放大装置和方法与流程

相关申请的交叉引用

于2019年5月28日提交的日本专利申请第2019-099501号，包括说明书、附图和摘要，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术：

本公开涉及一种放大器设备和方法，并且例如，涉及一种用于对传入信号执行线性放大和开关放大操作的放大器设备和能够使设备小型化的方法。

在以功率计和智能电网市场为目标，使用亚千兆赫兹频带的无线电频率的无线电传输设备中，为了扩展数据速率，需要应对调制系统，该调制系统不仅包括以频率调制(fsk：频移键控)为代表的恒包络调制系统，而且包括以ofdm/oqpsk(正交频分复用/偏移正交移相键控)为代表的幅度调制。放大ofdm信号所需的特性与放大经频率调制的信号所需的特性不同。因此，通常需要添加与ofdm信号相对应的单独的发送放大器。

下面列出了公开的技术。

[专利文献1]日本未审查专利申请公开号2004-140518

专利文献1公开了在用于高频功率放大的电子组件中，设置在电流检测电路与电流-电压转换电路之间的n方根转换电路或对数转换电路，电流检测电路与电流-电压转换电路构成了无线电通信系统，该无线电通信系统通过电流检测方法，对输出功率的反馈控制所需要的输出电平执行检测，并且将输出电平检测信号和输出电平指令信号进行比较，根据差异生成高频功率放大电路的偏置电压并执行增益控制。当专利文献1中公开的技术被用来应对幅度调制方法和恒包络调制方法时，需要针对放大器的滤波、针对放大器的幅度调制方法、针对幅度调制方法的恒包络调制方法、针对恒包络调制方法的滤波等。因此，被用于放大器的设备的芯片面积变大，并且难以使放大器设备小型化。

技术实现要素：

如上所述，在信号与ofdm信号相对应的情况下，由于需要单独地添加与ofdm相对应的发送放大器，因此存在难以使放大器设备小型化的问题。

其他目的和新颖特征通过本说明书和附图将变得明显。

根据一个实施例，放大器设备包括：第一放大单元，用于放大输入信号并且输出第一输出信号；输入开关单元，与第一放大单元并联连接，用于通过输入信号执行开关操作并且输出开关输出信号；以及第二放大单元，该第二放大单元用于放大第一输出信号或开关输出信号，并且输出第二输出信号。第一放大单元或输入开关单元基于输入信号的类型操作。

根据另一个实施例，放大器设备包括多个功率放大电路，该多个功率放大电路包括第一放大单元、输入开关单元和第二放大单元。多个功率放大器电路的所有输出都连接到无源电路的输入。多个第一放大单元的所有输入都连接到第一输入端子。多个输入开关单元的输入连接到为多个输入开关单元中的每个输入开关单元提供的第二输入端子。当幅度调制信号从第一输入端子输入时，第一放大单元的操作次数由第一控制信号控制，并且第二放大单元的操作次数由第二控制信号控制。当恒包络信号从第二输入端子输入时，输入开关单元由恒包络信号操作，并且第二放大单元的操作次数由第二控制信号控制。而且，在无源电路的输出端子处的传输功率被控制为期望的传输功率。

根据另一个实施例，方法包括：放大输入信号并且输出第一输出信号，通过输入信号执行开关操作，以及输出开关输出信号，并且放大第一输出信号或基于输入信号的类型用以输出第二输出信号的开关输出信号。

