略する。
【０２２２】
《シリーズレギュレータ回路による効果》
次に、図１５と図１６に示した本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器のシリーズレギュレータ回路２８１による効果を、以下に説明する。
【０２２３】
すなわち、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器において、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃに印加される第３電源電圧Ｖｃｃ３が、例えばリチウムイオンバッテリ等の２次電池から供給される場合を想定する。第３電源電圧Ｖｃｃ３はリチウムイオンバッテリの残容量が満量に近い時は４．２Ｖ程度であるが、バッテリーの放電の進行に伴い徐々に低下して、残容量が空に近づく場合には２．９Ｖ程度まで低下する。従って、本発明の実施の形態１において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は１／２降圧チャージポンプ回路で構成されているので、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０から第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給される動作電圧は２．１Ｖ〜１．４５Ｖ程度の間で変動して、その結果、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの増幅率が変動することが想定される。
【０２２４】
それに対して、図１５と図１６に示した本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器では、シリーズレギュレータ回路２８１の電源出力端子７１２からチョークコイル２４０ｃを介して第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂに供給される第４電源電圧Ｖｃｃ４の電圧を出力電圧設定端子７１４の所定の電圧に安定化することが可能となるので、上述した第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの増幅率の変動を抑制することが可能となる。
【０２２５】
また、シリーズレギュレータ回路２８１はスイッチングノイズを発生せず、更に、電源入力端子７１０に供給される電源入力電圧にノイズが重畳された場合でも、電源出力端子７１２の出力電圧においてノイズを抑制する効果を有している。従って、例えば上述の本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器のＲＦ送信出力へのＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングノイズの伝搬の抑制が必要な場合には、図１５と図１６に示した本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器の採用が有効である。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力電圧に重畳されたスイッチングノイズが、本発明の実施の形態４によるＲＦ電力増幅器のシリーズレギュレータ回路２８１によって効果的に抑制されることが可能なものである。
【０２２６】
［実施の形態５］
《本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器の構成》
図１７は、本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【０２２７】
図１７に示す本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器が、図１、図２、図３を参照して説明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、エンベロープトラッキングのために検波器２８４の入力端子がＲＦ信号入力端子２１０に接続され、検波器２８４の出力端子がＲＦ電力増幅器モジュール２００の外部のエンベロープ波形生成回路２８６の入力端子に接続されて、エンベロープ波形生成回路２８６の出力端子がＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力レベル制御入力端子４１５に接続されていることであり、その他の点は基本的に同一である。その結果、図１７に示す本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器は、エンベロープトラッキング型ＲＦ電力増幅器と呼ばれる方式で動作するものである。
【０２２８】
すなわち、ＲＦ信号入力端子２１０に印加されるＲＦ入力信号の一部は検波器２８４に供給され、検波器２８４はＲＦ信号を検波して検波出力信号をエンベロープ波形生成回路２８６の入力端子に供給する。エンベロープ波形生成回路２８６は検波出力信号をＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力電圧制御に好適な出力電圧制御信号に変換して、エンベロープ波形入力端子２１３を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力レベル制御入力端子４１５へ供給する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、少なくとも入力端子４１０と出力端子４１２とシャットダウン制御端子４１３と出力レベル制御入力端子４１５とを具備する４端子回路であり、入力端子４１０は第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃに接続され、シャットダウン制御端子４１３はシャットダウン信号入力端子２１８に接続され、出力レベル制御入力端子４１５はエンベロープ波形入力端子２１３に接続されて、出力端子４１２はチョークインダクタ２４０ｃを介して、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に接続されている。
【０２２９】
更に、図１７に示す本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０には図１３に示されたバックコンバータ(降圧スイッチングレギュレータ)が特に使用される。
【０２３０】
尚、図１７に示す本発明の実施の形態５において、エンベロープ波形生成回路２８６はベースバンド処理回路２８５に内蔵されることも可能である。
【０２３１】
《本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器の動作》
次に図１８を参照して、図１７に示す本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器の動作を、以下に説明する。
【０２３２】
図１８は、図１、図２、図３で説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の通常動作と図１７に示す本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器のエンベロープトラッキング動作とを説明する図である。
【０２３３】
図１８の左側には本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の通常動作での各部の動作波形が示されて、図１８の右側には本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器のエンベロープトラッキング動作での各部の動作波形が示されている。
【０２３４】
図１８において、９１０ａ、９１０ｂは第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃからＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２を介して第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂに供給される動作供給電力を示す曲線であり、９００ａ、９００ｂはＲＦ信号出力端子２９０から出力される送信出力電力波形を示す曲線であり、９２０ａ、９２０ｂは第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂにてバックオフとして消費される電力(以降はバックオフ電力と呼ぶ)を示すために斜線で図示された面積を示すものである。
