(57)【要約】      （修正有）【課題】高周波トランジスタのベースバイアスの切替え機能と高周波トランジスタのコレクタ電源電圧の切替えることにより高周波トランジスタの低電力出力時の効率向上のできる高周波集積回路裝置を提供する。【解決手段】高周波トランジスタＱ１と、高周波トランジスタＱ１のベースにバイアス電圧を印加するバイアス回路４０とを備える高周波集積回路装置において、バイアス回路４０の電源６を高周波トランジスタの電源７に半導体素子Ｑ４を介して接続した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体増幅素子と、前記半導体増幅素子にバイアス電圧を印加するバイアス回路とを備える高周波集積回路装置において、
前記半導体増幅素子のアイドル電流を前記半導体増幅素子の電源電圧の変化に応じて変化させることができるように、前記バイアス回路の電源を前記半導体増幅素子の電源に半導体素子を介して接続したことを特徴とする高周波集積回路装置。
【請求項２】
前記半導体素子がトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の高周波集積回路装置。
【請求項３】
前記半導体素子がダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の高周波集積回路装置。
【請求項４】
電力増幅回路として働き、更に、前記電力増幅回路において、前記半導体素子が高周波トランジスタであると共に、前記バイアス回路が、前記高周波トランジスタのベースバイアスを発生するバイアス発生回路と前記バイアス発生回路の温度補償する温度補償回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の高周波集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波集積回路装置、特に、低電力出力時と高電力出力時における増幅器の設定バイアスの切替えを行い、低電力出力時の効率を向上するように、バイポーラトランジスタを用いたＣＤＭＡ変調方式携帯端末用送信電力増幅回路である高周波集積回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤＭＡ変調方式携帯端末用送信電力増幅回路は、通信時に電力制御を行うため高電力出力時の電力付加効率だけでなく低電力出力時の効率が重視される。このため、低電力出力時と高電力出力時に増幅器の設定バイアスを切替えて増幅器を動作させる。
【０００３】
このために、従来の電力増幅回路は、信号を増幅する高周波トランジスタと、高周波トランジスタのベースバイアスを供給するバイアス回路とを備えると共に、設定バイアスの切替えを行うバイアス切替えスイッチをバイアス回路に設けている（例えば、特許文献１参照。）。
更に、別の従来の電力増幅回路のバイアス回路には、バイアス発生回路と、バイアス発生回路の温度補償する温度補償回路として働く基準電圧生成回路とが設けられている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
上記のこれらの構成を有する公知の電力増幅回路において、高周波トランジスタが高電力出力時には、バイアス切替えスイッチをオフして、バイアス回路からの電圧がそのまま高周波トランジスタに供給される。この時の高周波トランジスタのベースバイアスは、高周波トランジスタが高電力出力時の歪特性を十分に満足するように設定する。
【０００５】
これに対して、高周波トランジスタが低電力出力時には、バイアス切替えスイッチをオンして、バイアス切替えスイッチに電流が流れ、高周波トランジスタのベースバイアスを下げる。高周波トランジスタが低電力出力時には、ベースバイアスを下げても高周波トランジスタがリニアな動作領域にあるため、高周波トランジスタは、歪特性を十分に満足できる条件下で動作することができる。
【０００６】
このバイアス切替えスイッチのベースバイアス切替え機能により、高周波トランジスタがリニアな動作領域である低電力出力時での効率を上げることができる。
【０００７】
又、高周波トランジスタの低電力出力時の効率を大きく向上させるためには、高周波トランジスタのコレクタ電源電圧を切替えることにより、低電力出力時には高周波トランジスタの歪特性が満足されるレベルまでコレクタ電源電圧を下げることが有効である。
【０００８】
高周波トランジスタのベースバイアスを切替えるバイアス切替えスイッチを備える上記の公知の電力増幅回路では、バイアス切替えスイッチが、バイアス回路によって設定されるベースバイアスを切替えて、高周波トランジスタのアイドル電流を減少させることにより、低電力出力時の効率を向上する。この効果は低電力出力時において１〜２％である。
【０００９】
又、低電力出力時に高周波トランジスタのコレクタ電源電圧を下げることによる効率の改善効果は、例えば、コレクタ電源電圧を３．５Ｖから１．２Ｖに切替えた場合、１５％程度に達する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−１３８１６号公報（段落１２〜１３、図１）
