(57)【要約】【課題】高送信電力時の電力効率の低下を軽減した可変バイアス制御のＲＦ電力増幅器を提供すること。【解決手段】ＲＦ電力増幅器は、最終段増幅パワー素子Ｑ３と、前段増幅素子Ｑ２と、Ｑ２のＲＦ増幅信号のレベルを検出する入力電力レベル検出器Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔと、Ｑ２のＲＦ増幅信号レベルの増加によりＱ３のバイアス電圧を増加させる可変バイアス回路３ｒｄ＿ＢＣとを含む。３ｒｄ＿ＢＣは、バイアス電圧の上昇を制限する制限特性を有する。ＤＣ電力損出が大きくなり電力効率が著しく低下する前に、バイアス電圧の上昇が制限され、Ｑ３のアイドリング電流の増大が回避され、高送信電力時の電力効率の低下が軽減される。【選択図】図１
2007306278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終段増幅パワー素子と、
前記最終段増幅パワー素子の入力端子を駆動する前段増幅素子と、
前記最終段増幅パワー素子の前記入力端子に入力される前段増幅素子の出力端子のＲＦ増幅信号のレベルを検出する入力電力レベル検出器と、
前記前段増幅素子の前記出力端子の前記ＲＦ増幅信号の前記レベルの増加により前記入力電力レベル検出器のレベル検出出力信号に応答して前記最終段増幅パワー素子の前記入力端子に供給されるバイアス電圧のレベルを増加させる可変バイアス回路とを具備しており、
前記可変バイアス回路は前記ＲＦ増幅信号の前記レベルの増加に応答した前記バイアス電圧の上昇を制限する制限特性を有するものであるＲＦ電力増幅器。
【請求項２】
前記入力電力レベル検出器は、容量素子を介して前段増幅素子の前段出力端子の前段ＲＦ増幅信号が供給される入力レベル検出増幅素子を含み、
前記可変バイアス回路は、第１電流源増幅素子と第２電流源増幅素子とバイアス増幅素子とを含み、
前記可変バイアス回路は、前記第１電流源増幅素子に流れる第１電流と前記入力電力レベル検出器の前記入力レベル検出増幅素子の出力電流に基づくレベル検出電流との差の第１差電流と、前記第２電流源増幅素子に流れる第２電流と前記第１差電流との差の第２差電流とを生成して、
前記可変バイアス回路から生成された前記第２差電流が前記バイアス増幅素子に供給され、前記バイアス増幅素子でバイアス電圧が生成され、前記バイアス増幅素子で生成された前記バイアス電圧は、前記最終段増幅パワー素子の前記入力端子に供給される請求項１に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項３】
前記入力電力レベル検出器は、容量素子を介して前段増幅素子の前段出力端子の前段ＲＦ増幅信号が供給される入力レベル検出増幅素子を含み、
前記可変バイアス回路は、前記入力電力レベル検出器の前記入力レベル検出増幅素子の出力電流が入力に供給され前記入力レベル検出増幅素子と反対導電型増幅素子で構成された第１カレントミラー回路と、前記第１カレントミラー回路の出力電流が入力に供給され前記入力レベル検出増幅素子と同一導電型増幅素子で構成された第２カレントミラー回路と、前記第２カレントミラー回路の出力に接続され前記入力レベル検出増幅素子と反対導電型増幅素子で構成された第１電流源増幅素子と、前記第１電流源増幅素子に流れる第１電流と前記第２カレントミラー回路の前記出力に流れる電流との差の第１差電流が入力に供給され前記入力レベル検出増幅素子と同一導電型増幅素子で構成された第３カレントミラー回路と、前記第３カレントミラー回路の出力に接続され前記入力レベル検出増幅素子と反対導電型増幅素子で構成された第２電流源増幅素子と、前記第２電流源増幅素子に流れる第２電流と前記第３カレントミラー回路の前記出力に流れる電流との差の第２差電流が供給され前記入力レベル検出増幅素子と同一導電型増幅素子で構成されたバイアス増幅素子とを含み、
前記バイアス増幅素子で生成されたバイアス電圧は、前記最終段増幅パワー素子の前記入力端子に供給される請求項１に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項４】
前記前段増幅素子の入力端子の前段バイアス電圧のレベルはＡＰＣ制御により制御される請求項１から請求項３までのいずれかに記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項５】
前記第１電流源増幅素子に流れる前記第１電流と前記第２電流源増幅素子に流れる前記第２電流との少なくともいずれか一方はＡＰＣ制御により制御される請求項４に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項６】
前記入力電力レベル検出器は、容量素子を介して前段増幅素子の前段出力端子の前段ＲＦ増幅信号が供給される入力レベル検出増幅素子を含み、
前記可変バイアス回路は、前記入力電力レベル検出器の前記入力レベル検出増幅素子の出力電流が入力に供給され前記入力レベル検出増幅素子と反対導電型増幅素子で構成された第１カレントミラー回路と、第１バイアス電圧を生成する第１バイアス回路と、前記第１カレントミラー回路の出力電流が供給されることによって第２バイアス電圧を生成して生成出力電圧特性に電圧クランプ特性を有する第２バイアス回路と、前記第１バイアス電圧に前記第２バイアス電圧を重畳することによって前記最終段増幅パワー素子の前記入力端子に供給される前記バイアス電圧を生成するバイアス発生回路とを含む請求項１に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項７】
