(57)【要約】【課題】  高周波電力増幅素子の制御端子に印加されるバイアス電圧を一定にして、出力レベルを指示する信号に応じて動作電圧（電源電圧）を変化させて出力電力を制御する高周波電力増幅器（パワーモジュール）において、スタンバイ状態におけるフォワードアイソレーションを向上させることができる出力電力制御技術を提供する。【解決手段】  出力レベルを指示する信号（Ｖramp）に応じて増幅用ＦＥＴの動作電圧（ＶLDO）を変化させて出力電力を制御する動作電圧制御回路（２２０）を備えた２段構成の高周波電力増幅器において、起動信号（Ｖtxon）が立ち上げられる前は１段目または２段目の増幅用ＦＥＴのゲート端子に所定のバイアスを与えておくようにした。【選択図】  図１
2007201698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子からの高周波信号がゲート端子に入力される第１の増幅用ＦＥＴと、該第１の増幅用ＦＥＴのドレイン端子からの出力される信号がゲート端子に入力される第２の増幅用ＦＥＴと、出力レベルを指示する信号に応じて前記第１および第２の増幅用ＦＥＴのドレイン端子に印加される動作電圧を変化させて出力電力を制御する動作電圧制御回路とを備えた高周波電力増幅器であって、
起動信号が立ち上がるまで前記第１または第２の増幅用ＦＥＴのゲート端子に、高周波信号の増幅動作時にゲート端子に印加される電圧と異なる第１電位の電圧を与えるバイアス切替え手段が設けられていることを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項２】
前記第１電位は高周波信号の増幅動作時にゲート端子に印加される電圧よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅器。
【請求項３】
前記起動信号が立ち上がった後、前記出力レベルを指示する信号が立ち上がるまで、前記第１または第２の増幅用ＦＥＴのゲート端子に、高周波信号の増幅動作時にゲート端子に印加される電圧および前記第１電位と異なる第２電位の電圧が印加されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波電力増幅器。
【請求項４】
前記第２電位は、前記第１電位よりも低く高周波信号の増幅動作時にゲート端子に印加される電圧よりも高いことを特徴とする請求項３に記載の高周波電力増幅器。
【請求項５】
前記第１の増幅用ＦＥＴとゲート端子同士が接続された第１のバイアス用ＦＥＴと、前記第２の増幅用ＦＥＴとゲート端子同士が接続された第２のバイアス用ＦＥＴと、前記第１のバイアス用ＦＥＴに電流を流す第１の電流源と、前記第２のバイアス用ＦＥＴに電流を流す第２の電流源とを備え、
前記第１および第２の増幅用ＦＥＴはそれぞれゲートとドレインが結合され、それぞれ前記第１の電流源および第２の電流源からの電流を電圧に変換し、変換した電圧を前記第１および第２の増幅用ＦＥＴのゲート端子にバイアス電圧として印加するようにされ、前記第１の電流源または第２の電流源は前記起動信号が立ち上がった後、前記出力レベルを指示する信号が立ち上がるまでは、高周波信号の増幅動作時に流す電流よりも大きい電流を流すように構成されている請求項４に記載の高周波電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を増幅して出力する高周波電力増幅器さらには出力レベルを指示する信号に応じて増幅素子の動作電圧（電源電圧）を変化させて出力電力を制御する高周波電力増幅器に適用して有効な技術に関し、例えば携帯電話機に使用される高周波電力増幅器に利用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、携帯電話機等の無線通信装置（移動体通信装置）における送信側出力部には、変調後の送信信号を増幅する高周波電力増幅回路（パワーアンプ）が設けられている。従来の無線通信装置においては、基地局から供給される送信要求レベルに応じて高周波電力増幅回路の出力電力増幅率を制御するため、ＡＰＣ（Automatic Power Control）回路と呼ばれる回路から出力される制御電圧に応じて、高周波電力増幅素子の制御端子に印加されるバイアス電圧を生成し、ゲインを制御する構成が採用されている。
