(57)【要約】【課題】マルチバンド／マルチモード化に対応して安定動作する高周波フロントエンド回路を提供する。【解決手段】高周波フロントエンド回路１は、電力増幅器１０および２０と、電力増幅器１０にバイアス電流１を供給するバイアス回路３０と、電力増幅器１０に駆動電圧Ｖｃｃ１を供給する電源回路４０と、電力増幅器１０の後段に配置されＴＤＤ方式のＢａｎｄＡを通過帯域とするフィルタ７１ＴＲと、電力増幅器１０の後段に配置されＦＤＤ方式のＢａｎｄ−Ｃを通過帯域とする送信フィルタ７３Ｔと、電力増幅器１０とフィルタ７１ＴＲおよび送信フィルタ７３Ｔとの接続を切り替えるスイッチ回路６１と、電力増幅器１０と電源回路４０との接続点における電圧値が閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合にバイアス電流１を制限する制御部８０とを備え、制御部８０は、ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式とで閾値電圧Ｖｔｈを異ならせる。【選択図】図１
2019201331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子および入出力端子と、
前記入力端子から入力された高周波信号を電力増幅する電力増幅回路と、
前記電力増幅回路に直流バイアス電流を供給するバイアス回路と、
前記電力増幅回路に接続され、当該電力増幅回路に駆動電圧を供給する電源回路と、
前記電力増幅回路と前記入出力端子との間に配置され、時分割複信方式に割り当てられた第１周波数帯域を通過帯域とする第１フィルタと、
前記電力増幅回路と前記入出力端子との間に配置され、周波数分割複信方式に割り当てられた第２周波数帯域を通過帯域とする第２フィルタと、
前記電力増幅回路と前記第１フィルタおよび前記第２フィルタとの間に配置され、前記電力増幅回路の出力端子と前記第１フィルタとの接続、および、前記出力端子と前記第２フィルタとの接続を切り替えるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路の接続を切り替え、かつ、前記電力増幅回路と前記電源回路との接続点における電圧値が閾値電圧よりも大きくなった場合に、前記直流バイアス電流を制限する制御部と、を備え、
前記制御部は、周波数帯域の選択情報に基づいて前記スイッチ回路を切り替え、前記時分割複信方式と前記周波数分割複信方式とで、前記閾値電圧を異ならせる、
高周波フロントエンド回路。
【請求項２】
前記周波数分割複信方式により高周波信号を伝送する場合の前記閾値電圧は、前記時分割複信方式により高周波信号を伝送する場合の前記閾値電圧よりも小さい、
請求項１に記載の高周波フロントエンド回路。
【請求項３】
前記時分割複信方式により高周波信号を伝送する場合の前記閾値電圧は、前記周波数分割複信方式により高周波信号を伝送する場合の前記閾値電圧よりも小さい、
請求項１に記載の高周波フロントエンド回路。
【請求項４】
前記制御部は、伝送される高周波信号の周波数帯域に応じて、前記閾値電圧を変更する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波フロントエンド回路。
【請求項５】
前記電力増幅回路は、
ベース端子、コレクタ端子、およびエミッタ端子を有する増幅トランジスタを有し、
前記ベース端子には、前記入力端子から入力された高周波信号が入力され、
前記コレクタ端子には、前記駆動電圧が印加され、
前記エミッタ端子は、グランドに接続されている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波フロントエンド回路。
【請求項６】
前記電力増幅回路は、
前記入力端子と前記スイッチ回路との間に配置された第１増幅器と、
前記第１増幅器と前記スイッチ回路との間に配置され、前記第１増幅器と縦続接続された第２増幅器と、を有し、
前記電源回路は、前記第１増幅器に第１駆動電圧を供給し、前記第２増幅器に第２駆動電圧を供給し、
前記バイアス回路は、前記第１増幅器に第１直流バイアス電流を供給し、前記第２増幅器に第２直流バイアス電流を供給し、
前記制御部は、前記第１増幅器と前記電源回路との接続点における電圧値が前記閾値電圧よりも大きくなった場合に、前記第１直流バイアス電流および前記第２直流バイアス電流の少なくともいずれかを制限する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の高周波フロントエンド回路。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１増幅器と前記電源回路との接続点における電圧値が前記閾値電圧よりも大きくなった場合に、前記第１直流バイアス電流を制限する、
請求項６に記載の高周波フロントエンド回路。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１増幅器と前記電源回路との接続点における電圧値が前記閾値電圧よりも大きくなった場合に、前記バイアス回路から前記第１増幅器および前記第２増幅器を含む全ての増幅器に供給される直流バイアス電流を制限する、
請求項６または７に記載の高周波フロントエンド回路。
【請求項９】
アンテナ素子で送受信される高周波信号を処理するＲＦ信号処理回路と、