前記前段増幅素子の入力端子の前段バイアス電圧のレベルはＡＰＣ制御により制御される請求項６に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項８】
前記第１バイアス電圧と前記第２バイアス電圧との少なくともいずれか一方はＡＰＣ制御により制御される請求項７に記載のＲＦ電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局との通信を行う携帯電話端末のような通信端末機器中に搭載されるＲＦ送信用のＲＦ電力増幅器に関し、特にＲＦ電力増幅器の最終段増幅パワー素子のバイアス電圧を可変制御することによって構成することで電力効率を改善するのに有益な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話端末のような通信端末機器に搭載されるＲＦ送信用のＲＦ電力増幅器においては、バッテリーによる動作から高い電力効率が要求される。従って、ＲＦ電力増幅器から送信用のアンテナに供給される送信電力が大きい時はゲートやベースのバイアス電圧を大きくして大きなアイドリング電流を最終段増幅パワー素子に流し、送信電力が小さい時はゲートやベースのバイアス電圧を大きくして小さなアイドリング電流を最終段増幅パワー素子に流すようにする。その結果、大きな送信電力の際には大きなバイアス電圧となり、最終段増幅パワー素子のゲートやベースの入力に大振幅の駆動入力信号が前段増幅素子から供給されても、最終段増幅パワー素子の線型増幅が維持される。一方、小さな送信電力の際には低アイドリング電流となりＲＦ電力増幅器のＤＣ電力損出が小さくなり、低送信電力時の電力効率が改善される。
【０００３】
このような送信電力時の大小に応じたＲＦ電力増幅器の最終段増幅パワー素子のバイアス電圧の可変制御を達成する方法としては、下記の特許文献１に記載されている方法がある。この方法は、ＲＦ電力増幅器の最終段増幅器の前段に配置された前段増幅器の出力を直流カット容量を介してレベル検出回路に供給して、レベル検出回路の平滑電圧により最終段増幅器の入力端子に印加するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１５４１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者等は、本発明に先立って上述の可変バイアス制御のＲＦ電力増幅器を検討した。
【０００６】
上記特許文献１に記載された方法によれば、低送信電力時には低アイドリング電流となりＲＦ電力増幅器のＤＣ電力損出が小さくなり、低送信電力時の電力効率を改善することができる。しかしながら、本発明者等による検討により、高送信電力時での次のような問題が明らかとされた。
【０００７】
すなわち、最終段増幅パワー素子は入力のバイアス電圧と出力のアイドリング電流との関係はリニアではなく非線型な関係となる。最終段増幅パワー素子がＭＯＳＦＥＴやＭＥＳＦＥＴ等の電界効果トランジスタであれば、バイアス電圧の二乗特性に比例したアイドリング電流となる。最終段増幅パワー素子がヘテロバイポーラトランジスタ等のバイポーラトランジスタであれば、バイアス電圧の指数関数に比例したアイドリング電流となる。その結果、高送信電力時の高バイアス電圧にリニアに比例したアイドリング電流ではなく、二乗特性または指数関数とリニア特性よりも大電流のアイドリング電流となる。このアイドリング電流のリニア特性よりも大きな増大によって、高アイドリング電流となり、ＲＦ電力増幅器のＤＣ電力損出が大きくなり、高送信電力時の電力効率が低下する。
【０００８】
従って、本発明は、上記のような本発明者らによる本発明に先立った高送信電力時のＲＦ電力増幅器の電力効率の低下という問題の発見を基にしてなされたものである。
【０００９】
従って、本発明の目的とするところは、高送信電力時の電力効率の低下を軽減した可変バイアス制御のＲＦ電力増幅器を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴とは、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【００１２】
すなわち、本発明のひとつの形態によるＲＦ電力増幅器は、最終段増幅パワー素子（Ｑ３）と、前記最終段増幅パワー素子（Ｑ３）の入力端子を駆動する前段増幅素子（Ｑ２）と、前記最終段増幅パワー素子（Ｑ３）の前記入力端子に入力される前段増幅素子（Ｑ２）の出力端子のＲＦ増幅信号のレベルを検出する入力電力レベル検出器（Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔ）と、前記前段増幅素子（Ｑ２）の前記出力端子の前記ＲＦ増幅信号の前記レベルの増加により前記入力電力レベル検出器（Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔ）のレベル検出出力信号に応答して前記最終段増幅パワー素子（Ｑ３）の前記入力端子に供給されるバイアス電圧のレベルを増加させる可変バイアス回路（３ｒｄ＿ＢＣ）とを具備しており、前記可変バイアス回路（３ｒｄ＿ＢＣ）は前記ＲＦ増幅信号の前記レベルの増加に応答した前記バイアス電圧の上昇を制限する制限特性を有するものである（図１参照）。
【００１３】
本発明の前記ひとつの形態による手段によれば、前記可変バイアス回路（３ｒｄ＿ＢＣ）は前記ＲＦ増幅信号の前記レベルの増加に応答した前記バイアス電圧の上昇を制限する制限特性を有するものである。その結果、ＲＦ電力増幅器のＤＣ電力損出が大きくなり電力効率が著しく低下する前に、バイアス電圧の上昇が制限される。従って、高送信電力時の電力効率の低下を軽減した可変バイアス制御のＲＦ電力増幅器を提供することができる。