【０００３】
ＡＰＣ回路は、高周波電力増幅回路の出力電力を検波回路等で検出した信号とベースバンド回路等からの出力レベル指示信号とに基づいて、通話に必要な出力電力となるように増幅素子のバイアスを制御するための信号を生成する。このような制御方式の無線通信装置は、例えば特許文献１に開示されている。なお、増幅素子のバイアスとは、増幅素子がＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）の場合にはゲートバイアスを、増幅素子がバイポーラ・トランジスタの場合にはベースバイアスをさす。
【０００４】
一方、出力レベルを指示する信号に基づいて、該信号に比例して出力レベルが変化するように増幅素子の動作電圧（電源電圧）を制御することによって増幅素子をリニア動作させ、高周波電力増幅回路の出力のリニアリティを保証するようにした方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１５１３１０号公報
【特許文献２】特開２００５−０２０３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）等の通信方式の規格においては、高周波電力増幅回路の起動信号が立ち上がる前の状態において、入力端子に所定のレベルの高周波信号を入れたときに、出力端子に漏れる信号が所定のレベル以下であることが規定されている。かかる規格はフォワードアイソレーションと呼ばれる。
【０００６】
本出願人が先に提案した特許文献２で使用されている高周波電力増幅回路は、増幅段を３個従属接続した３段構成の増幅回路であった。本発明者らは、システムの小型、消費電力化のため、動作電圧制御方式の高周波電力増幅回路において、増幅段を２個従属接続した２段構成の回路を開発することを考え、フォワードアイソレーションについて検討を行なった。
【０００７】
その結果、動作電圧制御方式であって３段構成の高周波電力増幅回路では、フォワードアイソレーションの規格を満たすが、回路の構成を変えずに単に増幅段を２段に変えたのではフォワードアイソレーションの規格を満たせないことが明らかになった。なお、バイアス制御方式の高周波電力増幅回路では、３段構成を２段構成に変えたとしてもフォワードアイソレーションの規格を満たす。このことから、動作電圧制御方式の高周波電力増幅回路で３段構成を２段構成に変えると、フォワードアイソレーションの規格を満たさなくなる理由は、以下のように増幅用素子が等価的に容量として見えてしまうことによるものと考えられる。
【０００８】
図９（Ａ）はゲートバイアス制御方式の高周波電力増幅回路の１つの増幅段の概念図、図９（Ｂ）はその具体的な回路構成例を示す。また、図１０（Ａ）は動作電圧制御方式の高周波電力増幅回路の１つの増幅段の概念図、図１０（Ｂ）はその具体的な回路構成例を示す。図９（Ｂ），図１０（Ｂ）において、Ｑａは増幅用のＦＥＴ、Ｑｂはバイアス電流Ｉbiasを電圧に変換してＱａにゲートバイアスを与えるバイアス用ＦＥＴである。なお、図９（Ｂ），図１０（Ｂ）には、起動信号が立ち上がる前の状態（Tx-off時あるいはスタンバイ状態と称する）における電源端子の電圧とバイアス電圧の状態が示されている。
【０００９】
図９（Ｂ）のゲートバイアス制御方式の高周波電力増幅回路では、Tx-off時にゲートバイアス電圧Ｖbiasは０Ｖに、また増幅用のＦＥＴ  Ｑａのドレイン端子にバッテリからの電源電圧Ｖｄｄが印加されている。そのため、Ｑａのドレイン領域とウェル領域との間のＰＮ接合に逆バイアス状態になって空乏層が生じ、ゲート・ドレイン間の寄生容量はほとんど見えない。
【００１０】
これに対し、図１０（Ｂ）の動作電圧制御方式の高周波電力増幅回路では、Tx-off時にゲートバイアス電圧Ｖbiasは０Ｖに、また増幅用のＦＥＴ  Ｑａのドレイン端子に動作電圧Ｖｄｄとして０Ｖが印加される。その結果、Ｑａのドレイン領域とウェル領域が同電位となってＰＮ接合にほとんど空乏層が生じないため、ゲート・ドレイン間の寄生容量Ｃｓｔが入力端子から見えてしまい、ゲートに入力された高周波信号の一部が出力側へ漏れてしまうこととなる。