【０２３５】
図１８の左側に示すように本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の通常動作では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０から第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給される動作供給電力９１０ａが略一定とされたものである。従って、ＲＦ電力増幅器の送信出力電力波形９００ａの変化に逆比例して、バックオフ電力９２０ａが変化するものである。従って、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の通常動作では、消費電力が大きなものとなる。
【０２３６】
図１８の右側に示すように本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器のエンベロープトラッキング動作では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０から第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給される動作供給電力９１０ｂを、一定のバックオフ電力９２０ｂを確保しつつ、ＲＦ電力増幅器の送信出力電力波形９００ｂに追従させて変化させることにより、バックオフ電力９２０ｂを低減するものである。従って、本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器のエンベロープトラッキング動作により、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の通常動作と比較して、消費電力の低減が可能となる。
【０２３７】
更に図１７に示した本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器は、例えば上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器と比較して、下記の理由によって小電流容量、小型、高速追従可能なエンベロープトラッキング型ＲＦ電力増幅器を実現することが可能である。
【０２３８】
すなわち、上述したように、図１７に示す本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０には図１３に示されたバックコンバータが特に使用される。図１３のバックコンバータにおいて、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４７１ａ、Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ４７１ｂのオン・オフ動作の切換頻度はスイッチング周波数と呼ばれる。エンベロープトラッキング型ＲＦ電力増幅器を高速追従動作させるためには、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０にはエンベロープ信号に高速追従可能とするための応答速度が必要である。そのためには、通常のＤＣ−ＤＣコンバータと比較して、高速のスイッチング速度が必要となる。スイッチング周波数を比較すれば、一般的なＤＣ−ＤＣコンバータが１〜３ＭＨｚ程度のスイッチング周波数であるのに対し、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ用ＲＦ電力増幅器でエンベロープトラッキング方式を使用する場合には、２０ＭＨｚ程度のスイッチング周波数が必要である。
【０２３９】
一般に、ＤＣ−ＤＣコンバータに使用する素子は、供給電力が大きさに比例して大きいデバイスサイズを使用する必要がある。ところが、一般に電子回路の動作速度はデバイスサイズに反比例するので、大きなデバイスサイズを使用するＤＣ−ＤＣコンバータの限界スイッチング周波数は低下して、高効率の電圧変換動作が不可能となる。例えば、上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器では、１〜２Ａの電流を出力可能なＤＣ−ＤＣコンバータが必要である。しかし、この大電流容量のＤＣ−ＤＣコンバータを高効率に動作するためには、動作速度は約３ＭＨｚ以下の低いスイッチング周波数に抑制する必要があるが、それではＷ−ＣＤＭＡ用エンベロープトラッキング型ＲＦ電力増幅器としては動作することは困難である。
【０２４０】
一方、図１７に示した本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力電流は２００ｍＡ以下と小電流容量となり、そのため、上記特許文献１に記載のＲＦ電力増幅器のＤＣ−ＤＣコンバータと比較して小さいデバイスサイズを使用することが可能である。従って、図１７に示した本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器のＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、２０ＭＨｚ程度の高速動作が可能となる。その結果、図１７に示した本発明の実施の形態５によるＲＦ電力増幅器はＷ−ＣＤＭＡ用エンベロープトラッキング型ＲＦ電力増幅器として動作することが可能となり、消費電力削減のためのバックオフ電力を低減することが可能となる。
【０２４１】
［実施の形態６］
《本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器の構成》
図１９は、本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【０２４２】
図１９に示す本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器が図１、図２、図３を参照して説明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、スイッチ２９１の分岐経路がＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２およびドライバー段増幅器２３０の駆動電源端子２１５ａとチョークインダクタ２４０ａ、バイパス容量２４５ａとの間に接続されていることであり、スイッチ２９１の分岐経路の選択制御はシャットダウン信号入力端子２１８に供給される制御信号によって制御されることであり、その他の点は基本的に同一である。
【０２４３】
すなわち、図１９に示す本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器では、スイッチ２９１は少なくとも２つの入力端子５９０ａ、５９０ｂと制御端子５９０ｄと出力端子５９０ｃを具備する４端子回路であり、入力端子５９０ａはドライバー段増幅器２３０の駆動電源端子２１５ａに接続され、入力端子５９０ｂはＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２に接続され、制御端子５９０ｄはシャットダウン信号入力端子２１８に接続され、出力端子５９０ｃはチョークインダクタ２４０ａ、バイパス容量２４５ａに接続されている。
【０２４４】
《本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器の動作》
次に、図１９に示す本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器の動作を、以下に説明する。
【０２４５】
高電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５から生成される高電力出力状態を示すパワーレベル信号Ｈがシャットダウン信号入力端子２１８を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のシャットダウン端子４１３に供給される。パワーレベル信号Ｈに応答して、図３に示したＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は不活性状態となり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は不活性状態となる。また更にパワーレベル信号Ｈに応答してスイッチ２９１はドライバー段増幅器２３０の駆動電源端子２１５ａとチョークインダクタ２４０ａとの間を接続する状態となって、ドライバー段増幅器２３０の駆動電源端子２１５ａの第１電源電圧Ｖｃｃ１がチョークインダクタ２４０ａを介してドライバー段増幅器２３０のドレイン電極に供給される。
