CN104753478B - 功率放大模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包括由双极型晶体管形成的衰减器的功率放大模块。功率放大模块包括：第1双极型晶体管，其对无线频率信号进行放大并输出；第2双极型晶体管，向其基极提供用于控制射频信号的衰减的控制电压，向其集电极提供电源电压；第1电阻，其一端连接到射频信号向第1双极型晶体管的提供路径；及电容器，其一端连接到第1电阻的另一端，另一端连接到第2双极型晶体管的集电极。

Description

功率放大模块
技术领域
本发明涉及功率放大模块。
背景技术
在对射频(RF：Radio Frequency)信号进行放大的功率放大模块中，为了在低功率模式时降低功率放大模块的增益，有时会设置衰减器。
例如，专利文献1中揭示了与RF信号向放大晶体管的输入路径并联连接的衰减器。具体而言，衰减器包含FET，对施加于该FET的栅极的电压进行控制，切换该FET的导通/截止，从而实现衰减控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-134627号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
虽然如专利文献1所揭示的那样，可利用FET来实现衰减器，但在设放大晶体管为双极型晶体管的情况下，功率放大模块中，混合装载双极型晶体管和FET，导致制造成本增加。
本发明是鉴于上述状况而完成的，其目的在于提供一种包括由双极型晶体管形成的衰减器的功率放大模块。
解决技术问题的技术方案
本发明的一方面所涉及的功率放大模块包括：第1双极型晶体管，其对射频信号进行放大并输出；第2双极型晶体管，向其基极提供用于控制射频信号的衰减的控制电压，向其集电极提供电源电压；第1电阻，其一端连接到射频信号向第1双极型晶体管的提供路径；及电容器，其一端连接到第1电阻的另一端，另一端连接到第2双极型晶体管的集电极。
发明效果
根据本发明，能提供一种包括由双极型晶体管形成的衰减器的功率放大模块。
附图说明
图1是表示包含本发明的一个实施方式的功率放大模块在内的发送单元的结构例的图。
图2是表示功率放大模块的结构的一个示例的图。
图3是表示功率放大模块的结构的另一个示例的图。
图4是表示功率放大模块的结构的另一个示例的图。
图5是表示功率放大模块的结构的另一个示例的图。
图6是表示功率放大模块的结构的另一个示例的图。
图7是表示进行了消耗电流的仿真的功率放大模块的结构的图。
图8是表示消耗电流的仿真结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1是表示包含本发明的一个实施方式的功率放大模块在内的发送单元的结构例的图。发送单元100例如在移动电话等移动通信设备中，用于对基站发送音频或数据等各种信号。此外，移动通信设备也具备用于从基站接收信号的接收单元，但这里省略说明。
如图1所示，发送单元100包含基带处理部101、调制部102、功率放大模块103、前端部104以及天线105来构成。
基带处理部101对输入信号执行基带处理。
调制部102基于GSM(Global System for Mobile communications：全球移动通信系统)(注册商标)、EDGE(Enhanced Data GSM Environment：增强型数据GSM环境)等调制方式，对基带信号进行调制，生成用于进行无线发送的射频(RF：Radio Frequency)信号。RF信号例如是数百MHz至数GHz左右。
功率放大模块103将RF信号(RFin)的功率放大至发送到基站所需的水平，并输出放大信号(RFout)。另外，功率放大模块103的动作模式有低功率模式(LPM：Low PowerMode)及高功率模式(HPM：High Power Mode)。功率放大模块103的动作模式由从外部提供的控制电压Vctrl来控制。如后所述，功率放大模块103中，在低功率模式时，可通过使衰减器动作来降低增益。此外，功率放大模块103中，在低功率模式时，还能减少进行动作的晶体管的数量(指叉数)。
