CN112737528B - 功率放大模块及功率放大方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种功率放大模块及功率放大方法，能够充分地发挥具有以两个动作模式动作的功能的功率放大模块的两个动作模式的各个动作模式中的特性。放大晶体管以特性不同的两个动作模式动作。包括第一偏置供给晶体管的第一偏置电路将第一偏置供给晶体管的输出电流作为偏置电流供给到放大晶体管。包括第二偏置供给晶体管的第二偏置电路将第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分作为偏置电流供给到放大晶体管。通过向偏置控制端子输入的偏置控制信号，根据放大晶体管的动作模式，选择第一偏置电路及第二偏置电路中的至少一方使其动作。第二偏置电路包括将第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分向第二偏置电路返回的电流路径。

Description

功率放大模块及功率放大方法
技术领域
本发明涉及功率放大模块及功率放大方法。
背景技术
在便携终端等移动通信设备中，为了放大向基站发送的信号的功率而使用功率放大模块。在便携终端等中，为了增加可通信时间而要求降低功率消耗。为了实现功率消耗的降低，在便携终端等的功率放大模块中，有时采用包络跟踪方式(ET方式)。另外，在低功率动作时，为了提高输入振幅与输出振幅的关系(AM-AM)的线性度，有时采用平均功率跟踪方式(APT方式)。这样，一个放大电路有时具备以ET方式动作的模式和以APT方式动作的模式。
在下述的专利文献1中，公开了一种具备以ET方式动作的模式和以APT方式动作的模式的功率放大模块。该功率放大模块的偏置电路从偏置用的电源经由基极镇流电阻向放大晶体管的基极供给偏置电流。偏置电路具有根据功率放大模块的动作模式而使基极镇流电阻的电阻值不同的功能。
以APT方式动作的功率放大模块有时具备低输出模式和高输出模式作为动作模式。例如，根据输出信号电平，在低输出模式与高输出模式之间切换动作模式。在低输出模式和高输出模式中，偏置电路的基极镇流电阻的电阻值不同。
如上所述，在具备切换两个动作模式而动作的功能的以往的功率放大模块中，根据动作模式来切换偏置电路的基极镇流电阻的电阻值。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-192590号公报
发明内容
发明要解决的课题
当在两个动作模式的各个动作模式中针对功率放大模块的特性的要求变得严格时，仅是切换偏置电路的基极镇流电阻的电阻值则难以充分满足要求。本发明的目的在于，提供一种功率放大模块，该功率放大模块能够充分地发挥具有以至少两个动作模式动作的功能的功率放大模块的两个动作模式的各个动作模式中的特性。本发明的另一目的在于，提供一种使用了该功率放大模块的功率放大方法。
用于解决课题的手段
根据本发明的一个观点，提供一种功率放大模块，具有：
放大晶体管，其将输入信号放大并输出，以特性不同的至少两个动作模式动作；
第一偏置电路，其包括第一偏置供给晶体管，将所述第一偏置供给晶体管的输出电流作为偏置电流供给到所述放大晶体管；
第二偏置电路，其包括第二偏置供给晶体管，将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分作为偏置电流供给到所述放大晶体管；以及
偏置控制端子，其被输入根据所述放大晶体管的动作模式来选择所述第一偏置电路及所述第二偏置电路中的至少一方使其动作的偏置控制信号，
所述第二偏置电路包括将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分向所述第二偏置电路返回的电流路径。
根据本发明的另一个观点，提供一种功率放大方法，是使功率放大模块动作而进行功率放大的方法，
所述功率放大模块具有：
放大晶体管，其将输入信号放大并输出；
第一偏置电路，其包括第一偏置供给晶体管，将所述第一偏置供给晶体管的输出电流作为偏置电流供给到所述放大晶体管；以及
第二偏置电路，其包括第二偏置供给晶体管，将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分作为偏置电流供给到所述放大晶体管，
所述第二偏置电路包括将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分向所述第二偏置电路返回的电流路径，
在所述功率放大方法中，
在使所述放大晶体管以包络跟踪方式动作时，从所述第一偏置电路向所述放大晶体管供给偏置电流，
在使所述放大晶体管以平均功率跟踪方式动作时，从所述第二偏置电路向所述放大晶体管供给偏置电流。
根据本发明的又一个观点，提供一种功率放大方法，是使功率放大模块动作而进行功率放大的方法，
所述功率放大模块具有：
放大晶体管，其将输入信号放大并输出；
