JP2004040500A

JP2004040500A - 高周波増幅器

Info

Publication number: JP2004040500A
Application number: JP2002195075A
Authority: JP
Inventors: Takao Moriwaki; 森脇　孝雄; Kimimasa Maemura; 前村　公正
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05
Also published as: US6750718B2; US20040004518A1

Abstract

【課題】ＲＦトランジスタのアイドル電流のバラツキを押さえ、増幅器の効率を向上させることができる高周波増幅器を提供する。
【解決手段】ＲＦトランジスタ１の高電力出力時におけるベースバイアスと低電力出力時におけるベースバイアスとを各々別電源で与えることができる。増幅器３０が高電力出力時には、ベースバイアスをバイアス回路部３から出力させる。この時、ＲＦトランジスタ１はバイアス回路部３から出力される設定バイアスにより定電圧動作をする。増幅器３０が低電力出力時には、ベースバイアスをリファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５から抵抗Ｒ３（１２）を介して供給する。これにより、ベースバイアス設定電圧のバラツキを小さくすることができる。低電力出力時には、バイアス回路部３を動作させないことによりバイアス回路部３の消費電流を流れなくさせ、これにより増幅器３０の効率を向上させることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波増幅器に関し、特にＣＤＭＡ変調方式の携帯端末用送信電力増幅器における高周波増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話器または携帯情報端末等の小型の情報端末（以下、「携帯端末」と略す）が普及している。この携帯端末では電力消費の効率の良い増幅器が求められている。携帯端末が用いる多重接続の中には、スペクトラム拡散を基盤とする符号分割多重接続（Ｃｏｄｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ　：　ＣＤＭＡ）変調方式がある。このＣＤＭＡ変調方式の携帯端末用送信電力増幅器では通信時に電力制御を行うため、高電力出力時における電力負荷効率だけではなく、低電力出力時における効率も重視されている。このため、従来、低電力出力時と高電力出力時とには増幅器の設定バイアスを切替えて増幅器を動作させている。
【０００３】
図４は、従来用いられている、設定バイアスの切替機能を有するバイアス回路を有する電力増幅器６０を示す。図４で、符号１は高周波（ＲＦ）トランジスタ、７はＲＦトランジスタ１のコレクタ電源、３はＲＦトランジスタ１のベースバイアスを供給するバイアス回路部、２は設定バイアスの切替を行うバイアス切替スイッチ回路部である。バイアス回路部３において、符号１０はトランジスタＱ１、６はトランジスタＱ１（１０）のコレクタに接続されたバイアス回路電源Ｖｃｂ端子、８はトランジスタＱ１（１０）のエミッタとＧＮＤとの間に接続された抵抗Ｒ１（８）、５は基準（リファレンス）電圧Ｖｒｅｆ端子、９はリファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５とトランジスタＱ１（１０）のベースとの間に接続された抵抗Ｒ２、２３および２４はトランジスタＱ１（１０）のベースとＧＮＤとの間に接続されたトランジスタである。バイアス切替スイッチ回路部２において、符号１１はトランジスタＱ２、２１はトランジスタＱ２（１１）のコレクタとＲＦトランジスタ１のベースとの間に接続された抵抗、４はバイアス切替ＭＯＤ端子、２２はトランジスタＱ２（１１）のベースとバイアス切替ＭＯＤ端子４との間に接続された抵抗である。
【０００４】
次に、図４に示される従来の増幅器６０の動作を説明する。増幅器６０が高電力出力時には、バイアス切替ＭＯＤ端子４をＯＦＦ（０Ｖ）とし、バイアス切替スイッチ回路部２のトランジスタＱ２（１１）をＯＦＦにする。これにより、バイアス回路部３から供給される電圧がそのままＲＦトランジスタ１へ供給される。この時のＲＦトランジスタ１のベースバイアスは、増幅器６０の高電力出力時の出力電力の歪み特性を十分に満足するように設定する。
【０００５】
