(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数（ＲＦ）信号を増幅ＲＦ信号に増幅する電力増幅回路（２００）であって：
バイアス電圧源（２２６）；
前記ＲＦ信号を受信する第１入力（２０８）；
前記増幅ＲＦ信号を供給する出力（２１０）；
前記出力に結合され、前記増幅ＲＦ信号のレベルを検出する結合器（２２２）；
前記レベルから得られる制御信号（ＶＣＮ）を受信する第２入力（２０６）；
第１トランジスタ（２３４／２３６）を含む電力増幅器（２１８）であって、前記第１トランジスタはゲート（２３８／２４０）およびドレイン（２４２／２４４）を有し、前記ゲートは前記第１入力に結合され、前記ドレインは前記出力に結合されている電力増幅器（２１８）；および
前記第２入力および前記ゲートに結合されているレベル・シフタ（２２８）であって、該レベル・シフタは、前記制御信号に応答して、前記ゲートにバイアス電圧（ＶＧＧ）を供給し、前記第１トランジスタの増幅レベルを設定し、前記バイアス電圧の温度感度を最低にするレベル・シフタ（２２８）；
を備え、
前記レベル・シフタは、
前記第２入力、前記バイアス電圧源、および前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合されているフィードバック回路（２５４）であって、
イネーブル電圧（ＶＥＮ）を受信する第３入力（２０４）；
ベース（２５６），コレクタ（２６０），およびエミッタ（２６４）を有する第２トランジスタ（Ｑ１）であって、該第２トランジスタのベースは前記第２入力に結合されている、第２トランジスタ（Ｑ１）；
ベース（２５８），コレクタ（２６２），およびエミッタ（２６６）を有する第３トランジスタ（Ｑ２）であって、該第３トランジスタのベースは前記第２トランジスタのコレクタに結合され、該第３トランジスタのコレクタは前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合され、該第３トランジスタのエミッタは前記バイアス電圧源に結合されている、第３トランジスタ（Ｑ２）；
２端を有する第１抵抗素子（Ｒ１）であって、該第１抵抗素子の一端は前記第３入力に結合され、該第１抵抗素子の他端は前記第２トランジスタのエミッタに結合されている、第１抵抗素子（Ｒ１）；
２端を有する第２抵抗素子（Ｒ２）であって、該第２抵抗素子の一端は前記第２トランジスタのエミッタに結合されている、第２抵抗素子（Ｒ２）；および
２端を有する第３抵抗素子（Ｒ５）であって、該第３抵抗素子の一端は前記第３トランジスタのベースに結合され、該第３抵抗素子の他端は前記第３トランジスタのエミッタに結合されている、第３抵抗素子（Ｒ５）；
を含むフィードバック回路（２５４）と、
温度補償回路（２５５）であって、
ベース（２７０），エミッタ（２７２），およびコレクタ（２６８）を有する第５トランジスタ（Ｑ３）であって、該第５トランジスタのコレクタは前記第２抵抗素子の他端に結合され、該第５トランジスタのエミッタは前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合されている、第５トランジスタ（Ｑ３）；
２端を有する第４抵抗素子（Ｒ３）であって、該第４抵抗素子の一端は前記第５トランジスタのコレクタに結合され、該第４抵抗素子の他端は前記第５トランジスタのベースに結合されている、第４抵抗素子（Ｒ３）；および
２端を有する第５抵抗素子（Ｒ４）であって、該第５抵抗素子の一端は前記第５トランジスタのベースに結合され、該第５抵抗素子の他端は前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合されている、第５抵抗素子（Ｒ４）；
を含む温度補償回路（２５５）と、を含み、
前記第１、第２、第４、および第５抵抗素子（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）の抵抗値は、前記バイアス電圧の温度感度が所望の感度で得られるように、前記制御信号の温度感度と前記レベル・シフタの利得とに基づいて設定されることを特徴とする電力増幅回路（２００）。
【請求項２】
前記第１および第２入力ならびに前記電力増幅器に結合されている励振器（２１４）であって、前記制御信号に応答して、前記電力増幅器のためのＲＦ信号を調節する励振器（２１４）；
を更に含むことを特徴とする請求項１記載の電力増幅回路。
【請求項３】
前記励振器は、前記第２入力に結合されたベースを有する第４トランジスタ（２３２）を含み、前記第４トランジスタは前記制御信号によってバイアスされることを特徴とする請求項２記載の電力増幅回路。
【請求項４】
前記第４トランジスタは第１温度感度を有し、
前記第２トランジスタ及び前記第３トランジスタの各々は第２温度感度を有し、該第２温度感度は前記第１温度感度とほぼ等しいことを特徴とする請求項３記載の電力増幅回路。
