(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力増幅用トランジスタからなるＲＦ増幅器を具える電力増幅器のバイアス制御回路であって、
予め定められたＶｒｅｆピンに接続され第１バイアス電流を前記電力増幅用トランジスタに供給する第１アクティブバイアストランジスタを具えるバイアス回路と、
ダイオードが予め定められたＶｃｏｎピンと第２アクティブバイアストランジスタのコレクタとの間に位置して、それにより前記電力増幅用トランジスタの第２バイアス電流を制御する、前記ダイオードと前記第２アクティブバイアストランジスタとを具えるバイアス電流制御回路とを含み、
前記第１アクティブバイアストランジスタ及び前記第２アクティブバイアストランジスタのベースに共通のベースバイアスが供給され、
前記第１アクティブバイアストランジスタ及び前記第２アクティブバイアストランジスタの各々のエミッタが、前記電力増幅用トランジスタのベースに共通に接続される、電力増幅器のバイアス制御回路。
【請求項２】
前記第２アクティブバイアストランジスタは、前記ＶｃｏｎがＨｉｇｈであるときは、第１の値の第２バイアス電流を提供し、前記ＶｃｏｎがＬｏｗであるときは、第２の値の第２バイアス電流を提供し、前記第１の値が前記第２の値より大きいことから、前記ＶｃｏｎがＬｏｗであるとき、前記第２バイアス電流を減少させ、前記ＶｃｏｎがＨｉｇｈであるとき、前記第２バイアス電流を増加させる請求項１に記載の電力増幅器のバイアス制御回路。
【請求項３】
前記ＶｃｏｎがＬｏｗであるとき、前記第２アクティブバイアストランジスタが遮断され、且つ、前記第２の値が０になる請求項２に記載の電力増幅器のバイアス制御回路。
【請求項４】
前記ＶｃｏｎがＨｉｇｈであるとき、前記Ｖｃｏｎの電圧は略２．８Ｖ〜３．３Ｖであり、前記ＶｃｏｎがＬｏｗであるとき、前記Ｖｃｏｎの電圧は略０Ｖ〜０．５Ｖである請求項３に記載の電力増幅器のバイアス制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力増幅器のバイアス制御回路に関し、更に詳しくは、電力増幅器の出力電力が多く使用される領域における電力付加効率（ＰＡＥ；Power added efficiency）を大いに増加させるバイアス制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力増幅器は無線受信機のバッテリの使用寿命を大きく左右する部品であるため、バッテリの使用寿命を増加させるために、高い効率特性が求められている。一般に、電力増幅器の電力付加効率は、出力電力が一番大きいレベルで一番大きく表れるため、最大出力が、例えば、略３０ｄＢｍから低減するほど、前記電力付加効率は低くなる。一方、電力増幅器の出力電力が使用される確率は、例えば、出力電力が−１５ｄＢｍ〜１５ｄＢｍの範囲で一番高いことから、この領域における電力付加効率を改善させる方法が提案されている。これは、電力増幅器の出力電力が大きい高出力電力モードでは、クワイエセント（quiescent）電流を大きくし、電力増幅器の出力電力が小さい低出力電力モードでは、バイアス電流を小さくすることにより、可能になる。
【０００３】
電力増幅器の電力付加効率を改善させる方法として、直流サプライ（DC Supply）であるＶｃｃを制御する方法、バイアス回路のＶＢ（Base bias Voltage）を制御する方法、及びＶｃｃとＶＢの両方を制御するデュアルバイアス制御方法などがある。これらの方法は、ＤＣ−ＤＣコンバータを利用しており、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御するためには、ＤＳＰ（digital signal processor）またはＲＦ（Radio Frequency）カップラーを必要とし、特に前記制御をＲＦ領域で実現するためには、ＲＦカップラーを必要とする。
【０００４】
上述したＶｃｃを制御する方法は、電力増幅器が低出力電力モードであるとき、ＤＣ電力消耗を小さくするためのものである。詳細に、出力電力が小さいときは、Ｖｃｃ電圧を小さくし、出力電力が大きいときは、Ｖｃｃ電圧を大きくするＤＣ−ＤＣコンバータを利用することにより、電力増幅器の電力付加効率を増加させる方法である。
【０００５】
上述したＶＢを制御する方法は、ＤＣ−ＤＣコンバータを利用して電力付加効率を改善させる。更に詳しくは、出力電力が小さいときは、ＤＣ−ＤＣコンバータが電力増幅器のバイアス電流を小さくしてＤＣ電力消費を減らし、出力電力が大きいときは、ＤＣ−ＤＣコンバータがバイアス電流を大きくする方法である。
【０００６】
前記デュアルバイアス制御方法は、上記のような方法でＶｃｃ制御方法とＶＢ制御方法を同時に用いて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方法である。
【０００７】
