(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号を増幅する増幅素子と、
外部から参照端子に印加された参照電圧に応じて前記増幅素子を定電圧駆動するエミッタフォロワ部と、
前記参照電圧に応じて前記増幅素子を定電流駆動する電流注入部と、
外部から制御端子に印加された制御電圧に応じて前記エミッタフォロワ部の出力電圧をアナログ的に制御するアナログ制御部と、
前記制御電圧に応じて前記エミッタフォロワ部を動作させるか否かを切り替えるモード切替部とを備え、
前記エミッタフォロワ部は、
ベースが前記参照端子に接続され、コレクタがコレクタ電源に接続され、エミッタが前記増幅素子の入力端子に接続された第１のトランジスタと、
コレクタが前記第１のトランジスタのエミッタに接続され、エミッタが接地された第２のトランジスタとを有し、
前記アナログ制御部は、
ベースが前記制御端子に接続され、コレクタが第１の抵抗を介して前記参照端子に接続され、エミッタが接地された第３のトランジスタと、
ベースが前記第１の抵抗を介して前記参照端子に接続され、コレクタが前記コレクタ電源に接続され、エミッタが前記第２のトランジスタのベースに接続された第４のトランジスタとを有することを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
ＲＦ信号を増幅する増幅素子と、
外部から参照端子に印加された参照電圧に応じて前記増幅素子を定電圧駆動するエミッタフォロワ部と、
前記参照電圧に応じて前記増幅素子を定電流駆動する電流注入部と、
外部から制御端子に印加された制御電圧に応じて前記エミッタフォロワ部の出力電圧をアナログ的に制御するアナログ制御部と、
前記制御電圧に応じて前記エミッタフォロワ部を動作させるか否かを切り替えるモード切替部とを備え、
前記モード切替部は、前記制御電圧に応じて、前記参照端子から前記エミッタフォロワ部に入力される電流を引き抜くか否かを切り替えるスイッチを有することを特徴とする電力増幅器。
【請求項３】
前記モード切替部は、入力端子が前記制御端子に接続され、出力端子が前記スイッチの入力端子に接続された電界効果トランジスタを更に有することを特徴とする請求項２に記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記モード切替部は、前記電界効果トランジスタの出力端子と前記スイッチの入力端子との間に接続されたショットキーバリアダイオードを更に有することを特徴とする請求項３に記載の電力増幅器。
【請求項５】
前記モード切替部は、前記電界効果トランジスタの出力端子と接地点との間に接続された第２の抵抗を更に有することを特徴とする請求項３に記載の電力増幅器。
【請求項６】
前記モード切替部は、前記制御電圧に応じて前記エミッタフォロワ部にコレクタ電圧を印加するか否かを切り替えるスイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項７】
ＲＦ信号を増幅する増幅素子と、
外部から参照端子に印加された参照電圧に応じて前記増幅素子を定電圧駆動するエミッタフォロワ部と、
前記参照電圧に応じて前記増幅素子を定電流駆動する電流注入部と、
外部から制御端子に印加された制御電圧に応じて前記エミッタフォロワ部の出力電圧をアナログ的に制御するアナログ制御部と、
前記制御電圧に応じて前記エミッタフォロワ部を動作させるか否かを切り替えるモード切替部とを備え、
前記モード切替部は、
前記エミッタフォロワ部の出力端子と前記増幅素子の入力端子との間に接続された第３の抵抗と、
前記第３の抵抗にそれぞれ並列接続された複数の第４の抵抗と、
それぞれ個別に制御電圧が印加される複数の制御端子と、
対応する制御端子に印加された制御電圧に応じて、対応する第４の抵抗を前記第３の抵抗にそれぞれ接続するか否かを切り替える複数のスイッチとを有することを特徴とする電力増幅器。
【請求項８】
前記電流注入部は、
前記参照端子と前記増幅素子の入力端子との間に接続され、半導体層で作られた第５の抵抗と、
前記第５の抵抗に直接接続され、薄膜金属で作られた第６の抵抗とを有することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の電力増幅器。
【請求項９】
ＲＦ信号を増幅する増幅素子と、
外部から参照端子に印加された参照電圧に応じて前記増幅素子を定電圧駆動するエミッタフォロワ部と、
前記参照電圧に応じて前記増幅素子を定電流駆動する電流注入部と、
外部から制御端子に印加された制御電圧に応じて前記エミッタフォロワ部の出力電圧をアナログ的に制御するアナログ制御部と、
前記制御電圧に応じて前記エミッタフォロワ部を動作させるか否かを切り替えるモード切替部とを備え、
前記電流注入部は、
前記参照端子と前記増幅素子の入力端子との間に接続された第５の抵抗と、
アノードが前記参照端子に接続され、カソードが接地されたダイオードと、
