CN113225023A - 功率放大电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制高频信号的失真的功率放大电路。包含功率放大器和调整电路，功率放大器包含：第1晶体管，第1端子与基准电位电连接，在第2端子被输入第1电流，并且被输入高频信号，第3端子经由第1电感器与第1电源电位电连接；电容器，一端与第1晶体管的第3端子电连接；以及第2晶体管，第1端子与电容器的另一端电连接，并且经由第2电感器与基准电位电连接，在第2端子被输入第2电流，并且与基准电位电连接，第3端子经由第3电感器与第1电源电位电连接，从第3端子输出高频输出信号，调整电路将与第1电源电位或第2电源电位相应的第3电流输出到第2晶体管的第2端子。

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
在专利文献1记载了如下的功率放大电路，即，第1晶体管的集电极与第2晶体管的发射极之间经由电容器连接，在第1晶体管的基极被输入高频输入信号，从第2晶体管的集电极输出高频输出信号。在专利文献1记载的功率放大电路能够在不提高电源电位的情况下使输出功率增大。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-85689号公报
专利文献2：日本特开2018-195954号公报
功率放大电路以低失真对高频信号进行放大为宜。因此，功率放大电路具有线性为宜，也就是说，增益(gain)恒定为宜。
此外，为了抑制消耗功率，对功率放大电路施加与高频信号的包络线(envelope)相应的电源电位的包络线跟踪(envelope tracking)电源电路逐渐被使用。功率放大电路的增益被设定为在高电源电位时(高频信号的振幅相对大时)成为最大效率。因此，即使电源电位变化，功率放大电路的增益也以设定增益变得恒定为宜。然而，功率放大电路有时具有如下的特性，即，低电源电位时(高频信号的振幅相对小时)的增益变得比上述设定增益大。因此，在高频信号的振幅相对小时和振幅相对大时的增益不同的情况下，作为功率放大器，变得不线性地进行动作。因而，为了在高电源电位时和低电源电位时的任一情况下使增益均相等，需要抑制低电源电位时的增益。
在专利文献2记载了如下的功率放大电路，即，从包络线跟踪电源电路供给可变电源电位，可变电源电位越低，使流到晶体管的基极的偏置电流越减少。在专利文献2记载的功率放大电路中，可变电源电位越低，晶体管的增益变得越低，因此能够改善增益分散(gain dispersion)特性。所谓增益分散，意味着相对于对晶体管供给的电源电位的变化的增益之差。因此，在专利文献2记载的功率放大电路能够抑制低电源电位时的增益的增加，能够使增益与高电源电位时相等。因而，在专利文献2记载的功率放大电路能够减小由瞬时的输出电平的变化造成的电源电压的变化所引起的增益的变化，能够使时间序列的放大进行线性动作，由此能够抑制高频信号的失真。
在专利文献1记载的、第1晶体管的集电极与第2晶体管的发射极之间经由电容器连接的类型的功率放大电路中，也抑制高频信号的失真为宜。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于，抑制高频信号的失真。
用于解决课题的技术方案
本发明的一个方面的功率放大电路包含：第1偏置电路，输出第1电流；第2偏置电路，输出第2电流；功率放大器；以及调整电路，功率放大器包含：第1晶体管，第1端子与基准电位电连接，在第2端子经由第1电阻被输入第1电流，并且经由第1DC截止电容器被输入高频信号，第3端子经由第1电感器与根据高频信号的包络线而变化的第1电源电位电连接；电容器，一端与第1晶体管的第3端子电连接；以及第2晶体管，第1端子与电容器的另一端电连接，并且经由第2电感器与基准电位电连接，在第2端子经由第2电阻被输入第2电流，并且经由第2DC截止电容器与基准电位电连接，第3端子经由第3电感器与第1电源电位电连接，从第3端子输出将高频信号放大了的高频输出信号，调整电路将与第1电源电位或根据包络线而变化的第2电源电位相应的第3电流经由第2电阻输出到第2晶体管的第2端子。
发明效果
根据本发明，能够抑制高频信号的失真。
附图说明
图1是示出包含第1实施方式的功率放大电路的发送电路的结构的图。
图2是示出第1实施方式的功率放大电路的电路结构的图。
图3是示出第1实施方式的功率放大电路的电路仿真结果的图。
图4是示出第1实施方式的功率放大电路的电路仿真结果的图。
图5是示出第1实施方式的功率放大电路的电路仿真结果的图。
图6是示出第1实施方式的功率放大电路的电路仿真结果的图。
图7是示出第1实施方式的功率放大电路的电路仿真结果的图。
图8是示出第1实施方式的功率放大电路的电路仿真结果的图。
图9是示出比较例的功率放大电路的电路结构的图。
图10是示出第2实施方式的功率放大电路的电路结构的图。
图11是示出第3实施方式的功率放大电路的电路结构的图。
图12是示出第4实施方式的功率放大电路的电路结构的图。
图13是示出第5实施方式的功率放大电路的电路结构的图。
附图标记说明
1：发送电路；
2：基带电路；
3：RF电路；
4：电源电路；
5：功率放大电路；
6：前端电路；
7：天线；
11、12：功率放大器；
13、14：偏置电路；
15：调整电路；
Cb0、Cb1、Cb2、C12、C21、C22、C23：电容器；
L_Drv、L1、L2、L3：电感器；
MN：匹配电路；
Rb1、Rb2、Rd_b、Rd_c、Rd_e、R21：电阻；
Q1、Q2、Qd、Q_Drv：晶体管。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的功率放大电路的实施方式进行详细说明。另外，本发明并不被该实施方式所限定。各实施方式是例示，能够进行在不同的实施方式中示出的结构的部分置换或组合，这是不言而喻的。在第2实施方式以后，省略关于与第1实施方式共同的事项的记述，仅对不同点进行说明。特别是，关于基于同样的结构的同样的作用效果，将不在每个实施方式中逐次提及。
<第1实施方式>
(整体结构)
图1是示出包含第1实施方式的功率放大电路的发送电路的结构的图。发送电路1例如在便携式电话装置等无线通信终端装置中用于向基站发送声音、数据等的各种信号。另外，无线通信终端装置还具备用于从基站接收信号的接收单元，但是在此省略说明。
如图1所示，发送电路1包含基带电路2、RF(radio frequency，射频)电路3、电源电路4、功率放大电路5、前端电路6、以及天线7。
基带电路2基于HSUPA(High Speed Uplink Packet Access，高速上行链路分组接入)、LTE(Long Term Evolution，长期演进)等调制方式对声音、数据等的输入信号SIN进行调制，并输出调制信号SIQ。调制信号SIQ是将振幅以及相位表示在IQ平面上的IQ信号(I信号以及Q信号)。
RF电路3基于从基带电路2输出的调制信号SIQ输出高频输入信号RFin。此外，RF电路3基于调制信号SIQ对调制信号SIQ的振幅电平进行检测。然后，RF电路3将控制信号SCTRL输出到电源电路4，控制信号SCTRL对电源电路4进行控制，使得供给到功率放大电路5的电源电位Vcc1以及Vcc2成为与高频输入信号RFin的振幅电平相应的电平。详细地，RF电路3将控制信号SCTRL输出到电源电路4，控制信号SCTRL对电源电路4进行控制，使得电源电位Vcc1以及Vcc2成为与高频输入信号RFin的包络线相应的电平。也就是说，RF电路3将用于进行包络线跟踪的控制信号SCTRL输出到电源电路4。
另外，在RF电路3中，也可以不进行从调制信号SIQ向高频输入信号RFin的直接转换，而是将调制信号SIQ变换为中频(IF：Intermediate Frequency)信号，并从IF信号生成高频输入信号RFin。
电源电路4是如下的包络线跟踪电源电路，即，生成与从RF电路3输出的控制信号SCTRL相应的电平，即，与高频输入信号RFin的包络线相应的电平的电源电位Vcc1以及Vcc2，并输出到功率放大电路5。电源电路4例如能够包含从输入电位生成与控制信号SCTRL相应的电平的电源电位Vcc1以及Vcc2的DC-DC转换器。
另外，电源电位Vcc1和电源电位Vcc2可以是相同的电位，也可以是不同的电位。电源电位Vcc1以及Vcc2各自只要是根据高频输入信号RFin的包络线而变化的电位即可。
电源电位Vcc2相当于本公开的“第1电源电位”。电源电位Vcc1相当于本公开的“第2电源电位”。
功率放大电路5将从RF电路3输出的高频输入信号RFin的功率放大至发送到基站所需的水平。然后，功率放大电路5将放大后的高频输出信号RFout输出到前端电路6。
前端电路6进行对高频输出信号Rfout的滤波、与从基站接收的接收信号的切换等。从前端电路6输出的高频输出信号RFout经由天线7发送到基站。
(功率放大电路的电路结构)
图2是示出第1实施方式的功率放大电路的电路结构的图。功率放大电路5例如在便携式电话装置等移动通信机中将无线频率的高频输入信号RFin放大并输出高频输出信号RFout。关于高频输入信号RFin以及高频输出信号RFout的频率，例如可例示几百MHz(兆赫)至几十GHz(千兆赫)程度，但是本公开并不限定于此。
功率放大电路5包含功率放大器11以及12、偏置电路13以及14、和调整电路15。此外，功率放大电路5包含电感器L_Drv、L1、L2以及L3、电容器Cb0、Cb1以及Cb2、电阻Rb1以及Rb2、和匹配电路MN。