第一偏置电路，其包括第一偏置供给晶体管，将所述第一偏置供给晶体管的输出电流作为偏置电流供给到所述放大晶体管；以及
第二偏置电路，其包括第二偏置供给晶体管，将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分作为偏置电流供给到所述放大晶体管，
所述第二偏置电路包括将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分向所述第二偏置电路返回的电流路径，
在所述功率放大方法中，
根据从所述放大晶体管输出的信号电平，切换从所述第一偏置电路向所述放大晶体管供给偏置电流的状态、以及从所述第一偏置电路及所述第二偏置电路的两方向所述放大晶体管供给偏置电流的状态。
发明效果
由于第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分通过电流路径而返回到第二偏置电路，因此，能够利用返回的电流进行反馈控制。通过根据放大晶体管的动作模式，选择第一偏置电路和能够进行反馈控制的第二偏置电路中的至少一方使其动作，能够进一步优化各动作模式的特性。
附图说明
图1是在第一实施例的功率放大模块中使用的放大电路元件的等效电路图。
图2是第一实施例的功率放大模块的框图。
图3是使用了第一实施例的功率放大模块的发送模块的框图。
图4A是示出功率级放大电路(图1、图2)的增益与输出功率的关系的一例的曲线图，图4B是示出功率级放大电路(图1、图2)的调制精度(EVM)与输出功率的关系的一例的曲线图。
图5是在第一实施例的变形例的功率放大模块中使用的发射极跟随器型的第一偏置电路的等效电路图。
图6A、图6B、图6C是在第一实施例的另一变形例的功率放大模块中使用的反馈型的第二偏置电路的等效电路图。
图7A、图7B、图7C是在第一实施例的另一变形例的功率放大模块中使用的反馈型的第二偏置电路的等效电路图。
图8是第二实施例的功率放大模块的框图。
图9是使用了第三实施例的功率放大模块的发送模块的框图。
图10A是示出第三实施例的功率放大模块中的第一偏置电路与第二偏置电路的动作状态的时序图，图10B是示出比较例的功率放大模块中的第一偏置电路与第二偏置电路的动作状态的时序图。
附图标记说明：
10 功率级放大电路；
11 驱动级放大电路；
12 输入侧阻抗匹配电路；
13 级间阻抗匹配电路；
20 第一偏置电路；
30 第二偏置电路；
40 驱动级偏置电路；
45 放大电路元件；
50 功率放大模块；
51、52、53 偏置控制端子；
54 驱动级电源端子；
55 功率级电源端子；
56 信号输入端子；
57 信号输出端子；
60 输出侧阻抗匹配电路；
70 偏置控制电路；
71 动作模式通知端子；
81、82、83、84、85、86、87 外部端子；
90 基带部；
91 高频部；
92 前端部；
93 天线；
94 电源电路；
C1、C2 DC截止电容器；
C11、C21、C31 旁路电容器；
C22 电容器；
D12、D13 二极管；
L1、L2 电感器；
Q1、Q2 放大晶体管；
Q11 第一偏置供给晶体管；
Q21 第二偏置供给晶体管；
Q31 偏置供给晶体管；
Q12、Q13、Q22、Q23、Q24、Q32、Q33 晶体管；
R1、R2 基极镇流电阻；
R12 输出电阻；
R11、R21、R22、R31 电阻。
具体实施方式
[第一实施例]
参照图1至图4的附图，对第一实施例的功率放大模块进行说明。
图1是在第一实施例的功率放大模块中使用的放大电路元件45的等效电路图。放大电路元件45包括功率级放大电路10、驱动级放大电路11、功率级用的第一偏置电路20和第二偏置电路30、以及驱动级用的驱动级偏置电路40。放大电路元件45还包括输入侧阻抗匹配电路12、级间阻抗匹配电路13、多个外部端子81、82、83、84、85、86、87、以及接地用的多个外部端子。对于多个外部端子81、82、83、84、85、86、87、以及接地用的多个外部端子，例如使用Cu柱凸块。这多个构成要素例如形成在一片半导体芯片上。在图1中，未对接地用的外部端子标注参照标记。
从外部端子85输入高频输入信号RFin。高频输入信号RFin经由输入侧阻抗匹配电路12被输入到驱动级放大电路11。由驱动级放大电路11放大后的信号经由级间阻抗匹配电路13被输入到功率级放大电路10。从外部端子87输出由功率级放大电路10放大后的信号Pout。
功率级放大电路10包括放大晶体管Q1、DC截止电容器C1及基极镇流电阻R1。放大晶体管Q1包括相互并联连接的多个晶体管单元。DC截止电容器C1及基极镇流电阻R1按照每个晶体管单元而设置。放大晶体管Q1的发射极被接地。放大晶体管Q1的集电极与外部端子87连接。多个晶体管单元分别例如包括异质结双极晶体管(HBT)。