【００１４】
本発明のひとつの具体的な形態によるＲＦ電力増幅器では、前記入力電力レベル検出器（Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔ）は、容量素子（Ｃ４）を介して前段増幅素子（Ｑ２）の前段出力端子の前段ＲＦ増幅信号が供給される入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）を含む。前記可変バイアス回路（３ｒｄ＿ＢＣ）は、第１電流源増幅素子（Ｑ１１）と第２電流源増幅素子（Ｑ１２）とバイアス増幅素子（Ｑ１６）とを含む。前記可変バイアス回路（３ｒｄ＿ＢＣ）は、前記第１電流源増幅素子（Ｑ１１）に流れる第１電流（ＩＱ１１）と前記入力電力レベル検出器（Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔ）の前記入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）の出力電流に基づくレベル検出電流（Ｉ＿ｓｅｌｆ）との差の第１差電流（Ｉ＿ｄｉｆ１）と、前記第２電流源増幅素子（Ｑ１２）に流れる第２電流（ＩＱ１２）と前記第１差電流（Ｉ＿ｄｉｆ１）との差の第２差電流（Ｉ＿ｄｉｆ２）とを生成する。前記可変バイアス回路（３ｒｄ＿ＢＣ）から生成された前記第２差電流（Ｉ＿ｄｉｆ２）が前記バイアス増幅素子（Ｑ１６）に供給され、前記バイアス増幅素子（Ｑ１６）でバイアス電圧が生成される。前記バイアス増幅素子（Ｑ１６）で生成された前記バイアス電圧は、前記最終段増幅パワー素子（Ｑ３）の前記入力端子に供給される（図１参照）。
【００１５】
本発明の前記ひとつの具体的な形態による手段によれば、前記前段増幅素子（Ｑ２）の前記出力端子の前記ＲＦ増幅信号の前記レベルが増加すると、前記第１差電流（Ｉ＿ｄｉｆ１）の減少は下限がゼロアンペアにて制限され、前記第２差電流（Ｉ＿ｄｉｆ２）の増加は上限が前記第２電流（ＩＱ１２）にて制限される。従って、ＲＦ電力増幅器のＤＣ電力損出が大きくなり電力効率が著しく低下する前に、前記バイアス増幅素子（Ｑ１６）で生成される前記バイアス電圧の増加が制限される（図２、図３、図４参照）。
【００１６】
本発明の他のひとつの具体的な形態によるＲＦ電力増幅器では、前記入力電力レベル検出器（Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔ）は、容量素子（Ｃ４）を介して前段増幅素子（Ｑ２）の前段出力端子の前段ＲＦ増幅信号が供給される入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）を含む。前記可変バイアス回路（３ｒｄ＿ＢＣ）は、前記入力電力レベル検出器（Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔ）の前記入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）の出力電流が入力に供給され前記入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）と反対導電型増幅素子で構成された第１カレントミラー回路（Ｑ９、Ｑ１０）と、前記第１カレントミラー回路（Ｑ９、Ｑ１０）の出力電流が入力に供給され前記入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）と同一導電型増幅素子で構成された第２カレントミラー回路（Ｑ８、Ｑ１３）と、前記第２カレントミラー回路（Ｑ８、Ｑ１３）の出力に接続され前記入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）と反対導電型増幅素子で構成された第１電流源増幅素子（Ｑ１１）と、前記第１電流源増幅素子（Ｑ１１）に流れる第１電流（ＩＱ１１）と前記第２カレントミラー回路（Ｑ８、Ｑ１３）の前記出力に流れる電流（Ｉ＿ｓｅｌｆ）との差の第１差電流（Ｉ＿ｄｉｆ１）が入力に供給され前記入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）と同一導電型増幅素子で構成された第３カレントミラー回路（Ｑ１４、Ｑ１５）と、前記第３カレントミラー回路（Ｑ１４、Ｑ１５）の出力に接続され前記入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）と反対導電型増幅素子で構成された第２電流源増幅素子（Ｑ１２）と、前記第２電流源増幅素子（Ｑ１２）に流れる第２電流（ＩＱ１２）と前記第３カレントミラー回路（Ｑ１４、Ｑ１５）の前記出力に流れる電流（Ｉ＿ｄｉｆ１）との差の第２差電流（Ｉ＿ｄｉｆ２）が供給され前記入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）と同一導電型増幅素子で構成されたバイアス増幅素子（Ｑ１６）とを含む。前記バイアス増幅素子（Ｑ１６）で生成されたバイアス電圧は、前記最終段増幅パワー素子（Ｑ３）の前記入力端子に供給される（図１参照）。
【００１７】
本発明の前記他のひとつの具体的な形態による手段によれば、前記前段増幅素子（Ｑ２）の前記出力端子の前記ＲＦ増幅信号の前記レベルが増加すると、前記第１差電流（Ｉ＿ｄｉｆ１）の減少は下限がゼロアンペアにて制限され、前記第２差電流（Ｉ＿ｄｉｆ２）の増加は上限が前記第２電流（ＩＱ１２）にて制限される。従って、ＲＦ電力増幅器のＤＣ電力損出が大きくなり電力効率が著しく低下する前に、前記バイアス増幅素子（Ｑ１６）で生成される前記バイアス電圧の増加が制限される（図２、図３、図４参照）。