【請求項５】
前記温度補償回路はＶＢＥ乗算器であることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項６】
無線周波数（ＲＦ）信号を増幅ＲＦ信号に増幅する電力増幅回路（２００）であって：
バイアス電圧源（２２６）；
前記ＲＦ信号を受信する第１入力（２０８）；
前記増幅ＲＦ信号を供給する出力（２１０）；
前記出力に結合され、前記増幅ＲＦ信号のレベルを検出する結合器（２２２）；
前記レベルから得られる制御信号（ＶＣＮ）を受信する第２入力（２０６）；
第１トランジスタ（２３４／２３６）を含む電力増幅器（２１８）であって、前記第１トランジスタはゲート（２３８／２４０）およびドレイン（２４２／２４４）を有し、前記ゲートは前記第１入力に結合され、前記ドレインは前記出力に結合されている電力増幅器（２１８）；および
前記第２入力および前記ゲートに結合されているレベル・シフタ（２２８）であって、該レベル・シフタは、前記制御信号に応答して、前記ゲートにバイアス電圧（ＶＧＧ）を供給し、前記第１トランジスタの増幅レベルを設定し、前記バイアス電圧の温度感度を最低にするレベル・シフタ（２２８）；
を備え、
前記レベル・シフタは、
前記第２入力、前記バイアス電圧源、および前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合されているフィードバック回路（２５４）であって、
イネーブル電圧（ＶＥＮ）を受信する第３入力（２０４）；
ベース（２５６），コレクタ（２６０），およびエミッタ（２６４）を有する第２トランジスタ（Ｑ１）であって、該第２トランジスタのベースは前記第２入力に結合されている、第２トランジスタ（Ｑ１）；
ベース（２５８），コレクタ（２６２），およびエミッタ（２６６）を有する第３トランジスタ（Ｑ２）であって、該第３トランジスタのベースは前記第２トランジスタのコレクタに結合され、該第３トランジスタのコレクタは前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合され、該第３トランジスタのエミッタは前記バイアス電圧源に結合されている、第３トランジスタ（Ｑ２）；
２端を有する第１抵抗素子（Ｒ１）であって、該第１抵抗素子の一端は前記第３入力に結合され、該第１抵抗素子の他端は前記第２トランジスタのエミッタに結合されている、第１抵抗素子（Ｒ１）；
２端を有する第２抵抗素子（Ｒ２）であって、該第２抵抗素子の一端は前記第２トランジスタのエミッタに結合されている、第２抵抗素子（Ｒ２）；および
２端を有する第３抵抗素子（Ｒ５）であって、該第３抵抗素子の一端は前記第３トランジスタのベースに結合され、該第３抵抗素子の他端は前記第３トランジスタのエミッタに結合されている、第３抵抗素子（Ｒ５）；
を含むフィードバック回路（２５４）と、
温度補償回路（２５５）であって、
第１端子（２６８），第２端子（２７２），および第３端子（２７０）を有する第５トランジスタ（Ｑ３）であって、前記第１端子は前記フィードバック回路に結合され、前記第２端子は前記フィードバック回路および前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合されている、第５トランジスタ（Ｑ３）；
２端を有する第４抵抗素子（Ｒ３）であって、該第４抵抗素子の一端は前記第１端子および前記フィードバック回路に結合され、該第４抵抗素子の他端は前記第３端子に結合されている、第４抵抗素子（Ｒ３）；および
２端を有する第５抵抗素子（Ｒ４）であって、該第５抵抗素子の一端は前記第３端子に結合され、該第５抵抗素子の他端は前記第２端子および前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合されている、第５抵抗素子（Ｒ４）；
を含む温度補償回路（２５５）と、を含み、
前記第１、第２、第４、および第５抵抗素子（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）の抵抗値は、前記バイアス電圧の温度感度が所望の感度で得られるように、前記制御信号の温度感度と前記レベル・シフタの利得とに基づいて設定されることを特徴とする電力増幅回路（２００）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に通信装置に関し、更に特定すれば通信装置が使用する電力増幅回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力増幅器は、無線電話機等のような通信装置において、送信用無線周波数（ＲＦ）信号を増幅するために用いられている。