【００１１】
なお、３段構成の高周波電力増幅回路ではゲート・ドレイン間の寄生容量が３個直列に接続された状態になるため、３個の直列容量で信号が減衰されフォワードアイソレーションの規格を満たしていた。しかるに、２段構成の高周波電力増幅回路ではゲート・ドレイン間の寄生容量が２個直列に接続された状態になるため、信号の減衰量が減ってフォワードアイソレーションの規格を満たすことができなくなったと考えられる。
【００１２】
さらに、ＧＳＭ方式の無線通信システムでは、送信に際しては図６に示すように、まずベースバンドＩＣから変調およびアップコンバート機能を有する高周波ＩＣに対して送信動作の開始を指令するコマンド"Ｗｏｒｄ３"が供給される（タイミングｔ１）。すると、高周波ＩＣは、送信用発振器（ＴｘＶＣＯ）をプリチャージさせ、ＴｘＶＣＯの発振動作が安定するのを待ち、さらに時間的余裕を持たせるためのタイミングオフセットの時間Ｔoffを経過した時点（ｔ４）で、高周波電力増幅器に対する起動信号Ｖtxonを立ち上げる。
【００１３】
そして、その後、所定の遅延時間Ｔｄ以上遅れたタイミングｔ５で、出力制御電圧Ｖrampの立上げが開始される。動作電圧ＶｄｄはＶrampに基づいて生成されるため、Ｖrampの立上げよりもさらに若干遅れる（タイミングｔ６）。なお、送信が終了すると、ＶrampとＶｄｄが立ち下がり、その後ベースバンドＩＣから高周波ＩＣに対して例えば 内部のリセットを指令する"Ｗｏｒｄ４"なるコマンドが供給される。すると、高周波ＩＣ内部のレジスタなどの回路がリセット状態にされ、高周波ＩＣと高周波電力増幅器はアイドルモード（コマンド待ちのスリープ状態）に入る（タイミングｔ８）。
【００１４】
上記のように、起動信号Ｖtxonが立ち上がってスタンバイ（Tx-on）の状態になったとしても、直ちに増幅用のＦＥＴ  Ｑａのドレイン端子に印加される動作電圧Ｖｄｄが立ち上がるのではなく若干の遅れがある。そのため、図１０（Ｂ）の回路においては、立上り後しばらくはＱａのドレイン電圧は低く、空乏層が広がったままであるため、ゲート・ドレイン間の寄生容量を介して入力端子の高周波信号が出力端子側へ漏れてしまい、充分なフォワードアイソレーションが得られないおそれがある。
【００１５】
この発明の目的は、高周波電力増幅素子の制御端子に印加されるバイアス電圧を一定にして、出力レベルを指示する信号に応じて動作電圧（電源電圧）を変化させて出力電力を制御する高周波電力増幅器（パワーモジュール）において、スタンバイ状態におけるフォワードアイソレーションを向上させることができる出力電力制御技術を提供することにある。
【００１６】
この発明の他の目的は、高周波電力増幅素子の制御端子に印加されるバイアス電圧を一定にして、出力レベルを指示する信号に応じて動作電圧（電源電圧）を変化させて出力電力を制御する高周波電力増幅器（パワーモジュール）において、起動直後におけるフォワードアイソレーションを向上させることができる出力電力制御技術を提供することにある。
【００１７】
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述およ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】
【００１８】
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説明すれば、下記のとおりである。
【００１９】
すなわち、出力レベルを指示する信号（Ｖramp）に応じて増幅用ＦＥＴの動作電圧を変化させて出力電力を制御する動作電圧制御回路を備えた２段構成の高周波電力増幅器において、起動信号が立ち上がる前は１段目または２段目の増幅用ＦＥＴのゲート端子に所定のバイアスを与えておく。また、望ましくは、起動信号の立上げ後出力レベルを指示する信号が所定のレベルになるまでの期間においても、１段目または２段目の増幅用ＦＥＴのゲート端子に所定のバイアスを与えるようにする。さらに、出力レベルを指示する信号が所定のレベルになった後は、１段目と２段目の増幅用ＦＥＴが飽和領域で動作するようなゲート電圧を与えるようにバイアスの切り替えを行なうようにする。