DC截止电容器C1与放大晶体管Q1的基极连接，由驱动级放大电路11放大后的高频信号经由DC截止电容器C1被输入到放大晶体管Q1的基极。从第一偏置电路20及第二偏置电路30经由基极镇流电阻R1向放大晶体管Q1的基极供给基极偏置电流。从外部端子87向放大晶体管Q1的集电极供给电源电压。
驱动级放大电路11包括放大晶体管Q2、DC截止电容器C2及基极镇流电阻R2，具有与功率级放大电路10同样的结构。从外部端子86向放大晶体管Q2的集电极供给电源电压Vcc2。
第一偏置电路20及第二偏置电路30经由基极镇流电阻R1向放大晶体管Q1的基极供给偏置电流。驱动级偏置电路40经由基极镇流电阻R2向放大晶体管Q2的基极供给偏置电流。
接着，对第一偏置电路20的电路结构进行说明。第一偏置电路20包括第一偏置供给晶体管Q11、晶体管Q12、Q13。作为一例，第一偏置供给晶体管Q11、晶体管Q12、Q13是异质结双极晶体管。
第一偏置供给晶体管Q11的集电极与外部端子84连接。通过向外部端子84施加偏置电源电压Vbat而向第一偏置供给晶体管Q11的集电极施加偏置电源电压Vbat。第一偏置供给晶体管Q11的发射极经由输出电阻R12而与基极镇流电阻R1连接。需要说明的是，也可以省略输出电阻R12。第一偏置供给晶体管Q11构成发射极跟随器电路，将全发射极电流作为偏置电流供给到放大晶体管Q1。在本说明书中，将如第一偏置电路20那样使全发射极电流作为偏置电流供给到放大晶体管Q1的电路称为“发射极跟随器型偏置电路”。
在晶体管Q12、Q13中，基极与集电极分别短路。基极与集电极短路的连接方式称为二极管连接，晶体管Q12、Q13作为二极管而动作。
在外部端子81与接地之间，依次串联地插入有电阻R11、晶体管Q12、Q13。向包括晶体管Q12、Q13的二极管施加正向电压。外部端子81与可变电流源连接。该可变电流源例如生成与功率级放大电路10的输出功率相应的电流量的偏置控制信号IB1并输出。由于晶体管Q12、Q13作为二极管而动作，因此，在晶体管Q12的集电极及基极产生规定电平的电压(例如2.6V左右)。
第一偏置供给晶体管Q11的基极与晶体管Q12的基极相互连接。另外，第一偏置供给晶体管Q11的基极及晶体管Q12的基极经由旁路电容器C11而接地。
接着，对第一偏置电路20的动作进行说明。
当从与外部端子81连接的可变电流源供给偏置控制信号IB1时，相当于在晶体管Q12、Q13的串联电路产生的电压降下的电压被施加到第一偏置供给晶体管Q11的基极。根据施加到第一偏置供给晶体管Q11的基极的电压，在第一偏置供给晶体管Q11流动发射极电流(输出电流)。该发射极电流经由输出电阻R12及基极镇流电阻R1作为偏置电流被供给到放大晶体管Q1的基极。
在不向外部端子81供给偏置控制信号IB1的状态下，第一偏置供给晶体管Q11成为截止。因此，不从第一偏置电路20向放大晶体管Q1的基极供给偏置电流。
接着，对第二偏置电路30的电路结构进行说明。第二偏置电路30包括第二偏置供给晶体管Q21、晶体管Q22、Q23。作为一例，第二偏置供给晶体管Q21、晶体管Q22、Q23是异质结双极晶体管。
第二偏置供给晶体管Q21的集电极与外部端子84连接，向第二偏置供给晶体管Q21的集电极施加偏置电源电压Vbat。第二偏置供给晶体管Q21的发射极与基极镇流电阻R1连接，并且，经由电阻R22而与晶体管Q23的基极连接。电阻R22作为将第二偏置供给晶体管Q21的发射极电流的一部分返回到第二偏置电路30的电流路径而发挥功能。在本说明书中，将如第二偏置电路30那样具备使第二偏置供给晶体管Q21的发射极电流的一部分返回到第二偏置电路30的电流路径的电路称为“反馈型偏置电路”。
晶体管Q22被二极管连接，作为二极管而动作。晶体管Q23的基极与集电极通过电容器C22而连接。在外部端子82与接地之间，依次串联地插入有电阻R21、晶体管Q22、Q23。晶体管Q22、Q23均以发射极成为接地侧的方向连接。
外部端子82与可变电流源连接，从外部端子82向电阻R21供给作为恒定的电流的偏置控制信号IB2。第二偏置供给晶体管Q21的基极与晶体管Q22的基极相互连接。另外，第二偏置供给晶体管Q21的基极及晶体管Q22的基极经由旁路电容器C21而接地。
接着，对第二偏置电路30的动作进行说明。
当从与外部端子82连接的可变电流源供给偏置控制信号IB2时，相当于在晶体管Q22、Q23的串联电路产生的电压降下的电压被施加到第二偏置供给晶体管Q21的基极。根据施加到第二偏置供给晶体管Q21的基极的电压，在第二偏置供给晶体管Q21流动发射极电流(输出电流)。该发射极电流的一部分经由基极镇流电阻R1作为偏置电流被供给到放大晶体管Q1的基极。
当放大晶体管Q1的输出功率增大时，从第二偏置供给晶体管Q21的发射极向放大晶体管Q1的基极供给的偏置电流增加，第二偏置供给晶体管Q21的发射极电压上升。此时，晶体管Q23的基极电压经由电阻R22也上升。由此，在晶体管Q23流动的电流增加，晶体管Q22的集电极电压下降。与此相伴，第二偏置供给晶体管Q21的基极电压下降，在第二偏置供给晶体管Q21流动的电流减少。