無線電話機には、ＧＳＭ（Group Special Mobile：群特殊移動) 無線電話システムにおいて動作するタイプのものがある。ＧＳＭシステムでは、８台までの無線電話機が同時に１本の信号チャネルを共有して同報通信(broadcast) を行う。各無線電話機は、約５７７μｓの割り当てられたタイム・スロット内でＲＦ信号を送信するように制限されている。無線電話機は素早くその電力増幅器を適当な周波数まで上昇させ、ＲＦ信号を送信し、そして５７７μｓの枠内に電力増幅器を素早く低下させなければならない。その結果、電力増幅器の出力電力は、精度高く制御してシステム要件を満たし、しかも同一チャネルを共有する他の無線電話機を妨害しないようにする必要がある。この制御は、１９９２年９月２２日に特許され、Motorola Inc. に譲渡された"Power Amplifier Ramp Up Method and Apparatus"と題する、Hietala et al.による米国特許番号第５，１５０，０７５号に開示されているような、閉ループ・フィードバック構造を用いることによって行うことができる。
【０００３】
広く用いられている電力増幅器に、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）ＭＥＳＦＥＴ（金属半導体電界効果トランジスタ）素子のような空乏層式トランジスタから成るものがある。ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴは、比較的高い電子移動性を呈し、しかも広い周波数範囲にわたって優れた動作性能を有するので有用である。ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴは空乏層式トランジスタであるので、アクティブ・モードのバイアスには、そのゲートに負のバイアス電圧を印加する必要がある。負バイアス電圧は、典型的に、ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴのゲートに結合されたレベル・シフタによって供給される。ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴのゲート・スレシホルド電圧は温度変化によって変動するので、レベル・シフタを調節可能とすることによって、負バイアス電圧を変化させ、電力増幅器の出力電力の高精度制御を維持しなければならない。かかるレベル・シフタの一種が、１９９６年９月２４日に特許され、Motolora, Inc.に譲渡された、"An Amplifier and Biasing Circuit Therefore"と題する、Blacak et al. による米国特許番号第５，５５９，４７１号に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
調節可能であることに加えて、レベル・シフタ自体の温度感度を最低に抑え、出力電力制御の精度を更に高めることが望ましい。
【０００５】
したがって、温度変動に感応しない閉ループ・フィードバック系を用いた通信装置用電力増幅回路に用いるためのレベル・シフタが必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、無線周波数（ＲＦ）信号を増幅ＲＦ信号に増幅する電力増幅回路（２００）を提供する。電力増幅回路（２００）は、バイアス電圧源（２２６）；前記ＲＦ信号を受信する第１入力（２０８）；前記増幅ＲＦ信号を供給する出力（２１０）；前記出力に結合され、前記増幅ＲＦ信号のレベルを検出する結合器（２２２）；前記レベルから得られる制御信号（ＶＣＮ）を受信する第２入力（２０６）；第１トランジスタ（２３４／２３６）を含む電力増幅器（２１８）であって、前記第１トランジスタはゲート（２３８／２４０）およびドレイン（２４２／２４４）を有し、前記ゲートは前記第１入力に結合され、前記ドレインは前記出力に結合されている電力増幅器（２１８）；および前記第２入力および前記ゲートに結合されているレベル・シフタ（２２８）であって、該レベル・シフタは、前記制御信号に応答して、前記ゲートにバイアス電圧（ＶＧＧ）を供給し、前記第１トランジスタの増幅レベルを設定し、前記バイアス電圧の温度感度を最低にするレベル・シフタ（２２８）；を備え、前記レベル・シフタは、前記第２入力、前記バイアス電圧源、および前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合されているフィードバック回路（２５４）であって、イネーブル電圧（ＶＥＮ）を受信する第３入力（２０４）；ベース（２５６），コレクタ（２６０），およびエミッタ（２６４）を有する第２トランジスタ（Ｑ１）であって、該第２トランジスタのベースは前記第２入力に結合されている、第２トランジスタ（Ｑ１）；ベース（２５８），コレクタ（２６２），およびエミッタ（２６６）を有する第３トランジスタ（Ｑ２）であって、該第３トランジスタのベースは前記第２トランジスタのコレクタに結合され、該第３トランジスタのコレクタは前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合され、該第３トランジスタのエミッタは前記バイアス電圧源に結合されている、第３トランジスタ（Ｑ２）；２端を有する第１抵抗素子（Ｒ１）であって、該第１抵抗素子の一端は前記第３入力に結合され、該第１抵抗素子の他端は前記第２トランジスタのエミッタに結合されている、第１抵抗素子（Ｒ１）；２端を有する第２抵抗素子（Ｒ２）であって、該第２抵抗素子の一端は前記第２トランジスタのエミッタに結合されている、第２抵抗素子（Ｒ２）；および２端を有する第３抵抗素子（Ｒ５）であって、該第３抵抗素子の一端は前記第３トランジスタのベースに結合され、該第３抵抗素子の他端は前記第３トランジスタのエミッタに結合されている、第３抵抗素子（Ｒ５）；を含むフィードバック回路（２５４）と、温度補償回路（２５５）であって、ベース（２７０），エミッタ（２７２），およびコレクタ（２６８）を有する第５トランジスタ（Ｑ３）であって、該第５トランジスタのコレクタは前記第２抵抗素子の他端に結合され、該第５トランジスタのエミッタは前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合されている、第５トランジスタ（Ｑ３）；２端を有する第４抵抗素子（Ｒ３）であって、該第４抵抗素子の一端は前記第５トランジスタのコレクタに結合され、該第４抵抗素子の他端は前記第５トランジスタのベースに結合されている、第４抵抗素子（Ｒ３）；および２端を有する第５抵抗素子（Ｒ４）であって、該第５抵抗素子の一端は前記第５トランジスタのベースに結合され、該第５抵抗素子の他端は前記電力増幅器の前記第１トランジスタのゲートに結合されている、第５抵抗素子（Ｒ４）；
を含む温度補償回路（２５５）と、を含み、前記第１、第２、第４、および第５抵抗素子（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）の抵抗値は、前記バイアス電圧の温度感度が所望の感度で得られるように、前記制御信号の温度感度と前記レベル・シフタの利得とに基づいて設定される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
無線通信システム１００のような通信システムは、遠隔送受信機１０２のような第１通信装置、および無線電話機１０４のような第２通信装置を含む。遠隔送受信機１０２は、固定地理的領域の範囲内で通信装置と無線周波数（ＲＦ）信号１０５の送受信を行う。無線電話機１０４は、地理的領域内に含まれるかかる無線装置の１つである。無線電話機１０４は、アンテナ１０６，受信機１０８，送信機１１０，コントローラ１１２，ユーザ・インターフェース１１４，およびバッテリ１１６を含む。バッテリは、無線電話機１０４を動作させるための電力を供給する。
【０００８】
受信時、アンテナ１０６はＲＦ信号１０５を電気受信信号に変換し、この電気受信信号を受信機１０８に結合する。受信機１０８は、電気受信信号を電気ベース信号に変換し、この電気ベースバンド信号の復調およびデコードを行ってＲＦ信号１０５上で送信されたデータを再現し、このデータをコントローラ１１２に供給する。コントローラ１１２は、このデータを認識可能な音声、即ち、ユーザ・インターフェース１１４が使用可能な情報にフォーマットする。ユーザ・インターフェース１１４は、この受信した情報即ち音声をユーザに伝達する。典型的に、ユーザ・インターフェース１１４は、ディスプレイ，キーパッド，スピーカおよびマイクロフォンを含む。
【０００９】
無線電話機１０４から遠隔送受信機１０２へのＲＦ信号送信時には、ユーザ・インターフェース１１４はユーザ入力データをコントローラ１１２に送信する。コントローラ１１２は、ユーザ・インターフェース１１４から得られたユーザ入力データを、エンコード・ベースバンド信号にフォーマットし、このエンコード・ベースバンド信号を送信機１１０に送り、ＲＦ変調信号に変換し増幅する。送信機１１０は増幅ＲＦ変調信号をアンテナ１０６に結合し、これをＲＦ信号１０５として変換し遠隔送受信機１０２に送出する。
【００１０】
