(57)【要約】【課題】携帯電話端末機等に用いる電力増幅器において、線形性を劣化させること無く、低出力時の効率を向上させるバイアス回路と、そのバイアス回路を用いた電力増幅器を提供する。【解決手段】エミッタ接地の増幅トランジスタ１０７にバイアス電流を供給するためのトランジスタ１０２、トランジスタ１０３、トランジスタ１０４からなるカレントミラー構成のバイアス回路に、エミッタフォロアのトランジスタ１０４に並列に別のエミッタフォロアのトランジスタ１０６を接続し、それぞれのベースをトランスファーゲートをなすトランジスタ１０５で接続し、そのベース電位を増幅トランジスタ１０７の出力電力に応じた制御電圧でオン／オフすることにより、増幅トランジスタ１０７のベースに供給する電流値を自律的に制御する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被バイアス回路に対して、電流を供給する複数の電流供給経路を有し、少なくとも１の前記電流供給経路の導通、非導通の切替えを行う切替手段を有することを特徴とするバイアス回路。
【請求項２】
前記切替手段の切替を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のバイアス回路。
【請求項３】
前記電力供給経路には、前記切替手段としてのスイッチング素子が挿入されており、
前記制御手段は、少なくとも１の前記スイッチング素子のオンオフにより前記切替を制御することを特徴とする請求項２に記載のバイアス回路。
【請求項４】
前記スイッチング素子は、エミッタ−コレクタ間の導通をベース電圧で制御するトランジスタであることを特徴とする請求項３に記載のバイアス回路。
【請求項５】
前記被バイアス回路は電力増幅器であり、前記トランジスタのエミッタから前記電力増幅器に電流を供給することを特徴とする請求項４に記載のバイアス回路。
【請求項６】
前記被バイアス回路の温度補償を行う定電流回路を有することを特徴とする請求項１に記載のバイアス回路。
【請求項７】
前記被バイアス回路はエミッタ接地の増幅トランジスタであり、
前記定電流回路は、
エミッタ接地の第１トランジスタと、
エミッタが前記第１トランジスタのベースに接続され、ベースが前記第１トランジスタのコレクタに接続される第２トランジスタと、
ベースが前記第１トランジスタのコレクタに接続され、前記電流供給経路としてエミッタから前記増幅トランジスタのベースに電流を供給するエミッタフォロア構成の第３トランジスタと、
を含んで構成され、
前記第３トランジスタと並列に接続される前記別の電流供給経路としての第４トランジスタと、
コレクタが前記第３トランジスタのベースに接続され、エミッタが前記第４トランジスタのベースに接続される第５トランジスタと、
前記第５トランジスタのベース電位を制御することにより、前記電流供給経路として前記第４トランジスタのエミッタから前記増幅トランジスタのベースに電流が供給されるか否かを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載のバイアス回路。
【請求項８】
前記被バイアス回路はエミッタ接地の増幅トランジスタであり、
前記定電流回路は、
ベースとコレクタが短絡されダイオード接続されたエミッタ接地の第６トランジスタと、
ベースとコレクタが短絡されダイオード接続され、エミッタが前記第６トランジスタのベースとコレクタに接続された第７トランジスタと、
ベースが前記第７トランジスタのコレクタに接続され、前記電流供給経路としてエミッタから前記増幅トランジスタのベースに電流を供給するエミッタフォロア構成の第８トランジスタと、
を含んで構成され、
前記第８トランジスタと並列に接続される前記前記別の電流供給経路としての第９トランジスタと、
コレクタが前記第８トランジスタのベースに接続され、エミッタが前記第９トランジスタのベースに接続される第１０トランジスタと、
前記第１０トランジスタのベース電位を制御することにより、前記電流供給経路として前記第９トランジスタのエミッタから前記増幅トランジスタのベースに電流が供給されるか否かを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載のバイアス回路。
【請求項９】
前記制御手段は、前記切替手段の制御を、前記被バイアス回路の電気特性に基づいて行うことを特徴とする請求項２乃至８いずれか１項に記載のバイアス回路。
【請求項１０】
電力増幅器が複数段直列に接続された電力増幅装置であって、少なくともいずれか１の前記電力増幅器に、請求項１乃至請求項９いずれか１項に記載のバイアス回路における前記電流供給経路から電流が供給されることを特徴とする電力増幅装置。
【請求項１１】
電力増幅器が複数並列に接続された電力増幅装置であって、前記並列に接続されたそれぞれの前記電力増幅器は、請求項１乃至請求項９いずれか１項に記載のバイアス回路におけるいずれか１の前記電流供給経路と対をなし、それぞれ対となる前記電流供給経路から前記電力増幅器に電流を供給されることを特徴とする電力増幅装置。
【請求項１２】
前記被バイアス回路への電力増幅経路から電気信号を取得する検知手段と、