这样，第二偏置电路30进行负反馈控制，在该负反馈控制中，当放大晶体管Q1的输出功率增大而使第二偏置供给晶体管Q21的发射极电流增加时，经由电阻R22，使第二偏置供给晶体管Q21的发射极电流降低。因此，第二偏置供给晶体管Q21的发射极电流稳定。
在不向外部端子82供给偏置控制信号IB2的状态下，第二偏置供给晶体管Q21成为截止。因此，不从第二偏置电路30向放大晶体管Q1的基极供给偏置电流。
电容器C22将从功率级放大电路10流入的高频信号经由晶体管Q23交流地接地。由此，晶体管Q23的基极电流难以受到高频信号的影响。
接着，对驱动级偏置电路40的电路结构进行说明。驱动级偏置电路40包括偏置供给晶体管Q31、电阻R31、晶体管Q32、Q33、旁路电容器C31。基本的电路结构与第一偏置电路20的电路结构相同。
从与外部端子83连接的可变电流源向电阻R31供给偏置控制信号IB3。偏置供给晶体管Q31的发射极电流作为偏置电流被供给到驱动级放大电路11的放大晶体管Q2的基极。
图2是第一实施例的功率放大模块50的框图。第一实施例的功率放大模块50包括放大电路元件45(图1)、输出侧阻抗匹配电路60、电感器L1、L2。在图2中，省略放大电路元件45的一部分的构成要素的记载。放大电路元件45、输出侧阻抗匹配电路60、电感器L1、L2等安装于共同的模块基板。功率放大模块50具备设置于模块基板的偏置控制端子51、52、53、驱动级电源端子54、功率级电源端子55、信号输入端子56及信号输出端子57。
放大电路元件45的外部端子85与信号输入端子56连接。从信号输入端子56向放大电路元件45输入高频输入信号RFin。在放大电路元件45的外部端子83连接有偏置控制端子53。从偏置控制端子53向放大电路元件45的驱动级偏置电路40供给偏置控制信号IB3。放大电路元件45的外部端子86经由电感器L2而与驱动级电源端子54连接。经由电感器L2向驱动级放大电路11的放大晶体管Q2的集电极供给电源电压Vcc2。
放大电路元件45的外部端子81、82、83分别与偏置控制端子51、52、53连接。偏置控制端子51、52、53与外部的偏置控制电路70连接。偏置控制电路70具备动作模式通知端子71。偏置控制电路70基于向动作模式通知端子71赋予的动作模式通知信号MODE，选择偏置控制端子51、52中的至少一方。偏置控制电路70在选择偏置控制端子51时，向第一偏置电路20供给偏置控制信号IB1，在选择偏置控制端子52时，向第二偏置电路30供给偏置控制信号IB2。此外，偏置控制电路70经由偏置控制端子53及外部端子83向驱动级偏置电路40供给偏置控制信号IB3。
放大电路元件45的外部端子87经由电感器L1而与功率级电源端子55连接。经由电感器L1向功率级放大电路10的放大晶体管Q1的集电极供给电源电压Vreg。外部端子87还经由输出侧阻抗匹配电路60而与信号输出端子57连接。由功率级放大电路10放大后的高频信号作为高频输出信号RFout从信号输出端子57输出。
图3是使用了第一实施例的功率放大模块50的发送模块的框图。该发送模块具备基带部90、高频部91、功率放大模块50、前端部92、天线93、偏置控制电路70及电源电路94。
基带部90基于规定的调制方式对声音、数据等输入信号进行调制，输出调制信号。例如，基带部90对输入信号进行正交调制，作为调制信号而输出IQ信号(I信号和Q信号)。此外，基带部90将指令功率放大模块50的动作模式的动作模式通知信号MODE向偏置控制电路70及电源电路94输出。
例如，通过动作模式通知信号MODE，来通知第一动作模式和第二动作模式中的任一方，该第一动作模式是使功率放大模块50的功率级放大电路10(图1、图2)以包络跟踪方式(ET方式)动作的模式，该第二动作模式是使功率放大模块50的功率级放大电路10以平均功率跟踪方式(APT方式)动作的模式。基带部90例如在功率放大模块50的功率级放大电路10(图1、图2)的输出电平为规定电平以上的情况下，通知ET方式的第一动作模式，在功率放大模块50的输出电平小于规定电平的情况下，通知APT方式的第二动作模式。
高频部91根据从基带部90输入的IQ信号，生成用于进行无线发送的高频输入信号RFin并向功率放大模块50输出。功率放大模块50根据动作模式而放大高频输入信号RFin，将高频输出信号RFout向前端部92输出。在以ET方式的第一动作模式动作的情况下，功率级放大电路10(图1、图2)从发射极跟随器型的第一偏置电路20接受偏置电流的供给，在以APT方式的第二动作模式动作的情况下，从反馈型的第二偏置电路30接受偏置电流的供给。
电源电路94根据动作模式通知信号MODE，将ET方式用的第一电源电压及APT方式用的第二电源电压中的一方作为电源电压Vreg供给到功率放大模块50。向电源电路94供给电源电压Vcc1。