前記アンテナ素子と前記ＲＦ信号処理回路との間で前記高周波信号を伝送する請求項１〜８のいずれか１項に記載の高周波フロントエンド回路と、を備える、
通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅回路を備える高周波フロントエンド回路および通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の移動体通信端末では、例えば基地局へ高周波信号を送信するための電力増幅回路が用いられる。この電力増幅回路は、トランジスタなどの増幅素子と、当該増幅素子を駆動させる駆動電圧を供給する電源回路と、当該増幅素子の最適な動作点を設定するためのバイアス電流を供給するバイアス回路とで構成される（例えば、特許文献１）。
【０００３】
近年、マルチバンド／マルチモード化に対応した携帯電話用の電力増幅回路には、複数の周波数帯域（バンド）の高周波信号を高利得および低雑音で増幅すべく、広帯域にわたり高信頼性を有することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２１３５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マルチバンド／マルチモード化に対応した携帯電話等において、周波数帯域（バンド）の高頻度の切り替えなどにより、増幅素子に印加される駆動電圧が変動して電力増幅回路が不安定動作することが懸念される。例えば、増幅素子に、正常動作するための駆動電圧を超えるような電圧が印加された場合、電力増幅回路の出力が過大となり、増幅素子自体、および、電力増幅回路の出力側に配置されるフィルタやスイッチ等の回路素子が破壊される場合がある。特に、上記回路素子の破壊モードは、選択される周波数帯域（バンド）の通信方式により異なるため、電力増幅回路、フィルタおよびスイッチを含む高周波フロントエンド回路を、マルチバンド／マルチモード化に対応して安定動作させることが困難となる。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、マルチバンド／マルチモード化に対応して安定動作する高周波フロントエンド回路および通信装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る高周波フロントエンド回路は、入力端子および入出力端子と、前記入力端子から入力された高周波信号を電力増幅する電力増幅回路と、前記電力増幅回路に直流バイアス電流を供給するバイアス回路と、前記電力増幅回路に接続され、当該電力増幅回路に駆動電圧を供給する電源回路と、前記電力増幅回路と前記入出力端子との間に配置され、時分割複信方式に割り当てられた第１周波数帯域を通過帯域とする第１フィルタと、前記電力増幅回路と前記入出力端子との間に配置され、周波数分割複信方式に割り当てられた第２周波数帯域を通過帯域とする第２フィルタと、前記電力増幅回路と前記第１フィルタおよび前記第２フィルタとの間に配置され、前記電力増幅回路の出力端子と前記第１フィルタとの接続、および、前記出力端子と前記第２フィルタとの接続を切り替えるスイッチ回路と、前記スイッチ回路の接続を切り替え、かつ、前記電力増幅回路と前記電源回路との接続点における電圧値が閾値電圧よりも大きくなった場合に、前記直流バイアス電流を制限する制御部と、を備え、前記制御部は、周波数帯域の選択情報に基づいて前記スイッチ回路を切り替え、前記時分割複信方式と前記周波数分割複信方式とで、前記閾値電圧を異ならせる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、マルチバンド／マルチモード化に対応して安定動作する高周波フロントエンド回路および通信装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る通信装置の回路構成図である。
【図２】実施の形態に係る高周波フロントエンド回路の要部構成図である。
【図３】実施の形態の変形例に係る高周波フロントエンド回路の要部構成図である。
【図４】実施の形態に係るバイアス回路および増幅器の具体的回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、実施の形態およびその図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさまたは大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
【００１１】
（実施の形態）
［１．高周波フロントエンド回路および通信装置の構成］
図１は、実施の形態に係る通信装置４の回路構成図である。同図に示すように、通信装置４は、高周波フロントエンド回路１と、アンテナ素子２と、ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）３と、を備える。
【００１２】
ＲＦＩＣ３は、アンテナ素子２で送受信される高周波信号を処理するＲＦ信号処理回路である。具体的には、ＲＦＩＣ３は、アンテナ素子２から高周波フロントエンド回路１を介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波受信信号を、ベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ、図示せず）へ出力する。また、ＲＦＩＣ３は、ＢＢＩＣから入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号を、高周波フロントエンド回路１へ出力する。