【００２０】
上記した手段によれば、起動信号が立ち上げられる前および立上げ後出力レベルを指示する信号が所定のレベルになるまで、増幅用ＦＥＴのゲート端子に所定のバイアスを与えるため、増幅用ＦＥＴの寄生容量が見えないようにすることができる。そのため、入力端子に入った高周波信号を後段に伝達させないようにすることができ、それによって、フォワードアイソレーションを向上させることができるようになる。なお、増幅用ＦＥＴのゲート端子に所定のバイアスを与えることで、増幅用ＦＥＴの寄生容量が見えなくなる理由は、ゲート電極の下の基板表面に反転層が形成されるためであると考えられる。
【発明の効果】
【００２１】
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とおりである。
【００２２】
すなわち、本発明に従うと、高周波電力増幅素子の制御端子に印加されるバイアス電圧を一定にして、出力レベルを指示する信号に応じて動作電圧（電源電圧）を変化させて出力電力を制御する高周波電力増幅器（パワーモジュール）において、スタンバイ状態におけるフォワードアイソレーションを向上させることができる。また、起動直後におけるフォワードアイソレーションを向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、高周波電力増幅回路とその動作電圧を生成して出力電力を制御する動作電圧制御回路とからなる本発明の高周波電力増幅器（パワーモジュール）の一実施例を示したものである。
【００２５】
この実施例の高周波電力増幅器の高周波電力増幅回路２１０は、各々ＦＥＴやバイポーラ・トランジスタのような増幅素子Ｑａ１，Ｑａ２を含む２個の増幅段２１１，２１２が従属接続すなわち前段のＦＥＴ  Ｑａ１のドレイン端子に次段のＦＥＴ  Ｑａ２のゲート端子がインピーダンス整合回路ＩＭ１を介して接続され、Ｑａ１で増幅された信号をＱａ２でさらに増幅するように構成されている。また、各増幅段２１１，２１２の増幅素子Ｑａ１，Ｑａ２の制御端子（ゲート端子もしくはベース端子）には、バイアス用トランジスタＱｂ１，Ｑｂ２の制御端子がそれぞれ抵抗Ｒｂ１，Ｒｂ２を介して接続されている。
【００２６】
バイアス用トランジスタＱｂ１，Ｑｂ２はゲートとドレインもしくはベースとコレクタが結合されたいわゆるダイオード接続とされ、電流源ＣＳ１，ＣＳ２より流されるバイアス電流Ｉbias1，Ｉbias2を電圧に変換して、増幅素子Ｑａ１，Ｑａ２の制御端子に印加する。これにより、増幅素子Ｑａ１，Ｑａ２には、バイアス電流Ｉbias1，Ｉbias2とＱａ１，Ｑａ２に流れる電流との比がＱｂ１，Ｑｂ２とＱａ１，Ｑａ２のサイズ比と一致するような電流が流れるようにされる。ＩＭ０は入力端子Ｐｉｎと１段目の増幅素子Ｑａ１の制御端子との間に設けられた入力インピーダンス整合回路、ＩＭ２は２段目の増幅素子Ｑａ２のドレイン端子と出力端子Ｐoutの間に設けられた出力インピーダンス整合回路、Ｌ１，Ｌ２はインダクタンス素子である。
【００２７】
動作電圧制御回路２２０は、バッテリなどからの電源電圧Ｖｄｄを受ける電源電圧端子と高周波電力増幅回路２１０の電源電圧端子との間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタＭｐ１と、図示しないベースバンド回路から供給される出力レベルを指定する出力レベル指定信号に応じた制御電圧Ｖrampが反転入力端子に印加され出力端子が上記トランジスタＭｐ１のベース端子に接続されたオペアンプ（差動増幅回路）ＡＭＰを有する。
【００２８】