前記ダイオードに直列接続された第６の抵抗とを有することを特徴とする電力増幅器。
【請求項１０】
前記制御電圧に応じて前記増幅素子をシャットダウンさせるシャットダウン回路を更に有することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御電圧に応じて増幅素子のアイドル電流をアナログ的に制御することができ、かつ制御電圧に応じてバイアスモードを切り替えることもできる電力増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＣＤＭＡをはじめとする携帯電話用電力増幅器として、ＧａＡｓ−ＨＢＴ(Heterojunction Bipolar Transistor)電力増幅器が広く用いられている。図１５は、従来のＧａＡｓ−ＨＢＴ電力増幅器を示す回路図である。点線枠内がＧａＡｓチップであり、それ以外の回路素子はモジュール基板上にチップ部品や線路によって形成されている。
【０００３】
図中において、Ｔｒ１，Ｔｒ２はＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＧａＡｓ−ＨＢＴ）であり、それぞれ前段増幅素子，後段増幅素子である。Ｂｉａｓ１は前段増幅素子を駆動する前段バイアス回路、Ｂｉａｓ２は後段増幅素子を駆動する後段バイアス回路である。
【０００４】
Ｖｃ１，Ｖｃ２はそれぞれ前段，後段増幅素子用のコレクタ電源端子、Ｖｃｂはバイアス回路Ｂｉａｓ１，Ｂｉａｓ２の電源端子、Ｖｒｅｆはバイアス回路Ｂｉａｓ１，Ｂｉａｓ２に制御電圧を印加する端子である。ＩＮはＲＦ信号入力端子、ＯＵＴはＲＦ出力信号端子、Ｒｂ１，Ｒｂ２，Ｒｂ１２，Ｒｂ２２は抵抗、Ｃ１〜Ｃ４，Ｃ２１〜Ｃ２３，Ｃｄ１，Ｃｄ２，Ｃｄｂは容量、Ｌ１，Ｌ２はインダクタである。Ｌ１１，Ｌ２１〜Ｌ２３は特定の電気長を有する線路でインダクタとして作用する。
【０００５】
図１６は、従来の電力増幅器を示す回路図である。このバイアス回路は上記の後段バイアス回路Ｂｉａｓ２である。ただし、前段バイアス回路Ｂｉａｓ１も同様である。図中において、Ｖｒｅｆｂは外部から参照電圧が印加される端子、Ｔｒｂ１〜Ｔｒｂ５はＧａＡｓ−ＨＢＴ、Ｒｂｂ１〜Ｒｂｂ６，Ｒｂ２２は抵抗である。
【０００６】
Ｔｒｂ１を含むエミッタフォロワ回路は、増幅素子Ｔｒ２の入力端子に参照電圧に応じた電圧を印加する。そして、端子ＲＦｉｎから入力されたＲＦ信号は、入力整合回路の容量Ｃ４を介して増幅素子Ｔｒのベースに入力される。そして、増幅されたＲＦ信号が、増幅素子Ｔｒ２のコレクタから端子ＲＦｏｕｔに出力される。このバイアス回路は、増幅素子のアイドル電流を温度変化に対して一定に保つように動作する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３４３２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年になって高出力動作（２７ｄＢｍ程度）時に加えて低出力動作（０ｄＢｍ程度）時での効率向上が重要となってきている。これは、基地局が比較的密集している都市部では携帯電話は主に低出力で動作しており、低出力動作時の効率向上が携帯電話の通話時間にとって重要だからである。
【０００９】
そこで、発明者は、外部から与える制御電圧によって増幅素子のアイドル電流をアナログ的に制御する電力増幅器を発明した。出力電力に応じて制御電圧を変えてアイドル電流を最適化することで、低出力動作時の効率を向上することができる。
【００１０】
図１７は、外部から与える制御電圧によって増幅素子のアイドル電流をアナログ的に制御する電力増幅器を示す回路図である。Ｔｒ１は第１の増幅素子、Ｔｒ２は第２の増幅素子である。Ｖｃは増幅段のコレクタ電源端子、Ｖｃｂはバイアス回路のコレクタ電源端子、Ｖｒｅｆは外部から参照電圧（通常２．８〜２．９Ｖ）が印加される参照端子、Ｖｃｏｎは外部から制御電圧が印加される制御端子である。Ｔｒｂ１〜Ｔｒｂ５，Ｔｒａ１〜Ｔｒａ３はＧａＡｓ−ＨＢＴ、Ｒｂ１〜Ｒｂ６，Ｒａ１〜Ｒａ６は抵抗である。なお、入力整合回路および出力整合回路は省略している。
【００１１】
端子ＲＦｉｎから入力されたＲＦ信号は、入力整合回路の容量Ｃ１を介して第１の増幅素子Ｔｒ１のベース（入力端子）に入力される。そして、第１の増幅素子Ｔｒ１はＲＦ信号を増幅して、コレクタ（出力端子）から端子ＲＦｏｕｔに出力する。第２の増幅素子Ｔｒ２のコレクタ（出力端子）は第１の増幅素子Ｔｒ１のコレクタに接続され、両者は伝送線路Ｌを介して電源端子Ｖｃに接続されている。第１の増幅素子Ｔｒ１のベースと第２の増幅素子Ｔｒ２のベースとの間に容量Ｃ２が接続され、第１の増幅素子Ｔｒ１と第２の増幅素子Ｔｒ２は容量結合されている。
【００１２】
Ｔｒｂ１のエミッタは抵抗Ｒｂ１を介してＴｒ１のベースに接続されている。Ｔｒｂ１のベースは抵抗Ｒｂ２を介して参照端子Ｖｒｅｆに接続されている。Ｔｒｂ１のコレクタは電源端子Ｖｃｂに接続されている。
【００１３】