功率放大器12相当于本公开的“功率放大器”。功率放大器11相当于本公开的“第2功率放大器”。偏置电路13相当于本公开的“第1偏置电路”。偏置电路14相当于本公开的“第2偏置电路”。电感器L1相当于本公开的“第1电感器”。电感器L2相当于本公开的“第2电感器”。电感器L3相当于本公开的“第3电感器”。电感器L_Drv相当于本公开的“第4电感器”。电阻Rb1相当于本公开的“第1电阻”。电阻Rb2相当于本公开的“第2电阻”。电容器Cb1相当于本公开的“第1DC截止电容器”。电容器Cb2相当于本公开的“第2DC截止电容器”。调整电路15相当于本公开的“调整电路”。
功率放大电路5可以由在一个基板上安装了多个部件(半导体集成电路等)的混合式IC(也可以称为模块)实现，但是本公开并不限定于此。
此外，设功率放大电路5包含功率放大器11以及功率放大器12这两级功率放大器，但是本公开并不限定于此。功率放大电路5也可以包含一级功率放大器或三级以上的功率放大器。例如，功率放大电路5也可以进一步包含插入在功率放大器11与功率放大器12之间的一个或多个功率放大器。此外，例如，功率放大电路5也可以只包含功率放大器12而不包含功率放大器11。
功率放大器11也可以称为初级或驱动级。功率放大器12也可以称为最终级或功率级。
着眼于功率放大器11，功率放大器11包含晶体管Q_Drv。晶体管Q_Drv相当于本公开的“第4晶体管”。
在本公开中，晶体管设为双极晶体管，但是本公开并不限定于此。关于双极晶体管，可例示异质结双极晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor：HBT)，但是本公开并不限定于此。晶体管例如也可以是场效应晶体管(Field Effect Transistor：FET)。晶体管也可以是将多个单位晶体管(也称为“指”)电并联连接的多指晶体管。所谓单位晶体管，是指构成晶体管的最小限度的结构。
各晶体管的发射极或源极相当于本公开的“第1端子”。各晶体管的基极或栅极相当于本公开的“第2端子”。各晶体管的集电极或漏极相当于本公开的“第3端子”。
晶体管Q_Drv的发射极与基准电位电连接。关于基准电位，可例示接地电位，但是本公开并不限定于此。
晶体管Q_Drv的集电极与电感器L_Drv的一端电连接。电感器L_Drv的另一端与电源电位Vcc1电连接。电感器L_Drv是如下的扼流电感器，即，使直流通过，切断交流，抑制高频输入信号RFin向电源电路4(参照图1)的耦合。电感器L_Drv将电源电位Vcc1的电力供给到晶体管Q_Drv的集电极。在晶体管Q_Drv的集电极，经由电感器L_Drv从电源电位Vcc1流过集电极电流。
设电感器L_Drv对高频输入信号RFin的频带具有充分高的阻抗。也就是说，设在考虑高频输入信号RFin的频带时，电感器L_Drv的阻抗能够忽略。
在晶体管Q_Drv的基极被输入高频输入信号RFin。晶体管Q_Drv从集电极输出对高频输入信号RFin进行了功率放大的高频信号RFm1。
着眼于功率放大器12，功率放大器12包含晶体管Q1以及Q2和电容器C12。
晶体管Q1相当于本公开的“第1晶体管”。晶体管Q2相当于本公开的“第2晶体管”。电容器C12相当于本公开的“电容器”。
晶体管Q1的尺寸(“指”数)和晶体管Q2的尺寸可以相同，也可以不同。
电容器C12电连接在晶体管Q1的集电极与晶体管Q2的发射极之间。电容器C12是切断直流(DC)并使交流(AC)通过的DC截止电容器。也就是说，电容器C12关于直流将晶体管Q1与晶体管Q2之间分离(切断)，关于交流使晶体管Q1与晶体管Q2之间耦合(连接)。
晶体管Q1将高频信号RFm1放大并将放大后的高频信号RFm2输出到电容器C12。电容器C12使高频信号RFm2通过。晶体管Q2将通过了电容器C12的高频信号RFm2放大并输出放大后的高频输出信号RFout。
着眼于晶体管Q1，晶体管Q1的发射极与基准电位电连接。晶体管Q1的基极经由电容器Cb0、匹配电路MN、以及电容器Cb1与晶体管Q_Drv的集电极电连接。在晶体管Q1的基极，经由电容器Cb0、匹配电路MN、以及电容器Cb1被输入高频信号RFm1。
此外，晶体管Q1的基极与电阻Rb1的一端电连接。电阻Rb1的另一端与偏置电路13电连接。在电阻Rb1的另一端，从偏置电路13被输入偏置电流Ib1。
偏置电流Ib1相当于本公开的“第1电流”。
着眼于偏置电路13，偏置电路13包含电阻13a、晶体管13b、13c以及13e、和电容器13d。
在电阻13a的一端被输入恒定的偏置电流Ibias1。电阻13a的另一端与晶体管13b的集电极以及基极电连接。
晶体管13b的集电极和基极电连接。也就是说，晶体管13b进行二极管连接。晶体管13b的发射极与晶体管13c的集电极以及基极电连接。
晶体管13c的集电极和基极电连接。也就是说，晶体管13c进行二极管连接。晶体管13c的发射极与基准电位电连接。