根据上述实施例，可以提供一种用于对输入信号执行线性放大操作和开关放大操作的放大器设备，和可以对设备进行小型化的方法。

附图说明

图1是图示了根据第一实施例的放大器设备的框图。

图2是图示了根据第一实施例的放大器设备的电路图。

图3是图示了根据第一实施例的无源电路的电路图。

图4是图示了根据第一实施例的放大器设备的电路图。

图5是图示了根据第一实施例的放大器设备的设置图。

图6是图示了根据第二实施例的放大器设备的框图。

图7是图示了根据第二实施例的放大器设备的电路图。

图8是图示了根据第二实施例的放大器设备的设置图。

图9是图示了控制2的电压与根据第二实施例的放大器设备的输出d1的电压之间关系的图表。

图10是图示了根据第三实施例的放大器设备的框图。

图11是图示了根据第三实施例的放大器设备的电路图。

图12是图示了根据第四实施例的放大器设备的框图。

图13是图示了根据第四实施例的放大器设备的电路图。

图14是图示了根据第四实施例的放大器设备的输出功率的图表。

图15是图示了根据第四实施例的放大器设备的电路图。

图16是图示了根据第四实施例的放大器设备的设置图。

图17是图示了控制2的电压与根据第四实施例的放大器设备的输出d1的电压之间关系的图表。

图18是图示了根据第四实施例的放大器设备的电路图。

图19是图示了根据第五实施例的放大器设备的电路图。

图20是图示了根据第五实施例的放大器设备的设置图。

图21是图示了根据第六实施例的放大器设备的电路图。

图22是图示了根据第七实施例的放大器设备的框图。

图23是图示了根据第七实施例的无源电路的电路图。

图24是图示了根据第七实施例的可变电容器元件的电路图。

图25是图示了根据第八实施例的放大器设备的框图。

图26是图示了根据第九实施例的放大器设备的框图。

具体实施方式

为了说明清楚，适当地省略和简化下面的描述和附图。另外，在附图中被描述为用于执行各种过程的功能框的元件，在硬件方面可以被配置为cpu(中央处理单元)、存储器和其他电路，并且在软件方面是通过被加载到存储器中的程序来实现的。因此，本领域的技术人员应理解，这些功能框可以通过单独的硬件、单独的软件或硬件和软件的组合以各种形式来实现，并且本发明并不限于它们中的任何一个。在图中，相同的元素由相同的附图标记表示，并且必要时省略对其重复的描述。

同样，可以使用各种类型的非瞬态计算机可读介质来存储上述程序并将其提供给计算机。非瞬态计算机可读介质包括各种类型的有形存储介质。非瞬态计算机可读介质的示例包括磁记录介质(例如，软盘、磁带和硬盘驱动器)、磁光记录介质(例如，磁光盘)、cd-rom(只读存储器)、cd-r、cd-r/w、固态存储器(例如，掩膜型rom、prom(可编程rom)、eprom(可擦写prom)、闪存rom、ram(随机存取存储器))。程序也可以由各种类型的瞬态计算机可读介质提供给计算机。瞬态计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。瞬态计算机可读介质可以经由有线或无线通信路径(诸如，电线和光纤)将程序提供给计算机。

(第一实施例)

概述根据放大器设备的第一实施例。图1是图示了根据第一实施例的放大器设备的框图。

如图1所示，根据第一实施例的放大器设备11包括功率放大单元11a和无源电路115。功率放大单元11a包括输入放大单元111、输入开关单元112和接地栅极放大单元113。

输入放大单元可以被称为第一放大单元。接地栅极放大单元可以被称为第二放大单元。无源电路也可以被称为匹配电路。功率放大单元可以被称为功率放大器单元。

输入放大单元111经由输入1端子放大输入信号输入，并且输出第一输出信号。

输入开关单元112与输入放大单元111并联连接，经由输入2端子通过输入信号输入执行开关操作，并且输出开关输出信号。例如，开关操作是指控制开关的打开和闭合。

作为输入放大单元111的输出的第一输出信号，与作为输入开关单元112的输出的开关输出信号连接，并且被输入到接地栅极放大单元113。第一输出信号和开关输出信号连接的连接点被称为输出d1。

接地栅极放大单元113放大第一输出信号或开关输出信号，并且输出第二输出信号。

第二输出信号被输入到无源电路115。无源电路115是用于匹配第二输出信号的无源电路。

输入放大单元111或输入开关单元112基于输入信号的类型操作。放大器设备11基于到输入1端子的输入信号输入、到输入2端子的输入信号输入以及到控制1端子的控制信号输入，来控制以下两种状态，其中操作输入放大单元111以停止输入开关单元112，以及操作输入开关单元112以停止输入放大单元111。

具体地，当输入信号的类型是幅度调制信号时，输入放大单元111操作，并且输入开关单元112停止操作。相应地，当输入信号是幅度调制信号时，放大器设备11从输入放大单元111输出第一输出信号，并且不从输入开关单元112输出开关输出信号。即，当输入放大单元111操作时，输入开关单元112停止其操作。

当输入信号的类型是恒包络信号时，输入开关单元112操作，并且第一放大单元111停止操作。因此，当输入信号是恒包络信号时，放大器设备11不从输入放大单元111输出第一输出信号，但是从输入开关单元112输出开关输出信号。即，当输入开关单元112操作时，输入放大单元111停止操作。

通过这种排他操作，可以向功率放大单元11a提供线性放大操作，用于将待被输入到输入1端子的输入信号放大为a类或ab类，以及提供开关放大操作，用于将待被输入到输入2端子的输入信号放大为e类。

由于根据第一实施例的放大器设备11，可以根据线性放大操作和开关放大操作共享无源电路115，可以使放大器设备11小型化。换言之，根据本第一实施例，可以提供用于对输入信号执行线性放大操作和开关放大操作的放大器设备，以及对设备进行小型化的方法。

由于根据放大器设备11的第一实施例共享无源电路115，可以减少组件的芯片面积，消耗更少的电流和减少成本。

根据放大器设备11的第一实施例，通过使输入放大单元111和输入开关单元112分开，可以抑制线性放大操作和开关放大操作中的每个操作的特性劣化。因此。可以防止放大部分的功率效率劣化和因设备耐受电压而导致的老化。

