(57)【要約】      （修正有）【課題】受信帯域ノイズを抑制した移動体通信装置用電力増幅器を提供する。【解決手段】電力増幅器１においてＩＣチップ２は、各々がトランジスタを含む複数段の電力増幅回路を備える。第１段の電力増幅回路４は、トランジスタ４ａのエミッタと基準電位との間に設けられた、周波数に応じて変化しないインピーダンスＲ３又は周波数に応じて変化するインピーダンス４Ｃを有する第１インピーダンス回路を含む。第２段の電力増幅回路７は、トランジスタ７ａのエミッタと基準電位との間に設けられた、周波数に応じて変化しないインピーダンスＲ７又は周波数に応じて変化するインピーダンス７Ｃを有する第２インピーダンス回路を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がトランジスタを含む複数段の電力増幅回路を備え、高周波信号を増幅する、電力増幅器であって、
第１段の前記電力増幅回路は、
前記トランジスタのエミッタと基準電位との間に設けられた、周波数に応じて変化しないインピーダンス又は周波数に応じて変化するインピーダンスを有する第１インピーダンス回路を含み、
第２段の前記電力増幅回路は、
前記トランジスタのエミッタと基準電位との間に設けられた、周波数に応じて変化しないインピーダンス又は周波数に応じて変化するインピーダンスを有する第２インピーダンス回路を含む、
電力増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の電力増幅器であって、
前記第１インピーダンス回路又は前記第２インピーダンス回路は、
抵抗、インダクタ又はタンク回路のいずれかである、
電力増幅器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力増幅器であって、
前記高周波信号の周波数帯において、前記第１インピーダンス回路のインピーダンス値は、前記第２インピーダンス回路のインピーダンス値よりも大きい、
電力増幅器。
【請求項４】
請求項３に記載の電力増幅器であって、
前記第１インピーダンス回路のインピーダンス値と前記第２インピーダンス回路のインピーダンス値との比は、９対１．５である、
電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話装置、スマートフォン等で例示される移動体通信装置において、無線周波数（radio  frequency：ＲＦ）信号の増幅に、電力増幅器が用いられている。
【０００３】
下記の特許文献１には、トランジスタが複数段に接続された電力増幅モジュールが、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−９５７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第２世代の通信規格であるＧＳＭ（登録商標）（global  system  for  mobile  communications）では、受信帯域ノイズ（receive-band  noise：ＲｘＢＮ）の抑制に対する要求が厳しい。従って、ノイズを抑制できる電力増幅器が望まれる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノイズを抑制することを可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面の電力増幅器は、各々がトランジスタを含む複数段の電力増幅回路を備え、高周波信号を増幅する。第１段の電力増幅回路は、トランジスタのエミッタと基準電位との間に設けられた、周波数に応じて変化しないインピーダンス又は周波数に応じて変化するインピーダンスを有する第１インピーダンス回路を含み、第２段の電力増幅回路は、トランジスタのエミッタと基準電位との間に設けられた、周波数に応じて変化しないインピーダンス又は周波数に応じて変化するインピーダンスを有する第２インピーダンス回路を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ノイズを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】比較例の電力増幅器の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の電力増幅器の構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の電力増幅器のインピーダンス回路の一例を示す図である。
【図４】第１の実施の形態の電力増幅器のインピーダンス回路の一例を示す図である。
【図５】第１の実施の形態の電力増幅器のインピーダンス回路の一例を示す図である。
【図６】第１の実施の形態の電力増幅器及び比較例の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。
【図７】第１の実施の形態の電力増幅器及び比較例の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。
【図８】第１の実施の形態の電力増幅器及び比較例の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。
【図９】第１の実施の形態の電力増幅器及び比較例の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。
【図１０】第１の実施の形態の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。
【図１１】第１の実施の形態の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態の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】
【００１０】
以下に、本発明の電力増幅器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２の実施の形態以降では第１の実施の形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施の形態毎には逐次言及しない。
【００１１】
実施の形態の理解を容易にするために、比較例について説明する。
【００１２】
（比較例）
図１は、比較例の電力増幅器の構成を示す図である。電力増幅器１００は、携帯電話装置で例示される移動体通信装置において、音声、データ等の各種信号を基地局と送受信するために利用可能である。
【００１３】
電力増幅器１００は、ＩＣ（integrated  circuit：半導体集積回路）チップ１２０上に形成されている。電力増幅器１００は、前段の回路から端子２ａに入力される、無線周波数の高周波入力信号ＲＦｉｎを増幅する。そして、電力増幅器１００は、増幅後の高周波出力信号ＲＦｏｕｔを端子２ｂから後段の回路に出力する。前段の回路は、変調信号の電力を調整する送信電力制御回路が例示されるが、これに限定されない。後段の回路は、高周波出力信号ＲＦｏｕｔに対するフィルタリング等を行ってアンテナに送信するフロントエンド回路が例示されるが、これに限定されない。
【００１４】
高周波入力信号ＲＦｉｎ及び高周波出力信号ＲＦｏｕｔの周波数は、数百メガヘルツ（ＭＨｚ）から数十ギガヘルツ（ＧＨｚ）程度が例示されるが、これに限定されない。例えば、ＧＳＭ（登録商標）（global  system  for  mobile  communications）の９００ＭＨｚ帯では、８７０ＭＨｚから９６０ＭＨｚ程度が例示される。また、ＧＳＭ（登録商標）の１．９ＧＨｚ帯では、１８５０ＭＨｚから１９９０ＭＨｚ程度が例示される。
【００１５】
電力増幅器１００は、第１段（初段）の第１電力増幅回路１４０と、前段の回路と第１電力増幅回路１４０との間のインピーダンス整合を行う第１整合回路３と、を含む。第１電力増幅回路１４０は、第１整合回路３を通過後の高周波入力信号ＲＦｉｎを増幅し、増幅後の高周波信号ＲＦ１を出力する。第１電力増幅回路１４０は、ドライバ段電力増幅回路と称しても良い。電力増幅器１００は、第１電力増幅回路１４０の電気的バイアス状態を設定する第１バイアス回路５を含む。
【００１６】
電力増幅器１００は、第２段（中間段）の第２電力増幅回路１７０と、第１電力増幅回路１４０と第２電力増幅回路１７０との間のインピーダンス整合を行う第２整合回路６と、を含む。第２電力増幅回路１７０は、第２整合回路６を通過後の高周波信号ＲＦ１を増幅し、増幅後の高周波信号ＲＦ２を出力する。電力増幅器１００は、第２電力増幅回路１７０の電気的バイアス状態を設定する第２バイアス回路８を含む。
【００１７】
電力増幅器１００は、第３段（最終段）の第３電力増幅回路１０と、第２電力増幅回路１７０と第３電力増幅回路１０との間のインピーダンス整合を行う第３整合回路９と、を含む。第３電力増幅回路１０は、第３整合回路９を通過後の高周波信号ＲＦ２を増幅し、増幅後の高周波出力信号ＲＦｏｕｔを出力する。第３電力増幅回路１０は、パワー段電力増幅回路と称しても良い。電力増幅器１００は、第３電力増幅回路１０の電気的バイアス状態を設定する第３バイアス回路１１を含む。第３電力増幅回路１０から出力される高周波出力信号ＲＦｏｕｔは、端子２ｂから後段の回路に入力される。
【００１８】
第１電力増幅回路１４０、第２電力増幅回路１７０及び第３電力増幅回路１０は、３段の電力増幅回路を構成する。なお、電力増幅回路の段数は３段に限定されず、複数段であれば良く、２段であっても良いし、４段以上であっても良い。
【００１９】
第１電力増幅回路１４０は、トランジスタ４ａを含む。トランジスタ４ａは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Heterojunction  Bipolar  Transistor：ＨＢＴ）が例示されるが、これに限定されない。トランジスタ４ａは、例えば、電界効果トランジスタ（Field  Effect  Transistor：ＦＥＴ）であってもよい。
【００２０】
トランジスタ４ａは、複数の単位トランジスタ（フィンガーとも言う）を電気的に並列接続した、マルチフィンガートランジスタであっても良い。なお、単位トランジスタとは、トランジスタが構成される最小限の構成を言う。
【００２１】
第１電力増幅回路１４０は、抵抗４ｅを含む。トランジスタ４ａのエミッタは、抵抗４ｅ及びビア４ｃを介して、基準電位に接続されている。つまり、トランジスタ４ａは、エミッタ接地回路である。基準電位は、接地電位が例示されるが、これに限定されない。
【００２２】
トランジスタ４ａのコレクタは、端子２ｆ及びチョークインダクタ２１を介して、電源電位Ｖｃｃに接続されている。チョークインダクタ２１は、電源電位Ｖｃｃの直流電力を、トランジスタ４ａのコレクタに供給する。トランジスタ４ａのコレクタには、チョークインダクタ２１を介して、電源電位Ｖｃｃからコレクタ電流が流れる。
