专利名称：放大电路以及使用该放大电路的发送装置以及通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高效率的放大电路以及使用该放大电路的发送装置以及通信装置。
背景技术：
已知在进行输入信号的放大的晶体管电路的输出侧设置匹配电路的放大电路(例如参照专利文献I)。现有技术文献专利文献
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专利文献I JP特开昭63-15390
发明内容
发明要解决的问题但是，在以往的放大电路中，由于匹配电路固定，所以在对占空比发生变化的输入信号进行放大的情况下，存在着随着输入信号的占空比变小而效率降低的问题。本发明鉴于这样的现有技术中的问题进行研究而得出，其目的在于提供能够高效率地对占空比发生变化的输入信号进行放大的放大电路以及使用该放大电路的发送装置以及通信装置。用于解决问题的方案本发明的第一放大电路的特征在于包括晶体管电路，输入占空比发生变化的脉冲波状的第一信号，输出对该第一信号进行了放大的第二信号；以及匹配电路，输入所述第二信号，输出所述第一信号的基波频率的第三信号，并且从所述晶体管电路侧所见的阻抗根据所述第一信号的占空比发生变化。另外，本发明的第二放大电路的特征在于，在所述第一放大电路中，从所述晶体管电路侧所见的所述匹配电路的阻抗随着所述第一信号的占空比变小而变大。此外，本发明的第三放大电路的特征在于，在所述第二放大电路中，所述匹配电路包括在该匹配电路的输入输出之间串联连接的可变电感器，该可变电感器的电感随着所述第一信号的占空比变小而变大。此外，本发明的第四放大电路的特征在于，在所述第三放大电路中，所述匹配电路包括在所述可变电感器的输入侧与基准电位之间连接的可变电容器，该可变电容器的电容随着所述第一信号的占空比变小而变小。此外，本发明的第五放大电路的特征在于，在所述第四放大电路中，所述可变电容器的电容相对于所述第一信号的占空比以对数函数变化，并且所述可变电感器的电感相对于所述第一信号的占空比的平方根成反比。此外，本发明的第六放大电路的特征在于，在所述第一放大电路中，还包括控制电路，根据所述第一信号的占空比改变所述匹配电路的阻抗。此外，本发明的第七放大电路的特征在于，在所述第六放大电路中，所述控制电路控制所述可变电容器以及所述可变电感器，从而使得所述可变电容器的电容相对于所述第一信号的占空比以对数函数变化，并且所述可变电感器的电感相对于所述第一信号的占空比的平方根成反比。此外，本发明的第八放大电路的特征在于，在所述第一放大电路中，还包括变换电路，输入具有包络线变动的第四信号，输出作为相互的相位差根据该第四信号的振幅发生变化的恒包络线信号的第五信号以及第六信号；第一晶体管，源极端子中输入所述第五信号，栅极端子中输入与所述第六信号同相的信号；以及第二晶体管，源极端子中输入所述第六信号，栅极端子中输入与所述第五信号同相的信号，其中，从所述第一晶体管的漏极端子输出的信号作为所述第一信号输入到所述晶体管电路。本发明的发送装置的特征在于，天线经由上述第八放大电路连接于发送电路。本发明的通信装置的特征在于，天线经由上述第八放大电路连接于发送电路，接收电路连接于该天线。
此外，在本发明中，所谓脉冲波状的信号，不仅包括理想的方波信号，还包括例如半波整流波这样的信号。另外，所谓信号的占空比，是指脉冲波状的信号为High电平的期间(不为O的期间)相对于周期的比例。例如，在一个周期的一半中信号为High电平的情况下，信号的占空比为O. 5。发明的效果根据本发明的放大电路，可以得到能够高效率地放大占空比发生变化的输入信号的放大电路。根据本发明的发送装置，可以得到耗电小的发送装置。根据本发明的通信装置，可以得到耗电小的通信装置。
