CN109768775A - 功率放大电路 - Google Patents

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Abstract

提供一种功率放大电路，其扩展了增益分散。功率放大电路(10A)具备：第一晶体管(Q1)，其具有被供给RF信号的基极和被供给与RF信号的电平相应的可变电源电压(Vcc)的集电极，对RF信号进行放大；偏置电路(20)，其具有向第一晶体管(Q1)的基极供给偏置电流(Ibias)的第二晶体管(Q20)；以及调整电路(30)，可变电源电压(Vcc)越低，该调整电路(30)越使供给到第二晶体管(Q20)的基极的电流减少，由此使供给到第一晶体管(Q1)的基极的偏置电流(Ibias)减少。

Description

功率放大电路
技术领域
本发明涉及功率放大电路。
背景技术
在便携式电话等移动通信终端中，使用了将向基站发送的RF(Radio Frequency，射频)信号进行放大的功率放大电路。功率放大电路具备：放大RF信号的晶体管、以及向晶体管供给偏置电流的偏置电路。作为这种偏置电路，例如，如专利文献1中所记载的那样，已知一种偏置电路，具备：向晶体管供给偏置电流的射极跟随器晶体管、和用于生成供给到该射极跟随器晶体管的集电极的恒压的恒压生成电路(例如，专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2014-171170号公报
发明内容
发明要解决的课题
此外，已知如下的包络跟踪(Envelope Tracking，ET)控制，即，为了提高功率放大电路的效率，根据RF信号的电平对电源电压进行控制。在ET控制中，根据RF信号的电平，控制电源电压的值，使得功率负载效率(PAE)等效率变高。此时，增益的变化相对于供给到晶体管的电源电压的变化的大小(增益分散)越大，就越能够在保持增益的平坦度的同时采用效率高的电源电压值。因此，在ET控制中，优选功率放大电路的增益分散较大。
因此，本发明的目的在于提供一种根据电源电压的变化对增益分散进行了扩展的功率放大电路。
用于解决课题的手段
本发明的一方式所涉及的功率放大电路具备：第一晶体管，其具有被供给RF信号的基极、和被供给与RF信号的电平相应的可变电源电压的集电极，对RF信号进行放大；偏置电路，其具有向所述第一晶体管的基极供给偏置电流的第二晶体管；以及调整电路，所述可变电源电压越低，该调整电路越使供给到所述第二晶体管的基极的电流减少，由此使供给到所述第一晶体管的基极的所述偏置电流减少。
发明效果
根据本发明，能够提供一种根据电源电压的变化对增益分散进行了扩展的功率放大电路。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式1所涉及的功率放大电路10A的电路图。
图2是比较例的功率放大电路100的电路图。
图3是示出偏置电流Ibias的仿真结果的图。
图4A是示出第一实施方式所涉及的功率放大电路10A中的输出功率与增益的关系的图。
图4B是示出比较例的功率放大电路100中的输出功率与增益的关系的图，是示出增益的仿真结果的图。
图5是本发明的第二实施方式所涉及的功率放大电路10B的电路图。
图6是示出偏置电流Ibias的仿真结果的图。
符号说明：
10A、10B、100…功率放大电路
20…偏置电路
30、40…偏置调整电路
Q1、Q20、Q30…晶体管
R1、R20、R30…电阻元件
C1、C20…电容元件
D21、D22…二极管
L1…扼流电感器。
具体实施方式
参照附图，对本发明的优选实施方式进行说明。另外，在各图中，标注同一符号的要素具有相同或同样的结构。
[第一实施方式]
图1是本发明的第一实施方式1所涉及的功率放大电路10A的电路图。功率放大电路10A在便携式电话等移动通信终端中将输入信号RFin的功率放大至发送到基站所需的电平，并将其作为放大信号RFout而输出。输入信号RFin例如是通过RFIC(Radio FrequencyIntegrated Circuit，射频集成电路)等按照给定的通信方式进行了调制的RF信号。
功率放大电路10A具备：晶体管Q1(第一晶体管)、偏置电路20、偏置调整电路30、扼流电感器L1、电容元件C1和电阻元件R1。晶体管Q1例如是异质结双极晶体管。晶体管Q1构成将发射极接地的发射极接地放大器，输入信号RFin通过电容元件C1供给到晶体管Q1的基极，从晶体管Q1的集电极将输出信号RFout输出。在晶体管Q1的集电极连接有端子50，端子50用于通过抑制RF信号向电源侧的泄漏的扼流电感器L1而被供给可变电源电压Vcc。在端子50，连接有未图示的可变电源电压Vcc。可变电源电压Vcc是与RF信号的振幅电平相应的电压。即，在功率放大电路10A中，进行包络跟踪(ET)控制。可变电源电压Vcc例如可从ET电源电路(未图示)供给。