【０２４６】
低電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５から生成される低電力出力状態を示すパワーレベル信号Ｌがシャットダウン信号入力端子２１８を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のシャットダウン端子４１３に供給される。パワーレベル信号Ｌに応答して、図３に示したＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は活性状態となり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は活性状態となる。更に、パワーレベル信号Ｌに応答してスイッチ２９１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２とチョークインダクタ２４０ｃとの間を接続する状態となって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２からの比較的低い第４電源電圧Ｖｃｃ４がチョークインダクタ２４０ａを介してドライバー段増幅器２３０のドレイン電極に供給される。
【０２４７】
従って、図１９に示した本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器においては、低電力出力時において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０によってドライバー段増幅器２３０の消費電流と第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの消費電流とが低減される。従って、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器と比較して、図１９に示した本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器においては、ドライバー段増幅器２３０の平均消費電流の低減が可能となる。
【０２４８】
また図１９に示した本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器のその他の動作は、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器と全く同一であるので、説明を省略する。
【０２４９】
［実施の形態７］
《本発明の実施の形態7によるＲＦ電力増幅器の構成》
図２０は、本発明の実施の形態７によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【０２５０】
図２０に示す本発明の実施の形態７によるＲＦ電力増幅器が図１９にて説明した本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器と相違するのは、信号スイッチ２９５が追加され、信号スイッチ２９５の入力端子と制御端子と出力端子とがドライバー段増幅器２３０のドレイン電極とスイッチ制御端子２９６と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極とにそれぞれ接続されていることであり、その他の点は基本的に同一である。すなわち、信号スイッチ２９５は少なくとも入力端子と制御端子と出力端子とを具備する３端子回路であって、入力端子はドライバー段増幅器２３０のドレイン電極に接続され、制御端子はスイッチ制御端子２９６を介してベースバンド処理回路２８５に接続され、出力端子は第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極に接続されている。
【０２５１】
《本発明の実施の形態７によるＲＦ電力増幅器の動作》
次に、図２０に示す本発明の実施の形態７によるＲＦ電力増幅器の動作を、以下に説明する。
【０２５２】
低電力出力時の場合でも、例えば、０ｄＢｍ以下の特に低い出力電力の場合には、ベースバンド処理回路２８５は、特に低い送信出力電力の状態を示す特定ローパワーレベル信号ＬＬを信号スイッチ２９５の制御端子とＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のシャットダウン端子４１３とバイアス供給回路２６５の第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換信号入力端子３１３に供給する。特定ローパワーレベル信号ＬＬによって、図２に示すバイアス供給回路２６５の切換器３２０ではバイアス電流入力端子３１０ｂがＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ｂ、３３０ｃのどちらのドレイン電極とも接続されない状態となり、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂとにバイアス電流が供給されないので、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂとはカットオフ状態となる。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は非活性状態となり、信号スイッチ２９５はオン状態となる。この動作よって、ドライバー段２３０のドレイン電極から生成されたＲＦ信号は、信号スイッチ２９５と出力整合回路２２０ｃとを介して、ＲＦ信号出力端子２９０へ出力される。
【０２５３】
また図２０に示本発明の実施の形態７によるＲＦ電力増幅器のその他の動作は、図１９に示した本発明の実施の形態６によるＲＦ電力増幅器と全く同一である。
【０２５４】
すなわち、通常の低電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５から生成される通常の低電力出力状態を示すパワーレベル信号Ｌが信号スイッチ２９５の制御端子とＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のシャットダウン端子４１３とバイアス供給回路２６５の第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換信号入力端子３１３に供給される。パワーレベル信号Ｌによって、図２に示すバイアス供給回路２６５の切換器３２０ではバイアス電流入力端子３１０ｂがＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ｃのドレイン電極と接続される状態となって、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂにバイアス電流が供給されるで、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂは活性状態となる。またパワーレベル信号Ｌに応答して、図３に示すＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は活性状態となり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は活性状態となる。更に、パワーレベル信号Ｌに応答してスイッチ２９１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２とチョークインダクタ２４０ａとの間を接続する状態となって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２からの比較的低い第４電源電圧Ｖｃｃ４がチョークインダクタ２４０ａを介してドライバー段増幅器２３０のドレイン電極に供給される。一方、信号スイッチ２９５はオフ状態となって、ドライバー段２３０のドレイン電極から生成されたＲＦ信号は、活性状態の第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂによって増幅された後に、出力整合回路２２０ｃを介してＲＦ信号出力端子２９０へ出力される。
【０２５５】