Ｔｒｂ２のコレクタは抵抗Ｒｂ３を介してＴｒｂ１のエミッタに接続されている。Ｔｒｂ２のエミッタは接地されている。Ｔｒｂ３のベースは抵抗Ｒｂ２，Ｒｂ４を介して参照端子Ｖｒｅｆに接続されている。Ｔｒｂ３のコレクタは抵抗Ｒｂ５を介して電源端子Ｖｃｂに接続されている。Ｔｒｂ３のエミッタは、Ｔｒｂ２のベースに接続され、抵抗Ｒｂ６を介して接地されている。Ｔｒｂ４のベースおよびコレクタは、抵抗Ｒｂ２を介して参照端子Ｖｒｅｆに接続されている。Ｔｒｂ５のベースおよびコレクタはＴｒｂ４のエミッタに接続されている。Ｔｒｂ５のエミッタは接地されている。
【００１４】
上記の抵抗Ｒｂ３〜Ｒｂ６およびＴｒｂ１〜Ｔｒｂ３からなるエミッタフォロワ回路は、参照端子Ｖｒｅｆに印加された参照電圧に応じた電圧を第２の増幅素子Ｔｒ２のベースに印加する。
【００１５】
また、参照端子Ｖｒｅｆと第１の増幅素子Ｔｒ１のベースとの間に、第１の抵抗Ｒａ１と第２の抵抗Ｒａ２が直列に接続されている。第１のトランジスタＴｒａ１のコレクタは、抵抗Ｒａ３を介して参照端子Ｖｒｅｆに接続されている。制御端子Ｖｃｏｎに印加された制御電圧が、抵抗Ｒａ４を介して第１のトランジスタＴｒａ１のベースに印加される。第１のトランジスタＴｒａ１のエミッタと接地点との間に第３の抵抗Ｒａ５が接続されている。
【００１６】
トランジスタＴｒａ２のベースおよびコレクタは抵抗Ｒａ６を介して第１のトランジスタＴｒａ１のコレクタに接続され、エミッタは接地されている。トランジスタＴｒａ３のベースはトランジスタＴｒａ２のコレクタに接続され、コレクタは第１の抵抗Ｒａ１と第２の抵抗Ｒａ２の接続点に接続され、エミッタは接地されている。これらのトランジスタＴｒａ２，Ｔｒａ３はカレントミラー回路を構成し、第１のトランジスタＴｒａ１のコレクタから入力した電流に比例した電流を、第１の抵抗Ｒａ１と第２の抵抗Ｒａ２との接続点から引き抜く。これにより、電流Ｉａ２は、制御電圧に応じて線形に変化する。
【００１７】
端子Ｖｃｏｎに印加された制御電圧がＬｏｗ（ＧａＡｓのｐｎ接合のビルトイン電圧Ｖｂより小さい電圧、例えば１．２Ｖ）の場合は、第１のトランジスタＴｒａ１はＯＦＦとなる。このため、電流Ｉａ３は全て電流Ｉａ４としてトランジスタＴｒａ２に流れる。Ｔｒａ２とＴｒａ３はカレントミラーを構成するため、電流Ｉａ４をミラー倍したカレント電流ＩｃがＴｒａ３に流れる。このカレント電流Ｉｃが電流Ｉａ１を全て吸収するように回路定数を設定しておくと、電流Ｉａ２が流れないので、アイドル電流Ｉｃｑ１は流れない。
【００１８】
一方、端子Ｖｃｏｎに印加された制御電圧がＨｉｇｈ（例えば２．５Ｖ）の場合に、第１のトランジスタＴｒａ１はＯＮとなる。この場合に電流Ｉａ３がほとんど電流Ｉａ５となり、電流Ｉａ６がほとんど流れないように回路定数を設定しておくと、カレントミラー電流Ｉｃも流れないので、電流Ｉａ１は全て電流Ｉａ２として第１の増幅素子Ｔｒ１のベースに給電され、アイドル電流Ｉｃｑ１が流れる。ただし、本実施の形態では、第２の増幅素子Ｔｒ２のアイドル電流Ｉｃｑ２は、制御電圧がＨｉｇｈかＬｏｗかに関わらず一定である。
【００１９】
上記の構成により、制御端子Ｖｃｏｎに印加される制御電圧に応じて、アイドル電流をアナログ的に制御することができる。そして、高抵抗エミッタ負荷である抵抗Ｒａ５とカレントミラー回路であるＴｒａ２，Ｔｒａ３を設けたことで、図１８に示すように、制御電圧とアイドル電流の関係を線形に保つことができる。従って、アイドル電流の制御性が良い。
【００２０】
また、増幅素子にバイアスを印加するエミッタフォロワ回路（Ｒｂ３〜Ｒｂ６，Ｔｒｂ１〜Ｔｒｂ３）と、増幅素子のアイドル電流を制御する回路（Ｒａ１〜Ｒａ６，Ｔｒａ１〜Ｔｒａ３）とを分割することにより、素子バラツキの影響を受け難く、安定した温度特性を持つことができる。
【００２１】
なお、エミッタフォロワ回路のＴｒｂ１およびダイオード接続のＴｒｂ４をエンハンスメント型電界効果トランジスタに変更してもよい。これにより、参照電圧（約２．８〜２．９Ｖ）を２．０Ｖ以下に低減することができる。
【００２２】
携帯電話用電力増幅器の重要な性能指標として、歪み特性である隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＬＲ）が挙げられる。ＡＣＬＲは主に電力増幅器の電力利得および通過位相の出力電力特性によって決まる。従って、電力利得および通過位相の出力電力に対する平坦性を向上させることにより、ＡＣＬＲを低くすることができる。この電力利得および通過位相の平坦性は、増幅素子のバイアスモードと密接な関係がある。
【００２３】
図１９は、定電圧駆動モードにおける電力利得および通過位相の出力電力特性を示す図であり、図２０は、定電流駆動モードにおける電力利得および通過位相の出力電力特性を示す図である。両モードを比較すると、電力利得および通過位相ともに相反する出力電力特性を示す。
【００２４】