これに対して、増幅器６０が低電力出力時には、バイアス切替ＭＯＤ端子４をＯＮ（３Ｖ）とし、バイアス切替スイッチ回路部２のトランジスタＱ２（１１）をＯＮにする。これにより、バイアス切替スイッチ回路部２に電流を流し、ＲＦトランジスタ１のベースバイアスを下げる。増幅器６０が低電力出力時には、ベースバイアスが下げても増幅器６０がリニアな動作領域にあるため、歪み特性が十分に満足できるところで動作させることができる。以上のようなバイアス切替機能により、増幅器６０がリニアな動作領域である低電力出力時における効率を上げることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ＲＦトランジスタ１のベースバイアスの切替機能を有する従来のバイアス回路では、バイアス回路部３の設定するベースバイアスをバイアス切替スイッチ回路部２で切替えるため、ＲＦトランジスタ１のアイドル（ｉｄｌｌｉｎｇ）電流のバラツキはバイアス回路部３が出力するバイアス設定電圧のバラツキに大きく依存するという問題があった。増幅器６０が低電力出力時の場合、その効率はアイドル電流に大きく依存するため、増幅器６０の効率を上げるためにはバイアス回路から出力される設定バイアスを精度よく設定する必要があった。増幅器６０が低電力出力時の動作電流は１００ｍＡ程度であるため、バイアス回路部３で消費される電流は５ｍＡ程度であるが、この電流が増幅器６０の効率に大きな影響を与えるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＲＦトランジスタのアイドル電流のバラツキを押さえ、増幅器の効率を向上させることができる高周波増幅器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の高周波増幅器は、高周波信号を増幅する高周波増幅器であって、高周波トランジスタと、前記高周波トランジスタのベースへ、基準電圧源から抵抗を介してベースバイアスを供給する基準電圧供給部と、前記高周波トランジスタのベースバイアスを出力するバイアス回路部とを備え、前記バイアス回路部は該バイアス回路部から出力するベースバイアスと前記基準電圧供給部から供給するベースバイアスとを切替える切替端子を有しており、前記切替端子によるベースバイアスの切替により、該増幅器の出力電力が高電力出力時の場合は前記高周波トランジスタを定電圧動作させ、該増幅器の出力電力が低電力出力時の場合は前記高周波トランジスタを定電流動作させることを特徴とする。
【０００９】
ここで、この発明の高周波増幅器において、前記基準電圧供給部は、前記基準電圧源に接続されたベースと前記バイアス回路部の電源端子に接続されたコレクタとを有するトランジスタを備え、該トランジスタのエミッタは前記抵抗を介して前記高周波トランジスタのベースへ接続されることができる。
【００１０】
ここで、この発明の高周波増幅器において、前記バイアス回路部は、前記ベースバイアスの出力側のトランジスタと該トランジスタのエミッタに接続した抵抗とを有しており、該抵抗と接地端との間に、該抵抗に接続したコレクタと前記切替端子に抵抗を介して接続したベースと接地されたエミッタとを有するトランジスタをさらに備えることができる。
【００１１】
ここで、この発明の高周波増幅器において、前記ベースバイアスを出力するトランジスタのエミッタに接続した抵抗をダイオードに置き換えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電力増幅器３０を示す。図１で、符号１はＲＦトランジスタ、７はＲＦトランジスタ１のコレクタ電源、３はＲＦトランジスタ１のベースバイアスを供給するバイアス回路部、２５はリファレンス電圧を供給する基準電圧供給部である。基準電圧供給部２５において、符号５はリファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子、１２はリファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５とＲＦトランジスタ１のベースとの間に接続された抵抗Ｒ３である。バイアス回路部３において、符号１０はトランジスタＱ１、６はトランジスタＱ１（１０）のコレクタに接続されたバイアス回路電源Ｖｃｂ端子、８はトランジスタＱ１（１０）のエミッタとＧＮＤとの間に接続された抵抗Ｒ１（８）、４は設定バイアスの切替を行うバイアス切替ＭＯＤ端子（切替端子）、９はバイアス切替ＭＯＤ端子４とトランジスタＱ１（１０）のベースとの間に接続された抵抗Ｒ２、２３および２４はトランジスタＱ１（１０）のベースとＧＮＤとの間に接続されたトランジスタである。図１に示されるように、リファレンス電圧を供給するリファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５は抵抗Ｒ３（１２）を介してＲＦトランジスタ１のベースに直結している。設定バイアスの切替を行うバイアス切替ＭＯＤ端子４は、図４に示される従来のバイアス回路部３においてリファレンス電圧を与えていた部分に設けている。