【００１３】
高周波フロントエンド回路１は、入力端子１００および入出力端子２００と、電力増幅器１０および２０と、バイアス回路３０と、電源回路４０と、フィルタ７１ＴＲおよび７２ＴＲと、デュプレクサ７３と、スイッチ回路６１および６２と、制御部８０と、インピーダンス整合回路５１および５２と、を備える。
【００１４】
電力増幅器１０および電力増幅器２０は、入力端子１００から入力された高周波信号を電力増幅する電力増幅回路を構成している。電力増幅器１０は、入力端子１００とスイッチ回路６１との間に配置された第１増幅器である。電力増幅器２０は、電力増幅器１０とスイッチ回路６１との間に配置された第２増幅器である。つまり、電力増幅器１０および２０は、互い縦続接続され、電力増幅器１０が初段の増幅器に相当し、電力増幅器２０が後段の増幅器に相当する。
【００１５】
電力増幅器１０および２０のそれぞれは、例えば、ベース端子、コレクタ端子、およびエミッタ端子を有するバイポーラ型のトランジスタで構成されている。なお、電力増幅器１０および２０のそれぞれは、ゲート端子、ドレイン端子、およびソース端子を有する電界効果型のトランジスタで構成されていてもよい。
【００１６】
バイアス回路３０は、電力増幅器１０および２０に直流バイアス電流を供給する。より具体的には、バイアス回路３０は、高周波フロントエンド回路１を伝送する高周波信号の通信方式および周波数帯域（バンド）の選択情報などに応じて、最適化された直流バイアス電流を電力増幅器１０および２０に供給する。図１に示すように、電力増幅器１０には、バイアス回路３０から直流バイアス電流であるバイアス電流１が供給され、電力増幅器２０には、バイアス回路３０から直流バイアス電流であるバイアス電流２が供給される。
【００１７】
電源回路４０は、電力増幅器１０および２０に接続され、電力増幅器１０および２０に駆動電圧を供給する。
【００１８】
フィルタ７１ＴＲは、電力増幅器２０と入出力端子２００との間に配置され、時分割複信（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）方式による信号伝送帯域として割り当てられたＢａｎｄ−Ａ（第１周波数帯域）の送受信帯域を通過帯域とする第１フィルタである。
【００１９】
なお、時分割複信方式とは、通信方式の１つであり、送信および受信を時間ごとに切り替えて、全二重通信を同一周波数帯域で可能にする複信の一方式である。
【００２０】
フィルタ７２ＴＲは、電力増幅器２０と入出力端子２００との間に配置され、時分割複信（ＴＤＤ）方式による信号伝送帯域として割り当てられたＢａｎｄ−Ｂの送受信帯域を通過帯域とするフィルタである。
【００２１】
デュプレクサ７３は、電力増幅器２０と入出力端子２００との間に配置され、周波数分割複信（ＦＤＤ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）方式による信号伝送帯域として割り当てられたＢａｎｄ−Ｃ（第２周波数帯域）を通過帯域とするデュプレクサである。デュプレクサ７３は、送信フィルタ７３Ｔおよび受信フィルタ７３Ｒで構成されている。送信フィルタ７３Ｔは、電力増幅器２０と入出力端子２００との間に配置され、ＦＤＤ方式による信号伝送帯域として割り当てられたＢａｎｄ−Ｃ（第２周波数帯域）の送信帯域を通過帯域とする第２フィルタである。
【００２２】
なお、周波数分割複信方式とは、通信方式の１つであり、送信および受信のそれぞれに別の周波数を割り当て、全二重通信を行う複信の一方式である。
【００２３】
なお、フィルタ７１ＴＲ、７２ＴＲ、およびデュプレクサ７３は、通過帯域内の低損失、および、隣接するバンドとの高アイソレーションを確保すべく、例えば、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）共振子で構成されている。なお、フィルタ７１ＴＲ、７２ＴＲ、およびデュプレクサ７３は、弾性表面波デバイスに限定されず、ＢＡＷ（Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）デバイス、もしくは、ＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）等であってもよい。なお、ＳＡＷには、表面波だけでなく境界波も含まれる。
【００２４】
また、フィルタ７１ＴＲおよび７２ＴＲのそれぞれは、送信用および受信用のフィルタを個別に有していてもよい。
【００２５】
スイッチ回路６１は、電力増幅器２０と、フィルタ７１ＴＲ、７２ＴＲ、およびデュプレクサ７３との間に配置されている。スイッチ回路６１は、共通端子６１ａと、選択端子６１ｂ、６１ｃおよび６１ｄとを有し、電力増幅器２０の出力端子とフィルタ７１ＴＲとの接続、当該出力端子とフィルタ７２ＴＲとの接続、および、当該出力端子と送信フィルタ７３Ｔとの接続を切り替える。
【００２６】