図１７の回路の場合、制御電圧に応じてバイアスモードを切り替えることはできないため、低出力動作（低制御電圧）時はエミッタフォロワベースのバイアス回路だけが動作し、バイアスモードは定電圧駆動モードに近くなる。従って、図１７の回路を適用した増幅段を２段持つ電力増幅器の場合、低出力動作時に初段、終段共に定電圧駆動モードに近い動作となり、電力利得および通過位相の平坦性が悪化し、低ＡＣＬＲ特性が得られなかった。
【００２５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、制御電圧に応じて増幅素子のアイドル電流をアナログ的に制御することができ、かつ制御電圧に応じてバイアスモードを切り替えることもできる電力増幅器を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明に係る電力増幅器は、ＲＦ信号を増幅する増幅素子と、外部から参照端子に印加された参照電圧に応じて増幅素子を定電圧駆動するエミッタフォロワ部と、参照電圧に応じて増幅素子を定電流駆動する電流注入部と、外部から制御端子に印加された制御電圧に応じてエミッタフォロワ部の出力電圧をアナログ的に制御するアナログ制御部と、制御電圧に応じてエミッタフォロワ部を動作させるか否かを切り替えるモード切替部とを備え、エミッタフォロワ部は、ベースが参照端子に接続され、コレクタがコレクタ電源に接続され、エミッタが増幅素子の入力端子に接続された第１のトランジスタと、コレクタが第１のトランジスタのエミッタに接続され、エミッタが接地された第２のトランジスタとを有し、アナログ制御部は、ベースが制御端子に接続され、コレクタが第１の抵抗を介して参照端子に接続され、エミッタが接地された第３のトランジスタと、ベースが第１の抵抗を介して参照端子に接続され、コレクタがコレクタ電源に接続され、エミッタが第２のトランジスタのベースに接続された第４のトランジスタとを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、制御電圧に応じて増幅素子のアイドル電流をアナログ的に制御することができ、かつ制御電圧に応じてバイアスモードを切り替えることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力増幅器を示す回路図である。この回路は、エミッタフォロワを含むバイアス回路を同一のＧａＡｓチップ上に集積化したＨＢＴ電力増幅器である。なお、入力整合および出力整合回路は省略している。
【００２９】
端子ＲＦｉｎから入力されたＲＦ信号は、容量Ｃｃｃを介して増幅素子Ｔｒ１のベース（入力端子）に入力される。そして、増幅素子Ｔｒ１はＲＦ信号を増幅して、コレクタ（出力端子）から端子ＲＦｏｕｔに出力する。増幅素子Ｔｒ１のコレクタは伝送線路Ｌを介してコレクタ電源端子Ｖｃ２に接続されている。増幅素子Ｔｒ１を駆動するバイアス回路は、エミッタフォロワ部と、電流注入部と、アナログ制御部と、モード切替部とを有する。
【００３０】
エミッタフォロワ部は、トランジスタＴｒｂ１〜Ｔｒｂ５および抵抗Ｒｂｂ１〜Ｒｂｂ７を有する。トランジスタＴｒｂ１（第１のトランジスタ）は、ベースが抵抗Ｒｂｂ１，Ｒｂｂ６を介して参照端子Ｖｒｅｆに接続され、コレクタがコレクタ電源に接続され、エミッタが抵抗Ｒｂｂ７を介して増幅素子Ｔｒ１の入力端子に接続されている。トランジスタＴｒｂ２（第２のトランジスタ）は、コレクタが抵抗Ｒｂｂ５を介してトランジスタＴｒｂ１のエミッタに接続され、エミッタが接地されている。トランジスタＴｒｂ３は、ベースが抵抗Ｒｂｂ１，Ｒｂｂ２を介して参照端子Ｖｒｅｆに接続され、コレクタが抵抗Ｒｂｂ４を介してコレクタ電源に接続され、エミッタが抵抗Ｒｂｂ３を介して接地され、かつトランジスタＴｒｂ２のベースに接続されている。Ｔｒｂ４のベースおよびコレクタは、抵抗Ｒｂｂ１を介して参照端子Ｖｒｅｆに接続されている。Ｔｒｂ５のベースおよびコレクタはＴｒｂ４のエミッタに接続され、Ｔｒｂ５のエミッタは接地されている。
【００３１】
電流注入部は、参照端子Ｖｒｅｆと増幅素子Ｔｒ１の入力端子との間に接続された抵抗Ｒｉ１を有する。
【００３２】
アナログ制御部は、Ｔｒｄ１〜Ｔｒｄ２および抵抗Ｒｄ１〜Ｒｄ６を有する。トランジスタＴｒｄ１（第３のトランジスタ）は、ベースが抵抗Ｒｄ４を介して制御端子Ｖｃｏｎに接続され、コレクタが抵抗Ｒｄ１（第１の抵抗）及び抵抗Ｒｄ３を介して参照端子Ｖｒｅｆに接続され、エミッタが抵抗Ｒｄ５を介して接地されている。
トランジスタＴｒｄ２（第４のトランジスタ）は、ベースが抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２を介して参照端子Ｖｒｅｆに接続され、コレクタが抵抗Ｒｂｂ４を介してコレクタ電源に接続され、エミッタが抵抗Ｒｄ６を介してトランジスタＴｒｂ２のベースに接続されている。
【００３３】