详细描述根据放大器设备的第一实施例。图2是图示了根据第一实施例的放大器设备的电路图。图3是图示了根据无源电路的第一实施例的电路图。图4是图示了根据第一实施例的放大器设备的电路图。

如图2所示，根据功率放大单元11a的第一实施例的输入放大单元111，包括晶体管m1、电容器元件cdc和电阻元件rdc。输入开关单元112包括晶体管m2。接地栅极放大单元113包括晶体管m3。

输入放大单元111的晶体管m1的源极s接地，从输入1输入的输入信号经由电容器元件cdc连接到晶体管m1的栅极g，并且从控制1输入的控制信号经由电阻元件rdc连接到晶体管m1的栅极g。

从输入2端子输入的输入信号连接到晶体管m2的栅极g。晶体管m1的源极s和晶体管m2的源极s连接到接地。

晶体管m1的漏极d和晶体管m2的漏极d连接到晶体管m3的源极s。晶体管m3从漏极d输出第二输出信号，并且第二输出信号被输入到无源电路115。

当输入信号是幅度调制信号时，将第一预定电压vg1施加到晶体管m1的栅极g，输入放大单元111操作，并且将低电平电压施加到晶体管m2的栅极g上，并且输入开关单元112停止操作。因此，从输入放大单元111输出第一输出信号，而不从输入开关单元112输出开关输出信号。

当输入信号是恒包络信号时，将低电平电压施加到晶体管m1的栅极g，输入放大单元111停止操作，并且输入开关单元112操作。因此，从输入开关单元112输出开关输出信号，而不从输入放大单元111输出第一输出信号。

晶体管m1可以被称为第一晶体管，晶体管m2可以被称为第二晶体管，并且晶体管m3可以被称为第三晶体管。

在图2中，晶体管m1的寄生电容被示为寄生电容cp1。晶体管m2的寄生电容被示为寄生电容cp2。

无源电路115包括充当电源和负载的电感元件l1、电容器元件c1、电容器元件c2、电容器元件c3以及电感元件l2。无源电路115是执行匹配和波形整形的匹配电路。负责波形整形的电路的配置可以根据系统所需的规格(例如，不必要的辐射的规定值)而自由改变。功率放大单元11a和无源电路115的电源连接到放大器设备11的供电端子并且被供电。

图3是图示了无源电路的最小配置的电路图。电容器元件c1可以由图2所示的寄生电容cp1和寄生电容cp2代替。因此，如图3所示，可以省略无源电路115的电容器元件c1。

功率放大单元11a可以用图4所示的电路来替代，该电路与图2所示的电路不同。即，输入放大单元111包括晶体管m1，输入开关单元112包括晶体管m2，并且接地栅极放大单元113包括线性放大晶体管m3a和开关放大晶体管m3b。

从输入1端子输入的输入信号连接到晶体管m1的栅极g。从输入2端子输入的输入信号连接到晶体管m2的栅极g。晶体管m1的源极s和晶体管m2的源极s连接到接地。

晶体管m1的漏极d连接到线性放大晶体管m3a的源极s。晶体管m2的漏极d连接到开关放大晶体管m3b的源极s。

线性放大晶体管m3a的漏极d连接到开关放大晶体管m3b的漏极d。从线性放大晶体管m3a的漏极d输出第二输出信号。

现在将描述根据第一实施例的放大器设备11的操作。在这里，将描述图2所示电路的操作。图5是图示了根据第一实施例的放大器设备的设置图。

图2所示的功率放大单元11a通过两个不同的操作(即，由输入放大单元111和接地栅极放大单元113所进行的“线性放大操作”，以及由输入开关单元112和接地栅极放大单元113所进行的“开关放大操作”)，来执行放大操作。

例如，“线性放大操作”指的是线性地放大输入信号的操作，诸如，a类放大和ab类放大。“开关放大操作”指的是利用由输入信号控制的开关的瞬态现象有效地取出放大信号的操作，例如，e类放大。

放大器设备11通过图5所示的设置对图2所示的输入1、输入2和控制1，执行“线性放大操作”和“开关放大操作”。

当执行线性放大时，利用幅度调制，放大器设备11在输入1处输入经调制的信号，即幅度调制信号。放大器设备1将低电平电压施加到输入2，以关闭输入开关单元112的操作。此时，由于晶体管m2的漏极d处于高阻抗状态，晶体管m1的操作不会受到影响。低电平电压有时被称为低电平电压或低固定电压。

放大器设备11将第一预定电压vg1施加到控制1，该第一预定电压vg1是晶体管m1执行a类放大操作、或ab类放大操作所需的预定偏置电压。

放大器设备11执行图5所示的线性放大操作的设置，以通过线性放大操作放大从输入1端子输入的输入信号，并且输出针对输入1的经放大的信号。

放大器设备11在执行开关放大时，将恒包络信号输入到输入2。放大器设备11不向输入1输入信号，即，没有信号，并且将低电平电压施加到控制1，以关闭输入放大单元111的操作。此时，由于晶体管m1的漏极d处于高阻抗状态，因此不会影响晶体管m2的操作。