図２０に示す本発明の実施の形態７によるＲＦ電力増幅器によれば、例えば０ｄＢｍ以下の特に低い出力電力である場合には、図１９で説明した本発明の実施の形態６と比較して、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂがカットオフ状態となるので、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの消費電流を低減することが可能である。
【０２５６】
［実施の形態８］
《本発明の実施の形態８によるバイアス供給回路の構成》
図２１は、上述した図１、図１５、図１７、図１９、図２０と以下に説明する図２２、図２３のいずれかの実施の形態によるＲＦ電力増幅器で使用可能な本発明の実施の形態８によるバイアス供給回路２６５の構成を示す図である。
【０２５７】
図２１に示す本発明の実施の形態８によるバイアス供給回路２６５が図２に示した図１の本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器に含まれるバイアス供給回路２６５と相違するのは、電源切換端子３１５と、電源端子３１４ａ、３１４ｂと、スイッチ３５０とが追加されたことであり、その他の点は基本的に同一である。スイッチ３５０において、５００ｅ、５００ｆは入力端子であり、５００ｇは出力端子であり、５００ｈは制御端子である。また、バッファアンプ３４０ａにおいて、５１５ａは電源端子であり、バッファアンプ３５０ｂにおいて、５１５ｂは電源端子である。
【０２５８】
すなわち、スイッチ３５０は少なくとも２つの入力端子５００ｅ、５００ｆと、出力端子５００ｇと、制御端子５００ｈとを具備する４端子素子であって、制御端子５００ｈは電源切換端子３１５に接続され、入力端子５００ｅ、５００ｆは電源端子３１４ａ、３１４ｂに接続され、出力端子５００ｇはバッファアンプ３４０ａ、３４０ｂの電源端子５１５ａ、５１５ｂに接続されている。
【０２５９】
また図２１では図示されていないが、電源端子３１４ａはドライバー段増幅器２３０の駆動電源端子２１５ａと第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの駆動電源端子２１５ｂと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃとのいずれかに接続され、電源端子３１４ｂはＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２に接続され、電源切換端子３１５はシャットダウン信号入力端子２１８に接続されている。その他の動作は、図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器と全く同一であるので、説明を省略する。
【０２６０】
《本発明の実施の形態８によるバイアス供給回路とＲＦ電力増幅器の動作》
次に、図２１に示す本発明の実施の形態８によるバイアス供給回路２６５とＲＦ電力増幅器との動作を、以下に説明する。
【０２６１】
高電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５から生成される高電力出力状態を示すパワーレベル信号Ｈがシャットダウン信号入力端子２１８を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のシャットダウン端子４１３に供給される。このパワーレベル信号Ｈに応答して、スイッチ３５０では、バッファアンプ３４０ａ、３４０ｂの電源端子５１５ａ、５１５ｂと電源端子３１４ａとが接続される状態となって、第１電源電圧Ｖｃｃ１と第２電源電圧Ｖｃｃ２と第３電源電圧Ｖｃｃ３とのいずれかの電源電圧がバッファアンプ３４０ａ、３４０ｂの電源端子５１５ａ、５１５ｂに供給されるものである。
【０２６２】
低電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５から生成される低電力出力状態を示すパワーレベル信号Ｌがシャットダウン信号入力端子２１８を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のシャットダウン端子４１３に供給される。このパワーレベル信号Ｌに応答して、スイッチ３５０では、バッファアンプ３４０ａ、３４０ｂの電源端子５１５ａ、５１５ｂと電源端子３１４ｂとが接続される状態となって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０により第１電源電圧Ｖｃｃ１と第２電源電圧Ｖｃｃ２と第３電源電圧Ｖｃｃ３のいずれよりも低電圧に降圧された第４電源電圧Ｖｃｃ４がＤＣ−ＤＣコンバータ２８０の出力端子４１２からバッファアンプ３４０ａ、３４０ｂの電源端子５１５ａ、５１５ｂに供給される。従って、図２１に示す本発明の実施の形態８によるバイアス供給回路２６５においては、低電力出力の場合にはバイアス供給回路２６５のバッファアンプ３４０ａ、３４０ｂの消費電流をＤＣ−ＤＣコンバータ２８０による降圧動作によって低減することが可能である。
【０２６３】
［実施の形態９］
《本発明の実施の形態９によるＲＦ電力増幅器の構成》
図２２は、本発明の実施の形態９によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【０２６４】
図２２に示す本発明の実施の形態９によるＲＦ電力増幅器が図１、図２、図３を参照して説明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、出力整合回路２２０ｄが第１のＲＦ電力増幅器２７０ａドレイン電極と出力整合回路２２０ｃの入力端子との間に追加され、更に出力整合回路２２０ｅが第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極および出力整合回路２２０ｃの入力端子との間に追加されたことであり、その他の点は基本的に同一である。
【０２６５】
すなわち、図２２に示した本発明の実施の形態９によるＲＦ電力増幅器では、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａドレイン電極は出力整合回路２２０ｄを介して出力整合回路２２０ｃの入力端子に接続されて、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極は出力整合回路２２０ｅを介して出力整合回路２２０ｃの入力端子に接続されている。
【０２６６】
《本発明の実施の形態９によるＲＦ電力増幅器の動作》
次に、図２２に示す本発明の実施の形態９によるＲＦ電力増幅器の動作を、以下に説明する。
【０２６７】
すなわち、高電力出力動作の場合には、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極から生成されるＲＦ信号は、出力整合回路２２０ｄ、２２０ｃを介して、ＲＦ信号出力端子２９０から出力される。また更に、低電力出力動作の場合には、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極から生成されるＲＦ信号は、出力整合回路２２０ｅ、２２０ｃを介して、ＲＦ信号出力端子２９０から出力される。従って、図２２に示す本発明の実施の形態９によるＲＦ電力増幅器によれば、出力整合回路２２０ｄによって第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの出力インピーダンスと出力整合回路２２０ｃの入力インピーダンスの間の整合状態をそれぞれ最適に設計することが可能となり、出力整合回路２２０ｅによって第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの出力インピーダンスと出力整合回路２２０ｃの入力インピーダンスの間の整合状態をそれぞれ最適に設計することが可能となって、インピーダンスの不整合によるＲＦ信号損失を低減することが可能となる。
【０２６８】
［実施の形態１０］
《本発明の実施の形態１０によるＲＦ電力増幅器の構成》
図２３は、本発明の実施の形態１０によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【０２６９】
