(57)【要約】【課題】ゲインディスパージョンを広げた電力増幅回路を提供する。【解決手段】電力増幅回路１０Ａは、ＲＦ信号が供給されるベースと、ＲＦ信号のレベルに応じた可変電源電圧Ｖｃｃが供給されるコレクタとを有する第１のトランジスタＱ１であって、ＲＦ信号を増幅する第１のトランジスタＱ１と、第１のトランジスタＱ１のベースにバイアス電流Ｉｂｉａｓを供給する第２のトランジスタＱ２０を有するバイアス回路２０と、可変電源電圧Ｖｃｃが低い程、第２のトランジスタＱ２０のエミッタから供給される電流を減少させることにより、第１のトランジスタＱ１のベースに供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓを減少させる調整回路４０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号が供給されるベースと、前記ＲＦ信号のレベルに応じた可変電源電圧が供給されるコレクタとを有する第１のトランジスタであって、前記ＲＦ信号を増幅する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのベースにバイアス電流を供給する第２のトランジスタを有するバイアス回路と、
前記可変電源電圧が低い程、前記第２のトランジスタのエミッタから供給される電流を減少させることにより、前記第１のトランジスタのベースに供給される前記バイアス電流を減少させるバイアス調整回路と、を備える電力増幅回路。
【請求項２】
前記調整回路は、一端が前記第２のトランジスタのエミッタに接続され、他端に前記可変電源電圧に応じた電圧が供給される抵抗素子を備える、請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項３】
前記第１のトランジスタのベースに他のバイアス電流を供給する第３のトランジスタを有する他のバイアス回路を更に備える、請求項１又は２に記載の電力増幅回路。
【請求項４】
前記第３のトランジスタのコレクタは、前記ＲＦ信号レベルに応じた可変電圧源と接続され、
前記第２のトランジスタと前記第３のトランジスタのそれぞれのエミッタ電流を足し合わせて前記第１のトランジスタのベースに供給すること特徴とする、請求項３に記載の電力増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの移動通信端末においては、基地局へ送信するＲＦ（Radio Frequency）信号を増幅する電力増幅回路が用いられている。電力増幅回路は、ＲＦ信号を増幅するトランジスタと、トランジスタにバイアス電流を供給するバイアス回路とを備えている。この種のバイアス回路として、例えば、特許文献１に記載されているように、トランジスタにバイアス電流を供給するエミッタフォロワトランジスタと、このエミッタフォロワトランジスタのコレクタに供給される定電圧を生成するための定電圧生成回路とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７１１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、電力増幅回路の効率を向上させるために、ＲＦ信号のレベルに応じて電源電圧を制御するエンベロープトラッキング（ＥＴ）制御が知られている。ＥＴ制御においては、ＲＦ信号のレベルに応じて、電源電圧の値が、電力負荷効率（ＰＡＥ）等の効率が高くなるように制御される。このとき、トランジスタに供給される電源電圧の変化に対するゲインの変化の大きさ（ゲインディスパージョン）が大きいほど、ゲインのフラットネスを保ちつつ、効率が高い電源電圧値を採用することが可能となる。したがって、ＥＴ制御においては、電力増幅回路のゲインディスパージョンが大きい方が好ましい。
【０００５】
そこで、本発明は、電源電圧の変化に合わせてゲインディスパージョンを広げた電力増幅回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る電力増幅回路は、ＲＦ信号が供給されるベースと、ＲＦ信号のレベルに応じた可変電源電圧が供給されるコレクタとを有する第１のトランジスタであって、ＲＦ信号を増幅する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタのベースにバイアス電流を供給する第２のトランジスタを有するバイアス回路と、前記可変電源電圧が低い程、前記第２のトランジスタのエミッタから供給される電流を減少させることにより、前記第１のトランジスタのベースに供給される前記バイアス電流を減少させる調整回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電源電圧の変化に合わせてゲインディスパージョンを広げた電力増幅回路を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力増幅回路１０Ａの回路図である。