【００１８】
本発明の他のひとつの具体的な形態によるＲＦ電力増幅器では、前記前段増幅素子（Ｑ２）の入力端子の前段バイアス電圧のレベルはＡＰＣ制御により制御される（図１参照）。
【００１９】
本発明の他のひとつの具体的な形態によるＲＦ電力増幅器では、前記第１電流源増幅素子（Ｑ１１）に流れる前記第１電流（ＩＱ１１）と前記第２電流源増幅素子（Ｑ１２）に流れる前記第２電流（ＩＱ１２）との少なくともいずれか一方はＡＰＣ制御により制御される（図１参照）。
【００２０】
本発明の他のひとつの具体的な形態によるＲＦ電力増幅器では、前記入力電力レベル検出器（Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔ）は、容量素子（Ｃ４）を介して前段増幅素子（Ｑ２）の前段出力端子の前段ＲＦ増幅信号が供給される入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）を含む。前記可変バイアス回路（３ｒｄ＿ＢＣ）は、前記入力電力レベル検出器（Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔ）の前記入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）の出力電流が入力に供給され前記入力レベル検出増幅素子（Ｑ７）と反対導電型増幅素子で構成された第１カレントミラー回路（Ｑ９、Ｑ１０）と、第１バイアス電圧（Ｖｂｉａｓ１）を生成する第１バイアス回路（Ｑ１２、Ｒ６）と、前記第１カレントミラー回路（Ｑ９、Ｑ１０）の出力電流が供給されることによって第２バイアス電圧（Ｖｂｉａｓ２）を生成して生成出力電圧特性に電圧クランプ特性を有する第２バイアス回路（Ｑ８（１）…Ｑ８（ｎ））と、前記第１バイアス電圧（Ｖｂｉａｓ１）に前記第２バイアス電圧（Ｖｂｉａｓ２）を重畳することによって前記最終段増幅パワー素子（Ｑ３）の前記入力端子に供給される前記バイアス電圧を生成するバイアス発生回路（Ａｄｄ＿Ｃｉｒ）とを含む（図１１参照）。
【００２１】
本発明の前記他のひとつの具体的な形態による手段によれば、前記前段増幅素子（Ｑ２）の前記出力端子の前記ＲＦ増幅信号の前記レベルが増加しても、前記第２バイアス回路（Ｑ８（１）…Ｑ８（ｎ））は電圧クランプ特性を有するので、ＲＦ電力増幅器のＤＣ電力損出が大きくなり電力効率が著しく低下する前に、前記バイアス発生回路（Ａｄｄ＿Ｃｉｒ）で生成される前記バイアス電圧の増加も制限される。
【００２２】
本発明の他のひとつの具体的な形態によるＲＦ電力増幅器では、前記前段増幅素子（Ｑ２）の入力端子の前段バイアス電圧のレベルはＡＰＣ制御により制御される（図１１参照）。
【００２３】
本発明の他のひとつの具体的な形態によるＲＦ電力増幅器では、前記第１バイアス電圧（Ｖｂｉａｓ１）と前記第２バイアス電圧（Ｖｂｉａｓ２）との少なくともいずれか一方はＡＰＣ制御により制御される（図１１参照）。
【発明の効果】
【００２４】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【００２５】
すなわち、本発明によれば、高送信電力時の電力効率の低下を軽減した可変バイアス制御のＲＦ電力増幅器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
≪ＲＦ電力増幅器の構成≫
図１は、本発明の１つの実施形態によるＲＦ電力増幅器を示す回路図である。
【００２７】
同図に示すように本発明の１つの実施形態によるＲＦ電力増幅器は、１つのパッケージ中に組み込まれたＲＦパワーモジュールとして構成されている。
【００２８】
携帯電話端末のような通信端末機器に搭載されるＲＦ送受信アナログ信号処理集積回路（以下、ＲＦ  ＩＣと言う）からのＲＦ送信入力信号ＲＦ  ｉｎは初段ＲＦ増幅器１ｓｔ＿Ｓｔｇにより増幅され、更に初段ＲＦ増幅器１ｓｔ＿ＳｔｇのＲＦ増幅信号は次段ＲＦ増幅器２ｎｄ＿Ｓｔｇにより増幅され、更に次段ＲＦ増幅器２ｎｄ＿ＳｔｇのＲＦ増幅信号は最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿Ｓｔｇにより増幅され、最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿ＳｔｇのＲＦ増幅信号ＲＦｏｕｔは図示しない送信用アンテナに供給される。初段ＲＦ増幅器１ｓｔ＿ＳｔｇではＲＦ送信入力信号ＲＦ  ｉｎは容量Ｃ１を介してソース接地の初段ＲＦ増幅素子Ｑ１に供給され、初段ＲＦ増幅素子Ｑ１のドレインは初段負荷インダクターＬ１を介して電源電圧Ｖｄｄに接続される。次段ＲＦ増幅器２ｎｄ＿Ｓｔｇでは初段ＲＦ増幅器１ｓｔ＿ＳｔｇからのＲＦ増幅信号が容量Ｃ２を介してソース接地の次段ＲＦ増幅素子Ｑ２に供給され、次段ＲＦ増幅素子Ｑ２のドレインは次段負荷インダクターＬ２を介して電源電圧Ｖｄｄに接続される。最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿Ｓｔｇでは次段ＲＦ増幅器２ｎｄ＿ＳｔｇからのＲＦ増幅信号が容量Ｃ３を介してソース接地の最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３に供給され、最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のドレインは最終段負荷インダクターＬ３を介して電源電圧Ｖｄｄに接続される。
【００２９】