放大器设备11通过开关放大操作放大从输入2端子输入的输入信号，并且通过设置图5所示的开关放大操作，将经放大的信号输出到输入2。

根据放大器设备11的第一实施例被划分为输入放大单元111和输入开关单元112，并且每一个单元都执行放大操作。

因此，功率放大单元11a执行线性放大时，输出d1的电势由接地栅极放大单元113的栅极g的电压决定，该操作参考某一电势。因此，功率放大单元11a的操作变成稳定操作，不易受寄生电容的影响，这可以减少特性劣化。

另外，由于可以单独设计输入放大单元111和输入开关单元112，传输特性与功率效率之间的平衡可以得到优化。

另外，由于共享充当负载的无源电路115，这可以减少组件的芯片面积。因此，可以使放大器设备11小型化。

(第二实施例)

图6是图示了根据第二实施例的放大器设备的示意图。图7是图示了根据第二实施例的放大器设备的电路图。图8是例示了根据功率放大单元的第二实施例的设置的图；图9是图示了控制2的电压与根据第二实施例的放大器设备的输出d1的电压之间关系的示意图。

如图6所示，根据第二实施例的放大器设备21与根据第一实施例的放大器设备11的不同之处在于：经由控制2将另一个控制信号施加到接地栅极放大单元113。

更具体地，如图7所示，经由控制2将另一个控制信号施加到接地栅极放大单元113的晶体管m3的栅极g，从而防止设备被开关放大操作期间所生成的峰值电压信号损坏。即，通过为晶体管m3的栅极g提供与进行线性放大操作时的电压不同的电压值，可以将输出d1处的峰值电压值抑制为等于或小于元件的击穿电压阈值，并且防止输入放大单元111的元件和输入开关单元112的元件遭到破坏。

与根据第二实施例的放大设备21的控制2相关的操作之外的操作，与根据第一实施例的放大器设备11的操作相同，并且因此，省略对其的描述。

如图8所示，当放大器设备21执行开关放大时，将第三预定电压vg3(其作为晶体管m3的栅极接地放大操作所需的模拟电压)施加到控制2作为另一个控制信号。此时，只要峰值电压未超过晶体管m1和m2的元件击穿电压阈值，在连接到晶体管m1的漏极d并且连接到晶体管m2的漏极d的输出d1处，设置(选择)第三预定电压vg3。经由控制2将第三预定电压vg3施加到接地栅极放大单元113的栅极g。

相应地，在线性放大操作和开关放大操作期间，可以防止输入放大单元111的晶体管m1的漏极d处的、以及输入开关单元112的晶体管m2的漏极d处的峰值电压(输出d1处的电压)超过元件击穿电压阈值。

在这里，将输出d1处的电压作为电压vd，将电压vd处出现的ac分量作为电压vac，并且将作为功率放大单元11a的输出信号的第二输出信号的电压作为电压vpa。此时电压vd的峰值电压vpeak可以被表示为vpeak＝vac+vg3－vth3。注意，vth3表示晶体管m3的阈值电压。

放大器设备21可以通过降低第三预定电压vg3，来控制峰值电压vpeak，使其不超过晶体管m1和m2的元件击穿电压阈值。

另一方面，需要考虑晶体管m3的击穿电压。晶体管m3的漏极d和源极s之间的电压最多为vpa－vpeak。如图9所示，由于晶体管m1和晶体管m2的峰值电压成反比，优化地控制晶体管m1、晶体管m2和晶体管m3，以致于不超过元件击穿电压阈值。

当放大器设备21执行线性放大操作时，以与开关放大操作中相同的方式选择第二预定电压vg2的电压。由于线性放大操作期间在输出d1处出现的电压的ac分量，通常小于开关操作期间的电压vac的ac分量，因此可以增加第二预定电压vg2。

由于线性放大操作期间功率放大单元21a的增益可以通过增大第二预定电压vg2来增加，第二预定电压vg2通常大于第三预定电压vg3。因此，在线性放大器与开关放大器之间，控制2的值是不同的，并且电源电压值等于或大于vg2，而vg2等于或大于vg3。

根据第二实施例的放大器设备21的操作总结如下。在放大器设备21中，当输入信号是幅度调制信号时，将第一预定电压vg1施加到晶体管m1的栅极g，以操作输入放大单元111，并且将第二预定电压vg2施加到晶体管m3的栅极g，以操作接地栅极放大单元113。在放大器设备21中，将低电平电压施加到晶体管m2的栅极g，并且输入开关单元112停止其操作。

当输入信号是恒包络信号时，将低电平电压施加到晶体管m1的栅极g，并且输入放大单元111停止放大器设备21的操作。在放大器设备21中，将低于第二预定电压vg2的第三预定电压vg3施加到晶体管m3的栅极g，以操作输入开关单元112和接地栅极放大单元113。