コントローラ１１２は出力１２４を含み、この出力からライン１２８を通じてエンコード・ベースバンド信号を送信機１１０の入力１２６に供給し変調する。コントローラ１１２は、電力増幅器制御（ＰＡＣ）回路１２２を含む。ＰＡＣ回路１２２は出力１３０，１３２，１３４を有し、主供給制御信号，電圧レベルＶＥＮを有するイネーブル信号，および電圧レベルＶＣＮを有するバイアス制御信号を、それぞれ、ライン１４２，１４４，１４６を通じて、送信機１１０の各入力１３６，１３８，１４０に供給する。ＰＡＣ回路１２２は、増幅変調ＲＦ信号の電力レベルを受信する入力１４８を含む。増幅変調ＲＦ信号は、送信機１１０によって出力され、送信機１１０の出力１５０およびライン１５２を通じてフィードバックされる。フィードバック電力レベルの検出時に、ＰＡＣ回路１２２はバイアス制御信号の電圧レベルＶＣＮを設定する。図示の実施例では、電圧レベルＶＥＮは約３Ｖであり、電圧レベルＶＣＮは約０Ｖないし２Ｖの範囲にわたって制御可能である。他の適切な電圧レベルおよび範囲を選択してもよい。無線電話機１０４は、コントローラ１１２を無線電話機１０４の他の動作素子に結合する他の制御接続部を含む。しかしながら、これらの接続部は、図面の図を不当に複雑にしないために、図１には示されていない。
【００１１】
次に図２を参照すると、送信機１１１（図１）に含まれる電力増幅回路２００は、入力２０２，２０４，２０６，２０８，および出力２１０，２１２を含む。入力２０２，２０４，２０６は、それぞれ、送信機１１０の入力１３６（図１），１３８，１４０に結合されており、それぞれ、主供給制御信号，イネーブル信号の電圧レベルＶＥＮ，およびバイアス制御信号の電圧レベルＶＣＮを受信する。入力２０８（図２）は、最初に送信機１１０の入力１２６（図１）で受信したエンコード・ベースバンド信号から得られた変調ＲＦ信号を受信するように結合されている。出力２１０は、アンテナ１０６（図１）による送信に適した増幅変調ＲＦ信号を送出する。出力２１２（図２）は、送信機１１０の出力１５０（図１）に結合され、増幅変調ＲＦ信号のフィードバック電力レベルをコントローラ１１２のＰＡＣ回路１２２に送出する。
電力増幅回路２００は、励振器(exciter) ２１４，第１インピーダンス整合回路２１６，電力増幅器２１８，第２インピーダンス整合回路２２０，結合器２２２，主電圧源２２４，バイアス電圧源２２６，およびレベル・シフタ２２８から成る。励振器２１４は、入力２０８における変調ＲＦ信号を、電力増幅器２１８のための適正な入力レベルに調節し、調節した変調ＲＦ信号を第１インピーダンス整合回路２１６に結合する。励振器２１４はトランジスタ２３２を含む。このトランジスタ２３２のベースは、ＲＦスイッチング・ダイオード２２９および抵抗性Ｐｉネットワーク２３０から成る減衰器を介して、変調信号を受信する入力２０８、および抵抗２３１を介して入力２０６に結合されている。トランジスタ２３２のコレクタ端子は、誘導性素子２３５を介して主電圧源２２４に、および第１インピーダンス整合回路２１６に結合されている。トランジスタ２３２のエミッタ端子は、電気接地２３３に結合されている。変調ＲＦ信号を調節するのに必要なトランジスタ２３２の増幅レベルは、抵抗２３１から得られるバイアス電流、および入力２０６を介して受信されるバイアス制御信号の電圧レベルＶＣＮによってセットされる。図示の実施例では、トランジスタ２３２は、いずれかの適切なｎｐｎバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）であり、ベース／エミッタ電圧レベル（ＶＢＥ）が約０．７ボルト、電圧感度が約−２ｍＶ／℃である。励振器２１４は、それぞれ、１９９２年１１月３日および１９９３年６月１５日に特許されMotorola, Inc.に譲渡された、"Power Amplifier" と題するBlack による米国特許番号第５，１６０，８９８号および第５，２２０，２９０号に記載されているものとすればよい。
【００１２】
第１インピーダンス整合回路２１６は、励振器２１４によって調節された変調ＲＦ信号を、電力増幅器２１８に結合する。第１インピーダンス整合回路２１６は、励振器２１４のトランジスタ２３２のコレクタ端子に結合され、励振器２１４および電力増幅器２１８間において、低損失の無線周波数インピーダンス整合を行う。第１インピーダンス整合回路２１６の設計は、当業者であれば行うことができる。
【００１３】
電力増幅器２１８は、第１インピーダンス整合回路２１６によって供給される変調ＲＦ信号を増幅し、増幅変調ＲＦ信号を第２インピーダンス整合回路２２０に結合する。電力増幅器２１８は多段増幅器であり、第１トランジスタ２３４から成る第１段、および第２トランジスタ２３６から成り第１段とカスケード接続されている第２段を含む。第１および第２トランジスタ２３４，２３６は、それぞれのゲート端子２３８，２４０，それぞれのドレイン端子２４２，２４４，およびそれぞれのソース端末２４６，２４８を含む。第１トランジスタ２３４では、ゲート端子２３８は第１インピーダンス整合回路２１６に、更に抵抗２３９を介してレベル・シフタ２２８に結合されている。ドレイン端子２４２は、誘導性素子２３７を介して主電圧源２２４に、更にコンデンサ２４３を介して第２トランジスタ２３６のゲート端子２４０に結合されている。ソース端子２４６は電気接地２３３に結合されている。