取得された電気信号の状態に応じた制御電圧を変換生成する変換生成手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記生成された制御電圧によって、前記電力増幅器に供給するベース電流を自律的に制御することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電力増幅装置。
【請求項１３】
前記検知手段が、前記電力増幅経路に結合するカプラであることを特徴とする請求項１２に記載の電力増幅装置。
【請求項１４】
前記検知手段が、前記電力増幅経路に接続された直列接続の容量と抵抗素子とからなることを特徴とする請求項１２に記載の電力増幅装置。
【請求項１５】
前記変換手段が、ダイオードの整流性を用いた回路であることを特徴とする請求項１２に記載の電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバイアス回路とそれを用いた電力増幅装置に関し、特に移動体通信端末用途の電力増幅装置に対して用いられるバイアス回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の移動体端末機に用いる電力増幅器において、バッテリーの持続時間を延長するためには、使用頻度が高い低出力時の電力効率を向上することが重要である。そのためには、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が未入力状態での待機（アイドル）電流をできるだけ低く設定し、増幅器をＢ級動作に近いバイアス条件で用いるのが望ましい。
【０００３】
しかしながら、単純に待機電流を低く設定すると、中間出力や高出力時における増幅器の線形性が劣化し、通信システムが要求する歪み規格を満たさなくなる。とくに、スペクトラム拡散技術を用いたＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）方式の移動体通信機では、要求される歪み規格が厳しく、この問題が顕著である。したがって、携帯電話端末機に用いる電力増幅器では、システムの要求する歪み規格を満たしながら、かつ待機電流を低く抑え、低出力時の効率を向上させることが重要な技術要素の一つとなっている。
【０００４】
この目的のため、従来、出力電力に応じてバイアスを調整して待機電流を変化させる方法が提案されている。例えば、特開２００１−３６３５１では、図８に示すように出力電力レベルをカプラ（方向性結合器）８０２で検知し、制御電圧生成部８０３を通して増幅器８０１のゲート電圧Ｖｂにフィードバックしている。このような方式をとることによって、出力電力が小さいときはゲート電圧が低くなり、待機電流が低く設定されるのでＢ級動作に近づき、電力効率が向上する。一方、出力電力が大きくなると、それに応じてゲート電圧が高くなり、待機電流が高く設定されるのでＡ級動作に近づき、増幅器の線形性は改善する。したがって、低出力時における効率向上と、中・高出力時における歪み改善を同時に満たすことができる。
【０００５】
また、増幅器としてバイポーラトランジスタを用いる場合は、温度補償などの目的で、バイアス回路を介してベース電流を供給することが一般的となっている。この際、Ｂ級動作ではコレクタ電流が出力電力に応じて増加するため、温度補償機能を有するカレントミラー回路とエミッタフォロア回路の機能を組み合わせて、増幅器から見たバイアス回路の出力インピーダンスを下げて電圧（電流）を供給する回路形式がよく用いられる。例えば、図９に示したようなバイアス回路を図８のゲイン／オフセットアンプ８０４と増幅トランジスタ８０１の間に設けて、ベース電流を供給することが一般的に行われる。図９に示した回路は、Ｉｂ＝（Ｖｒｅｆ−２Ｖｂｅ）／Ｒ×ｎ（ｎはトランジスタ１００２とトランジスタ１００５のサイズ比＝定数）の一定電流を電力増幅トランジスタ１００５に供給するカレントミラー型のバイアス回路であるが、トランジスタ１００４がエミッタフォロアの構成になっており、このトランジスタ１００４を介して増幅トランジスタ１００５のベースに電流を供給するので、増幅トランジスタ１００５から見たバイアス回路のインピーダンスが低くなる。この場合、Ｖｒｅｆ端子の電圧を図８のフィードバック電圧Ｖｃｏｎｔで制御することによって、バイアス回路の電流値を変化させ、低出力時の効率向上を図ることができる。
【０００６】
さらに、バイアス回路の他の従来例としては、図１０に示したものもある。このバイアス回路では、トランジスタ１１０２とトランジスタ１１０３のベースとコレクタを短絡し、２段積みダイオードとして用いており、増幅トランジスタ１１０５の温度補償を行っている。
【０００７】
また、増幅器の線形性を劣化させず、低出力時の効率を向上させる他の方法として、図１１に示すように飽和出力（トランジスタサイズ）の異なる複数の増幅器を並列で使用する方法がある。例えば、特願平０３−２７７００３では、飽和出力の小さい増幅トランジスタ９０２と飽和出力の大きい増幅トランジスタ９０２’を並列に接続し、後者を完全なＢ級もしくは完全にピンチオフしたＣ級で動作させる。この際、増幅トランジスタ９０２はＡ級に近いバイアス条件で動作させる。この方法によれば、低出力時は増幅トランジスタ９０２’はオフ状態なので、増幅器全体の特性は増幅トランジスタ９０２のみの特性で決まる。この場合、増幅トランジスタ９０２はＡ級に近い状態で動作しているので線形性は良く、また増幅器全体から見ると低出力時でも、飽和出力の小さい増幅トランジスタ９０２は飽和出力に近い動作領域で動作しているのでトータルの電力効率は高い。入力電力が高くなると、飽和出力の大きい増幅トランジスタ９０２’の平均電流が徐々に増加し、増幅器全体の特性は増幅トランジスタ９０２’が支配的となり、増幅器全体として所望の電力レベルまで増幅することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記説明した従来例では、以下のような問題点があった。