スイッチ回路６２は、入出力端子２００と、フィルタ７１ＴＲ、７２ＴＲ、およびデュプレクサ７３との間に配置されている。スイッチ回路６２は、共通端子６２ａと、選択端子６２ｂ、６２ｃおよび６２ｄとを有し、入出力端子２００とフィルタ７１ＴＲとの接続、入出力端子２００とフィルタ７２ＴＲとの接続、および、入出力端子２００とデュプレクサ７３との接続を切り替える。
【００２７】
インピーダンス整合回路５１は、入力端子１００と電力増幅器１０との間に配置され、入力端子１００に接続される外部回路の出力インピーダンスと、電力増幅器１０の入力インピーダンスとの整合をとる。インピーダンス整合回路５２は、電力増幅器２０とスイッチ回路６１との間に配置され、電力増幅器２０の出力インピーダンスと、共通端子６１ａからフィルタ側を見たインピーダンスとの整合をとる。
【００２８】
上記構成により、高周波フロントエンド回路１は、ＲＦＩＣ３から出力された高周波送信信号を入力端子１００から入力し、当該高周波送信信号を電力増幅器１０および２０で増幅し、当該増幅された高周波送信信号を、フィルタ７１ＴＲ、７２ＴＲ、および送信フィルタ７３Ｔのいずれかを通過させて入出力端子２００から出力する。このとき、ＴＤＤ方式のＢａｎｄ−Ａが選択された場合には、スイッチ回路６１および６２により、高周波送信信号はフィルタ７１ＴＲを通過する。また、ＴＤＤ方式のＢａｎｄ−Ｂが選択された場合には、スイッチ回路６１および６２により、高周波送信信号はフィルタ７２ＴＲを通過する。また、ＦＤＤ方式のＢａｎｄ−Ｃが選択された場合には、スイッチ回路６１および６２により、高周波送信信号は送信フィルタ７３Ｔを通過する。
【００２９】
制御部８０は、スイッチ回路６１および６２の接続状態を切り替える。さらに、制御部８０は、電力増幅器１０と電源回路４０との接続点における駆動電圧Ｖｃｃ１が閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなった場合に、バイアス電流１を制限する。
【００３０】
より具体的には、制御部８０は、例えば、ディジタル制御回路で構成され、スイッチ回路６１および６２などが形成されたＩＣ基板に形成され、スイッチ回路６１および６２の接続状態を切り替えるためのディジタル制御信号を、ディジタル制御配線を経由してスイッチ回路６１および６２へ供給する。さらに、電力増幅器１０および２０に供給されるバイアス電流１およびバイアス電流２を調整するためのバイアス制御信号を、バイアス回路３０へ供給する。ディジタル制御回路である制御部８０は、ＲＦＩＣ３からパルス状のシリアルクロック信号を受けて、上記ディジタル制御信号を、スイッチ回路６１および６２、ならびにバイアス回路３０へ出力する。
【００３１】
なお、バイアス回路３０は、ディジタル制御回路で構成された制御部８０とともに、１つの制御ＩＣチップで構成されていてもよい。
【００３２】
ここで、本実施の形態に係る制御部８０は、周波数帯域（バンド）の選択情報に基づいてスイッチ回路６１および６２の接続状態を切り替え、ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式とで、上記の閾値電圧Ｖｔｈを異ならせる。より具体的には、制御部８０は、ＲＦＩＣ３から周波数帯域（バンド）の選択情報（例えば、パルス状のシリアルクロック信号）を受けて、スイッチ回路６１および６２の接続状態を切り替えるためのディジタル制御信号を、スイッチ回路６１および６２へ出力する。また、制御部８０は、ＲＦＩＣ３から通信方式の選択情報（例えば、パルス状のシリアルクロック信号）を受けて、上記閾値電圧ＶｔｈをＴＤＤ方式とＦＤＤ方式とで異ならせるように設定する。
【００３３】
マルチバンド／マルチモード化に対応した携帯電話等において、周波数帯域（バンド）の高頻度の切り替えなどにより、電力増幅回路（電力増幅器１０および２０）に印加される駆動電圧が不要に変動して電力増幅回路が不安定動作することが懸念される。例えば、駆動電圧の不要変動により、電力増幅回路に、正常動作するための駆動電圧（最大定格）を超えるような電圧が印加された場合、電力増幅回路の出力が過大となり、電力増幅回路自体、スイッチ回路６１および６２、フィルタ７１ＴＲ、７２ＴＲ、および送信フィルタ７３Ｔなどの回路素子が破壊される場合がある。特に、上記回路素子の破壊モードは、ＦＤＤ方式とＴＤＤ方式とで異なるため、高周波フロントエンド回路を、マルチバンド／マルチモード化に対応して安定動作させることが困難となる。
【００３４】
これに対して、本実施の形態に係る高周波フロントエンド回路１の上記構成によれば、電力増幅器１０に印加される駆動電圧Ｖｃｃ１が閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなった場合に、電力増幅器１０に供給されるバイアス電流１（直流バイアス電流）を制限して回路素子の破壊を防止することができる。上記閾値電圧Ｖｔｈの設定により、通信装置４は、いわゆる過電圧保護（ＯＶＰ：Ｏｖｅｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）機能を有する。なお、制御部８０は、駆動電圧Ｖｃｃ１が閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなった場合に、バイアス電流１（直流バイアス電流）をシャットダウン（０に）してもよい。
【００３５】