偏置电路20将偏置电流Ibias通过电阻元件R1而供给到晶体管Q1的基极。偏置电路20具备：晶体管Q20(第二晶体管)和二极管D21、D22。电源电压Vbat供给到晶体管Q20的集电极。晶体管Q20的基极与二极管D21的阳极连接，并且通过电容元件C20与接地连接。此外，晶体管Q20的发射极通过电阻元件R1与晶体管Q1的基极连接。二极管D21的阳极通过电阻元件R20与电源端子21连接。从控制IC等向电源端子21供给偏置控制电压或偏置控制电流。二极管D22的阳极与二极管D21的阴极连接。二极管D22的阴极与接地连接。另外，二极管D21、D22例如是进行了二极管连接的双极晶体管。但是，二极管D21、D22并不限于进行了二极管连接的双极晶体管，例如，也可以是PN结二极管。
偏置调整电路30根据可变电源电压Vcc对供给到晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias进行调整。具体而言，可变电源电压Vcc越低，偏置调整电路30越使偏置电流Ibias减少。偏置调整电路30具备：晶体管Q30(第三晶体管)和电阻元件R30。电源电压Vbat供给到晶体管Q30的集电极。晶体管Q30的基极与上述的偏置电路20中包含的晶体管Q20的基极相连接。电阻元件R30的一端与晶体管Q30的发射极连接。电阻元件R30的另一端通过端子50与可变电源电压Vcc连接。因此，与可变电源电压Vcc相应的电压供给到电阻元件R30的另一端。另外，对于电阻元件R30的另一端来说，即使不与端子50连接，只要被供给与可变电源电压Vcc相应的电压即可，例如，也可以通过低通滤波器电路等与晶体管Q1的集电极连接。
接下来，对功率放大电路10A的动作进行说明。随着可变电源电压Vcc下降，通过端子50而晶体管Q30的发射极的电压下降，并且晶体管Q30的基极-发射极间电压逐渐上升。而且，若晶体管Q30的基极-发射极间电压成为给定电压，则晶体管Q30导通(ON)，由此向晶体管Q30的基极流入电流I3b，从晶体管Q30的发射极流出电流I3e。由此，曾向晶体管Q20的基极流入的电流的一部分作为电流I3b而流入到晶体管Q30的基极。而且，若可变电源电压Vcc进一步下降，则向晶体管Q30的基极流入的电流I3b增加，因此向晶体管Q20的基极流入的电流相对减少。于是，从晶体管Q20的发射极流出且供给到晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias减少，因此晶体管Q1的增益减少。
图2是比较例的功率放大电路100的电路图。比较例的功率放大电路100在不具备偏置调整电路30这一点上与第一实施方式所涉及的功率放大电路10A不同。由于比较例的功率放大电路100不具备偏置调整电路30，因此供给到晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias没有根据可变电源电压Vcc进行调整。
图3是示出偏置电流Ibias的仿真结果的图。在图3中，横轴是可变电源电压Vcc(V)，纵轴是偏置电流Ibias(A)。在图3中，实线表示第一实施方式所涉及的功率放大电路10A的偏置电流Ibias的仿真结果，虚线表示比较例的功率放大电路100的偏置电流Ibias的仿真结果。
如图3所示可知，在比较例的功率放大电路100中，直到可变电源电压Vcc下降到大约0.4V为止，偏置电流Ibias的减少幅度较小。这可以认为原因如下，即，由于比较例的功率放大电路100不具备偏置调整电路30，因此随着可变电源电压Vcc的减少，偏置电流Ibias以大致固定的比例减少。另一方面，如图3所示可知，在第一实施方式所涉及的功率放大电路10A中，直到可变电源电压Vcc下降到大约1.5V为止，偏置电流Ibias的减少幅度较小，但是若可变电源电压Vcc变得小于大约1.5V，则偏置电流Ibias急剧减少。这可以认为原因如下，即，如上所述在可变电源电压Vcc为大约1.5V以下的情况下，电流I3b流入到偏置调整电路30的晶体管Q30的基极，因此从晶体管Q20的发射极流出的偏置电流Ibias减少。根据以上可以说，与比较例的功率放大电路100相比较，第一实施方式所涉及的功率放大电路10A中，若可变电源电压Vcc变小，则偏置电流Ibias更大地减少。
图4A是示出第一实施方式所涉及的功率放大电路10A中的输出功率与增益的关系的图，图4B是示出比较例的功率放大电路100中的输出功率与增益的关系的图。在图4A以及图4B中，横轴是输出功率Pout(dBm)，纵轴是增益(dB)。在图4A中，符号301、302、303、304、305、306、307示出将可变电源电压Vcc分别设为4.5V、3.5V、3.0V、2.0V、1.5V、1.0V、0.5V时的输出功率与增益的关系。此外，在图4B中，符号401、402、403、404、405、406、407示出将可变电源电压Vcc分别设为4.5V、3.5V、3.0V、2.0V、1.5V、1.0V、0.5V时的输出功率与增益的关系。
