功率放大电路的制作方法

本发明涉及功率放大电路。

背景技术：

移动电话等移动通信机中，为了放大向基站发送的无线频率(RF:Radio Frequency)信号的功率，采用功率放大电路。功率放大电路中，采用用于向功率放大用的晶体管提供偏置电流的偏置电路。例如，专利文献1公开了采用由共源共栅电流镜电路构成的偏置电路的功率放大电路。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特表2005-501458号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

专利文献1公开的偏置电路具备从发射极输出偏置电流的晶体管(Q3)，和与晶体管(Q3)的接地侧连接的晶体管(Q2)。放大晶体管(Q1)由晶体管(Q3)充电，由晶体管(Q2)放电。在输出功率(输入功率)低时，晶体管(Q2)的放电速度比晶体管(Q3)的充电速度快得多或者与之相等。另一方面，输出功率(输入功率)越增大，晶体管(Q2)的放电速度越比晶体管(Q3)的充电速度慢。从而，在高输出功率时，放大晶体管(Q1)的基极电压变高，线性度提高。但是，该偏置电路中，低输出功率时由于流过晶体管(Q2)的电流，导致消耗电流增大。

本发明鉴于这样的问题而完成，目的是提供能够抑制功率放大电路中的增益特性的劣化的并且降低消耗电流的功率放大电路。

为了实现该目的，本发明一个方面所涉及的功率放大电路，包括：第1放大晶体管，该第1放大晶体管将第1信号输入至基极或栅极，从集电极或漏极输出将第1信号放大后的第2信号；以及第1偏置电路，该第1偏置电路向第1放大晶体管的基极或栅极提供第1偏置电流，第1偏置电路包括：第1晶体管，该第1晶体管向集电极或漏极提供电源电压，向基极或栅极提供规定的电压，从发射极或源极输出第1偏置电流；以及第1控制电路，该第1控制电路控制第1晶体管的发射极或源极与接地之间的电连接，第1控制电路包括串联连接的第1电阻元件及第1开关元件，第1开关元件根据表示功率模式的控制信号，在第1功率模式时为导通，在比第1功率模式中的输出功率低的输出功率下工作的第2功率模式时为断开。

根据本发明，能够提供抑制功率放大电路中的增益特性的劣化，并且降低消耗电流的功率放大电路。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的功率放大电路100的构成的图。

图2是表示功率放大电路100的构成例的图。

图3是表示功率放大电路100的其他构成例的图。

图4是表示功率放大电路100的其他构成例的图。

图5是表示功率放大电路100A中的消耗电流的模拟结果的曲线图。

图6是表示功率放大电路100A中的增益特性的模拟结果的曲线图。

图7是表示功率放大电路100A中的ACLR特性的模拟结果的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。另外，对相同要素标注相同标号，省略重复的说明。

图1是表示本发明的一个实施方式的功率放大电路100的构成的图。功率放大电路100放大无线频率(RF:Radio Frequency)信号RFin，输出放大信号RFout2。

如图1所示，功率放大电路100具备放大电路200、201、偏置电路300、301及匹配电路400、401、402。

放大电路200、201构成二级放大电路。放大电路200放大RF信号RFin(第3信号)，输出RF信号RFout1(第1信号)。从放大电路200输出的RF信号RFout1经由匹配电路401被输入至放大电路201。放大电路201放大RF信号RFout1，输出放大信号RFout2(第2信号)。另外，放大电路的级数不限于二级，可以是一级，也可以是三级以上。

偏置电路300、301分别根据从功率放大电路100的外部提供的控制信号MODE而生成偏置电流，向放大电路200、201提供偏置电流。功率放大电路100中，通过控制偏置电流来控制增益。放大电路200、201及偏置电路300、301的构成的详细情况将后述。

匹配电路400、401、402用于使电路间的阻抗匹配而设置。匹配电路400、401、402分别用例如电感器、电容器来构成。

图2是表示本发明的一个实施方式的功率放大电路100的构成例(功率放大模块100A)的图。

如图2所示，功率放大电路100A具备放大电路200A、201A、偏置电路300A、301A及匹配电路400、401、402。构成功率放大电路100A的晶体管例如是异质结双极晶体管(HBT:Heterojunction Bipolar Transistor)。

放大电路200A具备电容器210a、电阻元件220a、电感器230a及双极晶体管240a。

电容器210a从放大电路200A的外部经由匹配电路400向第1端子提供RF信号RFin，第2端子与电阻元件220a的第1端子连接。电容器210a去除RF信号RFin的直流分量的电压。