また、ＴＤＤ方式およびＦＤＤ方式によらず一定の閾値電圧Ｖｔｈにより直流バイアス電流を制限すると、回路素子が正常動作範囲であるにもかかわらず、ＴＤＤ方式およびＦＤＤ方式の一方で直流バイアス電流を過度に制限してしまって増幅特性を低下させたり、ＴＤＤ方式およびＦＤＤ方式の他方で回路素子が破壊されたりする。
【００３６】
これに対して、上記構成によれば、ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式とで、回路素子の破壊モードに対応させて上記閾値電圧Ｖｔｈを異ならせるので、ＴＤＤ方式およびＦＤＤ方式の双方において直流バイアス電流を過度に制限することなく、また、ＴＤＤ方式およびＦＤＤ方式の双方において回路素子を破壊したりすることなく、高周波フロントエンド回路１を、マルチバンド／マルチモード化に対応して安定動作させることが可能となる。
【００３７】
なお、制御部８０は、ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式とで、上記閾値電圧Ｖｔｈを異ならせることに加え、伝送される高周波信号の周波数帯域（バンド）に応じて、閾値電圧Ｖｔｈを変更してもよい。例えば、本実施の形態において、Ｂａｎｄ−Ａ（ＴＤＤ方式）とＢａｎｄ−Ｂ（ＴＤＤ方式）との選択に応じて、閾値電圧Ｖｔｈを変更してもよい。
【００３８】
高周波信号の無線通信を実行するにあたり、携帯電話と基地局との間における高周波信号の伝搬損失は、周波数帯域（バンド）ごとに異なる。これに対して、周波数帯域（バンド）に応じて上記閾値電圧Ｖｔｈが細かく設定されるので、高周波フロントエンド回路１を、マルチバンド／マルチモード化に対応して、より高精度に安定動作させることが可能となる。
【００３９】
なお、本実施の形態に係る高周波フロントエンド回路１では、電力増幅回路を構成する電力増幅器を２つ有しているものとしたが、電力増幅器を１つのみ有していてもよく、この場合には電力増幅器２０はなくてもよい。また、電力増幅回路を構成する電力増幅器は、縦続接続された３つ以上の電力増幅器で構成されていてもよい。
【００４０】
また、インピーダンス整合回路５１および５２は、必須の構成要素ではない。また、フィルタ７１ＴＲおよび７２ＴＲのいずれかはなくてもよい。また、スイッチ回路６１および６２のいずれかはなくてもよい。
【００４１】
なお、本実施の形態では、前段に配置された電力増幅器１０と、後段に配置された電力増幅器２０とが、互いに縦続接続されている。電源回路４０は、電力増幅器１０にＶｃｃ１（第１駆動電圧）を供給し、電力増幅器２０に駆動電圧Ｖｃｃ２（第２駆動電圧）を供給する。バイアス回路３０は、電力増幅器１０にバイアス電流１（第１直流バイアス電流）を供給し、電力増幅器２０にバイアス電流２（第２直流バイアス電流）を供給する。
【００４２】
上記構成において、制御部８０は、電力増幅器１０と電源回路４０との接続点における駆動電圧Ｖｃｃ１が、閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなった場合に、バイアス電流１およびバイアス電流２の少なくともいずれかを制限してもよい。
【００４３】
これにより、電力増幅回路が多段の増幅器で構成されている場合、高周波信号の増幅レベルが最小である初段の電力増幅器１０で駆動電圧の微小レベルの電圧変動をモニタするので、より高精度に電圧変動をモニタでき、回路素子が破壊される確率を効果的に低減できる。
【００４４】
また、制御部８０は、電力増幅器１０と電源回路４０との接続点における駆動電圧Ｖｃｃ１が閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなった場合に、バイアス電流１を制限してもよい。
【００４５】
これにより、電力増幅回路が多段の増幅器で構成されている場合、高周波信号の増幅レベルが最小である初段の電力増幅器１０で駆動電圧の微小レベルの電圧変動をモニタし、かつ、初段の電力増幅器１０でバイアス電流１を制限するので、高周波信号が不要に増幅されることを未然に防止でき、回路素子が破壊される確率を、より効果的に低減できる。
【００４６】
また、制御部８０は、電力増幅器１０と電源回路４０との接続点における電圧値Ｖｃｃ１が閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなった場合に、バイアス回路３０から電力増幅器１０および２０を含む全ての増幅器に供給される直流バイアス電流を制限してもよい。
【００４７】
これにより、電力増幅回路が多段の増幅器で構成されている場合、高周波信号の増幅レベルが最小である初段の増幅器で駆動電圧の微小レベルの電圧変動をモニタし、かつ、全増幅器で直流バイアス電流を制限するので、全増幅器において高周波信号が不要に増幅されることを防止でき、回路素子が破壊される確率を最小とすることが可能となる。
【００４８】
以下では、高周波フロントエンド回路１を構成する破壊モードに応じた閾値電圧Ｖｔｈの具体的設定例について示す。
【００４９】
［２．平均電力による破壊モードに対応した閾値電圧Ｖｔｈ］
ＦＤＤ方式により伝送される高周波信号は、時系列において継続的に伝送されるため、時系列において間欠的に伝送されるＴＤＤ方式の高周波信号よりも、平均電力（単位時間あたりの積算電力）が大きくなる傾向にある。このように、ＦＤＤ方式のほうが、ＴＤＤ方式よりも平均電力が大きくなる場合、同一の電力増幅回路にて上記２方式を切り替えて動作させると、ＦＤＤ方式にて動作させている場合に、正常動作するための駆動電圧を超えるような電圧が印加された場合、電力増幅回路の出力が過大となり、積算電力により熱破壊され易い回路素子が優先的に破壊されてしまう。