また、動作電圧制御回路２２０は、上記トランジスタＭｐ１のドレイン端子とオペアンプＡＭＰ１の内部ノードとの間に接続された直列形態の抵抗Ｒ０および容量Ｃ０からなる位相補償回路と、上記トランジスタＭｐ１のドレイン端子とオペアンプＡＭＰの非反転入力端子との間に接続された抵抗Ｒ１およびオペアンプＡＭＰの非反転入力端子と接地点の間に接続された抵抗Ｒ２を有する。さらに、動作電圧制御回路２２０は、外部からの定電圧Ｖregを電流に変換し、変換した電流Ioffを上記抵抗Ｒ２に流すことによって、オペアンプＡＭＰにフィードバックされる電圧にオフセットを与える電圧−電流変換回路ＶＩＣを有する。
【００２９】
上記トランジスタＭｐ１のドレイン電圧は、オペアンプＡＭＰの作用により出力制御電圧Ｖrampを抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗の比に応じて分圧したような電圧にされる。具体的には、Ｖramp・（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２＋Ｒ１・Ｉoffで表わされるような電圧にされる。従って、抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値を適当に設定することにより、図２に示すような制御電圧Ｖrampに比例した電圧ＶLDOを発生させて高周波電力増幅回路２１０の電源電圧端子に印加することができる。ＰチャネルＭＯＳトランジスタＭｐ１の代わりに、ＰＮＰバイポーラ・トランジスタを使用するようにしても良い。
上記のように構成された本実施例の高周波電力増幅器２００は、出力制御電圧Ｖrampに比例した電圧ＶLDOを発生させて高周波電力増幅回路２１０の電源電圧端子に印加することができるため、高周波電力増幅回路２１０の出力電圧Ｖｏｕｔを、制御電圧Ｖrampに応じてリニアに制御することができる。しかも、バッテリなどから供給される電源電圧Ｖｄｄが変化しても、トランジスタＭｐ１のドレイン電圧すなわち高周波電力増幅回路２１０に供給される動作電圧ＶLDOはほぼ一定に保たれる。
【００３０】
携帯電話機では、一般にリチウムイオン電池を電源として使用しているが、リチウムイオン電池は、充電直後は４．７Ｖのような比較的高い電圧値であるがその後徐々にレベルが下がり、必要最小限のパワーが得られるレベルまで消耗した場合には２．９Ｖのようなかなり低い電圧値まで下がってしまう。したがって、電源電圧Ｖｄｄがリチウムイオン電池等からのバッテリ電圧であるような場合、上記実施例の高周波電力増幅回路を適用することにより、電源電圧Ｖｄｄが大きく変化しても電源電圧依存性のない動作電圧ＶLDOを高周波電力増幅回路２１０に与えることができる。これによって、電源電圧Ｖｄｄが変化しても、高周波電力増幅回路２１０の出力電圧Ｖoutを制御電圧Ｖrampに応じてリニアに制御することができるようになる。なお、電源電圧Ｖｄｄはバッテリからの直接の電圧に限らず、ＤＣ−ＤＣコンバータなどで降圧あるいは昇圧した電圧であってもよい。
【００３１】
さらに、この実施例の高周波電力増幅器には、上記増幅用ＦＥＴ Ｑａのゲート端子とバイアス用ＦＥＴ  Ｑｂのゲート端子との間に設けられ、Ｑｂで変換された電圧の代わりに外部からの定電圧ＶregをＱａのゲート端子に印加させる切替えスイッチＳＷ１が設けられている。さらに、出力制御電圧Ｖrampと所定の基準電圧Ｖrefとを比較する比較回路ＣＭＰと、該比較回路ＣＭＰの出力と外部からの起動信号Ｖtxonとを入力とするＮＡＮＤゲートＧ１が設けられ、このＮＡＮＤゲートＧ１の出力によって上記切替えスイッチＳＷ１が切替え制御されるように構成されている。これにより、切替えスイッチＳＷ１は、起動信号Ｖtxonがハイレベルとされ、かつ制御電圧Ｖrampが基準電圧Ｖrefよりも高くなると、バイアス用ＦＥＴ  Ｑｂで変換された電圧をＱａのゲート端子に印加させ、それまでは外部からの定電圧ＶregをＱａのゲート端子に印加させる。
【００３２】
なお、図１からは明らかでないが、起動信号Ｖtxonは高周波電力増幅器内の各部に供給され、全体を活性化させる信号とされる。特に制限されるものでないが、本実施例では、定電圧Ｖregは２．０Ｖのような値に設定され、基準電圧Ｖrefは０．１６Ｖのような値に設定されている。以下、これらの値の根拠について説明する。
【００３３】