电阻元件220a中，第1端子与电容器210a的第2端子连接，第2端子与双极晶体管240a的基极连接。

电感器230a中，向第1端子提供电源电压Vcc，第2端子与双极晶体管240a的集电极连接。

双极晶体管240a(第2放大晶体管)中，经由电感器230a向集电极提供电源电压Vcc，基极与电阻元件220a的第2端子连接，发射极接地。向双极晶体管240a的基极提供从放大电路200A的外部提供的RF信号Rfin、及从偏置电路300A输出的偏置电流Ibias1(第3偏置电流)。从而，从双极晶体管240a的集电极输出RF信号RFin放大后的RF信号RFout1。另外，双极晶体管240a按照从偏置电路300A提供的偏置电流Ibias1，来控制增益特性。

另外，双极晶体管240a也可以采用N沟道MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属-氧化物半导体场效应晶体管)取代双极晶体管。另外，以下所示的其他双极晶体管也同样。采用N沟道MOSFET取代双极晶体管时，可以将集电极、基极、发射极分别替换为漏极、栅极、源极。

放大电路201A具备电容器210b、210c、电阻元件220b、220c、电感器230b及双极晶体管240b(第1放大晶体管)、240c。

放大电路201A中，2个放大路径并联连接。具体地说，电容器210b、电阻元件220b、电感器230b及双极晶体管240b构成一个放大路径，电容器210c、电阻元件220c、电感器230b及双极晶体管240c构成另一个放大路径。另外，电容器210b的第1端子连接电容器210c的第1端子。从偏置电路301A输出的偏置电流Ibias2(第1偏置电流)、Ibias3分别被提供至双极晶体管240b、240c的基极。各个放大通路的构成与放大电路200A同样，因此省略详细的说明。

放大电路201A能够根据放大信号RFout2的输出功率的大小，并用并联连接的2个放大路径来构成。具体地说，以放大信号RFout2的功率高于规定的值的高功率模式(第1功率模式)工作时，功率放大电路100A采用两个各自包含双极晶体管240b及双极晶体管240c的放大路径。以放大信号RFout2的功率低于规定的值的低功率模式(第2功率模式)工作时，功率放大电路100A能够采用仅利用包含双极晶体管240b、240c的任一方的放大路径来构成。功率放大电路100A中，作为例子，示出了低功率模式时利用仅包含双极晶体管240b的放大路径来构成。

与功率模式相对应的放大路径的切换例如能够通过偏置电路301A所具备的开关元件321的动作来进行。开关元件321的动作的详细情况将后述。

通过所述的结构，放大电路201A中，从双极晶体管240b、240c的各自的集电极输出将RF信号RFout1(第1信号)放大后的放大信号RFout2(第2信号)。另外，双极晶体管240b、240c依照从偏置电路301A提供的偏置电流Ibias2、Ibias3，来控制增益特性。

另外，功率放大电路100A中，示出了放大电路200A由一个放大路径组成，放大电路201A由两个放大路径组成的结构，但放大电路200A、201A也可以均由一个或多个放大路径构成。

接着，对偏置电路300A进行说明。偏置电路300A(第2偏置电路)具备电阻元件310a、320a、双极晶体管330a、340a、350a、电容器360a及控制电路370a。

电阻元件310a、双极晶体管330a、340a及电容器360a构成为生成规定电平的电压。具体地说，电阻元件310a中，向第1端子提供偏置控制电压Vb1，第2端子与双极晶体管330a的集电极连接。双极晶体管330a中，集电极与基极连接(以下，称为二极管连接)，集电极与电阻元件310a的第2端子连接，发射极与双极晶体管340a的集电极连接。双极晶体管340a进行二极管连接，集电极与双极晶体管330a的发射极连接，发射极接地。电容器360a中，第1端子与电阻元件310a的第2端子及双极晶体管330a的集电极连接，第2端子接地。

通过所述的构成，在双极晶体管330a的集电极生成规定电平的电压(例如，2.6V左右)。

电阻元件320a中，第1端子与双极晶体管350a的发射极连接，第2端子与电容器210a的第2端子及电阻元件220a的第1端子连接。

双极晶体管350a(第3晶体管)中，向集电极提供电源电压Vcc，基极与双极晶体管330a的集电极连接，发射极与控制电路370a的输入端子(电阻元件371a的第1端子)连接。另外，双极晶体管350a的发射极经由电阻元件320a及放大电路200A具备的电阻元件220a，与双极晶体管240a的基极连接，提供偏置电流Ibias1。