如图4A所示，关于功率放大电路10A，在输出功率为0dBm附近，可变电源电压Vcc为4.5V的情况下的增益301为大约31.4dB，可变电源电压Vcc为0.5V的情况下的增益307为大约21.9dB。因此，关于功率放大电路10A，在输出功率为0dBm附近，可变电源电压Vcc从4.5V变化到0.5V的情况下的增益的变化为大约9.5dB(31.4dB-21.9dB)。此外，如图4B所示，关于功率放大电路100，在输出功率为0dBm附近，可变电源电压Vcc为4.5V的情况下的增益401为大约31.4dB，可变电源电压Vcc为0.5V的情况下的增益407为大约27.7dB。因此，关于功率放大电路100，在输出功率为0dBm附近，可变电源电压Vcc从4.5V变化到0.5V的情况下的增益的变化为大约3.7dB(31.4dB-27.7dB)。根据以上可知，功率放大电路10A中的相对于可变电源电压Vcc的变化的增益的变化大于功率放大电路100中的相对于可变电源电压Vcc的变化的增益的变化。即，可以说，与功率放大电路100相比较，功率放大电路10A的增益分散扩展得更宽。
[第二实施方式]
图5是本发明的第二实施方式所涉及的功率放大电路10B的电路图。以下对功率放大电路10B中的与功率放大电路10A不同的部分进行说明，对于与功率放大电路10A相同的部分适当省略说明。
功率放大电路10B具备与功率放大电路10A具备的偏置调整电路30不同的偏置调整电路40。偏置调整电路40根据可变电源电压Vcc对供给到晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias进行调整。具体而言，可变电源电压Vcc越低，偏置调整电路40越使偏置电流Ibias减少。偏置调整电路40具备电阻元件R40。电阻元件R40的一端与偏置电路20中包含的晶体管Q20的基极连接，电阻元件R40的另一端通过端子50与可变电源电压Vcc连接。因此，与可变电源电压Vcc相应的电压供给到电阻元件R40的另一端。
接下来，对功率放大电路10B的动作进行说明。从电源端子21通过电阻元件R20向晶体管Q20的基极流入电流。此外，在可变电源电压Vcc足够大的情况下，也从可变电源电压Vcc通过端子50以及电阻元件R40向晶体管Q20的基极流入电流。而且，若随着可变电源电压Vcc下降，通过端子50而电阻元件R40的另一端的电压下降，则通过端子50以及电阻元件R40流入到晶体管Q20的基极的电流减少。不久，若可变电源电压Vcc下降到给定电压，则通过端子50以及电阻元件R40而流入到晶体管Q20的基极的电流变为零。若可变电源电压Vcc进一步下降，则曾从电源端子21通过电阻元件R20流入到晶体管Q20的基极的电流的一部分开始流向电阻元件R40。之后，随着可变电源电压Vcc下降，从晶体管Q20的基极向电阻元件R40侧抽出的电流增加。根据以上可知，随着可变电源电压Vcc下降，流入到晶体管Q20的基极的电流相对减少。因此，由于从晶体管Q20的发射极流出且输入到晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias减少，因而晶体管Q1的增益减少。
图6是示出偏置电流Ibias的仿真结果的图。在图6中，横轴是可变电源电压Vcc(V)，纵轴是偏置电流Ibias(A)。在图6中，实线表示第二实施方式所涉及的功率放大电路10B的偏置电流Ibias的仿真结果，虚线表示比较例的功率放大电路100的偏置电流Ibias的仿真结果。
如图6所示可知，在比较例的功率放大电路100中，直到可变电源电压Vcc下降到0.4V附近为止，偏置电流Ibias的减少幅度较小。这可以认为原因如下，即，由于比较例的功率放大电路100不具备偏置调整电路30，因此伴随可变电源电压Vcc的减少，偏置电流Ibias以大致固定的比例减少。另一方面，如图6所示可知，在第二实施方式所涉及的功率放大电路10B中，随着可变电源电压Vcc从大约4.5V下降到大约0.4V，偏置电流Ibias与比较例的功率放大电路100中的减少幅度相比更大地减少。这可以认为原因如下，即，如上所述随着可变电源电压Vcc下降，流入到电阻元件R40的电流I4增加，因此流入到晶体管Q20的基极的电流相对减少。根据以上可以说，与比较例的功率放大电路100相比较，第二实施方式所涉及的功率放大电路10B中，若可变电源电压Vcc变小，则偏置电流Ibias更大地减少。
