(57)【要約】      （修正有）【課題】ゲインを変化させることが可能な電力増幅モジュールにおいて、ゲイン変化に伴う入力インピーダンスの変化を抑制する【解決手段】電力増幅モジュール１２０は、第１のトランジスタＴ２と、第２のトランジスタＴ３と、第１のトランジスタＴ２のベースに第１のバイアス電流を供給する第１の抵抗Ｒ１２と、第１の抵抗Ｒ１２の一端と接続され、第２のトランジスタＴ３のベースに接続される第２の抵抗Ｒ１３と、第２のトランジスタＴ３のベースに第２のバイアス電流を供給する第３の抵抗Ｒ２３と、を備える。高ゲインモード時は、第１のバイアス電流が、それぞれ、第１及び第２のトランジスタＴ２、Ｔ３のベースに供給される。低ゲインモード時は、第２のバイアス電流が、第２のトランジスタＴ３のベースに供給され、第３、第２及び第１の抵抗Ｒ２３、Ｒ１３、Ｒ１２を介して減少したバイアス電流が第１のトランジスタＴ２のベースに供給される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号がベースに入力される第１のトランジスタと、
前記第１の信号がベースに入力され、コレクタが前記第１のトランジスタのコレクタと接続される第２のトランジスタと、
一端に第１のバイアス電流が供給され、他端が前記第１のトランジスタのベースに接続される第１の抵抗と、
一端が前記第１の抵抗の前記一端と接続され、他端が前記第２のトランジスタのベースに接続される第２の抵抗と、
一端に第２のバイアス電流が供給され、他端が前記第２のトランジスタのベースに接続される第３の抵抗と、
を備え、
高ゲインモード時は、前記第１のバイアス電流が、それぞれ、前記第１及び第２の抵抗を介して前記第１及び第２のトランジスタのベースに供給され、
低ゲインモード時は、前記第２のバイアス電流が、前記第３の抵抗を介して前記第２のトランジスタのベースに供給され、前記第３、第２、及び第１の抵抗を介して前記第１のトランジスタのベースに供給され、
前記第１及び第２のトランジスタのコレクタから、前記第１の信号を増幅した第２の信号が出力される、
電力増幅モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電力増幅モジュールであって、
ベースに第１のバイアス制御電圧が供給され、エミッタから前記第１のバイアス電流を出力する第３のトランジスタと、
ベースに第２のバイアス制御電圧が供給され、エミッタから前記第２のバイアス電流を出力する第４のトランジスタと、
をさらに備え、
前記第１及び第２の抵抗の前記一端は、前記第３のトランジスタのエミッタと接続され、
前記第３の抵抗の前記一端は、前記第４のトランジスタのエミッタと接続される、
電力増幅モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の電力増幅モジュールであって、
前記高ゲインモード時は、前記第１のバイアス制御電圧を、前記第３のトランジスタがオンになるレベルとし、前記第２のバイアス制御電圧を、前記第４のトランジスタがオフになるレベルとし、
前記低ゲインモード時は、前記第１のバイアス制御電圧を、前記第３のトランジスタがオフになるレベルとし、前記第２のバイアス制御電圧を、前記第４のトランジスタがオンになるレベルとする、
バイアス制御回路をさらに備える、
電力増幅モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の移動体通信機においては、基地局へ送信する信号の電力を増幅するために電力増幅モジュールが用いられる。このような電力増幅モジュールでは、電力付加効率を改善するために、出力レベルに応じてゲインを切り替えることがある。例えば、特許文献１には、並列に接続されたトランジスタにより構成される電力増幅回路において、電力増幅モジュールの増幅器に流れる電流を変更することによってゲインを調整する構成が開示されている。この構成では、電流の変更に伴う入力インピーダンスの変動を、バイアス回路側に搭載された複雑かつ規模の大きい制御回路によって抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２８７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、入力インピーダンスの変動を抑制するために複雑かつ規模の大きい制御回路を電力増幅モジュールに搭載することは、チップ面積が大きくなるというデメリットがある。一方、ゲインを調整するために、動作するトランジスタの数を変化させると、電力増幅回路の入力インピーダンスが変化してしまう。