(57)【要約】電力増幅回路１は、増幅トランジスタ１０および少なくともう悪１８０°の導通角を得るために増幅トランジスタをバイアスするためのＤＣバイアス回路を含む。ＤＣバイアス回路２は、電力増幅器へ供給される入力信号が増加するに伴い、ＤＣバイアス回路２によって増幅トランジスタ１０の制御端子へ与えられるバイアス電圧を当初は低下させ、その後、増加させるための自己バイアス昇圧回路を含む。その自己バイアス昇圧回路は、設計において非常に簡単かつコンパクトであり、電力増幅回路１がクラスＢまたはクラスＡＢの改善された電力出力特性で動作することを可能とする。
2004515952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも約１８０°の導通角を有する入力信号増幅用の電力増幅回路であって、
該電力増幅回路は、増幅トランジスタと、前記導通角を得るために前記増幅トランジスタをバイアスするＤＣバイアス回路とを備え、
該ＤＣバイアス回路は、当該電力増幅回路へ供給される前記入力信号が上昇するに従って、前記ＤＣバイアス回路によって前記増幅トランジスタの制御端子へ印加されるＤＣバイアス電圧を最初に低下させ続いて上昇させる自己バイアス昇圧回路を備えていることを特徴とする電力増幅回路。
【請求項２】
当該電力増幅回路がクラスＢの増幅回路であることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項３】
当該電力増幅回路がクラスＡＢの増幅回路であることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項４】
前記自己バイアス昇圧回路は、該自己バイアス昇圧回路の出力端子から共通端子へ結合されたキャパシタ、並びに、前記出力端子と前記増幅トランジスタの前記制御端子との間に結合された抵抗器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項５】
前記出力増幅回路が２つの出力電力モードのいずれかで動作することを可能とするために前記キャパシタと直列に結合されたスイッチをさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の電力増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、トランジスタ増幅回路の分野に属し、特に、最大出力電力を上昇させるための自己バイアス昇圧回路を有し、低電力レベルにおいて電力消費を削減した電力増幅回路に関する。
【０００２】
この一般的な型の増幅器は、高周波ＲＦ増幅器、オーディオ増幅器および他の用途にも頻繁に用いられている。線形入力−出力関係および高い動作周波数を得るために、このような増幅器は、典型的には、約１８０°の導通角（クラスＢ）で動作し、若しくは、クロスオーバ歪（ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を避けるために僅かに大きい導通角（クラスＡＢ）で動作する。
【０００３】
典型的には、この型の増幅器は、クラスＢまたはクラスＡＢのモードにおける動作を確認するために増幅回路内の零入力（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ）バイアス電流を評価するＤＣバイアス回路を要する。従来技術においては、バイアスは、典型的には、米国特許５，８４４，４４３号に示されているような固定された電流源によって、若しくは、米国特許５，５４８，２４８号に示されているように、所望のモードにおいて動作させ必要な零入力電流（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）を安定化させるために所望の一定値に設定し得る外部電源によってもたらされていた。
【０００４】
しかしながら、上記した型の増幅器において電源から流れる平均電流は、入力信号レベルに依存する。出力電力が上昇するにつれ、パワートランジスタのエミッタおよびベースの両方における平均電流も増加する。この増加した平均電流は、バイアス回路および安定抵抗器（集積された設計において用いられているトランジスタにおいてホットスポット（ｈｏｔ−ｓｐｏｔｔｉｎｇ）および熱暴走を回避するために用いられる）において上昇した電圧が低下する原因となる。次にこれは導通角（即ち、増幅器が導通する３６０°からの度数）を低減させ、クラスＢの深遠へ、さらにはクラスＣの動作を増幅器に強制的にさせ、それによって、最大電力出力が低下する。この電力低下を回避するために、増幅器は大きな零入力バイアス（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ ｂｉａｓ）を有しなければならない。従来の回路において、これは必然的に低電力出力レベルにおいて高い電力消費につながり、従って、動作特性上の好ましくないトレードオフにつながる。
【０００５】