出于提高功率放大单元21a的功率效率的目的，可以使用具有高跨导gm和小寄生电容的晶体管(所谓的薄膜晶体管)作为晶体管m1和晶体管m2。

(第三实施例)

图10是图示了根据第三实施例的放大器设备的框图。图11是图示了根据第三实施例的放大器设备的电路图。

如图10和11所示，根据第三实施例的放大器设备31，与根据第一实施例的放大器设备11的不同之处在于，它与差分信号相对应。在放大器设备31中，输入信号、第一输出信号、开关输出信号和第二输出信号是差分信号。

如图10所示，功率放大单元31a通过配置差分对中的组件来与差分信号相对应。

输入放大单元311包括与差分输入信号相对应的晶体管m1n和晶体管m1p。输入开关单元312包括与差分输入信号相对应的晶体管m2n和晶体管m2p。

接地栅极放大单元313包括用于放大差分信号的晶体管m3n和晶体管m3p。功率放大单元31a的差分输出是晶体管m3n的漏极d和晶体管m3p的漏极d，并且连接到无源电路315的输入。

无源电路315包括用于将差分信号转换为单个信号的、n比1的平衡转换器br、电容器元件c1、电容器元件c2和电感元件l1。其中，n是自然数。平衡转换器br的初级侧的中间点连接到电源，用于向功率放大单元31a供电。

根据第三实施例的放大器设备31，可以通过采用差分配置来消除偶谐波信号。同样，放大器设备31可以输出比单个输出更高的功率。

(第四实施例)

图12是图示了根据第四实施例的放大器设备的框图。图13是图示了根据第四实施例的放大器设备的电路图。图14是图示了根据第四实施例的放大器设备的功率的图表。在图14中，横轴表示操作状态下的功率放大单元的数目，并且纵轴表示输出功率。

如图12所示，根据第四实施例的放大器设备41与根据第一实施例的放大器设备11的不同之处在于，功率放大单元41a的增益被调节，以控制来自功率放大单元41a的发送功率。

放大器设备41包括多个功率放大单元11a，每个功率放大单元具有输入放大单元111、输入开关单元112和接地栅极放大单元113。多个功率放大单元11a被统称为功率放大单元41a。多个功率放大单元的所有输出，即，功率放大单元41a的输出，连接到无源电路115的输入。多个输入放大单元111的所有输入，即，功率放大单元41a的输入，连接到第一输入端子。多个输入开关单元112的输入，连接到针对多个输入开关单元112中的每个输入开关单元所提供的第二输入端子。输入1端子可以被称为第一输入端子。输入2端子可以被称为第二输入端子。功率放大单元有时被称为功率放大电路。

在幅度调制信号被输入到放大器设备41的输入1端子的情况下，输入放大单元111的操作次数由从控制1端子输入的第一控制信号控制，并且接地栅极放大单元113的操作次数由从控制2端子输入的第二控制信号控制。

在恒包络信号被输入到放大器设备41的输入2端子的情况下，输入开关单元112由恒包络信号操作，并且接地栅极放大单元113的操作次数由从控制2端子输入的第二控制信号控制。待打开和闭合的开关数目取决于恒包络信号而改变。

放大器设备41控制使得无源电路115的输出端子处的发送功率为期望的发送功率。

概述根据第四实施例的放大器设备41。功率放大单元41a将多个功率放大单元11a并联连接，并且共享所有功率放大单元11a的所有输出和所有输入1。多个功率放大单元11a中的每一个功率放大单元的输入2、控制1和控制2都是独立的。多个功率放大单元11a中的每一个功率放大单元的晶体管大小，可以具有单一的大小或可以进行加权。在图12中，多个输入2被示出为输入2端子1、输入2端子2……和输入2端子n。其中，n是整数。也示出了多个控制1和控制2。

在这里，为了易于描述，描述多个功率放大单元11a中的一个并且将功率放大单元11a中的另一个描述为功率放大单元11b。放大器设备41包括功率放大单元11a和另一个功率放大单元11b。功率放大单元11a包括输入放大单元111a、输入开关单元112a和接地栅极放大单元113a。

输入放大单元111a放大输入信号并且输出第一输出信号。

输入开关单元112a与输入放大单元111a并联连接，根据输入信号执行开关操作，并且输出开关输出信号。

当输入放大单元111a基于输入信号的类型操作时，接地栅极放大单元113a放大第一输出信号并且输出第二输出信号。当输入开关单元112a基于输入信号的类型操作时，接地栅极放大单元113a放大开关输出信号并且输出第二输出信号。

