(57)【要約】【課題】本発明は、出力電力が高いときは電力増幅器の線形性を高い水準に保持すると共に、出力電力が低いときは電力増幅器の電力付加効率を向上させることができる適応性バイアス回路を提供する。【解決手段】本発明による電力増幅器モジュールは、入力信号を増幅して出力信号を生成する増幅器回路と、入力信号を受信して増幅器回路に駆動電流を供給することにより、増幅器回路の動作電流を制御する適応性バイアス回路とを含む。適応性バイアス回路は、駆動トランジスタ入力電流が入力されて増幅器回路に駆動電流を供給する駆動トランジスタと、駆動トランジスタ入力電流からバイパス電流を引き抜き、入力信号に応じて駆動電流を減少させる引抜トランジスタとを含む。電力増幅器モジュールは、駆動電流が減少する場合、動作電流が減少し、入力信号が減少する場合、バイパス電流が減少する。適応性バイアス回路は、入力信号を受信して入力信号に応じて制御電圧を調節する制御トランジスタを更に含み、引抜トランジスタは、制御電圧に応じてバイパス電流を引抜する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅して出力信号を生成する増幅器回路と、
前記入力信号を受信して前記増幅器回路に駆動電流を供給することにより、前記増幅器回路の動作電流を制御する適応性バイアス回路とを含む電力増幅器モジュール。
【請求項２】
前記適応性バイアス回路は、
駆動トランジスタ入力電流が入力されて前記増幅器回路に前記駆動電流を供給する駆動トランジスタと、
前記駆動トランジスタ入力電流からバイパス電流を引き抜き、前記入力信号に応じて前記駆動電流を減少させる引抜トランジスタとを含む請求項１に記載の電力増幅器モジュール。
【請求項３】
前記駆動電流が減少する場合、前記動作電流が減少し、前記入力信号が減少する場合、前記バイパス電流が減少する請求項２に記載の電力増幅器モジュール。
【請求項４】
前記適応性バイアス回路は、
前記入力信号を受信して、前記入力信号に応じて制御電圧を調節する制御トランジスタを更に含み、
前記引抜トランジスタは、前記制御電圧に応じて前記バイパス電流を引き抜く請求項３に記載の電力増幅器モジュール。
【請求項５】
前記制御電圧が増加する場合、前記バイパス電流が増加する請求項４に記載の電力増幅器モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅器モジュールに用いられるバイアス回路に関し、更に詳しくは、出力電力が高いときは電力増幅器の線形性を高い水準に保持すると共に、出力電力が低いときは電力増幅器の電力付加効率を向上させることができる適応性バイアス回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線移動通信システムにおいて、電力増幅器は、移動通信端末機、例えば、従来のＣＤＭＡ携帯電話内の電池の寿命を決定する核心的な要素である。よって、電池の寿命を増加させるために、電力増幅器は、高効率特性を有する必要がある。従来の電力増幅器は、出力電力が一番高いときに電力付加効率が一番高いため、従来の電力増幅器の出力電力が最高レベル、例えば、３０ｄＢｍから下降することにより、従来の電力増幅器の電力付加効率は低減する。しかし、通常、従来の電力増幅器は、比較的低い出力電力、例えば、−１５ｄＢｍと１５ｄＢｍ間の領域で作動する。そこで、出力電力が高いときは、動作電流を増加させ、出力電力が低いときは、動作電流を減少させることにより、低出力電力の領域で電力増幅器の電力付加効率を向上させることができる多様な方法が開発されてきた。
【０００３】