そのため、電力増幅回路の入力における定在波比（ＶＳＷＲ）の悪化を招くことがある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ゲインを変化させることが可能な電力増幅モジュールにおいて、ゲイン変化に伴う入力インピーダンスの変化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る電力増幅モジュールは、第１の信号がベースに入力される第１のトランジスタと、第１の信号がベースに入力され、コレクタが第１のトランジスタのコレクタと接続される第２のトランジスタと、一端に第１のバイアス電流が供給され、他端が第１のトランジスタのベースに接続される第１の抵抗と、一端が第１の抵抗の一端と接続され、他端が第２のトランジスタのベースに接続される第２の抵抗と、一端に第２のバイアス電流が供給され、他端が第２のトランジスタのベースに接続される第３の抵抗と、を備え、高ゲインモード時は、第１のバイアス電流が、それぞれ、第１及び第２の抵抗を介して第１及び第２のトランジスタのベースに供給され、低ゲインモード時は、第２のバイアス電流が、第３の抵抗を介して第２のトランジスタのベースに供給され、第３、第２、及び第１の抵抗を介して第１のトランジスタのベースに供給され、第１及び第２のトランジスタのコレクタから、第１の信号を増幅した第２の信号が出力される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ゲインを変化させることが可能な電力増幅モジュールにおいて、ゲイン変化に伴う入力インピーダンスの変化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態である電力増幅モジュールを含む送信ユニットの構成例を示す図である。
【図２】電力増幅モジュール１２０の構成の一例を示す図である。
【図３】高ゲインモードの場合における電力増幅モジュール１２０の動作を説明するための図である。
【図４】低ゲインモードの場合における電力増幅モジュール１２０の動作を説明するための図である。
【図５】トランジスタ数とゲイン変化量との関係の一例を示す図である。
【図６】トランジスタ数と定在波比との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態である電力増幅モジュールを含む送信ユニットの構成例を示す図である。送信ユニット１００は、例えば、携帯電話等の移動体通信機において、音声やデータなどの各種信号を基地局へ送信するために用いられる。なお、移動体通信機は基地局から信号を受信するための受信ユニットも備えるが、ここでは説明を省略する。
【００１０】
図１に示すように、送信ユニット１００は、変調部１１０、電力増幅モジュール１２０、フロントエンド部１３０、及びアンテナ１４０を含んで構成される。
【００１１】
変調部１１０は、ＨＳＵＰＡ（Ｈｉｇｈ  Ｓｐｐｅｄ  Ｕｐｌｉｎｋ  Ｐａｃｋｅｔ  Ａｃｃｅｓｓ）やＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）等の変調方式に基づいて入力信号を変調し、無線送信を行うための無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成する。ＲＦ信号は、例えば、数百ＭＨｚから数ＧＨｚ程度である。
【００１２】
電力増幅モジュール１２０は、変調部１１０から出力されるＲＦ信号（ＲＦIN）の電力を、基地局に送信するために必要なレベルまで増幅し、増幅信号（ＲＦOUT）を出力する。電力増幅モジュール１２０は、ゲインモード制御電圧ＶMODEに応じたゲインモードで動作する。ゲインモードには、例えば、高ゲインモード及び低ゲインモードが含まれる。
【００１３】
フロントエンド部１３０は、増幅信号に対するフィルタリングや、基地局から受信する受信信号とのスイッチングなどを行う。フロントエンド部１３０から出力される増幅信号は、アンテナ１４０を介して基地局に送信される。
【００１４】
図２は、電力増幅モジュール１２０の構成の一例を示す図である。電力増幅モジュール１２０は、トランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ２３，Ｒ２４、インダクタＬ１、バイアス回路２００，２１０、及びバイアス制御回路２２０を含む。
【００１５】
トランジスタＴ１〜Ｔ４は、増幅用のトランジスタであり、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）である。トランジスタＴ１〜Ｔ４は、並列に接続され、１つの増幅回路を形成している。トランジスタＴ１〜Ｔ４の各々は、例えば、マルチフィンガー型のトランジスタにおける１つのフィンガーとすることができる。トランジスタＴ１〜Ｔ４のベースには、それぞれ、キャパシタＣ１〜Ｃ４を介して、ＲＦ信号（ＲＦIN）が入力される。また、トランジスタＴ１〜Ｔ４のコレクタには、インダクタＬ１を介して電源電圧ＶCCが供給される。トランジスタＴ１〜Ｔ４は、コレクタから、ＲＦ信号（ＲＦIN）の増幅信号（ＲＦOUT）を、キャパシタＣ５を介して出力する。
【００１６】