【００５０】
これに対して、本実施の形態に係る制御部８０は、ＦＤＤ方式により高周波信号を伝送する場合の閾値電圧Ｖｔｈを、ＴＤＤ方式により高周波信号を伝送する場合の閾値電圧Ｖｔｈよりも小さく設定してもよい。例えば、携帯電話の３ＧＰＰ規格において、ＦＤＤ方式による高周波伝送モードでは、閾値電圧Ｖｔｈは４．７Ｖに設定され、ＴＤＤ方式による高周波伝送モードでは、閾値電圧Ｖｔｈは５．１Ｖに設定されてもよい。
【００５１】
これによれば、ＦＤＤ方式のほうがＴＤＤ方式よりも回路素子が熱破壊され易いという破壊モードが優先的に発生する場合において、ＦＤＤ方式における回路素子の破壊を優先的に防止できる。よって、電力増幅回路を有する高周波フロントエンド回路１を、マルチバンド／マルチモード化に対応して安定動作させることが可能となる。
【００５２】
［３．最大電力による破壊モードに対応した閾値電圧Ｖｔｈ］
ＴＤＤ方式により伝送される高周波信号は、時系列において間欠的に伝送されるため、時系列において継続的に伝送されるＦＤＤ方式の高周波信号よりも、瞬間的なピーク電力が大きくなる傾向にある。例えば、携帯電話のＨＰＵＥ（Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ｕｓｅｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）の規格において、ＴＤＤ方式での最大送信電力は２６ｄＢｍであるのに対して、ＦＤＤ方式での最大送信電力は２３ｄＢｍである。このように、ＴＤＤ方式のほうが、ＦＤＤ方式よりもピーク電力が大きくなる場合、同一の電力増幅回路にて、上記２方式を切り替えて動作させると、ＴＤＤ方式にて動作させている場合に、正常動作するための駆動電圧を超えるような電圧が印加された場合、ピーク電力により静電破壊され易い回路素子が優先的に破壊されてしまう。
【００５３】
これに対して、本実施の形態に係る制御部８０は、ＴＤＤ方式により高周波信号を伝送する場合の閾値電圧Ｖｔｈを、ＦＤＤ方式により高周波信号を伝送する場合の閾値電圧Ｖｔｈよりも小さく設定してもよい。
【００５４】
これによれば、ＴＤＤ方式のほうがＦＤＤ方式よりも回路素子が静電破壊され易いという破壊モードが優先的に発生する場合において、ＴＤＤ方式における回路素子の破壊を優先的に防止できる。よって、電力増幅回路を有する高周波フロントエンド回路１を、マルチバンド／マルチモード化に対応して安定動作させることが可能となる。
【００５５】
［４．制御部の回路構成例］
図２は、実施の形態に係る高周波フロントエンド回路１の要部構成図である。同図に示された制御部８０Ａは、実施の形態に係る制御部８０の一実施例に係る回路構成例である。
【００５６】
制御部８０Ａは、比較器８１と、スイッチ８２と、抵抗８３および８４と、を有している。
【００５７】
スイッチ８２は、一方端が電源回路４０と電力増幅器１０との間の接続点に接続され、ＲＦＩＣ３から、電力増幅回路が動作するか否かの制御信号（ＰＡｏｎ／ｏｆｆ）を受け、電力増幅回路が動作する制御信号（ＰＡｏｎ）を受けた場合に、導通状態となる。
【００５８】
抵抗８３および８４は、スイッチ８２の他方端とグランドとの間に直列接続され、抵抗８３および８４の接続点から、電力増幅器１０に印加される駆動電圧Ｖｃｃ１の分圧値（Ｖｃｃ分圧値）を出力する。
【００５９】
比較器８１は、２つの入力端子および１つの出力端子を有するコンパレータであり、一方の入力端子には、Ｖｃｃ分圧値が入力され、他方の入力端子には、参照電圧Ｖｒｅｆが入力される。比較器８１は、２つの入力端子に入力されたＶｃｃ分圧値および参照電圧Ｖｒｅｆを比較し、Ｖｃｃ分圧値が参照電圧Ｖｒｅｆよりも大きい場合に、出力端子からハイレベル（Ｈ）のバイアス制御信号をバイアス回路３０へ出力する。一方、Ｖｃｃ分圧値が参照電圧Ｖｒｅｆ以下である場合には、出力端子からローレベル（Ｌ）のバイアス制御信号をバイアス回路３０へ出力する。バイアス回路３０は、ハイレベル（Ｈ）のバイアス制御信号が入力された場合に、バイアス電流１を制限する。
【００６０】
上記構成において、例えば、電源回路４０から供給される駆動電圧が可変電圧であり、当該可変に応じた異なる閾値電圧Ｖｔｈが必要な場合には、抵抗８４を可変抵抗としておくことで、閾値電圧Ｖｔｈが異なる場合でも、Ｖｃｃ分圧値を一定とすることが可能となる。
【００６１】
制御部８０Ａの上記構成によれば、簡素化された回路構成により、駆動電圧Ｖｃｃ１の変動に対応してバイアス電流１を制御することが可能となる。
【００６２】
図３は、実施の形態の変形例に係る高周波フロントエンド回路の要部構成図である。同図に示された制御部８０Ｂは、実施の形態に係る制御部８０の変形例に係る回路構成例である。制御部８０Ｂは、比較器８１と、スイッチ８２および８５と、抵抗８３、８４および８６と、を有している。本変形例に係る制御部８０Ｂは、実施例に係る制御部８０Ａと比較して、抵抗およびスイッチの回路構成が異なる。以下、本変形例に係る制御部８０Ｂについて、実施例に係る制御部８０Ａと異なる点を中心に説明する。
【００６３】