【００１４】
次に、図１に示される増幅器３０の動作を説明する。増幅器３０は低電力出力時および高電力出力時に、バイアス切替ＭＯＤ端子４の切替によりＲＦトランジスタ１のベースバイアスを切替えて動作させる。リファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５に与えられるリファレンス電圧は、ＲＦトランジスタ１が例えばＡｌＧａＡｓＨＢＴの場合は２．６Ｖ程度に設定する。リファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５から抵抗Ｒ３（１２）を介して供給される設定バイアスは、抵抗Ｒ３（１２）の抵抗値を調整することにより、バイアス回路部３から出力される設定バイアスより低くする。例えば、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５を２．６Ｖに設定する場合、抵抗Ｒ３（１２）の抵抗値はバイアス回路部３の抵抗Ｒ１（８）と同程度の抵抗値にする。
【００１５】
増幅器３０が高電力出力時には、バイアス切替ＭＯＤ端子４をＯＮ（３Ｖ）とし、バイアス回路部３からＲＦトランジスタ１のベースバイアスが出力される。この時、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５から抵抗Ｒ３（１２）を介して出力されるバイアス電圧はバイアス回路部３から出力される設定バイアスより低い。このため、ＲＦトランジスタ１はバイアス回路部３から出力される設定バイアスにより定電圧動作をする。この時、ＲＦトランジスタ１は増幅器３０の高電力出力時においても出力電力の歪み特性を十分に満足するように設定する。
【００１６】
これに対して、増幅器３０が低電力出力時には、バイアス切替ＭＯＤ端子４をＯＦＦ（０Ｖ）とし、バイアス回路部３からはＲＦトランジスタ１のベースに供給されるバイアス電圧は出力されない。この時、バイアス回路部３は動作しないため、増幅器３０の効率が向上する。ＲＦトランジスタ１のベースバイアスは、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５から抵抗Ｒ３（１２）を介して供給される。この時、ＲＦトランジスタ１は定電流動作し、バイアス回路部３の設定バイアスのバラツキによらず供給される。このため、ＲＦトランジスタ１のアイドル電流のバラツキを押さえることができる。
【００１７】
以上より、実施の形態１によれば、ＲＦトランジスタ１の高電力出力時におけるベースバイアスと低電力出力時におけるベースバイアスとを各々別電源で与えることができる。増幅器３０が高電力出力時には、ベースバイアスをバイアス回路部３から出力させる。リファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５から抵抗Ｒ３（１２）を介して出力されるバイアス電圧はバイアス回路部３から出力される設定バイアスより低いため、ＲＦトランジスタ１はバイアス回路部３から出力される設定バイアスにより定電圧動作をする。この時、ＲＦトランジスタ１は増幅器３０の高電力出力時においても出力電力の歪み特性を十分に満足するように設定する。増幅器３０が低電力出力時には、ベースバイアスをリファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５から抵抗Ｒ３（１２）を介して供給する。これにより、ベースバイアス設定電圧のバラツキを小さくすることができる。低電力出力時には、バイアス回路部３を動作させないことによりバイアス回路部３の消費電流を流れなくさせ、これにより増幅器３０の効率を向上させることができる。
【００１８】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２における電力増幅器４０を示す。図２で、図１と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。図２に示される電力増幅器４０が図１に示される電力増幅器３０と異なる点は、新たにトランジスタＱ２（１３）を設け、トランジスタＱ２（１３）のベースはリファレンス電圧を供給するリファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５に接続し、トランジスタＱ２（１３）のコレクタはバイアス回路電源Ｖｃｂ端子６に接続し、トランジスタＱ２（１３）のエミッタは抵抗Ｒ３（１２）を介してＲＦトランジスタ１のベースに接続する点である。