尚、初段ＲＦ増幅素子Ｑ１、次段ＲＦ増幅素子Ｑ２、最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３全てはＮチャンネルパワーＭＯＳトランジスタであるが、ＨＢＴ（ヘテロバイポーラトランジスタ）等の他のＲＦパワー増幅素子によって置換されることもできる。
【００３０】
初段ＲＦ増幅器１ｓｔ＿Ｓｔｇのソース接地の初段ＲＦ増幅素子Ｑ１のゲート入力端子には初段バイアス回路１ｓｔ＿ＢＣが接続され、次段ＲＦ増幅器２ｎｄ＿Ｓｔｇのソース接地の次段ＲＦ増幅素子Ｑ２のゲート入力端子には次段バイアス回路２ｎｄ＿ＢＣが接続され、最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿Ｓｔｇのソース接地の最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のゲート入力端子には最終段バイアス回路３ｒｄ＿ＢＣが接続されている。初段バイアス回路１ｓｔ＿ＢＣでは、電流源Ｉ１とダイオード接続の増幅素子Ｑ４と抵抗Ｒ１とにより、第１バイアス電圧が生成される。次段バイアス回路２ｎｄ＿ＢＣでは、電流源Ｉ２とダイオード接続の増幅素子Ｑ５と抵抗Ｒ２とにより、第２バイアス電圧が生成される。次段ＲＦ増幅器２ｎｄ＿Ｓｔｇのソース接地の次段ＲＦ増幅素子Ｑ２のドレインのＲＦ増幅信号は、容量Ｃ３を介して入力電力レベル検出器Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔの入力端子に供給されている。入力電力レベル検出器Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔでは、電流源Ｉ３とダイオード接続の増幅素子Ｑ６と抵抗Ｒ３とにより、バイアス電圧が生成される。入力電力レベル検出器Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔでは、このバイアス電圧は、入力レベル検出増幅素子Ｑ７のゲートの入力端子に供給される。入力電力レベル検出器Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔでは、抵抗Ｒ４と容量Ｃ４とを介して次段ＲＦ増幅器２ｎｄ＿Ｓｔｇのソース接地の次段ＲＦ増幅素子Ｑ２のドレインのＲＦ増幅信号が入力レベル検出増幅素子Ｑ７のゲートの入力端子に供給される。入力レベル検出増幅素子Ｑ７のゲート・ソース間でＲＦ増幅信号のレベル検出が行われ、入力レベル検出増幅素子Ｑ７のドレインのレベル検出出力電流は最終段バイアス回路３ｒｄ＿ＢＣの入力端子に供給される。入力レベル検出増幅素子Ｑ７のドレインのレベル検出出力電流は、最終段バイアス回路３ｒｄ＿ＢＣの入力レベル検出増幅素子Ｑ７と反対導電型のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成された第１カレントミラー回路Ｑ９、Ｑ１０の入力に供給される。第１カレントミラー回路Ｑ９、Ｑ１０の出力電流は、入力レベル検出増幅素子Ｑ７と同一導電型のＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成された第２カレントミラー回路Ｑ８、Ｑ１３の入力に供給される。第２カレントミラー回路Ｑ８、Ｑ１３の出力には入力レベル検出増幅素子Ｑ７と反対導電型のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成された第１電流源増幅素子Ｑ１１が接続されている。第１電流源増幅素子Ｑ１１に流れる第１電流ＩＱ１１と第２カレントミラー回路Ｑ８、Ｑ１３の出力に流れる電流Ｉ＿ｓｅｌｆとの差の第１差電流Ｉ＿ｄｉｆ１が、入力レベル検出増幅素子Ｑ７と同一導電型のＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成された第３カレントミラー回路Ｑ１４、Ｑ１５の入力に供給される。第３カレントミラー回路Ｑ１４、Ｑ１５の出力には入力レベル検出増幅素子Ｑ７と反対導電型のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成された第２電流源増幅素子Ｑ１２が接続されている。第２電流源増幅素子Ｑ１２に流れる第２電流ＩＱ１２と第３カレントミラー回路Ｑ１４、Ｑ１５の出力に流れる第１差電流Ｉ＿ｄｉｆ１との差の第２差電流Ｉ＿ｄｉｆ２が、入力レベル検出増幅素子Ｑ７と同一導電型のＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成されたバイアス増幅素子Ｑ１６に供給される。バイアス増幅素子Ｑ１６で形成されたバイアス電圧は、抵抗Ｒ６を介して最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿Ｓｔｇのソース接地の最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のゲートの入力端子に供給される。第２電流源増幅素子Ｑ１２のゲートは第１電流源増幅素子Ｑ１１のゲートとともに、ダイオード接続の増幅素子Ｑ１９のゲートに接続されている。ダイオード接続の増幅素子Ｑ１９には増幅素子Ｑ１８が接続され、増幅素子Ｑ１８のゲートの入力端子には電流源Ｉ４とダイオード接続の増幅素子Ｑ１７と抵抗Ｒ７とにより、第３バイアス電圧が生成される。
【００３１】