【００２３】
チョークインダクタ２１は、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数帯域に対して、十分に高いインピーダンスを有するものとする。つまり、チョークインダクタ２１のインピーダンスは、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数帯域を考慮するに際して、無視できるものとする。また、チョークインダクタ２１は、高周波入力信号ＲＦｉｎの電源回路への結合を抑制する。
【００２４】
トランジスタ４ａのベースには、第１整合回路３を介して、高周波入力信号ＲＦｉｎが入力される。なお、第１整合回路３は、ＲＣ直列回路としたが、これに限定されない。第１整合回路３は、例えば、コンデンサであっても良い。
【００２５】
第１バイアス回路５は、トランジスタ５ａ及び５ｂを含む。トランジスタ５ａは、コレクタ及びベースが接続されているので、ダイオードと等価である。トランジスタのコレクタとベースを接続する構成を以後、ダイオード接続と呼ぶ。トランジスタ５ａのエミッタには、トランジスタ５ｂのコレクタ及びベースが接続されている。トランジスタ５ｂは、ダイオード接続されている。トランジスタ５ｂのエミッタは、基準電位に接続されている。トランジスタ５ａのコレクタ及びベースの電位は、トランジスタ５ａのコレクタ−エミッタ経路及びトランジスタ５ｂのコレクタ−エミッタ経路の電圧降下分に相当する。つまり、ダイオード２個分の電圧降下に相当する。
【００２６】
第１バイアス回路５は、トランジスタ５ｃを含む。トランジスタ５ｃのコレクタは、電源電位Ｖｃｃに接続されている。トランジスタ５ｃのベースは、トランジスタ５ａのコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタ５ｃのベースの電位は、トランジスタ５ａのコレクタ−エミッタ経路及びトランジスタ５ｂのコレクタ−エミッタ経路の電圧降下分に相当する。つまり、ダイオード２個分の電圧降下に相当する。
【００２７】
トランジスタ５ａのコレクタ及びベース、並びに、トランジスタ５ｃのベースには、端子２ｃを介して、定電流源から第１バイアス電流Ｉｂｉａｓ１が入力される。なお、端子２ｃには、定電流源に代えて定電圧源が接続され、定電圧源から定電圧が供給されても良い。なお、定電流又は定電圧は可変できる構成があってもよい。
【００２８】
第１バイアス回路５は、抵抗５ｄを含む。トランジスタ５ｃのエミッタは、抵抗５ｄを介して、トランジスタ４ａのベースに接続されている。つまり、トランジスタ５ｃは、エミッタ出力のエミッタフォロワ回路として動作する。従って、トランジスタ４ａのベースの電位は、一定に保たれる。
【００２９】
トランジスタ４ａは、高周波入力信号ＲＦｉｎを電力増幅した高周波信号ＲＦ１を、コレクタから第２整合回路６に出力する。
【００３０】
第２電力増幅回路１７０は、トランジスタ７ａを含む。トランジスタ７ａは、ＨＢＴが例示されるが、これに限定されない。トランジスタ７ａは、例えば、ＦＥＴであってもよい。トランジスタ７ａは、マルチフィンガートランジスタであっても良い。
【００３１】
トランジスタ７ａのエミッタは、ビア７ｃを介して、基準電位に接続されている。つまり、トランジスタ７ａは、エミッタ接地回路である。
【００３２】
トランジスタ７ａのコレクタは、端子２ｇ及びチョークインダクタ２２を介して、電源電位Ｖｃｃに接続されている。チョークインダクタ２２は、電源電位Ｖｃｃの直流電力を、トランジスタ７ａのコレクタに供給する。トランジスタ７ａのコレクタには、チョークインダクタ２２を介して、電源電位Ｖｃｃからコレクタ電流が流れる。
【００３３】
チョークインダクタ２２は、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数帯域に対して、十分に高いインピーダンスを有するものとする。つまり、チョークインダクタ２２のインピーダンスは、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数帯域を考慮するに際して、無視できるものとする。また、チョークインダクタ２２は、高周波入力信号ＲＦｉｎの電源回路への結合を抑制する。
【００３４】
トランジスタ７ａのベースには、第２整合回路６を介して、高周波信号ＲＦ１が入力される。なお、第２整合回路６は、コンデンサとしたが、これに限定されない。第２整合回路６は、例えば、ＲＣ直列回路であっても良い。
【００３５】
第２バイアス回路８の回路構成は、第１バイアス回路５と同様である。従って、同一の構成要素については、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００３６】
第２バイアス回路８のトランジスタ５ａのコレクタ及びベース、並びに、トランジスタ５ｃのベースには、端子２ｄを介して、定電流源から第２バイアス電流Ｉｂｉａｓ２が入力される。なお、端子２ｄには、定電流源に代えて定電圧源が接続され、定電圧源から定電圧が供給されても良い。なお、定電流又は定電圧は可変できる構成があってもよい。
【００３７】
第２バイアス回路８のトランジスタ５ｃのエミッタは、抵抗５ｄを介して、トランジスタ７ａのベースに接続されている。つまり、第２バイアス回路８のトランジスタ５ｃは、エミッタ出力のエミッタフォロワ回路として動作する。従って、トランジスタ７ａのベースの電位は、一定に保たれる。