図２３に示す本発明の実施の形態１０によるＲＦ電力増幅器が図１、図２、図３を参照して説明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、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの駆動電源端子２１５ｂと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃとに外部のＤＣ−ＤＣコンバータ２９９から生成される第５電源電圧Ｖｃｃ５が供給され、この第５電源電圧Ｖｃｃ５の電圧レベルがベースバンド処理回路２８５の制御によって調整可能とされたことであり、その他の点は基本的に同一である。追加された外部のＤＣ−ＤＣコンバータ２９９は、図１３に示されたバックコンバータ(降圧スイッチングレギュレータ)が使用される以外にも、ブーストコンバータ(昇圧スイッチングレギュレータ)もしくはバック・ブースト・コンバータ(昇降圧スイッチングレギュレータ)が使用されることが可能である。外部のＤＣ−ＤＣコンバータ２９９において、４１６は電源入力端子、４１７は制御入力端子、４１８は電源出力端子である。
【０２７０】
すなちわ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２９９は、少なくとも電源入力端子４１６と、制御入力端子４１７と、電源出力端子４１８を具備する３端子回路であって、電源入力端子４１６は図２３で図示しないバッテリーの出力端子に接続され、制御入力端子４１７はベースバンド処理回路２８５に接続され、電源出力端子４１８は第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの駆動電源端子２１５ｂと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃとに接続され、更にドライバー段増幅器２３０の駆動電源端子２１５ａに接続されることが可能である。
【０２７１】
《本発明の実施の形態１０によるＲＦ電力増幅器の動作》
次に、図２３に示す本発明の実施の形態１０によるＲＦ電力増幅器の動作を、以下に説明する。
【０２７２】
すなわちベースバンド処理回路２８５は、外部のＤＣ−ＤＣコンバータ２９９が固定電圧または送信出力電力に応答する可変電圧の第５電源電圧Ｖｃｃ５を安定に生成するような制御信号を外部のＤＣ−ＤＣコンバータ２９９の制御入力端子４１７に供給する。その結果、外部のＤＣ−ＤＣコンバータ２９９は電源入力端子４１６から供給されるバッテリー電圧をベースバンド処理回路２８５からの制御信号により指定された第５電源電圧Ｖｃｃ５に変換して、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの駆動電源端子２１５ｂと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃとに供給する。またこの第５電源電圧Ｖｃｃ５は、更にドライバー段増幅器２３０の駆動電源端子２１５ａに供給されることも可能である。
【０２７３】
図１、図２、図３を参照して説明した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器では、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの駆動電源端子２１５ｃに供給される第３電源電圧Ｖｃｃ３が、例えばリチウムイオンバッテリ等の２次電池から供給される場合には、第３電源電圧Ｖｃｃ３はリチウムイオンバッテリの残容量が満量に近い場合には４．２Ｖ程度の電圧であるのに対して、放電の進行に伴い電圧が徐々に低下して残容量が空に近い場合には２．９Ｖ程度の電圧まで低下する。上述の本発明の実施の形態１において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は１／２降圧チャージポンプ回路で構成されているため、この１／２降圧チャージポンプ回路から第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極に供給される電圧は略２．１Ｖから１．４５Ｖの間で変動するので、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの増幅率が大幅に変動する。
【０２７４】
それに対して、図２３に示した本発明の実施の形態１０によるＲＦ電力増幅器によれば、外部のＤＣ−ＤＣコンバータ２９９の電源出力端子４１８から第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの電源電圧として所定の電圧に安定化された第５電源電圧Ｖｃｃ５を供給しているので、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの増幅率と第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂの増幅率との変動を抑制することが可能となる。
【０２７５】
［実施の形態１１］
《本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器の構成》
図２４は、本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【０２７６】
図２４に示す本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器が図１、図２、図３を参照して説明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、最小素子サイズの第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃとカップリング容量２５０ｃとが追加され、バイアス供給回路２６５から生成される線型動作のためのバイアス電位Ｖｇ４が第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃのゲート電極に供給可能とされ、ベースバンド処理回路２８５から低パワーレベル信号Ｌと中間パワーレベル信号Ｍと高パワーレベル信号Ｈとがシャットダウン信号入力端子２１８に供給されたことである。このように、特に、第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃのデバイスサイズが第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのデバイスサイズよりも小さく設定されることが重要であり、その他の点は基本的に同一である。尚、図２４において、２１７ｂは第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器・第３のＲＦ電力増幅器切換制御端子である。
【０２７７】
次に、図２５、２６を参照して、本実施の形態におけるＲＦ電力増幅器の動作を説明する。
【０２７８】
《バイアス供給回路》
図２５は、図２４に示した本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器に含まれるバイアス供給回路２６５の構成を示す図である。
【０２７９】
図２５に示すバイアス供給回路２６５ｂが、図２に示した図１の本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器のバイアス供給回路２６５と相違するのは、切換器３２０ｂが３出力端子とされ、Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ｄとバッファアンプ３４０ｃとバイアス信号出力端子３１２ｄとが追加されたことであり、その他の点は基本的に同一である。また、図２５に示すバイアス供給回路２６５ｂのスイッチ３２０ｂにおいて８００ａ、８００ｂ、８００ｃは１入力１出力のスイッチであり、追加されたバッファアンプ３４０ｃにおいて、５１０ｃは入力端子であり、５２０ｃは出力端子である。
【０２８０】
すなちわ、図２４に示す本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器では、カップリング容量２５０ｃの入力端子がカップリング容量２５０ａ、２５０ｂの入力端子と接続されて、カップリング容量２５０ｃの出力端子がバイアス供給回路２６５ｂのバイアス信号出力端子３１２ｄと第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃのゲート電極とに接続され、第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃのドレイン電極が第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極とチョークインダクタ２４０ｃとに接続されている。
【０２８１】