【特許文献２】
特開２００１−２７４６３６号公報（段落４〜５、図１０）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
高周波トランジスタのベースバイアスの切替え機能と高周波トランジスタのコレクタ電源電圧の切替え機能は、合せて用いると効率が大きく向上するが、これらの切替え機能を上記の公知の電力増幅回路に付与するためには、携帯端末における部品点数の増加やこれに伴う携帯端末の大型化等の問題が生じる。
【００１２】
この発明は、従来技術の上記問題点を解決するためになされたもので、高周波トランジスタの電源とバイアス回路の電源を接続することにより、高周波トランジスタの低電力出力時において、高周波トランジスタのコレクタ電源電圧を下げると同時に、高周波トランジスタのアイドル電流を減少させることにより、高周波トランジスタの低電力出力時の効率を上げることのできる高周波集積回路装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる高周波集積回路装置は、半導体増幅素子と、前記半導体増幅素子にバイアス電圧を印加するバイアス回路とを備える高周波集積回路装置において、前記半導体増幅素子のアイドル電流を前記半導体増幅素子の電源電圧の変化に応じて変化させることができるように、前記バイアス回路の電源を前記半導体増幅素子の電源に半導体素子を介して接続したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の各実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１にかかる高周波集積回路装置としてのＣＤＭＡ変調方式携帯端末用送信電力増幅回路の構成を示す。この電力増幅回路は、トランジスタとしてバイポーラトランジスタを用いたものであり、高周波信号を増幅する高周波トランジスタＱ１と、高周波トランジスタＱ１にベースバイアスを供給するバイアス回路４０とを備える。バイアス回路４０は、ベースバイアスを発生するバイアス発生回路２０と、バイアス発生回路２０の温度補償をする温度補償回路３０とで構成される。コレクタ電源電圧Ｖｃがコレクタ電源７から高周波トランジスタＱ１に供給されて、コレクタ電流Ｉｃが高周波トランジスタＱ１に流れる。
【００１６】
バイアス発生回路２０は、バイアス電圧Ｖｃｂを受ける電源６と、エミッタフォロア回路を形成するトランジスタＱ４及びＱ５とを備える。高周波トランジスタＱ１のベースバイアスは上記エミッタフォロア回路から出力される。トランジスタＱ４のコレクタは電源６に接続される一方、トランジスタＱ４及びＱ５のエミッタは、又、抵抗Ｒ１を有する抵抗器８を介して、接地される。トランジスタＱ５のコレクタは、抵抗Ｒ３を有する抵抗器１０を介して、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源７に接続される。
【００１７】
温度補償回路３０は、基準電圧Ｖｒｅｆを受ける端子３と、抵抗Ｒ２を有する抵抗器９と、各々がダイオード接続されたトランジスタＱ２及びＱ３とを備える。バイアス発生回路２０のトランジスタＱ４とＱ５のベースは、トランジスタＱ２と抵抗器９の接続点に接続される。温度補償回路３０は、ダイオードＱ２とＱ３のしきい値が温度により変化し、高周波トランジスタＱ１とバイパス発生回路２０のトランジスタＱ４、Ｑ５の温度によるしきい値の変化を補償することで、高周波トランジスタＱ１のアイドル電流の温度補償をする。
【００１８】
以下に、上記構成の電力増幅回路の動作を説明する。図１において、バイアス発生回路２０の電源６と高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源７を接続することにより、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源電圧Ｖｃを高周波トランジスタＱ１の低電力出力時と高電力出力時に切替えることで、高周波トランジスタＱ１のベースバイアス及びコレクタバイアスが切替えて動作される。高周波トランジスタＱ１が、例えば、ＡｌＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）である場合、バイアス発生回路２０の電源６に供給されるバイアス電圧Ｖｃｂと温度補償回路３０の端子３に供給される基準電圧Ｖｒｅｆは３Ｖ程度に設定される。
【００１９】
高周波トランジスタＱ１の高電力出力時には、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源電圧Ｖｃは、例えば、３．５Ｖと高く設定される。この時、トランジスタＱ５のコレクタ電流が十分に流れるように抵抗器１０の抵抗Ｒ３を設定し、高周波トランジスタＱ１のベースバイアスを、トランジスタＱ４及びＱ５で形成されるエミッタフォロア回路から出力する。
