CN207910737U - 功率放大模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种功率放大模块，能实现功率放大模块的动作电压的低电压化。功率放大模块(120)具备功率放大电路(200)和控制IC(300)。功率放大电路(200)具备将RF信号进行功率放大并输出放大信号的双极性晶体管(Tr1)。控制IC(300)具备作为对双极性晶体管(Tr1)供给偏置信号的偏置电路发挥功能的场效应晶体管(Tr5)。场效应晶体管(Tr5)能够以低于双极性晶体管的阈值电压进行动作，因此能够实现功率放大模块(120)的动作电压的低电压化。

Description

功率放大模块
技术领域
本实用新型涉及功率放大模块。
背景技术
在便携式电话等移动通信终端中，使用将向基站发送的RF(Radio Frequency：射频)信号进行放大的功率放大器。作为这种功率放大器，例如，已知有像在专利文献1记载的那样，具备发射极接地形式的异质结双极性晶体管、和对该异质结双极性晶体管的基极端子供给偏置信号的作为发射极跟随器的异质结双极性晶体管的功率放大器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-288736号公报
可是，为了驱动放大RF信号的异质结双极性晶体管，需要使其基极-发射极间的电压为约1.3V以上。同样地，为了驱动供给偏置信号的作为发射极跟随器的异质结双极性晶体管，需要使其基极-发射极间的电压为约1.3V以上。因此，为了使功率放大器动作，需要约2.6V的动作电压。在移动通信终端中，从电池供给该动作电压。为了即便电池的电压下降某种程度也使功率放大器正常动作，要求动作电压的低电压化。
实用新型内容
实用新型要解决的课题
因此，本实用新型的课题在于，实现功率放大模块的动作电压的低电压化。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述的课题，本实用新型涉及的功率放大模块具备功率放大电路和控制IC。功率放大电路具备：将RF信号进行功率放大并输出放大信号的双极性晶体管、和与双极性晶体管热耦合的二极管连接双极性晶体管。控制IC具备场效应晶体管和二极管连接场效应晶体管。在此，在场效应晶体管中，漏极端子与电池电压连接，将输入到场效应晶体管的栅极端子的偏置信号从场效应晶体管的源极端子通过第一导线供给到双极性晶体管。二极管连接双极性晶体管的阴极被接地。二极管连接双极性晶体管的阳极通过第二导线而与二极管连接场效应晶体管的阴极连接。二极管连接场效应晶体管的阳极与场效应晶体管的栅极端子连接。
此外，提供一种功率放大模块，具备功率放大电路和控制IC，其中，功率放大电路具备：双极性晶体管，将RF信号进行功率放大并输出放大信号；以及二极管连接双极性晶体管，与双极性晶体管热耦合，控制IC具备场效应晶体管和二极管连接场效应晶体管，在场效应晶体管中，漏极端子与电池电压连接，将输入到场效应晶体管的栅极端子的偏置信号从场效应晶体管的源极端子通过第一导线供给到双极性晶体管，二极管连接场效应晶体管的阴极被接地，二极管连接场效应晶体管的阳极通过第二导线而与二极管连接双极性晶体管的阴极连接，二极管连接双极性晶体管的阳极通过第三导线而与场效应晶体管的栅极端子连接。
实用新型效果
根据本实用新型涉及的功率放大模块，能够实现动作电压的低电压化。
附图说明
图1是示出本实用新型的实施方式1涉及的发送单元的结构的说明图。
图2是示出本实用新型的实施方式1涉及的功率放大模块的结构的说明图。
图3是示出本实用新型的实施方式2涉及的功率放大模块的结构的说明图。
图4是示出本实用新型的实施方式3涉及的功率放大模块的结构的说明图。
图5是示出本实用新型的实施方式4涉及的功率放大模块的结构的说明图。
附图标记说明
120、150、160、170：功率放大模块；
200：功率放大电路；
210、220：放大器；