この技術における最近の改善は、発明者の２人ＳｏｗｌａｔｉおよびＬｕｏにより２０００年３月２８日に出願された“電力増幅器にもちいられるダイナミックバイアス昇圧回路（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂｉａｓ Ｂｏｏｓｔｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｆｏｒ Ａ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）”という名称で出願中の米国特許出願番号０９／５３６，９４６に開示されている。この出願は、増幅器への入力電圧を検出しかつこの信号の振幅の関数としてダイナミックバイアス昇圧（ｄｙｎａｍｉｃ ｂｉａｓ ｂｏｏｓｔ）を発生する回路を用いることにより出力電力が上昇するに従い、パワートランジスタのバイアスを動的に上昇させるためにダイナミックバイアス昇圧回路を有する電力増幅回路を設ける必要があるという上述の問題に対しての解決を開示している。この解決策の欠点は多数の能動素子および受動素子を用いており、従って、製造のシンプルさ、コンパクトさおよび経済性を最大にするものとなっていないことである。
【０００６】
従って、最適な最大の出力電圧の利点を提供し低電力レベルにおいて電力消費を低減する電力増幅回路を有することが望まれる。さらに、このような回路には、設計上非常に簡単かつ小型であり、製造するのに非常に経済的であることが望まれる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、改善された最大の出力電圧をもたらしかつ低電力レベルにおいて電力消費がより低い電力増幅回路を提供することである。さらに、本発明の目的は、設計上非常に簡単かつ小型であり、並びに、製造するのに非常に経済的である電力増幅回路を提供することである。
【０００８】
本発明によれば、これらの目的は、入力信号を増幅し少なくとも約１８０°の導通角を有する新しい電力増幅回路によって達成され、その増幅回路は所望の導通角を得るために増幅トランジスタをバイアスするＤＣバイアス回路および増幅トランジスタを含む。ＤＣバイアス回路は、そのＤＣバイアス回路によって増幅トランジスタの制御端子へ与えられるＤＣバイアス電圧を、電力増幅器へ供給される入力信号が上昇するに従って、最初低下させその後上昇させる自己バイアス昇圧回路を含む。
【０００９】
本発明の好適な実施の形態において、増幅回路はクラスＢまたはクラスＡＢの増幅回路のいずれかである。
【００１０】
本発明のさらに好適な実施の形態において、自己バイアス昇圧回路は、自己バイアス昇圧回路の出力端子から共通端子へ結合されたキャパシタ、および、増幅トランジスタの出力端子と制御端子との間に結合された抵抗を含む。
【００１１】
本発明のさらに好適な実施の形態において、自己バイアス昇圧回路は、電力増幅器が２つの出力電力モードのいずれかで動作することを可能にするためにキャパシタに直列に結合されたスイッチをも含む。
【００１２】
本発明による電力増幅回路は、最大出力電力の上昇および低電力レベルにおける電力消費の低減を含め、特に有利な特徴の組合せが、非常に簡単、小型かつ経済的な構成で得ることができるという顕著な改善をもたらす。
【００１３】
本発明のこれらのおよび他の形態は以下に記述される実施の形態に関して説明され、明白になる。
【００１４】
本発明は、添付図面に関連して読まれるべき次の記述に関してより完全に理解されるであろう。
【００１５】
図面において、同様の参照番号は、概して同様の要素を示すために用いられている。
【００１６】
図１に示されているのは、高周波電力増幅回路１の簡単化した模式図である。増幅回路は増幅トランジスタ１０および抵抗器１１によって増幅トランジスタ１０のベースに結合されたバイアス回路２を含む。バイアス回路２は、Ｖｃｃと共通端子（ＧＮＤ）との間に直列に結合されたバイポーラ・トランジスタ１２および１３を含み、抵抗器１６および１７によってそれぞれトランジスタ１２および１３のベースへ結合されたバイアス電源１４および１５として簡単な形状で図示されたバイアス電源へそれらのトランジスタは結合されている。その基本回路構成は、増幅トランジスタ１０のベースへ入力信号Ｖｉｎを結合するために用いられる入力結合キャパシタ１８によって達成され、増幅トランジスタ１０はコモンエミッタ構成で接続されており、インダクタ１９によってＶｃｃとＧＮＤとの間に結合されている。電力増幅回路１の出力はトランジスタ１０のコレクタから取り出され、図中のＶｏｕｔとして示されている。
【００１７】
これまでの記載のように回路との接続において、能動素子の具体例としてバイポーラ・トランジスタが示されたが、電界効果トランジスタ、若しくは、バイポーラ・トランジスタと電界効果トランジスタとを組み合わせたものが本発明の範囲内で代替的に用いられ得ることを理解されたい。さらに、電力増幅回路１およびバイアス回路２は、形態および詳細において簡単化され図示された描画とは異なり得ることを理解されたい。さらに、電源は増幅回路がクラスＢまたはクラスＡＢモードのいずれかで動作することを可能とするように構成され調整され得ることを理解されたい。
【００１８】