前端部104对输出信号进行滤波，或与从基站接收到的接收信号之间进行切换等。从前端部104输出的信号通过天线105被发送至基站。
图2是表示功率放大模块103的结构的一个示例的图。功率放大模块103A包含放大器200及衰减器210A。另外，构成功率放大模块103A的各晶体管是双极型晶体管。例如，各晶体管可设为由GaAs等构成的化合物半导体的异质结双极型晶体管(HBT：HeterojunctionBipolar Transistor)。此外，图2中，放大器仅示出一级，但功率放大模块103可具有多级放大器。后文所述的其他结构中也是相同的。
放大器200对所输入的RF信号(RFin)进行放大，输出放大信号(RFout)。如图2所示，放大器200包含晶体管220、221、电阻222、223、电容器224、电感器225及匹配电路(MN：Matching Network)226而构成。
晶体管220(第1双极型晶体管)是用于放大RF信号(RFin)的放大元件。经由电容器224向晶体管220的基极输入RF信号(RFin)，经由电感器225向晶体管220的集电极提供电源电压(例如从调节器输出的电源电压Vcc)。然后，对RF信号(RFin)放大后的放大信号(RFout)从晶体管220的集电极经由匹配电路226输出。
晶体管221是用于向晶体管220提供偏置电压的元件。经由电阻222向晶体管221的基极提供用于控制偏置的偏置控制电压Vbias。另外，向晶体管221的集电极提供电源电压(例如电池电压Vbat)。此外，晶体管221的发射极经由电阻223与晶体管220的基极相连接。
衰减器210A用于在低功率模式时降低功率放大模块103A的增益。具体而言，衰减器210A在低功率模式时，使提供给晶体管220的RF信号(RFin)衰减，从而能降低功率放大模块103A的增益。如图2所示，衰减器210A包含晶体管230、电阻231～233及电容器234而构成。
晶体管230(第2双极型晶体管)用于通过根据控制电压Vctr1进行导通/截止，来控制衰减功能的开关。经由电阻231向晶体管230的基极提供控制电压Vctrl。另外，经由电阻232向晶体管230的集电极提供电源电压(例如电池电压Vbat)。
电阻233的一端连接到RF信号(RFin)向晶体管220的提供路径，另一端连接到电容器234的一端。晶体管234的另一端连接到晶体管230的集电极。电阻233用于利用在晶体管230导通时流过电阻233的电流，使RF信号(RFin)衰减。此外，电容器234是DC切断元件，用于防止晶体管230的集电极的直流分量被提供到RF信号(RFin)向晶体管220的提供路径。
图2所示的功率放大模块103A中，控制电压Vctrl在低功率模式时被控制成高电平，在高功率模式时被控制成低电平。若在低功率模式时控制电压Vctrl成为高电平，则晶体管230导通，RF信号(RFin)的一部分经由电阻233流向晶体管230。由此，RF信号(RFin)衰减，功率放大模块103A的增益降低。另一方面，若在高功率模式时控制电压Vctrl变成低电平，则晶体管230截止，RF信号(RFin)不流向电阻233，RF信号(RFin)不衰减地提供给晶体管220。
如此，在图2所示的功率放大模块103A中，可使放大器200及衰减器210A双方均利用双极型晶体管来构成。因而，与对放大器利用双极型晶体管、对衰减器利用FET的情况相比，可抑制功率放大模块的制造成本。
图3是表示功率放大模块的结构的其他的一个示例的图。此外，对于和图2所示的要素相同的要素，标注相同的标号，并省略说明。如图3所示，功率放大模块103B包括衰减器210B，来代替图2所示的功率放大模块103A中的衰减器210A。衰减器210B在衰减器210A所具有的要素的基础上，还包含晶体管300。
晶体管300(第3双极型晶体管)的基极与集电极连接，集电极与晶体管230的发射极连接，发射极接地。即，晶体管300以二极管方式进行连接，连接到晶体管230的接地侧。如此，通过对晶体管230的接地侧设置以二极管方式进行连接的晶体管300，从而能降低晶体管230的基极－发射极间电压，并可降低在低功率模式时流过晶体管230的直流电流(即，流过电阻232的电流I2)。