一方、第２トランジスタ２３６では、ゲート２４０が更に抵抗２４１を介してレベル・シフタ２２８に結合され、ドレイン端子２４４は、誘導性素子２４５を介して主電圧源２２４に、および第２インピーダンス整合回路２２０に結合され、ソース端子２４８は電気接地２３３に結合されている。第１および第２トランジスタ２３４，２３６が変調ＲＦ信号を増幅するレベルは、それぞれ抵抗２３９，２４１から得られるゲート端子２３８，２４０の電圧に応答するバイアス電流，およびレベル・シフタ２２８によって供給されるバイアス電圧の電圧レベルＶＧＧによって設定される。図示の実施例では、トランジスタ２３４，２３６は、ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴまたはＧａＡｓｐＨＥＭＴ(pseudo-morphic high electron mobility transistors：疑似モルフィック高電子移動度トランジスタ）のような、いずれかの適切な空乏層式トランジスタであり、温度感度が約−４ｍＶ／℃から約４ｍＶ／℃までの範囲のものである。
【００１４】
第２インピーダンス整合回路２２０は、電力増幅器２１８によって増幅された変調ＲＦ信号を、出力２１０に結合する。第２インピーダンス整合回路２２０は、電力増幅器２１８の第２トランジスタ２３６のドレイン端子２４４に結合されており、電力増幅器２１８および出力２１０に接続された回路間で、損失の少ない無線周波数インピーダンス整合を行う。第２インピーダンス整合回路２２０の設計は、当業者であれば行うことができる。
【００１５】
結合器２２２は、増幅変調ＲＦ信号の電力レベルを出力２１２に結合する。結合器２２２は、過大な損失を生じることなく結合を行う電磁結合器から成る、方向性結合器(directional coupler) ２５０を含む。結合器２２２は、結合された電力レベルを出力２１２に方向付ける抵抗２４７を含む。
【００１６】
主電圧源２２４は、選択的に、電力を励振器２１４のトランジスタ２３２，および電力トランジスタ２１８のトランジスタ２３４，２３６に供給する。主電圧源２２４は、バッテリ１１６（図１）によって供給される電圧源Ｖ１と、電圧源Ｖ１ならびに励振器２１４および電力増幅器２１８間に結合された端子を有する可制御スイッチ２５２（図２）とから成る。可制御スイッチ２５２は、入力２０２に結合された制御ポートを含む。可制御スイッチ２５２は、制御ポートで受信される主電源制御信号に応答して、閉じると電圧源Ｖ１を励振器２１４および電力増幅器２１８を接続し、開くとこれらを切断する。電圧源Ｖ１がトランジスタ２３２，２３４，または２３６を介して接地に短絡し、トランジスタ２３２，２３４，または２３６あるいは主電圧源２２４を損傷するのを未然に防ぐために、コントローラ１１２（図１）は、可制御スイッチ２５２（図２）を閉じる前に、主電源制御信号を通じてバイアス制御信号を供給し、電圧源Ｖ１の印加前に、トランジスタ２３２，２３４，２３６がバイアスされないことを保証する。
【００１７】
バイアス電圧源２２６は、電力増幅器２１８のトランジスタ２３４，２３６をバイアスするための電圧を供給する。バイアス電圧源２２６は、バッテリ１１６（図１）によって給電されるレギュレータ回路（図示せず）から得られる電圧源Ｖ２を含む。電圧源Ｖ２は、レベル・シフタ２２８に結合されている。例示の実施例では、トランジスタ２３４，２３６は空乏型であり、したがって、電圧源Ｖ２は−１０Ｖのような負電圧である。
【００１８】
レベル・シフタ２２８は、ＰＡＣ回路１２２（図１）に応答して、バイアス電圧の電圧ベルＶＧＧを出力し、電力増幅器２１８のトランジスタ２３４，２３６の増幅レベルを制御する。レベル・シフタ２２８は、フィードバック回路２５４および温度補償回路２５５を含む。
【００１９】
フィードバック回路２５４は、トランジスタＱ１，Ｑ２および抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５から成る。トランジスタＱ１，Ｑ２は、それぞれのベース端子２５６，２５８，それぞれのコレクタ端子２６０，２６２，およびそれぞれのエミッタ端子２６４，２６６を含む。トランジスタＱ１では、ベース端子２５６は電力増幅回路２００の入力２０６に結合され、バイアス制御信号の電圧レベルＶＣＮを受信する。コレクタ端子２６０はトランジスタＱ２のベース端子２５８および抵抗Ｒ５の一端に結合されている。エミッタ端子２６４は、抵抗Ｒ１の一端および抵抗Ｒ２の一端に結合されている。抵抗Ｒ１の他端は入力２０４に結合され、イネーブル信号の電圧レベルＶＥＮを受信する。抵抗Ｒ２の他端は、温度補償回路２５５を介して、電力増幅器２１８の各トランジスタ２３４，２３６のゲート端子２３８，２４０に結合されている。トランジスタＱ２では、コレクタ端子２６２は、温度補償回路２５５を介して、電力増幅器２１８の各トランジスタ２３４，２３６のゲート端子２３８，２４０に結合されている。エミッタ端子２６６は、バイアス電圧源２２６の電圧源Ｖ２および抵抗Ｒ５の他端に結合されている。図示の実施例では、トランジスタＱ１，Ｑ２は、それぞれ、いずれかの適切なｐｎｐおよびｎｐｎＢＪＴであり、各々ＶＢＥは約０．７ボルトであり、温度感度は約−２ｍＶ／℃である。
