JP2003347863A - Power-amplifying circuit and communication device using the same - Google Patents
Power-amplifying circuit and communication device using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、電力増幅回路お
よびそれを用いた通信装置に関し、特に、携帯電話等の
通信装置に用いられる電力増幅回路や、低歪み増幅を必
要とする送信用として用いられる電力増幅回路およびそ
れを用いた通信装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power amplifier circuit and a communication device using the same, and more particularly, to a power amplifier circuit used for a communication device such as a portable telephone and a transmission device requiring low distortion amplification. And a communication device using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】携帯電話や無線LANシステム等の今日
および将来の無線通信システムでは、QPSK(Quadrat
ure Phase Shift Keying;直交位相変調)やOFDM(Or
thogonal Frequency Division Multiplex;直交周波数
分割多重)等のデジタル変復調が主流となっている。こ
れら無線通信システムで使用される電力増幅回路は、低
歪み動作が要求される。加えて、電池駆動端末の低消費
電力化のため、電力増幅回路には高効率動作が要求され
る。このような電力増幅回路に用いられる増幅デバイス
としては、シリコンやガリウムヒ素等の半導体を用いた
バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタが用い
られている。これらバイポーラトランジスタや電界効果
トランジスタは、飽和動作に近づくと効率が向上する特
性を有しているが、飽和動作領域では、振幅歪みや位相
歪みが増大するため、高効率動作と低歪み動作はトレー
ドオフの関係にある。このトレードオフを克服するため
に、電力増幅器に負帰還をかける手法が知られている。2. Description of the Related Art In today's and future wireless communication systems such as mobile phones and wireless LAN systems, QPSK (Quadrat) is used.
ure Phase Shift Keying; OFDM (Or
Digital modulation / demodulation such as thogonal Frequency Division Multiplex (orthogonal frequency division multiplex) has become mainstream. Power amplifier circuits used in these wireless communication systems are required to operate with low distortion. In addition, high efficiency operation is required for the power amplifier circuit in order to reduce the power consumption of the battery driven terminal. As an amplification device used in such a power amplification circuit, a bipolar transistor or a field effect transistor using a semiconductor such as silicon or gallium arsenide is used. These bipolar transistors and field-effect transistors have the characteristic that the efficiency increases as the operation approaches the saturation operation.However, in the saturation operation region, amplitude distortion and phase distortion increase, so that high efficiency operation and low distortion operation are traded. Off relationship. In order to overcome this trade-off, a method of applying negative feedback to a power amplifier is known.
【0003】図5は、一般的な負帰還型の電力増幅回路
を示している。図5において、32は入力信号電力Pin
に依存した利得G2(Pin)を有する電力増幅器、33は
負帰還量βを有する負帰還回路であり、電力増幅器32
の入出力間に負帰還回路33で並列負帰還をかけること
により、負帰還型の電力増幅回路31が構成される。図
5に示す電力増幅器32は、入力信号電力Pinが増大し
て、出力信号電力Poutが飽和に近づくにつれて、入力
信号電力の増大分よりも出力信号電力の増大分が小さく
なるため、電力増幅器32の利得G2(Pin)が徐々に低
下していく。FIG. 5 shows a general negative feedback type power amplifier circuit. In FIG. 5, reference numeral 32 denotes an input signal power Pin
33 is a negative feedback circuit having a negative feedback amount β.
By applying parallel negative feedback between the input and output of the negative feedback circuit 33, a negative feedback power amplifier circuit 31 is configured. In the power amplifier 32 shown in FIG. 5, as the input signal power Pin increases and the output signal power Pout approaches saturation, the increase in the output signal power becomes smaller than the increase in the input signal power. Gain G2 (Pin) gradually decreases.
【0004】この利得低下はいわゆる振幅歪みであり、
高調波歪の発生原因になると共に、キャリアの瞬時振幅
が変動するような変調波入力信号を増幅する場合には瞬
時的な各キャリア振幅に対して利得が異なることにな
り、増幅後の出力信号の波形に歪みが生じ、隣接チャネ
ルに漏洩する電力が増大するなどの通信障害を招く。一
方、上記電力増幅器32に、負帰還回路33により帰還
量βで負帰還をかけた負帰還型の電力増幅回路31の利
得G3(Pin)は、[0004] This decrease in gain is what is called amplitude distortion.
When amplifying a modulated wave input signal that causes harmonic distortion and changes the instantaneous amplitude of the carrier, the gain differs for each instantaneous carrier amplitude, and the amplified output signal Is distorted, which causes communication failure such as an increase in power leaked to an adjacent channel. On the other hand, the gain G3 (Pin) of the negative feedback type power amplifier circuit 31 in which the power amplifier 32 is negatively fed back by the feedback amount β by the negative feedback circuit 33 is:
【数1】
となる。上記(式1)から明らかなように、負帰還のルー
プ利得G2(Pin)βにより、利得は負帰還をかけない場
合のG2(Pin)に比して、1/(1+G2(Pin)β)の因子
分低下するが、飽和出力付近では、入力信号電力Pinの
増大によってG2(Pin)が低下する一方でループ利得も
低下する。(Equation 1) It becomes. As is clear from the above (Equation 1), the gain is 1 / (1 + G2 (Pin), due to the negative feedback loop gain G2 (Pin) β, compared to G2 (Pin) when no negative feedback is applied. β), the G2 (Pin) decreases and the loop gain decreases near the saturation output due to an increase in the input signal power Pin.