图4是表示功率放大模块的结构的其他的一个示例的图。此外，对于和图2所示的要素相同的要素，标注相同的标号，并省略说明。如图4所示，功率放大模块103C包括衰减器210C，来代替图2所示的功率放大模块103A中的衰减器210A。衰减器210C在衰减器210A所具有的要素的基础上，还包含晶体管400及电阻401～403。
经由电阻401向晶体管400(第4双极型晶体管)的基极提供控制电压Vctrl。经由电阻402(第2电阻)及电阻403(第3电阻)向晶体管400的集电极提供电源电压(例如电池电压Vbat)。此外，晶体管230的发射级经由电阻231与晶体管402、403的连接点相连接。
功率放大模块103C中，与图2所示的功率放大模块103A不同，控制电压Vctrl在低功率模式时被控制为低电平，在高功率模式时被控制为高电平。即，衰减器210C与图2所示的衰减器210A不同，在控制电压Vctr1为低电平时，衰减功能开启。
若在低功率模式时控制电压Vctr1变成低电平，则晶体管400截止，电池电压Vbat提供给晶体管230的基极，晶体管230导通。由此，RF信号(RFin)的一部分经由电阻233流向晶体管230，RF信号(RFin)衰减。
另一方面，若在高功率模式时控制电压Vctr1变成高电平，则晶体管400导通。此时，经由电阻231向晶体管230的基极提供由电阻402、403对电池电压Vbat进行分压后得到的电压。即，提供给晶体管230的基极的电压下降，晶体管230截止。由此，RF信号(RFin)不流向电阻233，RF信号(RFin)不衰减地提供给晶体管220。
这样，在功率放大模块103C中，在控制电压Vctr1为低电平时可成为低功率模式。即，功率放大模块103C适于应用到设计成使低功率模式时的控制电压Vctr1为低电平的发送模块。
图5是表示功率放大模块的结构的其他的一个示例的图。此外，对于和图4所示的要素相同的要素，标注相同的标号，并省略说明。如图5所示，功率放大模块103D包括衰减器210D，来代替图4所示的功率放大模块103C中的衰减器210C。衰减器210D在衰减器210C所具有的要素的基础上，还包含晶体管500、501。
晶体管500(第5双极型晶体管)的基级经由电阻231与电阻402、403的连接点相连接。另外，经由电阻232向晶体管500的集电极提供电源电压(例如电池电压Vbat)。晶体管500的发射极与晶体管230的基极相连接。即，晶体管230、500以达林顿连接法相连接。
经由电阻401向晶体管501(第6双极型晶体管)的基极提供控制电压Vctrl。另外，经由电阻402、403向晶体管501的集电极提供电源电压(例如电池电压Vbat)。晶体管501的发射极与晶体管400的基极相连接。即，晶体管400、501以达林顿连接法相连接。
衰减器210D的动作与图4所示的衰减器210C相同。即，若在低功率模式时控制电压Vctr1变成低电平，则晶体管400、501截止，晶体管230、500导通，进行RF信号(RFin)的衰减。另一方面，若在高功率模式时控制电压Vctr1变成高电平，则晶体管400、501导通，晶体管230、500截止，不进行RF信号(RFin)的衰减。
在这种衰减器210D中，晶体管400、501以达林顿连接法相连接，从而与衰减器210C相比，能降低流过电阻401的基极电流I3。
此外，衰减器210D中，晶体管400、501以达林顿连接法相连接，从而与衰减器210C中晶体管230变为导通的阈值电压相比，晶体管230、500变导通的阈值电压较高。由此，与衰减器210C相比，特别是在RF信号(RFin)的信号电平较高的情况下，可抑制在高功率模式时漏电流流过晶体管230。
图6是表示功率放大模块的结构的其他的一个示例的图。另外，对与图3或图5所示的要素相同的要素标注相同标号，并省略其说明。如图6所示，功率放大模块103E包括衰减器210E，来代替图5所示的功率放大模块103D中的衰减器210D。衰减器210E没有衰减器210D中的晶体管500，取而代之，具有图3所示的晶体管300。与图3所示的衰减器210B的情况相同，晶体管300以二极管方式进行连接，设置在晶体管230的接地侧。