接着，对控制电路370a进行说明。控制电路370a(第4控制电路)具备电阻元件371a及开关元件372a。

电阻元件371a(第3电阻元件)中，第1端子与双极晶体管350a的发射极连接，第2端子与开关元件372a的第1端子连接。

开关元件372a(第3开关元件)中，第1端子与电阻元件371a的第2端子连接，第2端子接地。

开关元件372a根据表示功率放大电路100A的功率模式的控制信号MODE，切换导通或断开。具体地说，功率放大电路100A的功率模式为高功率模式时，开关元件372a为导通，进行动作使双极晶体管350a的发射极和接地电连接。另一方面，功率放大电路100A的功率模式为低功率模式时，开关元件372a为断开，进行动作使双极晶体管350a的发射极和接地电切断。

通过所述的结构，功率放大电路100A以高功率模式工作时，从双极晶体管350a的发射极经由电阻元件371a，向接地流过电流。从而，高功率模式时，根据RF信号RFout1的振幅，在双极晶体管240a的基极电流增加，在需要更多的偏置电流的情况下，能够预先向双极晶体管240a的基极分配流向电阻元件371a的电流。从而，高功率模式时，能够降低由偏置电流的不足引起的增益特性的劣化。

另一方面，功率放大电路100A以低功率模式工作时，不从双极晶体管350a的发射极向接地流过电流。这里，低功率模式时与高功率模式时比，需要的偏置电流的电流量少，因此，未预先向电阻元件371a流过电流对增益特性的影响小。从而，在低功率模式时通过使开关元件372a断开，能够降低电流的消耗。

接着，对偏置电路301A进行说明。偏置电路301A(第1偏置电路)除了偏置电路300A的结构(电阻元件310b、320b、双极晶体管330b、340b、350b(第1晶体管)、电容器360b及控制电路370b)之外，还具备电阻元件320c及开关元件321。

控制电路370b(第1控制电路)具备电阻元件371b(第1电阻元件)及开关元件372b(第1开关元件)。控制电路370b的结构与控制电路370a相同，因此省略详细的说明。

电阻元件320c中，第1端子与开关元件321的第1端子连接，第2端子与电容器210c的第2端子及电阻元件220c的第1端子连接。

开关元件321中，第1端子与电阻元件320c的第1端子连接，第2端子与电阻元件320b的第1端子连接。

开关元件321根据控制信号MODE切换导通断开，控制偏置电流Ibias3的导通断开。具体地说，功率放大电路100A以高功率模式工作时，开关元件321为导通，偏置电流Ibias3提供至双极晶体管240c的基极，双极晶体管240c为导通。另一方面，功率放大电路100A以低功率模式工作时，开关元件321为截止，偏置电流Ibias3不提供至双极晶体管240c的基极，双极晶体管240c为截止。利用这样的偏置电流的提供控制，在放大电路201A中，能够进行与功率模式相对应的两个放大路径的切换。

偏置电路301A的其他结构与偏置电路300A相同，因此省略详细的说明。

通过所述的结构，偏置电路301A生成与偏置控制电压Vb2相对应的偏置电流Ibias2、Ibias3，提供至双极晶体管240b、240c的基极。另外，与偏置电路300A中的控制电路370a同样地，通过具备控制电路370b，能够防止增益特性的劣化，并且减少消耗电流。

如上所述，功率放大电路100A通过具备偏置电路300A、301A，能够防止增益特性的劣化，并且减少功率放大电路100A全体的消耗电流。

另外，功率放大电路100A中，放大电路200A、201A的各自的偏置电路300A、301A具备控制电路370a、370b来构成，但也可以仅任一方的偏置电路具备控制电路来构成。

图3是表示功率放大电路100的构成例(功率放大模块100B)的图。另外，对与功率放大电路100A相同的要素标注相同标号，省略说明。功率放大电路100B具备偏置电路301B，取代功率放大电路100A中的偏置电路301A。