【図２】比較例の電力増幅回路１００の回路図である。
【図３】バイアス電流Ｉｂｉａｓのシミュレーション結果を示す図である。
【図４Ａ】第１実施形態に係る電力増幅回路１０Ａにおける出力電力とゲインとの関係を示す図である。
【図４Ｂ】比較例の電力増幅回路１００における出力電力とゲインとの関係を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電力増幅回路１０Ｂの回路図である。
【図６】他のバイアス電流Ｉｂｉａｓのシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【００１０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力増幅回路１０Ａの回路図である。電力増幅回路１０Ａは、携帯電話などの移動通信端末において、入力信号ＲＦｉｎの電力を基地局に送信するために必要なレベルまで増幅し、これを増幅信号として、出力信号ＲＦｏｕｔとして出力する。入力信号ＲＦｉｎは、例えば、ＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）等により所定の通信方式に応じて変調されたＲＦ信号である。
【００１１】
電力増幅回路１０Ａは、トランジスタＱ１（第１のトランジスタ）と、第１バイアス回路２０と、バイアス調整回路４０と、チョークインダクタＬ１と、容量素子Ｃ１と、抵抗素子Ｒ１とを備えている。トランジスタＱ１は、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである。トランジスタＱ１は、エミッタを接地した、エミッタ接地増幅器を構成し、トランジスタＱ１のベースには、容量素子Ｃ１を通じて入力信号ＲＦｉｎが供給され、そのコレクタからは出力信号ＲＦｏｕｔが出力される。トランジスタＱ１のコレクタには、ＲＦ信号の電源側への漏出を抑制するチョークインダクタＬ１を通じて可変電源電圧Ｖｃｃが供給されるための端子５０に接続される。端子５０には、図示されていない、可変電源電圧Ｖｃｃが接続されている。可変電源電圧Ｖｃｃは、ＲＦ信号のレベルに応じた電圧である。すなわち、電力増幅回路１０Ａでは、エンベロープトラッキング（ＥＴ）制御が行われる。可変電源電圧Ｖｃｃは、例えば、ＥＴ電源回路（図示せず）から供給される。
【００１２】
第１バイアス回路２０は、第１バイアス電流Ｉ２０を、抵抗素子Ｒ１を通じて、トランジスタＱ１のベースに供給する。第１バイアス回路２０は、トランジスタＱ２０（第２のトランジスタ）と、ダイオードＤ２１，Ｄ２２を備えている。トランジスタＱ２０のコレクタには、電源電圧Ｖｂａｔが供給される。トランジスタＱ２０のベースは、ダイオードＤ２１のアノードに接続されるとともに、容量素子Ｃ２０を通じてグランドに接続されている。また、トランジスタＱ２０のエミッタは、抵抗素子Ｒ１を通じてトランジスタＱ１のベースに接続されている。ダイオードＤ２１のアノードは、抵抗素子Ｒ２０を通じて、電源端子２１に接続されている。電源端子２１には、制御ＩＣ等からバイアス制御電圧又はバイアス制御電流が供給される。ダイオードＤ２２のアノードは、ダイオードＤ２１のカソードに接続されている。ダイオードＤ２２のカソードは、グランドに接続されている。なお、ダイオードＤ２１，Ｄ２２は、例えば、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタである。但し、ダイオードＤ２１，Ｄ２２は、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタに限られるものではなく、例えば、ＰＮ接合ダイオードでもよい。
【００１３】