最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿Ｓｔｇの最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のドレインからのＲＦ増幅信号ＲＦｏｕｔの一部は、パワーレベル検出用のパワーカップラーＰＣＰＬを介してＡＰＣ（Automatic Power Control）制御回路ＡＰＣ＿Ｃｏｎｔのパワーレベル検出回路Ｐｄｅｔの入力端子に供給される。パワーレベル検出回路Ｐｄｅｔの出力端子からのパワーレベル検出信号Ｖｄｅｔは第１差動増幅器ＤＡ１の反転入力端子−に供給される一方、第１差動増幅器ＤＡ１の非反転入力端子＋にランプ電圧Ｖｒａｍｐが供給される。このランプ電圧ＶｒａｍｐはベースバンドＬＳＩのようなベースバンド信号処理ユニットからＲＦ  ＩＣを介してＲＦ電力増幅器に供給されるもので、基地局と携帯電話端末機器との距離に比例するＲＦ電力増幅器への送信電力指示信号となる。第１差動増幅器ＤＡ１の出力端子のＡＰＣ（Automatic Power Control）制御電圧Ｖａｐｃは第２差動増幅器ＤＡ２の反転入力端子−に供給される一方、第２差動増幅器ＤＡ２の非反転入力端子＋にはオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔが供給される。オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔは、オフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔが抵抗Ｒ８に流れることにより発生される。パワーレベル検出信号Ｖｄｅｔがランプ電圧Ｖｒａｍｐよりも低レベルであると、ＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃが高レベルとなる。ＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃがオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔのレベルよりも高くなると、第１差動増幅器ＤＡ１の出力電圧は低レベルとなる。すると、増幅素子Ｑ２０のドレイン電圧と第２差動増幅器ＤＡ２の非反転入力端子＋の電圧とは、ＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃのレベルに追従して増加する。すると、増幅素子Ｑ２０と抵抗Ｒ８とに流れる電流が増加する。また、増幅素子Ｑ２１のドレインからの電流Ｉ１、増幅素子Ｑ２２のドレインからの電流Ｉ２、増幅素子Ｑ２３のドレインからの電流源Ｉ３、増幅素子Ｑ２４のドレインからの電流Ｉ４も増加する。これらの電流Ｉ１、電流Ｉ２、電流Ｉ３、電流Ｉ４は、それぞれ初段バイアス回路１ｓｔ＿ＢＣの電流源Ｉ１、次段バイアス回路２ｎｄ＿ＢＣの電流源Ｉ２、最終段バイアス回路３ｒｄ＿ＢＣの電流源Ｉ３と電流源Ｉ４となっている。従って、パワーレベル検出信号Ｖｄｅｔがランプ電圧Ｖｒａｍｐよりも低レベルであると、初段ＲＦ増幅器１ｓｔ＿Ｓｔｇの初段ＲＦ増幅素子Ｑ１のゲート入力端子のバイアス電圧と次段ＲＦ増幅器２ｎｄ＿Ｓｔｇの次段ＲＦ増幅素子Ｑ２のゲート入力端子のバイアス電圧と最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿Ｓｔｇの最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のゲート入力端子のバイアス電圧とが増加する。その結果、初段ＲＦ増幅器１ｓｔ＿Ｓｔｇと次段ＲＦ増幅器２ｎｄ＿Ｓｔｇと最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿Ｓｔｇの全てのＲＦ増幅利得が増加する。
【００３２】
また、次段ＲＦ増幅器２ｎｄ＿ＳｔｇのＲＦ増幅利得の増加によって、容量Ｃ３を介して入力電力レベル検出器Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔの入力レベル検出増幅素子Ｑ７のゲート入力端子に供給されるＲＦ増幅信号レベルも増加する。従って、入力レベル検出増幅素子Ｑ７のドレインのレベル検出電流も増加するので、第２カレントミラー回路Ｑ８、Ｑ１３の出力トランジスタＱ１３に流れる電流Ｉ＿ｓｅｌｆも増加する。
【００３３】
図２は、最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿ＳｔｇのＲＦ増幅信号ＲＦｏｕｔによる送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する第２カレントミラー回路Ｑ８、Ｑ１３の出力トランジスタＱ１３に流れる電流Ｉ＿ｓｅｌｆの変化を示す図である。送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）が増加すると、電流Ｉ＿ｓｅｌｆも電流Ｉ３から増加する。また、電流Ｉ＿ｓｅｌｆの増加には、上限がない。
【００３４】
しかし、第１電流源増幅素子Ｑ１１に流れる第１電流ＩＱ１１と第２カレントミラー回路Ｑ８、Ｑ１３の出力トランジスタＱ１３に流れる電流Ｉ＿ｓｅｌｆとの差の第１差電流Ｉ＿ｄｉｆ１が、第３カレントミラー回路Ｑ１４、Ｑ１５の入力に供給される。従って、第３カレントミラー回路Ｑ１４、Ｑ１５のカレントミラー比が１であると、第３カレントミラー回路Ｑ１４、Ｑ１５の出力トランジスタＱ１５に流れる電流も第１差電流Ｉ＿ｄｉｆ１となる。
【００３５】
図３は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する第３カレントミラー回路Ｑ１４、Ｑ１５の出力トランジスタＱ１５に流れる第１差電流Ｉ＿ｄｉｆ１の変化を示す図である。送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）が増加すると、第１差電流Ｉ＿ｄｉｆ１は電流値ＩＱ１１−Ｉ３のレベルから減少する。しかし、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）の増加による第１差電流Ｉ＿ｄｉｆ１の減少は、ゼロアンペアで制限される。