【００３８】
トランジスタ７ａは、高周波信号ＲＦ１を電力増幅した高周波信号ＲＦ２を、コレクタから第３整合回路９に出力する。
【００３９】
第３電力増幅回路１０は、トランジスタ１０ａを含む。トランジスタ１０ａは、ＨＢＴが例示されるが、これに限定されない。トランジスタ１０ａは、例えば、ＦＥＴであってもよい。トランジスタ１０ａは、マルチフィンガートランジスタであっても良い。
【００４０】
トランジスタ１０ａのエミッタは、ビア１０ｂを介して、基準電位に接続されている。つまり、トランジスタ１０ａは、エミッタ接地回路である。
【００４１】
トランジスタ１０ａのコレクタは、端子２ｂ及びチョークインダクタ２３を介して、電源電位Ｖｃｃに接続されている。チョークインダクタ２３は、電源電位Ｖｃｃの直流電力を、トランジスタ１０ａのコレクタに供給する。トランジスタ１０ａのコレクタには、チョークインダクタ２３を介して、電源電位Ｖｃｃからコレクタ電流が流れる。
【００４２】
チョークインダクタ２３は、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数帯域に対して、十分に高いインピーダンスを有するものとする。つまり、チョークインダクタ２３のインピーダンスは、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数帯域を考慮するに際して、無視できるものとする。また、チョークインダクタ２３は、高周波入力信号ＲＦｉｎの電源回路への結合を抑制する。
【００４３】
トランジスタ１０ａのベースには、第３整合回路９を介して、高周波信号ＲＦ２が入力される。なお、第３整合回路９は、コンデンサとしたが、これに限定されない。第３整合回路９は、例えば、ＲＣ直列回路であっても良い。
【００４４】
第３バイアス回路１１の回路構成は、第１バイアス回路５と同様である。従って、同一の構成要素については、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００４５】
第３バイアス回路１１のトランジスタ５ａのコレクタ及びベース、並びに、トランジスタ５ｃのベースには、端子２ｅを介して、定電流源から第３バイアス電流Ｉｂｉａｓ３が入力される。なお、端子２ｅには、定電流源に代えて定電圧源が接続され、定電圧源から定電圧が供給されても良い。なお、定電流又は定電圧は可変できる構成があってもよい。
【００４６】
第３バイアス回路１１のトランジスタ５ｃのエミッタは、抵抗５ｄを介して、トランジスタ１０ａのベースに接続されている。つまり、第３バイアス回路１１のトランジスタ５ｃは、エミッタ出力のエミッタフォロワ回路として動作する。従って、トランジスタ１０ａのベースの電位は、一定に保たれる。
【００４７】
トランジスタ１０ａは、高周波信号ＲＦ２を電力増幅した高周波出力信号ＲＦｏｕｔを、コレクタから端子２ｂを介して後段の回路に出力する。
【００４８】
電力増幅器１００では、受信帯域ノイズ（receive-band  noise：ＲｘＢＮ）が大きいという課題がある。受信帯域ノイズは、（１）第１バイアス回路５の抵抗５ｄの熱雑音（thermal  noise）、（２）端子２ｃから入力されるノイズ、（３）端子２ａから入力されるノイズ、等が原因であることが判った。特に、（１）第１バイアス回路５の抵抗５ｄの熱雑音が支配的であることが判った。以降では、これらのノイズを「原ノイズ」と総称する。
【００４９】
受信帯域ノイズの周波数ｆ３は、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数をｆ１とし、原ノイズの周波数をｆ２とすると、次の式（１）で表される。
ｆ３＝ｆ１±ｆ２  ・・・（１）
【００５０】
この理由は、トランジスタ４ａのコレクタ又はベースにおいて、高周波入力信号ＲＦｉｎと原ノイズとのコンバージョン（conversion）が発生するからである。つまり、ｆ３＝ｆ１＋ｆ２という周波数の受信帯域ノイズと、ｆ３＝ｆ１−ｆ２という周波数の受信帯域ノイズと、が現れる。
【００５１】
比較例では、受信帯域ノイズを抑制するために、第１電力増幅回路１４０のトランジスタ４ａと基準電位との間に、抵抗４ｅが設けられている。
【００５２】
この理由は、第１に、抵抗４ｅを設けることにより、第１電力増幅回路１４０のゲインが下がるので、必然的に受信帯域ノイズのレベルも下がるからである。
【００５３】
第２に、高周波入力信号ＲＦｉｎと原ノイズとのコンバージョンは、トランジスタ４ａのコレクタだけではなく、ベースでも発生する。トランジスタ４ａのベースでのコンバージョンゲインは、ベース電位の変動に依存する。そこで、抵抗４ｅを設けることにより、トランジスタ４ａのベース電位の変動が抑制される。これにより、トランジスタ４ａのベースでのコンバージョンゲインが抑制され、受信帯域ノイズが抑制されるからである。
【００５４】
しかしながら、受信帯域ノイズの更なる抑制が望まれる。
【００５５】
（第１の実施の形態）
図２は、第１の実施の形態の電力増幅器の構成を示す図である。電力増幅器１は、ＩＣチップ２上に形成されている。
【００５６】
電力増幅器１は、比較例の電力増幅器１００と比較して、第１電力増幅回路１４０に代えて、第１電力増幅回路４を含む。また、電力増幅器１は、比較例の電力増幅器１００と比較して、第２電力増幅回路１７０に代えて、第２電力増幅回路７を含む。
