放大器的制造方法

放大器的制造方法
【专利摘要】一种放大器包括：两个输入端子，该两个输入端子接收差分的、双音调的传输信号；两个输出端子；线圈，该线圈具有分别与输入端子连接的端子，并且该线圈具有中心抽头；第一晶体管，该第一晶体管具有与线圈的一个端子连接的栅极，并且第一晶体管的输出端子与一个输出端子连接；第二晶体管，该第二晶体管具有与线圈的另一端子连接的栅极，并且第二晶体管的输出端子与另一输出端子连接；二极管，该二极管具有与中心抽头连接的端子；以及偏压电路，该偏压电路与二极管的另一端子连接以输出栅极电压来接通第一晶体管和第二晶体管。二极管根据从中心抽头供应到二极管的端子的传输信号的二次谐波的信号电平来调整端子电压。
【专利说明】放大器

【技术领域】
[0001] 本公开内容大体涉及放大器。

【背景技术】
[0002] 通常，已经知道，失真补偿电路包括：失真控制单元，该失真控制单元能够独立地 控制次数（order)从二次直到第2N(N> 2)次的非线性失真分量，其中，非线性失真分量 配置输入无线信号的基本频率分量和二次（double)谐波频率分量中的至少一个的偶数次 的幂；以及调幅单元，其使用失真控制单元的输出信号和无线信号进行幅度调制（参见，例 如，专利文献1)。
[0003][相关技术文献]
[0004] [专利文献]
[0005] [专利文献1]日本公开特许公报第H11-289227号
[0006] 顺便提及，常规的失真补偿电路具有电路配置复杂的问题，因为它包括如上所述 的失真控制单兀和失真补偿电路以减少失真。
[0007] 因此，本发明的至少一个实施方式的目的是提供具有简单配置的并且在失真较小 的区域中操作的放大器。


【发明内容】

[0008] 根据本发明的至少一个实施方式，一种放大器包括：一对输入端子，该一对输入端 子被配置成接收差分的并且双音调的传输信号作为输入；一对输出端子；线圈，该线圈被 配置成具有分别与一对输入端子连接的两个端子，并且该线圈被配置成具有中心抽头；第 一晶体管，该第一晶体管被配置成具有与线圈的端子中的一个端子连接的栅极，并且第一 晶体管的输出端子与一对输出端子中的一个输出端子连接；第二晶体管，该第二晶体管被 配置成具有与线圈的端子中的另一端子连接的栅极，并且第二晶体管的输出端子与一对输 出端子中的另一输出端子连接；二极管，该二极管被配置成具有与线圈的中心抽头连接的 端子；以及偏压电路，该偏压电路被配置成与二极管的另一端子连接，并且该偏压电路被配 置成输出预定栅极电压以接通第一晶体管和第二晶体管。二极管根据从线圈的中心抽头供 应到二极管的端子的传输信号的二次谐波的信号电平来调整二极管的端子处的电压。
[0009] 可以提供具有简单配置的并且在失真较小的区域中操作的放大器。

【专利附图】

【附图说明】
[0010] 图1是示出了根据常规技术的放大器10的示意图；
[0011] 图2是示出了根据常规技术的放大器10的输出Pout、效率n以及IM3信号的强 度之间的关系的不意图；
[0012] 图3是包括根据第一实施方式的放大器的智能电话终端500的正面的透视图；
[0013] 图4是示出了包括根据第一实施方式的放大器100的传输电路200的示意图；
[0014] 图5是示出了通过切换根据第一实施方式的放大器100中的晶体管的栅极电压来 选择IM3信号的强度为低的区域的情形的示意图；
[0015] 图6A至图6B是示出了用于检测根据第一实施方式的放大器100中的IM3信号的 强度的方法的示意图；
[0016] 图7A至图7B是示出了用于检测根据第一实施方式的放大器100中的IM3信号的 强度的方法的示意图；
[0017] 图8是示出了根据第一实施方式的放大器100的示意图；
[0018] 图9A至图9D是示出了由二极管132来生成调整电压sVg的情形的示意图；
[0019] 图10是示出了通过切换根据第一实施方式的放大器100中的晶体管120A和120B 的栅极电压来选择IM3信号的强度为低的区域的示意图；
[0020] 图11A至图11D是示出了由二极管132A来生成调整电压SVg的情形的示意图；
[0021] 图12是示出了根据第二实施方式的放大器600的示意图；以及
[0022] 图13A至图13B是示出了根据第二实施方式的放大器600的二次谐波通过滤波器 660的示意图。