另一方面，其他功率放大单元11b具有另一个输入放大单元111b、另一个输入开关单元112b和另一个接地栅极放大单元113b。

另一输入放大单元111b放大输入信号并且输出另一个第一输出信号。

另一输入开关单元112b与另一输入放大单元111b并联连接，根据输入信号执行开关操作，并且输出另一个开关输出信号。

当另一个第一放大单元111b基于输入信号的类型操作时，另一个接地栅极放大单元113b放大另一个第一输出信号，并且输出另一个第二输出信号。当另一个输入开关单元112b基于输入信号的类型操作时，另一个接地栅极放大单元113b放大另一个开关输出信号，并且输出另一个第二输出信号。

放大器设备41将第二输出信号和另一个第二输出信号组合，并且输出组合的信号。应当注意，可能存在多个不同的功率放大单元11b。

现在将描述根据第四实施例的放大器设备41的操作。在下面的描述中，出于简单，通过将单一大小的多个晶体管并联连接，来例示晶体管大小。进一步地，在具有功率放大单元41a的多个功率放大单元11a当中，在放大操作中变成操作状态的功率放大单元11a被称为导通单元，变成停止状态而非操作状态的功率放大单元11a被称为断开单元。

如图13所示，功率放大单元41a通过在逻辑级别上改变从控制1输入的控制信号和从输入2输入的输入信号，来改变待打开和进入操作状态的功率放大单元11a的数目，即，导通单元的数目。因此，如图14所示，在线性放大操作和开关放大器操作中的每个操作中都控制发送功率。

另外，对放大没有贡献的功率放大单元11a的控制2的电压被给定为恒定值，从而保护对放大没有贡献的功率放大单元11a的晶体管。

图15是图示了根据第四实施例的放大器设备的电路图。图15图示了被划分为导通单元和断开单元的多个功率放大单元11a。图16是图示了根据第四实施例的放大器设备的设置图。

在图15中，导通单元的输出don处的电压是电压vdon，并且断开单元的输出doff处的电压是电压vdoff。功率放大单元41a的输出dt处的电压被称为电压vpa。导通单元和断开单元功能是相同的，并且所使用的晶体管具有相同的规格。在每个单元中，功率放大单元11a的输入2、控制1和控制2是彼此相互独立的。

如图16所示，在放大器设备41中，当执行线性放大操作时，将幅度调制信号输入到所有输入1，将低电平电压固定地施加到所有输入2，并且将低电平电压施加到断开单元控制1(步骤s101)。

在放大器设备41中，将作为晶体管m1on执行线性操作所需的偏置电压的第一预定电压vg1施加到导通单元的控制1，并且将作为晶体管m3on执行放大操作所需的偏置电压的第二预定电压vg2施加到导通单元的控制2(步骤s102)。此时，作为待被施加到导通单元的控制2的第二预定电压vg2，选择一个电压，其中，该电压vdon不超过晶体管m1on，并且晶体管m2on的端子之间的电压不超过元件击穿电压阈值电压。

在步骤s103中，将作为用于保护晶体管m1off和晶体管m2off元件的电压的偏置电压vg2_off施加到断开单元，以限制电压vdoff。

在步骤s101、步骤s102和步骤s103中，在并联连接的多个导通单元的情况下执行线性放大操作，并且通过放大从功率放大单元41a输出的幅度调制信号(即输入1的放大的信号)而获得信号。

放大器设备41在执行开关放大操作时，将恒包络信号输入到导通单元的输入2，将低电平电压固定地施加到断开单元的输入2，导通单元的输入1和断开单元的输入1没有信号输入(步骤s201)。进一步地，将低电平电压施加到导通单元的控制1和断开单元的控制1(步骤s201)。

在步骤s202中，将晶体管m3on执行开关放大操作所需的第三预定电压vg3，施加到导通单元的控制2。此时，作为待被施加到导通单元的控制2的第三预定电压vg3，选择以下的电压：其中，电压vdon不超过晶体管m1on，并且晶体管m2on端子之间的电压不超过设备击穿电压。

另外，将用于保护晶体管m1off和晶体管m2off的元件的偏置电压vg3_off施加到断开单元的控制2上，以限制电压vdoff。

在步骤s201、步骤s202和步骤s203中，当多个导通单元并联连接时，执行开关放大操作。并且从功率放大单元41a输出恒包络信号放大的信号(到输入2的放大的信号)。

在放大器设备41的线性放大操作中，流经一个输入放大单元的电流未改变。在放大器设备41中，多个输入放大单元执行相同的操作，使得输入放大单元自身并行操作。在放大器设备41中，流经晶体管的电流通过并联的数目而增加，并且输入放大单元的放大因数通过并联的数目而增加。增加并行操作的导通单元的数目会增加传输功率，并且减少并行操作的导通单元的数目会减少发送功率。因此，放大器设备41可以控制发送功率。

在放大器设备41的开关放大中，功率放大单元的输入开关单元作为多个开关操作。此时，由于功率放大单元的开关呈现为电阻器的并联连接，通态电阻发生改变。因此，通态电阻的损耗改变，并且传输功率得到控制。