スイッチ８２は、一方端が電源回路４０と電力増幅器１０との間の接続点に接続され、ＲＦＩＣ３から、電力増幅回路が動作するか否かの制御信号（ＰＡｏｎ／ｏｆｆ）を受け、電力増幅回路が動作する制御信号（ＰＡｏｎ）を受けた場合に、導通状態となる。
【００６４】
スイッチ８５は、抵抗８３および８４の接続点と抵抗８６との間に接続され、ＲＦＩＣ３から、通信方式（バンド）の選択に関する制御信号を受け、当該制御信号に応じて導通状態となる。
【００６５】
抵抗８３および８４は、スイッチ８２の他方端とグランドとの間に直列接続され、抵抗８３および８４の接続点から、電力増幅器１０に印加される駆動電圧Ｖｃｃ１の分圧値（Ｖｃｃ分圧値）を出力する。
【００６６】
抵抗８３および８６は、スイッチ８２の他方端とグランドとの間に直列接続され、抵抗８３および８６の接続点から、電力増幅器１０に印加される駆動電圧Ｖｃｃ１の分圧値（Ｖｃｃ分圧値）を出力する。なお、抵抗８３および８６の接続点は、抵抗８３および８４の接続点と同じである。
【００６７】
上記構成において、例えば、制御部８０がＦＤＤ方式における閾値電圧Ｖｔｈを、ＴＤＤ方式における閾値電圧Ｖｔｈよりも小さく設定している場合を例示する。制御部８０Ｂは、ＲＦＩＣ３から制御信号（ＰＡｏｎ）を受け、かつ、ＦＤＤ方式選択の制御信号を受けた場合、スイッチ８２および８５を導通状態とする。一方、制御部８０Ｂは、ＲＦＩＣ３から制御信号（ＰＡｏｎ）を受け、かつ、ＴＤＤ方式選択の制御信号を受けた場合、スイッチ８２を導通状態とし、スイッチ８５を非導通状態とする。このため、所定の駆動電圧Ｖｃｃ１が制御部８０Ｂに入力された場合、ＦＤＤ方式選択のほうが、ＴＤＤ方式選択に比べて、Ｖｃｃ分圧値が低くなる。これにより、比較器８１は、ＦＤＤ方式選択のほうが、ＴＤＤ方式選択に比べて、より低いＶｃｃ分圧値でハイレベル（Ｈ）のバイアス制御信号をバイアス回路３０に出力することとなる。
【００６８】
これによれば、ＦＤＤ方式のほうがＴＤＤ方式よりも回路素子が熱破壊され易いという破壊モードが優先的に発生する場合において、制御部８０Ｂの簡素化された回路構成により、ＦＤＤ方式における回路素子の破壊を優先的に防止できる。
【００６９】
一方、制御部８０がＴＤＤ方式における閾値電圧Ｖｔｈを、ＦＤＤ方式における閾値電圧Ｖｔｈよりも小さく設定している場合には、制御部８０Ｂは、ＲＦＩＣ３から制御信号（ＰＡｏｎ）を受け、かつ、ＴＤＤ方式選択の制御信号を受けた場合、スイッチ８２および８５を導通状態とする。一方、制御部８０Ｂは、ＲＦＩＣ３から制御信号（ＰＡｏｎ）を受け、かつ、ＦＤＤ方式選択の制御信号を受けた場合、スイッチ８２を導通状態とし、スイッチ８５を非導通状態とする。これにより、比較器８１は、ＴＤＤ方式選択のほうが、ＦＤＤ方式選択に比べて、より低いＶｃｃ分圧値でハイレベル（Ｈ）のバイアス制御信号をバイアス回路３０に出力することとなる。
【００７０】
これによれば、ＴＤＤ方式のほうがＦＤＤ方式よりも回路素子が静電破壊され易いという破壊モードが優先的に発生する場合において、制御部８０Ｂの簡素化された回路構成により、ＴＤＤ方式における回路素子の破壊を優先的に防止できる。
【００７１】
［５．バイアス回路および増幅器の回路構成例］
図４は、実施の形態に係るバイアス回路３０および電力増幅器１０の具体的回路構成図である。同図には、高周波フロントエンド回路１を構成するバイアス回路３０、電力増幅器１０、および出力整合回路９０の具体的回路構成例が示されている。なお、図１には図示していないが、高周波フロントエンド回路１は、さらに、図４に示された出力整合回路９０を有していてもよい。
【００７２】
電力増幅器１０は、ベース端子、コレクタ端子、およびエミッタ端子を有する増幅トランジスタ１２を有している。増幅トランジスタ１２のベース端子は、抵抗１１およびキャパシタ５３を介して入力端子１００に接続され、当該ベース端子には、入力端子１００から入力された高周波信号が入力される。増幅トランジスタ１２のコレクタ端子には、駆動電圧Ｖｃｃ１が印加される。増幅トランジスタ１２のエミッタ端子は、グランドに接続されている。つまり、増幅トランジスタ１２は、エミッタ接地型のバイポーラトランジスタで構成されている。
【００７３】
キャパシタ５３は、バイアス回路３０から増幅トランジスタ１２のベース端子へ供給される直流バイアス電流が、入力端子１００側へ漏洩することを防止するための、いわゆるＤＣカット用の容量素子である。
【００７４】
出力整合回路９０は、抵抗９１およびキャパシタ９２で構成されている。抵抗９１およびキャパシタ９２は、電力増幅器１０から出力された高周波送信信号と、電源回路４０から供給される直流の駆動電圧とのアイソレーションを確保するための整合回路である。電力増幅器１０から出力された高周波送信信号は、出力整合回路９０を経由して、次段の電力増幅器２０のベース端子に入力される。
【００７５】
バイアス回路３０は、トランジスタ３１、３５および３７と、抵抗３２、３４および３６と、ダイオード３３と、を有している。
【００７６】
トランジスタ３１、抵抗３２およびダイオード３３が直列接続された回路は、トランジスタ３１のゲート端子に接続されたＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路とともに、カレントミラー回路を構成する。これにより、上記直列接続された回路は、制御部８０から出力される（ディジタル値の）バイアス電流設定値に基づいて、（アナログ値の）バイアス電流０を流す。トランジスタ３５のベース端子は、抵抗３２とダイオード３３との接続点に、抵抗３４を介して接続され、バイアス電流０に対応したバイアス電流１を、抵抗３６を経由して電力増幅器１０に供給する。