【０００９】
すなわち、図８の従来例では、検波電圧Ｖｄｅｔは出力電力に対して対数特性となるため、ログアンプ８０５を通し、線形な制御電圧にしてから、さらにゲイン／オフセットアンプ８０４で所望の制御電圧Ｖｃｏｎｔにしてから、ゲートに入力する。この場合、一般にＦＥＴ特性はゲート電圧の変化に敏感な為、このような方法をとる場合、非常に精度の高い制御電圧Ｖｃｏｎｔを生成する必要がある。また増幅トランジスタ８０１がバイポーラトランジスタの場合は、ベース電圧に対してコレクタ電流は指数関数的に変化するため、さらに精度の高い制御電圧Ｖｃｏｎｔを生成する必要があり、技術的に困難であると同時にログアンプ８０５やゲイン／オフセットアンプ８０４の回路規模も大きくなるという問題があった。
【００１０】
一方、図１１の従来例では、増幅トランジスタ９０２’がオンになる電力レベルを所望の値に設定するためには、２つのトランジスタのサイズやバイアス条件を調整する必要がある。しかしながら、この調整は敏感な上に、Ｂ級にバイアス設定された増幅トランジスタ９０２’に電流が流れ始める領域では、非線形性が極めて強いため、２つのトランジスタ特性を滑らかに接続することは非常に困難であるという問題があった。
【００１１】
また、図１２は、図１１の従来例における増幅器の入力電力に対して（ａ）出力電力と電力効率、（ｂ）歪み指標である隣接チャネル漏洩電力、（ｃ）ベース電流、をそれぞれ示しているが、飽和出力の大きい増幅トランジスタ９０２’の待機電流Ｉｃｃが０Ａに設定されている。このとき、低出力時の効率は、飽和電力の小さい増幅トランジスタ９０２で決まるので、増幅器全体の効率も高くなる。しかしながら、飽和出力の大きい増幅トランジスタ９０２’は、非常に非線形性の強いバイアス条件で用いられているので、図１２（ｂ）に示すように中間出力で歪み規格を満たさなくなるという問題点があった。
【００１２】
そこで、本発明の主な目的は、携帯電話端末機等に用いる電力増幅器において、線形性を劣化させること無く、低出力時の効率を向上させるバイアス回路と、そのバイアス回路を用いた電力増幅器を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被バイアス回路に対して、電流を供給する複数の電流供給経路を有し、少なくとも１の前記電流供給経路の導通、非導通の切替えを行う切替手段を有することを特徴として構成する。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、被バイアス回路に対して、複数の電流供給経路を有し、少なくとも１の前記電流供給経路の導通、非導通の切替えを行うので、被バイアス回路への電流供給量を調整することができる。
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記切替手段の切替を制御する制御手段を備えることを特徴として構成する。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、切替手段の切替を制御する制御手段を備えるので、被バイアス回路への電流供給量を制御することができる。
【００１７】
上記課題を解決するため、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記電流供給経路には、前記切替手段としてのスイッチング素子が挿入されており、前記制御手段は、少なくとも１の前記スイッチング素子のオンオフにより前記切替を制御することを特徴として構成する。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、切替手段としてスイッチング素子が挿入されているので、スイッチング素子のオンオフにより被バイアス回路への電流供給量を調整することができる。
【００１９】
上記課題を解決するため、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記スイッチング素子はエミッタ−コレクタ間の導通をベース電圧で制御するトランジスタであることを特徴として構成する。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、エミッタフォロア構成のトランジスタを備えるので、エミッタフォロア構成のトランジスタのオンオフにより、被バイアス回路への電流供給量を調整することができる。
【００２１】
上記課題を解決するため、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記被バイアス回路は電力増幅器であり、前記トランジスタのエミッタから前記電力増幅器に電流を供給することを特徴として構成する。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、前記トランジスタのエミッタからの電力増幅器への電流供給量を調整することにより、電力増幅器の線形性を劣化させること無く、低出力時の効率を向上させることができる。