【００２０】
例示の目的のために、温度補償回路２２５がレベル・シフタ２２８になく、抵抗Ｒ２の他端およびトランジスタＱ２のコレクタ端子２６２は、それぞれ、電力増幅器２１８のトランジスタ２３４，２３６のゲート端子２３８，２４０に直接結合され、バイアス電圧の電圧レベルＶＧＧをそこに供給すると仮定する。フィードバック回路２５４は、トランジスタＱ２のコレクタ端子２６２における電流を、抵抗Ｒ２を介して、トランジスタＱ１のエミッタ端子２６４にフィードバックする。イネーブル信号の電圧レベルＶＥＮは十分に高いので、抵抗Ｒ１を通過する電流ＩＲ１を、抵抗Ｒ２を通過する電流ＩＲ２に等しくさせる。抵抗Ｒ５は十分に大きく、トランジスタＱ１のベース端子２５８上の電圧が負側に移動すると、電圧を低下させる。更に、ＶＢＥＱ１がトランジスタＱ１のＶＢＥを規定すると仮定すると、フィードバック回路２５４によって供給されるバイアス電圧の電圧レベルＶＧＧは、以下のように計算される。
【００２１】
【数１】
IR1 = IR2
(VEN-VCN-VBEQ1)/R1 = (VCN+VBEQ1-VGG)/R2
VGG = ((R2+R1)/R1)*VCN+((R2+R1)*VBEQ1-(R2/R1)*VEN
フィードバック回路２５４によって供給されるバイアス電圧の電圧レベルＶＧＧの温度感度は、以下の通りである。
【００２２】
【数２】
0004088358.tif 000002
抵抗Ｒ１およびＲ２を、それぞれ、１ｋΩおよび２ｋΩのような受け入れ可能な値に設定すると、バイアス電圧の電圧レベルＶＧＧの温度感度は以下のようになる。
【００２３】
【数３】
∂/ ∂T[VGG]=-6mV/℃
抵抗Ｒ１，Ｒ２に対する受け入れ可能な値の範囲全体では、フィードバック回路２５４によって供給されるバイアス電圧の電圧レベルＶＧＧの温度感度は、電力増幅回路２００の典型的な動作の間、−５ｍＶ／℃ないし−１０ｍＶ／℃の間で変動する。−３０ないし＋７０℃の温度範囲全体で、バイアス電圧の電圧レベルＶＧＧは、０．５ボルトから１ボルトまで変動する。このように電圧レベルＶＧＧの変動度合いが大きいと、温度変動および素子のばらつきに対して増幅変調ＲＦ信号に必要な出力電力および効率を維持するように、励振器２１４および電力増幅器２１８を同時にバイアスするのが難しくなる。
【００２４】
バイアス電圧の電圧レベルＶＧＧにおける電圧変動を最少に抑えるために、レベル・シフタ２２８は温度補償回路２５５を含む。温度補償回路２５５は、ＶＢＥ乗算器構成に配置されたトランジスタＱ３および抵抗Ｒ３，Ｒ４を含み、フィードバック回路２５４の抵抗Ｒ２と直列に付加されている。トランジスタＱ３は、抵抗Ｒ２の他端および抵抗Ｒ３の一端に結合されたコレクタ端子２６８，抵抗Ｒ３の他端および抵抗Ｒ４の一端に結合されたベース端子２７０，およびトランジスタＱ２のコレクタ端子２６２，抵抗Ｒ４の他端，および電力増幅器２１８の画トランジスタ２３４，２３６のゲート端子２３８，２４０に結合されたエミッタ端子２７２を含む。トランジスタＱ３のＶＢＥはＶＢＥＱ３として定義する。抵抗Ｒ３間の電圧および抵抗Ｒ３を通過する電流は、それぞれ、ＶＲ３，ＩＲ３として定義する。抵抗Ｒ４間の電圧および電圧Ｒ４を通過する電流は、それぞれ、ＶＲ４，ＩＲ４として定義する。図示の実施例では、トランジスタＱ３は、いずれかの適切なｎｐｎＢＪＴであり、ＶＢＥは約０．７ボルト、温度感度は約−２ｍＶ／℃である。
【００２５】
トランジスタＱ３のベース端子２７０に流れ込む電流はないと過程すると、温度補償回路２５５に帰され得る電圧レベルＶＴＣは以下のように決定される。
【００２６】
【数４】
0004088358.tif 000003
抵抗Ｒ１を通過する電流ＩＲ１は、抵抗Ｒ２を通過する電流ＩＲ２と等しいと再度仮定すると、フィードバック回路２５４と温度補償回路２５５との組み合わせによって供給されるバイアス電圧の電圧レベルＶＧＧは、以下のように計算される。
【００２７】
【数５】
0004088358.tif 000004
フィードバック回路２５４と温度補償回路２５５との組み合わせによって供給されるバイアス電圧の電圧レベルＶＧＧの温度感度は、以下の通りである。
【００２８】
【数６】
0004088358.tif 000005
バイアス電圧の電圧レベルＶＧＧの温度感度は、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を数６において以下のように設定することによって、ゼロに設定することができる。