【００５７】
電力増幅器１の他の回路構成は、比較例の電力増幅器１００と同様である。従って、電力増幅器１と電力増幅器１００とで同一の構成要素については、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００５８】
第１電力増幅回路４、第２電力増幅回路７及び第３電力増幅回路１０は、３段の電力増幅回路を構成する。なお、電力増幅回路の段数は３段に限定されず、複数段であれば良く、２段であっても良いし、４段以上であっても良い。
【００５９】
第１電力増幅回路４は、第１電力増幅回路１４０と比較して、抵抗４ｅに代えて、第１インピーダンス回路Ｒ３を含む。第１インピーダンス回路Ｒ３は、周波数に応じて変化しないインピーダンス又は周波数に応じて変化するインピーダンスを有する。
【００６０】
図３は、第１の実施の形態の電力増幅器のインピーダンス回路の一例を示す図である。第１インピーダンス回路Ｒ３は、抵抗３１であっても良い。抵抗３１は、周波数に応じて変化しないインピーダンス（抵抗値）を有する。
【００６１】
図４は、第１の実施の形態の電力増幅器のインピーダンス回路の一例を示す図である。第１インピーダンス回路Ｒ３は、インダクタ３２であっても良い。インダクタ３２は、周波数に応じて変化するインピーダンス（インダクタンス）を有する。
【００６２】
図５は、第１の実施の形態の電力増幅器のインピーダンス回路の一例を示す図である。第１インピーダンス回路Ｒ３は、コンデンサ３３とインダクタ３４とが並列接続されたタンク回路（ＬＣ並列接続回路）であっても良い。タンク回路は、周波数に応じて変化するインピーダンスを有する。
【００６３】
第１インピーダンス回路Ｒ３は、抵抗３１、インダクタ３２又はタンク回路の組み合わせであっても良い。
【００６４】
再び図２を参照すると、第２電力増幅回路７は、第２電力増幅回路１７０と比較して、第２インピーダンス回路Ｒ７を更に含む。第２インピーダンス回路Ｒ７は、周波数に応じて変化しないインピーダンス又は周波数に応じて変化するインピーダンスを有する。
【００６５】
第２インピーダンス回路Ｒ７は、図３で示した、抵抗３１であっても良い。また、第２インピーダンス回路Ｒ７は、図４で示した、インダクタ３２であっても良い。また、第２インピーダンス回路Ｒ７は、図５で示した、タンク回路であっても良い。
【００６６】
第２インピーダンス回路Ｒ７は、抵抗３１、インダクタ３２又はタンク回路の組み合わせであっても良い。
【００６７】
第１インピーダンス回路Ｒ３と第２インピーダンス回路Ｒ７とは、同じであっても良いし、異なっていても良い。つまり、第１インピーダンス回路Ｒ３が抵抗３１である場合に、第２インピーダンス回路Ｒ７は、抵抗３１であっても良いし、インダクタ３２であっても良いし、タンク回路であっても良い。また、第１インピーダンス回路Ｒ３がインダクタ３２である場合に、第２インピーダンス回路Ｒ７は、抵抗３１であっても良いし、インダクタ３２であっても良いし、タンク回路であっても良い。また、第１インピーダンス回路Ｒ３がタンク回路である場合に、第２インピーダンス回路Ｒ７は、抵抗３１であっても良いし、インダクタ３２であっても良いし、タンク回路であっても良い。
【００６８】
第１インピーダンス回路Ｒ３又は第２インピーダンス回路Ｒ７がタンク回路である場合に、タンク回路の共振周波数は、受信帯域ノイズの周波数ｆ３に合わせても良い。
【００６９】
トランジスタ７ａのエミッタは、第２インピーダンス回路Ｒ７及びビア７ｃを介して、基準電位に接続されている。つまり、トランジスタ７ａは、エミッタ接地回路である。
【００７０】
第１の実施の形態の電力増幅器１の効果について、説明する。
【００７１】
図６は、第１の実施の形態の電力増幅器及び比較例の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。詳しくは、高周波入力信号ＲＦｉｎの電力Ｐｉｎを変化させた場合の、電力増幅器１及び電力増幅器１００の雑音指数（Noise  Figure：ＮＦ）を示す図である。
【００７２】
雑音指数ＮＦは、次の式（２）で表される。
ＮＦ＝ＲｘＢＮ−ＧＡＩＮ−１７３．８  ・・・（２）
【００７３】
式（２）において、ＲｘＢＮは、受信帯域ノイズの電力レベルであり、ＧＡＩＮは、電力増幅器１及び電力増幅器１００のゲインである。また、−１７３．８は、１０×ｌｏｇ（ｋ×Ｔ×１０００）の値である。ここで、ｋは、ボルツマン定数＝１．３８×１０−２３（Ｊ／Ｋ）である。Ｔは、絶対温度３００ケルビン（Ｋ）である。
【００７４】
図６では、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数ｆ１を、ＧＳＭ（登録商標）の１．９ＧＨｚ帯の送信（上り）周波数である１８５０ＭＨｚ又は１９１０ＭＨｚとし、原ノイズの周波数ｆ２を２０ＭＨｚとした。
【００７５】
図６において、線２０１から線２０４までは、比較例の電力増幅器１００の雑音指数を示し、線２０５から線２０８までは、第１の実施の形態の電力増幅器１の雑音指数を示す。
【００７６】
線２０１は、比較例の電力増幅器１００において、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数ｆ１が１９１０ＭＨｚである場合の、１９３０ＭＨｚで検出した雑音指数を示す。
【００７７】