【0005】したがって、入力信号電力Pinの増大に伴
って上記因子が大きくなるため、負帰還をかけた場合の
飽和出力付近での入力信号電力Pin増大による利得G3
(Pin)の低下は、図6に示されるように、負帰還をかけ
ないG2(Pin)にくらべて緩やかなものになり、飽和出
力付近では、同一出力信号電力Poutであれば負帰還を
かけない場合に比して歪みが小さく、また同じレベルの
歪であれば、より飽和に近い動作ができるため、効率が
向上する。[0005] Therefore, the above-mentioned factor increases as the input signal power Pin increases, and the gain G3 due to the increase in the input signal power Pin near the saturation output when negative feedback is applied.
As shown in FIG. 6, the decrease of (Pin) becomes more gradual than that of G2 (Pin) where no negative feedback is applied. Near the saturation output, negative feedback is applied if the same output signal power Pout is applied. If the distortion is small compared to the case where there is no distortion, and if the distortion is at the same level, an operation closer to saturation can be performed, so that the efficiency is improved.
【0006】しかし、上記(式1)を入力信号電力Pinで
微分するとわかるように、However, as can be seen by differentiating the above (Equation 1) with the input signal power Pin,
【数2】
となり、因子1/(1+G2(Pin)β)2 <1 により、電
力増幅器に負帰還をかけることによって、飽和領域での
電力増幅器の利得の低下を抑制することができるが、d
G2(Pin)/dPin<0であるために、dG3(Pin)/dPi
n<0であり、負帰還をかけない場合よりは緩やかでは
あるが、入力信号電力Pinが増大した場合の利得の低下
傾向は、負帰還をかけない場合と同じである。(Equation 2) By applying the factor 1 / (1 + G2 (Pin) β) 2 <1, negative feedback is applied to the power amplifier, whereby a decrease in the gain of the power amplifier in the saturation region can be suppressed.
Since G2 (Pin) / dPin <0, dG3 (Pin) / dPi
n <0, and the gain tends to decrease when the input signal power Pin increases, although it is slower than when no negative feedback is applied, as in the case where no negative feedback is applied.
【0007】また、図7は従来の電力増幅回路の回路図
を示しており、図7に示すように、負帰還回路に負帰還
量の制御端子を設け、入力信号電力に応じた制御電圧に
よって負帰還量を制御して利得を制御する高周波用の電
力増幅器が、特開平1−174005号公報に開示され
ている。図7において、FET1は電界効果トランジス
タ、A2は電界効果トランジスタFET1のゲートに接
続された第1の入力端子、A3は電界効果トランジスタ
FET1のドレインに接続された出力端子、A4は電界
効果トランジスタFET1のドレインに抵抗A5を介し
て出力端子A3と並列に接続された電源端子、A8,A9は
抵抗であり、電源電圧を分圧して電界効果トランジスタ
FET1のゲートに一定電圧を与える。FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional power amplifier circuit. As shown in FIG. 7, a negative feedback circuit is provided with a control terminal for the amount of negative feedback, and a control voltage corresponding to the input signal power is used. A high-frequency power amplifier that controls the gain by controlling the amount of negative feedback is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-174005. In FIG. 7, FET1 is a field effect transistor, A2 is a first input terminal connected to the gate of the field effect transistor FET1, A3 is an output terminal connected to the drain of the field effect transistor FET1, and A4 is the field effect transistor FET1. Power supply terminals A8 and A9 connected to the drain in parallel with the output terminal A3 via the resistor A5 are resistors, and divide the power supply voltage to apply a constant voltage to the gate of the field effect transistor FET1.
【0008】また、図7において、A10はFET1のゲ
ート−ドレイン間に接続されたバラクタダイオードであ
り、第2の入力端子A6が抵抗A7を介して接続されてい
る。バラクタダイオードA10は、第1の入力端子A2と
出力端子A3の間の負帰還回路を構成する。この電力増
幅回路では、第1の入力端子A2に入力される電力に応
じて、第2の入力端子A6に印加されるAGC電圧を変
化させることによって、バラクタダイオードA10の容量
を変化させて、負帰還量を調整する。In FIG. 7, A10 is a varactor diode connected between the gate and the drain of the FET 1, and a second input terminal A6 is connected via a resistor A7. The varactor diode A10 forms a negative feedback circuit between the first input terminal A2 and the output terminal A3. In this power amplifying circuit, the capacitance of the varactor diode A10 is changed by changing the AGC voltage applied to the second input terminal A6 according to the power input to the first input terminal A2. Adjust the amount of feedback.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図5に
示す負帰還型の電力増幅回路では、より飽和に近い動作
まで利得の低下を抑制しようとすると帰還量βを大きく
設定しておく必要があり、利得自体の低下をもたらすと
共に、利得の低下による電力増幅器の電力付加効率(P
AE;Power Added Efficiency)の低下を招くという課
題がある。By the way, in the negative feedback type power amplifier circuit shown in FIG. 5, it is necessary to set a large feedback amount β in order to suppress a decrease in gain until the operation becomes closer to saturation. Yes, the gain itself is reduced, and the power added efficiency (P
There is a problem of lowering AE (Power Added Efficiency).
【0010】また、図7における負帰還増幅器において
は、帰還量を制御するための付加的なAGC電圧発生手
段が必要となることや、入力信号電力の検知手段が必要
となることにより、増幅器の回路構成が複雑になると共
に、増幅器の小型化が困難になるという課題がある。Further, in the negative feedback amplifier shown in FIG. 7, an additional AGC voltage generating means for controlling the amount of feedback is required and an input signal power detecting means is required. There is a problem that the circuit configuration becomes complicated and miniaturization of the amplifier becomes difficult.