バイアス調整回路４０は、トランジスタＱ１のベースに供給される第１バイアス電流Ｉ２０であるバイアス電流Ｉｂｉａｓを、可変電源電圧Ｖｃｃに応じて調整する。具体的には、バイアス調整回路４０は、可変電源電圧Ｖｃｃが低い程、トランジスタＱ２０のエミッタから供給される第１バイアス電流Ｉ２０を減少させることにより、トランジスタＱ１のベースに供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓを減少させる。バイアス調整回路４０は、抵抗素子Ｒ４０を備えている。抵抗素子Ｒ４０の一端は、トランジスタＱ２０のエミッタに接続されている。抵抗素子Ｒ４０の他端は、端子５０を通じて、可変電源電圧Ｖｃｃに接続されている。したがって、抵抗素子Ｒ４０の他端には、可変電源電圧Ｖｃｃに応じた電圧が供給される。抵抗素子Ｒ４０には、トランジスタＱ２０のエミッタから供給される電流の一部である調整電流Ｉ４０が流れる。なお、抵抗素子Ｒ４０の他端は、端子５０に接続されていなくても、可変電源電圧Ｖｃｃに応じた電圧が供給されればよく、例えば、トランジスタＱ１のコレクタにローパスフィルタ回路等を通じて接続されていてもよい。
【００１４】
次に、電力増幅回路１０Ａの動作について説明する。可変電源電圧Ｖｃｃが下がるにつれて、端子５０を通じて抵抗素子Ｒ４０の他端の電圧が下がると共に、調整電流Ｉ４０が増加する。すると、第１バイアス電流Ｉ２０が減少し、その結果、トランジスタＱ１のベースに供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓが減少するため、トランジスタＱ１のゲインが減少する。
【００１５】
図２は、比較例の電力増幅回路１００の回路図である。比較例の電力増幅回路１００は、バイアス調整回路４０を備えていない点で、第１実施形態に係る電力増幅回路１０Ａとは異なる。比較例の電力増幅回路１００は、バイアス調整回路４０を備えていないため、トランジスタＱ１のベースに供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓは、可変電源電圧Ｖｃｃに応じて調整されない。
【００１６】
図３は、バイアス電流Ｉｂｉａｓのシミュレーション結果を示す図である。図３において、横軸は可変電源電圧Ｖｃｃ（Ｖ）、縦軸はバイアス電流Ｉｂｉａｓ（Ａ）である。図３において、実線は、第１実施形態に係る電力増幅回路１０Ａのバイアス電流Ｉｂｉａｓのシミュレーション結果を示し、破線は、比較例の電力増幅回路１００のバイアス電流Ｉｂｉａｓのシミュレーション結果を示す。
【００１７】
図３に示すとおり、比較例の電力増幅回路１００では、可変電源電圧Ｖｃｃが０．４Ｖ付近に下がるまで、バイアス電流Ｉｂｉａｓの減少幅は小さいことが分かる。これは、比較例の電力増幅回路１００は、バイアス調整回路４０を備えていないため、可変電源電圧Ｖｃｃの減少に伴って、ほぼ一定の割合でバイアス電流Ｉｂｉａｓが減少するからであるものと考えられる。一方、図３に示すとおり、第１実施形態に係る電力増幅回路１０Ａでは、可変電源電圧Ｖｃｃが約４．５Ｖから約０．４Ｖまで下がるにつれて、バイアス電流Ｉｂｉａｓが、比較例の電力増幅回路１００における減少幅よりも大きく減少することが分かる。これは、上述のとおり、可変電源電圧Ｖｃｃが下がるにつれて、抵抗素子Ｒ４０に流入する調整電流Ｉ４０が増加するため、トランジスタＱ１のベースに供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓが相対的に減少するためであるものと考えられる。以上より、比較例の電力増幅回路１００と比較して、第１実施形態に係る電力増幅回路１０Ａは、可変電源電圧Ｖｃｃが小さくなると、バイアス電流Ｉｂｉａｓがより大きく減少するといえる。  
【００１８】
図４Ａは、第１実施形態に係る電力増幅回路１０Ａにおける出力電力とゲインとの関係を示す図であり、図４Ｂは、比較例の電力増幅回路１００における出力電力とゲインとの関係を示す図である。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、横軸は出力電力Ｐｏｕｔ（ｄＢｍ）、縦軸はゲイン（ｄＢ）である。図４Ａにおいて、符号３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７は、可変電源電圧Ｖｃｃをそれぞれ４．５Ｖ、３．５Ｖ、３．０Ｖ、２．０Ｖ、１．５Ｖ、１．０Ｖ、０．５Ｖとしたときの出力電力とゲインとの関係を示す。また、図４Ｂにおいて、符号４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７は、可変電源電圧Ｖｃｃをそれぞれ４．５Ｖ、３．５Ｖ、３．０Ｖ、２．０Ｖ、１．５Ｖ、１．０Ｖ、０．５Ｖとしたときの出力電力とゲインとの関係を示す。
【００１９】