【具体实施方式】
[0023] 在描述根据本发明的实施方式的放大器之前，将使用图1至图2来描述根据常规 技术的放大器。
[0024] 图1是示出了根据常规技术的放大器10的示意图。放大器10包括输入端子11、 输入匹配电路12、分支（stub)电路13、晶体管14、分支电路15、输出匹配电路16以及输出 端子17。
[0025] 例如，放大器10用作智能电话终端或移动电话终端的传输单元的功率放大器。输 入端子11从智能电话终端或移动电话终端的基带信号处理单元等接收传输信号作为输 入。传输信号是所谓的"双音调形式"的信号。放大器10对被输入到输入端子11的传输 信号进行放大，以从输出端子17输出经放大的信号。
[0026] 输入匹配电路12是用于与连接至输入端子11的电路进行阻抗匹配的电路。输入 匹配电路12被设置为用于在将传输信号从与输入端子11连接的电路输入到输入端子11 时通过反射来减少损耗。分支电路13和晶体管14的栅极与输入匹配电路12的输出连接。
[0027] 分支电路13是所谓的"短分支形式"的电路，并且包括电感器13A和电容器13B。 电感器13A的端子与输入匹配电路12的输出端子和晶体管14的栅极连接，并且电感器13A 的另一端子与电容器13B的端子和电源Vg连接。电容器13B的另一端子接地。
[0028] 电源Vg是具有输出电压Vg的直流电源。将输出电压Vg供应到晶体管14的栅极 作为栅极电压。分支电路13将电源Vg的输出电压Vg输入到晶体管14的栅极。
[0029] 例如，晶体管14是NMOS(N沟道金属氧化物半导体）晶体管，栅极与输入匹配电路 12和分支电路13的电感器13A连接，源极接地，并且漏极与分支电路15连接。晶体管14 放大被输入到栅极的电压以从漏极输出经放大的电压。
[0030] 分支电路15是所谓的"短分支形式"的电路，并且包括电感器15A和电容器15B。 电感器15A的端子与输入匹配电路12的输出端子和晶体管14的漏极连接，并且电感器15A 的另一端子与电容器15B的端子和电源Vg连接。电容器15B的另一端子接地。
[0031] 电源Vd是具有输出电压Vd的直流电源。将输出电压Vd供应到晶体管14的漏极。 分支电路15将电源Vd的输出电压Vd输入到晶体管14的漏极。
[0032] 输出匹配电路16是用于与连接到输出端子17的电路进行阻抗匹配的电路。输出 匹配电路16的输入端子与分支电路15和晶体管14的漏极连接。输出匹配电路16被设置 为用于在将传输信号输出到与输出端子17连接的电路时通过反射减少损耗。
[0033] 如上所述，例如，放大器10用作智能电话终端或移动电话终端的传输单元的功率 放大器。
[0034]通常，在便携式终端（例如智能电话终端或移动电话终端）的前端使用高效率放 大器，以使电池的寿命更长。通过n= (Pout-Pin)/Pdc来表示放大器的效率n，其中Pin 是输入到放大器的功率，Pout是从放大器输出的功率（放大器的输出），以及Pdc是放大器 消耗的直流功率。
[0035] 在这种情况下，通过在接近于饱和功率区域的状态下使用放大器10以使Pout更 大，从而使得上述公式中的分子更大，来实现较高的效率。
[0036] 然而，放大器的线性关系在饱和功率附近下降，并且因此，可能生成频带之外的信 号，或者频带中的信号可能被混合以生成失真信号，这可能导致信号的传输质量下降的情 况。
[0037] 因此，减少放大器的失真信号以实现高效率对于便携式终端的放大器来说是必要 的。如果传输信号是所谓的"双音调形式"的信号，则生成被称为"第三互调失真信号"（下 面称为"IM3信号"）的失真信号。