【００２９】
【数７】
(R2+R1)/R1 = (R3+R4)/R4
ＰＡＣ回路１２２（図１）からのバイアス制御信号の電圧レベルＶＣＮが励振器２１４（ＶＢＥＥＸで示す）のトランジスタ２３２のＶＢＥと共に変動する間、電圧レベルＶＧＧは一定であると仮定すると、電圧レベルＶＧＧの温度感度は以下のようになる。
【００３０】
【数８】
0004088358.tif 000006
バイアス電圧の電圧レベルＶＧＧの温度感度は、数８の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を以下のように設定することによって、ゼロに設定することができる。
【００３１】
【数９】
2*(R2+R1)/R1 = (R3+R4)/R4
加えて、電圧レベルＶＧＧは温度と共に変動し、トランジスタのピンチオフ電圧(pinchoff voltage)，ピーク出力電力に対するゲート端子電圧，電力またはピーク効率に対するゲート端子電圧，あるいはゲート端子電圧に関係する他のいずれかの温度依存パラメータの変動に追従すると仮定することができる。温度に対するゲート端子電圧の所望の変動は、典型的に、ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴまたはＧａＡｓｐＨＥＭＴのような空乏層式トランジスタのゲート・ドーピング特性に依存し、したがって、所与の供給元(supplier)に固有(unique)とすることができる。最適な動作特性が得られるのは、電圧レベルＶＧＧが−４ｍＶ／℃の温度感度を有し、バイアス制御信号の電圧レベルＶＣＮが−２ｍＶ／℃の場合であると仮定する。また、レベル・シフタ２２８の所望の利得が３であり、以下のように示されると仮定する。
【００３２】
【数１０】
利得＝３＝(R2+R1)/R1
抵抗Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ１ｋΩおよび２ｋΩに設定すると、この条件が満たされる。数８の電圧レベルＶＧＧの温度感度は以下のようになる。
【００３３】
【数１１】
0004088358.tif 000007
抵抗Ｒ３を３０ｋΩに、抵抗Ｒ４を１０ｋΩに設定すると、電圧レベルＶＧＧの温度感度は以下のようになる。
【００３４】
【数１２】
0004088358.tif 000008
以上の説明から、閉ループ・フィードバック系を用いた電力増幅回路のための温度補償レベル・シフタを提供可能であることが理解できよう。このレベル・シフタは、ＶＢＥ乗算器を用いて、電力増幅回路の電力増幅器を構成するトランジスタのゲートに印加されるバイアス電圧の温度感度を最低に抑える。尚、ｎｐｎトランジスタを含むように図示したが、それ以外に、ＶＢＥ乗算器はｐｎｐトランジスタでも構成可能であることを当業者は認めよう。ｐｎｐトランジスタをトランジスタＱ３として用いる場合、抵抗Ｒ３，Ｒ４の位置を交換する必要がある。また、抵抗Ｒ４は、ｐｎｐトランジスタのベースと、ｐｎｐトランジスタのエミッタおよび抵抗Ｒ２の他端の双方との間に結合されることになる。抵抗Ｒ３は、ｐｎｐトランジスタと、ｐｎｐトランジスタのコレクタおよびトランジスタＱ２のコレクタ端子２６２の双方との間に結合されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】送信機を有する通信装置を含む通信システムを示すブロック図。
【図２】図１の送信機に用いる電力増幅回路を示す構成図。
【符号の説明】
１００    無線通信システム
１０２    遠隔送受信機
１０４    無線電話機
１０５    無線周波数（ＲＦ）信号
１０６    アンテナ
１０８    受信機
１１０    送信機
１１２    コントローラ
１１４    ユーザ・インターフェース
１１６    バッテリ
１２２    電力増幅器制御（ＰＡＣ）回路
２００    電力増幅回路
２１４    励振器
２１６    第１インピーダンス整合回路
２１８    電力増幅器
２２０    第２インピーダンス整合回路
２２２    結合器
２２４    主電圧源
２２６    バイアス電圧源
２２８    レベル・シフタ
２２９    ＲＦスイッチング・ダイオード
２３０    抵抗性Ｐｉネットワーク
２３１，２３９，２４１    抵抗
２３２，２３４，２３６    トランジスタ
２３３    電気接地
２３５，２３７    誘導性素子
２４３    コンデンサ
２５２    可制御スイッチ
２５４    フィードバック回路
２５５    温度補償回路
Ｑ１，Ｑ２    トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５    抵抗
【図１】
0004088358.tif 000009
【図２】
0004088358.tif 000010