抵抗Ｒ１１は、一端にバイアス電流ＩBIAS1が供給され、他端がトランジスタＴ１のベースに接続される。抵抗Ｒ１２は、一端にバイアス電流ＩBIAS1が供給され、他端がトランジスタＴ２のベースに接続される。抵抗Ｒ１３は、一端にバイアス電流ＩBIAS1が供給され、他端がトランジスタＴ３のベースに接続される。抵抗Ｒ１４は、一端にバイアス電流ＩBIAS1が供給され、他端がトランジスタＴ４のベースに接続される。抵抗Ｒ２３は、一端にバイアス電流ＩBIAS2が供給され、他端がトランジスタＴ３のベースに接続される。抵抗Ｒ２４は、一端にバイアス電流ＩBIAS2が供給され、他端がトランジスタＴ４のベースに接続される。
【００１７】
バイアス回路２００は、バイアス制御電圧ＶBIAS1に基づいて、バイアス電流ＩBIAS1を生成する。バイアス回路２００は、例えば、トランジスタＴ３１で構成されている。トランジスタＴ３１は、例えば、ＨＢＴである。トランジスタＴ３１は、ベースにバイアス制御電圧ＶBIAS1が供給され、コレクタに、電源電圧ＶCCが供給され、エミッタが、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４の一端に接続される。
【００１８】
バイアス回路２１０は、バイアス制御電圧ＶBIAS2に基づいて、バイアス電流ＩBIAS2を生成する。バイアス回路２１０は、例えば、トランジスタＴ３２で構成されている。トランジスタＴ３２は、例えば、ＨＢＴである。トランジスタＴ３２は、ベースに、バイアス制御電圧ＶBIAS2が供給され、コレクタに、電源電圧ＶCCが供給され、エミッタが、抵抗Ｒ２３，２４の一端に接続される。
【００１９】
バイアス制御回路２２０は、ゲインモード制御電圧ＶMODEに基づいて、バイアス制御電圧ＶBIAS1，ＶBIAS2を制御する。具体的には、バイアス制御回路２２０は、高ゲインモード時は、バイアス制御電圧ＶBIAS1をハイレベルとし、バイアス制御電圧ＶBIAS2をローレベルとする。また、バイアス制御回路２２０は、低ゲインモード時は、バイアス制御電圧ＶBIAS2をハイレベルとし、バイアス制御電圧ＶBIAS1をローレベルとする。なお、ハイレベルは、バイアス回路２００，２１０を構成するトランジスタＴ３１，Ｔ３２がオンとなる閾値電圧より高い電圧であり、ローレベルは、該閾値電圧より低い電圧である。
【００２０】
図３及び図４を参照し、電力増幅モジュール１２０の動作の一例について説明する。
【００２１】
図３は、高ゲインモードの場合における電力増幅モジュール１２０の動作を説明するための図である。高ゲインモードの場合、バイアス制御回路２２０は、バイアス制御電圧ＶBIAS1をハイレベルとし、バイアス制御電圧ＶBIAS2をローレベルとする。これにより、バイアス回路２００のトランジスタＴ３１はオン、バイアス回路２１０のトランジスタＴ３２はオフとなる。そして、バイアス回路２００から、バイアス電流ＩBIAS1が出力される。
【００２２】
バイアス電流ＩBIAS1は、抵抗Ｒ１１を介してトランジスタＴ１のベースに供給される。同様に、バイアス電流ＩBIAS1は、それぞれ、抵抗Ｒ１２〜Ｒ１４を介して、トランジスタＴ２〜Ｔ４のベースに供給される。これにより、トランジスタＴ１〜Ｔ４がオンとなり、ＲＦ信号（ＲＦIN）は、トランジスタＴ１〜Ｔ４によって増幅される。
【００２３】
図４は、低ゲインモードの場合における電力増幅モジュール１２０の動作を説明するための図である。低ゲインモードの場合、バイアス制御回路２２０は、バイアス制御電圧ＶBIAS1をローレベルとし、バイアス制御電圧ＶBIAS2をハイレベルとする。これにより、バイアス回路２００のトランジスタＴ３１はオフ、バイアス回路２１０のトランジスタＴ３２はオンとなる。そして、バイアス回路２１０から、バイアス電流ＩBIAS2が出力される。
【００２４】
バイアス電流ＩBIAS2は、抵抗Ｒ２３を介してトランジスタＴ３のベースに供給される。同様に、バイアス電流ＩBIAS2は、抵抗Ｒ２４を介して、トランジスタＴ４のベースに供給される。これにより、トランジスタＴ３，Ｔ４がオンとなる。
【００２５】
また、バイアス電流ＩBIAS2は、抵抗Ｒ２３，Ｒ１３，Ｒ１１を介して、トランジスタＴ１のベースに供給される。同様に、バイアス電流ＩBIAS2は、抵抗Ｒ２３，Ｒ１３，Ｒ１２を介して、トランジスタＴ２のベースに供給される。また、バイアス電流ＩBIAS2は、抵抗Ｒ２４，Ｒ１４，Ｒ１１を介して、トランジスタＴ１のベースに供給される。また、バイアス電流ＩBIAS2は、抵抗Ｒ２４，Ｒ１４，Ｒ１２を介して、トランジスタＴ２のベースに供給される。ただし、トランジスタＴ１，Ｔ２のベースに供給される電流量は、トランジスタＴ３，Ｔ４に供給される電流量と比較して少なくなる。そのため、トランジスタＴ１，Ｔ２は、完全にオフとはならないものの、単位エミッタ面積あたりのエミッタ電流量は、トランジスタＴ３，Ｔ４と比較して少なくなる。従って、トランジスタＴ１〜Ｔ４によるゲインは、図３で説明した高ゲインモードの場合よりも小さくなる。
【００２６】