このような全ての従来の技術等は、ＤＣ−ＤＣコンバータを利用して、電力増幅器の出力電力モードによってＤＣ電力消費を制御する方法である。しかし、電力増幅器のモジュールの大きさが略６×６ｍｍ２で極めて小さいことから、ＲＦカップラー及びＤＣ−ＤＣコンバータのような部品を実装するには困難があり、未だ商品化されていない実状である。よって、ＤＣ−ＤＣコンバータのような付加的な部品なしに、低出力電力モードにおける電力増幅器の電力付加効率を高める方法の開発が必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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、高出力電力モード及び低出力電力モードにおいてＤＣ電力消費を効率的に制御することができる低コスト化、小型化のバイアス制御回路を提供し、高出力電力モードにおける電力付加効率に影響を与えずに低出力電力モードにおける電力付加効率を大いに改善させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の実施の形態は、電力増幅用トランジスタからなるＲＦ増幅器を具える電力増幅器のバイアス制御回路であって、予め定められたＶｒｅｆピンに接続され第１バイアス電流を前記電力増幅用トランジスタに供給する第１アクティブバイアストランジスタを具えるバイアス回路と、ダイオードが予め定められたＶｃｏｎピンと第２アクティブバイアストランジスタのコレクタとの間に位置して、それにより前記電力増幅用トランジスタの第２バイアス電流を制御する、前記ダイオードと前記第２アクティブバイアストランジスタとを具えるバイアス電流制御回路とを含む電力増幅器のバイアス制御回路を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の好適な一実施の形態による電力増幅器のバイアス制御回路の構成図である。バイアス回路１２及びバイアス電流制御回路１４が、ＲＦ増幅器１０のＲＦ入力端に接続されている。ＲＦ増幅器１０は、マルチセルトランジスタからなる。バイアス回路１２は、抵抗Ｒｂ、ダイオードＤ１、Ｄ２及びアクティブバイアストランジスタＨＢＴ１からなる。バイアス電流制御回路１４は、ダイオードＤ３及びアクティブバイアストランジスタＨＢＴ２からなる。アクティブバイアストランジスタＨＢＴ１及びＨＢＴ２のベースに共通のベースバイアスが供給され、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ１及びＨＢＴの各々のエミッタが電力増幅用トランジスタのベースに共通に接続される。
【００１２】
アクティブバイアストランジスタＨＢＴ１及びＨＢＴ２は、ＲＦ増幅器１０のベース電流を駆動する役割を果たす。詳細に説明すると、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ１は、基準電圧Ｖｅｒｆピンに接続されて、正常動作を行なうと共に、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２は、制御電圧Ｖｃｏｎピンに接続されて、ＶｃｏｎピンのＨｉｇｈまたはＬｏｗ電圧モードによりオン／オフされ、ＲＦ増幅器１０のベース電流を制御する。ここで、ダイオードＤ３は、ＶｃｏｎがＬｏｗであるとき、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２のコレクタ電位が低いため、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２が飽和モード（saturation mode）で動作することを防止するために挿入されている。
【００１３】
制御電圧Ｖｃｏｎは、従来のＣＤＭＡモバイルハンドセットの予め定められた移動局モデムにより提供されるので、制御電圧Ｖｃｏｎを提供するために別途の付加的な回路を必要としない。例えば、図４によると、出力電力が２０ｄＢｍ以上である場合、ＶｃｏｎがＨｉｇｈであり（高出力電力モード）、且つ、出力電力が２０ｄＢｍ未満である場合、ＶｃｏｎがＬｏｗである（低出力電力モード）。
【００１４】
ＲＦ増幅器１０の動作点は、ＲＦ増幅器１０のベースに流れる電流量によって異なる。ベースとしての電流量が大きくなるほど、ＲＦ増幅器１０は略クラスＡとして動作するため、ＲＦ増幅器１０の線形性は良好になるが、電力増幅器の効率特性は悪化する。それと反対に、ベースとしての電流量が小さくなると、ＲＦ増幅器１０は略クラスＢになり、ＲＦ増幅器１０の線形性は悪化するが、効率特性は良好になる。
【００１５】
アクティブバイアストランジスタＨＢＴ１は、Ｖｃｏｎ信号のモードにかかわらず、常にアクティブモードで動作することになり、一定量の第１電流（例えば、６８ｍＡ／β、βはフォワード電流利得）をＲＦ増幅器１０のベースに供給する。これに反して、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２のコレクタがダイオードＤ３を介してＶｃｏｎピンに接続されているため、ＶｃｏｎがＨｉｇｈ（例えば、２．８Ｖ〜３．３Ｖ）である場合、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２がアクティブモードで動作し、ＲＦ増幅器１０のベースに第２電流（例えば、３２ｍＡ／β）を付加的に供給する。他方、ＶｃｏｎがＬｏｗ（例えば、０Ｖ〜０．５Ｖ）である場合、ダイオードＤ３の存在のため、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２のコレクタの電位がＶｃｏｎの電位より高くなるので、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２は、ＲＦ増幅器１０のベースに第２電流を供給することができなくなる。よって、ＶｃｏｎがＬｏｗ（例えば、０〜０．５Ｖ）である場合、ＲＦ増幅器１０は、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ１から供給された第１電流のみにより動作するため、ＲＦ増幅器１０は、電力付加効率特性が向上した略クラスＢとして動作させることができる。
