(57)【要約】【課題】パワーアンプの線形性を向上し、高出力動作時の出力の低下を防止すること。【解決手段】パワーアンプは並列なベース安定化ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）１１０を組み込んでいる。トランジスタ対４１０，４２０は、ＨＢＴトランジスタ１１０の１つとそのベース安定部１８５，１２０，１３０との間に現われる電圧がＨＢＴ１１０をアクティブに維持する程度には強くないレベルに低下していることを感知した場合に、該ベース安定部１８５，１２０，１３０に印加される電圧を調節する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路であって、
各々がベース安定部（１８５，１２０，１３０）を有する、並列に接続された複数のヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）（１１０）と；
複数のＨＢＴの１つとその対応するベース安定部との間の第１電圧を感知して、該第１電圧が閾値未満に降下した時に該複数のＨＢＴ（１１０）の共通に接続しているベース安定部（１８５，１２０，１３０）の端部を駆動する第２電圧を調節する手段（４１０，４２０）と；
を備えた集積回路。
【請求項２】
ＨＢＴリニアライザー・パワーブースター回路であって、
並列に接続された複数のベース安定化トランジスタ（１１０）の１つのベースに接続された制御端末（４１２）と、第１の導電端末（４１３）と、接地源（３６０）に接続された第２の導電端末（４１１）とを有する第１トランジスタ（４１０）と；
共通のベース安定部である入力（１４０）と；
第１トランジスタ（４１０）の第１の導電端末（４１３）に接続された制御端末（４２２）と、電圧源（３５０）に接続された第１導電端末（４２３）と、前記並列に接続された複数のベース安定化トランジスタ（１１０）の共通ベース安定部である入力（１８０）に接続された第２の導電端末（４２１）とを有する第２トランジスタ（４２０）と；
電圧源（３５０）に接続された第１端部と、第２トランジスタ（４２０）の制御端末（４２２）および第１トランジスタ（４１０）の第１の導電端末（４１３）に接続された第２端部とを備えた抵抗（４５０）と；
を備えたＨＢＴリニアライザー・パワーブースター回路。
【請求項３】
高出力で働くパワーアンプの出力を上昇させる方法であって、並列に接続され、かつ共通のベース安定部である入力を有する、複数のベース安定化ＨＢＴデバイス（１１０）の１つのベース（１８５）で直接生じる電圧を検出し；検出した電圧が所定閾値未満に低下した時に該共通のベース安定部である入力に補助出力を供給する工程から成る方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパワーアンプに関し、より詳細には、パワーアンプを形成する複数のベース安定化ＨＢＴのベースの１つで現われる電圧が閾値未満に降下した時に、その複数のベース安定化ＨＢＴの共通に接続されたバラスト端部において電圧を調節する回路および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）パワーアンプは、その高い出力密度と、ダイサイズの減小とにより、携帯用途のための基準になりつつある。ＨＢＴは高い出力動作中にベース電流をほぼ引き出すことができる。多指電源装置は、熱に関連する電流崩壊を被るため、エミッタまたはベース上に安定抵抗なしでは動作することができない。エミッタによる安定化は、パワーアンプではエミッタ電流が高くかつ抵抗の値が小さいため、パワーアンプには実際的ではない。したがって、ベースによる安定化を使用しなければならない。個々のＨＢＴは非常に小型の装置であるので、大半のパワーアンプの用途のために必要とされる高い出力動作を達成するには、多数のＨＢＴと並列に並べられることが必要である。
【０００３】
従って、高周波（ＲＦ）の用途に使用されるようなＨＢＴパワーアンプは、並列に接続された多数の小型装置を使用している。上述したように、小型ＨＢＴデバイスの各々は、パワーアンプ（ＰＡ）を形成する他のＨＢＴに接続される前に、そのベースに安定抵抗が接続されることを必要とする。個々のセルの抵抗による安定化は、並列ＨＢＴフィンガーが熱崩壊しないようにする。さらに、ベース抵抗をバイパスして高周波利得を保存するためにコンデンサが使用されてもよいし、別のコンデンサを介してベース接続にＲＦ信号が供給されてもよい。例示の目的で、本願に含まれる図面は、コンデンサでバイパスした安定抵抗を使用する原理を例証するが、当業者には、ベース接続を供給するＲＦコンデンサの接続にかかわらず、本発明のこの実施形態が同じように作用することが理解されるだろう。