高周波電力増幅回路が２つの増幅用ＦＥＴを有する２段構成の高周波電力増幅器において、動作電圧Ｖｄｄを０Ｖにした状態で、入力端子Ｐｉｎに、８２４ＭＨｚで＋８ｄＢｍの信号と９１５ＭＨｚで＋８ｄＢｍの信号を入力し増幅用ＦＥＴのゲート電圧を０Ｖから３．５Ｖまで振ったときに、出力端子に漏れる信号のレベルを測定した結果を、図３〜図５に示す。
【００３４】
図３〜図５のうち、図３は２段目の増幅用ＦＥＴ Ｑａ２のゲート電圧を０Ｖに固定して１段目の増幅用ＦＥＴ Ｑａ１のゲート電圧のみを変化させたときのもの、図４は１段目の増幅用ＦＥＴ Ｑａ１のゲート電圧を０Ｖに固定して２段目の増幅用ＦＥＴ Ｑａ２のゲート電圧のみを変化させたときのものである。また、図５は１段目と２段目の増幅用ＦＥＴ Ｑａ１，Ｑａ２の両ゲート電圧を変化させたときのものである。
【００３５】
図３〜図５より、図３，図４，図５の順すなわちＱａ１のゲート電圧のみを変化、Ｑａ２のゲート電圧のみを変化、Ｑａ１，Ｑａ２の両ゲート電圧を変化の順に、フォワードアイソレーションが向上することが分かる。ただし、ＧＳＭの規格では、Ｖtxonが０．５Ｖ以下の場合に、出力端子に漏れる信号のレベルが−２５ｄＢｍ以下であることが規定されている。図３〜図５を参照すると、いずれの場合にも、ゲート電圧を１．５Ｖ以上とすれば規格を満たせることが分かる。
【００３６】
そこで、前記実施例では、起動前にゲート電圧を切り替える増幅用ＦＥＴを１段目のみとし、印加する定電圧Ｖregとしてマージンを持たせて２．０Ｖとした。図３〜図５より、起動前にゲート電圧を切り替える増幅用ＦＥＴを２段目のみあるいは両方としても良く、それによってより高いフォワードアイソレーションが得られることが分かる。ただし、そのようにすると回路が複雑となるので、実施例のように１段目とするのが望ましい。また、２段目の増幅用ＦＥＴ Ｑａ２のゲート電圧は、出力制御電圧Ｖrampに応じて変化させた方が、所望の出力特性が得られ易い。
【００３７】
そこで、本実施例の高周波電力増幅器においては、２段目のバイアス用ＦＥＴ Ｑｂ２に電流を流す電流源ＣＳ２は、出力制御電圧Ｖrampに比例した電流を流すように構成した。一方、１段目の増幅用ＦＥＴ Ｑａ１のゲート電圧は、Ｑａ１を飽和領域で動作させることができる範囲でできるだけ低い電圧に固定しておいた方が、出力特性を損なうことなく電力効率を浴することができる。そのため、１段目のバイアス用ＦＥＴ Ｑｂ１に電流を流す電流源ＣＳ１は、起動信号Ｖtxonに応じて所定の電流（１ｍＡ）をオン、オフするだけの構成とした。
【００３８】
以上の説明で明らかになったのは、起動信号Ｖtxonに応じて１段目の増幅用ＦＥＴ Ｑａ１のゲート電圧を切り替えるように構成した理由であり、これだけであれば、前記実施例のようにＮＡＮＤゲートＧ１を設ける必要はなく、起動信号Ｖtxonで直接スイッチＳＷ１を切り替えてやればよい。次に、比較回路ＣＭＰとＮＡＮＤゲートＧ１を設けている理由を説明する。
【００３９】
動作電圧制御方式の高周波電力増幅器においては、前述したように、外部からの出力制御電圧Ｖrampに比例した動作電圧Ｖｄｄを生成するように、動作電圧制御回路２２０が構成される。このような制御を行なう場合、製造ばらつき等によってベースバンド回路がＶｄｄとして０Ｖを指示する信号ＲＡＭＰを出力したにもかかわらず、出力制御電圧Ｖrampが０Ｖにならない場合ある。その場合、０Ｖ以上の動作電圧Ｖｄｄが生成されて高周波電力増幅回路２１０に供給されて出力が出てしまうおそれがある。
【００４０】
これを回避するため、この実施例では、出力制御電圧Ｖrampにオフセットを持たせ、図２に示すように、出力制御電圧Ｖrampが０．１６Ｖ以上になった場合に、Ｖrampに比例した動作電圧Ｖｄｄを生成するように、動作電圧制御回路２２０を構成した。一方、出力制御電圧Ｖrampは、図６に示すように、起動信号Ｖtxonに対して必ずある遅延時間Ｔｄ以上遅れたタイミングｔ５で立上げが開始される。そして、起動信号Ｖtxonの立上がりと同時にスイッチＳＷ１を切り替えてしまうと、電流源ＣＳ１からの電流を電圧に変換するバイアス用ＦＥＴ Ｑｂ１のゲート電圧（１．０５Ｖ）が増幅用ＦＥＴ Ｑａ１のゲートに印加される。