モード切替部は、トランジスタＴｒｍ１，Ｔｒｍ２および抵抗Ｒｍ１，Ｒｍ２，Ｒｍ３を有する。トランジスタＴｒｍ１（スイッチ）は、コレクタが抵抗Ｒｍ２を介してエミッタフォロワ部の入力の抵抗Ｒｂｂ１に接続され、かつ抵抗Ｒｍ４を介してアナログ制御部のトランジスタＴｒｄ２のベースに接続され、エミッタが接地されている。トランジスタＴｒｍ２は、ベースが抵抗Ｒｍ３を介して制御端子Ｖｃｏｎに接続され、コレクタが抵抗Ｒｍ１を介してコレクタ電源端子Ｖｃｂに接続され、かつトランジスタＴｒｍ１のベースに接続され、エミッタが接地されている。トランジスタＴｒｍ２および抵抗Ｒｍ１，Ｒｍ３はインバータ回路を形成している。
【００３４】
上記の回路の動作について説明する。エミッタフォロワ部は、外部から参照端子Ｖｒｅｆに印加された参照電圧（通常２．８〜２．９Ｖ）に応じて増幅素子Ｔｒ１を定電圧駆動する。一方、電流注入部は、参照電圧に応じて増幅素子Ｔｒ１を定電流駆動する。
【００３５】
次に、アナログ制御部の動作について説明する。制御端子ＶｃｏｎにＨｉｇｈレベル（例えば２．５Ｖ）の制御電圧が印加された場合、トランジスタＴｒｄ１がオンするので、抵抗Ｒｄ３を介してコレクタ電流が流れ、抵抗Ｒｄ１での電圧降下により電圧Ｖｄ１が下がり、トランジスタＴｒｄ２がオフする。従って、この場合は、アナログ制御部はエミッタフォロワ部の動作に影響を与えない。
【００３６】
一方、制御電圧がＬｏｗレベルの（例えば０Ｖ）の場合、トランジスタＴｒｄ１がオフするので、トランジスタＴｒｄ２のベース端子には抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２を介して参照電圧が印加され、トランジスタＴｒｄ２にコレクタ電流が流れる。このコレクタ電流により電圧Ｖｂｂ３が上がり、エミッタフォロワ部のトランジスタＴｒｂ２のコレクタ電流が増加し、トランジスタＴｒｂ１のエミッタ電位が下がることにより、増幅素子Ｔｒ１のアイドル電流Ｉｃｑ１が減少する。
【００３７】
抵抗Ｒｄ５の抵抗値を適切に設定すれば、トランジスタＴｒｄ１のコレクタ電流を連続的に変化させることができるため、制御電圧がＬｏｗレベル（アイドル電流が少ない）の状態から、Ｈｉｇｈレベル（アイドル電流が多い）の状態へと連続的に変化させることができる。このようにして、アナログ制御部は、外部から制御端子Ｖｃｏｎに印加された制御電圧に応じてエミッタフォロワ部の出力電圧をアナログ的に制御する。
【００３８】
次に、モード切替部の動作について説明する。制御電圧がＨｉｇｈレベルの場合、トランジスタＴｒｍ１がオフするので、エミッタフォロワ部およびアナログ制御部の動作に影響を与えない。一方、制御電圧がＬｏｗレベルの場合、トランジスタＴｒｍ１がオンするため、エミッタフォロワ部およびアナログ制御部からそれぞれ抵抗Ｒｍ２，Ｒｍ４を介して電流が引き抜かれる。この電流により電圧Ｖｍ２，Ｖｍ４が下がり、それぞれのベース電圧が下がってトランジスタＴｒｂ１，Ｔｒｂ３，Ｔｒｄ２がオフするので、エミッタフォロワ部は動作しない。このようにモード切替部のトランジスタＴｒｍ１は、制御電圧に応じて、参照端子Ｖｒｅｆから抵抗Ｒｂｂ１を介してエミッタフォロワ部に入力される電流を引き抜くか否かを切り替える。これにより、モード切替部は、制御電圧に応じてエミッタフォロワ部を動作させるか否かを切り替える。これらのモードが切り替わる制御電圧は、トランジスタＴｒｍ２のオン／オフが切り替わる約１．２５〜１．３０Ｖである。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態に係る電力増幅器は、アナログ制御部により、制御電圧に応じて増幅素子Ｔｒ１のアイドル電流Ｉｃｑ１をアナログ的に制御することができる。さらに、モード切替部により、制御電圧に応じてバイアスモードを切り替えることもできる。
【００４０】
図２は、実施の形態１に係る電力増幅器の制御電圧とアイドル電流の関係を示す図である。エミッタフォロワ部によるアイドル電流特性はＡのようになる。一方、電流注入部によるアイドル電流特性はＢのように制御電圧とは独立な特性となる。従って、本実施の形態に係る電力増幅器を用いた場合、増幅素子のアイドル電流はこれらの重ね合わせであるから、Ｉｃｑ１（Ａ＋Ｂ）のようになる。低出力動作（低制御電圧）時には、アイドル電流特性Ｂのように電流注入部のみが動作しており、増幅素子は定電流駆動モードに近い動作状態となる。
【００４１】
このように、本実施の形態に係る電力増幅器は、低出力動作（低制御電圧）時に増幅素子を定電流駆動モードで動作させ、高出力動作（高制御電圧）時に増幅素子を主に定電圧駆動モードで動作させる。そこで、２段増幅器の一方に本実施の形態に係る電力増幅器を用い、他方に図１７の電力増幅器を用いることにより、低出力動作時に、初段、終段で電力利得および通過位相の出力電力特性が打ち消しあって平坦性が向上するため、低ＡＣＬＲ特性を実現できる。
【００４２】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る電力増幅器のモード切替部を示す回路図である。モード切替部以外の構成は実施の形態１と同様である。
