(57)【要約】      （修正有）【課題】線形性を向上させた電力増幅モジュールを提供する。【解決手段】無線周波数信号を増幅し出力する第１のトランジスタ３００Ａと、第１のトランジスタ３００Ａのベースにバイアス電流を供給するバイアス回路２１０Ａと、を備える。バイアス回路２１０Ａは、エミッタからバイアス電流を出力する第３のトランジスタ３１２Ａと、一端に該無線周波数信号が入力され、他端が第１のトランジスタ３００Ａのベースと接続されるキャパシタ３３２Ａと、一端が第３のトランジスタ３１２Ａのエミッタと接続され、他端が第１のトランジスタ３００Ａのベースと接続される第１の抵抗器３２１Ａと、一端がキャパシタ３３２Ａの一端と接続され、他端が第３のトランジスタ３１２Ａのエミッタと接続される第２の抵抗器３２２Ａと、一端がキャパシタ３３２Ａの一端と接続され、他端が第１のトランジスタ３００Ａのベースと接続される第３の抵抗器323Ａと、を含む。【選択図】図３
2017098892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無線周波数信号を増幅して第２の無線周波数信号を出力する第１のトランジスタと、
前記第２の無線周波数信号を増幅して第３の無線周波数信号を出力する第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのベースに第１のバイアス電流を供給する第１のバイアス回路と、
前記第２のトランジスタのベースに第２のバイアス電流を供給する第２のバイアス回路と、
を備え、
前記第１のバイアス回路は、
エミッタ又はソースから前記第１のバイアス電流を出力する第３のトランジスタと、
一端に前記第１の無線周波数信号が入力され、他端が前記第１のトランジスタのベースと接続されるキャパシタと、
一端が前記第３のトランジスタのエミッタ又はソースと接続され、他端が前記第１のトランジスタのベースと接続される第１の抵抗器と、
一端が前記キャパシタの一端と接続され、他端が前記第３のトランジスタのエミッタ又はソースと接続される第２の抵抗器と、
一端が前記キャパシタの一端と接続され、他端が前記第１のトランジスタのベースと接続される第３の抵抗器と、
を含む電力増幅モジュール。
【請求項２】
前記第３のトランジスタは、バイポーラトランジスタであることを特徴とする、請求項１に記載の電力増幅モジュール。
【請求項３】
前記第３のトランジスタは、電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅モジュール。
【請求項４】
第２の抵抗器の抵抗値は、第１の抵抗器の抵抗値より小さいことを特徴とする、請求項１〜３いずれか一項に記載の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、基地局へ送信する無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency）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。電力増幅モジュールでは、電力増幅用のトランジスタにバイアス電流を供給するためのバイアス回路が用いられる。例えば、特許文献１には、増幅素子としてトランジスタが用いられた複数の増幅段からなる電力増幅モジュールが開示されている。特許文献１に記載の電力増幅モジュールは、前段、及び後段のバイポーラトランジスタを、いずれもエミッタ接地とし、前段のバイポーラトランジスタをベース電流一定モードで動作させ、後段のバイポーラトランジスタをベース電圧一定モードで動作させる構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１３５７５０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、特許文献１に開示されたような電力増幅モジュールでは、出力電力の増加に伴いゲインが低下することにより、線形性が劣化してしまう。
【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、電力増幅モジュールにおける線形性を向上させ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の無線周波数信号を増幅して第２の無線周波数信号を出力する第１のトランジスタと、第２の無線周波数を増幅して第３の無線周波数信号を出力する第２のトランジスタと、第１のトランジスタのベースに第１のバイアス電流を供給する第１のバイアス回路と、第２のトランジスタのベースに第２のバイアス電流を供給する第２のバイアス回路と、を備え、第１のバイアス回路は、エミッタ又はソースから第１のバイアス電流を出力する第３のトランジスタと、一端に第１の無線周波数信号が入力され、他端が第１のトランジスタのベースと接続されるキャパシタと、一端が第３のトランジスタのエミッタ又はソースと接続され、他端が第１のトランジスタのベースと接続される第１の抵抗器と、一端がキャパシタの一端と接続され、他端が第３のトランジスタのエミッタ又はソースと接続される第２の抵抗器と、一端がキャパシタの一端と接続され、他端が第１のトランジスタのベースと接続される第３の抵抗器と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電力増幅モジュールにおける線形性を向上させ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１１２の構成例を示す図である。
【図３】増幅回路２００及びバイアス回路２１０の構成例を示す図である。
【図４】増幅回路２０１及びバイアス回路２１１の構成例を示す図である。
【図５Ａ】本実施形態に係る電力増幅モジュールの線形性の一例を示す図である。
【図５Ｂ】本実施形態に係る電力増幅モジュールの線形性の一例を示す図である。
【図５Ｃ】本実施形態に係る電力増幅モジュールの線形性の一例を示す図である。
【図６】バイアス回路２１０の他の構成例を示す図である。
【図７】バイアス回路２１０の他の構成例を示す図である。
【図８】バイアス回路２１０の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（１．送信ユニット１００の構成）
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１００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、ベースバンド部１１０、ＲＦ部１１１、電力増幅モジュール１１２、フロントエンド部１１３、及びアンテナ１１４を備える。
【００１１】
ベースバンド部１１０は、ＨＳＵＰＡ（High-Speed Uplink Packet Access）やＬＴＥ（Long Term Evolution）等の変調方式に基づいて、音声やデータなどの入力信号を変調し、変調信号を出力する。本実施形態では、ベースバンド部１１０から出力される変調信号は、振幅および位相をＩＱ平面上で表したＩＱ信号（Ｉ信号及びＱ信号）として出力される。ＩＱ信号の周波数は、例えば、数ＭＨｚから数１０ＭＨｚ程度である。また、ベースバンド部１１０は、電力増幅モジュール１１２におけるゲインを制御するためのモード信号ＭＯＤＥを出力する。
【００１２】
ＲＦ部１１１は、ベースバンド部１１０から出力されるＩＱ信号から、無線送信を行うためのＲＦ信号（ＲＦIN）を生成する。ＲＦ信号は、例えば、数百ＭＨｚから数ＧＨｚ程度である。
【００１３】
電力増幅モジュール１１２は、ＲＦ部１１１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１１２では、ベースバンド部１１０から供給されるモード信号ＭＯＤＥに基づいてバイアス電流の電流量が決定され、ゲインが制御される。
【００１４】
フロントエンド部１１３は、増幅信号（ＲＦOUT）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１１３から出力される増幅信号は、アンテナ１１４を介して基地局に送信される。
【００１５】
（２．電力増幅モジュール１１２の構成）
図２は、電力増幅モジュール１１２の構成例を示す図である。図２に示すように、電力増幅モジュール１１２は、増幅回路２００，２０１、バイアス回路２１０，２１１、整合回路（ＭＮ：Matching Network）２２０，２２１，２２２、インダクタ２３０，２３１、抵抗器２４０，２４１、及びバイアス制御回路２５０を含む。
【００１６】
増幅回路２００，２０１は、二段の増幅回路を構成している。増幅回路２００は、ＲＦ信号（ＲＦIN1）（第１の無線周波数信号の一例である。）を増幅して、増幅信号（ＲＦOUT1）（第２の無線周波数信号の一例である。）を出力する。増幅回路２００から出力される増幅信号（ＲＦOUT1）は、整合回路２２１を介して、ＲＦ信号（ＲＦIN2）として増幅回路２０１に入力される。増幅回路２０１は、ＲＦ信号（ＲＦIN2）を増幅して、増幅信号（ＲＦOUT2）（第３の無線周波数信号の一例である。）を出力する。なお、本実施形態では、電力増幅モジュールにおける増幅回路の段数を二段としたが、増幅回路の段数は二段に限られず、三段以上であってもよい。増幅回路が三段以上である場合、最終段以外の増幅回路に、後述するバイアス回路２１０と同様の構成を用いることができる。
【００１７】