电容器13d的一端与晶体管13b的集电极以及基极电连接。电容器13d的另一端与基准电位电连接。电容器13d使晶体管13b以及13c的电压稳定，也就是说，使两个二极管份的电压稳定。
晶体管13e的集电极与恒定的电源电位Vbat电连接。晶体管13e的基极与电容器13d的一端电连接。在晶体管13e的基极被输入恒定的偏置电流。晶体管13e的发射极与电阻Rb1的另一端电连接。电阻Rb1的一端与晶体管Q1的基极电连接。也就是说，晶体管13e进行发射极跟随连接。晶体管13e经由电阻Rb1将恒定的偏置电流Ib1输出到晶体管Q1的基极。
再次着眼于晶体管Q1，晶体管Q1的集电极与电感器L1的一端电连接。电感器L1的另一端与电源电位Vcc2电连接。电感器L1是如下的扼流电感器，即，使直流通过，切断交流，抑制高频信号RFm1向电源电路4(参照图1)的耦合。电感器L1将电源电位Vcc2的电力供给到晶体管Q1的集电极。在晶体管Q1的集电极，经由电感器L1从电源电位Vcc2流过集电极电流。
设电感器L1对高频信号RFm1的频带具有充分高的阻抗。也就是说，设在考虑高频信号RFm1的频带时，电感器L1的阻抗能够忽略。
晶体管Q1的集电极与电容器C12的一端电连接。
关于晶体管Q1进行总结为，在晶体管Q1的集电极经由电感器L1被供给电源电位Vcc2，晶体管Q1的发射极被接地。此外，在晶体管Q1的基极从偏置电路13被供给偏置电流Ib1，并且被输入高频信号RFm1。由此，晶体管Q1将高频信号RFm1放大，并将放大后的高频信号RFm2经由电容器C12输出到晶体管Q2。
着眼于晶体管Q2，晶体管Q2的发射极与电容器C12的另一端电连接。
此外，晶体管Q2的发射极与电感器L2的一端电连接。电感器L2的另一端与基准电位电连接。电感器L2是使直流通过并切断交流的扼流电感器。
晶体管Q2的基极与电容器Cb2的一端电连接。电容器Cb2的另一端与基准电位电连接。电容器Cb2切断直流并使交流通过。
此外，晶体管Q2的基极与电阻Rb2的一端电连接。电阻Rb2的另一端与偏置电路14以及调整电路15电连接。在电阻Rb2的另一端，从偏置电路14以及调整电路15被输入偏置电流Ib2。
着眼于偏置电路14，偏置电路14包含电阻14a、晶体管14b、14c以及14e、和电容器14d。
偏置电路14内的电阻14a、晶体管14b、14c以及14e、和电容器14d的连接关系与偏置电路13内的电阻13a、晶体管13b、13c以及13e、和电容器13d的连接关系相同，因此省略说明。
在电阻14a的一端被输入恒定的偏置电流Ibias2。晶体管14e的发射极与电阻Rb2的另一端电连接。电阻Rb2的一端与晶体管Q2的基极电连接。也就是说，晶体管14e进行发射极跟随连接。晶体管14e将作为发射极电流的电流Ief_pwr输出到电阻Rb2的另一端。
电流Ief_pwr相当于本公开的“第2电流”。
着眼于调整电路15，调整电路15包含晶体管Qd和电阻Rd_b、Rd_c以及Rd_e。电阻Rd_b、Rd_c以及Rd_e可以是布线电阻。
电阻Rd_b相当于本公开的“第3电阻”。电阻Rd_c相当于本公开的“第4电阻”。
晶体管Qd是其发射极和基极形成异质结的异质结双极晶体管，发射极的带隙比基极的带隙大。
电阻Rd_b的一端与晶体管14e的基极以及电容器14d的一端电连接。电阻Rd_b的另一端与晶体管Qd的基极电连接。
电阻Rd_c的一端电连接于电感器L_Drv的一端和晶体管Q_Drv的集电极的连接点11a。也就是说，在电阻Rd_c的一端被输入作为包络线跟踪电源电位的电源电位Vcc1。电阻Rd_c的另一端与晶体管Qd的集电极电连接。
电阻Rd_e的一端与晶体管Qd的发射极电连接。电阻Rd_e的另一端与电阻Rb2的另一端电连接。另外，也可以没有电阻Rd_e。也就是说，晶体管Qd的发射极也可以与电阻Rb2的另一端电连接。
电阻Rd_b的一端的电位是电容器14d的电位(恒定电位)。电阻Rd_c的一端的电位是作为包络线跟踪电源电位的电源电位Vcc1。因此，晶体管Qd的动作根据电源电位Vcc1而变化。
偏置电流Ib2是作为晶体管14e的发射极电流的电流Ief_pwr与作为晶体管Qd的发射极电流的电流Id_e之和。也就是说，Ib2＝Ief_pwr+Id_e。因此，电流Ief_pwr以及电流Id_e各自对晶体管Q2的偏置点的调整做出贡献。另外，电流Id_e是作为晶体管Q2的基极电流的电流Id_b与作为晶体管Q2的集电极电流的电流Id_c之和。也就是说，Id_e＝Id_b+Id_c。
电流Id_e相当于本公开的“第3电流”。
调整电路15通过将与电源电位Vcc1相应的电流Id_e经由电阻Rd_e以及Rb2输出到晶体管Q2的基极，从而对偏置电流Ib2进行调整。关于调整电路15的动作，将在后面详细地进行说明。