【００４３】
実施の形態１のモード切替部の構成に、電界効果トランジスタＦｍ１を更に追加している。電界効果トランジスタＦｍ１は、ゲート（入力端子）が制御端子Ｖｃｏｎに接続され、ドレインがコレクタ電源端子Ｖｃｂに接続され、ソース（出力端子）がＴｒｍ２のベースに接続されている。
【００４４】
図４は、実施の形態２に係る電力増幅器の制御電圧とアイドル電流の関係を示す図である。図示のように、実施の形態１と比較して、モード切替電圧をＦｍ１のゲート−ソース間電圧（ソースに対してゲートは負電圧）だけ低電圧側にシフトさせることができる。
【００４５】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係る電力増幅器のモード切替部を示す回路図である。モード切替部以外の構成は実施の形態１と同様である。
【００４６】
実施の形態２のモード切替部の構成に、電界効果トランジスタＦｍ２を更に追加している。電界効果トランジスタＦｍ２は、電界効果トランジスタＦｍ１のソースと抵抗Ｒｍ３との間に接続されている。そして、電界効果トランジスタＦｍ２は、ソース−ドレイン間をショートすることによりショットキーバリアダイオードとして機能する。
【００４７】
図６は、実施の形態３に係る電力増幅器の制御電圧とアイドル電流の関係を示す図である。図示のように、実施の形態２と比較して、モード切替電圧をショットキーバリアダイオードのオン電圧（約０．７Ｖ）だけ高電圧側にシフトすることができる。
【００４８】
実施の形態４．
図７は、実施の形態４に係る電力増幅器のモード切替部を示す回路図である。モード切替部以外の構成は実施の形態１と同様である。
【００４９】
実施の形態２のモード切替部の構成に、抵抗Ｒｍ５（第２の抵抗）を更に追加している。抵抗Ｒｍ５は、電界効果トランジスタＦｍ１のソースと接地点との間に接続されたシャント抵抗である。
【００５０】
図８は、実施の形態４に係る電力増幅器の制御電圧とアイドル電流の関係を示す図である。図示のように、実施の形態２と比較して、抵抗Ｒｍ５の抵抗値に応じてモード切替電圧が高電圧側へシフトする。これは、抵抗Ｒｍ５にその抵抗値に応じた電流が流れることにより、電界効果トランジスタＦｍ１のソース電圧が下がるためである。従って、抵抗Ｒｍ５の抵抗値を適切に設定することにより、実施の形態２のモード切替電圧の値以上の範囲で、モード切替電圧を任意の値に設定することができる。
【００５１】
実施の形態５．
図９は、実施の形態５に係る電力増幅器のエミッタフォロワ部とモード部を示す回路図である。アナログ制御部と電流注入部は実施の形態１と同様であり、図示を省略する。
【００５２】
モード切替部は、抵抗Ｒｍ１，Ｒｍ２，Ｒｍ３，Ｒｍ５、トランジスタＴｒｍ１，Ｔｒｍ２、電界効果トランジスタＦｍ３（スイッチ）を有する。トランジスタＴｒｍ１は、コレクタが抵抗Ｒｍ２を介してコレクタ電源端子Ｖｃｂに接続され、エミッタが接地されている。トランジスタＴｒｍ２は、ベースが抵抗Ｒｍ３を介して制御端子Ｖｃｏｎに接続され、コレクタが抵抗Ｒｍ１を介してコレクタ電源端子Ｖｃｂに接続され、エミッタが接地されている。電界効果トランジスタＦｍ３は、ソースがエミッタフォロワ部のトランジスタＴｒｂ１のコレクタに接続され、ドレインがコレクタ電源端子Ｖｃｂに接続され、ゲートが抵抗Ｒｍ５を介してトランジスタＴｒｍ１のコレクタに接続されている。
【００５３】
電界効果トランジスタＦｍ３のゲートには、トランジスタＴｒｍ１，Ｔｒｍ２を介して制御電圧に応じた電圧が印加される。従って、電界効果トランジスタＦｍ３は、制御電圧に応じてエミッタフォロワ部にコレクタ電圧を印加するか否かを切り替える。
【００５４】
実施の形態１では、低出力動作（低制御電圧）時にエミッタフォロワ部をオフさせるために、参照端子Ｖｒｅｆから抵抗Ｒｍ２を介して電流を引き抜いていた。これに対し、本実施の形態では、電界効果トランジスタＦｍ３は余分な電流を流すことなくエミッタフォロワ部のコレクタ電源をオン／オフするスイッチとして動作する。従って、実施の形態１と比較して、低制御電圧時において、参照端子Ｖｒｅｆから供給される電流の消費を低減することができる。
【００５５】
実施の形態６．
図１０は、実施の形態６に係る電力増幅器のエミッタフォロワ部とモード部を示す回路図である。アナログ制御部と電流注入部は実施の形態１と同様であり、図示を省略する。
【００５６】
モード切替部は、トランジスタＴｒｍ１Ａ，ＴｒｍＡ，Ｔｒｍ１Ｂ，ＴｒｍＢ、抵抗Ｒｍ１Ａ，Ｒｍ１Ｂ，Ｒｍ２Ａ，Ｒｍ２Ｂ，Ｒｍ３Ａ，Ｒｍ３Ｂ，Ｒｂｂ７Ａ，Ｒｂｂ７Ｂ，Ｒｂｂ８，Ｒｍ６Ａ，Ｒｍ６Ｂ、電界効果トランジスタＦｍ４Ａ，Ｆｍ４Ｂ、それぞれ個別に制御電圧が印加される制御電圧端子ＶｃｏｎＡ，ＶｃｏｎＢを有する。
【００５７】