【００２０】
高周波トランジスタＱ１の低電力出力時には、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源電圧Ｖｃは、例えば、１．２Ｖと低く設定される。この時、トランジスタＱ５のエミッタ・コレクタ間に電位差が無くなるので、トランジスタＱ５のコレクタ電流は流れない。従って、高周波トランジスタＱ１のベースバイアスは、トランジスタＱ４のみで形成されるエミッタフォロア回路から出力されるので、高周波トランジスタＱ１のベースバイアスが低く設定されるから、高周波トランジスタＱ１のアイドル電流は、高電力出力時よりも小さく設定される。
【００２１】
高周波トランジスタＱ１において、コレクタ電源電圧Ｖｃに対するアイドル電流の変化量は、抵抗器１０の抵抗Ｒ３の大きさと、トランジスタＱ４のサイズとトランジスタＱ５のサイズの比とにより決定される。
【００２２】
この実施の形態では、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源７とバイアス回路４０の電源６が接続されているので、高周波トランジスタＱ１の低電力出力時において、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源電圧Ｖｃを下げると同時に、高周波トランジスタＱ１のアイドル電流が減少するから、高周波トランジスタＱ１の低電力出力時の効率を上げることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２にかかる高周波集積回路としてのＣＤＭＡ変調方式携帯端末用送信電力増幅回路の構成を示す。この電力増幅回路は、高周波トランジスタＱ１とバイアス回路５０を備える。
【００２４】
バイアス回路５０は、バイアス発生回路２０Ａと温度補償回路３０で構成される。高周波トランジスタＱ１のベースバイアスは、トランジスタＱ４のみで形成されるエミッタフォロア回路から出力される。トランジスタＱ４のコレクタは２本の線に分岐し、一方の線は、抵抗Ｒ４を有する抵抗器１１とダイオードＤ１を介して、バイアス発生回路２０Ａの電源６に接続され、他方の線はダイオードＤ２を介して高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源７に接続される。この電力増幅回路の他の構成は図１の電力増幅回路と同様であるので、その説明を省略する。
【００２５】
図２の電力増幅回路においては、実施の形態１と同様に、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源電圧Ｖｃを高周波トランジスタＱ１の低電力出力時と高電力出力時に切替えることで、高周波トランジスタＱ１のベースバイアス及びコレクタバイアスが切替えて動作される。実施の形態１と同様に、バイアス電圧Ｖｃｂと基準電圧Ｖｒｅｆは３Ｖ程度に設定される。
【００２６】
高周波トランジスタＱ１の高電力出力時には、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源電圧Ｖｃは、例えば、３．５Ｖと高く設定される。この時、高周波トランジスタＱ１のコレクタバイアスはダイオードＤ２を介して供給される。ダイオードＤ２をＡｌＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）で形成する場合、そのしきい電圧は１．２Ｖ程度であるので、２．３Ｖ程度のコレクタ電圧がトランジスタＱ４に供給され、トランジスタＱ４は飽和領域において動作し、十分に高いベースバイアスが高周波トランジスタＱ１に供給される。
【００２７】
高周波トランジスタＱ１の低電力出力時には、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源電圧Ｖｃは、例えば、１．２Ｖと低く設定される。この時、ダイオードＤ２はオフするので、高周波トランジスタＱ１のコレクタバイアスは、バイアス発生回路２０Ａの電源６からダイオードＤ１と抵抗１１を介して供給される。この時、トランジスタＱ４が線形領域で動作するように、トランジスタＱ４がＡｌＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）である場合、コレクタ・エミッタ間電圧が０．３Ｖ程度となるように、抵抗器１１の抵抗Ｒ４を決定し、高周波トランジスタＱ１のベースバイアスを高電力出力時よりも降下させて、高周波トランジスタＱ１のアイドル電流を減少させる。
【００２８】
ダイオードＤ１及びＤ２と抵抗器１１を用いる実施の形態２の構成は、トランジスタＱ４とＱ５で形成されるエミッタフォロア回路を用いる実施の形態１の構成に適用することもできる。
【００２９】