更に、図２５に示すようにバイアス供給回路２６５ｂでは、１入力３出力の切換器３２０ｂのスイッチ８００ａの出力端子にＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ｂのゲート電極とドレイン電極とバッファアンプ３４０ａの入力端子５１０ａとが接続され、バッファアンプ３４０ａの出力端子５２０ａがバイアス信号出力端子３１２ｂに接続され、切換器３２０ｂのスイッチ８００ｂの出力端子にＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ｃのゲートとドレイン電極とバッファアンプ３４０ｂの入力端子５１０ｂが接続され、バッファアンプ３４０ｂの出力端子５２０ｂがバイアス信号出力端子３１２ｃに接続され、切換器３２０ｂのスイッチ８００ｃの出力端子にＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタ３３０ｄのゲートとドレイン電極とバッファアンプ３４０ｃの入力端子５１０ｃが接続され、バッファアンプ３４０ｃの出力端子５２０ｃがバイアス信号出力端子３１２ｄに接続されている。
【０２８２】
《本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器の動作》
次に、本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器の動作を説明する。
【０２８３】
高電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５から生成される高電力出力状態を示す高パワーレベル信号Ｈが、シャットダウン信号入力端子２１８と第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器・第３のＲＦ電力増幅器切換制御端子２１７ｂとに供給される。高パワーレベル信号Ｈに応答して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は不活性状態となり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は不活性状態となり、出力端子４１２より第４電源電圧Ｖｃｃ４は生成されなくなるので、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極と第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃのドレイン電極への第４電源電圧Ｖｃｃ４の供給が中止される。その一方で、第１のＲＦ電力増幅器の駆動電源端子２１５ｂから第２電源電圧Ｖｃｃ２が、チョークインダクタ２４０ｂを介して第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極に供給されている。
【０２８４】
一方、高パワーレベル信号Ｈに応答して、図２５に示すバイアス供給回路２６５ｂの切換器３２０ｂを構成する３つのスイッチは８００ａのみオンとなり、８００ｂ、８００ｃはオフとなる。その結果、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂと第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃはカットオフ状態となり増幅動作が中止されるのに対して、所定のバイアス電流が流入する第１のＲＦ電力増幅器２７０ａは増幅動作を実行する。第１のＲＦ電力増幅器２７０ａによって増幅されたＲＦ増幅出力信号は、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極から生成される。
【０２８５】
中電力出力の場合には、ベースバンド処理回路２８５から生成される高電力出力状態を示す中間パワーレベル信号Ｍが、シャットダウン信号入力端子２１８と第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器・第３のＲＦ電力増幅器切換制御端子２１７ｂとに供給される。中間パワーレベル信号Ｍに応答して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は活性状態となり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は活性状態となり、第２と第３のＲＦ電力増幅器２７０ｂ、２７０ｃの駆動電源端子２１５ｃに供給される第３電源電圧Ｖｃｃ３の１／２の電圧レベルの第４電源電圧Ｖｃｃ４が出力端子４１２よりチョークインダクタ２４０ｃを介して第２と第３のＲＦ電力増幅器２７０ｂ、２７０ｃのドレイン電極に供給される。その一方、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの駆動電源端子２１５ｂからの第２電源電圧Ｖｃｃ２が、チョークインダクタ２４０ｂを介して、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極に供給される。
【０２８６】
また、中間パワーレベル信号Ｍに応答して、図２５に示すバイアス供給回路２６５ｂの切換器３２０ｂを構成する３つのスイッチは８００ｂのみオンとなり、８００ａ、８００ｃはオフとなる。その結果、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃはカットオフ状態となって増幅動作が中止されるのに対して、所定のバイアス電流が流入する第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂは増幅動作を実行する。第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂによって増幅されたＲＦ増幅出力信号は、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂのドレイン電極から生成される。
【０２８７】
低電力出力の場合は、ベースバンド処理回路２８５から生成される低電力出力状態を示す低パワーレベル信号Ｌが、シャットダウン信号入力端子２１８と第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器・第３のＲＦ電力増幅器切換制御端子２１７ｂとに供給される。低パワーレベル信号Ｈに応答して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０のスイッチングクロック発生回路４５０は活性状態となって、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は活性状態となり、第２と第３のＲＦ電力増幅器２７０ｂ、２７０ｃの駆動電源端子２１５ｃに供給される第３電源電圧Ｖｃｃ３の略１／２の電圧レベルの第４電源電圧Ｖｃｃ４が出力端子４１２よりチョークインダクタ２４０ｃを介して第２と第３のＲＦ電力増幅器２７０ｂ、２７０ｃのドレイン電極に供給される。その一方、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａの駆動電源端子２１５ｂからの第２電源電圧Ｖｃｃ２が、チョークインダクタ２４０ｂを介して、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａのドレイン電極に供給される。
【０２８８】
また、低パワーレベル信号Ｌが応答して、図２５に示したバイアス供給回路２６５ｂの切換器３２０ｂを構成する３つのスイッチは８００ｃのみオンとなり、８００ａ、８００ｂはオフとなる。その結果、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂはカットオフ状態となって増幅動作が中止されるのに対して、所定のバイアス電流が流入する第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃは増幅動作を実行する。第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃにより増幅されたＲＦ増幅出力信号は、第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃのドレイン電極から生成される。
【０２８９】
図２４と図２５に示した本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器によれば、送信出力電力の３段階の切換が可能となるので、送信出力電力に応じた消費電流低減が可能となる。