从基带部90向电源电路94供给用于控制电源电压Vreg的电压控制信号CTR1、CTR2。在使功率放大模块50以ET方式的第一动作模式动作的情况下，基带部90对调制信号的振幅电平进行检测，将与调制信号的振幅电平的变化相应的电压控制信号CTR1向电源电路94输出。在使功率放大模块50以APT方式的第二动作模式动作的情况下，基带部90对调制信号的平均功率进行检测，将与调制信号的平均功率相应的电压控制信号CTR2向电源电路94输出。
电源电路94在通过动作模式通知信号MODE而通知了ET方式的第一动作模式的情况下，基于电压控制信号CTR1，使电源电压Vreg追随于调制信号的振幅电平的变化而变化。在通过动作模式通知信号MODE通知了APT方式的第二动作模式的情况下，电源电路94基于电压控制信号CTR2，使电源电压Vreg根据调制信号的平均功率而变化。
偏置控制电路70在通过动作模式通知信号MODE通知了ET方式的第一动作模式的情况下，向第一偏置电路20(图1、图2)供给偏置控制信号IB1，不向第二偏置电路30(图1、图2)供给偏置控制信号IB2。在通过动作模式通知信号MODE通知了APT方式的第二动作模式的情况下，向第二偏置电路30(图1、图2)供给偏置控制信号IB2，不向第一偏置电路20(图1、图2)供给偏置控制信号IB1。
前端部92进行针对所输入的高频输出信号RFout的滤波处理。从前端部92输出的高频信号被从天线93发送。另外，前端部92进行由天线93接收到的高频接收信号与要发送的高频信号的收发切换。
接着，参照图4A及图4B，对第一实施例的优异效果进行说明。
图4A是示出功率级放大电路10(图1、图2)的增益与输出功率的关系的一例的曲线图。横轴以单位“dBm”表示输出功率，纵轴以单位“dB”表示增益。图4B是示出功率级放大电路10(图1、图2)的调制精度(EVM)与输出功率的关系的一例的曲线图。横轴以单位“dBm”表示输出功率，纵轴以单位“％”表示EVM。在图4A及图4B的曲线图中，实线示出以ET方式的第一动作模式动作的情况下的特性，虚线示出以APT方式的第二动作模式动作的情况下的特性。
当功率级放大电路10(图1、图2)以ET方式的第一动作模式动作时，第一偏置电路20(图1、图2)的偏置电流被设定为，增益在输出功率高的区域扩展。在增益扩展后的区域，增益在峰值点PP示出峰值。可以将从峰值点PP处的增益降低了规定量例如2dB的增益的点作为压缩点CP来进行放大电路的基本设计。这样，通过使用发射极跟随器型的第一偏置电路20(图1、图2)使增益扩展，容易决定峰值点PP的增益，其结果是，得到压缩点CP稳定这样的优异效果。
当使增益扩展时，输入信号的振幅与输出信号的振幅的关系(AM-AM)的线性度下降。其结果是，如图4B所示，EVM在输出功率高的区域劣化。在使功率级放大电路10以ET方式的第一动作模式动作的情况下，可以通过进行数字预失真(DPD)来补偿AM-AM的线性度的下降。通过进行DPD，能够抑制从基带部90(图3)到功率放大模块50的信号输出端子57(图2)为止的放大电路整体的AM-AM的线性度的下降。
当使功率级放大电路10以APT方式的第二动作模式动作时，如果使用发射极跟随器型的偏置电路使增益扩展，则AM-AM的线性度下降，其结果是，EVM发生劣化。通常，在使放大电路以APT方式动作的情况下不进行DPD，因此，显著地显现出增益扩展时的EVM的劣化。
在第一实施例中，当使功率级放大电路10以APT方式的第二动作模式动作时，使用反馈型的第二偏置电路30(图1、图2)。通过第二偏置电路30的负反馈控制来抑制在输出功率增大时由于自偏置而增加的第二偏置供给晶体管Q21的发射极电流。由此，如图4A所示，难以产生增益的扩展。其结果是，如图4B所示，能够抑制EVM的劣化。由于EVM的劣化被抑制，因此，能够实现满足第五代移动通信系统所要求的严格的EVM的功率放大模块。
接着，参照图5对第一实施例的变形例进行说明。在第一实施例的功率放大模块50中使用的ET用的第一偏置电路20不限于图1所示的电路结构。在以下说明的变形例中，第一偏置电路20的电路结构与第一实施例的功率放大模块50的第一偏置电路20的电路结构不同。能够将设计为从第一偏置供给晶体管Q11输出的发射极电流的全部作为偏置电流供给到功率级放大电路10而使增益扩展的偏置电路用作第一偏置电路20。
图5是在第一实施例的变形例的功率放大模块50中使用的发射极跟随器型的第一偏置电路20的等效电路图。在本变形例中，代替在第一实施例的功率放大模块50的第一偏置电路20(图1)中使用的晶体管Q12、Q13而使用二极管D12、D13。在本变形例中，相当于由串联连接的两个二极管D12、D13产生的电压降下的电压被施加到第一偏置供给晶体管Q11的基极。
在本变形例中，也能够通过偏置控制信号IB1，向第一偏置供给晶体管Q11的基极供给规定电平的基极电压。