【００３６】
図４は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対するバイアス増幅素子Ｑ１６に供給される第２差電流Ｉ＿ｄｉｆ２の変化を示す図である。すなわち、第２電流源増幅素子Ｑ１２に流れる第２電流ＩＱ１２と第３カレントミラー回路Ｑ１４、Ｑ１５の出力トランジスタＱ１５に流れる第１差電流Ｉ＿ｄｉｆ１との差の第２差電流Ｉ＿ｄｉｆ２が、バイアス増幅素子Ｑ１６に供給される。送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）が増加すると、第２差電流Ｉ＿ｄｉｆ２は電流値ＩＱ１２−ＩＱ１１−Ｉ３のレベルから増加する。しかし、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）の増加による第２差電流Ｉ＿ｄｉｆ２の増加は、第２電流源増幅素子Ｑ１２に流れる第２電流ＩＱ１２の電流値で制限されて、第２電流ＩＱ１２の電流値よりも大きな電流となることはない。
【００３７】
第２差電流Ｉ＿ｄｉｆ２がバイアス増幅素子Ｑ１６に供給されることにより、バイアス増幅素子Ｑ１６でバイアス電圧が生成される。このバイアス電圧が最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿Ｓｔｇの最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のゲート入力端子に供給されることにより、最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のドレインのアイドリング電流Ｉｄｌｅが流れる。
【００３８】
図５は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のドレインのアイドリング電流Ｉｄｌｅの変化を示す図である。送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）が増加すると、アイドリング電流Ｉｄｌｅは増加するが、第２電流源増幅素子Ｑ１２に流れる第２電流ＩＱ１２の電流制限とともに、アイドリング電流Ｉｄｌｅの増加が制限される。
【００３９】
図６は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する第２カレントミラー回路Ｑ８、Ｑ１３の出力トランジスタＱ１３に流れる電流Ｉ＿ｓｅｌｆの変化を示す実測図であり、図２に対応している。
【００４０】
図７は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する第３カレントミラー回路Ｑ１４、Ｑ１５の出力トランジスタＱ１５に流れる第１差電流Ｉ＿ｄｉｆ１の変化を示す実測図であり、図３に対応している。
【００４１】
図８は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対するバイアス増幅素子Ｑ１６に供給される第２差電流Ｉ＿ｄｉｆ２の変化を示す実測図であり、図４に対応している。
【００４２】
図９は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対するＲＦ電力増幅器の電力効率Ｅｆｆの変化を示す実測図である。図９の特性Ｌ１は、図１に示したＲＦ電力増幅器でバイアス電圧の上昇を制限する制限特性によって電力効率Ｅｆｆは約５８％となっている。図９の特性Ｌ２は制限特性を持たないＲＦ電力増幅器の電力効率Ｅｆｆを示したもので、電力効率Ｅｆｆは約５３％にしか到達していない。
【００４３】
図１０は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のドレインのアイドリング電流Ｉｄｌｅの変化を示す実測図である。図１０の特性Ｌ１は、図１に示したＲＦ電力増幅器でバイアス電圧の上昇を制限する制限特性によってアイドリング電流Ｉｄｌｅは約１．２アンペアで制限されている。図１０の特性Ｌ２は制限特性を持たないＲＦ電力増幅器のアイドリング電流Ｉｄｌｅであり、約３．０アンペアと極めて大きな電流となっている。
【００４４】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００４５】
図１１は、本発明のその他の実施形態によるＲＦ電力増幅器を示す図である。
【００４６】
図１１のその他の実施形態が図１の実施形態と相違する点を、以下に説明する。図１１の入力電力レベル検出器Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔは、容量素子Ｃ３、Ｃ４を介して次段ＲＦ増幅素子Ｑ２の前段出力端子の前段ＲＦ増幅信号が供給される入力レベル検出増幅素子Ｑ７を含む。最終段バイアス回路３ｒｄ＿ＢＣは、入力電力レベル検出器Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔの入力レベル検出増幅素子Ｑ７の出力電流が入力に供給され入力レベル検出増幅素子Ｑ７と反対導電型増幅素子で構成された第１カレントミラー回路Ｑ９、Ｑ１０と、第１バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１を生成する第１バイアス回路Ｑ１２、Ｒ６と、第１カレントミラー回路Ｑ９、Ｑ１０の出力電流が供給されることによって第２バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２を生成して生成出力電圧特性に電圧クランプ特性を有する第２バイアス回路Ｑ８（１）…Ｑ８（ｎ）と、第１バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１に第２バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２を重畳することによって最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のゲート入力端子に供給されるバイアス電圧を生成するバイアス発生回路Ａｄｄ＿Ｃｉｒとを含む。