トランジスタＴｒｍ１Ａは、コレクタが抵抗Ｒｍ２Ａを介してコレクタ電源端子Ｖｃｂに接続され、エミッタが接地されている。トランジスタＴｒｍ２Ａは、ベースが抵抗Ｒｍ３Ａを介して制御端子ＶｃｏｎＡに接続され、コレクタが抵抗Ｒｍ１Ａを介してコレクタ電源端子Ｖｃｂに接続され、エミッタが接地されている。一方、トランジスタＴｒｍ１Ｂは、コレクタが抵抗Ｒｍ２Ｂを介してコレクタ電源端子Ｖｃｂに接続され、エミッタが接地されている。トランジスタＴｒｍ２Ｂは、ベースが抵抗Ｒｍ３Ｂを介して制御端子ＶｃｏｎＢに接続され、コレクタが抵抗Ｒｍ１Ｂを介してコレクタ電源端子Ｖｃｂに接続され、エミッタが接地されている。
【００５８】
抵抗Ｒｂｂ８（第３の抵抗）は、エミッタフォロワ部の出力端子と増幅素子Ｔｒ１のベース（入力端子）との間に接続されている。抵抗Ｒｂｂ７Ａ，Ｒｂｂ７Ｂ（第４の抵抗）は、抵抗Ｒｂｂ８にそれぞれ並列接続されている。抵抗Ｒｂｂ７Ａ，Ｒｂｂ７Ｂの抵抗値は実施の形態１の抵抗Ｒｂｂ７と同程度、抵抗Ｒｂｂ８の抵抗値は抵抗Ｒｂｂ７よりも十分大きく設定されている。電界効果トランジスタＦｍ４Ａ，Ｆｍ４Ｂ（スイッチ）は、抵抗Ｒｂｂ７Ａ，Ｒｂｂ７Ｂに直列に接続されている。電界効果トランジスタＦｍ４Ａ，Ｆｍ４Ｂのゲートは、それぞれ抵抗Ｒｍ６Ａ，Ｒｍ６Ｂを介してトランジスタＴｒｍ１Ａ，Ｔｒｍ１Ｂのコレクタに接続されている。
【００５９】
電界効果トランジスタＦｍ４Ａ，Ｆｍ４Ｂは、対応する制御端子ＶｃｏｎＡ，ＶｃｏｎＢに印加された制御電圧に応じて、対応する抵抗Ｒｍ６Ａ，Ｒｍ６Ｂを抵抗Ｒｂｂ８にそれぞれ接続するか否かを切り替える。
【００６０】
例えば、端子ＶｃｏｎＡにＨｉｇｈレベル、ＶｃｏｎＢにＬｏｗレベル（例えばＧＮＤに接地）を印加した場合、エミッタフォロワ部の出力側の抵抗値（実施の形態１の回路の抵抗Ｒｂｂ７に対応）は、抵抗Ｒｂｂ７Ａの抵抗値となる。一方、端子ＶｃｏｎＡ，ＶｃｏｎＢともにＬｏｗレベルを印加した場合、エミッタフォロワ部の出力側の抵抗値は、抵抗Ｒｂｂ８の抵抗値となる。この場合、抵抗Ｒｂｂ８の抵抗値が十分大きければ、エミッタフォロワ部は増幅素子を駆動できない。このように、モード切替部は、端子ＶｃｏｎＡ，ＶｃｏｎＢに印加される制御電圧に応じてエミッタフォロワ部を動作させるか否かを切り替えることができる。
【００６１】
また、抵抗Ｒｂｂ７Ａ，Ｒｂｂ７Ｂの抵抗値を異なる値に設定しておき、仕様に応じて使用する制御電圧端子を使い分けることで、増幅素子Ｔｒ１のアイドル電流を選択的に変えることもできる。
【００６２】
なお、本実施の形態では２つの電流設定が可能な場合を示したが、同様の回路を追加することにより、３つ以上の電流設定を同一チップで実現することも可能である。
【００６３】
実施の形態７．
図１１は、実施の形態７に係る電力増幅器の電流注入部を示す回路図である。電流注入部以外の構成は実施の形態１〜６と同様である。
【００６４】
電流注入部は、参照端子Ｖｒｅｆと増幅素子Ｔｒ１の入力端子との間に直列接続された抵抗Ｒｉ２（第５の抵抗）と抵抗Ｒｉ３（第６の抵抗）とを有する。抵抗Ｒｉ２は、半導体層（例えばベース層）で作られた抵抗であり、抵抗Ｒｉ３は、薄膜金属（例えばＮｉＣｒ）で作られた抵抗である。
【００６５】
半導体層で作られた抵抗Ｒｉ２は正の温度係数を持つが、薄膜金属で作られた抵抗Ｒｉ３の抵抗値は温度に依存しない。従って、これらの抵抗を組み合わせることにより、アイドル電流の温度特性を最適化することができるため、低電力動作（低制御電圧）時のアイドル電流を低減することができる。
【００６６】
実施の形態８．
図１２は、実施の形態８に係る電力増幅器の電流注入部を示す回路図である。電流注入部以外の構成は実施の形態１〜６と同様である。
【００６７】
電流注入部は、参照端子Ｖｒｅｆと増幅素子Ｔｒ１の入力端子との間に接続された抵抗Ｒｉ４（第５の抵抗）と、抵抗Ｒｉ５〜Ｒｉ８（第６の抵抗）と、トランジスタＴｒｉ１，Ｔｒｉ２とを有する。トランジスタＴｒｉ１は、アノードが抵抗Ｒｉ５を介して参照端子Ｖｒｅｆに接続され、カソードが抵抗Ｒｉ６を介して接地されたダイオードとして機能する。トランジスタＴｒｉ２は、アノードが抵抗Ｒｉ４，Ｒｉ７を介して参照端子Ｖｒｅｆに接続され、カソードが抵抗Ｒｉ８を介して接地されたダイオードとして機能する。
【００６８】
参照端子Ｖｒｅｆから、増幅素子Ｔｒ１のベースに注入される電流Ｉｉ１以外に、抵抗Ｒｉ７を介して電流Ｉｉ２が流れる。この電流Ｉｉ２によって抵抗Ｒｉ４で電圧降下が発生し、増幅素子Ｔｒ１のベース電圧が低下する。そこで、電流Ｉｉ２の温度特性を適切に設定することにより、増幅素子Ｔｒ１のアイドル電流Ｉｃｑ１を所望の温度特性に設定することができる。そして、実施の形態７と比較すると、温度特性の制御性が良い。また、抵抗Ｒｉ２，Ｒｉ３に対応する抵抗値を小さくできるため、チップサイズを小型化することができる。
【００６９】
実施の形態９．
図１３は、実施の形態９に係る電力増幅器のシャットダウン回路部を示す回路図である。本実施の形態に係る電力増幅器は、実施の形態１〜８の構成に加えて、図１３のシャットダウン回路を更に有する。
【００７０】