在放大器设备41中，可以通过改变电源电压来调节发送功率。另外，可以通过将从步骤s201至步骤s203的方法，与改变电源电压的方法组合，来控制发送功率。

将描述根据放大器设备41的第四实施例的效果。放大器设备41可以通过控制(调节)导通单元的数目，在较宽的范围内控制发送功率(输出功率)。

通过执行步骤s103和步骤s203，放大器设备41可以在线性放大操作和开关操作期间，限制晶体管m1off和m2off的漏极电压，使得晶体管的漏极电压不超过元件击穿电压阈值(击穿电压限制)。

当传输功率由单个功率放大单元控制时，对栅极偏置和负载的调节存在局限性。因此，在根据第四实施例的放大器设备41中，通过将多个功率放大单元并联连接，即使栅极偏置很小且负载为恒定，依然可以在较宽的范围内控制发送功率。

现在将描述进行调节使其不超过元件击穿电压阈值。图17是图示了控制2的电压，与根据第四实施例的放大器设备的输出d1处的电压之间关系的图表。图17的横轴指示控制2的电压，并且纵轴vd指示输出d1、输出don或输出doff处的电压。纵轴上的vpa表示输出dt处的电压。

在根据放大器设备11的第一实施例中，由于它是单个功率放大单元，不存在断开单元，并且仅仅考虑了处于它们各自操作模式(线性放大操作或开关放大操作)下的导通单元。

另一方面，在根据第四实施例的放大器设备41中，存在导通单元和断开单元。与导通单元不同，断开单元不操作，因此没有电流流过。在第四实施例中，放大器设备41使导通单元和断开单元共享相同的输出端子。因此，在放大器设备41中，当输出大信号时，通过断开单元的接地栅极放大单元的寄生电容，将大信号的电压vpa施加到输出doff。

由于控制2对于每个功率放大单元都是独立的，控制2可以将恒定的偏置电压vg2_off、偏置电压vg3_off单独地施加到晶体管m3off的栅极上，并且将偏置施加到输出doff。即，输出doff的电压可能受到限制，并且可以被调节为不超过断开单元晶体管的元件击穿电压阈值。

类似于第二实施例，被用于线性放大操作和开关放大器操作的控制2的电压不同。因此，断开单元的控制2的电压值也是不同的。考虑到接地栅极放大单元的击穿电压，控制2的电压如图17所示。

根据第四实施例的放大器设备41可以与差分信号相对应。图18是图示了根据第四实施例的放大器设备的电路图。图18示出了差分配置情况下的电路图。

如图18所示，差分配置情况下的功率放大单元41a将多个功率放大单元31a并联连接。功率放大单元31a包括输入放大单元、输入开关单元和接地栅极放大单元。输入放大单元包括晶体管m1n和晶体管m1p。输入开关单元包括晶体管m2n和晶体管m2p。接地栅极放大单元包括晶体管m3n和晶体管m3p。

多个功率放大单元31a并联连接的功率放大单元41a的差分输出全部被共享。功率放大单元41a的差分输出连接到无源电路415。无源电路415包括具有转换比率为n比1的平衡转换器br、电感元件l1、电容器元件c1和电容器元件c2，并且无源电路415是用于执行匹配和波形整形的电路。

(第五实施例)

图19是图示了根据第五实施例的放大器设备的电路图。图19中的虚线示出了功率放大单元41a和无源电路115。

根据第五实施例的放大器设备51包括解码器和驱动器。放大器设备51图示了用于控制多个功率放大单元11a的输入2的示例性配置。恒包络的rf信号(恒包络信号)从in2输入，并且in1时常没有信号(gnd)。控制1和控制2根据图16中所示的第四实施例中的开关放大操作，来执行控制操作。

解码器是用于将控制比特转换为控制信号en的解码器。例如，控制比特是用户输入的值。控制信号en是逻辑信号，并且具有低态或高态。

驱动器具有and电路。解码器的输出，从控制信号en1到控制信号enn，连接到and电路的输入之一。in2连接到and电路的输入中的另一个。in2的每一个输出anded和每一个控制信号en都连接到每个功率放大单元的输入2。

根据第五实施例的解码器和驱动器可以是稍后描述的控制单元的一部分。

图20是图示了根据第五实施例的放大器设备的设置图。图20示出了相对于控制信号en的输入2的操作状态。

如图20所示，当控制信号en为高时，rf信号从驱动器输出且被输入到输入2。当控制信号en为低时，驱动器关闭rf信号，并且不管in2如何输入2时常为低。即，通过将控制信号en1至enn改变为解码器的输出，可以单独地控制输入2。

根据第五实施例，可以控制输入2，并且可以改变执行开关放大时功率放大单元的数目。

(第六实施例)