【0011】そこで、これらの課題を解決するため、本
出願人は、電力増幅器の信号入力端子と信号出力端子と
の間に接続され、インピーダンスが両端に生じる信号電
圧に依存する負帰還回路を備えた電力増幅回路を提案し
ている(特願2000−359218号)。なお、この電
力増幅回路は、この発明を理解しやすくするために説明
するものであって、公知技術ではなく、従来技術ではな
い。In order to solve these problems, the present applicant has a negative feedback circuit which is connected between a signal input terminal and a signal output terminal of a power amplifier and whose impedance depends on a signal voltage generated at both ends. (Japanese Patent Application No. 2000-359218) has been proposed. Note that this power amplifier circuit is described for the purpose of making the present invention easier to understand, and is not a known technology and not a conventional technology.
【0012】上記電力増幅回路によれば、飽和電力に近
い状態での入力信号電力の増大による電力増幅器の利得
低下、いわゆる振幅歪みが抑制できる。しかしながら、
上記負帰還回路を備えた電力増幅回路では、飽和動作領
域での振幅歪みは改善されるが、中出力信号電力域での
位相歪み特性が劣化するという問題がある。According to the above power amplifier circuit, it is possible to suppress a decrease in gain of the power amplifier due to an increase in input signal power in a state close to the saturation power, that is, a so-called amplitude distortion. However,
In the power amplifier circuit provided with the negative feedback circuit, the amplitude distortion in the saturation operation region is improved, but there is a problem that the phase distortion characteristic in the middle output signal power region is deteriorated.
【0013】そこで、この発明の目的は、飽和電力に近
い状態での振幅歪み特性を劣化させることなく、さらに
中出力信号電力域での位相歪みも抑制できる小型で低歪
みかつ高効率な電力増幅回路およびそれを用いた通信装
置を提供することにある。It is an object of the present invention to provide a small, low-distortion, and high-efficiency power amplifier capable of suppressing the phase distortion in a medium output signal power range without deteriorating the amplitude distortion characteristic near the saturation power. An object of the present invention is to provide a circuit and a communication device using the circuit.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の電力増幅回路は、電力増幅器と、その電
力増幅器の信号入力端子と信号出力端子との間に接続さ
れた負帰還回路とを備えている。さらに、上記負帰還回
路は、非線形素子と第1のキャパシタンス素子とが直列
に接続された直列接続回路と、上記非線形素子を接地す
る第2のキャパシタンス素子とを有し、上記非線形素子
のインピーダンスがその両端に生じる信号電圧に依存す
る。To achieve the above object, a power amplifier circuit according to the present invention comprises a power amplifier and a negative feedback circuit connected between a signal input terminal and a signal output terminal of the power amplifier. It has. Further, the negative feedback circuit has a series connection circuit in which a non-linear element and a first capacitance element are connected in series, and a second capacitance element that grounds the non-linear element. It depends on the signal voltage developed across it.
【0015】上記構成の電力増幅回路では、負帰還回路
の非線形素子のインピーダンスが、その両端に発生する
信号電圧に依存し、上記信号電圧は入力信号電力の増大
に伴って増大する。したがって、電力増幅器に対する負
帰還量が入力信号電力によって可変となり、上記可変特
性を調整することにより、所望の出力信号電力付近での
入力信号電力または出力信号電力の増大または減少によ
る電力増幅器の利得変動を抑制することが可能となり、
所望出力付近での振幅歪みを低減することが可能とな
る。また、この発明の電力増幅回路では、負帰還回路の
非線形素子は、キャパシタンス素子により接地されてい
るが、このキャパシタンス素子により中出力信号電力域
での位相歪みが低減される。In the power amplifier circuit having the above-described configuration, the impedance of the nonlinear element of the negative feedback circuit depends on the signal voltage generated at both ends thereof, and the signal voltage increases as the input signal power increases. Therefore, the amount of negative feedback to the power amplifier becomes variable depending on the input signal power, and by adjusting the variable characteristics, the gain variation of the power amplifier due to an increase or decrease of the input signal power or the output signal power near the desired output signal power. Can be suppressed,
It becomes possible to reduce the amplitude distortion near the desired output. In the power amplifier circuit according to the present invention, the nonlinear element of the negative feedback circuit is grounded by the capacitance element, but the capacitance element reduces the phase distortion in the middle output signal power range.
【0016】より好ましくは、上記負帰還回路のインピ
ーダンスを、その両端の信号電圧振幅の増大に伴って増
大させることにより、電力増幅器の利得が入力信号電力
の増大に伴って低下する飽和動作領域での負帰還量を低
減し、上記飽和動作領域での利得低下を抑制することが
可能となり、電力増幅器の低歪み動作と高効率動作の両
立が可能となる。したがって、通信端末内で電力増幅器
の占める消費電力の割合が大きくなる高出力(飽和動作
に近い)状態での低消費電力化が可能となり、通信端末
の低消費電力化に大きく寄与する。More preferably, the impedance of the negative feedback circuit is increased as the signal voltage amplitude at both ends thereof increases, so that the gain of the power amplifier decreases in the saturation operation region where the gain of the input signal decreases as the input signal power increases. , It is possible to suppress the decrease in the gain in the above-mentioned saturation operation region, and it is possible to achieve both low distortion operation and high efficiency operation of the power amplifier. Therefore, it is possible to reduce power consumption in a high output (close to saturation operation) state where the power amplifier occupies a large proportion in the communication terminal, which greatly contributes to the reduction in power consumption of the communication terminal.