バイアス回路２１０，２１１は、それぞれ、増幅回路２００，２０１に対してバイアス電流を供給する。バイアス回路２１０（第１のバイアス回路の一例である。）は、バイアス制御回路２５０から出力されるバイアス制御電流ＩCONT1に応じたバイアス電流ＩBIAS1（第１のバイアス電流の一例である。）を増幅回路２００に供給する。また、バイアス回路２１１（第２のバイアス回路の一例である。）は、バイアス制御回路２５０から出力されるバイアス制御電流ＩCONT2に応じたバイアス電流ＩBIAS2（第２のバイアス電流の一例である。）を増幅回路２０１に供給する。
【００１８】
整合回路２２０，２２１，２２２は、回路間のインピーダンスを整合させるために設けられている。整合回路２２０，２２１，２２２は、それぞれ、例えば、インダクタやキャパシタを用いて構成される。
【００１９】
インダクタ２３０，２３１は、ＲＦ信号のアイソレーション用に設けられている。増幅回路２００，２０１には、それぞれ、インダクタ２３０，２３１を介して、電源電圧ＶCCが供給される。
【００２０】
バイアス制御回路２５０は、モード信号ＭＯＤＥに基づいて、バイアス電流ＩBIAS1，ＩBIAS2を制御するためのバイアス制御電流ＩCONT1，ＩCONT2を出力する。バイアス制御電流ＩCONT1は、抵抗器２４０を介して、バイアス回路２１０に供給される。また、バイアス制御電流ＩCONT2は、抵抗器２４１を介して、バイアス回路２１１に供給される。電力増幅モジュール１１２は、抵抗器２４０，２４１を備えることにより、バイアス制御回路２５０から見たバイアス回路２１０，２１１のインピーダンス変化を抑制することができる。電力増幅モジュール１１２では、バイアス電流ＩBIAS1，ＩBIAS2が制御されることにより、ゲインが制御される。なお、バイアス制御回路２５０は、電力増幅モジュール１１２の外部に設けられてもよい。また、電力増幅モジュール１１２は、抵抗器２４０，２４１を備えなくてもよい。
【００２１】
（３．増幅回路２００及びバイアス回路２１０の構成）
図３は、増幅回路２００及びバイアス回路２１０の構成例を示す図である。
【００２２】
増幅回路２００は、トランジスタ３００Ａ（第１のトランジスタの一例である。）、キャパシタ３０１Ａ、キャパシタ３０２Ａ、及び抵抗器３０３Ａを備える。
【００２３】
トランジスタ３００Ａは、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heterojunction Bipolar Transistor）である。トランジスタ３００Ａのベースには、キャパシタ３０１Ａ及び後述するキャパシタ３３２Ａを介して、ＲＦ信号（ＲＦIN1）が入力される。トランジスタ３００Ａのコレクタには、インダクタ２３０を介して、電源電圧ＶCCが供給される。トランジスタ３００のエミッタは接地される。また、トランジスタ３００Ａのベースには、バイアス電流ＩBIAS1が供給される。そして、トランジスタ３００Ａのコレクタから、増幅信号（ＲＦOUT1）が出力される。
【００２４】
キャパシタ３０１Ａは、ＲＦ信号（ＲＦIN1）の直流成分をカットして出力するとともに、バイアス回路２１０Ａの直流成分をＲＦ部１１１に戻さないようする。キャパシタ３０１Ａから出力されるＲＦ信号は、キャパシタ３３２Ａを介してトランジスタ３００Ａのベースに入力される。
【００２５】
キャパシタ３０２Ａ及び抵抗器３０３Ａは、帰還回路を形成する。キャパシタ３０２Ａは、一端がキャパシタ３０１Ａ，３３２Ａの接続点に接続され、他端が抵抗器３０３Ａの一端に接続される。抵抗器３０３Ａの他端は、トランジスタ３００Ａのコレクタに接続される。この帰還回路は、増幅回路２００におけるゲイン調整及び入力整合のために設けられている。
【００２６】
次にバイアス回路２１０Ａの構成について説明する。
バイアス回路２１０Ａは、トランジスタ３１０Ａ，３１１Ａ，３１２Ａ、キャパシタ３３１Ａ，３３２Ａ、及び抵抗器３２１Ａ，３２２Ａ，３２３Ａを備える。トランジスタ３１０Ａ〜３１２Ａは、例えばＨＢＴである。バイアス回路２１０Ａと増幅回路２００とに用いるトランジスタを、いずれもＨＢＴとすることで、バイアス回路２１０Ａと増幅回路２００とを１つのチップ上に形成することが容易となる。
【００２７】
トランジスタ３１０Ａは、コレクタとベースを接続するダイオード接続と呼ばれる構成である。（以後、ダイオード接続と呼ぶ）トランジスタ３１０Ａは、バイアス制御電流ＩCONT1がコレクタに供給される。トランジスタ３１１Ａは、ダイオード接続され、コレクタが、トランジスタ３１０Ａのエミッタと接続され、エミッタが接地される。トランジスタ３１２Ａ（第３のトランジスタの一例である。）は、コレクタに電源電圧（例えば、バッテリ電圧ＶBAT）が供給され、ベースがトランジスタ３１０Ａのコレクタと接続される。キャパシタ３３１Ａは、一端がトランジスタ３１０Ａのコレクタに接続され、他端がトランジスタ３１１Ａのエミッタに接続される。