【０２９０】
尚、本発明の実施の形態１１において、中間電力出力の場合に、中間パワーレベル信号Ｍに応答して、図２５に示したバイアス供給回路２６５ｂの切換器３２０ｂを構成する３つのスイッチのうち８００ａのみがオフとなり、８００ｂ、８００ｃがオンとなる動作とすることも可能である。この場合、中間電力出力時に第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂと第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃとが増幅動作を実行する。更にまた、中間電力出力時でベースバンド処理回路２８５が出力する信号を高中間パワーレベルＭ１と低中間パワーレベルＭ２と分割して、高中間パワーレベル信号Ｍ１の場合にはスイッチ８００ａのみオフ、スイッチ８００ｂ、８００ｃをオンとして、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂと第３のＲＦ電力増幅器２７０ｃとが増幅動作を実行して、低中間パワーレベル信号Ｍ２の場合にはスイッチ８００ａ、８００ｃをオフ、スイッチ８００ｂのみをオンとして第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂが増幅動作を実行することも可能である。この場合には、出力電力切換レベルは４段階となり、更に出力電力に応答した消費電流低減が可能となる。
【０２９１】
［実施の形態１２］
《本発明の実施の形態１２によるＲＦ電力増幅器の構成》
図２６は、本発明の実施の形態１２によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【０２９２】
図２６に示す本発明の実施の形態１２によるＲＦ電力増幅器が上述した本発明の実施の形態１乃至本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器と相違するのは、下記の点であり、その他の点に関しては基本的に同一である。
【０２９３】
すなわち、上述した本発明の実施の形態１乃至本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器では、ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂがそれぞれゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有するＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタで構成されたものである。それに対して、図２６に示す本発明の実施の形態１２によるＲＦ電力増幅器では、ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂとがそれぞれベース電極、エミッタ電極、コレクタ電極を有するＧａＡｓ等の化合物半導体によって形成されたＮＰＮ型ＨＢＴトランジスタで構成されたものである。尚、ＨＢＴは、Ｈｅｒｅｏ−Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒの略である。
【０２９４】
従って、図２６に示す本発明の実施の形態１２によるＲＦ電力増幅器では、ドライバー段増幅器２３０と、第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと、第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂと、バイアス供給回路２６５のバイアストランジスタ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃとは化合物半導体チップ２０５ｂの内部に集積化される一方、バイアス生成回路２６６と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０と、バイアス供給回路２６５のバッファアンプ３４０ａ、３４０ｂとはシリコン半導体チップ２０５ｃの内部に集積化されている。
【０２９５】
《本発明の実施の形態１２によるＲＦ電力増幅器の動作》
ＲＦ増幅素子がＨＢＴトランジスタで構成された図２６に示して本発明の実施の形態１２によるＲＦ電力増幅器の動作は、ＲＦ増幅素子がＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタで構成された上述した本発明の実施の形態１乃至本発明の実施の形態１１によるＲＦ電力増幅器の動作と基本的に同一であるので、重複する説明は省略する。
【０２９６】
［実施の形態１３］
《本発明の実施の形態１３によるＲＦ電力増幅器の構成》
図２７は、本発明の実施の形態１３によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。
【０２９７】
図２７において、ＰＡ１とＰＡ２は第１と第２のＲＦ電力増幅器、８１０はＲＦ信号入力端子、８１５はパワーディバイダ(電力分割器)、８２０ａと８３０ｂは＋４５度位相シフタ、８２０ｂと８３０ａは−４５度位相シフタ、８４０はパワーコンバイナ(電力結合器)、８９０は最終ＲＦ信号出力端子である。ここで、第１と第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２の各ＲＦ電力増幅器は、上述した本発明の実施の形態１乃至本発明の実施の形態１２のいずれかの１つの実施の形態によって構成されるＲＦ電力増幅器である。
【０２９８】
まず、図２７に示す本発明の実施の形態１３によるＲＦ電力増幅器は、並列動作の第１と第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２を含むので、平衡電力増幅器(Ｂａｌａｎｃｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ)として動作するものである。
【０２９９】
すなわち、パワーディバイダ８１５は入力端子と２つの出力端子を具備する３端子回路であり、入力端子はＲＦ信号入力端子８１０に接続されて、一方の出力端子は＋４５度位相シフタ８２０ａを介して第１のＲＦ電力増幅器ＰＡ１の入力端子に接続され、他方の出力端子は−４５度位相シフタ８２０ｂを介して第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ２の入力端子に接続されている。
【０３００】
第１と第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２の各ＲＦ電力増幅器はともにＲＦ信号入力端子と２つの制御入力端子とＲＦ信号出力端子とを具備する４端子回路である。第１のＲＦ電力増幅器ＰＡ１のＲＦ入力端子は＋４５度位相シフタ８２０ａの出力端子に接続され、第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ２のＲＦ入力端子は−４５度位相シフタ８２０ｂの出力端子に接続されている。第１と第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２の２つの制御入力端子２１７、２１８は、ベースバンド処理回路２８５にそれぞれ接続されている。第１のＲＦ電力増幅器ＰＡ１のＲＦ信号出力端子２９０ａは−４５度位相シフタ８３０ａの入力端子に接続されて、第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ２のＲＦ信号出力端子２９０ｂは＋４５度位相シフタ８３０ｂの入力端子に接続されている。パワーコンバイナ８４０は２つの入力端子と出力端子とを具備する３端子回路であって、一方の入力端子は−４５度位相シフタ８３０ａの出力端子に接続されて、他方の入力端子は＋４５度位相シフタ８３０ｂの出力端子に接続され、出力端子は最終ＲＦ信号出力端子８９０に接続されている。
【０３０１】