【0017】また、この発明によれば、付加的な入力信
号電力検出手段や付加的な負帰還量制御手段が不要であ
り、電力増幅回路の小型化が可能となる。Further, according to the present invention, no additional input signal power detection means and additional negative feedback amount control means are required, and the power amplifier circuit can be reduced in size.
【0018】また、一実施形態の電力増幅回路では、上
記非線形素子にダイオードを用いて、負帰還回路をダイ
オードと第1のキャパシタンス素子の直列接続回路およ
び第2のキャパシタンス素子で構成することによって、
上記ダイオードが両端信号電圧に対して可変インピーダ
ンス特性を有しているため、負帰還回路のインピーダン
スは、その両端に発生する信号電圧振幅に依存する。In one embodiment of the present invention, a diode is used as the non-linear element, and the negative feedback circuit is constituted by a series connection circuit of a diode and a first capacitance element and a second capacitance element.
Since the diode has variable impedance characteristics with respect to the signal voltage at both ends, the impedance of the negative feedback circuit depends on the signal voltage amplitude generated at both ends.
【0019】したがって、電力増幅器に対する負帰還量
が入力信号電力によって可変となり、上記可変特性を調
整することにより、所望の出力信号電力付近での入力信
号電力または出力信号電力の増大または減少による電力
増幅器の利得変動を抑制することが可能となり、所望出
力付近での振幅歪みが低減可能となる。また、上記負帰
還回路による電力増幅器の出力端子と入力端子間の直流
経路は、上記キャパシタンス素子によって遮断されてい
るので、電力増幅器のバイアス状態を撹乱することもな
い。さらに、上記ダイオードは第2のキャパシタンス素
子を介して接地されているので、この第2のキャパシタ
ンス素子により中出力信号電力域での位相歪みが低減さ
れる。また、この実施形態の電力増幅器によれば、ダイ
オードには直流バイアスを印加する必要が無く、ダイオ
ードの付加的なバイアス回路が不要であり、さらに付加
的な入力信号電力検出手段および付加的な負帰還量制御
手段が不要であるので、電力増幅回路の小型化が可能と
なる。Therefore, the amount of negative feedback to the power amplifier becomes variable depending on the input signal power, and by adjusting the above-mentioned variable characteristics, the power amplifier by increasing or decreasing the input signal power or output signal power near the desired output signal power. Can be suppressed, and the amplitude distortion near the desired output can be reduced. Further, since the DC path between the output terminal and the input terminal of the power amplifier by the negative feedback circuit is cut off by the capacitance element, the bias state of the power amplifier is not disturbed. Further, since the diode is grounded via the second capacitance element, the second capacitance element reduces phase distortion in the middle output signal power range. Further, according to the power amplifier of this embodiment, there is no need to apply a DC bias to the diode, no additional bias circuit for the diode is required, and additional input signal power detection means and additional negative power. Since the feedback amount control means is not required, the size of the power amplifier circuit can be reduced.
【0020】また、一実施形態の電力増幅回路は、ダイ
オードとしてバイポーラトランジスタのベース−エミッ
タ間接合およびベース−コレクタ間接合を用いても良
い。例えば、この実施形態の電力増幅回路の増幅用デバ
イスとしては、シリコンやガリウムヒ素等の半導体を用
いたバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタが
用いられる。この場合、増幅用デバイスとしてバイポー
ラトランジスタを用いるならば、ダイオードとしてのバ
イポーラトランジスタと同一の半導体基板上に形成でき
るため、電力増幅回路の小型化が可能となる。Further, in the power amplifying circuit of one embodiment, a base-emitter junction and a base-collector junction of a bipolar transistor may be used as the diode. For example, a bipolar transistor or a field effect transistor using a semiconductor such as silicon or gallium arsenide is used as an amplifying device of the power amplifier circuit of this embodiment. In this case, if a bipolar transistor is used as the amplifying device, it can be formed on the same semiconductor substrate as the bipolar transistor as the diode, so that the power amplifier circuit can be downsized.
【0021】また、一実施形態の電力増幅回路は、ダイ
オードとして電界効果トランジスタのゲート,ドレイン
およびソースのうちの2端子間の接合を用いても良い。
この場合、増幅用デバイスとして電界効果トランジスタ
を用いるならば、ダイオードとしての電界効果トランジ
スタと同一の半導体基板上に形成できるため、電力増幅
回路の小型化が可能となる。Further, in the power amplification circuit of one embodiment, a junction between two terminals of the gate, drain and source of the field effect transistor may be used as the diode.
In this case, if a field-effect transistor is used as the amplifying device, it can be formed on the same semiconductor substrate as the field-effect transistor as a diode, so that the power amplifier circuit can be reduced in size.