图I是示意性地表示本发明的实施方式的第一例的放大电路的电路图。图2是示意性地表示图I所示的放大电路中的控制电路的一例的电路图。图3是示意性地表示本发明的实施方式的第二例的放大电路的模块图。图4是示意性地表示本发明的实施方式的第三例的发送装置的模块图。图5是示意性地表示本发明的实施方式的第四例的通信装置的模块图。图6是表示图I所示的本发明的实施方式的第一例的放大电路以及比较例的放大电路的漏极效率的仿真结果的图表。
具体实施例方式
以下，参照附图详细地说明本发明的放大电路。(实施方式的第一例)图I是表示本发明的实施方式的第一例的放大电路的电路图。图2是表示图I中的控制电路的一例的电路图。如图I所示，本例的放大电路包括晶体管电路10、匹配电路20、以及控制电路50。晶体管电路10连接于输入端子41以及匹配电路20，向匹配电路20输出在B级或AB级偏置状态下对从输入端子41输入的占空比发生变化的脉冲波状的第一信号进行了开关放大的第二信号。由此，第一信号的基波频率与第二信号的基波频率相等。另外，晶体管电路10包括FET (Field-Effect Transistor :场效应晶体管)14和扼流圈12。FETll的栅极端子连接于输入端子41，漏极端子连接于匹配电路20并且经由扼流圈12连接于电源电位Vdd，源极端子连接于基准电位(接地电位)。并且，从输入端子41输入的第一信号输入到栅极端子，作为放大后的信号的第二信号从漏极端子向匹配电路20输出。另外，虽然省略图示，但经由扼流电感器对FETll的栅极端子提供B级或AB级偏置。匹配电路20连接于晶体管电路10以及输出端子42，输入从晶体管电路10输出的第二信号，输出第一信号以及第二信号的基波频率的第三信号。另外，匹配电路20包括可变电容器21、可变电感器22、以及LC串联共振电路30。LC串联共振电路30在匹配电路20的输入输出之间串联连接。即，在晶体管电路10与输出端子42之间串联连接。并且，LC串联共振电路30具有以第一信号以及第二信号的基波频率进行共振，使第一信号以及第二信号的基波频率的信号低损失地通过，并且反 射除此以外的频率的信号的功能。据此，从输入的第二信号中提取基波成分，作为第三信号输出。另外，LC串联共振电路30由相互串联连接的电容器31以及电感器32构成，电容器31配置在输入侧(晶体管电路10侧)，电感器32配置在输出侧(输出端子42侧)。可变电感器22与LC串联共振电路22同样，在匹配电路20的输入输出之间串联连接。即，在晶体管电路10与输出端子42之间串联连接。更详细而言，可变电感器22在LC串联共振电路30的输出侧，即LC串联共振电路30的电感器32与输出端子42之间串联连接。另外，可变电感器22被控制为随着第一信号的占空比变小而电感变大。更具体而言，可变电感器22被控制为电感与第一信号的平方根成反比。可变电容器21连接于可变电感器22的输入侧与基准电位(接地电位)之间，在可变电感器22与可变电容器21之间插入LC串联共振电路30。即，可变电容器21在LC串联共振电路30的电容器31的输入侧(晶体管电路10侧)与接地电位之间连接。另外，可变电容器21被控制为随着第一信号的占空比变小而电容变小。更具体而言，可变电容器21被控制为电容相对于第一信号的占空比以对数函数变化。控制电路50的端子51连接于输入端子41，端子52连接于匹配电路20的可变电容器21，端子53连接于匹配电路20的可变电感器22。并且，控制电路50根据第一信号的占空比向可变电容器21输出控制可变电容器21的电容的控制信号,根据第一信号的占空比向可变电感器22输出控制可变电感器22的电感的控制信号。如图2所示，控制电路50包括连接于端子51的RISC控制器60，以及连接于RISC控制器60、端子52、以及端子53的DA转换器70。