230、240、250：匹配电路；
300：控制IC；
Tr1、Tr2：双极性晶体管；
Tr3、Tr4：二极管连接双极性晶体管；
Tr5、Tr6：场效应晶体管；
Tr7、Tr8：二极管连接场效应晶体管；
R11、R12、R21、R22：基极镇流电阻。
具体实施方式
以下，边参照各图边对本实用新型的实施方式进行说明。在此，设同一附图标记表示同一电路元件，并省略重复的说明。
图1是示出本实用新型的实施方式1涉及的发送单元100的结构的说明图。发送单元100例如在便携式电话等移动通信设备中用于向基站发送声音、数据等各种信号。移动通信设备也具备用于从基站接收信号的接收单元，但在此省略说明。
发送单元100具备调制部110、功率放大模块120、前端部130、以及天线140。调制部110基于HSUPA(High-Speed Uplink Packet Access：高速上行链路分组接入)、LTE(LongTerm Evolution：长期演进)等调制方式对输入信号进行调制，生成RF信号。RF信号的频率例如为几百MHz至几GHz程度。功率放大模块120将从调制部110输出的RF信号(RFIN)的功率放大至发送到基站所需的水平，并将其作为放大信号(RFOUT)进行输出。前端部130例如由带通滤波器、天线开关等构成，进行放大信号的滤波、信号路径的切换等。从前端部130输出的放大信号经由天线140发送到基站。
图2是示出本实用新型的实施方式1涉及的功率放大模块120的结构的说明图。功率放大模块120具备通过双极工艺制造的功率放大电路200、通过MOS(Metal-Oxide-Semiconductor：金属氧化物半导体)工艺制造的控制IC(Integrated Circuit：集成电路)300、以及将它们进行连接的导线(Wire)410、420、430、440。功率放大电路200具备放大器210、220、匹配电路230、240、250、双极性晶体管Tr3、Tr4、以及基极镇流电阻R11、R21。在此，放大器220作为输出级放大器发挥功能，放大器210作为连接在放大器220的前级的驱动器级放大器发挥功能。虽然将放大器210、220的连接级数设为2，但是只要根据放大信号(RFoUT)的输出将放大器210、220的连接级数确定为任意数即可。
放大器210具备将RF信号(RFIN)进行功率放大并输出放大信号的一个或多个双极性晶体管Tr1。放大器210例如可以具有将双极性晶体管Tr1作为指(Finger)(单位晶体管)并将多个指并联连接而成的多指构造。放大器220具备将作为由放大器210功率放大后的放大信号的RF信号进一步进行功率放大并输出放大信号(RFOUT)的一个或多个双极性晶体管Tr2。放大器220例如可以具有将双极性晶体管Tr2作为指并将多个指并联连接的多指构造。双极性晶体管Tr1、Tr2的接地形式例如是发射极接地。作为双极性晶体管Tr1、Tr2，例如能够使用异质结双极性晶体管。连接在放大器210的前级的匹配电路230、连接在放大器210、220之间的匹配电路240、以及连接在放大器220的后级的匹配电路250分别使前级的电路与后级的电路之间的阻抗匹配。
控制IC300具备场效应晶体管Tr5、Tr6、Tr7、Tr8和基极镇流电阻R12、R22。
场效应晶体管Tr5作为通过导线410对放大器210供给偏置信号Bias1的偏置电路发挥功能。场效应晶体管Tr5的漏极端子与电池电压Vbat连接，输入到其栅极端子的偏置信号Bias1从其源极端子通过导线410供给到放大器210。另外，在放大器210的输入与导线410之间连接有基极镇流电阻R11。同样地，在场效应晶体管Tr5的源极端子与导线410之间连接有基极镇流电阻R12。在双极性晶体管Tr1的接地形式为发射极接地的情况下，偏置信号Bias1供给到双极性晶体管Tr1的基极端子。偏置信号Bias1是控制双极性晶体管Tr1的偏置点的偏置电流或偏置电压。