接着，参照图6A至图7C的附图，对第一实施例的另一变形例进行说明。在第一实施例的功率放大模块50中使用的APT用的第二偏置电路30不限于图1所示的电路结构。在以下说明的变形例中，第二偏置电路30的电路结构与第一实施例的功率放大模块50的第二偏置电路30的电路结构不同。具备将从第二偏置供给晶体管Q21输出的发射极电流的一部分返回到第二偏置电路30的电流路径，能够将对第二偏置供给晶体管Q21的发射极电流进行负反馈控制的偏置电路用作第二偏置电路30。另外，作为第二偏置电路30，优选使用设计为不使增益扩展的偏置电路。
图6A至图7B的附图是在第一实施例的变形例的功率放大模块50中使用的反馈型的第二偏置电路30的等效电路图。以下，针对与第一实施例的功率放大模块50的第二偏置电路30的不同点进行说明。
在图6A所示的变形例中，将电容器C22插入到晶体管Q23的基极与接地之间。在该结构中，从功率级放大电路10流入的高频信号不经由晶体管Q23而交流地接地。
在图6B所示的变形例中，去除了晶体管Q22(图1)，将晶体管Q23的集电极与电阻R21直接连接。晶体管Q23的集电极与第二偏置供给晶体管Q21的基极连接。在该结构中，相当于晶体管Q23的电压降下的电压被施加到第二偏置供给晶体管Q21的基极。
在图6C所示的变形例中，与图6A所示的变形例同样地，电容器C22被插入到晶体管Q23的基极与接地之间。此外，与图6B所示的变形例同样地，去除了晶体管Q22(图1)。
在图7A所示的变形例中，第二偏置供给晶体管Q21的发射极经由电阻R22及晶体管Q24而接地。晶体管Q23被二极管连接，晶体管Q24的基极与晶体管Q23的基极连接。晶体管Q23与晶体管Q24构成电流镜。
在本变形例中，也与在第一实施例的功率放大模块50中使用的第二偏置电路30(图1)同样地，通过第二偏置电路30的负反馈控制，来抑制由输出功率增大时的自偏置引起的偏置电流的增加。其结果是，得到难以产生增益的扩展这样的优异效果。
在图7B所示的变形例中，变更了图7A所示的变形例的第二偏置电路30的电阻R22的插入部位。在本变形例中，插入在晶体管Q24的基极与晶体管Q23的基极之间。在本变形例中，也与图7A所示的变形例同样地，得到难以产生输出功率增加时的增益的扩展这样的优异效果。
在图7C所示的变形例中，第二偏置供给晶体管Q21的发射极经由二极管连接的晶体管Q24而接地。晶体管Q24的基极与晶体管Q23的基极连接，晶体管Q24与晶体管Q23构成电流镜。
在本变形例中，也与图7A所示的变形例同样地，得到难以产生输出功率增加时的增益的扩展这样的优异效果。
接着，对第一实施例的又一变形例进行说明。
在第一实施例中，对第一偏置电路20(图1)及第二偏置电路30(图1)使用了异质结双极晶体管，但也可以使用同质结双极晶体管、结型电场效应晶体管、MIS型电场效应晶体管、MES型电场效应晶体管等。
另外，在第一实施例中，将第一偏置电路20的外部端子81(图1)及第二偏置电路30的外部端子82(图1)分别与可变电流源连接，但也可以与可变电压源连接。
另外，在第一实施例中，能够使功率放大模块50的功率级放大电路10以两个动作模式动作，但也可以使其以三个以上的动作模式动作。另外，作为两个动作模式，采用了ET方式的第一动作模式和APT方式的第二动作模式，但也可以采用增益与输出电平的关系不同的至少两个动作模式。例如，作为一个动作模式，也可以采用固定电压方式、可变电压方式等动作模式等。
[第二实施例]
接着，参照图8对第二实施例的功率放大模块50进行说明。以下，针对与第一实施例的功率放大模块50(图1、图2)共同的结构省略说明。
图8是第二实施例的功率放大模块50的框图。在第一实施例(图2)中，在功率放大模块50的偏置控制端子51、52、53连接有偏置控制电路70。与此相对，在第二实施例中，偏置控制电路70被安装在与安装有放大电路元件45的模块基板相同的基板上，包含在功率放大模块50中。在该情况下，将放大电路元件45的外部端子81、82、83考虑为偏置控制端子即可。动作模式通知端子71包含在功率放大模块50的外部端子中。
接着，对第二实施例的优异效果进行说明。
在第二实施例中也得到与第一实施例同样的效果。即，在使功率级放大电路10(图1)以ET方式的第一动作模式动作的情况下，容易决定峰值点PP(图4A)的增益，其结果是，得到压缩点CP(图4A)稳定这样的优异效果。另外，在使功率级放大电路10(图1)以APT方式的第二动作模式动作时，能够抑制EVM的劣化。
[第三实施例]
接着，参照图9、图10A及图10B对第三实施例的功率放大模块进行说明。以下，针对与第一实施例的功率放大模块(图1、图2，图3)共同的结构省略说明。