この実施の形態では、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源７とバイアス回路５０の電源６が接続されているので、高周波トランジスタＱ１の低電力出力時において、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源電圧Ｖｃを下げると同時に、高周波トランジスタＱ１のアイドル電流が減少するから、高周波トランジスタＱ１の低電力出力時の効率を上げることができる。
【００３０】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３にかかる高周波集積回路としてのＣＤＭＡ変調方式携帯端末用送信電力増幅回路の構成を示す。この電力増幅回路は、高周波トランジスタＱ１とバイアス回路６０を備える。
【００３１】
バイアス回路６０は、バイアス発生回路２０と温度補償回路３０Ａで構成される。実施の形態１の温度補償回路３０では、トランジスタＱ２とＱ３の各々がダイオード接続されているのに対し、温度補償回路３０Ａでは、トランジスタＱ２とＱ３がカレントミラー回路を形成すると共に、トランジスタＱ３のエミッタが抵抗１１を介して接地される。この電力増幅回路の他の構成は図１の電力増幅回路と同様であるので、その説明を省略する。
【００３２】
各々がダイオード接続されたトランジスタＱ２とＱ３を設けた図１の温度補償回路３０と比較して、トランジスタＱ２とＱ３がカレントミラー回路を形成する温度補償回路３０Ａでは、バイアス発生回路２０に対して温度補償できるレベルが大きくなるので、電力増幅回路の温度特性が更に改善される。
【００３３】
温度補償回路３０Ａにカレントミラー回路を用いる実施の形態３の構成は、実施の形態２の電力増幅回路に適用することができる。
【００３４】
この実施の形態では、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源７とバイアス回路６０の電源６が接続されているので、高周波トランジスタＱ１の低電力出力時において、高周波トランジスタＱ１のコレクタ電源電圧Ｖｃを下げると同時に、高周波トランジスタＱ１のアイドル電流が減少するから、高周波トランジスタＱ１の低電力出力時の効率を上げることができる。
更に、この実施の形態では、温度補償回路３０ＡのトランジスタＱ２とＱ３が、バイアス発生回路２０に対して温度補償できるレベルが大きいカレントミラー回路を形成するので、電力増幅回路の温度特性が更に改善される。
【００３５】
上記の各実施の形態において、高周波トランジスタＱ１は、１段増幅器として使用しているが、多段増幅器として使用することもできる。
又、上記の各実施の形態において、バイアス回路を１個のチップ上に形成しても、複数のチップ上に形成しても、同様の効果が得られる。
更に、上記の各実施の形態のバイアス発生回路において、トランジスタＱ４のみ又はトランジスタＱ４とＱ５で形成されるエミッタフォロア回路を用いているが、抵抗８をダイオードに置換しても、同様の効果が得られる。
【００３６】
又、上記の各実施の形態において、温度補償回路が、基準電圧Ｖｒｅｆにより高周波トランジスタＱ１のベース電流をオンオフ制御しない場合、実施の形態１及び３のコレクタ電源７と高周波トランジスタＱ１のベースの接続にトランジスタＱ５は不要で、抵抗１０のみでもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、半導体増幅素子と、前記半導体増幅素子にバイアス電圧を印加するバイアス回路とを備える高周波集積回路装置において、前記半導体増幅素子のアイドル電流を前記半導体増幅素子の電源電圧の変化に応じて変化させることができるように、前記バイアス回路の電源を前記半導体増幅素子の電源に半導体素子を介して接続したので、半導体増幅素子の低電力出力時において、半導体増幅素子の電源電圧を下げると同時に、半導体増幅素子のアイドル電流が減少するから、半導体増幅素子の低電力出力時の効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる高周波集積回路装置としてのＣＤＭＡ変調方式携帯端末用送信電力増幅回路の構成を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態２にかかる高周波集積回路装置としてのＣＤＭＡ変調方式携帯端末用送信電力増幅回路の構成を示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態３にかかる高周波集積回路装置としてのＣＤＭＡ変調方式携帯端末用送信電力増幅回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
３  端子、  ６  電源、  ７  コレクタ電源、  ２０  バイアス発生回路、  ３０  温度補償回路、  ４０  バイアス回路、  ５０  バイアス回路、  ６０  バイアス回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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