図４Ａに示すとおり、電力増幅回路１０Ａについては、出力電力が０ｄＢｍ付近では、可変電源電圧Ｖｃｃが４．５Ｖの場合のゲイン３０１は、約３１．４ｄＢであり、可変電源電圧Ｖｃｃが０．５Ｖの場合のゲイン３０７は、約２１．９ｄＢである。したがって、電力増幅回路１０Ａについては、出力電力が０ｄＢｍ付近では、可変電源電圧Ｖｃｃが４．５Ｖから０．５Ｖまで変化した場合のゲインの変化は、約９．５ｄＢ（３１．４ｄＢ−２１．９ｄＢ）である。また、図４Ｂに示すとおり、電力増幅回路１００については、出力電力が０ｄＢｍ付近では、可変電源電圧Ｖｃｃが４．５Ｖの場合のゲイン４０１は、約３１．４ｄＢであり、可変電源電圧Ｖｃｃが０．５Ｖの場合のゲイン４０７は、約２７．７ｄＢである。したがって、電力増幅回路１００については、出力電力が０ｄＢｍ付近では、可変電源電圧Ｖｃｃが４．５Ｖから０．５Ｖまで変化した場合のゲインの変化は、約３．７ｄＢ（３１．４ｄＢ−２７．７ｄＢ）である。以上より、電力増幅回路１０Ａにおける可変電源電圧Ｖｃｃの変化に対するゲインの変化は、電力増幅回路１００における可変電源電圧Ｖｃｃの変化に対するゲインの変化より大きい。すなわち、電力増幅回路１０Ａは、電力増幅回路１００と比較して、ゲインディスパージョンが広がっているといえる。
【００２０】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る電力増幅回路１０Ｂの回路図である。以下では、電力増幅回路１０Ｂのうち、電力増幅回路１０Ａと異なる部分について説明し、電力増幅回路１０Ａと同一の部分については適宜説明を省略する。
【００２１】
電力増幅回路１０Ｂは、電力増幅回路１０Ａが備えるバイアス調整回路４０を備えない。加えて、第２のバイアス回路３０を更に備えている。また、電力増幅回路１０Ｂが備える第１バイアス回路２０が含む電源端子２１には、可変電源電圧Ｖｃｃに応じた電圧が供給される。
【００２２】
第２バイアス回路３０は、第２バイアス電流Ｉ３０を、抵抗素子Ｒ１を通じて、トランジスタＱ１のベースに供給する。第２バイアス回路３０は、トランジスタＱ３０（第３のトランジスタ）と、ダイオードＤ３１，Ｄ３２を備えている。トランジスタＱ３０のコレクタには、電源電圧Ｖｂａｔが供給される。トランジスタＱ３０のベースは、ダイオードＤ３１のアノードに接続されるとともに、容量素子Ｃ３０を通じてグランドに接続されている。また、トランジスタＱ３０のエミッタは、抵抗素子Ｒ１を通じてトランジスタＱ１のベースに接続されている。ダイオードＤ３１のアノードは、抵抗素子Ｒ３０を通じて、電源端子２１に接続されている。電源端子３１には、制御ＩＣ等からバイアス制御電圧又はバイアス制御電流が供給される。ダイオードＤ３２のアノードは、ダイオードＤ３１のカソードに接続されている。ダイオードＤ３２のカソードは、グランドに接続されている。なお、ダイオードＤ３１，Ｄ３２は、例えば、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタである。但し、ダイオードＤ３１，Ｄ３２は、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタに限られるものではなく、例えば、ＰＮ接合ダイオードでもよい。
【００２３】
次に、電力増幅回路１０Ｂの動作について説明する。可変電源電圧ＶｃｃがトランジスタＱ２０のＯＮするために必要な電圧以上の範囲においては、可変電源電圧Ｖｃｃが下がるにつれて、電源端子２１を通じてトランジスタＱ２０のベースの電圧が下がる。すると、第１バイアス電流Ｉ２０が減少し、その結果、第１バイアス電流Ｉ２０及び第２バイアス電流Ｉ３０を足し合わせた電流であるトランジスタＱ１のベースに供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓが減少するため、トランジスタＱ１のゲインが減少する。可変電源電圧ＶｃｃがトランジスタＱ２０がＯＮするために必要な電圧未満の範囲では、トランジスタＱ２０はＯＦＦであり、第１バイアス電流Ｉ２０が０となる。
【００２４】
図６は、他のバイアス電流Ｉｂｉａｓのシミュレーション結果を示す図である。図６において、横軸は可変電源電圧Ｖｃｃ（Ｖ）、縦軸はバイアス電流Ｉｂｉａｓ（Ａ）である。図６において、実線は、第２実施形態に係る電力増幅回路１０Ｂのバイアス電流Ｉｂｉａｓのシミュレーション結果を示し、破線は、比較例の電力増幅回路１００のバイアス電流Ｉｂｉａｓのシミュレーション結果を示す。
【００２５】