图7是表示进行了消耗电流的仿真的功率放大模块的结构的图。如图7所示，功率放大模块103F包含二级的放大器200A、200B及衰减器210。放大器200A、200B分别具有与图2～图6所示的放大器200相同的结构。在分别采用图2～图6所示的衰减器210A～210E作为衰减器210的结构中进行了仿真。另外，在仿真中，设构成放大器200B的晶体管220的指叉数为16，低功率模式时，动作的指叉数减少为12。
图8是表示消耗电流的仿真结果的图。电流I1～I4依次为图2～图6所示的衰减器210A～210E中流过电阻231、232、电阻401、403的电流。另外，图8所示的表中，作为衰减器的项目的值而示出的A～E分别对应于衰减器210A～210E。如图8所示，在任一结构中，低功率模式时的增益约为20dB，高功率模式时的增益约为25dB。
将衰减器210A的情况与衰减器210B的情况相比可知，衰减器210B的情况下，消耗电流降低。这是由于，如前所述，衰减器210B中，在晶体管230的接地侧设置有以二极管方式进行连接的晶体管300，从而电流I2降低。
此外，将衰减器210C的情况与衰减器210D的情况相比可知，在衰减器210D的情况下，低功率模式时的消耗电流降低。这是由于，如前所述，衰减器210D中，晶体管400、501以达林顿连接法相连接。
以上，对本实施方式进行了说明。根据本实施方式，可使放大器200及衰减器210双方均利用双极型晶体管来构成。因而，与对放大器利用双极型晶体管、对衰减器利用FET的情况相比，可抑制功率放大模块的制造成本。
此外，根据本实施方式，如图3所示，在晶体管230的接地侧设置以二极管方式进行连接的晶体管300，从而可降低消耗电流。
此外，根据本实施方式，如图4所示，设置晶体管400及电阻401～403，从而可控制成在控制电压Vctr1为低电平时衰减功能开启。
此外，根据本实施方式，如图5所示，将晶体管400、501以达林顿连接法相连接，从而可降低消耗电流。此外，将晶体管230、500以达林顿连接法相连接，从而可抑制在RF信号(RFin)的信号电平较高时漏电流流过晶体管230。
此外，根据本实施方式，如图6所示，在晶体管230的接地侧设置以二极管方式进行连接的晶体管300，从而可降低消耗电流。
此外，本实施方式用于方便理解本发明，而并不用于限定并解释本发明。在不脱离本发明的发明思想的前提下，可以对本发明进行变更/改良，并且本发明的同等发明也包含在本发明内。
标号说明
100 发送单元
101 基带处理部
102 调制部
103 功率放大模块
104 前端部
105 天线
200 放大器
210 衰减器
220，221，230，300，400，401，500，501 晶体管
222，223，231～233，401～403 电阻
224，234 电容器
225 电感器
226 匹配电路

Claims (2)

1.一种功率放大模块，其特征在于，包括：
第1双极型晶体管，其对射频信号进行放大并输出；
第2双极型晶体管，向其集电极提供电源电压；
第1电阻，其一端连接到所述射频信号向所述第1双极型晶体管的提供路径；
电容器，其一端连接到所述第1电阻的另一端，另一端连接到所述第2双极型晶体管的集电极；
第2电阻；
第3电阻，其与所述第2电阻串联连接；
第4双极型晶体管，经由所述第2电阻及第3电阻向其集电极提供所述电源电压；
第5双极型晶体管，其基极连接至所述第2电阻及所述第3电阻的连接点，其集电极连接到所述第2双极型晶体管的集电极，其发射极连接到所述第2双极型晶体管的基极；及
第6双极型晶体管，向其基极提供用于控制所述射频信号的衰减的控制电压，其集电极连接到所述第4双极型晶体管的集电极，其发射极连接到所述第4双极型晶体管的基极，
在低功率模式时，所述第4双极型晶体管及所述第6双极型晶体管变为截止且所述第2双极型晶体管及所述第5双极型晶体管变为导通的所述控制电压被提供至所述第6双极型晶体管的基极，在高功率模式时，所述第4双极型晶体管及所述第6双极型晶体管变为导通且所述第2双极型晶体管及所述第5双极型晶体管变为截止的所述控制电压被提供至所述第6双极型晶体管的基极。
2.如权利要求1所述的功率放大模块，其特征在于，
各双极型晶体管为化合物半导体的晶体管。
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