これらの方法のうち、バイアス回路の電源電圧ＶＣＣまたはベースバイアス電圧ＶＢを制御する技術と、ＶＣＣとＶＢを全て制御する二重バイアス制御技術がある。このような技術等は、共にＤＣ−ＤＣ変換器を使用する。このＤＣ−ＤＣ変換器は、制御のために、デジタル信号処理器またはＲＦカプラー及び包絡線検波器を必要とし、特に、制御がＲＦ領域で行なわれる場合は、ＲＦカプラーと包絡線検波器が同時に用いられる。
【０００４】
上記のＶＣＣ制御技術は、電力増幅器が低出力電力モードにあるとき、ＤＣ電力消費を低減させる。詳しくは、ＤＣ−ＤＣ変換器を用いることにより、ＶＣＣは、低出力電力モードでは下降するが、高出力電力モードでは上昇する。これにより、電力増幅器の効率が向上する。
【０００５】
上記のＶＢ制御技術は、ＤＣ−ＤＣ変換器を用いてＶＢを制御することにより、電力付加効率を向上させる。詳しくは、ＤＣ−ＤＣ変換器は、高出力電力領域ではバイアス電流を増加させ、低出力電力領域ではバイアス電流を減少させることにより、ＤＣ電力消費を低減させる。
【０００６】
二重バイアス制御技術は、ＶＣＣとＶＢを上述した方式で共に制御することにより、電力増幅器の電力付加効率を増加させる（Yang Kyounghoon et al., 「High efficiency class-A power amplifiers with a dual-bias-control scheme」, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.47, pp.1426-1432, Aug.1999参照）。
【０００７】
上記のあらゆる従来技術は、電力増幅器の出力電力モードに応じてＤＣ電力消費を制御するために、ＤＣ−ＤＣ変換器を用いる。しかし、これらの従来の技術は、例えば、６×６ｍｍ２の大きさの超小型の電力増幅器モジュール内にＲＦカプラー/包絡線検波器またはＤＣ−ＤＣ変換器のようなコンポーネント等を内蔵し難いという欠点を有している。よって、ＤＣ−ＤＣ変換器のような付加的なコンポーネントを必要とせずに、且つ、出力電力が高いときは、電力増幅器の線形性を良好に保持し、出力電力が低いときは、電力増幅器の電力付加効率を向上させることができる方法が求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、出力電力の変化によってＤＣ電力消費を効率良く制御することにより、出力電力が高いときは、電力増幅器の線形性を良好に保持し、出力電力が低いときは、電力増幅器の電力付加効率を向上させることができる経済的で且つ簡単な適応性バイアス回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明によるバイアス回路は、入力信号を増幅して出力信号を生成する増幅器回路と、前記入力信号を受信し、前記増幅器回路に駆動電流を供給することにより、前記増幅器回路の動作電流を制御する適応性バイアス回路とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による適応性バイアス回路は、出力電力の変化によってＤＣ電力消費を効率良く制御することにより、出力電力が高いときは電力増幅器の線形性を良好に保持し、出力電力が低いときは電力増幅器の電力付加効率を向上させることができる。
更に、本発明による適応性バイアス回路は、簡単な構造を有するため、低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１では、本発明の一実施例による適応性バイアス回路を含む電力増幅器モジュールが示されている。電力増幅器モジュールは、第１トランジスタＱ１とＲＦチョークインダクターＲＦＣとを含むＲＦ電力増幅器１０と、第２トランジスタＱ２、第３トランジスタＱ３、第４トランジスタＱ４、バイパスキャパシタＣｂ、ベース抵抗 Ｒｂ、第１バイアス抵抗Ｒ１、第２バイアス抵抗Ｒ２及びエミッタ抵抗Ｒ３を含む適応性バイアス回路２０とを備える。電力増幅器モジュールの入力端子は、ＲＦ電力増幅器１０とバイアス回路２０の両方に接続されている。ＲＦ電力増幅器１０とバイアス回路２０の両方には、ＤＣ供給電圧電源ＶＣＣが接続されており、バイアス回路２０には、制御電圧電源Ｖｒｅｇが接続されている。