図３及び図４を参照して説明したように、電力増幅モジュール１２０では、高ゲインモードの場合は、トランジスタＴ１〜Ｔ４のベースにバイアス電流ＩBIAS1が供給されることにより、トランジスタＴ１〜Ｔ４がオンとなる。また、低ゲインモードの場合は、トランジスタＴ３，Ｔ４のベースにバイアス電流ＩBIAS2が供給され、トランジスタＴ３，Ｔ４がオンとなる。さらに、バイアス電流ＩBIAS2は、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４を介して、トランジスタＴ１，Ｔ２のベースにも供給され、トランジスタＴ１，Ｔ２が、完全にはオフではない状態となる。
【００２７】
電力増幅モジュール１２０では、このような動作によって、ゲインを変化させることができる。そして、電力増幅モジュール１２０では、低ゲインモードの場合において、トランジスタＴ１，Ｔ２が完全にオフではないため、トランジスタＴ１，Ｔ２が完全にオフになる場合と比較して、入力インピーダンスの変化を抑制することができる。
【００２８】
なお、電力増幅モジュール１２０では、増幅回路を構成するトランジスタの数を４個としたが、これに限られない。また、電力増幅モジュール１２０では、低ゲインモード時にバイアス電流の供給量が少なくなるトランジスタを２個（トランジスタＴ１，Ｔ２）としたが、これに限られない。例えば、低ゲインモード時にバイアス電流の供給量が少なくなるトランジスタは、３個（例えば、トランジスタＴ１〜Ｔ３）であってもよいし、１個（例えば、トランジスタＴ１）であってもよい。
【００２９】
図５及び図６を参照して、電力増幅モジュール１２０の特性について説明する。
【００３０】
図５は、トランジスタ数とゲイン変化量との関係の一例を示す図である。横軸は、完全にオンとなっているトランジスタの数、縦軸は、増幅に直接寄与している（完全にオンとなっている）トランジスタ数が４個の状態を基準としたゲイン変化量を示す。
【００３１】
図５において、実線は、本実施形態の電力増幅モジュール１２０と同様の構成（増幅に直接寄与しないトランジスタにも電流を供給する構成）におけるシミュレーション結果の一例を示す。また、破線は、増幅に直接寄与しないトランジスタには電流を供給しない一般的な構成におけるシミュレーション結果の一例を示す。図５に示すように、電力増幅モジュール１２０と同様の構成においても、低ゲインモード時に、増幅に直接寄与している（完全にオンとなっている）トランジスタの数を減らしていくことにより、ゲインを低減させることができる。
【００３２】
図６は、トランジスタ数と定在波比との関係の一例を示す図である。横軸は、完全にオンとなっているトランジスタの数、縦軸は、電力増幅モジュールの入力における定在波比（入力ＶＳＷＲ）を示す。
【００３３】
図６において、実線は、電力増幅モジュール１２０と同様の構成（増幅に直接寄与しないトランジスタにも電流を供給する構成）におけるシミュレーション結果の一例を示す。また、破線は、増幅に直接寄与しないトランジスタには電流を供給しない一般的な構成におけるシミュレーション結果ｎ一例を示す。図６に示すように、電力増幅モジュール１２０と同様の構成においては、低ゲインモード時にトランジスタが完全にオフにはならないため、入力インピーダンスの変化が抑制されることにより、入力ＶＳＷＲの悪化を抑制することができる。
【００３４】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。電力増幅モジュール１２０によれば、低ゲインモード時に、トランジスタＴ１，Ｔ２が完全にオフにはならない。これにより、電力増幅モジュール１２０では、ゲイン変化に伴う入力インピーダンスの変化を抑制することが可能となる。
【００３５】
なお、電力増幅モジュール１２０は、一段の増幅回路としたが、二段以上の増幅回路においても同様に、本発明を適用することができる。二段以上の増幅回路に適用する場合、全ての段において同様の構成を採用してもよいし、一部の段において同様の構成を採用してもよい。
【００３６】
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３７】
１００  送信ユニット
１１０  変調部
１２０  電力増幅モジュール
１３０  フロントエンド部
１４０  アンテナ
２００，２１０  バイアス回路
２２０  バイアス制御回路
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ３１，Ｔ３２  トランジスタ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５  キャパシタ
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ３１，Ｒ３２  抵抗
Ｌ１  インダクタ
【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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