パワーディバイダ８１５と−４５度位相シフタ８２０ｂ、８３０ａと＋４５度位相シフタ８２０ａ、８３０ｂとパワーコンバイナ８４０は、ＲＦ電力増幅器モジュール２００の絶縁支持基板上に搭載可能である一方、その一部は第１と第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２の半導体チップの内部に集積化されることも可能である。第１のＲＦ電力増幅器ＰＡ１の半導体チップの内部には第１のＲＦ電力増幅器ＰＡ１のためのＤＣ−ＤＣコンバータ２８０とバイアス供給回路２６５とバイアス電流生成回路２６６とが集積化可能であり、第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ２の半導体チップの内部に第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ２のためのＤＣ−ＤＣコンバータ２８０とバイアス供給回路２６５とバイアス電流生成回路２６６が集積化可能である。また第１と第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２の単一の半導体チップの内部に集積化される場合には、両者の第１と第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２によって共有される１個のＤＣ−ＤＣコンバータ２８０と１個のバイアス供給回路２６５と１個のバイアス電流生成回路２６６とが単一の半導体チップの内部に集積化されることが可能である。更に、この場合には、パワーディバイダ８１５と−４５度位相シフタ８２０ｂ、８３０ａと＋４５度位相シフタ８２０ａ、８３０ｂとパワーコンバイナ８４０の一部もしくはその全部が、単一の半導体チップの内部に集積化されることが可能である。
【０３０２】
《本発明の実施の形態１３によるＲＦ電力増幅器の動作》
次に、本発明の実施の形態１３によるＲＦ電力増幅器の動作を説明する。
【０３０３】
ＲＦ信号入力端子８１０に供給されるＲＦ入力信号はパワーディバイダ８１５によって分割され、＋４５度位相シフタ８２０ａ、−４５度位相シフタ８２０ｂによって相互に９０度の位相差を持つ２つのＲＦ入力信号が生成され第１と第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２のＲＦ入力端子に供給される。
【０３０４】
第１のＲＦ電力増幅器ＰＡ１のＲＦ信号出力端子２９０ａから生成されるＲＦ信号と第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ２のＲＦ信号出力端子２９０ｂから生成されるＲＦ信号は、−４５度位相シフタ８３０ａと＋４５度位相シフタ８３０ｂによってそれぞれ−４５度位相変換、＋４５度位相変換されことになる。従って、−４５度位相シフタ８３０ａの出力端子のＲＦ信号と＋４５度位相シフタ８３０ｂ出力端子のＲＦ信号とは同一位相となって、パワーコンバイナ８４０によって合成されて、合成ＲＦ出力信号は最終ＲＦ信号出力端子８９０から出力される。パワーコンバイナ８４０は電力合成の際に、−４５度位相シフタ８３０ａと＋４５度位相シフタ８３０ｂの出力インピーダンスと最終ＲＦ信号出力端子８９０の入力インピーダンス(通常、５０Ω)との間のインピーダンス整合の機能を持つことも可能とされている。
【０３０５】
特に、図２７に示す本発明の実施の形態１３によるＲＦ電力増幅器の第１と第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２とは平衡電力増幅器として動作する際に、第１と第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２の２つのＲＦ信号出力端子２９０ａ、２９０ｂの２つのＲＦ出力信号の位相差は９０度となっている。ＲＦ電力増幅器モジュール２００の最終ＲＦ信号出力端子８９０の負荷インピーダンスが変動した場合には、第１のＲＦ電力増幅器ＰＡ１のＲＦ信号出力端子２９０ａの負荷インピーダンスと第２のＲＦ電力増幅器ＰＡ２のＲＦ信号出力端子２９０ｂの負荷インピーダンスとはスミスチャート上で一方が誘導性側に回転する一方、他方は反対方向の容量性側に回転する。従って、一方の負荷インピーダンスが高インピーダンスになる、他方の負荷インピーダンスは低インピーダンスとなるので、パワーコンバイナ８４０のＲＦ合成信号の信号歪の補正が可能となる。
【０３０６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更であることは言うまでもない。
【０３０７】
例えば、上述した種々の実施の形態においては、ドライバー段増幅器２３０と第１のＲＦ電力増幅器２７０ａと第２のＲＦ電力増幅器２７０ｂとバイアス供給回路２６５のトランジスタ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３０ｄとは、半導体チップ２０５に形成されたＮ型ＬＤＭＯＳトランジスタもしくは化合物半導体チップ２０５ｂに形成されたＮＰＮ型ＨＢＴトランジスタで構成されていたが、それ以外のトランジスタが使用可能であることは言うまでも無い。例えば、ＨＥＭＴ(Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)やＳｉＧｅヘテロ接合を使用するバイポーラトランジスタ等が、使用されることが可能である。
【０３０８】
更に、ＲＦ電力増幅器モジュール２００の１個のパッケージは、樹脂封止以外にもセラミック封止もしくは金属封止によって構成されることも言うまでも無い。
【符号の説明】
【０３０９】
２１０…ＲＦ信号入力端子
２９０…ＲＦ信号出力端子
２１６…バイアス設定信号入力端子
２１７…第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換制御端子
２１５ａ…ドライバー段増幅器の駆動電源端子
２１５ｂ…第１のＲＦ電力増幅器の駆動電源端子
２１５ｃ…第２のＲＦ電力増幅器の駆動電源端子
２１８…シャットダウン信号入力端子
２３０…ドライバー段増幅器
２７０ａ…第１のＲＦ電力増幅器
２７０ｂ…第２のＲＦ電力増幅器
２７０ｃ…第３のＲＦ電力増幅器
２２０ａ…入力整合回路
２２０ｂ…段間整合回路
２２０ｃ、２２０ｄ、２２０ｅ…出力整合回路
２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５５…カップリング容量
２４５ａ、２４５ｂ、２４５ｃ…バイパス容量
２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ…チョークインダクタ
２８０…ＤＣ−ＤＣコンバータ
２８５…ベースバンド処理回路
２６５、２６５ｂ…バイアス供給回路
２６６…バイアス電流生成回路
２０５…半導体チップ
２００…ＲＦ電力増幅器モジュール
３１０ａ、３１０ｂ…バイアス電流入力端子
３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄ…バイアス信号出力端子
３１３…第１のＲＦ電力増幅器・第２のＲＦ電力増幅器切換信号入力端子
３２０、３２０ｂ…切換器
３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄ…Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ
３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ…バッファアンプ
４１０…電源端子
４１２…出力端子
４１３…シャットダウン端子
４２０…インバータ回路
４３０ａ…Ｐ型ＭＯＳトランジスタ
４３０ｂ、４３０ｃ、４３０ｄ…Ｎ型ＬＤＭＯＳトランジスタ
４４０ａ、４４０ｂ…チャージポンプ用容量
４５０…スイッチングクロック発生回路
４６０ａ、４６０ｂ、４６０ｃ…ノード
【図１】
2011259083.tif 000004
【図２】
2011259083.tif 000005
【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】
2011259083.tif 000010
【図８】
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【図９】
2011259083.tif 000012
【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】
2011259083.tif 000018
【図１６】
2011259083.tif 000019
【図１７】
2011259083.tif 000020
【図１８】
2011259083.tif 000021
【図１９】
2011259083.tif 000022
【図２０】
2011259083.tif 000023
【図２１】
2011259083.tif 000024
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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