【００２８】
キャパシタ３３２Ａは、一端にキャパシタ３０１Ａを介してＲＦ信号（ＲＦIN1）が入力され、他端がトランジスタ３００Ａのベースと接続される。抵抗器３２１Ａ（第１の抵抗器の一例である。）は、一端がトランジスタ３１２Ａのエミッタと接続され、他端がトランジスタ３００Ａのベースと接続される。抵抗器３２２Ａ（第２の抵抗器の一例である。）は、一端がキャパシタ３３２Ａの一端と接続され、他端がトランジスタ３１２Ａのエミッタと接続される。抵抗器３２３Ａ（第３の抵抗器の一例である。）は、一端がキャパシタ３３２Ａの一端と接続され、他端がトランジスタ３００Ａのベースと接続される。
【００２９】
次にバイアス回路２１０Ａの機能について説明する。
バイアス回路２１０Ａでは、バイアス制御電流ＩCONT1に応じたバイアス電流ＩBIAS1が、トランジスタ３１２Ａのエミッタから出力される。ここで、エミッタから出力されるバイアス電流ＩBIAS1は、ＲＦ信号（ＲＦIN1）の影響により変動する。ＲＦ信号（ＲＦIN1）のレベルが大きくなる（「大信号時」とも呼ぶ。）と、出力されるバイアス電流ＩBIAS1も大きくなる。この点について詳細に説明する。
【００３０】
バイアス電流ＩBIAS1の経路は、トランジスタ３１２Ａのエミッタから抵抗器３２１Ａを経由する経路（経路１）と、トランジスタ３１２Ａのエミッタから抵抗器３２２Ａ，３２３Ａを経由する経路（経路２）の２つの経路がある。通常は、このように２つの経路を設けずに、抵抗器３２１Ａ，３２２Ａ，３２３Ａの合成抵抗値を有する１つの抵抗器をトランジスタ３１２Ａのエミッタとトランジスタ３００Ａのベースとの間に設ける。バイアス回路２１０Ａでは、経路２が設けられていることにより、キャパシタ３０１Ａから出力されるＲＦ信号（ＲＦIN1）の影響は、抵抗器３２２Ａを介してトランジスタ３１２Ａのエミッタに伝達される。従って、１つの大きな抵抗器を設ける場合と比較して、トランジスタ３１２Ａのエミッタに与えるＲＦ信号（ＲＦIN1）の影響を大きくすることができる。これによって、大信号時に、トランジスタ３１２Ａが出力するバイアス電流ＩBIAS1を増大させることができ、この結果、増幅回路２００において、出力電力を増加させることが可能になる。
【００３１】
さらに、抵抗器３２２Ａの抵抗値を、抵抗器３２１Ａの抵抗値よりも小さく設定することで、トランジスタ３１２Ａのエミッタに与えるＲＦ信号（ＲＦIN1）の影響を、より大きくすることができる。これによって、大信号時に、より大きなバイアス電流ＩBIAS1をトランジスタ３１２１Ａに出力させることが可能になる。なお、バイアス回路２１０Ａにおいては、抵抗器３２１Ａ，３２２Ａ，３２３Ａの抵抗値を調整することで、バイアス電流ＩBIAS1の電流量を調整することができる。
【００３２】
また、バイアス回路２１０Ａでは、キャパシタ３３２Ａが抵抗器３２３Ａと並列に接続されることにより、ＲＦ信号（ＲＦIN1）の交流成分が、抵抗器３２３Ａを通らずに、キャパシタ３３２Ａを介してトランジスタ３００Ａのベースに入力される。これによって、トランジスタ３００Ａのベースに入力されるＲＦ信号（ＲＦIN1）の減衰を防ぐことが可能になる。
【００３３】
また、並列に接続されたキャパシタ３３２Ａ及び抵抗器３２３Ａ（ＲＣ並列回路）は、発振安定回路を構成している。低周波信号に対してＲＣ並列回路のキャパシタ３３２Ａは遮断状態となり、高周波信号に対してＲＣ並列回路のキャパシタ３３２Ａは短絡状態となる。このため、低周波信号は抵抗器３２３Ａを通過し、高周波信号はキャパシタ３３２Ａを通過する。即ち、ＲＣ並列回路は、低周波信号に対して抵抗状態となり、高周波信号に対して短絡状態となる。この結果、ＲＣ並列回路は、使用周波数よりも低周波側の信号に対しては、抵抗状態となって、低周波信号の発振を抑制して安定性を向上させることができる。一方、ＲＣ並列回路は、使用周波数よりも高周波側の信号に対しては、短絡状態となって、高周波信号を損失のない状態でトランジスタ３００Ａのベースに入力することができる。また、ＲＣ並列回路では、低周波信号は抵抗器３２３Ａを通過し、高周波信号はキャパシタ３３２Ａを通過する。従って、例えば抵抗器３２３Ａの抵抗値に応じて発振の安定性を調整することができ、キャパシタ３３２Ａの容量に応じて短絡状態となる信号の周波数を調整することができる。
【００３４】