【００２３】
上記課題を解決するため、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、定電流回路を有することを特徴として構成する。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、定電流回路を有するので、前記被バイアス回路の温度補償を行うことができる。
【００２５】
上記課題を解決するため、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記被バイアス回路はエミッタ接地の増幅トランジスタであり、前記定電流回路は、エミッタ接地の第１トランジスタと、エミッタが前記第１トランジスタのベースに接続され、ベースが前記第１トランジスタのコレクタに接続される第２トランジスタと、ベースが前記第１トランジスタのコレクタに接続され、前記電流供給経路としてエミッタから前記増幅トランジスタのベースに電流を供給するエミッタフォロア構成の第３トランジスタと、を含んで構成され、前記第３トランジスタと並列に接続される前記別の電流供給経路としての第４トランジスタと、コレクタが前記第３トランジスタのベースに接続され、エミッタが前記第４トランジスタのベースに接続される第５トランジスタと、前記第５トランジスタのベース電位を制御することにより、前記電流供給経路として前記第４トランジスタのエミッタから前記増幅トランジスタのベースに電流が供給されるか否かを制御する制御手段と、を備えることを特徴として構成する。
【００２６】
請求項７に記載の発明によれば、制御手段により電力供給経路に設けられたトランジスタのオンオフを行い、複数の電流供給経路の導通・非導通の切替制御をすることができる。
【００２７】
上記課題を解決するため、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記被バイアス回路はエミッタ接地の増幅トランジスタであり、前記定電流回路は、ベースとコレクタが短絡されダイオード接続されたエミッタ接地の第６トランジスタと、ベースとコレクタが短絡されダイオード接続され、エミッタが前記第６トランジスタのベースとコレクタに接続された第７トランジスタと、ベースが前記第７トランジスタのコレクタに接続され、前記電流供給経路としてエミッタから前記増幅トランジスタのベースに電流を供給するエミッタフォロア構成の第８トランジスタと、を含んで構成され、前記第８トランジスタと並列に接続される前記別の電流供給経路としての第９トランジスタと、コレクタが前記第８トランジスタのベースに接続され、エミッタが前記第９トランジスタのベースに接続される第１０トランジスタと、前記第１０トランジスタのベース電位を制御することにより、前記電流供給経路として前記第９トランジスタのエミッタから前記増幅トランジスタのベースに電流が供給されるか否かを制御する制御手段と、を備えることを特徴として構成する。
【００２８】
請求項８に記載の発明によれば、制御手段により電力供給経路に設けられたトランジスタのオンオフを行い、複数の電流供給経路の導通・非導通の切替制御をすることができる。
【００２９】
上記課題を解決するため、請求項９に記載の発明は、請求項２乃至８いずれか１項に記載の発明において、前記制御手段は、前記切替手段の制御を、前記被バイアス回路の電気特性に基づいて行うことを特徴として構成する。
【００３０】
請求項９に記載の発明によれば、被バイアス回路の電気特性に基づいて電気供給経路の切替制御をすることができる。
【００３１】
上記課題を解決するため、請求項１０に記載の発明は、電力増幅器が複数段直列に接続された電力増幅装置であって、少なくともいずれか１の前記電力増幅器に、請求項１乃至請求項９いずれか１項に記載のバイアス回路における前記電流供給経路から電流が供給されることを特徴として構成する。
【００３２】
請求項１０に記載の発明によれば、直列に接続された増幅器の電力供給量を調整するので、効率を向上させ、歪み特性の劣化を抑制することができる。
【００３３】
上記課題を解決するため、請求項１１に記載の発明は、電力増幅器が複数並列に接続された電力増幅装置であって、前記並列に接続されたそれぞれの前記電力増幅器は、請求項１乃至請求項９いずれか１項に記載のバイアス回路におけるいずれか１の前記電流供給経路と対をなし、それぞれ対となる前記電流供給経路から前記電力増幅器に電流を供給することを特徴として構成する。
【００３４】
請求項１１に記載の発明によれば、並列に接続された電力増幅器への電流供給を切り替えることにより、それぞれの増幅器のサイズに応じた電流供給を行うことにより効率を向上させ、歪み特性の劣化を抑制することができる。
【００３５】
上記課題を解決するため、請求項１２に記載の発明は、請求項１０又は１１に記載の発明において、前記被バイアス回路への電力増幅経路から電気信号を取得する検知手段と、取得された電気信号の状態に応じた制御電圧を変換生成する変換生成手段と、を備え、前記制御手段は、前記生成された制御電圧によって、前記電力増幅器に供給するベース電流を自律的に制御することを特徴として構成する。
【００３６】