[0038] 接着，将使用图2来描述图1中示出的根据常规技术的放大器10的输出Pout、效 率n以及頂3信号的强度之间的关系。
[0039] 图2是示出了根据常规技术的放大器10的输出Pout、效率n以及IM3信号的强 度之间的关系的图。在图2中，横轴表示放大器10的输出，左侧的纵轴表示放大器10的效 率n，以及右侧的纵轴表示放大器10的IM3信号的强度。并且，虚点划线表示效率n，虚 线和实线表示IM3信号的强度。
[0040] 这里，通过n= (Pout-Pin)/Pdc来表示放大器10的效率n，其中Pin是输入到 放大器10的功率，Pout是从放大器10输出的功率（放大器10的输出），以及Pdc是放大 器10消耗的直流功率。
[0041] 通过虚点划线表示的效率n随着输出Pout增大而单调增大，并且在饱和功率附 近达到峰值。因此，期望尽可能地在高输出区域使用放大器10。
[0042] 然而，如图2中虚线所示，頂3信号的强度随着输出Pout增大而增大，并且在饱和 功率附近不能使用放大器10。
[0043] 这是因为通常通过法律来规定放大器10所允许的頂3信号的强度的上限值。例 如，在日本在用于便携式终端的800MHz与2GHz之间的频带中，必须使頂3信号的强度相对 于频带中的传输信号（基波信号）的信号强度小于或等于_34dBc。也就是说，在日本IM3 信号的强度的允许上限是_34dBc。
[0044] 顺便提及，頂3信号的强度根据施加到放大器10的晶体管14上的栅极电压Vg而 变化。图2通过表示IM3的信号强度的特征的实线示出了当栅极电压Vg减小时的示例。
[0045] 当栅极电压Vg减小时，IM3信号的强度在输出Pout取低值或中间值的区域中增 大。另一方面，在输出Pout为高的区域中，失真减小，并且存在最小值。
[0046] 在下面描述的本发明的实施方式中，通过利用頂3信号对栅极电压Vg的依赖性， 提供了在饱和功率附近操作的放大器，其中当选择了IM3信号的强度减小的操作情形时， 放大器的效率为高。
[0047] 在下面，将根据本发明的实施方式来描述放大器。
[0048]〈第一实施方式〉
[0049] 图3是包括根据第一实施方式的放大器的智能电话终端500的正面的透视图。
[0050] 包括第一实施方式的放大器的智能电话终端500具有布置在正面的触摸屏501， 和布置在触摸屏501下面的主页按钮502和开关503。
[0051] 图4是示出了包括根据第一实施方式的放大器100的传输电路200的示意图。传 输电路200包括基带信号控制电路210、RF(射频）信号控制电路220、偏压控制电路230以 及放大器100。在放大器100的输出侧，滤波双工器300与天线310连接。
[0052] 经历施加在基带信号控制电路210处的基带处理的传输信号，经历施加在RF信号 控制电路220处的调制处理以便被输入到放大器100。并且，将控制信号从RF信号控制电 路220输入到偏压控制电路230,并且偏压控制电路230控制放大器100的输出。从RF信 号控制电路220输入到偏压控制电路230的控制信号是表示已经通过RF信号控制电路220 将调制处理施加到传输信号并且当RF信号控制电路220已经将调制处理施加到传输信号 时被输入到偏压控制电路230的信号。
[0053] 经由在传输和接收之间进行切换的滤波双工器300将从放大器100输出的传输信 号传输到天线310,并且从天线310辐射该传输信号。
[0054] 第一实施方式中的放大器100用作包含在传输电路200中的所谓的"功率放大 典" 〇