在第一实施例中，功率级放大电路10(图1、图2)的两个动作模式包括ET方式的第一动作模式和APT方式的第二动作模式。与此相对，在第三实施例中，功率级放大电路10(图1、图2)的第一动作模式是高频输出信号的功率较低时的动作模式(以下称为低功率动作模式)，第二动作模式是高频输出信号的功率相对高时的动作模式(以下称为高功率动作模式)。在低功率动作模式和高功率动作模式中，功率级放大电路10的增益与输出电平的关系不同。高功率动作模式中的增益与输出电平的关系相较于低功率动作模式中的增益与输出电平的关系，将高增益维持至更高的输出电平。
图9是使用了第三实施例的功率放大模块50的发送模块的框图。在第一实施例中，从电源电路94(图3)向功率放大模块50的功率级放大电路10(图1)供给电源电压Vreg。电源电压Vreg根据功率级放大电路10(图1)的动作模式，在ET方式用的第一电源电压与APT方式用的第二电源电压之间切换。与此相对，在第三实施例中，向功率放大模块50的功率级放大电路10(图1)供给APT方式用的电源电压Vcc1。即，功率放大模块50的功率级放大电路10以APT方式动作。
基带部90根据高频输出信号RFout的信号电平(功率的大小)，将动作模式通知信号MODE向偏置控制电路70输出。例如，基带部90在高频输出信号RFout成为规定的电平以上的情况下，将高功率动作模式作为动作模式通知给偏置控制电路70，在高频输出信号RFout小于规定的电平的情况下，将低功率动作模式作为动作模式通知给偏置控制电路70。
偏置控制电路70根据通过动作模式通知信号MODE而通知的动作模式，向功率放大模块50供给偏置控制信号IB1、IB2中的至少一方。在本实施例中，当作为动作模式而通知了低功率动作模式时，偏置控制电路70供给偏置控制信号IB1，不供给偏置控制信号IB2。因此，第一偏置电路20(图1)动作，第二偏置电路30(图1)不动作。当作为动作模式而通知了高功率动作模式时，偏置控制电路70供给偏置控制信号IB1及IB2的两方。因此，第一偏置电路20(图1)及第二偏置电路30(图1)的两方动作。
接着，参照图10A及图10B对第三实施例的优异效果进行说明。
图10A是示出第三实施例的功率放大模块50中的第一偏置电路20(图1)和第二偏置电路30(图1)的动作状态的时序图。图10A示出从低功率动作模式LPM切换为高功率动作模式HPM，之后切换为低功率动作模式LPM的例子。
第一偏置电路20与动作模式无关而始终动作。第二偏置电路30仅在高功率动作模式HPM的期间动作。从偏置控制信号IB2的供给开始到第二偏置电路30的动作开始产生延迟时间Td。在该期间，仅从第一偏置电路20向功率级放大电路10供给偏置电流。
图10B是示出比较例的功率放大模块中的第一偏置电路20和第二偏置电路30的动作状态的时序图。在比较例中，偏置控制电路70(图9)在低功率动作模式LPM时，仅向第一偏置电路20供给偏置控制信号IB1，在高功率动作模式HPM时，仅向第二偏置电路30供给偏置控制信号IB2。
在将动作模式从低功率动作模式LPM切换为高功率动作模式HPM时，第一偏置电路20的动作几乎瞬时停止，但在第二偏置电路30的动作开始之前产生延迟时间Td。因此，产生第一偏置电路20及第二偏置电路30都未动作的时间带。同样地，在将动作模式从高功率动作模式HPM切换为低功率动作模式LPM时，也产生第一偏置电路20及第二偏置电路30都未动作的时间带。
在第一偏置电路20及第二偏置电路30都未动作的期间，功率放大模块50不进行放大，因此，不输出高频输出信号RFout。即，产生发送信号的瞬时中断。
与此相对，在第三实施例中，第一偏置电路20始终动作，因此，能够防止发送信号的瞬时中断。
尤其是在低温动作时，当使用反馈型的第二偏置电路30时，高频输入信号RFin的波形上升，功率级放大电路10(图1)开始放大时的反馈控制变得不稳定，EVM容易劣化。在第三实施例中，在低功率动作模式时使发射极跟随器型的第一偏置电路20动作，因此，能够抑制高频输入信号RFin的波形上升时的EVM的劣化。另外，在低功率动作模式时，几乎没有自偏置的影响，因此，不产生增益的扩展，能够维持AM-AM的高线性度。
当动作模式为高功率动作模式时，除了第一偏置电路20之外，反馈型的第二偏置电路30也动作，因此，能够抑制高频输出信号RFout的功率增大时的增益的扩展，维持AM-AM的高线性度。
在第一实施例中，能够省略第一偏置电路20(图1)的输出电阻R12。与此相对，在如第三实施例那样存在使第一偏置电路20与第二偏置电路30同时动作的期间的情况下，优选在第一偏置供给晶体管Q11与基极镇流电阻R1之间插入输出电阻R12。
接着，对第三实施例的变形例进行说明。
在第三实施例中，与动作模式无关地使发射极跟随器型的第一偏置电路20始终动作，但也可以在动作模式的切换时不产生瞬时中断这一条件下，在高功率动作模式时使第一偏置电路20的动作停止。例如，也可以在从自低功率动作模式向高功率动作模式切换的时间点起经过了比延迟时间Td(图10A、图10B)长的时间的时间点，使第一偏置电路20的动作停止。