図６に示すとおり、比較例の電力増幅回路１００では、可変電源電圧Ｖｃｃが０．４Ｖ付近に下がるまで、バイアス電流Ｉｂｉａｓはほぼ一定に、比較的小さい減少幅で減少することが分かる。一方、図６に示すとおり、第２実施形態に係る電力増幅回路１０Ｂでは、可変電源電圧Ｖｃｃが約４．５Ｖから約２．５Ｖまで下がるにつれて、バイアス電流Ｉｂｉａｓが、比較例の電力増幅回路１００における減少幅よりも大きく減少することが分かる。これは、上述のとおり、可変電源電圧Ｖｃｃが下がるにつれて、トランジスタＱ２０のベースの電圧が下がり、第１バイアス電流Ｉ２０が減少し、その結果、トランジスタＱ１のベースに供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓが減少するためであるものと考えられる。更に、図６に示すとおり、可変電源電圧Ｖｃｃが約２．５Ｖから更に下がると、バイアス電流Ｉｂｉａｓの減少幅は極めて小さくなる。これは、可変電源電圧Ｖｃｃが約２．５Ｖより小さい範囲では、トランジスタＱ２０がＯＦＦするため、バイアス電流Ｉｂｉａｓの変化に第１バイアス電流Ｉ２０の変化は寄与しなくなるためであると考えられる。以上より、比較例の電力増幅回路１００と比較して、第２実施形態に係る電力増幅回路１０Ｂは、可変電源電圧Ｖｃｃが小さくなると、バイアス電流Ｉｂｉａｓがより大きく減少するといえる。
【００２６】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。なお、電力増幅回路１０Ａ及び電力増幅回路１０Ｂはいずれも、ドライバ段増幅器とパワー段増幅器とから成る二段構成の増幅モジュールのうち、ドライバ段増幅器のみ、パワー段増幅器のみ、又はドライバ段増幅器とパワー段増幅器との両方に適用してもよい。ドライバ段増幅器とパワー段増幅器との両方に適用した場合は、ドライバ段増幅器のみ又はパワー段増幅器のみに適用した場合よりも、ゲインディスパージョンの効果が高まる。また、電力増幅回路１０Ａ及び電力増幅回路１０Ｂはいずれも、三段以上の増幅器から成る増幅モジュールのうち、少なくとも一の増幅器に適用してもよい。
【００２７】
第１実施形態で示したように、電力増幅回路１０Ａは、ＲＦ信号が供給されるベースと、ＲＦ信号のレベルに応じた可変電源電圧Ｖｃｃが供給されるコレクタとを有する第１のトランジスタＱ１であって、ＲＦ信号を増幅する第１のトランジスタＱ１と、第１のトランジスタＱ１のベースに第１バイアス電流Ｉ２０を供給する第２のトランジスタＱ２０を有するバイアス回路２０と、可変電源電圧Ｖｃｃが低い程、第２のトランジスタＱ２０のエミッタから供給される電流を減少させることにより、第１のトランジスタＱ１のベースに供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓを減少させるバイアス調整回路４０と、を備える。これにより、可変電源電圧Ｖｃｃが下がると、第２のトランジスタＱ２０のエミッタから供給される電流が減少する。すると、第１のトランジスタＱ１のベースに供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓが減少するため、第１のトランジスタＱ１のゲインが減少する。以上より、電力増幅回路１０Ａのゲインディスパージョンが広がる。
【００２８】
また、電力増幅回路１０Ａでは、バイアス調整回路４０は、一端が第２のトランジスタＱ２０のエミッタに接続され、他端に可変電源電圧Ｖｃｃに応じた電圧が供給される抵抗素子Ｒ４０を備えていてもよい。これにより、第１バイアス電流Ｉ２０の値を調整することが可能となる。
【００２９】
また、電力増幅回路１０Ａは、第１のトランジスタＱ１のベースに他のバイアス電流（第２バイアス電流Ｉ３０）を供給する第３のトランジスタＱ３０を有する他のバイアス回路（第２バイアス回路３０）を更に備えていてもよい。これにより、バイアス電流Ｉｂｉａｓの値を容易に調整することが可能となる。
【００３０】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０Ａ、１０Ｂ、１００…電力増幅回路、２０…第１バイアス回路、３０…第２バイアス回路、４０…バイアス調整回路、Ｑ１、Ｑ２０、Ｑ３０…トランジスタ、Ｒ１、Ｒ２０、Ｒ３０…抵抗素子、Ｃ１、Ｃ２０…容量素子、Ｄ２１、Ｄ２２…ダイオード、Ｌ１…チョークインダクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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