シャットダウン回路は、電界効果トランジスタＦｓ１、抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ４、トランジスタＴｒｓ１、Ｔｒｓ２を有する。電界効果トランジスタＦｓ１は、ゲートが制御電圧端子Ｖｃｏｎに接続され、ドレインがコレクタ電源端子に接続され、ソースが抵抗Ｒｓ１を介して接地されている。トランジスタＴｒｓ１は、ベースが抵抗Ｒｓ３を介してＦｓ１のソースに接続され、コクレタが抵抗Ｒｓ２を介してコレクタ電源端子Ｖｃｂに接続され、エミッタが接地されている。トランジスタＴｒｓ２は、ベースがＴｒｓ１のコレクタに接続され、コレクタが抵抗Ｒｓ４を介して増幅素子Ｔｒ１のベースに接続され、エミッタが接地されている。
【００７１】
図１４は、実施の形態９に係る電力増幅器の制御電圧とアイドル電流の関係を示す図である。制御電圧がＨｉｇｈレベルの場合、トランジスタＴｒｓ２がオフするため、増幅素子Ｔｒ１の動作に影響を与えない。一方、制御電圧がＬｏｗレベルの場合、トランジスタＴｒｓ２がオンするため、増幅素子Ｔｒ１のベースから抵抗Ｒｓ４を介して電流Ｉｓ１が引き抜かれ、増幅素子Ｔｒ１のベース電圧が下がることにより増幅素子Ｔｒ１をシャットダウンさせる。このように、シャットダウン回路は、制御電圧に応じて増幅素子Ｔｒ１をシャットダウンさせる。
【００７２】
例えば、増幅素子Ｔｒ１をバイパスする経路を有した電力増幅器の場合、外部から印加される制御電圧に応じて信号経路を切り替える。ＲＦ信号がこのバイパスする経路を通る場合、増幅素子Ｔｒ１をシャットダウンする必要があるため、本実施の形態を好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施の形態１に係る電力増幅器を示す回路図である。
【図２】実施の形態１に係る電力増幅器の制御電圧とアイドル電流の関係を示す図である。
【図３】実施の形態２に係る電力増幅器のモード切替部を示す回路図である。
【図４】実施の形態２に係る電力増幅器の制御電圧とアイドル電流の関係を示す図である。
【図５】実施の形態３に係る電力増幅器のモード切替部を示す回路図である。
【図６】実施の形態３に係る電力増幅器の制御電圧とアイドル電流の関係を示す図である。
【図７】実施の形態４に係る電力増幅器のモード切替部を示す回路図である。
【図８】実施の形態４に係る電力増幅器の制御電圧とアイドル電流の関係を示す図である。
【図９】実施の形態５に係る電力増幅器のエミッタフォロワ部とモード部を示す回路図である。
【図１０】実施の形態６に係る電力増幅器のエミッタフォロワ部とモード部を示す回路図である。
【図１１】実施の形態７に係る電力増幅器の電流注入部を示す回路図である。
【図１２】実施の形態８に係る電力増幅器の電流注入部を示す回路図である。
【図１３】実施の形態９に係る電力増幅器のシャットダウン回路部を示す回路図である。
【図１４】実施の形態９に係る電力増幅器の制御電圧とアイドル電流の関係を示す図である。
【図１５】従来のＧａＡｓ−ＨＢＴ電力増幅器を示す回路図である。
【図１６】従来の電力増幅器を示す回路図である。
【図１７】外部から与える制御電圧によって増幅素子のアイドル電流をアナログ的に制御する電力増幅器を示す回路図である。
【図１８】図１７の電力増幅器の制御電圧とアイドル電流の関係を示す図である。
【図１９】定電圧駆動モードにおける電力利得および通過位相の出力電力特性を示す図である。
【図２０】定電流駆動モードにおける電力利得および通過位相の出力電力特性を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
Ｆｍ１  電界効果トランジスタ；Ｆｍ２  電界効果トランジスタ（ショットキーバリアダイオード）；Ｆｍ３，Ｔｒｍ１，Ｔｒｍ１Ａ，Ｔｒｍ１Ｂ  スイッチ；Ｔｒ１  増幅素子；Ｔｒｂ１  第１のトランジスタ；Ｔｒｂ２  第２のトランジスタ；Ｔｒｄ１  第３のトランジスタ；Ｔｒｄ２  第４のトランジスタ；Ｔｒｉｌ  ダイオード；Ｒｄ１  第１の抵抗；Ｒｍ５  第２の抵抗；Ｒｂｂ８  第３の抵抗；Ｒｂｂ７Ａ，Ｒｂｂ７Ｂ  第４の抵抗；Ｒｉ２，Ｒｉ４  第５の抵抗；Ｒｉ３，Ｒｉ５，Ｒｉ６  第６の抵抗；Ｖｒｅｆ  参照端子；Ｖｃｏｎ，ＶｃｏｎＡ，ＶｃｏｎＢ  制御端子
【図１】
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【図２】
0005194803.tif 000003
【図３】
0005194803.tif 000004
【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】
0005194803.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005194803.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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