CN210327513U - 功率放大电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种能够在抑制消耗功率的增大的同时以宽广的范围放大信号的功率放大电路。功率放大电路具备：第1放大器，将输入信号放大并将输出信号输出；第2放大器，基于控制信号将与输入信号相应的信号放大，生成与输出信号相反相位的信号并将其与输出信号相加；和控制电路，将控制信号供给到第2放大器，控制电路输出控制信号，使得：在功率放大电路以第1功率模式动作的情况下，第2放大器的增益成为零以上且小于给定等级，在功率放大电路以输出功率级比第1功率模式小的第2功率模式动作的情况下，第2放大器的增益成为给定等级以上且小于第1放大器的增益。

Description

功率放大电路
技术领域
本公开涉及功率放大电路。
背景技术
在便携式电话等移动通信设备中搭载有将发送信号的功率放大的功率放大电路。作为发送信号希望的功率级根据移动通信设备与基站的距离、电波的传播环境而不同。因此，在功率放大电路中，优选能够以宽广的范围放大功率。例如，在下述的非专利文献1公开了一种如下的功率放大电路，即，分别具备输出相对大的功率的路径和输出相对小的功率的路径，根据要求的功率级来切换所使用的路径。
在先技术文献
非专利文献
非专利文献1：Satoshi Tanaka、″Progress of the linear RF power amplifierfor mobile phones″、IEICE Trans.Fundamentals、vol.E101-A、No.2pp.385-395、2018。
然而，在上述非专利文献1所公开的功率放大电路中，需要用于切换路径的开关。由于在路径插入该开关，尤其最大功率输出时的消耗功率会增大。另一方面，若想要在不使用这样的开关的情况下通过调整单独的放大器的增益来进行应对，则难以确保宽广的范围。
实用新型内容
实用新型要解决的课题
本公开正是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于，提供一种能够在抑制消耗功率的增大的同时以宽广的范围放大信号的功率放大电路。
用于解决课题的手段
为了达成该目的，本公开的一个方式涉及的功率放大电路具备：第1放大器，将输入信号放大并将输出信号输出；第2放大器，基于控制信号将与输入信号相应的信号放大，生成与输出信号相反相位的信号并将其与输出信号相加；和控制电路，将控制信号供给到第2放大器，控制电路输出控制信号，使得：在功率放大电路以第1功率模式动作的情况下，第2放大器的增益成为零以上且小于给定等级，在功率放大电路以输出功率级比第1功率模式小的第2功率模式动作的情况下，第2放大器的增益成为给定等级以上且小于第1放大器的增益。
实用新型效果
根据本公开，能够提供能够在抑制消耗功率的增大的同时以宽广的范围放大信号的功率放大电路。
附图说明
图1是示出便携式电话的天线端处的发送信号的输出功率与概率密度的关系的图。
图2A是示出在将发送信号的功率级设为最大的情况下发送模块的各端子处的发送信号的功率的一例的图。
图2B是示出在将发送信号的功率级设为最小的情况下发送模块的各端子处的发送信号的功率的一例的图。
图3是示出本公开的第1实施方式涉及的功率放大电路的结构例的框图。
图4是示出本公开的第1实施方式涉及的功率放大电路的结构例的电路图。
图5是示出功率放大电路100A中的输出功率与增益的关系、以及输出功率与偏置电流的关系的图像的图表。
图6是示出本公开的第2实施方式涉及的功率放大电路的结构例的电路图。
图7是示出功率放大电路100B中的输出功率与增益的关系、以及输出功率与偏置电流的关系的图像的图表。
图8是示出本公开的第3实施方式涉及的功率放大电路的结构例的电路图。
图9是示出本公开的第4实施方式涉及的功率放大电路的结构例的电路图。
符号说明
1...发送模块，2...RF-IC，3...带通滤波器电路，4...功率放大模块，5...前端电路，6...天线，10...功率放大电路，11～13...放大器，14...控制电路，40、41...放大器，42...开关，50...双工器，51...天线开关，100A～100D...功率放大电路，110～117...偏置电路，120...分配器，130...合成器，140、141...电压调整电路，D1～D3、Ds1...差动对，Q1～Q6、Qs1、Qs2...晶体管，C1～C8、Cs1、Cs2...电容器，L1～L12...电感器。
具体实施方式
以下、参照附图对本公开的实施方式详细地进行说明。另外，对于同一要素标注同一符号，并省略重复的说明。
首先，参照图1、图2A以及图2B对便携式电话所要求的发送信号的功率级进行说明。图1是示出便携式电话的天线端处的发送信号的输出功率与概率密度的关系的图。具体地，图1所示的图表示出在4G(第4代移动通信系统)的通信标准下进行了数据通信的情况(实线)、和在3G(第3代移动通信系统)的通信标准下进行了声音通信的情况(虚线)下的天线端处的发送信号的输出功率的概率密度。图1的横轴示出输出功率(dBm)，纵轴示出概率密度(％)。