【００７７】
トランジスタ３７は、例えば、ｎ型の電界効果型トランジスタで構成されており、ドレイン端子がトランジスタ３１と抵抗３２との接続点に接続され、ソース端子がグランドに接続され、ゲート端子に、制御部８０から出力されるバイアス制御信号が入力される。このトランジスタ３７の配置により、バイアス制御信号がハイレベルの場合、つまり、増幅トランジスタ１２のコレクタ電圧（駆動電圧Ｖｃｃ１）が、閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合、トランジスタ３７がオン状態となり、バイアス電流０が流れなくなる。このため、バイアス電流０に対応した電流であるバイアス電流１は、流れなくなる。なお、バイアス回路３０において、トランジスタ３７のソース端子とグランドとの間に抵抗が配置されていてもよく、この場合には、増幅トランジスタ１２のコレクタ電圧（駆動電圧Ｖｃｃ１）が、閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合、トランジスタ３７がオン状態となり、バイアス電流０が制限される。このため、バイアス電流０に対応した電流であるバイアス電流１は制限される。
【００７８】
上記構成によれば、電力増幅器１０に印加されるコレクタ電圧（駆動電圧Ｖｃｃ１）が閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなった場合に、電力増幅器１０に供給されるバイアス電流１を制限して回路素子の破壊を防止することができる。また、ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式とで、回路素子の破壊モードに対応させて上記閾値電圧Ｖｔｈを異ならせるので、ＴＤＤ方式およびＦＤＤ方式の双方において直流バイアス電流を過度に制限することなく、また、ＴＤＤ方式およびＦＤＤ方式の双方において回路素子を破壊したりすることなく、高周波フロントエンド回路１を、マルチバンド／マルチモード化に対応して安定動作させることが可能となる。
【００７９】
（その他の実施の形態など）
以上、本発明の実施の形態に係る高周波フロントエンド回路および通信装置について、実施の形態およびその変形例を挙げて説明したが、本発明の高周波フロントエンド回路および通信装置は、上記実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。上記実施の形態およびその変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態およびその変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る高周波フロントエンド回路および通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
【００８０】
また、本発明に係る制御部８０は、集積回路であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）として実現されてもよい。また、集積回路化の手法は、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。
【００８１】
また、上記実施の形態およびその変形例に係る高周波フロントエンド回路および通信装置において、図面に開示された各回路素子および信号経路を接続する経路の間に別の高周波回路素子および配線などが挿入されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、高周波信号を増幅する電力増幅回路として、通信機器に広く利用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１    高周波フロントエンド回路
２    アンテナ素子
３    ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）
４    通信装置
１０、２０    電力増幅器
１１、３２、３４、３６、８３、８４、８６、９１    抵抗
１２    増幅トランジスタ
３０    バイアス回路
３１、３５、３７    トランジスタ
３３    ダイオード
４０    電源回路
５１、５２    インピーダンス整合回路
５３、９２    キャパシタ
６１、６２    スイッチ回路
６１ａ、６２ａ    共通端子
６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ    選択端子
７１ＴＲ、７２ＴＲ    フィルタ
７３    デュプレクサ
８０、８０Ａ、８０Ｂ    制御部
８１    比較器
８２、８５    スイッチ
９０  出力整合回路
１００    入力端子
２００    入出力端子
【図１】
2019201331.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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