[0055] 图5是示出了通过切换根据第一实施方式的放大器100中的晶体管的栅极电压来 选择頂3信号的强度为低的区域的情形的示意图。在图5中，横轴表示放大器100的输出， 左侧的纵轴表示放大器100的效率n，以及右侧的纵轴表示放大器1〇〇的頂3信号的强度。 并且，虚点划线表示效率n，四条虚线表示IM3信号的强度。注意，由频谱分析仪来测量图 5中示出的IM3信号的强度。
[0056] 此外，横轴上的Pout-min表示放大器100的最小输出值，并且，Pout-max表示放 大器100的最大输出值。右侧的纵轴上的頂3UL表示頂3信号的强度的允许上限。
[0057] 四条虚线表示与由四种类型的栅极电压Vgl至Vg4获得的放大器100的输出有关 的頂3信号的强度特征IM3 (Vgl)至IM3 (Vg4)。栅极电压Vgl至栅极电压Vg4的关系是： 电压值从Vgl减小至Vg4。也就是说，满足Vgl>Vg2>Vg3>Vg4(>Vth)的关系。这里，Vth是 包含在放大器100中的晶体管的阈值。
[0058] 在放大器100的输出为低的区域（最小输出值Pout-min与最大输出值Pout-max 的中间点之间的区域）中的特征頂3(Vgl)至特征IM3(Vg4)中，IM3(Vgl)的强度为最低， 頂3(Vg4)的强度为最高。也就是说，在放大器100的输出为低的区域中，頂3信号的强度按 照頂3 (Vgl)、頂3 (Vg2)、頂3 (Vg3)以及頂3 (Vg4)的顺序依次升高。
[0059] 此外，在该区域中，頂3 (Vgl)和頂3 (Vg2)低于允许的上限頂3UL，而頂3 (Vg3)和 頂3(Vg4)高于允许的上限頂3UL。
[0060] 另一方面，在放大器100的输出为高的区域中，頂3(Vgl)、頂3(Vg2)、頂3(Vg3) 以及IM3(Vg4)中的每个的强度采用最小值，并且产生最小值的输出区域按照IM3(Vgl)、 頂3(Vg2)、IM3(Vg3)以及IM3(Vg4)的顺序朝向高输出侧（图5中的右侧）偏移。
[0061] 此外，在頂3(Vgl)、頂3(Vg2)、頂3(Vg3)以及頂3(Vg4)中的每个的最小值附近的 信号强度低于允许的上限頂3UL。
[0062] 因此，当放大器100的输出从最小输出值Pout-min增大到最大输出值Pout-max 时，如果栅极电压如沿着横轴的箭头所指不断减少到Vgl、Vg2、Vg3以及Vg4,则在如通过粗 实线所标明的，在几乎整个输出区域中可以将頂3信号的强度设定为小于或等于允许的上 限IM3UL。
[0063] 第一实施方式中的放大器100通过该原理来减小頂3信号的强度。
[0064] 因此，需要下述机制：通过该机制，在简单配置下，可以调整放大器100中的晶体 管的栅极电压，使得頂3信号的强度在几乎整个输出区域中小于或等于允许的上限IM3UL。[0065] 接着，将使用图6A至图7B来描述用于检测頂3信号的强度的方法。
[0066] 图6A至图7B是示出了用于检测根据第一实施方式的IM3信号的强度的方法的 图。注意，图6A中示出的用于比较的放大器1与第一实施方式中的放大器100的不同之处 在于：放大器1将恒定的栅极电压施加到其内部的晶体管。
[0067] 如图6A所示，当将具有角频率和角频率《 2的双音调形式的信号输入到放 大器1时，放大器1输出如图6B所示的基波信号（《1，《2)作为数据，并且此外，输出IM3 信号、二次谐波信号和三次（triple)谐波信号。二次谐波信号和三次谐波信号是基波信号 (?1，《2)的高次谐波。
[0068] 在通过公式（1)表示的n次（其中n是大于1的整数）多项式中通过项来表示 頂3信号、二次谐波信号和三次谐波信号。注意，由于难以示出n次多项式中的全部项，所以 仅在公式（1)中示出了一部分项。