なお、トランジスタ３１０Ａ，３１２Ａは、エンハンスメント型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）であってもよい。この場合、ＦＥＴのソースがバイアス電流ＩBIAS1を出力する。ＨＢＴがオンとなる閾値電圧は、例えば、１．３Ｖ程度である。従って、トランジスタ３１０Ａ，３１２ＡをＨＢＴとする場合、バイアス制御電流ＩCONT1の入力端子の電圧は、２．８Ｖ程度必要となる。他方、エンハンスメント型ＦＥＴがオンとなる閾値電圧は、ＨＢＴがオンとなる閾値電圧より低く、例えば、０．５Ｖ程度である。従って、トランジスタ３１０Ａ，３１２Ａをエンハンスメント型ＦＥＴとする場合、バイアス制御電流ＩCONT1の入力端子の電圧は、ＨＢＴの場合（２．８Ｖ程度）より低い２．０Ｖ程度でよい。
【００３５】
（４．増幅回路２０１及びバイアス回路２１１の構成）
図４は、増幅回路２０１及びバイアス回路２１１の構成例を示す図である。なお、図３に示した増幅回路２００及びバイアス回路２１０Ａと同等の要素には、同等の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
増幅回路２０１は、トランジスタ３００Ｂ（第２のトランジスタの一例である。）、キャパシタ３０１Ｂ、キャパシタ３０２Ｂ、及び抵抗器３０３Ｂを備える。増幅回路２０１内の構成は、増幅回路２００と同等であるため詳細な説明を省略する。なお、トランジスタ３００Ｂは、トランジスタ３００Ａよりも、例えば１０倍程度大きいサイズ（エミッタ面積）を有する。
【００３７】
バイアス回路２１１は、トランジスタ３１０Ｂ，３１１Ｂ，３１２Ｂ、キャパシタ３３１Ｂ、及び抵抗器３２１Ｂを備える。トランジスタ３１０Ｂは、ダイオード接続され、バイアス制御電流ＩCONT2がコレクタに供給される。トランジスタ３１１Ｂは、ダイオード接続され、コレクタが、トランジスタ３１０Ｂのエミッタと接続され、エミッタが接地される。トランジスタ３１２Ｂ（第３のトランジスタの一例である。）は、コレクタに電源電圧（例えば、バッテリ電圧ＶBAT）が供給され、ベースがトランジスタ３１０Ｂのコレクタと接続される。キャパシタ３３１Ｂは、一端がトランジスタ３１０Ｂのコレクタに接続され、他端がトランジスタ３１１Ｂのエミッタに接続される。抵抗器３２１Ｂは、一端がトランジスタ３１２Ｂのエミッタに接続され、他端がトランジスタ３００Ｂのベースに接続される。
【００３８】
バイアス回路２１１においては、トランジスタ３１２Ｂのエミッタから出力されたバイアス電流ＩBIAS2は、抵抗器３２１Ｂを介してトランジスタ３００Ｂのベースに入力される。なお、抵抗器３２１Ｂの抵抗値は、増幅回路２０１における消費電流を抑制するのに十分な大きさであることが望ましい。例えば、前段の増幅回路２００のトランジスタ３００Ａのエミッタ面積をＥ１、前段のバイアス回路２１０Ａの抵抗器３２１Ａ〜３２３Ａの合成抵抗値をＲ１、後段の増幅回路２０１のトランジスタ３００Ｂのエミッタ面積をＥ２、後段のバイアス回路２１１の抵抗器３２１Ｂの抵抗値をＲ２とすると、Ｒ１×Ｅ１＜Ｒ２×Ｅ２とすることができる。これにより、後段の増幅回路２０１における消費電流の増大を抑制することが可能となり、電力増幅モジュール１１２全体としての効率を向上させることができる。
【００３９】
（５．電力増幅モジュール１１２の線形性）
図５Ａ〜図５Ｃは、本実施形態に係る電力増幅モジュール１１２における電圧ゲインの特性を示すシミュレーション結果である。図５Ａ〜図５Ｃに示す各グラフにおいて、横軸は出力電力［ｄＢｍ］を、縦軸は電圧ゲイン［ｄＢ］を示している。各図において、実線は、電力増幅モジュール１１２が本実施形態に係るバイアス回路２１０Ａを有する場合のシミュレーション結果を示している。他方で、図５Ａ、５Ｃにおける点線は、比較例の電力増幅モジュールのシミュレーション結果を示している。比較例は、バイアス回路２１０Ａが抵抗器３２２Ａを備えない点を除き、電力増幅モジュール１１２と同様の構成である。
【００４０】
図５Ａは、本実施形態に係る増幅回路２００（ドライバ段）と比較例の増幅回路とにおけるゲイン特性を示すグラフである。比較例では、出力電力の増加に伴い、電圧ゲインが右肩下がりに減少する特性を示している（ゲインコンプレッション）。他方、増幅回路２００に接続するバイアス回路２１０Ａにおいて、トランジスタ３１２Ａのエミッタと、キャパシタ３０１Ａ，３３２Ａの接続点との間に抵抗器３２２Ａが設けられることにより、トランジスタ３１２Ａのエミッタに与えるＲＦ信号（ＲＦIN1）の影響を大きくすることができる。具体的には、トランジスタ３１２ＡにＲＦ信号（ＲＦIN1）を加えると、トランジスタ３２１Ａのベース・エミッタ間電位を大きくしたり、小さくしたりする効果がある。これにより、ベース・エミッタ間はダイオード構造であるため、ダイオードの特性としては、指数関数的に変化することから、平均ＤＣ電流が増加する。この結果、バイアス電流を増やし、利得を上昇させる効果がある。これによって、増幅回路２００は、大信号時に、トランジスタ３００Ａのベースに入力されるバイアス電流ＩBIAS1が増大することにより、出力電圧の増加に伴う電圧ゲインの減少を、比較例の場合よりも低減することができる。