【００４１】
ところが、ＧＳＭの規格では、Ｖtxonが１．５Ｖのようなハイレベルの場合においては、出力端子に漏れる信号のレベルが−２０ｄＢｍ以下であることが規定されている。そのため、上記のように起動信号Ｖtxonの立上がりと同時にスイッチＳＷ１を切り替えてしまうと、出力端子に漏れる信号のレベルが−２５〜−２６ｄＢｍとなってマージンが少なくなることが分かった。
【００４２】
そこで、実施例では、比較回路ＣＭＰとＮＡＮＤゲートＧ１を設けて、起動信号Ｖtxonが立ち上がっても出力制御電圧Ｖrampが０．１６Ｖ以上になるまではスイッチＳＷ１を切り替えず、Ｖrampが０．１６Ｖ以上になった後に、スイッチＳＷ１を切り替えるようにした。なお、起動後のＦＥＴ Ｑａ１のゲート電圧は１．０５Ｖである。
【００４３】
これにより、起動信号Ｖtxonが立ち上がっても出力制御電圧Ｖrampが０．１６Ｖ以上になるまでは起動後のＦＥＴ Ｑａ１のゲート電圧である１．０５Ｖよりも高い２Ｖの電圧がＱａ１のゲートに印加される。ここで、図３〜図５を参照すると、Ｑａ１のゲート電圧が高いほどフォワードアイソレーションは良好となる。そのため、実施例の高周波電力増幅器においては、起動信号Ｖtxonが立ち上がった後、制御電圧Ｖrampの立上げにより動作電圧Ｖｄｄが上昇する前に、フォワードアイソレーションが劣化するのを回避することができる。
【００４４】
図７には、本実施例を適用した高周波電力増幅器と、本実施例を適用しないで単に増幅段を２段構成にした高周波電力増幅器において、制御電圧Ｖrampの変化に対する出力電力Ｐoutの変化をシミュレーションによって求めた結果を示す。図７において、実線Ａは本実施例を適用した高周波電力増幅器に関するもの、破線Ｂは本実施例を適用しない高周波電力増幅器に関するものである。実線Ａと破線Ｂを比較すると、実線Ａつまり本実施例を適用した高周波電力増幅器の方が、Ｖrampの０．１Ｖ以下の領域における出力電力Ｐoutのレベルが低く、フォワードアイソレーションが高いことが分かる。
【００４５】
図８は、本発明を適用した高周波電力増幅器の第２の実施例を示す。
【００４６】
この実施例は、１段目のバイアス用ＦＥＴ  Ｑｂ１にバイアス電流を与える電流源ＣＳ１と並列に電流源ＣＳ０とオン／オフ・スイッチＳＷ０とを設けるとともに、ＮＡＮＤゲートＧ１の出力でスイッチＳＷ０を制御し、起動信号ＶtxonでＱｂ１と増幅用ＦＥＴ  Ｑａ１のゲート端子間の切替えスイッチＳＷ１を制御するようにしたものである。電流源ＣＳ０は電流源ＣＳ１とほぼ同じ例えば１ｍＡのような電流値とされる。
【００４７】
この実施例では、起動信号Ｖtxonが立ち上がるまでは切替えスイッチＳＷ１が定電圧Ｖreg側に接続されており、２Ｖの電圧がＱａ１のゲートに印加される。起動信号Ｖtxonが立ち上がると、切替えスイッチＳＷ１がバイアス用ＦＥＴ  Ｑｂ１側に接続される。このとき、スイッチＳＷ０はオン状態にあり、電流源ＣＳ０とＣＳ１の両方の電流（２ｍＡ）がバイアス用ＦＥＴ  Ｑｂ１に流され、バイアス用ＦＥＴ  Ｑｂ１は通常動作時よりも高いバイアスが与えられ、アイソレーションが高い状態にされる。
【００４８】
その後、出力制御電圧Ｖrampが０．１６Ｖ以上になると、ＮＡＮＤゲートＧ１の出力が変化してスイッチＳＷ０がオフされ、Ｑｂ１に流される電流が電流源ＣＳ１の電流（１ｍＡ）のみとされ、ＦＥＴ Ｑａ１のゲート電圧が１．０５ＶのようなＱａ１を飽和領域で動作させる電位にされる。なお、図８の電流源ＣＳ０とオン／オフ・スイッチＳＷ０の構成は、実施例を概念的に示したものであり、電流源ＣＳ０をＮＡＮＤゲートＧ１の出力で直接オン・オフさせたり、電流源ＣＳ１の電流を２段階に切り替えられるように電流源ＣＳ１を構成してＮＡＮＤゲートＧ１の出力で電流を切り替えるようにしてもよい。
【００４９】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施例では、増幅用ＦＥＴ  Ｑａ１，Ｑａ２とゲート共通接続されたバイアス用ＦＥＴ  Ｑｂ１，Ｑｂ２を設けてＱａ１，Ｑａ２にバイアスを与えるようにしているが、所定のバイアス電圧を抵抗分割で分圧してＱａ１，Ｑａ２にバイアスを与えるようにした高周波電力増幅器であっても良い。