另外，RISC控制器60包括I/O端口 61、计时器/计数器62、系统时钟63、中断控制器64、CPU核65、EEPR0M66、RAM67、以及R0M68。包括这种结构的控制电路50例如在从输入端子41输入第一信号后，首先通过计时器/计数器62测定第一信号为High电平的时间。接着，参考预先存储在R0M68中的、第一信号的占空比与为High电平的时间的对应表，求出第一信号的占空比。接着，参考预先存储在R0M68中的、第一信号的占空比与对可变电容器21提供的控制电压的对应表，求出对可变电容器21提供的控制电压的值。同样，参考第一信号的占空比与对可变电感器22提供的控制电压的对应表，求出对可变电感器22提供的控制电压的值。接着，由DA转换器70将对可变电容器21提供的控制电压的值以及对可变电感器22提供的控制电压的值进行模拟转换，从端子52、53向可变电容器21以及可变电感器22输出。根据包括这种结构的本例的放大电路，可变电容器21被控制为随着输入的第一信号的占空比变小而电容变小，可变电感器22被控制为随着第一信号的占空比变小而电感变大，因此随着第一信号的占空比变小，能够减少高次谐波成分的通过。据此，可以得到能够高效率地放大占空比发生变化的输入信号的放大电路。取得该效果的机制可推测如下。即，随着占空比变小，输入的第一信号的频谱变宽，基波的频率成分的强度减少，同时相对于基波的频率成分，高次谐波成分的强度增加。在匹配电路的阻抗固定的情况下，随着占空比变小，增加的高次谐波成分通过输出端子42供应到天线等负载电路，作为不必要的电力被消耗。这样，通过到负载电路的高次谐波成分增加后，放大电路的效率变差。与此相对，本例的放大电路中，根据输入的第一信号的占空比，从晶体管电路10侧所见的匹配电路20的阻抗发生变化。具体而言，随着占空比变小，可变电容器21的电容·变小，可变电感器22的电感变大，据此从晶体管电路10侧所见的上述匹配电路20的阻抗随着第一信号的占空比变小而变大。这样，匹配电路20的阻抗发生变化，从而随着第一信号的占空比变小使高次谐波成分变得难以通过，因而在占空比较小时能够减少由负载电路消耗的不必要的电力。由此，提高了放大电路的效率。另外，根据本例的放大电路，可变电容器21被控制为电容相对于第一信号的占空比以对数函数变化，可变电感器22被控制为电感与第一信号的平方根成反比，因此可以得到能够以更高的效率放大输入的占空比发生变化的第一信号的放大电路。通过发明人的各种研究发现，通过以此方式改变可变电容器21的电容以及可变电感器22的电感，能够使放大电路的效率非常高。作为本例的放大电路中的可变电感器22，例如可以使用通过用开关切换多个线路间的连接来改变电感的电感器、通过移动与线圈邻近配置的磁性体来改变电感的电感器等，以往已知的可变电感器。作为本例的放大电路中的可变电容器，可以使用公知的可变电容器。(实施方式的第二例)图3是表示本发明的实施方式的第二例的放大电路的电路图。如图3所示，本例的放大电路包括变换电路61 ;FET62、63 ;图I所示的放大电路64 ;以及端子65、66。变换电路61将从端子65输入的、作为具有包络线变动的信号的第四信号变换为第五信号以及第六信号并输出，该第五信号以及第六信号是与第四信号具有相同频率并且具有根据第四信号的振幅发生变化的相位差的两个恒包络线信号。由此，第四信号中的振幅的变化被置换为第五信号以及第六信号的相位差的变化。此外，作为这种变换电路61，可以使用以往公知的各种恒包络线信号生成电路。FET62的源极端子中输入第五信号，栅极端子中输入第六信号。FET63的源极端子中输入第六信号，栅极端子中输入第五信号。FET63的漏极端子由未图示的指定的阻抗终结。另外，虽然省略图示，但对于FET62、63，也经由扼流圈对栅极端子施加B级或AB级偏置。另外，由于能够通过对各自的栅极端子施加的偏置进行调整，所以输入FET62的栅极端子的信号也可以是与第六信号同相的信号，输入FET63的栅极端子的信号也可以是与第五信号同相的信号。
以此方式由FET62、63构成转移栅极电路，FET62仅在第六信号的电压比ON电压大时使第五信号通过。从FET62输出的脉冲波状的第一信号输入到放大电路64的FETll的栅极端子。由此，放大电路64的FETll仅在第五信号以及第六信号均比ON电压大的期间中变为ON状态，ON状态的时间根据第五信号以及第六信号的相位差发生变化。由此，第五信号以及第六信号的相位差的变化被置换为从FETll输出的第二信号的脉冲宽度的变化。FETll变为ON状态的基本周期与第五信号以及第六信号均比ON电压大的基本周期一致，因此从FETll的漏极端子输出的第二信号的基波与第五信号以及第六信号为相同频率，即与第四信号为相同频率。由此，作为从第二信号中提取了基波成分的信号的第三信号成为与第四信号相同频率的信号。另外，第三信号的振幅根据第二信号的脉冲宽度发生变化，因此根据第四信号的振幅发生变化。这样，第三信号具有与第四信号相同的频率和根据第四信号的振幅发生变化的振幅，成为放大了第四信号的信号。根据包括这种结构的本例的放大电路，可以得到能够高效率地放大具有包络线变动的输入信号的放大电路。 (实施方式的第三例)图4是表示本发明的实施方式的第三例的发送装置的模块图。如图4所示，本例的发送装置中，天线82经由图3所示的放大电路70连接于发送电路81。此外，放大电路70的端子65连接于发送电路81，端子66连接于天线82。根据具有这种结构的本例的发送装置，能够使用高效率的放大电路70放大从发送电路81输出的具有包络线变动的发送信号，因而可以得到耗电小的发送装置。(实施方式的第四例)图5是表示本发明的实施方式的第四例的通信装置的模块图。如图5所示，本例的通信装置中，天线82经由图3所示的放大电路70连接于发送电路81，接收电路83连接于天线82。另外，在天线82与发送电路81及接收电路83之间插入天线共用电路84。此夕卜，放大电路70的端子65连接于发送电路81，端子66连接于天线82。根据具有这种结构的本例的通信装置，能够使用高效率的放大电路70放大从发送电路81输出的具有包络线变动的发送信号，因而可以得到耗电小的通信装置。(变形例)本发明并不限定于上述实施方式的例子，能够进行各种变更和改良。例如，在上述实施方式的第一例中，示出了匹配电路20包括可变电感器22以及可变电容器21的例子，但并不限定于此。例如，匹配电路20可以仅包括可变电感器22以及可变电容器21中的一者。另外，匹配电路20也可以包括可变电阻，通过改变可变电阻的电阻值来改变匹配电路20的阻抗。作为可变电阻，例如可以使用由开关切换多个线路或电阻间的连接的可变电阻这样的公知的可变电阻。另外，在上述实施方式的第四例中，示出了通信装置包括天线共用电路84的例子，但并不限定于此，也可以采用不包括天线共用电路84的通信装置。[实施例]接下来，对本发明的放大电路的具体例进行说明。通过仿真计算出了图I所示的本发明的实施方式的第一例的放大电路中的漏极效率。FETll为砷化镓FET，经由扼流电感器将-2. 5V的电源连接于栅极端子，以AB级偏置进行了动作。Vdd为4. 5V。输入的第一信号的频率为IGHz的矩形波。电容器31的电容为10pF，电感器32的值为InH。令第一信号的占空比为X，可变电容器21的电容C(X)以及可变电感器22的电感L(X)以下面的式(I)、