【0022】また、この発明の通信装置は、上記電力増
幅回路を用いることにより、低歪みで高効率な通信装置
を実現できる。Further, the communication device of the present invention can realize a communication device with low distortion and high efficiency by using the above-described power amplifier circuit.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下、この発明の電力増幅回路お
よびそれを用いた通信装置を図示の実施の形態により詳
細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a power amplifier circuit according to the present invention and a communication device using the same will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
【0024】〔第1実施形態〕図1はこの発明の第1実
施形態の電力増幅回路を示すものである。この第1実施
形態の電力増幅回路1は、図1に示すように、電力増幅
器12と、その電力増幅器12の信号入力端子と信号出
力端子との間に接続された負帰還回路13とを備えてい
る。上記負帰還回路13は、電力増幅器12の信号入力
端子にアノードが接続されたダイオードD1と、上記ダ
イオードD1のカソードと電力増幅器12の信号出力端
子との間に接続された第1のキャパシタンス素子C11
と、上記ダイオードD1のアノードとグランドとの間に
接続された第2のキャパシタンス素子C12とで構成され
ている。上記ダイオードD1と第1のキャパシタンス素
子C11とで直列接続回路を構成している。[First Embodiment] FIG. 1 shows a power amplifier circuit according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the power amplifier circuit 1 according to the first embodiment includes a power amplifier 12 and a negative feedback circuit 13 connected between a signal input terminal and a signal output terminal of the power amplifier 12. ing. The negative feedback circuit 13 includes a diode D1 having an anode connected to a signal input terminal of the power amplifier 12, and a first capacitance element C11 connected between a cathode of the diode D1 and a signal output terminal of the power amplifier 12.
And a second capacitance element C12 connected between the anode of the diode D1 and the ground. The diode D1 and the first capacitance element C11 constitute a series connection circuit.
【0025】上記ダイオードD1は、両端信号電圧に対
して可変インピーダンス特性を有しているため、負帰還
回路13のインピーダンスは、その両端に発生する信号
電圧に依存する。したがって、電力増幅器12に対する
負帰還量が入力信号電力によって可変となり、その可変
特性を調整することにより、所望の出力信号電力付近で
の入力信号電力または出力信号電力の増大または減少に
よる電力増幅回路1の利得変動を抑制することが可能と
なり、所望の出力信号電力付近での電力増幅回路1の振
幅歪みを低減することが可能となる。Since the diode D1 has a variable impedance characteristic with respect to the signal voltage at both ends, the impedance of the negative feedback circuit 13 depends on the signal voltage generated at both ends. Therefore, the amount of negative feedback to the power amplifier 12 becomes variable depending on the input signal power, and by adjusting the variable characteristic, the power amplifier circuit 1 increases or decreases the input signal power or output signal power near the desired output signal power. Can be suppressed, and the amplitude distortion of the power amplifier circuit 1 in the vicinity of the desired output signal power can be reduced.
【0026】また、上記負帰還回路13による電力増幅
器12の出力端子と入力端子間の直流経路は、第1のキ
ャパシタンス素子C11によって遮断されているので、電
力増幅器12のバイアス状態を撹乱することもない。Since the DC path between the output terminal and the input terminal of the power amplifier 12 by the negative feedback circuit 13 is cut off by the first capacitance element C11, the bias state of the power amplifier 12 may be disturbed. Absent.
【0027】さらに、上記ダイオードD1を接地してい
る第2のキャパシタンス素子C12の容量値を最適化する
ことによって、中出力信号電力域の位相歪みの低減が可
能である。Further, by optimizing the capacitance value of the second capacitance element C12 grounding the diode D1, the phase distortion in the middle output signal power region can be reduced.
【0028】また、この第1実施形態の電力増幅回路1
1によれば、ダイオードD1には直流バイアスを印加す
る必要が無く、ダイオードD1の付加的なバイアス回路
が不要であり、さらに、付加的な入力信号電力検出手段
や付加的な負帰還量制御手段が不要である。したがっ
て、この電力増幅回路11の小型化が可能となる。The power amplifier circuit 1 of the first embodiment
According to No. 1, there is no need to apply a DC bias to the diode D1, no additional bias circuit for the diode D1 is required, and additional input signal power detection means and additional negative feedback amount control means. Is unnecessary. Therefore, the size of the power amplifier circuit 11 can be reduced.
【0029】また、上記負帰還回路3のA1−B1間イン
ピーダンスの絶対値およびダイオードD1の非線型性に
よるA1−B1間インピーダンス変化率は、第1のキャパ
シタンス素子C11の容量値にも依存する。具体的には、
容量値を小さくすると、帰還量が減少して電力増幅回路
1の利得が増大する一方、入力信号電力Pinに対する帰
還量の変化量は減少する。したがって、第1のキャパシ
タンス素子C11の容量値は、増幅器の設計事項として要
求される利得,出力,歪み特性に応じて適宜設定する。The absolute value of the impedance between A1 and B1 of the negative feedback circuit 3 and the rate of change in impedance between A1 and B1 due to the non-linearity of the diode D1 also depend on the capacitance value of the first capacitance element C11. In particular,
When the capacitance value is reduced, the amount of feedback decreases and the gain of the power amplification circuit 1 increases, while the amount of change in the amount of feedback with respect to the input signal power Pin decreases. Therefore, the capacitance value of the first capacitance element C11 is appropriately set according to the gain, output, and distortion characteristics required as design items of the amplifier.
【0030】〔第2実施形態〕図2はこの発明の第2実
施形態の電力増幅回路を示すものである。この第2実施
形態の電力増幅回路21は、図2に示すように、電力増
幅器22と、その電力増幅器22の信号入力端子と信号
出力端子との間に接続された負帰還回路23とを備えて
いる。上記負帰還回路23は、電力増幅器22の信号入
力端子にベースが接続されたバイポーラトランジスタT
r1と、上記バイポーラトランジスタTr1のエミッタと電
力増幅器22の信号出力端子との間に接続された第1の
キャパシタンス素子C12と、上記バイポーラトランジス
タTr1のベースとグランドとの間に接続された第2のキ
ャパシタンス素子C22とで構成されている。上記バイポ
ーラトランジスタTr1のコレクタとベースを接続してい
る。[Second Embodiment] FIG. 2 shows a power amplifier circuit according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the power amplifier circuit 21 of the second embodiment includes a power amplifier 22 and a negative feedback circuit 23 connected between a signal input terminal and a signal output terminal of the power amplifier 22. ing. The negative feedback circuit 23 includes a bipolar transistor T whose base is connected to a signal input terminal of the power amplifier 22.
r1, a first capacitance element C12 connected between the emitter of the bipolar transistor Tr1 and the signal output terminal of the power amplifier 22, and a second capacitance element C12 connected between the base of the bipolar transistor Tr1 and ground. And a capacitance element C22. The collector and base of the bipolar transistor Tr1 are connected.