【权利要求】
1. 一种放大器，包括： 一对输入端子，所述一对输入端子接收差分的并且双音调的传输信号作为输入； 一对输出端子； 线圈，所述线圈具有分别与所述一对输入端子连接的两个端子，并且所述线圈具有中 心抽头； 第一晶体管，所述第一晶体管具有与所述线圈的端子中的一个端子连接的栅极，并且 所述第一晶体管的输出端子与所述一对输出端子中的一个输出端子连接； 第二晶体管，所述第二晶体管具有与所述线圈的端子中的另一端子连接的栅极，并且 所述第二晶体管的输出端子与所述一对输出端子中的另一输出端子连接； 二极管，所述二极管具有与所述线圈的中心抽头连接的端子；以及 偏压电路，所述偏压电路与所述二极管的另一端子连接，并且所述偏压电路输出预定 栅极电压以接通所述第一晶体管和所述第二晶体管， 其中，所述二极管根据从所述线圈的中心抽头供应到所述二极管的端子的传输信号的 二次谐波的信号电平来调整所述二极管的端子处的电压。
2. 根据权利要求1所述的放大器，还包括： 电容器，所述电容器具有与在所述二极管的另一端子和输出所述预定栅极电压的偏压 电路的端子之间的点连接的端子以及与参考电位点连接的另一端子， 其中，所述线圈的电感和所述电容器的电容被设定为相应的值，以便获得被输入到所 述输入端子的传输信号的二次谐波的谐振频率。
3. 根据权利要求1所述的放大器，其中，所述二极管和所述偏压电路配置成限幅电路， 其中，所述限幅电路通过对从所述线圈的中心抽头供应到所述二极管的端子的二次谐 波进行限幅来调整所述二极管的端子处的电压，使得包括在所述第一晶体管和所述第二晶 体管的输出中的失真分量的信号电平小于或等于所述传输信号的信号电平的变化的预定 值。
4. 根据权利要求3所述的放大器，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管具有下述 特征：随着所述栅极电压减小，所述失真分量的最小值朝向高输出侧偏移； 其中，所述二极管的端子是阳极，并且所述二极管的另一端子是阴极。
5. 根据权利要求3所述的放大器，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管具有下述 特征：随着所述栅极电压增大，所述失真分量的最小值朝向高输出侧偏移； 其中，所述二极管的端子是阴极，并且所述二极管的另一端子是阳极。
6. -种放大器，包括： 输入端子，所述输入端子接收差分的并且双音调的传输信号作为输入； 输出端子； 滤波器，所述滤波器与所述输入端子连接，并且所述滤波器传输所述传输信号的二次 谐波； 线圈，所述线圈具有与所述滤波器的输出端子连接的端子； 晶体管，所述晶体管具有与所述滤波器的输入端子连接的栅极，并且所述晶体管的输 出端子与所述输出端子连接； 二极管，所述二极管的端子与所述线圈的另一端子连接；以及 偏压电路，所述偏压电路与所述二极管的另一端子连接，并且所述偏压电路输出预定 栅极电压以接通所述晶体管， 其中，所述二极管根据经由所述线圈供应到所述二极管的端子的传输信号的二次谐波 的信号电平来调整所述二极管的端子处的电压。
7.根据权利要求6所述的放大器，还包括： 电容器，所述电容器具有与在所述二极管的另一端子和输出所述预定栅极电压的偏压 电路的端子之间的点连接的端子以及与参考电位点连接的另一端子， 其中，所述线圈的电感和所述电容器的电容被设定为相应的值，以便获得被输入到所 述输入端子的传输信号的二次谐波的谐振频率。
【文档编号】H03F3/45GK104518745SQ201410498423
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2013年10月3日
【发明者】川野阳一, 山浦新司 申请人:富士通株式会社, 富士通半导体股份有限公司