請求項１２に記載の発明によれば、電力増幅経路から電気信号を取得し、その状態に応じた制御電圧を変換生成することにより、生成された制御電圧によって、電力増幅器に供給するベース電流を自律的に制御することができる。
【００３７】
上記課題を解決するため、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記検知手段が、前記電力増幅経路に結合するカプラであることを特徴として構成する。
【００３８】
請求項１３に記載の発明によれば、電力増幅経路に結合するカプラを用いることにより、被バイアス回路への電力増幅経路から電気信号を取得することができる。
【００３９】
上記課題を解決するため、請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記検知手段が、前記電力増幅経路に接続された直列接続の容量と抵抗素子とからなることを特徴として構成する。
【００４０】
請求項１４に記載の発明によれば、直列接続の容量と抵抗素子とを用いることにより、被バイアス回路への電力増幅経路から電気信号を取得することができる。
【００４１】
上記課題を解決するため、請求項１５に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記変換手段が、ダイオードの整流性を用いた回路であることを特徴として構成する。
【００４２】
請求項１５に記載の発明によれば、ダイオードの整流性を用いることにより取得された電気信号の状態に応じた制御電圧を変換生成することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点を明確にすべく、本発明の代表的な実施の形態を以下に詳述する。
【００４４】
なお、以下に説明する各実施の形態は、例えば携帯電話等の移動体通信端末機などに用いられる電力増幅器に本発明を適用した場合についてのものである。なお、本発明は下記の各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施形態は適宜変更され得ることはもちろんである。
１．第１実施形態
まず、本発明に係る第１実施形態について図１を用いて説明する。
【００４５】
図１は、本発明に係る第１実施形態としてのバイアス回路の回路図が示されている。
【００４６】
図１に示すように、被バイアス回路はエミッタ接地の増幅トランジスタ１０７であり、第１トランジスタとしてのエミッタ接地のトランジスタ１０２のベースとコレクタが、第２トランジスタとしてのトランジスタ１０３のエミッタとベースにそれぞれ接続され、トランジスタ１０２のコレクタは抵抗１０１を介して電源端子につながれるとともに、第３トランジスタとしてのエミッタフォロア構成のトランジスタ１０４のベースに接続され、トランジスタ１０４のエミッタから増幅トランジスタ１０７のベースに電流を供給するカレントミラー構成のバイアス回路であり、定電流回路を含んでいる。また、トランジスタ１０４と並列に電流供給経路及び第４トランジスタとしてのエミッタフォロア構成のトランジスタ１０６が接続され、さらにトランジスタ１０４のベースとトランジスタ１０６のベースは、第５トランジスタとしてのトランスファーゲートをなすトランジスタ１０５のコレクタとエミッタにそれぞれ接続され、制御手段としてのトランジスタ１０５のベース電位Ｖｃｏｎｔを制御することにより、トランジスタ１０６のエミッタから増幅トランジスタ１０７のベースに電流が供給されるか否かを制御する。
【００４７】
トランスファーゲートをなすトランジスタ１０５のベース電位Ｖｃｏｎｔが低電位のときは、トランジスタ１０６にはベース電流が供給されないので、バイアス回路全体の動作上、無視できる。トランジスタ１０２とトランジスタ１０３を２段積みにしているので、端子Ａの電位は２Ｖｂｅ（Ｖｂｅ：ベース−エミッタ間電圧）となる。したがって、Ｖｒｅｆ端子に流れる電流はＩｒｅｆ＝（Ｖｒｅｆ−２Ｖｂｅ）／Ｒ（温度によらず一定）となる。トランジスタ１０２とトランジスタ１０３のサイズ比が、トランジスタ１０７とトランジスタ１０４のサイズ比に等しく、かつトランジスタ１０２と増幅トランジスタ１０７のサイズ比をｎとすると、Ｉｂ１＝（Ｖｒｅｆ−２Ｖｂｅ）／Ｒ×ｎ＝一定のベース電流が、増幅トランジスタ１０７に供給されることになる。
【００４８】
トランスファーゲートをなすトランジスタ１０５のＶｃｏｎｔが高電位になると、エミッタフォロアを構成するトランジスタ１０６のベースに電流が流れ込むので、トランジスタ１０６が動作し、エミッタから流れる電流はＩｂ１と同様にＩｂ２＝（Ｖｒｅｆ−２Ｖｂｅ）／Ｒ×ｎ＝一定となる。したがって、増幅トランジスタ１０７のベースには、Ｉｂｔｏｔａｌ＝Ｉｂ１＋Ｉｂ２の電流が供給されることになる。
【００４９】
このように、トランスファーゲートをなすトランジスタ１０５のベース電位を制御することにより、電力供給経路の導通・非導通の切替を行うため、被バイアス回路のベースの電流供給量を制御することができる。
【００５０】
また本回路はカレントミラー構成を有するため、増幅トランジスタ１０７に、温度に依存しない一定ベース電流を供給することが可能である。
２．第２実施形態
次に本発明に係る第２実施形態について図２を用いて説明する。
【００５１】