再次着眼于晶体管Q2，晶体管Q2的集电极与电感器L3的一端电连接。电感器L3的另一端与电源电位Vcc2电连接。电感器L3是如下的扼流电感器，即，使直流通过，切断交流，并抑制高频信号RFm2向电源电路4(参照图1)的耦合。电感器L3将电源电位Vcc2的电力供给到晶体管Q2的集电极。在晶体管Q2的集电极，经由电感器L3从电源电位Vcc2流过集电极电流Icc2。
设电感器L3对高频信号RFm2的频带具有充分高的阻抗。也就是说，设在考虑高频信号RFm2的频带时，电感器L3的阻抗能够忽略。
关于晶体管Q2进行总结为，在晶体管Q2的集电极通过电感器L3被供给电源电位Vcc2，晶体管Q2的发射极经由电感器L2被接地。此外，在晶体管Q2的发射极，经由电容器C12从晶体管Q1被输入高频信号RFm2。此外，在晶体管Q2的基极从偏置电路14以及调整电路15被供给偏置电流Ib2。由此，晶体管Q2将高频信号RFm2放大，并将放大后的高频输出信号RFout输出到后级的电路(图1的前端电路6)。
(功率级的功率放大器的动作)
对功率级的功率放大器12的动作进行说明。另外，在此为了容易理解，将电源电位Vcc2设为3伏(以后，有时标记为“DC3V”)而进行说明，但是本公开并不限定于此。实际上，电源电位Vcc2根据高频输入信号RFin的包络线而变化。
电容器C12的一端与晶体管Q1的集电极电连接，另一端与晶体管Q2的发射极电连接。电容器C12关于直流将晶体管Q1与晶体管Q2之间分离，关于交流使晶体管Q1与晶体管Q2之间耦合。
电感器L2的一端与晶体管Q2的发射极电连接，另一端被接地。关于高频，电感器L2的阻抗高，因此对高频信号的放大不造成影响。即，电感器L2关于直流将晶体管Q2的发射极接地。
着眼于晶体管Q1。晶体管Q1的发射极被接地，在集电极经由电感器L1被供给电源电位Vcc2(在此为DC3V)。因此，高频信号RFm2的振幅成为交流的±3V(以后，有时标记为AC±3V)。也就是说，晶体管Q1的集电极电位在3V±3V，即，0V至+6V的范围变动。
着眼于晶体管Q2。晶体管Q2的发射极关于直流被接地，因此成为DCOV，关于交流，与晶体管Q1的集电极耦合(连接)，因此成为AC±3V。因此，晶体管Q2的发射极电位在0V±3V，即，-3V至+3V的范围变动。
晶体管Q2的集电极关于直流被供给电源电位Vcc2，因此成为DC3V，关于交流，与晶体管Q2的发射极的变动范围一致地成为AC±6V。因此，高频输出信号RFout的振幅成为AC±6V。也就是说，晶体管Q2的集电极电位在3V±6V，即，-3V至+9V的范围变动。
即，晶体管Q2的集电极的信号振幅为12V(-3V至+9V)，成为作为晶体管Q1的集电极的信号振幅的6V(0V至+6V)的2倍。
像这样，功率放大器12是晶体管Q1和晶体管Q2经由电容器C12连接的共发共基放大器(cascode)结构。由此，与单个结构的功率放大器的输出信号的振幅(例如，0V至+6的6V)相比，功率放大器12能够使高频输出信号RFout的振幅(例如，-3V至+9V的12V)为大约2倍。即，功率放大器12能够在不通过升压电路来提高电源电位的情况下使高频输出信号RFout的振幅增大。
在此，若将信号的输出功率设为P，将集电极电压设为V，将负载阻抗设为R，则P＝V2/R的关系成立。在将负载阻抗R设为恒定的情况下，若集电极电压V成为2倍，则输出功率P成为4倍。因此，与单个结构的功率放大器相比，功率放大器12在不提高电源电位的情况下使高频输出信号RFout的振幅增大，由此能够使输出功率P增大。
另外，在将输出功率P设为恒定的情况下，若集电极电压V成为2倍，则负载阻抗R成为4倍。一般来说，若负载阻抗R变高，则在晶体管Q2的后级的匹配电路(未图示)中作为与负载电路(图1的前端电路6)的阻抗匹配时的变换比率的阻抗变换比率下降。由此，可降低匹配电路中的通过损耗以及反射损耗，功率附加效率(Power Added Efficiency：PAE)得到改善。因此，在本实施方式中，也由于高频输出信号RFout的振幅增大，从而负载阻抗R变高，因此匹配电路中的阻抗变换比率下降。由此，与单个结构的功率放大器相比，功率放大器12抑制匹配电路中的高频输出信号RFout的损耗，使功率附加效率提高。像这样，功率放大器12还能够使功率附加效率提高。
(调整电路的动作)
参照图3至图8，对调整电路15的动作进行说明。图3至图8是示出第1实施方式的功率放大电路的电路仿真结果的图。
详细地，图3是示出表示电源电位Vcc1和作为晶体管Qd的集电极-发射极间电压的电压Vdce的关系的波形31的图。图3的横轴示出电源电位Vcc1，图3的纵轴示出电压Vdce。
图4是示出电源电位Vcc1和偏置电流Ib2以及电流Ief_pwr的关系的图。图4的横轴示出电源电位Vcc1，图4的纵轴示出偏置电流Ib2以及电流Ief_pwr。波形41是表示电源电位Vcc1和电流Ief_pwr的关系的波形。波形42是表示电源电位Vcc1和偏置电流Ib2的关系的波形。波形43是表示后述的比较例的功率放大电路100中的电源电位Vcc1和偏置电流Ib2的关系的波形。