【0031】この第2実施形態の電力増幅回路21で
は、上記第1実施形態の図1に示す電力増幅回路11の
ダイオードD1を、バイポーラトランジスタTr1のベー
ス−エミッタ間の接合で構成し、かつ、バイポーラトラ
ンジスタTr1のベースを第2のキャパシタンス素子C22
を介して接地している。In the power amplifier circuit 21 of the second embodiment, the diode D1 of the power amplifier circuit 11 of the first embodiment shown in FIG. 1 is constituted by a junction between the base and the emitter of the bipolar transistor Tr1, and The base of the bipolar transistor Tr1 is connected to a second capacitance element C22.
Through the ground.
【0032】上記負帰還回路23のA2−B2間インピー
ダンスの絶対値およびバイポーラトランジスタTr1のベ
ース−エミッタ間の接合の非線型性によるA2−B2間イ
ンピーダンス変化率は、第1のキャパシタンス素子C21
の容量値にも依存する。したがって、第1のキャパシタ
ンス素子C21の容量値は、増幅器の設計事項として要求
される利得,出力,歪み特性に応じて適宜設定する。The absolute value of the impedance between A2 and B2 of the negative feedback circuit 23 and the rate of change of the impedance between A2 and B2 due to the non-linearity of the junction between the base and the emitter of the bipolar transistor Tr1 are determined by the first capacitance element C21.
Also depends on the capacitance value. Therefore, the capacitance value of the first capacitance element C21 is appropriately set according to gain, output, and distortion characteristics required as design items of the amplifier.
【0033】なお、この第2実施形態では、バイポーラ
トランジスタTr1のコレクタとベースとの間を短絡した
が、コレクタは開放状態であっても良い。Although the collector and the base of the bipolar transistor Tr1 are short-circuited in the second embodiment, the collector may be open.
【0034】また、ダイオードとして、バイポーラトラ
ンジスタTr1のベース−コレクタ間の接合を用いても良
い。また、バイポーラトランジスタTr1の代わりに電界
効果トランジスタを用い、バイポーラトランジスタTr1
のベース、コレクタ、エミッタのそれぞれに電界効果ト
ランジスタのゲート、ドレイン、ソースを対応させて接
続して、ゲート−ソース間あるいはゲート−ドレイン間
の接合を上記ダイオードとして用いても良い。The junction between the base and the collector of the bipolar transistor Tr1 may be used as the diode. Further, a field effect transistor is used instead of the bipolar transistor Tr1, and the bipolar transistor Tr1 is used.
The gate, drain, and source of the field effect transistor may be connected to the base, collector, and emitter respectively, and a junction between the gate and source or between the gate and drain may be used as the diode.
【0035】上記第2実施形態の電力増幅回路21は、
第1実施形態の電力増幅回路と同様の作用,効果を有し
ている。The power amplifier circuit 21 of the second embodiment is
It has the same operation and effect as the power amplifier circuit of the first embodiment.
【0036】〔第3実施形態〕図3はこの発明の電力増
幅回路の効果を検討した結果であり、図2の第2のキャ
パシタンス素子C22の有無が電力増幅器の位相歪みに及
ぼす影響を計算したシミュレーション結果である。ここ
で検討した電力増幅回路は、上記第2実施形態の図2に
示す電力増幅回路の構成を初段に用いた2段アンプであ
る。また、信号増幅用トランジスタおよびバイポーラト
ランジスタTr1には、エミッタ層がInGaPのHBT(H
eterojunction Bipolar Transistor:ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ)を用いた。ここで、信号周波数は5.
25GHz、コレクタ電圧は3.0V、 ベース電圧は2.
7Vに設定している。このシミュレーションは、一般的
に使われているハーモニックバランス解析により行っ
た。[Third Embodiment] FIG. 3 shows the result of studying the effect of the power amplifier circuit of the present invention. The effect of the presence or absence of the second capacitance element C22 in FIG. 2 on the phase distortion of the power amplifier was calculated. It is a simulation result. The power amplifier circuit studied here is a two-stage amplifier using the configuration of the power amplifier circuit shown in FIG. 2 of the second embodiment as the first stage. Further, the signal amplifying transistor and the bipolar transistor Tr1 have an HBT (H
eterojunction Bipolar Transistor (heterojunction bipolar transistor) was used. Here, the signal frequency is 5.
25GHz, collector voltage is 3.0V, base voltage is 2.
7V is set. This simulation was performed by a commonly used harmonic balance analysis.