【００４１】
図５Ｂは、増幅回路２０１（出力段）におけるゲイン特性を示すグラフである。増幅回路２０１に入力されるＲＦ信号（ＲＦIN2）は、比較的大きいレベルである。このため、増幅回路２０１では、出力電力が大きい領域では、ＲＦ信号（ＲＦIN2）がトランジスタ３１２Ｂのエミッタに与える影響により、ゲインが大きくなる（ゲインエクスパンジョン）。なお、増幅回路２０１は、電力増幅モジュール１１２と比較例との間で構成に差がないため、いずれの場合も同様のシミュレーション結果となる。
【００４２】
図５Ｃは、電力増幅モジュール１１２及び比較例の全体におけるゲイン特性を示すグラフである。図５Ｃに示すように、比較例の場合、出力電力の増加に伴って電圧ゲインが徐々に低下している。
他方で、本実施形態に係る電力増幅モジュール１１２の場合、図５Ａにおいて出力電圧の増加に伴う電圧ゲインの減少が抑制されているため、図５Ｂのグラフにおけるゲインコンエクスパンジョンの特性と合成されることにより、図５Ｃに示すように、電力増幅モジュール１１２全体としては、比較例よりも線形性が向上している。なお、ここで言う、線形性とは、出力レベルの変化に対して、利得が常に一定であることを意味する。
【００４３】
さらに、増幅回路２０１において、消費電流を抑制しているため、電力増幅モジュール１１２全体としては、効率よく電力の増幅を行うことができる。
【００４４】
（６．バイアス回路２１０のその他の構成）
図６は、バイアス回路２１０の他の構成例を示す図である。なお、図３に示したバイアス回路２１０Ａと同等の要素には、同等の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
バイアス回路２１０Ｂは、バイアス回路２１０Ａにおけるトランジスタ３１２Ａに代えて、トランジスタ３１３Ａを備える。また、バイアス回路２１０Ｂは、バイアス回路２１０Ａにおけるトランジスタ３１０Ａ，３１１Ａに代えて、トランジスタ３１４Ａを備える。
【００４６】
トランジスタ３１４Ａは、例えばＨＢＴであり、ダイオード接続され、バイアス制御電流ＩCONT1がコレクタに供給され、エミッタが接地される。
【００４７】
トランジスタ３１３Ａは、ディプリージョン型ＦＥＴである。トランジスタ３１３Ａは、ドレインに電源電圧（例えば、バッテリ電圧ＶBAT）が供給され、ゲートがトランジスタ３１４Ａのコレクタと接続される。また、ソースからバイアス電流ＩBIAS1が出力される。ディプリージョン型ＦＥＴは、負の閾値電圧（例えば−１．０Ｖ程度）でオンとなるトランジスタである。従って、バイアス回路２１０Ｂでは、バイアス制御電流ＩCONT1の入力端子の電圧は、バイアス回路２１０Ａの場合（２．８Ｖ程度）より低い１．３Ｖ程度でよい。
【００４８】
図７は、バイアス回路２１０の他の構成例を示す図である。なお、図６に示したバイアス回路２１０Ｂと同等の要素には、同等の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
バイアス回路２１０Ｃは、バイアス回路２１０Ｂの構成に加えて、抵抗器３２４Ａを備える。また、バイアス回路２１０Ｃは、バイアス回路２１０Ｂにおけるトランジスタ３１４Ａに代えて、トランジスタ３１５Ａを備える。
【００５０】
トランジスタ３１５Ａは、例えばＨＢＴであり、バイアス制御電流ＩCONT1がコレクタに供給され、エミッタが接地され、ベースが抵抗器３２４Ａの一端に接続されている。そして、抵抗器３２４Ａの他端は、トランジスタ３１３Ａのソースに接続されている。
【００５１】
前述したように、ＨＢＴの閾値電圧は１．３Ｖ程度であり、ディプリージョン型ＦＥＴの閾値電圧は、例えば−１．０Ｖ程度である。従って、バイアス回路２１０Ｃでは、バイアス制御電流ＩCONT1の入力端子の電圧は、バイアス回路２１０Ａの場合（２．８Ｖ程度）より低い０．３Ｖ程度でよい。その他の効果は、バイアス回路２１０Ａと同様である。
【００５２】
図８は、バイアス回路２１０の他の構成例を示す図である。なお、図７に示したバイアス回路２１０Ｃと同等の要素には、同等の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
バイアス回路２１０Ｄは、バイアス回路２１０Ｃの構成に加えて、抵抗器３２５Ａ，３２６Ａを備える。また、バイアス回路２１０Ｄは、バイアス回路２１０Ｃにおけるトランジスタ３１３Ａの構成に代えて、トランジスタ３１６Ａを備える。
【００５４】
トランジスタ３１６Ａは、ディプリージョン型ＦＥＴである。トランジスタ３１６Ａは、ドレインに電源電圧（例えば、バッテリ電圧ＶBAT）が供給され、ゲートが抵抗器３２５Ａと抵抗器３２６Ａの間に接続される。また、トランジスタ３１６Ａのソースは、バイアス電流ＩBIAS1を出力する。抵抗器３２５Ａは、一端がトランジスタ３１５Ａのコレクタと接続される。抵抗器３２６Ａは、一端が抵抗器３２５Ａの他端と接続され、他端がトランジスタ３１５Ａのエミッタと接続される。