图5是示出电源电位Vcc1和晶体管Q2的集电极电流Icc2的关系的图。图5的横轴示出电源电位Vcc1，图5的纵轴示出集电极电流Icc2。波形51是表示电源电位Vcc1和集电极电流Icc2的关系的波形。波形52是表示后述的比较例的功率放大电路100中的电源电位Vcc1和集电极电流Icc2的关系的波形。
图6是示出表示电源电位Vcc1和电流Id_c的关系的波形61的图。图6的横轴示出电源电位Vcc1，图6的纵轴示出电流Id_c。
图7是示出表示电源电位Vcc1和电流Id_b的关系的波形71的图。图7的横轴示出电源电位Vcc1，图7的纵轴示出电流Id_b。
图8是示出表示电源电位Vcc1和电流Id_e的关系的波形81的图。图8的横轴示出电源电位Vcc1，图8的纵轴示出电流Id_e。
另外，图3至图8示出将电源电位Vcc1变化的范围设定为0V至5V而进行了电路仿真的结果。但是，本公开并不限定于此。电源电位Vcc1实际变化的范围不一定限于该仿真范围。
在本公开中，将电源电位Vcc1的下限电位称为第1电位。将电源电位Vcc1的上限电位称为第2电位。关于第1电位，可例示1.0V左右，但是本公开并不限定于此。关于第2电位，可例示4.5V左右，但是本公开并不限定于此。
晶体管Qd是异质结双极晶体管。因此，电源电位Vcc1以比第1电位高且比第2电位低的第3电位(阈值电位)为界，晶体管Qd示出不同的举动。关于第3电位，可例示3V左右，但是本公开并不限定于此。
若电源电位Vcc1为比第3电位高且第2电位以下的范围，则晶体管Qd作为发射极跟随电路而进行动作。另一方面，若电源电位Vcc1为第1电位以上且第3电位以下的范围，则晶体管Qd作为两个PN结二极管(基极-集电极间的PN结、以及基极-发射极间的PN结)而进行动作。
在本公开中，将从偏置电路14经由电阻Rb2向晶体管Q2的基极流过电流的路径称为第1电流路径。晶体管14e的发射极经由第1电流路径与晶体管Q2的基极电连接。晶体管Qd的发射极经由电阻Rd_e与第1电流路径电连接。
此外，将从偏置电路14经由电阻Rd_b、晶体管Qd的基极-集电极间的PN结、以及电阻Rd_c向连接点11a流过电流的路径称为第2电流路径。晶体管14e的基极经由电阻Rd_b与第2电流路径连接。
此外，将从连接点11a经由电阻Rd_c、晶体管Qd的集电极-发射极间、电阻Rd_e、以及电阻Rb2向晶体管Q2的基极流过电流的路径称为第3电流路径。
[晶体管作为发射极跟随电路进行动作的情况]
对晶体管Qd作为发射极跟随电路进行动作的情况进行说明。在该情况下，从偏置电路14经由第1电流路径向晶体管Q2的基极流过电流Ief_pwr。与此同时，从连接点11a经由第3电流路径向晶体管Q2的基极流过电流Id_e。此时，电流Id_b少至能够忽略的程度(参照图7的波形71)，因此电流Id_e变得与电流Id_c相等。也就是说，Id_e≈Id_c。
[晶体管作为两个PN结二极管进行动作的情况]
对晶体管Qd作为两个PN结二极管进行动作的情况进行说明。在该情况下，从偏置电路14经由第2电流路径向连接点11a流过电流。这是因为，晶体管Qd的基极-集电极间的PN结的导通电压比基极-发射极间的PN结的导通电压低，因此优先在晶体管Qd的基极-集电极间流过电流。此时，电流Id_c流过的方向是与图2所示的方向相反的方向。
电源电位Vcc1越低，调整电路15在从偏置电路14经由第2电流路径流到连接点11a的方向(反方向)上使电流Id_c越增大。换言之，电源电位Vcc1越低，调整电路15在从连接点11a朝向晶体管Qd的集电极的方向(正方向)上使电流Id_c越减少(参照图6的波形61)。也就是说，电源电位Vcc1越低，调整电路15越使电流Id_e减少(参照图8的波形81)。尽管电流Ief_pwr几乎不变(参照图4的波形41)，但是电流Id_e减少，因此偏置电流Ib2也减少(参照图4的波形42)。另外，通过将电阻Rd_c的电阻值设定为合适的值，从而能够调整为偏置电流Ib2不会过于下降。
因此，晶体管Q2的集电极电流Icc2也减少(参照图5的波形51)。由此，在电源电位Vcc1处于第1电位以上且第3电位以下的范围的情况下，调整电路15能够使晶体管Q2的增益下降。例如，调整电路15能够使电源电位Vcc1为作为下限电位的第1电位的情况下的晶体管Q2的增益比在晶体管Q2的最高输出时效率变得最大时的增益下降。
由此，调整电路15能够改善功率放大器12的增益分散特性。
[与比较例的对比]
图9是示出比较例的功率放大电路的电路结构的图。比较例的功率放大电路100与第1实施方式的功率放大电路5相比较，不同点在于不具备调整电路15，其它方面相同。
对图4的波形42(第1实施方式的功率放大电路5)和波形43(比较例的功率放大电路100)进行比较。通过调整电路15的作用，若电源电位Vcc1为第1电位的附近，则功率放大电路5的偏置电流Ib2比功率放大电路100的偏置电流Ib2减少。此外，若电源电位Vcc1为第2电位的附近，则功率放大电路5的偏置电流Ib2接近功率放大电路100的偏置电流Ib2。