【０００４】
図１は、典型的な多指状のベースにより安定化されるパワーアンプ（ＰＡ）回路を示す。各々が抵抗１３０／コンデンサ１２０で安定化された、複数のＨＢＴ１１０が、並列に接続されている。個々の小型ＨＢＴデバイスに関して、抵抗１３０およびコンデンサ１２０の第１端部１３０ａ，１２０ａが個々のＨＢＴデバイスのベース１８５に接続され、抵抗１３０およびコンデンサ１２０の他端部１３０ｂ，１２０ｂが各ベース安定化ＨＢＴデバイス１９０の入力１８０となる。簡単にするために、２つ以上のベース安定化ＨＢＴデバイス１９０が「並列に接続」されている時、それらのコレクタ１６０は第１の共通ノードを共有し、それらのエミッタ１７０は接地（グラウンド）に接続された第２の共通ノードを共有し、入力１８０は第３の共通ノードを共有する。入力１４０で高周波（ＲＦ）信号が受け取られ、ベース安定化ＨＢＴデバイス１９０の共通に接続された入力１８０につながれる。電圧源１５５に接続された共通に接続しているコレクタ１６０は、増幅されたＲＦ出力１５０を生成する。
【０００５】
ベース電流の必要性により、通常、バイアス回路１９５が備えられている。簡単にするためにＲＦデカップリング要素を省いた、典型的なバイアス回路を図２および図３に示す。図２はダイオードバイアス回路２００を示す。ＨＢＴデバイス２１０のベースはコレクタと、図１のベース安定化ＨＢＴデバイス１９０の包括的入力１８０とに接続される。エミッタは接地に接続される。基準抵抗２２０の第１の端部２２０ｂはコレクタおよびベースに接続され、基準抵抗２２０の第２の端部２２０ａは基準電圧２３０に接続される。
【０００６】
図３は好ましい電流ミラーバイアス回路３００を示す。電流ミラーはＨＢＴデバイス３１０，３２０により形成される。第１のＨＢＴデバイス３１０のコレクタは電圧源３５０に接続され、そのエミッタは第２のＨＢＴデバイス３２０のベースに接続され、そのベースは第２のＨＢＴデバイス３２０のコレクタに接続される第２のデバイス３２０のエミッタは接地に接続される。そして最後に、基準抵抗３３０の第１の端部３３０ｂは第１のＨＢＴデバイス３１０のベースおよび第２のＨＢＴデバイス３２０のコレクタに接続され、基準抵抗３３０の第２の端部３３０ａは基準電圧３４０に接続される。
【０００７】
網羅的ではないが、以上のバイアス回路は業界で使用されるものとして一般的である。ただし、他のタイプのバイアス回路も企図され、本発明に関連して使用することが可能である。バイアス回路は、温度と基準電圧の変化で電源装置を通る電流を一定に維持しようとする。上記のバイアス回路のいずれか、あるいは他のバイアス回路を使用することができるが、電流ミラーバイアスが一般に好まれ、議論に使用されるだろう。
【０００８】
図１のバイアス１９５として図３の電流ミラーを使用すると、基準電圧３４０および基準抵抗３３０は、第１のＨＢＴデバイス３１０と第２のＨＢＴデバイス３２０とによって反映される定電流源を形成する。安定抵抗１３０が必要でない場合、電流ミラーは、ＨＢＴデバイス３１０，３２０の限度までで十分であろう。しかしながら、安定抵抗を用い、かつ高い出力動作中には、電流ミラーは安定抵抗での降下のために個々のＨＢＴ電源装置セル１１０のベース１８５にかかる電圧を一定に維持することができない。より多くのＨＢＴが並列に接続された時の出力動作中には、電流ミラーからのベース電流の増大が必要とされる。電流ミラーにかかるこの負荷（ｓｔｒａｉｎ）により、安定抵抗１３０の両端の電圧降下が増大し、これにより個々のＨＢＴデバイス１１０のベース１８５における電圧が低下（ｄｒｏｏｐ）し、線形性と最大出力が制限される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低い出力では静止点を達成せず、より高い出力が生成されている時に出力の低下が起こるのを有効に防止するよう作用し始める、改良型ＨＢＴパワーアンプ回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、集積回路であって、各々がベース安定部を有する、並列に接続された複数のヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）と；複数のＨＢＴの１つとその対応するベース