【００５０】
また、実施例では、増幅素子Ｑａ１，Ｑａ２としてＦＥＴが使用されているが、このＦＥＴは、通常のＭＯＳＦＥＴのほか、半導体チップ上で横方向に電極を拡散させた比較的高いソース・ドレイン間耐圧（約２０Ｖ）を有するＬＤＭＯＳ（Laterally Diffused MOSFET）やＧａＡｓＭＥＳＦＥＴであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるＧＳＭ系の無線通信システムを構成するパワーモジュールに適用した場合を説明したが、本発明はそれに限定されるものでない。例えば、ＣＤＭＡ方式の携帯電話機などに用いられるパワーモジュールにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、高周波電力増幅回路とその動作電圧を生成して出力電力を制御する動作電圧制御回路とからなる本発明の高周波電力増幅器（パワーモジュール）の一実施例を示す回路構成図である。
【図２】図２は、実施例における出力レベル指示信号Ｖrampと動作電圧制御回路から出力される動作電圧ＶLDOとの関係を示すグラフである。
【図３】図３は、２段構成の高周波電力増幅器において、動作電圧Ｖｄｄを０Ｖにした状態で、入力端子Ｐｉｎに、８２４ＭＨｚで＋８ｄＢｍの信号と９１５ＭＨｚで＋８ｄＢｍの信号を入力し、２段目の増幅用ＦＥＴのゲート電圧は０Ｖに固定して１段目の増幅用ＦＥＴのゲート電圧を０Ｖから３．５Ｖまで振ったときに、出力端子に漏れる信号のレベルを測定した結果を示すグラフである。
【図４】図４は、２段構成の高周波電力増幅器において、動作電圧Ｖｄｄを０Ｖにした状態で、入力端子Ｐｉｎに、８２４ＭＨｚで＋８ｄＢｍの信号と９１５ＭＨｚで＋８ｄＢｍの信号を入力し、１段目の増幅用ＦＥＴのゲート電圧は０Ｖに固定して２段目の増幅用ＦＥＴのゲート電圧を０Ｖから３．５Ｖまで振ったときに、出力端子に漏れる信号のレベルを測定した結果を示すグラフである。
【図５】図５は、２段構成の高周波電力増幅器において、動作電圧Ｖｄｄを０Ｖにした状態で、入力端子Ｐｉｎに、８２４ＭＨｚで＋８ｄＢｍの信号と９１５ＭＨｚで＋８ｄＢｍの信号を入力し、１段目と２段目の増幅用ＦＥＴのゲート電圧を０Ｖから３．５Ｖまで振ったときに、出力端子に漏れる信号のレベルを測定した結果を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例の高周波電力増幅器が適用されるＧＳＭ系の無線通信システムにおける起動信号Ｖtxonや制御電圧Ｖramp等の信号の変化のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】図７は、本実施例を適用した高周波電力増幅器と、本実施例を適用しないで単に増幅段を２段構成にした高周波電力増幅器において、制御電圧Ｖrampの変化に対する出力電力Ｐoutの変化をシミュレーションによって求めた結果を示す特性図である。
【図８】図８は、本発明を適用した高周波電力増幅器の第２の実施例を示す回路構成図である。
【図９】図９（Ａ）はゲートバイアス制御方式の高周波電力増幅回路の１つの増幅段の概念図、図９（Ｂ）はその具体例を示す回路構成図である。
【図１０】図１０（Ａ）は動作電圧制御方式の高周波電力増幅回路の１つの増幅段の概念図、図１０（Ｂ）はその具体例を示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
Ｑａ１，Ｑａ２  増幅用ＦＥＴ
Ｑｂ１，Ｑｂ２  バイアス用ＦＥＴ
Ｍｐ１  電源制御用トランジスタ
２００  高周波電力増幅器（ＲＦパワーモジュール）
２１０  高周波電力増幅回路
２２０  動作電圧制御回路
２２１  電源変換回路
【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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