【００１６】
アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２のコレクタとＶｃｏｎピンとの間に挿入されたダイオードＤ３が除去される場合、Ｖｃｏｎの低電圧モードにおいて、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２のコレクタ電位が低くなり、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２が飽和モードで動作することになり、且つ、ベース電流が大いに増加することになる。従って、抵抗Ｒｂにおける電圧降下が大きくなり、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ１のベース電圧を低減し、よって、全バイアス回路が正常に動作できない現象を起す。
【００１７】
この動作原理により、図２にはＶｃｏｎの２つのモードによって「Ｃａｓｃａｄｅ２段電力増幅器」の動作点を示し、各動作点は、並列式に連結されたアクティブバイアストランジスタの個数によって調節が可能である。
【００１８】
図３では、出力電力範囲が−５ｄＢｍ〜２５ｄＢｍであるとき、クワイエセント電流を、例えば、６８ｍＡ及び１００ｍＡに設定した場合の出力電力に対する電力付加効率及び電力付加効率の増加率を示す。出力電力が−５ｄＢｍから増加されるとき、電力付加効率の増加率は４７％から減少する。出力電力が、例えば、２０ｄＢｍ以上であるときは、電力付加効率の増加率が負の値を有することになる。従って、２０ｄＢｍ以上の出力電力レベルでは、Ｖｃｏｎの値をＨｉｇｈに設定して高出力電力モードに動作させる。出力電力が一番多く使用される−１５ｄＢｍ〜１５ｄＢｍの範囲での電力付加効率の増加率は、１５ｄＢｍの出力電力で１６．１％であり、１０ｄＢｍ未満の出力電力では３０％以上の大きい増加率を有する。本発明による上記の回路は、アクティブバイアスに使用されるトランジスタを分離して使用することにより、ＭＭＩＣ内に実現することができる。ここで、分離された複数個のアクティブバイアストランジスタの面積の和は、分離される前のアクティブバイアストランジスタの面積とほぼ等しくなるように設定する。従って、本発明による上記の回路は、アクティブバイアストランジスタの総面積の増加無しに実現され得る。新しく追加される回路は、ダイオードＤ３のみであるため、増加される面積は殆ど無視できるほどであり、高出力電力モード及び低出力電力モードを制御するために追加のＤＣ電力消費はない。
【００１９】
図４では、ＲＦ増幅器が出力電力２０ｄＢｍで低出力電力モードから高出力電力モードに、または高出力電力モードから低出力電力モードに切替えられる場合に、出力電力に対するＲＦ増幅器の利得及び電力付加効率を示す。高出力電力モードにおいて、２段ＲＦ増幅器１０のクワイエセント電流は、例えば、１００ｍＡに設定され、これはバイアス制御回路を具えない典型的なＲＦ増幅器のバイアス電流として広く通用されている。低出力電力モードにおいて、バイアス電流は、例えば、６８ｍＡに設定される。前記切替の基準出力電力は、例えば、２０ｄＢｍに設定される。クワイエセント電流が、例えば、６８ｍＡである場合は、利得が２０．５ｄＢであり、クワイエセント電流が、例えば、１００ｍＡである場合は、利得が２４．５ｄＢである。
【００２０】
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、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電力増幅器の出力電力の全範囲中で一番多く使用される出力電力領域における電力付効率を改善させる方法で、高出力電力モード及び低出力電力モードを制御するための余分の殆どのＤＣ電力消耗無しに効率を大いに改善することができる回路として、電力増幅器のＭＭＩＣ内に集積され、小型化、低コスト化及び高効率化された電力増幅器を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好適な実施の形態による電力増幅器のバイアス制御回路の構成図である。
【図２】  ２段電力増幅器の低出力電力モード及び高出力電力モードにおけるクワイエセント電流のシミュレーションを示すグラフである。
【図３】  電力増幅器の出力電力に対する低出力電力モード及び高出力電力モードにおける電力付加効率及び電力付加効率の増加率のシミュレーションを示すグラフである。
【図４】  電力増幅器が出力電力２０ｄＢｍで低出力電力モードから高出力電力モードに、または高出力電力モードから低出力電力モードに切替わるとき、出力電力に対する利得及び電力付加効率のシミュレーションを示すグラフである。
【符号の説明】
１０…ＲＦ増幅器  １２…バイアス回路  １４…バイアス電流制御回路
【図１】
0004694772.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004694772.tif 000004
【図４】
0004694772.tif 000005