偏置电路301B除了偏置电路301A的构成之外，还具备双极晶体管350c及控制电路380。

双极晶体管350c(第2晶体管)中，向集电极提供电源电压Vcc，基极与开关元件381的第1端子连接，发射极与控制电路370b的输入端子(电阻元件371b的第1端子)连接。另外，双极晶体管350c的发射极经由电阻元件320b、320c及放大电路201A具备的电阻元件220b、220c，向双极晶体管240b、240c的基极提供偏置电流(第2偏置电流)。

控制电路380(第2控制电路)具备开关元件381。

开关元件381中，第1端子与双极晶体管350c的基极连接，第2端子与双极晶体管350b的基极连接。

控制电路380中，通过根据控制信号MODE来切换开关元件381的导通断开，能够控制偏置电路301B提供的偏置电流的电流量。具体地说，功率放大电路100B的功率模式为高功率模式时，开关元件381导通，从而使双极晶体管350c导通。由此，除了双极晶体管350b之外，还从双极晶体管350c的发射极提供电流，偏置电路301B提供的偏置电流的总量增加。另外，如上所述，开关元件321导通，从而使偏置电流Ibias3流过，驱动双极晶体管240c。另一方面，功率放大电路100B的功率模式为低功率模式时，开关元件381断开，从而使双极晶体管350c断开。另外，如上所述，通过使开关元件321断开，从而不流过偏置电流Ibias3，双极晶体管240c不被驱动。这样，在高功率模式时需要较多偏置电流的情况下，能够确保适当的电流量。

由此，功率放大电路100B与功率放大电路100A相比较，能够调整功率放大器的振幅特性(AM-AM特性)、相位特性(AM-PM特性)、失真特性(相邻信道泄漏功率比(ACLR)特性)。

另外，控制电路380中，示出了为了切换双极晶体管350c的导通断开，而控制双极晶体管350c的栅极的连接的构成，但也可以采用控制双极晶体管350c的集电极或发射极的连接的构成。

另外，功率放大电路100B中，偏置电路301B具备双极晶体管350c及控制电路380来构成，但也可以是仅偏置电路300A还具备双极晶体管350c及控制电路380来构成，还可以是偏置电路300A、301A均还具备双极晶体管350c及控制电路380来构成。

图4是表示功率放大电路100的构成例(功率放大模块100C)的图。另外，对与功率放大电路100B相同的要素标注相同标号，省略说明。功率放大电路100C具备偏置电路301C，取代功率放大电路100B中的偏置电路301B。

偏置电路301C除了偏置电路301B的构成之外，还具备控制电路390。

控制电路390(第3控制电路)具备电阻元件391及开关元件392。

电阻元件391(第2电阻元件)中，第1端子与开关元件392的第1端子连接，第2端子与电阻元件320b的第2端子连接。

开关元件392(第2开关元件)中，第1端子与电阻元件391的第1端子连接，第2端子与电阻元件320b的第1端子连接。

控制电路390中，通过根据从偏置电路301C的外部提供的偏置控制信号来切换开关元件392的导通断开，能够控制偏置电流Ibias2的电流量。具体地说，通过使开关元件392导通，降低合成了电阻元件320b及电阻元件391的电阻值。从而，偏置电流Ibias2的电流量增加，因此能够提高输出功率。另一方面，通过使开关元件392断开，提高合成了电阻元件320b及电阻元件391的电阻值。由此，偏置电流Ibias2的电流量减少，因此能够抑制多余的功率的消耗，提高功率效率。这样，偏置电路301C中，通过具备控制电路390，使双极晶体管240b的基极和双极晶体管350b、350c的发射极之间的电阻值可变，可进行放大电路201A的特性的调整。另外，这样的特性的调整尤其在高功率模式时有效，但是在低功率模式时也可以进行。

如上所述，功率放大电路100C与功率放大电路100B相比较，能够进行功率放大器的特性的调整。

另外，功率放大电路100C中，偏置电路301C具备控制电路390来构成，但偏置电路301A也可以还具备控制电路390来构成。另外，偏置电路300A还可以还具备控制电路390来构成。

接着，参照图5～图7，对功率放大电路100A中的消耗电流、增益特性及相邻信道泄漏功率比(Adjacent Channel Leakage Ratio:ACLR)特性的模拟结果进行说明。

图5～图7所示的曲线图是本发明的实施方式所涉及的功率放大电路100A中，使控制电路370a、370b具备的开关元件372a、372b均导通或断开时的比较结果。图5～图7是电源电压Vcc＝0.52V，RF信号RFin的频率＝814MHz，温度设为室温，功率放大电路100A的功率模式设为低功率模式时的模拟结果。