【0037】第2のキャパシタンス素子C22が無い場合
に比べて、第2のキャパシタンス素子C22(=2pF)にて
接地した場合の方が、位相歪みが小さいことが計算によ
り確認された。検討の結果、この電力増幅回路の場合で
は、第2のキャパシタンス素子C22の容量値として2pF
程度が最適である。なお、第2のキャパシタンス素子C
22の容量値2pF以下では、位相歪みは第2のキャパシタ
ンス素子C22が無い場合に近づく(劣化する)。逆に、第
2のキャパシタンス素子C22の容量値2pF以上では、位
相歪みは変化しない。It has been confirmed by calculation that the phase distortion is smaller when the second capacitance element C22 (= 2 pF) is grounded than when the second capacitance element C22 is not provided. As a result of examination, in the case of this power amplifier circuit, the capacitance value of the second capacitance element C22 is 2 pF
The degree is optimal. Note that the second capacitance element C
When the capacitance value of 22 is 2 pF or less, the phase distortion approaches (deteriorates) the case where the second capacitance element C22 is not provided. Conversely, the phase distortion does not change when the capacitance value of the second capacitance element C22 is 2 pF or more.
【0038】また、電力増幅回路の小型化という観点か
らは、第2のキャパシタンス素子C22は小さい方が好ま
しい。電力増幅回路の位相歪みの低減化と小型化を両立
するために、この第3実施形態として第2のキャパシタ
ンス素子C22の容量値は2pF程度が最適である。ただ
し、この第2のキャパシタンス素子C22の最適容量値
は、負帰還回路に用いられるトランジスタやキャパシタ
ンス素子等の特性によって変化する。From the viewpoint of reducing the size of the power amplifier circuit, it is preferable that the second capacitance element C22 is smaller. In order to achieve both the reduction of the phase distortion and the miniaturization of the power amplifier circuit, the capacitance value of the second capacitance element C22 is optimally about 2 pF as the third embodiment. However, the optimum capacitance value of the second capacitance element C22 changes depending on characteristics of a transistor, a capacitance element, and the like used in the negative feedback circuit.
【0039】〔第4実施形態〕図4にこの発明の第4実
施形態の構成図を示している。図4は通信装置の送信側
の基本的な構成のブロック図である。図4に示すよう
に、信号処理回路111にて信号処理された送信すべき
信号は、変調器112にて変調され、ドライバ増幅器1
14にて増幅される。その後、送信電力増幅回路115
にてさらに増幅され、送受切換スイッチ116を通って
アンテナ117から放射される。上記変調器112に
は、発振器113から基準信号が供給される。[Fourth Embodiment] FIG. 4 shows a configuration diagram of a fourth embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram of a basic configuration on the transmission side of the communication device. As shown in FIG. 4, the signal to be transmitted, which has been signal-processed by the signal processing circuit 111, is modulated by the modulator 112, and the driver amplifier 1
It is amplified at 14. After that, the transmission power amplification circuit 115
And is radiated from the antenna 117 through the transmission / reception switch 116. The modulator 112 is supplied with a reference signal from an oscillator 113.
【0040】現行の無線通信システムで使用されている
デジタル変復調方式では、信号の振幅および位相の両方
で情報が搬送されるため、送信電力増幅回路は入力信号
を線形増幅することが要求される。その理由は、送信電
力増幅回路の線形性が損なわれると、振幅歪みおよび位
相歪みに起因する歪み電力が隣接するチャネルに漏洩
し、通信品質が劣化するためである。In the digital modulation / demodulation system used in the current wireless communication system, information is carried in both the amplitude and the phase of a signal, so that a transmission power amplifier circuit is required to linearly amplify an input signal. The reason is that if the linearity of the transmission power amplifier circuit is impaired, distortion power caused by amplitude distortion and phase distortion leaks to an adjacent channel, and communication quality is degraded.
【0041】この第4実施形態の送信電力増幅回路11
5には、上記第2実施形態に示された電力増幅回路を用
いており、この発明の電力増幅回路を通信装置の送信用
として利用することによって、入力信号を線形増幅する
ことが可能となり、上記通信装置を用いたシステムの通
信品質劣化を防止することができる。The transmission power amplifier circuit 11 of the fourth embodiment
5, the power amplifier circuit shown in the second embodiment is used, and by using the power amplifier circuit of the present invention for transmission of a communication device, it becomes possible to linearly amplify an input signal; It is possible to prevent communication quality deterioration of a system using the communication device.
【0042】上記第1,第2実施形態の負帰還回路11,
21は、この発明の電力増幅回路の負帰還回路の一例で
あって、図1,図2に示す構成に限られるものではな
い。この発明の電力増幅回路の負帰還回路は、非線形素
子と第1のキャパシタンス素子とが直列に接続された直
列接続回路と、上記非線形素子を接地する第2のキャパ
シタンス素子とを有するものであればよい。The negative feedback circuit 11 of the first and second embodiments,
Reference numeral 21 denotes an example of a negative feedback circuit of the power amplifier circuit according to the present invention, which is not limited to the configuration shown in FIGS. The negative feedback circuit of the power amplifying circuit according to the present invention is provided as long as it has a series connection circuit in which a nonlinear element and a first capacitance element are connected in series, and a second capacitance element that grounds the nonlinear element. Good.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の電
力増幅回路によれば、携帯電話や無線LANなどの無線
通信システムで要求される小型で低歪みかつ高効率な電
力増幅回路を実現することができる。As is clear from the above, according to the power amplifier circuit of the present invention, a small, low-distortion and high-efficiency power amplifier circuit required in a wireless communication system such as a cellular phone or a wireless LAN is realized. be able to.
【0044】また、この発明の電力増幅回路を用いた通
信装置によれば、小型で低歪みかつ高効率な通信装置を
実現することができる。Further, according to the communication device using the power amplifier circuit of the present invention, it is possible to realize a small, low-distortion and high-efficiency communication device.