场效应晶体管Tr6作为通过导线430对放大器220供给偏置信号Bias2的偏置电路发挥功能。场效应晶体管Tr6的漏极端子与电池电压Vbat连接，输入到其栅极端子的偏置信号Bias2从其源极端子通过导线430供给到放大器220。另外，在放大器220的输入与导线430之间连接有基极镇流电阻R21。同样地，在场效应晶体管Tr6的源极端子与导线430之间连接有基极镇流电阻R22。在双极性晶体管Tr2的接地形式为发射极接地的情况下，偏置信号Bias2供给到双极性晶体管Tr2的基极端子。偏置信号Bias2是控制双极性晶体管Tr2的偏置点的偏置电流或偏置电压。
双极性晶体管Tr3，其基极端子与其集电极端子被连接。这种连接称为二极管连接，双极性晶体管Tr3作为与二极管等效的双极元件进行动作。在本说明书中，方便起见，将二极管连接双极性晶体管的两个端子中的、在正向偏置时电位高的一方称为阳极，将电位低的一方称为阴极。二极管连接双极性晶体管Tr3的阳极A3与导线420连接，其阴极C3在功率放大电路200的内部接地。同样地，二极管连接双极性晶体管Tr4的阳极A4与导线440连接，其阴极C4在功率放大电路200的内部接地。
场效应晶体管Tr7，其栅极端子与其漏极端子被连接。这种连接称为二极管连接，场效应晶体管Tr7作为与二极管等效的双极元件进行动作。在本说明书中，方便起见，将二极管连接场效应晶体管的两个端子中的、在正向偏置时电位高的一方称为阳极，将电位低的一方称为阴极。二极管连接场效应晶体管Tr7的阳极A7与场效应晶体管Tr5的栅极端子连接，其阴极C7与导线420连接。同样地，二极管连接场效应晶体管Tr8的阳极A8与场效应晶体管Tr6的栅极端子连接，其阴极C8与导线440连接。
二极管连接双极性晶体管Tr3与一个或多个双极性晶体管Tr1热耦合(ThermallyCoupled)。二极管连接双极性晶体管Tr3与双极性晶体管Tr1之间的距离例如优选为300μm以内。在放大器210具有多指构造的情况下，多个指中的最接近二极管连接双极性晶体管Tr3的指与二极管连接双极性晶体管Tr3之间的距离例如优选为300μm以内。
同样地，二极管连接双极性晶体管Tr4与一个或多个双极性晶体管Tr2热耦合。二极管连接双极性晶体管Tr4与双极性晶体管Tr2之间的距离例如优选为300μm以内。在放大器220具有多指构造的情况下，多个指中的最接近二极管连接双极性晶体管Tr4的指与二极管连接双极性晶体管Tr4之间的距离例如优选为300μm以内。
二极管连接场效应晶体管Tr7未必一定要与场效应晶体管Tr5热耦合，但是也可以热耦合。同样地，二极管连接场效应晶体管Tr8未必一定要与场效应晶体管Tr6热耦合，但是也可以热耦合。
另外，在对导线410、420进行区分的情况下，有时将导线410称为第一导线，将导线420称为第二导线。同样地，在对导线430、440进行区分的情况下，有时将导线430称为第一导线，将导线440称为第二导线。
根据实施方式1涉及的功率放大模块120，可获得以下的效果。
作为偏置电路发挥功能的场效应晶体管Tr5、Tr6能够以低于双极性晶体管的阈值电压进行动作，因此能够实现功率放大模块120的动作电压的低电压化。由此，纵使电池电压Vbat下降了某种程度，也能够延长功率放大模块120能够正常动作的时间。
在双极性晶体管Tr1中，若使其基极-发射极间的电压恒定地进行驱动，则伴随着温度上升，集电极电流增加。若由于集电极电流的增加而消耗功率增加，则双极性晶体管Tr1的温度上升，由此产生集电极电流进一步增加这样的正反馈(热失控)。另一方面，二极管连接双极性晶体管Tr3以及二极管连接场效应晶体管Tr7各自的正向电压具有伴随着温度上升而下降的温度特性。由此，作为偏置电路发挥功能的场效应晶体管Tr5的栅极端子的电位伴随着温度上升而下降，能够抑制双极性晶体管Tr1的热失控。为了抑制这样的热失控，除了期望二极管连接双极性晶体管Tr3与双极性晶体管Tr1热耦合以外，还期望二极管连接场效应晶体管Tr7与场效应晶体管Tr5热耦合。同样地，二极管连接双极性晶体管Tr4以及二极管连接场效应晶体管Tr8各自的正向电压具有伴随着温度上升而下降的温度特性。由此，作为偏置电路发挥功能的场效应晶体管Tr6的栅极端子的电位伴随着温度上升而下降，能够抑制双极性晶体管Tr2的热失控。为了抑制这样的热失控，除了期望二极管连接双极性晶体管Tr4与双极性晶体管Tr2热耦合以外，还期望二极管连接场效应晶体管Tr8与场效应晶体管Tr6热耦合。