本発明によれば、自己バイアス昇圧特性を非常に簡単、小型かつ経済的な方法で実現するために、キャパシタ２０がバイアス回路２の出力端子２１から共通電極（ここではＧＮＤ）へ結合される。図示された具体例によれば、しかしその具体例に限定はしないが、無線電話通信周波数で使用するのに適した回路では、キャパシタ２０は約２．２ｐＦの値を有し、抵抗器１１は約１５ｏｈｍの値を有することができる。さらに、実際の実施の形態によれば、要素１４、１５、１６および１７によってトランジスタ１２および１３へ与えられるバイアス電圧は、本発明による電力増幅回路を組み込んだ装置の他の部分に既に存在する他のバイアス回路によって与えられてもよく、それによって、さらにこの回路を簡単にし、コストおよび大きさを低減することができる。
【００１９】
より複雑で高価な従来のバイアス制御回路に反して、本発明は、以下にさらに詳述された方策で、キャパシタ２０を他の回路要素とともに用いることによって回路性能において非常に簡単かつ自動的な（ａｕｔｏｍａｔｉｃ）改善をもたらし、そのキャパシタは増幅回路において自己バイアス昇圧器として機能する。
【００２０】
図２の簡単な模式図に示されているのは、本発明のさらに好適な実施の形態である。図２に示されているこの回路は図１の要素の総てを組み込み、同じの参照番号は同じ要素を示しており、従って、これらの要素はさらにここでは記述しない。図２の回路は、キャパシタ２０に直列に結合されたスイッチ２２をさらに含む点で図１と異なり、それによって、その２つの直列接続された要素が端子２１とＧＮＤとの間に接続されている。このようにして、たった１つの追加の要素を付加することによって、電力増幅回路は２つの出力電力モード、即ち、高電力モード（高電力モードではキャパシタはグランドに接続される）または低出力電力モード（低出力電力モードではスイッチ２２は回路からキャパシタ２０を切断するために開放される）のいずれかで動作できる。その回路が無線通信用に用いられる場合には、例えば、この２段電力モードの実施形態は、典型的に異なる電力レベルを採用するアナログモードおよびデジタルモードの両方で動作可能とするために、電力レベルの切り替え用に採用され得る。回路要素２２が簡単なスイッチとして図２に示されているが、この構成要素は、実際には、機械的スイッチまたはトランジスタまたはＰＩＮダイオードのような半導体素子のいずれかによって実施され得ることに注意されたい。
【００２１】
前述の回路において、キャパシタ２０は、増幅回路において自己バイアス昇圧器として機能する。この形態は、適切な入力および出力適合ネットワークと共に用いられたときに、最善された最大出力電力を供給し、低電力レベルにおいて電力消費を少なくする。
【００２２】
本発明の動作をより良く理解するために、キャパシタ２０が効果的に切断されるようにスイッチ２２が開放される図２の回路の動作を考慮する。このモードにおいて、抵抗器１１を通過することによる平均電圧降下は、ＲＦ入力レベル（Ｖｉｎ）が上昇するに従って上昇する。これは、次に、トランジスタ１０のベース−エミッタ間電圧の低下を引き起こし、従って、このトランジスタを飽和状態にする。スイッチ２２が閉じたとき、即ち、回路内においてキャパシタ２０を接続したときに、トランジスタ１０のベース−エミッタ間電圧は、電力増幅回路へ与えられる入力信号が上昇するに従い、最初低下し、その後、連続して上昇する。従って、トランジスタ１０を所望の動作領域内に留まらせる役目を果たし、並びに、所望の動作モード内で改善された最高出力電力を可能とする。
【００２３】
本発明における改善は非常に簡単、小型かつ実施するのに経済的であるが、それは明白または明確ではない、ある動作条件の認識に基づくことを強調しておく。より詳細には、本発明は、低出力電力レベルにおいて、トランジスタ１２を通してキャパシタ２０を放電する速度がトランジスタ１０および１３を通してキャパシタ２０を充電する速度と等しいかそれよりも速いという認識に基づく。一方、高電力レベルにおいて、キャパシタ２０の放電速度はその充電速度よりも遅い。従って、電力増幅回路に供給される入力信号が上昇するに従い、トランジスタ１０のベースへ供給されるＤＣバイアス電圧は最初低下し、その後上昇する。これにより、非常に簡単かつ経済的な方策で所望の自己バイアス昇圧効果を提供する。コンピュータシミュレーションでは、この単一の構成要素（キャパシタ２０）の配備により、最大出力電力を約４０％まで利用可能に改善することができる。
【００２４】
本発明はそのいくつかの好適な実施の形態に関して特に図示され、記載されてきたが、形態や細部において様々な変更（そのいくつかは上述した）が本発明の範囲および精神から逸脱することなく成し得ることは当業者にわかるであろう。従って、例えば、異なる型のトランジスタが採用されてもよく、その回路構成の代替品が特別な設計要求に適合するように形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による第１の実施の形態に従った電力増幅回路の簡単化した模式図を示す。
【図２】
本発明による第２の実施の形態に従った電力増幅回路の簡単化した模式図を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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