(2)所示的方式变化。L(x)=12/v/_x(I)C(X) = O. 57*1η(χ)+1· 22(2)该仿真结果显示在图6的图表中。另外，图6的图表中还一起显示将可变电容器21的电容以及可变电感器22的电感固定为占空比为O. 5时的CU)以及LU)的值的比较 例的放大电路的仿真结果。在图表中，横轴为第一信号的占空比，纵轴为放大电路的效率(漏极效率)。另外，图I所示的本发明的实施方式的第一例的放大电路的仿真结果用实线表示，比较例的放大电路的仿真结果用虚线表示。根据图6的图表可知，对于比较例的放大电路而言，随着输入的第一信号的占空比的降低效率显著降低。与此相对，对于图I所示的本发明的实施方式的第一例的放大电路而言，到占空比减小到3%左右为止，维持与占空比为50%时相同程度的高效率。据此确认了本发明的有效性。符号说明10:晶体管电路20:匹配电路11,62,63 :FET21 :可变电容器22 :可变电感器61 :变换电路64，70:放大电路81 :发送电路82 :天线83 :接收电路
权利要求
1.一种放大电路，其特征在于包括 晶体管电路，输入占空比发生变化的脉冲波状的第一信号，输出对该第一信号进行了放大而得到的第二信号；以及 匹配电路，输入所述第二信号，输出所述第一信号的基波频率的第三信号，并且从所述晶体管电路侧所见的阻抗根据所述第一信号的占空比发生变化。
2.根据权利要求I所述的放大电路，其特征在于 从所述晶体管电路侧所见的所述匹配电路的阻抗随着所述第一信号的占空比变小而变大。
3.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于 所述匹配电路包括在该匹配电路的输入输出之间串联连接的可变电感器，该可变电感器的电感随着所述第一信号的占空比变小而变大。
4.根据权利要求3所述的放大电路，其特征在于 所述匹配电路包括在所述可变电感器的输入侧与基准电位之间连接的可变电容器，该可变电容器的电容随着所述第一信号的占空比变小而变小。
5.根据权利要求4所述的放大电路，其特征在于 所述可变电容器的电容相对于所述第一信号的占空比以对数函数变化，并且所述可变电感器的电感相对于所述第一信号的占空比的平方根成反比。
6.根据权利要求I所述的放大电路，其特征在于还包括 控制电路，根据所述第一信号的占空比改变所述匹配电路的阻抗。
7.根据权利要求6所述的放大电路，其特征在于 所述控制电路控制所述可变电容器以及所述可变电感器，从而使得所述可变电容器的电容相对于所述第一信号的占空比以对数函数变化，并且所述可变电感器的电感相对于所述第一信号的占空比的平方根成反比。
8.根据权利要求I所述的放大电路，其特征在于还包括 变换电路，输入具有包络线变动的第四信号，输出相互的相位差根据该第四信号的振幅发生变化的恒包络线信号即第五信号以及第六信号； 第一晶体管，源极端子中输入所述第五信号，栅极端子中输入与所述第六信号同相的信号；以及 第二晶体管，源极端子中输入所述第六信号，栅极端子中输入与所述第五信号同相的信号， 其中，从所述第一晶体管的漏极端子输出的信号作为所述第一信号输入到所述晶体管电路。
9.一种发送装置，其特征在于 天线经由权利要求8所述的放大电路连接于发送电路。
10.一种通信装置，其特征在于 天线经由权利要求8所述的放大电路连接于发送电路,接收电路连接于该天线。
全文摘要
本发明提供能够高效率地放大占空比发生变化的输入信号的放大电路以及使用该放大电路的发送装置以及通信装置。采用一种放大电路以及使用该放大电路的发送装置以及通信装置，该放大电路包括晶体管电路(10)，输入占空比发生变化的脉冲波状的第一信号，输出对第一信号进行了放大的第二信号；以及匹配电路(20)，输入第二信号，输出第一信号的基波频率的第三信号，并且从晶体管电路侧所见的阻抗根据第一信号的占空比发生变化。
文档编号H03F1/02GK102906998SQ201180025199
公开日2013年1月30日 申请日期2011年3月29日 优先权日2010年5月27日
发明者合川真史, 长山昭, 福冈泰彦 申请人:京瓷株式会社