通过导线410的电感器分量，能够防止RF信号的高频分量输入到场效应晶体管Tr5。同样地，通过导线430的电感器分量，能够防止RF信号的高频分量输入到场效应晶体管Tr6。
在二极管连接双极性晶体管Tr3与双极性晶体管Tr1热耦合且二极管连接场效应晶体管Tr7与场效应晶体管Tr5热耦合的情况下，可获得能够抑制双极性晶体管Tr1的过度响应时的电流变化的过冲(Overshoot)这样的效果。同样地，在二极管连接双极性晶体管Tr4与双极性晶体管Tr2热耦合且二极管连接场效应晶体管Tr8与场效应晶体管Tr6热耦合的情况下，可获得能够抑制双极性晶体管Tr2的过度响应时的电流变化的过冲这样的效果。
图3是示出本实用新型的实施方式2涉及的功率放大模块150的结构的说明图。关于功率放大模块120、150，功率放大电路200内的二极管连接双极性晶体管Tr3(Tr4)、控制IC300内的二极管连接场效应晶体管Tr7(Tr8)、和控制IC300内的场效应晶体管Tr5(Tr6)之间的连接的方式不同，在其余方面是共同的。以下，以功率放大模块120、150的不同点为中心进行说明，对于两者的共同点将省略详细的说明。
二极管连接场效应晶体管Tr7的阴极C7在控制IC300的内部接地。二极管连接场效应晶体管Tr7的阳极A7通过导线450而与二极管连接双极性晶体管Tr3的阴极C3连接。二极管连接双极性晶体管Tr3的阳极A3通过导线460而与场效应晶体管Tr5的栅极端子连接。
二极管连接场效应晶体管Tr8的阴极C8在控制IC300的内部接地。二极管连接场效应晶体管Tr8的阳极A8通过导线470而与二极管连接双极性晶体管Tr4的阴极C4连接。二极管连接双极性晶体管Tr4的阳极A4通过导线480而与场效应晶体管Tr6的栅极端子连接。
另外，在对导线410、450、460进行区分的情况下，有时将导线410称为第一导线，将导线450称为第二导线，将导线460称为第三导线。同样地，在对导线430、470、480进行区分的情况下，有时将导线430称为第一导线，将导线470称为第二导线，将导线480称为第三导线。
实施方式2涉及的功率放大模块150的作用效果与实施方式1涉及的功率放大模块120的作用效果相同。
图4是示出本实用新型的实施方式3涉及的功率放大模块160的结构的说明图。功率放大模块160具有将功率放大模块120的功率放大电路200内的二极管连接双极性晶体管Tr3、Tr4分别置换为二极管D13、D14的结构。功率放大模块160具有将功率放大模块120的控制IC300内的二极管连接场效应晶体管Tr7、Tr8分别置换为二极管D17、D18的结构。以下，以功率放大模块120、160的不同点为中心进行说明，对于两者的共同点将省略详细的说明。
二极管D13的阳极A13与导线420连接，其阴极C13在功率放大电路200的内部接地。二极管D17的阳极A17与场效应晶体管Tr5的栅极端子连接，其阴极C17与导线420连接。
二极管D14的阳极A14与导线440连接，其阴极C14在功率放大电路200的内部接地。二极管D18的阳极A18与场效应晶体管Tr6的栅极端子连接，其阴极C18与导线440连接。
另外，在对二极管D13、D17进行区分的情况下，将二极管D13称为第一二极管，将二极管D17称为第二二极管。同样地，在对二极管D14、D18进行区分的情况下，将二极管D14称为第一二极管，将二极管D18称为第二二极管。
实施方式3涉及的功率放大模块160的作用效果与实施方式1涉及的功率放大模块120的作用效果相同。