図２は、本発明に係る第２実施形態としてのバイアス回路の回路図を示したものである。
【００５２】
図２に示すように、被バイアス回路はエミッタ接地の増幅トランジスタ２０７であり、第６トランジスタとしてのエミッタ接地のトランジスタ２０２のベースとコレクタが短絡され、それが、ベースとコレクタが短絡された第７トランジスタとしてのトランジスタ２０３のエミッタに接続され、トランジスタ２０３のコレクタは抵抗２０１を介して電源端子につながれるとともに、第８トランジスタとしてのエミッタフォロア構成のトランジスタ２０４のベースに接続され、トランジスタ２０４のエミッタから増幅トランジスタ２０７のベースに電流を供給するバイアス回路であり、定電流回路を含んでいる。またトランジスタ２０４と並列に電流供給経路及び第９トランジスタとしてのエミッタフォロア構成のトランジスタ２０６が備えられており、さらにトランジスタ２０４のベースとトランジスタ２０６のベースは、第１０トランジスタとしてのトランスファーゲートをなすトランジスタ２０５のコレクタとエミッタにそれぞれ接続され、制御手段としてのトランジスタ２０５のベース電位Ｖｃｏｎｔを制御することにより、トランジスタ２０６のエミッタから増幅トランジスタ２０７のベースに電流が供給されるか否かを制御する。
【００５３】
このように、本実施形態では、トランジスタ２０４とトランジスタ２０６を並列に使用し、その間をトランスファーゲートをなすトランジスタ２０５で接続している。第１実施形態と同様に、トランスファーゲートをなすトランジスタ２０５のベース電位Ｖｃｏｎｔが低電位のときは、トランジスタ２０６にはベース電流が供給されないので、バイアス回路の動作上無視でき、トランジスタ２０４のみから増幅トランジスタ２０７のベースに電流Ｉｂ１が供給される。
【００５４】
トランスファーゲートをなすトランジスタ２０５のＶｃｏｎｔが高電位になると、トランジスタ２０６のベースに電流が流れ込むので、トランジスタ２０６が動作し、増幅トランジスタ２０７のベースには、Ｉｂｔｏｔａｌ＝Ｉｂ１＋Ｉｂ２の電流が流れるようになる。
【００５５】
このように、トランスファーゲートをなすトランジスタ２０５のベース電位を制御することにより、電力供給経路の導通・非導通の切替を行うため、被バイアス回路のベースの電流供給量を制御することができる。
【００５６】
また本回路は、ベースとコレクタを短絡してダイオードとして用いるトランジスタ２０２とトランジスタ２０３を２段積みで使用する構成を有しているため、増幅トランジスタ２０７に、温度に依存しない一定ベース電流を供給することが可能である。
３．第３実施形態
次に本発明に係る第３実施形態について図３及び図４を用いて説明する。なお本実施形態は、上記第１実施形態のバイアス回路を、バイポーラトランジスタ２段増幅トランジスタのベース電流値の調整に適用した場合についてのものである。図３は本発明に係る第３実施形態としての増幅装置を示したブロック図であり、図４は本発明に係る第３実施形態としての増幅装置をより具体的に示した回路図である。
【００５７】
まず図３において、出力電力もしくは入力電力を検知手段としての電力モニタ部３０３で検知し、検知した電力から変換生成手段としての制御電圧生成部３０４で生成した制御電圧Ｖｃｏｎｔをバイアス回路３０５に入力する。なおバイアス回路３０５は、第１実施形態のバイアス回路である。出力電力が低いときは、トランスファーゲートをなすトランジスタ１０５がオフになっており、片側のエミッタフォロアのトランジスタ１０４のみから増幅器のベースに電流Ｉｂ１が供給され、出力電力が高くなるとトランスファーゲートをなすトランジスタ１０５がオンになり、他方のエミッタフォロアのトランジスタ１０６からもベース電流Ｉｂ２が供給されるようにベース電流を自律的に調整する機能を有する。
【００５８】
次に、本実施形態の電力増幅装置を図４により詳細に説明する。
【００５９】
図４に示すバイアス回路４０５は上記第１実施形態のバイアス回路である。入力信号としてのＲＦ信号は、ローパス型の整合回路を通して初段の増幅トランジスタ４０１に入力される。増幅されたＲＦ信号は、やはりローパス型の整合回路を通して終段の増幅トランジスタ４０２のベースに入力され、さらに増幅される。この際、ＲＦ信号の一部は、ＲＣ直列回路からなる検知手段としての電力モニタ部４０３を通して取り出される。取り出されたＲＦ信号は、変換生成手段としての制御電圧生成部４０４によって、ＤＣ信号Ｖｃｏｎｔに変換される。制御電圧生成部４０４には例えばダイオードの整流性を用いた回路を用いることができる。
【００６０】
Ｖｃｏｎｔは、第１実施形態のバイアス回路４０５のうち図１におけるトランスファーゲートをなすトランジスタ１０５のベースに入力される。この際、制御電圧生成部４０４では、抵抗分割によってＲＦ信号が無いときのＶｃｏｎｔの値を、トランススファーゲートをなすトランジスタ１０５がオフになるような値に設定しておく。この場合、バイアス回路４０５からは、トランジスタ１０４からのＩｂ１のみが終段の増幅トランジスタ４０２に供給される。ＲＦ電力が大きくなると、電力モニタ部４０３から取り出される信号強度も大きくなり、Ｖｃｏｎｔも大きくなる。Ｖｃｏｎｔが、一定の値を超えると、トランスファーゲートをなすトランジスタ１０５がオンになり、トランジスタ１０６からのＩｂ２も終段の増幅トランジスタ４０２に供給される。
【００６１】