【００４７】
また、図１において、ＲＦ電力増幅器の送信パワーを検出する送信出力電力レベルを検出するためのパワーカップラーＰＣＰＬ以外に、カレントセンス形検出器も採用することができる。このカレントセンス形検出器は、ＲＦ電力増幅器の最終段パワー増幅素子と並列に検出増幅素子を接続して、最終段パワー増幅素子のＤＣ・ＡＣ動作電流に比例する小さな検出ＤＣ・ＡＣ動作電流を検出増幅素子に流すものである。
【００４８】
更に図１において、初段ＲＦ増幅器１ｓｔ＿Ｓｔｇのソース接地の初段ＲＦ増幅素子Ｑ１と次段ＲＦ増幅器２ｎｄ＿Ｓｔｇのソース接地の次段ＲＦ増幅素子Ｑ２と最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿Ｓｔｇのソース接地の最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３とはＮチャンネルパワーＭＯＳトランジスタ以外に、ＧａＡｓやＩｎＰ等の化合物半導体のＭＥＳＦＥＴやＨＥＭＴのＮチャンネルの電界効果トランジスタに置換することもでき、さらにはＧａＡｓやシリコン・ゲルマニュームを用いたＮＰＮ型ＨＢＴ（ヘテロバイポーラトランジスタ）に置換することもできる。
【００４９】
更に、図１１に示すようにＡＰＣ制御回路ＡＰＣ＿Ｃｏｎｔの出力により制御されるＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路を初段ＲＦ増幅器１ｓｔ＿Ｓｔｇの初段ＲＦ増幅素子Ｑ１のゲート入力端子に接続しても良い。大きなＲＦ増幅信号ＲＦｏｕｔを出力する場合は、ＡＧＣ回路のアッテネーション量が小さくなるようにＡＧＣ回路がＡＰＣ制御回路ＡＰＣ＿Ｃｏｎｔの出力により制御される。逆に、小さなＲＦ増幅信号ＲＦｏｕｔを出力する場合には、ＡＧＣ回路のアッテネーション量が大きくなるようにＡＧＣ回路がＡＰＣ制御回路ＡＰＣ＿Ｃｏｎｔの出力により制御される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明の１つの実施形態によるＲＦ電力増幅器を示す回路図である。
【図２】図２は、最終段ＲＦ増幅器３ｒｄ＿ＳｔｇのＲＦ増幅信号ＲＦｏｕｔによる送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する第２カレントミラー回路Ｑ８、Ｑ１３の出力トランジスタＱ１３に流れる電流Ｉ＿ｓｅｌｆの変化を示す図である。
【図３】図３は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する第３カレントミラー回路Ｑ１４、Ｑ１５の出力トランジスタＱ１５に流れる第１差電流Ｉ＿ｄｉｆ１の変化を示す図である。
【図４】図４は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対するバイアス増幅素子Ｑ１６に供給される第２差電流Ｉ＿ｄｉｆ２の変化を示す図である。
【図５】図５は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のドレインのアイドリング電流Ｉｄｌｅの変化を示す図である。
【図６】図６は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する第２カレントミラー回路Ｑ８、Ｑ１３の出力トランジスタＱ１３に流れる電流Ｉ＿ｓｅｌｆの変化を示す実測図である。を示す回路図である。
【図７】図７は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する第３カレントミラー回路Ｑ１４、Ｑ１５の出力トランジスタＱ１５に流れる第１差電流Ｉ＿ｄｉｆ１の変化を示す実測図である。
【図８】図８は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対するバイアス増幅素子Ｑ１６に供給される第２差電流Ｉ＿ｄｉｆ２の変化を示す実測図である。
【図９】図９は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対するＲＦ電力増幅器の電力効率Ｅｆｆの変化を示す実測図である。
【図１０】図１０は、送信電力ＲＦｏｕｔ（ｄＢｍ）のレベル変化に対する最終段ＲＦ増幅素子Ｑ３のドレインのアイドリング電流Ｉｄｌｅの変化を示す実測図である。
【図１１】図１１は、本発明のその他の実施形態によるＲＦ電力増幅器を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｑ３  最終段増幅パワー素子
Ｑ２  前段増幅素子
Ｉｎ＿Ｐｗ＿Ｄｅｔ  入力電力レベル検出器
３ｒｄ＿ＢＣ  バイアス電圧の上昇を制限する制限特性を有する可変バイアス回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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