【００１９】
図２に示される増幅器４０の動作は、基本的に図１に示される増幅器３０の動作と同様である。増幅器４０が高電力出力時には、バイアス切替ＭＯＤ端子４をＯＮ（３Ｖ）とし、バイアス回路部３からＲＦトランジスタ１のベースバイアスが出力される。増幅器３０の場合と同様に、増幅器４０のＲＦトランジスタ１はバイアス回路部３から出力される設定バイアスにより定電圧動作をする。増幅器４０が低電力出力時には、バイアス切替ＭＯＤ端子４をＯＦＦ（０Ｖ）とし、バイアス回路部３からはＲＦトランジスタ１のベースに供給されるバイアス電圧は出力されない。増幅器３０の場合と同様に、増幅器４０のバイアス回路部３は動作しないため、増幅器４０の効率が向上する。ＲＦトランジスタ１のベースバイアスは、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５からトランジスタＱ２（１３）と抵抗Ｒ３（１２）とを介して供給される。この時、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５を流れる電流は、トランジスタＱ２（１３）の１／β（βは電流増幅率）に押さえることができる。実施の形態１の増幅器３０の場合と同様に、増幅器４０のＲＦトランジスタ１は定電流動作し、バイアス回路部３の設定バイアスのバラツキによらず供給される。このため、ＲＦトランジスタ１のアイドル電流のバラツキを押さえることができる。
【００２０】
以上より、実施の形態２によれば、実施の形態１と異なり、新たにトランジスタＱ２（１３）を設けることができる。ここで、トランジスタＱ２（１３）のベースはリファレンス電圧を供給するリファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５に接続し、トランジスタＱ２（１３）のコレクタはバイアス回路電源Ｖｃｂ端子６に接続し、トランジスタＱ２（１３）のエミッタは抵抗Ｒ３（１２）を介してＲＦトランジスタ１のベースに接続する。これにより、実施の形態１の増幅器３０における効果に加えて、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５を流れる電流をトランジスタＱ２（１３）の１／β（βは電流増幅率）に押さえることができる。
【００２１】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３における電力増幅器５０を示す。図３で、図２と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。図３に示される電力増幅器５０が図２に示される電力増幅器４０と異なる点は、電力増幅器４０におけるバイアス回路部３をエミッタフォロワで構成する場合、新たにトランジスタＱ３（１４）を設け、トランジスタＱ３（１４）のコレクタを抵抗Ｒ１（８）のＧＮＤ側に接続し、トランジスタＱ３（１４）のベースを新たな抵抗Ｒ４（１５）を介してバイアス切替ＭＯＤ端子４に接続し、トランジスタＱ３（１４）のエミッタをＧＮＤと接続する点である。
【００２２】
図３に示される増幅器５０の動作は、基本的に図２に示される増幅器４０の動作と同様である。増幅器５０が高電力出力時には、バイアス切替ＭＯＤ端子４をＯＮ（３Ｖ）とし、トランジスタＱ１（１０）をＯＮとする。このため抵抗Ｒ１（８）に電流が流れ、ＲＦトランジスタ１の設定ベースバイアス供給する。増幅器４０の場合と同様に、増幅器５０のＲＦトランジスタ１はバイアス回路部３から出力される設定ベースバイアスにより定電圧動作をする。増幅器４０が低電力出力時には、バイアス切替ＭＯＤ端子４をＯＦＦ（０Ｖ）とし、トランジスタＱ１（１０）をＯＦＦとするため、バイアス回路部３は動作しない。上述のように、バイアス切替ＭＯＤ端子４は抵抗Ｒ４（１５）を介してトランジスタＱ３（１４）と接続しているため、抵抗Ｒ１（８）に電流が流れず、増幅器５０の効率を向上させることができる。ＲＦトランジスタ１のベースバイアスは、リファレンス電圧Ｖｒｅｆと抵抗Ｒ３（１２）とにより決定される。増幅器４０の場合と同様に、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ端子５を流れる電流は、トランジスタＱ２（１３）の１／β（βは電流増幅率）に押さえることができる。増幅器５０のＲＦトランジスタ１は定電流動作し、バイアス回路部３の設定バイアスのバラツキによらず供給される。このため、ＲＦトランジスタ１のアイドル電流のバラツキを押さえることができる。