上述的各实施例是例示，当然可以进行不同实施例所示的结构的局部置换或组合。对于多个实施例的同样的结构带来的同样的作用效果，不按每个实施例依次提及。此外，本发明不限于上述实施例。例如，本领域技术人员显然能够进行各种变更、改良、组合等。

Claims (9)

1.一种功率放大模块，具有：
放大晶体管，其将输入信号放大并输出，以特性不同的至少两个动作模式动作；
第一偏置电路，其包括第一偏置供给晶体管和接收第一偏置控制信号的第一偏置控制端子，将所述第一偏置供给晶体管的输出电流作为偏置电流供给到所述放大晶体管；以及
第二偏置电路，其包括第二偏置供给晶体管和接收第二偏置控制信号的第二偏置控制端子，将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分作为偏置电流供给到所述放大晶体管，
按照所述放大晶体管的动作模式根据所述第一偏置控制信号来选择所述第一偏置电路使其动作，
按照所述放大晶体管的动作模式根据所述第二偏置控制信号来选择所述第二偏置电路使其动作，
所述第二偏置电路包括将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分向所述第二偏置电路返回的电流路径。
2.根据权利要求1所述的功率放大模块，其中，
在所述至少两个动作模式中，增益与输出电平的关系不同。
3.根据权利要求1或2所述的功率放大模块，其中，
在流经所述电流路径的电流增大时，所述第二偏置电路使所述第二偏置供给晶体管的输出电流降低。
4.根据权利要求1或2所述的功率放大模块，其中，
在所述放大晶体管以作为所述至少两个动作模式之一的第一动作模式动作时，第一电源电压被供给到所述放大晶体管，在所述放大晶体管以与所述第一动作模式不同的第二动作模式动作时，与所述第一电源电压不同的第二电源电压被供给到所述放大晶体管，
所述功率放大模块还具有：
动作模式通知端子，其被通知所述放大晶体管的动作模式；以及
偏置控制电路，在向所述动作模式通知端子通知所述第一动作模式时，该偏置控制电路将所述第一偏置电路设为动作状态，在向所述动作模式通知端子通知所述第二动作模式时，该偏置控制电路将所述第二偏置电路设为动作状态。
5.根据权利要求4所述的功率放大模块，其中，
所述第一电源电压是使所述放大晶体管以包络跟踪方式动作的电源电压，所述第二电源电压是使所述放大晶体管以平均功率跟踪方式动作的电源电压。
6.根据权利要求1或2所述的功率放大模块，其中，
所述功率放大模块还具有：
动作模式通知端子，其被通知所述放大晶体管的动作模式；以及
偏置控制电路，在向所述动作模式通知端子通知作为所述至少两个动作模式之一的第一动作模式时，该偏置控制电路将所述第一偏置电路设为动作状态，在向所述动作模式通知端子通知与所述第一动作模式不同的第二动作模式时，该偏置控制电路将所述第一偏置电路及所述第二偏置电路的两方设为动作状态。
7.根据权利要求6所述的功率放大模块，其中，
所述第二动作模式中的增益与输出电平的关系相较于所述第一动作模式中的增益与输出电平的关系，将高增益维持至更高的输出电平。
8.一种功率放大方法，是使功率放大模块动作而进行功率放大的方法，
所述功率放大模块具有：
放大晶体管，其将输入信号放大并输出；
第一偏置电路，其包括第一偏置供给晶体管，将所述第一偏置供给晶体管的输出电流作为偏置电流供给到所述放大晶体管；以及
第二偏置电路，其包括第二偏置供给晶体管，将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分作为偏置电流供给到所述放大晶体管，
所述第二偏置电路包括将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分向所述第二偏置电路返回的电流路径，
在所述功率放大方法中，
在使所述放大晶体管以包络跟踪方式动作时，从所述第一偏置电路向所述放大晶体管供给偏置电流，
在使所述放大晶体管以平均功率跟踪方式动作时，从所述第二偏置电路向所述放大晶体管供给偏置电流。
9.一种功率放大方法，是使功率放大模块动作而进行功率放大的方法，
所述功率放大模块具有：
放大晶体管，其将输入信号放大并输出；
第一偏置电路，其包括第一偏置供给晶体管，将所述第一偏置供给晶体管的输出电流作为偏置电流供给到所述放大晶体管；以及
第二偏置电路，其包括第二偏置供给晶体管，将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分作为偏置电流供给到所述放大晶体管，
所述第二偏置电路包括将所述第二偏置供给晶体管的输出电流的一部分向所述第二偏置电路返回的电流路径，
在所述功率放大方法中，
根据从所述放大晶体管输出的信号电平，切换从所述第一偏置电路向所述放大晶体管供给偏置电流的状态以及从所述第一偏置电路及所述第二偏置电路的两方向所述放大晶体管供给偏置电流的状态。
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