【図1】 図1はこの発明の第1実施形態の電力増幅回
路の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a power amplifier circuit according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 図2はこの発明の第2実施形態の電力増幅回
路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a power amplifier circuit according to a second embodiment of the present invention.
【図3】 図3はこの発明の第3実施形態の電力増幅回
路のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a simulation result of a power amplifier circuit according to a third embodiment of the present invention.
【図4】 図4はこの発明の第4実施形態の通信装置の
基本的な構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a basic configuration of a communication device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図5】 図5は一般的な負帰還型の電力増幅回路の回
路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a general negative feedback power amplifier circuit.
【図6】 図6は上記電力増幅回路の利得の出力信号電
力依存性を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing the output signal power dependency of the gain of the power amplifier circuit.
【図7】 図7は従来の電力増幅回路の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional power amplifier circuit.
11,21…負帰還型の電力増幅回路、 12,22…電力増幅器、 13,23…負帰還回路、 D1…ダイオード、 Tr1…バイポーラトランジスタ、 C11,C21…第1のキャパシタンス素子、 C12,C22…第2のキャパシタンス素子、 111…信号処理回路、 112…変調器、 114…ドライバ増幅器、 113…発振器、 115…送信電力増幅回路、 116…送受切換スイッチ、 117…アンテナ。 11,21 ... negative feedback type power amplifier circuit, 12,22 ... power amplifier, 13,23 ... negative feedback circuit, D1… Diode, Tr1: bipolar transistor, C11, C21: first capacitance element, C12, C22 ... second capacitance element, 111 ... signal processing circuit, 112 ... modulator, 114 ... Driver amplifier, 113 ... oscillator, 115 ... transmission power amplification circuit, 116 ... Transmission / reception switch 117 ... An antenna.
フロントページの続き Fターム(参考) 5J090 AA01 AA41 CA25 CA26 CA36 DN02 FA17 HA02 HA09 HA19 HA21 HA25 HA29 HA30 HN23 KA53 MA13 MN03 NN00 SA13 TA01 TA03 5J091 AA01 AA41 CA25 CA26 CA36 FA17 HA02 HA09 HA19 HA21 HA25 HA29 HA30 KA53 MA13 SA13 TA01 TA03 5J500 AA01 AA41 AC25 AC26 AC36 AF17 AH02 AH09 AH19 AH21 AH25 AH29 AH30 AK53 AM13 AS13 AT01 AT03 ND02 NH23 NM03 NN00 Continuation of front page F term (reference) 5J090 AA01 AA41 CA25 CA26 CA36 DN02 FA17 HA02 HA09 HA19 HA21 HA25 HA29 HA30 HN23 KA53 MA13 MN03 NN00 SA13 TA01 TA03 5J091 AA01 AA41 CA25 CA26 CA36 FA17 HA02 HA09 HA19 HA21 HA25 HA29 HA30 KA53 MA13 SA13 TA01 TA03 5J500 AA01 AA41 AC25 AC26 AC36 AF17 AH02 AH09 AH19 AH21 AH25 AH29 AH30 AK53 AM13 AS13 AT01 AT03 ND02 NH23 NM03 NN00
Claims (5)
力端子と信号出力端子との間に接続された負帰還回路と
を備えた電力増幅回路であって、 上記負帰還回路は、非線形素子と第1のキャパシタンス
素子とが直列に接続された直列接続回路と、上記非線形
素子を接地する第2のキャパシタンス素子とを有し、 上記非線形素子のインピーダンスがその両端に生じる信
号電圧に依存することを特徴とする電力増幅回路。1. A power amplifier circuit comprising: a power amplifier; and a negative feedback circuit connected between a signal input terminal and a signal output terminal of the power amplifier, wherein the negative feedback circuit includes a non-linear element A series connection circuit in which a first capacitance element is connected in series; and a second capacitance element grounding the non-linear element, wherein the impedance of the non-linear element depends on a signal voltage generated at both ends thereof. Characteristic power amplifier circuit.
て、 上記非線形素子は、ダイオードであることを特徴とする
電力増幅回路。2. The power amplifying circuit according to claim 1, wherein said non-linear element is a diode.
て、 上記ダイオードは、バイポーラトランジスタのベース−
エミッタ間接合およびベース−コレクタ間接合で構成さ
れていることを特徴とする電力増幅回路。3. The power amplifying circuit according to claim 2, wherein the diode is a base of a bipolar transistor.
A power amplifier circuit comprising an emitter-junction and a base-collector junction.
て、 上記ダイオードは、電界効果トランジスタのゲート,ド
レインおよびソースのうちの2端子間の接合で構成され
ていることを特徴とする電力増幅回路。4. The power amplifying circuit according to claim 2, wherein said diode is formed by a junction between two terminals of a gate, a drain and a source of a field effect transistor. .
ことを特徴とする通信装置。5. A communication device using the power amplification circuit according to claim 1.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2002148055A JP2003347863A (en) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | Power-amplifying circuit and communication device using the same |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007037385A (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Motor drive circuit |
JP2007520129A (en) * | 2004-01-30 | 2007-07-19 | ノキア コーポレイション | Adjustment circuit |
-
2002
- 2002-05-22 JP JP2002148055A patent/JP2003347863A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007520129A (en) * | 2004-01-30 | 2007-07-19 | ノキア コーポレイション | Adjustment circuit |
JP2007037385A (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Motor drive circuit |
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