【００２３】
以上より、実施の形態３によれば、実施の形態２と異なり、新たにトランジスタＱ３（１４）を設けることができる。ここで、トランジスタＱ３（１４）のコレクタを抵抗Ｒ１（８）のＧＮＤ側に接続し、トランジスタＱ３（１４）のベースを新たな抵抗Ｒ４（１５）を介してバイアス切替ＭＯＤ端子４に接続し、トランジスタＱ３（１４）のエミッタをＧＮＤと接続する。これにより、実施の形態２の増幅器４０における効果に加えて、バイアス回路部３が動作しない場合に、抵抗Ｒ１（８）に電流を流れなくすることができる。このため、消費電流をさらに減少させることができ、増幅器５０の効率をさらに向上させることができる。
【００２４】
上述の実施の形態１ないし３においては、ＲＦトランジスタ１が１段の場合について説明した。しかし、これは多段増幅器にも応用することができる。バイアス回路部３エミッタフォロワの構成で説明したが、抵抗Ｒ１（８）はダイオードに置き換えても同様の効果を奏することができる。増幅器の形態としては、高周波集積装置として、バイアス回路部３を同一チップ上に構成しても別チップ上に構成しても同様の効果を奏することができる。すなわち、ＲＦトランジスタ１および基準電圧供給部およびバイアス回路部３を１チップ上に構成してもよく、ＲＦトランジスタ１および基準電圧供給部と、バイアス回路部３とを別チップ上に構成してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高周波増幅器によれば、ＲＦトランジスタ１の高電力出力時におけるベースバイアスと低電力出力時におけるベースバイアスとを各々別電源で与えることにより、ＲＦトランジスタ１のアイドル電流のバラツキを押さえ、増幅器の効率を向上させることができる高周波増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における電力増幅器３０を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２における電力増幅器４０を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態３における電力増幅器５０を示す図である。
【図４】従来用いられている、設定バイアスの切替機能を有するバイアス回路を有する電力増幅器６０を示す図である。
【符号の説明】
１　高周波（ＲＦ）トランジスタ、　２　バイアス切替スイッチ回路部、　３ＲＦトランジスタ１のバイアス回路部、　４　バイアス切替ＭＯＤ端子、　５基準（リファレンス）電圧Ｖｒｅｆ端子、　６　バイアス回路電源Ｖｃｂ端子、　７　ＲＦトランジスタ１のコレクタ電源、　８，９，１５，２１，２２　抵抗、　１０　トランジスタＱ１、　１１，１３　トランジスタＱ２、　１４　トランジスタＱ３、　２３，２４　トランジスタ、　２５　基準電圧供給部。

Claims

高周波信号を増幅する高周波増幅器であって、
高周波トランジスタと、
前記高周波トランジスタのベースへ、基準電圧源から抵抗を介してベースバイアスを供給する基準電圧供給部と、
前記高周波トランジスタのベースバイアスを出力するバイアス回路部とを備え、
前記バイアス回路部は該バイアス回路部から出力するベースバイアスと前記基準電圧供給部から供給するベースバイアスとを切替える切替端子を有しており、
前記切替端子によるベースバイアスの切替により、該増幅器の出力電力が高電力出力時の場合は前記高周波トランジスタを定電圧動作させ、該増幅器の出力電力が低電力出力時の場合は前記高周波トランジスタを定電流動作させることを特徴とする高周波増幅器。
前記基準電圧供給部は、前記基準電圧源に接続されたベースと前記バイアス回路部の電源端子に接続されたコレクタとを有するトランジスタを備え、該トランジスタのエミッタは前記抵抗を介して前記高周波トランジスタのベースへ接続されたことを特徴とする請求項１記載の高周波増幅器。
前記バイアス回路部は、前記ベースバイアスの出力側のトランジスタと該トランジスタのエミッタに接続した抵抗とを有しており、該抵抗と接地端との間に、該抵抗に接続したコレクタと前記切替端子に抵抗を介して接続したベースと接地されたエミッタとを有するトランジスタをさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の高周波増幅器。
前記ベースバイアスを出力するトランジスタのエミッタに接続した抵抗をダイオードに置き換えたことを特徴とする請求項３記載の高周波増幅器。