【００５５】
図８に示すバイアス回路２１０Ｄでは、バイアス用のトランジスタ３１５Ａのコレクタ−エミッタ間に抵抗分圧回路（抵抗器３２５Ａ，３２６Ａ）を接続している。
【００５６】
図７に示したバイアス回路２１０Ｃでは、トランジスタ３１３Ａに、閾値電圧が低いディプリージョン型ＦＥＴ（例えば−１．０Ｖ以下）を用いた場合、トランジスタ３１５Ａのコレクタ−エミッタ間電圧の低下により、トランジスタ３１５Ａが動作しなくなる可能性がある。
【００５７】
これに対して、図８に示すバイアス回路２１０Ｄでは、抵抗分圧回路によってトランジスタ３１５Ａのコレクタ電圧の低下が抑制されるため、閾値電圧が低いディプリージョン型ＦＥＴ（例えば−１．０Ｖ以下）を用いることが可能となる。
【００５８】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本実施形態に係る電力増幅モジュール１１２では、増幅回路２００に接続するバイアス回路２１０Ａにおいて、トランジスタ３１２Ａのエミッタと、キャパシタ３０１Ａ，３３２Ａの接続点との間に抵抗器３２２Ａが設けられることにより、トランジスタ３１２Ａのエミッタに与えるＲＦ信号（ＲＦIN1）の影響を大きくすることができる。これによって、増幅回路２００は、大信号時に、トランジスタ３００Ａのベースに入力されるバイアス電流ＩBIAS1が増大することにより、出力電圧の増加に伴う電圧ゲインの減少を低減することができる。増幅回路２０１においては、ゲインエクスパンジョンの特性を有するため、電力増幅モジュール１１２全体としては、線形性が向上する。
【００５９】
また、電力増幅モジュール１１２では、バイアス回路２１０においてバイアス電流ＩBIAS1を出力するトランジスタ（トランジスタ３１２Ａ）をＨＢＴとすることができる。これにより、バイアス回路２１０Ａと増幅回路２００とに用いるトランジスタが、いずれもＨＢＴとなるため、バイアス回路２１０Ａと増幅回路２００とを１つのチップ上に形成することが容易となる。
【００６０】
また、電力増幅モジュール１１２では、バイアス回路２１０においてバイアス電流ＩBIAS1を出力するトランジスタ（トランジスタ３１２Ａ，トランジスタ３１３Ａ，トランジスタ３１６Ａ）をＦＥＴとすることができる。これにより、バイアス電流ＩBIAS1を出力するトランジスタをＨＢＴとする場合と比較して、バイアス制御電流ＩCONT1の入力端子の電圧を低くすることができる。
【００６１】
また、バイアス回路２１０における抵抗器３２２Ａの抵抗値を、抵抗器３２１Ａの抵抗値よりも小さく設定することで、バイアス電流ＩBIAS1を出力するトランジスタ（トランジスタ３１２Ａ，トランジスタ３１３Ａ，トランジスタ３１６Ａ）のエミッタ又はソースに与えるＲＦ信号（ＲＦＩＮ１）の影響を、より大きくすることができる 。これによって、大信号時に、より大きなバイアス電流ＩBIAS1を出力することが可能になる。
【００６２】
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】
【００６３】
１００  送信ユニット
１１０  ベースバンド部
１１１  ＲＦ部
１１２  電力増幅モジュール
１１３  フロントエンド部
１１４  アンテナ
２００，２０１  増幅回路
２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ，２１０Ｄ，２１１  バイアス回路
２２０，２２１，２２２  整合回路
２３０，２３１  インダクタ
２４０，２４１  抵抗器
２５０  バイアス制御回路
３００Ａ，３００Ｂ，３１０Ａ，３１０Ｂ，３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２Ａ，３１２Ｂ，３１４Ａ，３１５Ａ，３１６Ａ  トランジスタ
３０１Ａ，３０１Ｂ，３０２Ａ，３０２Ｂ，３３１Ａ，３３１Ｂ，３３２Ａ  キャパシタ
３０３Ａ，３０３Ｂ，３２１Ａ，３２１Ｂ，３２２Ａ，３２３Ａ  抵抗器
３１３Ａ，３１５Ａ  ＦＥＴ
【図１】
2017098892.tif 000003
【図２】
2017098892.tif 000004
【図３】
2017098892.tif 000005
【図４】
2017098892.tif 000006
【図５Ａ】
2017098892.tif 000007
【図５Ｂ】
2017098892.tif 000008
【図５Ｃ】
2017098892.tif 000009
【図６】
2017098892.tif 000010
【図７】
2017098892.tif 000011