【００１２】
ＲＦ電力増幅器１０は、クラス−ＡＢ電力増幅器として動作し、入力端子から入力信号を受信し、この入力信号を増幅して出力信号を生成する。このような増幅は、第１トランジスタＱ１によって行なわれ、Ｑ１のコレクタは、出力端子とＲＦチョークＲＦＣに接続し、Ｑ１のベースは入力端子に接続し、Ｑ１のエミッタはグラウンドに接続している。好ましくは、第１トランジスタＱ１は、マルチセル構造を有する。ＲＦ電力増幅器１０の動作点は、動作電流ＩＣＱ１、すなわち、信号成分が除外された第１トランジスタＱ１のコレクタ電流によって決定される。ＲＦチョークＲＦＣは、ＤＣ供給電圧電源ＶＣＣと第１トランジスタＱ１のコレクタとの間に接続しており、ＲＦ信号がＤＣ供給電圧電源ＶＣＣに流入しないように防ぐ役割を果たす。
【００１３】
適応性バイアス回路２０はまた、入力端子から入力信号を受信し、入力信号に応じて第１トランジスタＱ１のバイアスを制御することにより、出力電力の増加または減少にあわせて、第１トランジスタＱ１の動作電流を増加または減少させる。以下、適応性バイアス回路２０を更に詳細に説明する。
【００１４】
第２トランジスタＱ２のベースは、ベース抵抗Ｒｂに接続されており、ベース抵抗Ｒｂを経由した入力信号を受信し、この信号を増幅する。第２トランジスタＱ２の入力電力は、ベース抵抗Ｒｂを変えることにより制御できる。第２トランジスタＱ２のコレクタは、第２バイアス抵抗Ｒ２とバイパスキャパシタＣｂに接続されており、第２トランジスタＱ２のエミッタは、グラウンドに接続されている。バイパスキャパシタＣｂは、ＲＦ信号をグラウンドに誘導することにより、ＲＦ信号が第４トランジスタＱ４のベースに流入することを防ぐ役割を果たす。第２バイアス抵抗Ｒ２は、第２トランジスタＱ２のコレクタと制御電圧電源Ｖｒｅｇとの間に接続されて電圧降下を起こす役割を果たす。
【００１５】
第３トランジスタＱ３は、エミッタが第１トランジスタＱ１のベースに接続されており、第１トランジスタＱ１のベースに第１トランジスタＱ１の駆動電流、すなわち、図１のＩＥ３を供給する。第３トランジスタＱ３のコレクタは、ＤＣ供給電圧電源ＶＣＣに接続されている。
【００１６】
第４トランジスタＱ４は、コレクタが第３トランジスタＱ３のベース及び第１バイアス抵抗Ｒ１の一端に接続されており、第３トランジスタＱ３のベースからバイパス電流ＩＣ４を引き抜く。これにより、第４トランジスタＱ４は、第１バイアス抵抗Ｒ１と共に動作電流ＩＣＱ１を制御することができる。第１バイアス抵抗の他端は、制御電圧電源Ｖｒｅｇに接続されている。第４トランジスタＱ４のベースは、第２トランジスタＱ２のコレクタ及びバイパスキャパシタＣｂに接続されており、第４トランジスタＱ４のエミッタは、エミッタ抵抗Ｒ３を経由してグラウンドに接続されている。
【００１７】
第３トランジスタＱ３のベース電圧と第４トランジスタＱ４のベース電圧は、図１中にそれぞれＶ１及びＶ２で表示されており、その値は下の数式によって求められる。
【００１８】
（数１）
Ｖ１＝Ｖｒｅｇ−（ＩＣ４＋ＩＢ３）Ｒ１
【００１９】
（数２）
Ｖ２＝Ｖｒｅｇ−（ＩＣ２＋ＩＢ４）Ｒ２