線２０２は、比較例の電力増幅器１００において、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数ｆ１が１９１０ＭＨｚである場合の、１９９０ＭＨｚで検出した雑音指数を示す。
【００７８】
線２０３は、比較例の電力増幅器１００において、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数ｆ１が１８５０ＭＨｚである場合の、１９３０ＭＨｚで検出した雑音指数を示す。
【００７９】
線２０４は、比較例の電力増幅器１００において、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数ｆ１が１８５０ＭＨｚである場合の、１９９０ＭＨｚで検出した雑音指数を示す。
【００８０】
線２０５は、第１の実施の形態の電力増幅器１において、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数ｆ１が１９１０ＭＨｚである場合の、１９３０ＭＨｚで検出した雑音指数を示す。
【００８１】
線２０６は、第１の実施の形態の電力増幅器１において、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数ｆ１が１９１０ＭＨｚである場合の、１９９０ＭＨｚで検出した雑音指数を示す。
【００８２】
線２０７は、第１の実施の形態の電力増幅器１において、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数ｆ１が１８５０ＭＨｚである場合の、１９３０ＭＨｚで検出した雑音指数を示す。
【００８３】
線２０８は、第１の実施の形態の電力増幅器１において、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数ｆ１が１８５０ＭＨｚである場合の、１９９０ＭＨｚで検出した雑音指数を示す。
【００８４】
図６に示すように、第１の実施の形態の電力増幅器１は、同一の周波数条件下で、比較例の電力増幅器１００よりも、雑音指数を抑制することができる。この理由は、次の通りである。
【００８５】
本発明者は、電力増幅器１の出力パワー（又は入力パワー）に対するコンバージョンゲインの応答が、第１電力増幅回路４内のトランジスタ４ａの負荷インピーダンスに依存していることを、見出した。そして、本発明者は、第１電力増幅回路４内のトランジスタ４ａの負荷インピーダンスが安定している、即ち、トランジスタ４ａの負荷インピーダンスの変動が小さいほどコンバージョンゲインが小さくなることを、見出した。そこで、本発明者は、第１電力増幅回路４内のトランジスタ４ａの負荷インピーダンスを安定させることを、検討した。
【００８６】
本発明者は、第２電力増幅回路７内のトランジスタ７ａのベース−エミッタ間電圧が、電力増幅器１の出力パワー（又は入力パワー）に応じて変動することを、見出した。つまり、本発明者は、第１電力増幅回路４内のトランジスタ４ａの負荷インピーダンスの変動の要因が、第２電力増幅回路７内のトランジスタ７ａのベース−エミッタ間電圧の変動にあることを、見出した。そこで、本発明者は、第１電力増幅回路４内のトランジスタ４ａの負荷インピーダンスの変動を抑制するべく、第２電力増幅回路７内のトランジスタ７ａのベース−エミッタ間電圧の変動を抑制することを、検討した。
【００８７】
本発明者は、第２電力増幅回路７内のトランジスタ７ａのベース−エミッタ間電圧の変動を抑制するために、トランジスタ７ａのエミッタと基準電位との間に、第２インピーダンス回路Ｒ７を設けることとした。
【００８８】
つまり、トランジスタ７ａのエミッタと基準電位との間に、第２インピーダンス回路Ｒ７を設けることにより、第２電力増幅回路７内のトランジスタ７ａのベース−エミッタ間電圧を安定させることができる。第２電力増幅回路７内のトランジスタ７ａのベース−エミッタ間電圧を安定させることにより、第１電力増幅回路４内のトランジスタ４ａの負荷インピーダンスを安定させることができる。第１電力増幅回路４内のトランジスタ４ａの負荷インピーダンスを安定させることにより、第１電力増幅回路４でのコンバージョンゲインを抑制することができる。第１電力増幅回路４でのコンバージョンゲインを抑制することにより、雑音指数を抑制することができる。従って、第１の実施の形態の電力増幅器１は、受信帯域ノイズを抑制することができる。
【００８９】
図７は、第１の実施の形態の電力増幅器及び比較例の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。詳しくは、第１電力増幅回路４及び第１電力増幅回路１４０が出力する高周波信号ＲＦ１の電力Ｐｏｕｔ１を変化させた場合の、第１電力増幅回路４及び第１電力増幅回路１４０での雑音の指標を示す図である。
【００９０】
図７では、雑音の指標として、次の式（３）を用いた。
（雑音の指標）＝Ｇａｉｎ１＿ｎｏｉｓｅ−Ｇａｉｎ１  ・・・（３）
【００９１】
Ｇａｉｎ１＿ｎｏｉｓｅは、次の式（４）で表される。
Ｇａｉｎ１＿ｎｏｉｓｅ
＝Ｐｏｕｔ１＿ｎｏｉｓｅ−Ｐｉｎ＿ｎｏｉｓｅ  ・・・（４）
【００９２】
ここで、Ｐｏｕｔ１＿ｎｏｉｓｅは、第１電力増幅回路４及び第１電力増幅回路１４０から出力されるノイズの電力レベルであり、Ｐｉｎ＿ｎｏｉｓｅは、第１電力増幅回路４及び第１電力増幅回路１４０に入力されるノイズの電力レベルである。
【００９３】
また、Ｇａｉｎ１は、次の式（５）で表される。
Ｇａｉｎ１