したがって、出力電力が低いときは、待機電流は低く抑えられ、増幅器の線形性が劣化する中間出力時は待機電流が高く設定され、歪み特性の劣化が抑制されるというという効果がもたらされる。
【００６２】
次に本実施形態の動作原理と効果を図５を用いて詳細に説明する。図５は、増幅器の出力電力に対して（ａ）歪み指標である隣接チャネル漏洩電力、（ｂ）増幅器の電力効率、（ｃ）制御電圧Ｖｃｏｎｔ、（ｄ）終段の増幅トランジスタ４０２に供給されるベース電流、をそれぞれ示している。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、従来、待機電流Ｉｃｃが３０ｍＡの時は、低出力時の電力効率は高いが、中間出力で歪み規格を満たさなくなり、逆に待機電流Ｉｃｃが１００ｍＡの時は、歪み規格は満たすものの、低出力時の効率が低いという問題があった。これに対し本発明のバイアス回路を用いると、出力電力が低くトランスファーゲートをなすトランジスタ１０５がオフの場合は、トランジスタ１０６のベースに電流が供給されないため、図５（ｄ）に示すようにＩｂ１のみが電力増幅器トランジスタ４０２に供給される。このときＩｂ１＝３０／β　ｍＡ　（βは電流利得）になるようにトランジスタ１０４のサイズを設定しておくと待機電流はＩｃｃ＝３０　ｍＡになる。
【００６３】
出力電力が高くなり、トランスファーゲートをなすトランジスタ１０５がオンになると、図５（ｄ）に示すようにＩｂ１に加えてＩｂ２も増幅トランジスタ４０２に供給されるようになる。このときＩｂ２＝７０／β　ｍＡになるようにトランジスタ１０６のサイズをあらかじめ決めておけば、Ｉｃｃ＝β（Ｉｂ１＋Ｉｂ２）＝１００　ｍＡとなり、高出力時に歪みの規格を満たすことができる。
【００６４】
したがって、低出力時は待機電流が低いＢ級に近いバイアス条件で増幅器が高効率で動作し、出力電力が高くなると自律的に待機電流が増加し、増幅器の線型性が良いＡ級に近いバイアス条件で動作するため、使用頻度の高い低出力時の電力効率を向上し、バッテリーの寿命を向上することができ、また低出力時の高効率を維持しながら、出力電力が高くなっても、電力増幅器の歪み特性を劣化させないことができる。さらに、実施形態で用いられるバイアス回路は、付加的な電流供給経路をトランスファーゲートをなすトランジスタで付加したり切り離したりする構成のため、複雑な外部回路を必要とせず、並列に接続された個々のエミッタフォロアに対して、バイアス回路本来のカレントミラーの構成を維持している為、バイアス回路が本来有する温度補償機能を維持することが可能である。
【００６５】
このように、本実施形態においては待機電流の低減による低出力時の効率向上と、中間出力領域での歪み規格が同時に満足されていることが分かる。しかも、本実施形態においてはトランスファーゲートをなすトランジスタ１０５がオンであるかオフであるかが問題であり、制御電圧Ｖｃｏｎｔに高い精度が要求されない為、上述の従来例の図９で用いていたようなログアンプ８０５やゲイン／オフセットアンプ８０４が不要であり、図９における検波電圧Ｖｄｅｔを制御電圧Ｖｃｏｎｔとして直接用いることができる。そのため、従来例に比べ、簡便な構成で出力電力に応じたバイアス制御を行うことができる。
【００６６】
なおバイアス回路４０５の位置には、上記第２実施形態に係るバイアス回路を用いても上記と同様の効果が得られる。
【００６７】
また本実施形態において、直列ＲＣ回路で電力をモニタしたが、例えば、ＲＦ線路上にカプラを設けて電力をモニタしても良い。
【００６８】
また、初段増幅器と終段増幅器の中間で電力をモニタしたが、初段増幅器の前の入力電力や終段増幅器の出力電力を検知しても良い。
４．第４実施形態
次に本発明に係る第４実施形態について図６を用いて説明する。なお本実施形態は、上記第１実施形態のバイアス回路を、増幅器の切替えについて適用したものである。図６は本発明に係る第４実施形態としての増幅器の回路を示した図である。
【００６９】
図６に示すように、前段の増幅器としての増幅トランジスタ６０１、終段の増幅器としての増幅トランジスタ６０２と増幅トランジスタ６０２’、検知手段としての電力モニタ部６０３、変換生成手段としての制御電圧生成部６０４、バイアス回路６０５を含んで構成される。バイアス回路６０５は上記第１実施形態のバイアス回路である。電力モニタ部６０３、制御電圧生成部６０４の具体的な構成は、例えば、第３の実施例で説明した図４と同じで良い。本実施例では、サイズの小さい増幅トランジスタ６０２とサイズの大きい増幅トランジスタ６０２’を並列に用いている。バイアス回路６０５の動作は第１の実施例で上に説明したとおりであり、出力電圧の低いときは、Ｉｂ１のみ供給される。Ｉｂ１は、サイズの小さい増幅器トランジスタ６０２のベースに接続され、Ａ級に近い状態で動作するようにＩｂ１（Ｖｂ１）の値を決定する。
【００７０】
この場合、増幅トランジスタ６０２の線形性は良く、また増幅器全体から見ると低出力時でも、サイズの小さい増幅トランジスタ６０２は飽和に近い動作領域で使用できるので電力効率も良い。そして入力電力が高くなるとバイアス回路６０５から、Ｉｂ２が供給されるようになり、増幅トランジスタ６０２’がオンするため、全体の特性は増幅トランジスタ６０２’が支配的となり、所望の電力レベルまで出力することができる。
【００７１】