数１と数２を参照して、本発明による適応性バイアス回路２０の動作を説明すると、次の通りである。Ｑ１の入力電力が増加すると、Ｑ２の入力電力も増加して、Ｑ２のコレクタ電流ＩＣ２が増加する。これにより、Ｖ２が下降することにより、バイパス電流ＩＣ４が減少する。Ｖ２がＱ４をオフさせる程度に下がる場合、ＩＣ４は略０になる。バイパス電流ＩＣ４が減少することにより、第１バイアス抵抗Ｒ１における電圧降下が減少して、Ｖ１が増加する。これは、駆動電流ＩＥ３を増加させることにより、動作電流ＩＣＱ１を増加させる。これに反して、Ｑ１の入力電力が減少すると、Ｑ２の入力電力も減少して、Ｑ２のコレクタ電流ＩＣ２が減少する。その後は、次々と、Ｖ２の上昇、ＩＣ４の増加、Ｖ１の下降及びＩＥ３の減少が生じ、結果的に動作電流ＩＣＱ１は減少する。上述のように、適応性バイアス回路２０を用いることにより、Ｑ１の入力電力の増加によって、動作電流ＩＣＱ１は一定の範囲内で増加し、Ｑ１の入力電力の減少によって、動作電流ＩＣＱ１は一定の範囲内で減少する。
【００２０】
図２は、Ｑ１の出力電力、すなわち、電力増幅器モジュールの出力電力による動作電流ＩＣＱ１を示すグラフである。電力増幅器モジュールの出力電力は、電力増幅器モジュールの入力電力によって与えられ、電力増幅器モジュールの入力電力は、Ｑ１の入力電力に比例する。すなわち、Ｑ１の入力電力が増加することにより、電力増幅器モジュールの出力電力が増加する。更に、適応性バイアス回路２０の作用によって、Ｑ１の入力電力が増加すると、動作電流ＩＣＱ１は、一定の範囲内で増加する。よって、図２に示すように、電力増幅器モジュールの出力電力が適応性バイアス回路２０の作用によって増加するにより、動作電流ＩＣＱ１は、一定の範囲内で増加する。電力増幅器モジュールの出力電力が一定のしきい値、例えば、約２０ｄＢｍを越えると、Ｑ４がオフになり、ＩＣＱ１は一定の値、例えば、約１００ｍＡを保持する。上記のように、本発明の一実施例による適応性バイアス回路は、ＲＦ電力増幅器の動作電流を制御することにより、出力電力が減少する場合、動作電流が減少し、出力電力が増加する場合、動作電流が増加する。これにより、出力電力が高いときは、線形性を良好に保持すると共に、出力電力が低いときは、電力付加効率を向上させることができる。
【００２１】
上述のように、本発明は、出力電力の変化によってＤＣ電力消費を効率良く制御することにより、出力電力が高いときは、電力増幅器の線形性を良好に保持し、出力電力が低いときは、電力増幅器の電力付加効率を向上させることができる経済的で、且つ、簡単な適応性バイアス回路を提供する。上述の本発明の一実施例は、ＲＦ領域で動作する電力増幅器に用いられるが、本発明は、他の種類の増幅器または他の周波数領域で動作する電力増幅器にも用いられる。
【００２２】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当事業者は種々の改変をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例による適応性バイアス回路を含む電力増幅器モジュールを示す図。
【図２】出力電力による動作電流を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２４】
１０…ＲＦ電力増幅器  ２０…適応性バイアス回路  Ｑ１…第１トランジスタ  Ｑ２…第２トランジスタ  Ｑ３…第３トランジスタ  Ｑ４…第４トランジスタ  Ｒｂ…ベース抵抗  Ｒ１…第１バイアス抵抗  Ｒ２…第２バイアス抵抗  Ｒ３…エミッタ抵抗  ＲＦＣ…ＲＦチョークインダクタ  Ｃｂ…バイパスキャパシタ  ＶＣＣ       …ＤＣ供給電圧電源  Ｖｒｅｇ…制御電圧電源
【図１】
2004343707.tif 000003
【図２】
2004343707.tif 000004