＝Ｐｏｕｔ１−Ｐｉｎ  ・・・（５）
【００９４】
ここで、Ｐｏｕｔ１は、第１電力増幅回路４及び第１電力増幅回路１４０から出力される高周波信号ＲＦ１の電力レベルであり、Ｐｉｎは、第１電力増幅回路４及び第１電力増幅回路１４０に入力される高周波入力信号ＲＦｉｎの電力レベルである。
【００９５】
図７では、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数ｆ１を、ＧＳＭ（登録商標）の９００ＭＨｚ帯の送信（上り）周波数である９１５ＭＨｚとし、原ノイズの周波数ｆ２を２０ＭＨｚとした。
【００９６】
図７において、線２１１及び線２１２は、比較例の電力増幅器１００の雑音の指標を示し、線２１３及び線２１４は、第１の実施の形態の電力増幅器１の雑音の指標を示す。
【００９７】
線２１１は、比較例の電力増幅器１００において、９３５ＭＨｚで検出した雑音の指標を示す。
【００９８】
線２１２は、比較例の電力増幅器１００において、８９５ＭＨｚで検出した雑音の指標を示す。
【００９９】
線２１３は、第１の実施の形態の電力増幅器１において、９３５ＭＨｚで検出した雑音の指標を示す。
【０１００】
線２１４は、第１の実施の形態の電力増幅器１において、８９５ＭＨｚで検出した雑音の指標を示す。
【０１０１】
図７に示すように、第１の実施の形態の電力増幅器１は、同一の周波数条件下で、比較例の電力増幅器１００よりも、雑音の指標を抑制することができる。
【０１０２】
図８は、第１の実施の形態の電力増幅器及び比較例の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。詳しくは、第１電力増幅回路４及び第１電力増幅回路１４０が出力する高周波信号ＲＦ１の電力Ｐｏｕｔ１を変化させた場合の、第１電力増幅回路４及び第１電力増幅回路１４０での雑音の指標を示す図である。
【０１０３】
図８では、雑音の指標として、上記した、Ｇａｉｎ１＿ｎｏｉｓｅ−Ｇａｉｎ１を用いた。
【０１０４】
図８では、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数ｆ１を、ＧＳＭ（登録商標）の１．９ＧＨｚ帯の送信（上り）周波数である１９１０ＭＨｚとし、原ノイズの周波数ｆ２を２０ＭＨｚとした。
【０１０５】
図８において、線２２１及び線２２２は、比較例の電力増幅器１００の雑音の指標を示し、線２２３及び線２２４は、第１の実施の形態の電力増幅器１の雑音の指標を示す。
【０１０６】
線２２１は、比較例の電力増幅器１００において、１９３０ＭＨｚで検出した雑音の指標を示す。
【０１０７】
線２２２は、比較例の電力増幅器１００において、１８９０ＭＨｚで検出した雑音の指標を示す。
【０１０８】
線２２３は、第１の実施の形態の電力増幅器１において、１９３０ＭＨｚで検出した雑音指数を示す。
【０１０９】
線２２４は、第１の実施の形態の電力増幅器１において、１８９０ＭＨｚで検出した雑音指数を示す。
【０１１０】
図８に示すように、第１の実施の形態の電力増幅器１は、同一の周波数条件下で、比較例の電力増幅器１００よりも、雑音の指標を抑制することができる。
【０１１１】
図９は、第１の実施の形態の電力増幅器及び比較例の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。詳しくは、第１電力増幅回路４及び第１電力増幅回路１４０が出力する高周波信号ＲＦ１の電力Ｐｏｕｔ１を変化させた場合の、第１電力増幅回路４のゲイン及び第１電力増幅回路１４０のゲインを示す図である。
【０１１２】
図９において、線２３１は、比較例の第１電力増幅回路１４０のゲインを示し、線２３２は、第１の実施の形態の第１電力増幅回路４のゲインを示す。
【０１１３】
第１の実施の形態では、第２インピーダンス回路Ｒ７を設けることでトランジスタ４ａの負荷インピーダンスが上がるので、第１電力増幅回路４のゲインが上がっていることが判る。
【０１１４】
図１０は、第１の実施の形態の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。詳しくは、第１インピーダンス回路Ｒ３及び第２インピーダンス回路Ｒ７を抵抗３１（図３参照）とした。そして、第１インピーダンス回路Ｒ３の抵抗値を、１０オーム（ｏｈｍ）、５オーム及び２オームの３通りに振り、第２インピーダンス回路Ｒ７の抵抗値を、０オーム、２オーム及び４オームの３通りに振った。この計９通りの場合の、電力増幅器１のゲインＧＡＩＮ（ｄＢ）、受信帯域ノイズの電力レベルＲｘＢＮ（ｄＢｍ／１００ｋＨｚ）、雑音指数ＮＦ（ｄＢ）、最大出力電力レベルＰｏｕｔ＿ｍａｘ（ｄＢｍ）及び最大電力付加効率ＰＡＥ＿ｍａｘ（％）を示す図である。
【０１１５】
図１１は、第１の実施の形態の電力増幅器の回路シミュレーション結果を示す図である。詳しくは、図１０の第２インピーダンス回路Ｒ７の抵抗値を横軸に、図１０の雑音指数ＮＦを縦軸に取ったグラフである。
【０１１６】
図１１において、線２４１は、第１インピーダンス回路Ｒ３の抵抗値が１０オームの場合を示し、線２４２は、第１インピーダンス回路Ｒ３の抵抗値が５オームの場合を示し、線２４３は、第１インピーダンス回路Ｒ３の抵抗値が２オームの場合を示す。
【０１１７】