图5是示出本实用新型的实施方式4涉及的功率放大模块170的结构的说明图。功率放大模块170具有将功率放大模块150的功率放大电路200内的二极管连接双极性晶体管Tr3、Tr4分别置换为二极管D13、D14的结构。功率放大模块170具有将功率放大模块150的控制IC300内的二极管连接场效应晶体管Tr7、Tr8分别置换为二极管D17、D18的结构。以下，以功率放大模块170、150的不同点为中心进行说明，对于两者的共同点将省略详细的说明。
二极管D17的阴极C17在控制IC300的内部接地。二极管D17的阳极A17通过导线450而与二极管D13的阴极C13连接。二极管D13的阳极A13通过导线460而与场效应晶体管Tr5的栅极端子连接。
二极管D18的阴极C18在控制IC300的内部接地。二极管D18的阳极A18通过导线470而与二极管D14的阴极C14连接。二极管D14的阳极A4通过导线480而与场效应晶体管Tr6的栅极端子连接。
实施方式4涉及的功率放大模块170的作用效果与实施方式2涉及的功率放大模块150的作用效果相同。
以上说明过的实施方式用于使本实用新型容易理解，不是用于对本实用新型进行限定解释。本实用新型能够在不脱离其主旨的情况下进行变更或改良，并且本实用新型还包括其等价物。即，只要具备本实用新型的特征，本领域技术人员对实施方式适当施加了设计变更的实施方式也包含于本实用新型的范围。实施方式具备的元件及其配置等并非限定于例示的内容，能够适当地进行变更。

Claims (8)

1.一种功率放大模块，具备功率放大电路和控制IC，其中，
所述功率放大电路具备：双极性晶体管，将RF信号进行功率放大并输出放大信号；以及二极管连接双极性晶体管，与所述双极性晶体管热耦合，
所述控制IC具备场效应晶体管和二极管连接场效应晶体管，
在所述场效应晶体管中，漏极端子与电池电压连接，将输入到所述场效应晶体管的栅极端子的偏置信号从所述场效应晶体管的源极端子通过第一导线供给到所述双极性晶体管，
所述二极管连接双极性晶体管的阴极被接地，
所述二极管连接双极性晶体管的阳极通过第二导线而与所述二极管连接场效应晶体管的阴极连接，
所述二极管连接场效应晶体管的阳极与所述场效应晶体管的栅极端子连接。
2.根据权利要求1所述的功率放大模块，其中，
所述二极管连接双极性晶体管的阴极在所述功率放大电路的内部被接地。
3.一种功率放大模块，具备功率放大电路和控制IC，其中，
所述功率放大电路具备：双极性晶体管，将RF信号进行功率放大并输出放大信号；以及二极管连接双极性晶体管，与所述双极性晶体管热耦合，
所述控制IC具备场效应晶体管和二极管连接场效应晶体管，
在所述场效应晶体管中，漏极端子与电池电压连接，将输入到所述场效应晶体管的栅极端子的偏置信号从所述场效应晶体管的源极端子通过第一导线供给到所述双极性晶体管，
所述二极管连接场效应晶体管的阴极被接地，
所述二极管连接场效应晶体管的阳极通过第二导线而与所述二极管连接双极性晶体管的阴极连接，
所述二极管连接双极性晶体管的阳极通过第三导线而与所述场效应晶体管的栅极端子连接。
4.根据权利要求1或3所述的功率放大模块，其中，
所述二极管连接场效应晶体管与所述场效应晶体管热耦合。
5.根据权利要求1或3所述的功率放大模块，其中，
所述功率放大电路具备第一二极管来代替所述二极管连接双极性晶体管，
所述控制IC具备第二二极管来代替所述二极管连接场效应晶体管。
6.根据权利要求3所述的功率放大模块，其中，
所述二极管连接场效应晶体管的阴极在所述控制IC的内部被接地。
7.根据权利要求5所述的功率放大模块，其中，
所述第一二极管的阴极在所述功率放大电路的内部被接地。
8.根据权利要求5所述的功率放大模块，其中，
所述第二二极管的阴极在所述控制IC的内部被接地。
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