因此，可知调整电路15能够使偏置电流Ib2减少至足以改善增益分散的特性的程度。
(总结)
像以上说明的那样，在电源电位Vcc1处于第1电位以上且第3电位以下的范围的情况下，晶体管Qd作为两个PN结二极管进行动作。特别是，在用作晶体管Qd的异质结双极晶体管中，基极-集电极间的PN结的导通电压和基极-发射极间的PN结的导通电压不同。通过利用该特性，从而在晶体管Qd作为两个PN结二极管进行动作的情况下，调整电路15能够从偏置电路14经由第2电流路径在朝向连接点11a的方向(反方向)上流过电流Id_c。而且，在调整电路15中，从偏置电路14经由第2电流路径而朝向连接点11a的方向(反方向)上的电流Id_c越增大，越能够使从调整电路15流到晶体管Q2的基极的电流Id_e减少。
由此，在电源电位Vcc1处于第1电位以上且第3电位以下的范围的情况下，调整电路15能够使流到晶体管Q2的基极的偏置电流Ib2减少，能够抑制晶体管Q2的增益。也就是说，功率放大电路5能够改善增益分散的特性。因此，功率放大电路5能够抑制高频输出信号RFout的失真。
(变形例)
另外，在第1实施方式中示出了调整电路15与偏置电路14以及晶体管Q2电连接的例子。也就是说，示出了调整电路15对输入到晶体管Q2的基极的偏置电流Ib2进行调整而抑制晶体管Q2的增益的例子。但是，调整电路15也可以与偏置电路13以及晶体管Q1电连接。也就是说，调整电路15也可以对输入到晶体管Q1的基极的偏置电流Ib1进行调整而抑制晶体管Q1的增益。
但是，更优选像第1实施方式那样调整电路15与偏置电路14以及晶体管Q2电连接。其理由如下。
所谓电源电位Vcc1的电位变低并抑制功率放大器12的增益的情况，是高频输入信号RFin的振幅小的情况。而且，在高频输入信号RFin的振幅小的情况下，若抑制晶体管Q1的增益，则高频信号RFm2的信号分量的振幅被抑制，因此高频信号RFm2的S/N(信号/噪声)比下降。晶体管Q2对S/N比下降了的高频信号RFm2进行放大，因此高频输出信号RFout的S/N比下降。
另一方面，在第1实施方式中，即使在高频输入信号RFin的振幅小的情况下，晶体管Q1的增益也不被抑制，因此高频信号RFm2的信号分量的振幅不被抑制。也就是说，可抑制高频信号RFm2的S/N比的下降。因此，晶体管Q2对抑制了S/N比的下降的高频信号RFm2进行放大，因而可抑制高频输出信号RFout的S/N比的下降。
因此，像第1实施方式那样调整电路15与偏置电路14以及晶体管Q2电连接更能够抑制高频输出信号RFout的S/N比的下降，因此更优选。
<第2实施方式>
图10是示出第2实施方式的功率放大电路的电路结构的图。第2实施方式的功率放大电路5A与第1实施方式的功率放大电路5相比较，不同点在于，电阻Rd_c的一端与电感器L1的一端电连接，其它方面相同。
在电阻Rd_c的一端，被输入作为包络线跟踪电源电位的电源电位Vcc2。因此，调整电路15的动作与第1实施方式相同。调整电路15通过将与电源电位Vcc2相应的电流Id_e经由电阻Rd_e以及Rb2输出到晶体管Q2的基极，从而对偏置电流Ib2进行调整。也就是说，功率放大电路5A发挥与功率放大电路5同样的效果。
此外，功率放大电路5A能够提高设计的自由度。也就是说，即使在电源电位Vcc1不是与高频输入信号RFin的包络线相应的电位的情况下，功率放大电路5A也能够抑制高频输出信号RFout的失真。例如，即使在电源电位Vcc1保持为恒定电位的情况下，功率放大电路5A也能够抑制高频输出信号RFout的失真。
(变形例)
另外，在第2实施方式中，示出了电阻Rd_c的一端与电感器L1的一端电连接的例子。但是，电阻Rd_c的一端也可以与电感器L3的一端电连接。
但是，更优选像第2实施方式那样电阻Rd_c的一端与电感器L1的一端电连接。其理由如下。
若设为电阻Rd_c的一端与电感器L3的一端(晶体管Q2的集电极)电连接，则产生晶体管Q2的集电极→电阻Rdc→晶体管Qd的集电极→晶体管Qd的发射极→电阻Rd_e→电阻Rb2→晶体管Q2的基极→晶体管Q2的集电极的反馈路径，有可能产生振荡。
另一方面，若像第2实施方式那样设为电阻Rd_c的一端与电感器L1的一端电连接，则不产生像上述那样的反馈路径，因此可抑制产生振荡的可能性。
因此，像第2实施方式那样电阻Rd_c的一端与电感器L1的一端电连接更能够抑制产生振荡的可能性，因此更优选。
<第3实施方式>
图11是示出第3实施方式的功率放大电路的电路结构的图。第3实施方式的功率放大电路5B与第1实施方式的功率放大电路5相比较，不同点在于，调整电路15B除了调整电路15的电路结构以外还包含电容器C21，其它方面相同。电容器C21相当于本公开的“第2电容器”。