線２４２及び線２４３に示すように、第１インピーダンス回路Ｒ３の抵抗値が５オーム又は２オームの場合には、第２インピーダンス回路Ｒ７の抵抗値が２オームであると、雑音指数ＮＦの値が小さくなって、好ましい。また、線２４１に示すように、第１インピーダンス回路Ｒ３の抵抗値が１０オームの場合には、第２インピーダンス回路Ｒ７の抵抗値が０オーム又は２オームであると、雑音指数ＮＦの値が小さくなって、好ましい。
【０１１８】
種々の条件下で回路シミュレーションを行った結果、高周波入力信号ＲＦｉｎの周波数帯において、（Ｒ３のインピーダンス値）＞（Ｒ７のインピーダンス値）の関係であると、雑音指数ＮＦの値が小さくなって、好ましいことが判った。更に、（Ｒ３のインピーダンス値）：（Ｒ７のインピーダンス値）＝９：１．５の関係であると、雑音指数ＮＦの値が小さくなって、好ましいことが判った。例えば、第１インピーダンス回路Ｒ３の抵抗値が９オームであり且つ第２インピーダンス回路Ｒ７の抵抗値が１．５オームであると、雑音指数ＮＦの値が小さくなって、好ましいことが判った。
【０１１９】
以上説明したように、第１の実施の形態の電力増幅器１は、第２電力増幅回路７内のトランジスタ７ａと基準電位との間に第２インピーダンス回路Ｒ７を設けることにより、ノイズを抑制することができる。これにより、電力増幅器１は、受信帯域ノイズに対するＧＳＭ（登録商標）の厳しい要求に応えることができる。
【０１２０】
（第２の実施の形態）
図１２は、第２の実施の形態の電力増幅器の構成を示す図である。電力増幅器１Ａは、ＩＣチップ２Ａ上に形成されている。
【０１２１】
電力増幅器１Ａは、第１の実施の形態の電力増幅器１と比較して、第１電力増幅回路４に代えて、第１電力増幅回路４Ａを含む。
【０１２２】
電力増幅器１Ａの他の回路構成は、第１の実施の形態の電力増幅器１と同様である。従って、電力増幅器１Ａと電力増幅器１とで同一の構成要素については、同一の符号を付して、説明を省略する。
【０１２３】
第１電力増幅回路４Ａ、第２電力増幅回路７及び第３電力増幅回路１０は、３段の電力増幅回路を構成する。なお、電力増幅回路の段数は３段に限定されず、複数段であれば良く、２段であっても良いし、４段以上であっても良い。
【０１２４】
第１電力増幅回路４Ａは、第１電力増幅回路４と比較して、トランジスタ４ｄを更に含む。トランジスタ４ｄのエミッタは、トランジスタ４ａのコレクタに接続されている。トランジスタ４ｄのコレクタは、端子２ｆ及びチョークインダクタ２１を介して、電源電位Ｖｃｃに接続されている。トランジスタ４ｄのベースには、端子２ｈを介して、第４バイアス電流Ｉｃａｓが入力される。トランジスタ４ｄのベースは、交流的に接地されている。つまり、トランジスタ４ｄは、ベース接地回路である。
【０１２５】
以上のように、トランジスタ４ａのエミッタは、第１インピーダンス回路Ｒ３を介して基準電位に接続され、トランジスタ４ａのコレクタは、トランジスタ４ｄのエミッタに接続され、トランジスタ４ｄのコレクタはチョークインダクタ２１を介して電源電位Ｖｃｃに接続されている。つまり、トランジスタ４ａ及びトランジスタ４ｄは、カスコード接続回路を構成する。
【０１２６】
トランジスタ４ａのコレクタには、トランジスタ４ｄのエミッタが接続されている。そして、トランジスタ４ｄは、ベース接地回路である。従って、トランジスタ４ｄは、ベース−エミッタ間の電圧が一定になるように、動作する。これにより、トランジスタ４ａのコレクタ電圧は、トランジスタ４ｄのエミッタ電圧に抑制される。
【０１２７】
第１電力増幅回路４Ａでは、トランジスタ４ａのコレクタがトランジスタ４ｄのエミッタに接続されているので、トランジスタ４ａから見た負荷インピーダンスの変動が、トランジスタ４ｄによって、ある程度は抑制される。そうではあっても、トランジスタ４ａから見た負荷インピーダンスは、第２電力増幅回路７内のトランジスタ７ａのベース電位の変動によって影響を受け、変動し得る。しかしながら、第２電力増幅回路７内のトランジスタ７ａと基準電位との間に第２インピーダンス回路Ｒ７を設けることにより、トランジスタ４ａから見た負荷インピーダンスの変動を抑制できる。これにより、電力増幅器１Ａは、受信帯域ノイズを抑制できる。
【０１２８】
第２の実施の形態の電力増幅器１Ａは、第２電力増幅回路７内のトランジスタ７ａと基準電位との間に第２インピーダンス回路Ｒ７を設けることにより、ノイズを抑制することができる。これにより、電力増幅器１Ａは、受信帯域ノイズに対するＧＳＭ（登録商標）の厳しい要求に応えることができる。
【０１２９】
なお、上記した実施の形態は、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。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【０１３０】
１、１Ａ、１００  電力増幅器
２、２Ａ、１２０  ＩＣチップ
３  第１整合回路
４、１４０  第１電力増幅回路
４ａ、４ｄ、５ａ、５ｂ、５ｃ、７ａ、１０ａ  トランジスタ
４ｅ、５ｄ、３１  抵抗
５  第１バイアス回路
６  第２整合回路
７、１７０  第２電力増幅回路
８  第２バイアス回路
９  第３整合回路
１０  第３電力増幅回路
１１  第３バイアス回路
２１、２２、２３  チョークインダクタ
３２、３４  インダクタ
３３  コンデンサ
Ｒ３  第１インピーダンス回路
Ｒ７  第２インピーダンス回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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