图21是图示了根据第六实施例的放大器设备的电路。根据第六实施例的放大器设备61包括解码器、电压生成器和选择器。控制1和控制2根据图16中所示的第四实施例中的开关放大器操作执行控制操作。

电压生成器生成线性放大操作和开关放大器操作所需的所有第一预定电压vg1、第二预定电压vg2、第三预定电压vg3、偏置电压vg2_off和偏置电压vg3_off。解码器对来自用户的控制比特进行转换。

选择器具有四极开关和二极开关。四极开关的输出由解码器从第二预定电压vg2、第三预定电压vg3、偏置电压vg2_off和偏置电压vg3_off当中选择，并且该输出被输入到控制2。二极开关的输出选自第一预定电压vg1或地，并且被输入到控制1。

顺便提及，根据第六实施例的解码器、选择器和电压生成单元可以是稍后描述的控制单元的一部分。

根据第六实施例，如图16所示，向控制1和控制2施加电压。

(第七实施例)

图22是图示了根据第七实施例的放大器设备的框图。图23是图示了根据第七实施例的无源电路的电路图。图24是图示了根据实施例7的可变电容器元件的示意图。

如图22所示，根据第七实施例的放大器设备71，与根据第一实施例的放大器设备11相比，其不同之处在于，将控制3添加到无源电路715。

通过将控制3添加到无源电路715，从功率放大电路11a看到，无源电路715的阻抗可以被改变。因此，在线性放大操作和开关放大器操作中，阻抗可以得到最佳控制，以使功率效率最大化。

具体地，如图23所示，可变电容器元件vc1的电容值被来自控制3的控制信号所改变。可变电容器元件vc1例如可以由图24所示的电路实现。

在放大器设备71中，在线性放大操作和开关放大操作中的每个操作中，都改变可变电容器元件vc1，以将从功率放大单元11a看到的无源电路715的阻抗，控制为功率效率最大化的阻抗。因此，可以减少电流消耗。

(第八实施例)

图25是图示了根据第八实施例的放大器设备的框图。

如图25所示，与根据第一实施例的放大器设备11相比，根据第八实施例的放大器设备81进一步包括：控制单元12、供电单元13、信号处理单元14、振荡单元16、以及混合器单元15。控制单元12进行控制，以基于输入信号的类型来操作输入放大单元111或输入开关单元112。

信号处理单元14根据从用户输入的数据和其数据量，来确定使用功率放大单元11a的输入1和输入2的哪个信号路径。信号处理单元14根据确定的信号路径，输出第一基带信号bb1或第二基带信号bb2。即，当确定使用功率放大单元11a的输入1时，信号处理单元14输出第一基带信号bb1。进一步地，当确定使用功率放大单元11a的输入2时，信号处理单元14输出第二基带信号bb2。

在使用输入1的信号路径的情况下，功率放大单元11a将第一基带信号bb1输入到混合器单元15。第一基带信号bb1是具有包含数据的振幅调制的正交调制信号，并且具有约几兆赫兹的频率。

将来自振荡单元16的高频本地信号lo输入到混合器单元15。混合器单元15将高频本地信号和第一基带信号bb1混合，并且将第一基带信号bb1向上转换为第一射频信号rf1。将第一射频信号rf1输入到功率放大单元11a的输入1。

功率放大单元11a适当地放大第一射频信号rf1，并且从天线发送信号。当信号被ofdm方法或oqpsk方法调制时，通过这种方法发送信号。

当使用输入2的信号路径时，功率放大单元11a将第二基带信号bb2输入到振荡单元16。振荡单元16直接调制第二基带信号bb2，并且输出第二射频信号rf2。将第二射频信号rf2输入到功率放大单元11a的输入2。第二射频信号rf2是恒包络信号。

功率放大单元11a放大具有高频率的第二射频信号rf2，并且从天线发送信号。当信号的调制方案是fsk方案时，用这种方法来发送信号。

顺便提及，混合器单元15是直接转换方法的电路。振荡单元16是直接调制系统的电路。

(第九实施例)

图26是图示了根据第九实施例的放大器设备的框图。

如图26所示，根据第九实施例的放大器设备91，与根据第八实施例的放大器设备81的不同之处在于，进一步提供了接收单元17。

由接收天线接收到的接收信号由接收单元进行适当的放大，并且提取包括数据的信号，并且将其输出到接收输出。信号处理单元14根据接收到的信号的数据速率以及其数据量，来确定使用功率放大单元11a的输入1和输入2中的哪个信号路径，并且将适当的数据输出到第一基带信号bb1和第二基带信号bb2。此后信号处理与实施例8中的信号处理相同。

虽然在实施例9中单独地提供了传输天线和接收天线，但是本发明并不限于此。用于传输和接收两者的天线可以被代替。

虽然已经基于实施例具体描述了发明者所做出的本发明，但是本发明并不限于已经描述的实施例，并且不用说，在不脱离其主旨的情况下可以做出各种修改。