安定部との間の第１電圧を感知して、該第１電圧が閾値未満に降下した時に該複数のＨＢＴの共通に接続しているベース安定部の端部を駆動する第２電圧を調節する手段と；を備えた集積回路を要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、ＨＢＴリニアライザー・パワーブースター回路であって、並列に接続された複数のベース安定化トランジスタの１つのベースに接続された制御端末と、第１の導電端末と、接地源に接続された第２の導電端末とを有する第１トランジスタと；共通のベース安定部である入力と；第１トランジスタの第１の導電端末に接続された制御端末と、電圧源に接続された第１導電端末と、前記並列に接続された複数のベース安定化トランジスタの共通ベース安定部である入力に接続された第２の導電端末とを有する第２トランジスタと；電圧源に接続された第１端部と、第２トランジスタの制御端末および第１トランジスタの第１の導電端末に接続された第２端部とを備えた抵抗と；を備えたＨＢＴリニアライザー・パワーブースター回路を要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、高出力で働くパワーアンプの出力を上昇させる方法であって、並列に接続され、かつ共通のベース安定部である入力を有する、複数のベース安定化ＨＢＴデバイスの１つのベースで直接生じる電圧を検出し；検出した電圧が所定閾値未満に低下した時に該共通のベース安定部である入力に補助出力を供給する工程から成る方法を要旨とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図４を参照すると、ベース安定化ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）リニアライザー・パワーブースターを備えたベース安定化ＨＢＴパワーアンプの実施形態の１つのモデルが示される。可能な場合には、同様の特徴を表わすために、図面全体にわたって同様の参照数字が使用される。
【００１４】
複数のベース安定化ＨＢＴデバイス１９０が並列に接続されている。個々の安定化ＨＢＴデバイス１９０は安定抵抗１３０を有し、安定抵抗１３０は、一端でＨＢＴセル１１０のベース１８５に接続し、他端でベース安定化ＨＢＴデバイス１９０の入力１８０を生成する。安定抵１３０の両端に安定部であるコンデンサ１２０が接続され得る。示された実施形態はバイパスコンデンサを備えた抵抗バイアス機構を含んでいるが、分割安定化（ｓｐｌｉｔ　ｂａｌｌａｓｔｉｎｇ）としばしば称される個々のコンデンサを介して各ベースノードにＲＦ信号をもたらすというような、他のバラスティング機構も可能である。分割安定化は業界で周知であるため、簡単にするため詳細な説明は含めない。複数のベース安定化ＨＢＴデバイス１９０が並列に接続され、それらの入力１８０が共通のノードを共有してＲＥ入力信号を受け取り、それらのコレクタ１６０が電圧源１５５に接続されると共にＲＦ出力信号を生成し、それらのエミッタ１７０がノードを共有すると共に接地に接続されるようにされる。
【００１５】
ＨＢＴデバイスの１つの少なくとも１つのベース１８５ａは、抵抗４３０を通じて、ＨＢＴトランジスタ４１０のベース４１２に接続される。このＨＢＴトランジスタ４１０のエミッタ４１１は接地３６０に接続され、コレクタ４１３は別のＨＢＴトランジスタ４２０のベース４２２に接続される。ＨＢＴトランジスタ４２０のエミッタ４２１はベース安定化ＨＢＴデバイス１９０の共通に接続された入力１８０に接続され、コレクタ４２３は電圧源３５０に接続される。抵抗４５０は、その一端がＨＢＴトランジスタ４２０のベース４２２およびＨＢＴトランジスタ４１０のコレクタ４１３に接続し、その他端が電圧源３５０に接続する。抵抗４３０とコンデンサ４４０が、パワーアンプを形成するＨＢＴデバイス１１０の１つの少なくとも１つのベース１８５ａから検出された信号のための低域フィルタを形成するように、コンデンサ４４０がＨＢＴトランジスタ４１０のベース４１２と接地３６０との間に接続される。
【００１６】
第１のＨＢＴデバイス３１０のコレクタが電圧源３５０に接続され、第１のＨＢＴデバイス３１０のエミッタが第２のＨＢＴデバイス３２０のベースに接続され、第１のＨＢＴデバイス３１０が第２のＨＢＴデバイス３２０のコレクタに接続されるように、電流ミラータイプのバイアス回路１９５は接続される。第２のＨＢＴデバイス３２０のエミッタは接地３６０に接続される。そして最後に、基準抵抗３３０の第１の端部３３０ｂは、第１のＨＢＴデバイス３１０のベースおよび第２のＨＢＴデバイス３２０のコレクタに接続され、基準抵抗の第２の端部３３０ａは、基準電圧３４０に接続される。