以上，对本发明的例示性的实施方式进行了说明。另外，功率放大电路10A以及功率放大电路10B均可以应用于包括驱动级放大器和功率级放大器的二级结构的放大模块中的仅驱动级放大器、仅功率级放大器、或驱动级放大器和功率级放大器这双方。在应用于驱动级放大器和功率级放大器这双方的情况下，与仅应用于驱动级放大器或功率级放大器的情况相比，进一步提高增益分散的效果。此外，功率放大电路10A以及功率放大电路10B均可以应用于包括三级以上的放大器的放大模块中的至少一个放大器。
如第一实施方式所示的那样，功率放大电路10A具备：第一晶体管Q1，其具有被供给RF信号的基极和被供给与RF信号的电平相应的可变电源电压Vcc的集电极，将RF信号进行放大；偏置电路20，其具有向第一晶体管Q1的基极供给偏置电流Ibias的第二晶体管Q20；以及偏置调整电路30，可变电源电压Vcc越低，该偏置调整电路30越使供给到第二晶体管Q20的基极的电流减少，由此使供给到第一晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias减少。由此，若可变电源电压Vcc下降，则流入到第二晶体管Q20的基极的电流减少。于是，从第二晶体管Q20的发射极流出、且供给到第一晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias减少，因此第一晶体管Q1的增益减少。根据以上，功率放大电路10A的增益分散扩展。
此外，在功率放大电路10A中，偏置调整电路30具备第三晶体管Q30，该第三晶体管Q30具有与第二晶体管Q20的基极连接的基极、和被供给与可变电源电压Vcc相应的电压的发射极。由此，若可变电源电压Vcc下降到给定电压，则第三晶体管Q30导通，向第三晶体管Q30的基极流入电流I3b，从第三晶体管Q30的发射极流出电流I3e。而且，随着可变电源电压Vcc从该给定电压下降，第三晶体管Q30的发射极的电压下降，从第三晶体管Q30的发射极流出的电流I3e增加，因此流入到第三晶体管Q30的基极的电流I3b也增加。由此，曾向第二晶体管Q20的基极流入的电流的一部分流入到第三晶体管Q30的基极，因而从第二晶体管Q20的发射极流出、且供给到第一晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias减少。
此外，在功率放大电路10A中，偏置调整电路30还具备：电阻元件R30，其一端与第三晶体管Q30的发射极连接，并且在另一端被供给与可变电源电压Vcc相应的电压。由此，能够调整第三晶体管Q30导通的上述给定电压的值。
此外，如第二实施方式所示那样，功率放大电路10B中的偏置调整电路40具备：电阻元件R40，其一端与第二晶体管Q20的基极连接，并且在另一端被供给与可变电源电压Vcc相应的电压。由此，随着可变电源电压Vcc下降，电阻元件R40的另一端的电压下降。于是，流向电阻元件R40的电流I4增加。由此，曾流入到第二晶体管Q20的基极的电流的一部分流入到电阻元件R40侧，因而流入到第二晶体管Q20的基极的电流减少。于是，从第二晶体管Q20的发射极流出、且供给到第一晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias减少，因此第一晶体管Q1的增益减少。根据以上，功率放大电路10B的增益分散扩展。
以上说明的实施方式用于使本发明变得容易理解，并非用于对本发明进行限定解积。实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状以及尺寸等并不限定于例示的内容，能够适当进行变更。此外，能够将在不同的实施方式中示出的结构彼此进行部分置换或组合。

Claims (4)

1.一种功率放大电路，具备：
第一晶体管，其具有被供给RF信号的基极和被供给与所述RF信号的电平相应的可变电源电压的集电极，对所述RF信号进行放大；
偏置电路，其具有向所述第一晶体管的基极供给偏置电流的第二晶体管；以及
调整电路，所述可变电源电压越低，该调整电路越使供给到所述第二晶体管的基极的电流减少，由此使供给到所述第一晶体管的基极的所述偏置电流减少。
2.根据权利要求1所述的功率放大电路，其中，
所述调整电路具备：第三晶体管，其具有与所述第二晶体管的基极连接的基极和被供给与所述可变电源电压相应的电压的发射极。
3.根据权利要求2所述的功率放大电路，其中，
所述调整电路还具备：电阻元件，其一端与所述第三晶体管的发射极连接，并且另一端被供给与所述可变电源电压相应的电压。
4.根据权利要求1所述的功率放大电路，其中，
所述调整电路具备：电阻元件，其一端与所述第二晶体管的基极连接，并且另一端被供给与所述可变电源电压相应的电压。
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