したがって、本実施形態のように、出力電力が低いときは飽和出力の小さいトランジスタを用いることによって電力効率を向上でき、歪み特性が劣化する中間出力時では待機電流が比較的高く設定された飽和電力の大きなトランジスタがオンするので、歪み特性の劣化が抑制されるという効果がもたらされる。
【００７２】
このことを図７を用いてさらに詳細に説明する。図１２を用いて上述したように従来技術では、中間出力で歪み規格を満たさなくなるのに対し、図１に示した本発明のバイアス回路と図６に示した増幅器の構成を用いると、飽和出力が大きい増幅トランジスタ６０２’の待機電流はＩｃｃ＝７０ｍＡ程度に設定されているので、歪み規格を満たしている。しかも、本発明では飽和出力の大きい増幅トランジスタ６０２’は、低出力時は自動的にオフしているので、飽和出力の小さい増幅トランジスタ６０２のみで効率が決まり、増幅器全体としての低出力時の効率は高くなる。
【００７３】
このように、低出力時は、飽和出力の小さい増幅器が飽和に近い高効率な条件で動作し、出力電力が高くなると自律的に飽和出力の大きな増幅器が動作するため、使用頻度の高い低出力時の電力効率を向上し、バッテリーの寿命を向上することができ、また低出力時の高効率を維持しながら、出力電力が高くなっても、電力増幅器の歪み特性を劣化させないことができる。さらに、本実施形態で用いられるバイアス回路は、付加的な電流供給経路をトランスファーゲートをなすトランジスタで付加したり切り離したりする構成のため、複雑な外部回路を必要とせず、並列に接続された個々のエミッタフォロアに対して、バイアス回路本来の構成を維持している為、バイアス回路が本来有する温度補償機能を維持することが可能である。
【００７４】
なお、バイアス回路６０５の位置には、上述の第２実施形態のバイアス回路を用いても上記と同様の効果が得られる。
【００７５】
また本実施形態において、直列ＲＣ回路で電力をモニタしたが、例えば、ＲＦ線路上にカプラを設けて電力をモニタしても良い。
【００７６】
また、初段増幅器と終段増幅器の中間で電力をモニタしたが、初段増幅器の前の入力電力や終段増幅器の出力電力を検知しても良い。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、携帯電話などの移動体通信端末機などに用いられる電力増幅器において、使用頻度の高い低出力時の電力効率を向上し、バッテリーの寿命を向上することができる。
【００７８】
さらに、低出力時の高効率を維持しながら、出力電力が高くなっても、電力増幅器の歪み特性を劣化させないことができる。
【００７９】
さらに、以上の効果を有しながら、さらにバイアス回路本来が持つ温度補償機能を維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のバイアス回路の回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態のバイアス回路の回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態を表す増幅器のブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態を表す増幅器の回路図である。
【図５】本発明の第３実施の形態の効果を表す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の増幅器のブロック図である。
【図７】本発明の第４実施形態の効果を表す図である。
【図８】増幅器のバイアスを制御する機能を有する従来の増幅器のブロック図である。
【図９】従来のカレントミラー型バイアス回路図である。
【図１０】従来のカレントミラー型バイアス回路図である。
【図１１】飽和出力の異なる増幅器を並列に接続した従来の増幅器のブロック図である。
【図１２】飽和出力の異なる増幅器を並列に接続した従来例の問題点を示す図である。
【符号の説明】
１０２…トランジスタ
１０３…トランジスタ
１０４…トランジスタ
１０５…トランジスタ
１０６…トランジスタ
１０７…増幅トランジスタ
２０２…トランジスタ
２０３…トランジスタ
２０４…トランジスタ
２０５…トランジスタ
２０６…トランジスタ
２０７…増幅トランジスタ
３０１…増幅トランジスタ
３０２…増幅トランジスタ
３０３…電力モニタ部
３０４…制御電圧生成部
３０５…バイアス回路
３０６…バイアス回路
４０１…増幅トランジスタ
４０２…増幅トランジスタ
４０３…電力モニタ部
４０４…制御電圧生成部
４０５…バイアス回路
４０６…バイアス回路
６０１…増幅トランジスタ
６０２…増幅トランジスタ
６０２’…増幅トランジスタ
６０３…電力モニタ部
６０４…制御電圧生成部
６０５…バイアス回路
６０６…バイアス回路
８０１…増幅トランジスタ
８０２…電力モニタ部
８０３…制御電圧生成部
８０４…ゲイン／オフセットアンプ
８０５…ログアンプ
９０２…増幅トランジスタ
９０２’…増幅トランジスタ
１００４…トランジスタ
１００５…増幅トランジスタ
１１０４…トランジスタ
１１０５…増幅トランジスタ
【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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