图5是表示功率放大电路100A中的低功率模式时的消耗电流的模拟结果的曲线图。图5所示曲线图中，纵轴表示消耗电流(A)，横轴表示输出功率(dBm)。

如图5所示，可知与开关元件372a、372b导通时相比，开关元件372a、372b断开时，消耗电流降低。例如，输出功率为0dBm时，消耗电流约降低2.6mA。

图6是表示功率放大电路100A中的低功率模式时的增益特性的模拟结果的曲线图。图6所示曲线图中，纵轴表示增益(dB)，横轴表示输出功率(dBm)。

如图6所示，与开关元件372a、372b导通时相比，开关元件372a、372b断开时虽然增益也增大1dB左右，但是，未发现增益的值随着输出电平的变化而变动的劣化。即，可知具备控制电路370a、370b对增益特性(线性度)的影响小。

图7是表示功率放大电路100A中的低功率模式时的ACLR特性的模拟结果的曲线图。图7所示的曲线图中，纵轴表示ACLR(dBc)，横轴表示输出功率(dBm)。

如图7所示，与开关元件372a、372b导通时相比，将开关元件372a、372b断开时也未发现ACLR特性有大的变化。即，可知具备控制电路370a、370b对ACLR特性的影响小。

根据以上的模拟结果可知，功率模式为低功率模式时，通过将开关元件372a、372b断开，能够将对增益特性及ACLR特性的影响抑制在较低水平，并且减少消耗电流。即，功率放大电路100A作为电路整体，能够抑制增益的特性劣化并且降低消耗电流。

以上，说明了本发明的例示的实施方式。功率放大电路100A～100C中，通过在偏置电路具备控制电路370a、370b，在功率模式为高功率模式时，从双极晶体管350a、350b的发射极向接地流过电流，在功率模式为低功率模式时，将双极晶体管350a、350b的发射极和接地电切断。从而，高功率模式时，确保必要量的偏置电流，抑制增益特性的劣化。另一方面，低功率模式时，能够抑制对增益特性的影响，并且避免多余的电流消耗。从而，作为功率放大电路整体，能够抑制增益特性劣化并且降低消耗电流。

另外，功率放大电路100B中，通过在偏置电路还具备双极晶体管350c及控制电路380，能够控制与控制信号MODE相对应的偏置电流的电流量。从而，在高功率模式时需要较多偏置电流的情况下，能够确保适当的电流量。从而，与功率放大电路100A相比，功率放大电路100B能够进行功率放大器的特性的调整。

另外，功率放大电路100C中，通过在偏置电路还具备控制电路390，能够使双极晶体管240b的基极和双极晶体管350b、350c的发射极之间的电阻值可变。从而，能够控制与偏置控制信号相对应的偏置电流Ibias2的电流量。从而，与功率放大电路100B相比，功率放大电路100C能够进行功率放大器的特性的调整。

另外，功率放大电路100A～100C是包含二级放大电路的功率放大电路。通过分别对偏置电路300、301适用控制电路370a、370b，与仅适用任一方的情况相比，能够提高消耗电流的降低效果。三级以上的结果也同样。

另外，图2～图4所示的功率放大电路中，也可以采用N沟道MOSFET取代双极晶体管。

以上说明的各实施例是为了使本发明容易理解，而不是限定本发明。本发明可以在不脱离其主旨的范围进行变更/改良，其等价物也包含在本发明内。即，即使本领域技术人员对各实施方式附加了适宜的设计变更的例子，只要具备本发明的特征，也包含在本发明的范围内。例如，各实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等不限于例示，能够适宜变更。另外，各实施方式具备的各要素能够在技术上可能地范围内组合，这些组合只要也包含本发明的特征，也包含在本发明的范围内。

标号说明

100、100A、100B、100C 功率放大电路

200、200A、201、201A 放大电路

210a、210b、210c、360a、360b 电容器

220a、220b、220c、310a、310b、320a、320b、320c、371a、371b、391 电阻元件

230a、230b 电感器

240a、240b、240c、330a、330b、340a、340b、350a、350b、350c 双极晶体管

300、300A、301、301A、301B、301C 偏置电路

321、372a、372b、381、392 开关元件

370a、370b、380、390 控制电路

400、401、402 匹配电路

MODE 控制信号

Vb1、Vb2 偏置控制电压

Vcc 电源电压