电容器C21的一端与晶体管Qd的基极电连接。电容器C21的另一端与晶体管Qd的集电极电连接。
在电源电位Vcc1为根据高频输入信号RFin的包络线而变化的包络线跟踪电位的情况下，电源电位Vcc1的变化经由电容器C21从电阻Rd_c的另一端(晶体管Qd的集电极)向晶体管Qd的基极传播。由此，功率放大电路5B能够抑制晶体管Qd的基极电位的相位延迟。
另外，也可以将第3实施方式与第2实施方式进行组合。也就是说，电阻Rd_c的一端也可以与电感器L1的一端电连接。
<第4实施方式>
图12是示出第4实施方式的功率放大电路的电路结构的图。第4实施方式的功率放大电路5C与第3实施方式的功率放大电路5B相比较，不同点在于，调整电路15C除了调整电路15B的电路结构以外还包含电容器C22以及电阻R21，其它方面相同。电容器C22相当于本公开的“第3电容器”。电阻R21相当于本公开的“第5电阻”。
电容器C22与电阻Rd_c电并联连接。电阻R21电连接在电阻Rd_c与连接点11a之间。
功率放大电路5C通过将从晶体管Q_Drv的集电极输出的RF信号引导到上述的第3电流路径，从而能够改善振幅对相位特性(AM-PM特性)。
另外，也可以将第4实施方式与第2实施方式进行组合。也就是说，电阻R21的一端也可以与电感器L1的一端电连接。
<第5实施方式>
图13是示出第5实施方式的功率放大电路的电路结构的图。第5实施方式的功率放大电路5D与第4实施方式的功率放大电路5C相比较，不同点在于调整电路15D包含电容器C23来代替电容器C22，其它方面相同。电容器C23相当于本公开的“第3电容器”。
电容器C23的一端与电阻Rd_c的一端电连接。电容器C23的另一端与晶体管Qd的发射极电连接。
功率放大电路5D通过将从晶体管Q_Drv输出的RF信号引导到上述的第3电流路径，从而能够改善振幅对相位特性(AM-PM特性)。
另外，也可以将第5实施方式与第2实施方式进行组合。也就是说，电阻R21的一端也可以与电感器L1的一端电连接。
另外，上述的实施方式用于使本发明容易理解，并非用于对本发明进行限定和解释。本发明能够在不脱离其主旨的情况下进行变更/改良，并且本发明还包含其等价物。

Claims (7)

1.一种功率放大电路，包含：
第1偏置电路，输出第1电流；
第2偏置电路，输出第2电流；
功率放大器；以及
调整电路，
所述功率放大器包含：
第1晶体管，第1端子与基准电位电连接，在第2端子经由第1电阻被输入所述第1电流，并且经由第1DC截止电容器被输入高频信号，第3端子经由第1电感器与根据所述高频信号的包络线而变化的第1电源电位电连接；
电容器，一端与所述第1晶体管的第3端子电连接；以及
第2晶体管，第1端子与所述电容器的另一端电连接，并且经由第2电感器与所述基准电位电连接，在第2端子经由第2电阻被输入所述第2电流，并经由第2DC截止电容器与所述基准电位电连接，第3端子经由第3电感器与所述第1电源电位电连接，从第3端子输出将所述高频信号放大了的高频输出信号，
所述调整电路将与所述第1电源电位或根据所述包络线而变化的第2电源电位相应的第3电流经由所述第2电阻输出到所述第2晶体管的第2端子。
2.根据权利要求1所述的功率放大电路，其中，
所述调整电路包含：第3晶体管，在第2端子经由第3电阻被输入恒定电位，第3端子经由第4电阻与所述第1电源电位或所述第2电源电位电连接，从第1端子输出所述第3电流。
3.根据权利要求2所述的功率放大电路，其中，
还包含：第2功率放大器，包含第4晶体管，所述第4晶体管的第1端子与所述基准电位电连接，在第2端子被输入高频输入信号，第3端子经由第4电感器与所述第2电源电位电连接，从第3端子输出将所述高频输入信号放大了的所述高频信号，
所述第3晶体管的第3端子经由所述第4电阻与所述第4晶体管的第3端子和所述第4电感器的连接点电连接。
4.根据权利要求2所述的功率放大电路，其中，
所述第3晶体管的第3端子经由所述第4电阻与所述第1晶体管的第3端子和所述第1电感器的连接点电连接。
5.根据权利要求2所述的功率放大电路，其中，
所述调整电路还包含：第2电容器，一端与所述第3晶体管的第3端子电连接，另一端与所述第3晶体管的第2端子电连接。
6.根据权利要求5所述的功率放大电路，其中，
所述调整电路还包含：
第3电容器，与所述第4电阻电并联连接；以及
第5电阻，电连接在所述第1电源电位或所述第2电源电位与所述第4电阻之间。
7.根据权利要求5所述的功率放大电路，其中，
所述调整电路还包含：
第5电阻，电连接在所述第1电源电位或所述第2电源电位与所述第4电阻之间；以及
第3电容器，一端与所述第4电阻和所述第5电阻的连接点电连接，另一端与所述第3晶体管的第1端子电并联连接。
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