【００１７】
動作時、ＨＢＴデバイス４１０は、抵抗４３０およびコンデンサ４４０により形成された低域フィルタによって、ＨＢＴデバイスセル１１０の少なくとも１つのベースの１つ１８５ａに現われる電圧を感知する。静止または低出力動作ではＨＢＴデバイス４２０がベース安定化ＨＢＴデバイス１９０の共通に接続された入力１８０に無視できる流れを供給し、ＨＢＴデバイス３１０，３２０により形成された電流ミラーバイアスにより電源装置が完全に制御されるように、抵抗４５０は設定される。
【００１８】
高出力動作中に、電力ＨＢＴデバイスセル１１０のベースの電圧が低下すると、それが低域フィルタを横切ってＨＢＴデバイス４１０により検知され、ＨＢＴデバイス４１０はオフになり始める。ＨＢＴデバイス４１０がオフになり始めると、ＨＢＴトランジスタ４２０のベース４２２に現れるベース電圧が増加する。このＨＢＴトランジスタ４２０のベース４２２におけるベース電圧の増加は、増加電圧を、ベース安定化ＨＢＴデバイス１９０の共通接続入力１８０を駆動するＨＢＴトランジスタ４２０のエミッタ４２１に現れるようにする。したがって、高出力動作では、ＨＢＴデバイス４１０，４２０によって作成された電圧上昇回路が、通常の電流ミラーバイアス回路からパワーアンプを引き継ぐ。この追加の回路は電流ミラーのみより高い電圧源を供給するため、必要値のベースバイアスをさらに圧縮状態に維持し、線形性を向上し、かつ出力を上昇させる。
【００１９】
図５は、本発明の１実施形態による、高出力動作の低下時に、ＨＢＴパワーアンプを線形化し、かつ出力を上昇させる方法を実証するフローチャートである。回路がオンの場合、ステップ５２０では、パワーブースター・リニアライザーが、並列に接続された複数のベース安定化ＨＢＴデバイスの１つのベースに直接現れる電圧を絶えずモニタし、個々のＨＢＴデバイスのベース安定部は複数のベースバラスト装置への入力とＨＢＴセルのベースとの間に電圧差を生じさせ得る。ＨＢＴセルの少なくとも１つのベースに直接現われる電圧がステップ５３０で低下し始めると、回路はステップ５４０で複数の並列に接続されたベース安定化ＨＢＴ装置に補助出力（補助電圧）を供給するか、そうでなければ、回路はステップ５５０で複数のベース安定化ＨＢＴ装置に無視できる静止電流を受動的に提供する。これは、パワーアンプを制御するために実装されたすべての周知のバイアスに従って回路が予測可能に作動することを可能にする。
【００２０】
本発明を特にその好ましい実施形態に関して図示すると共に説明したが、当業者には、形式と詳細に関する上述のおよび他の変更を、本発明の精神および範囲から逸脱せずにそのような実施形態に行い得ることが理解されるだろう。
【００２１】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、パワーアンプの線形性が向上され、高出力動作時の出力の低下が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術のベース安定化ＨＢＴパワーアンプの略電気接続図。
【図２】ＨＢＴパワーアンプで時々使用されるダイオードバイアス回路の略電気接続図。
【図３】ＨＢＴパワーアンプで一般に使用される電流ミラーバイアス回路の略電気接続図。
【図４】本発明の１実施形態によるＨＢＴリニアライザー・パワーブースターを備える、ベース安定化ＨＢＴパワーアンプの略電気接続図。
【図５】本発明の１実施形態による、ＨＢＴパワーアンプの線形性を向上し、かつ出力を上昇させる方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１０…ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、１２０，１２０，１３０…ベース安定部、１８０…入力、３５０…電圧源、３６０…接地、４１０，４２０…第２電圧の調節手段としての第１および第２トランジスタ、４１１，４１２，４１３…第１トランジスタの端末、４２１，４２２，４２３…第２トランジスタの端末、４５０…抵抗。
【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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