【図８】
2017098892.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月29日(2016.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
トランジスタ３００Ａは、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heterojunction Bipolar Transistor）である。トランジスタ３００Ａのベースには、キャパシタ３０１Ａ及び後述するキャパシタ３３２Ａを介して、ＲＦ信号（ＲＦIN1）が入力される。トランジスタ３００Ａのコレクタには、インダクタ２３０を介して、電源電圧ＶCCが供給される。トランジスタ３００Ａのエミッタは接地される。また、トランジスタ３００Ａのベースには、バイアス電流ＩBIAS1が供給される。そして、トランジスタ３００Ａのコレクタから、増幅信号（ＲＦOUT1）が出力される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
さらに、抵抗器３２２Ａの抵抗値を、抵抗器３２１Ａの抵抗値よりも小さく設定することで、トランジスタ３１２Ａのエミッタに与えるＲＦ信号（ＲＦIN1）の影響を、より大きくすることができる。これによって、大信号時に、より大きなバイアス電流ＩBIAS1をトランジスタ３１２Ａに出力させることが可能になる。なお、バイアス回路２１０Ａにおいては、抵抗器３２１Ａ，３２２Ａ，３２３Ａの抵抗値を調整することで、バイアス電流ＩBIAS1の電流量を調整することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
図５Ａは、本実施形態に係る増幅回路２００（ドライバ段）と比較例の増幅回路とにおけるゲイン特性を示すグラフである。比較例では、出力電力の増加に伴い、電圧ゲインが右肩下がりに減少する特性を示している（ゲインコンプレッション）。他方、増幅回路２００に接続するバイアス回路２１０Ａにおいて、トランジスタ３１２Ａのエミッタと、キャパシタ３０１Ａ，３３２Ａの接続点との間に抵抗器３２２Ａが設けられることにより、トランジスタ３１２Ａのエミッタに与えるＲＦ信号（ＲＦIN1）の影響を大きくすることができる。具体的には、トランジスタ３１２ＡにＲＦ信号（ＲＦIN1）を加えると、トランジスタ３１２Ａのベース・エミッタ間電位を大きくしたり、小さくしたりする効果がある。これにより、ベース・エミッタ間はダイオード構造であるため、ダイオードの特性としては、指数関数的に変化することから、平均ＤＣ電流が増加する。この結果、バイアス電流を増やし、利得を上昇させる効果がある。これによって、増幅回路２００は、大信号時に、トランジスタ３００Ａのベースに入力されるバイアス電流ＩBIAS1が増大することにより、出力電圧の増加に伴う電圧ゲインの減少を、比較例の場合よりも低減することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図５Ｃは、電力増幅モジュール１１２及び比較例の全体におけるゲイン特性を示すグラフである。図５Ｃに示すように、比較例の場合、出力電力の増加に伴って電圧ゲインが徐々に低下している。
他方で、本実施形態に係る電力増幅モジュール１１２の場合、図５Ａにおいて出力電圧の増加に伴う電圧ゲインの減少が抑制されているため、図５Ｂのグラフにおけるゲインエクスパンジョンの特性と合成されることにより、図５Ｃに示すように、電力増幅モジュール１１２全体としては、比較例よりも線形性が向上している。なお、ここで言う、線形性とは、出力レベルの変化に対して、利得が常に一定であることを意味する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
１００  送信ユニット
１１０  ベースバンド部
１１１  ＲＦ部
１１２  電力増幅モジュール
１１３  フロントエンド部
１１４  アンテナ
２００，２０１  増幅回路
２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ，２１０Ｄ，２１１  バイアス回路
２２０，２２１，２２２  整合回路
２３０，２３１  インダクタ
２４０，２４１  抵抗器
２５０  バイアス制御回路
３００Ａ，３００Ｂ，３１０Ａ，３１０Ｂ，３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２Ａ，３１２Ｂ，３１３Ａ，３１４Ａ，３１５Ａ，３１６Ａ  トランジスタ
３０１Ａ，３０１Ｂ，３０２Ａ，３０２Ｂ，３３１Ａ，３３１Ｂ，３３２Ａ  キャパシタ
３０３Ａ，３０３Ｂ，３２１Ａ，３２１Ｂ，３２２Ａ，３２３Ａ  抵抗器