如该图所示，3G的输出功率具有-50dBm～25dBm程度的宽度，4G的输出功率具有-40dBm～25dBm程度的宽度。这样，在生成发送信号的发送模块中，需要根据要求的功率级将发送信号放大成各种各样的等级。此外，若假设将输出功率成为10dBm以上的区域称为高功率模式，将输出功率小于10dBm的区域称为低功率模式，则可知数据通信以及声音通信均在低功率模式区域包含概率密度最高时的输出功率的等级。鉴于此，可以说，不仅是高功率模式，低功率模式下的放大特性也重要。
图2A是示出在将发送信号的功率级设为最大的情况下发送模块的各端子处的发送信号的功率的一例的图。发送模块1例如搭载于便携式电话等移动通信设备，是生成以及放大发送信号的电路。发送模块1例如具备RF-IC2、带通滤波器电路3、功率放大模块4、前端电路5和天线6。
RF-IC2是具备例如根据声音、数据等输入信号基于给定的调制方式生成调制信号的基带电路(未图示)和根据该调制信号生成发送信号的RF电路(未图示)的IC芯片。另外，调制信号例如包含在IQ平面上表示了振幅以及相位的IQ信号。此外，发送信号例如包含几～几十GHz程度的无线频率(RF：Radio Frequency)信号。
从RF-IC2输出的发送信号经由带通滤波器电路3而供给至功率放大模块4。在发送频带与接收频带的频率接近的情况下，为了使从RF-IC2输出的接收频带的噪声衰减，带通滤波器电路3设置在RF-IC2与功率放大模块4之间。
功率放大模块4包含放大器40、41，以两级将发送信号的功率放大。功率被放大后的发送信号经由开关42而供给至前端电路5。前端电路5包含划分发送信号和接收信号的双工器50、和天线开关51。从前端电路5输出的发送信号经由天线6而发送给基站。
假定这样的发送模块1进行动作以使得发送信号的功率级为最大(例如，在天线端为24dBm)的情况。例如，将带通滤波器电路3处的损耗设为1.0dB，将开关42处的损耗设为0.5dB，将双工器50处的损耗设为1.5dB，将天线开关51处的损耗设为0.8dB。在天线端设为24dBm的情况下，关于各端子处的发送信号的功率，在天线开关51的输入端需要为24.8dBm，在双工器50的输入端需要为26.3dBm，在开关42的输入端需要为26.8dBm。若将放大器40、41合起来的增益设为27dB，则关于各端子处的发送信号的功率，在放大器40的输入端需要为-0.2dBm，在带通滤波器电路3的输入端需要为0.8dBm。因此，RF-IC2需要输出0.8dBm的发送信号。
另一方面，图2B是示出在将发送信号的功率级设为最小的情况下发送模块的各端子处的发送信号的功率的一例的图。假定使用图2A说明的发送模块1进行动作以使得发送信号的功率级为最小(例如，在天线端为-50dBm)的情况。在天线端设为-50dBm的情况下，关于各端子处的发送信号的功率，在天线开关51的输入端需要为-49.2dBm，在双工器50的输入端需要为-47.7dBm，在开关42的输入端需要为-47.2dBm。若将放大器40、41合起来的增益从上述的27dB下降为20dB，则关于各端子处的发送信号的功率，在放大器40的输入端需要为-67.2dBm，在带通滤波器电路3的输入端需要为-66.2dBm。因此，RF-IC2需要输出-66.2dBm的发送信号。
即，可知，在上述的假定下，为了达到发送信号的最大至最小的功率级，对于RF-IC2要求67.0dB的输出动态范围。在此，如果能够将放大器40、41中的增益的范围取得大，则能够减轻RF-IC2的输出动态范围。以下，对实现这样大的范围的功率增益的功率放大电路的结构进行说明。
图3是示出本公开的第1实施方式涉及的功率放大电路的结构例的框图。
如该图所示，功率放大电路10通过初级(驱动级)的放大器11和后级(功率级)的放大器12，以两个阶段放大功率。具体地，驱动级的放大器11(第1放大器)将信号RF1(输入信号)放大并输出信号RF2(输出信号)。功率级的放大器12将从驱动级的放大器11输出的信号RF2进一步放大并输出信号RF3。此外，在驱动级的放大器11并联连接了用于调整驱动级的增益的放大器13(第2放大器)。放大器13根据从控制电路14供给的控制信号ctrl来控制接通以及断开。
将放大器11的增益设为A1，将放大器12的增益设为A2，将放大器13的增益设为B1。另外，为了便于说明，这里的增益A1、A2以及B1是输入输出的功率比而非分贝标记。例如，放大器13是通过用相反相位的信号抵消放大器11的信号来有意图地降低驱动级的增益的放大器。这样的抵消用的放大器13的增益小于放大器11的增益(B1＜A1)。另外，驱动级的放大器11的增益A1和功率级的放大器12的增益A2可以任一者高，或者也可以相同。
在本实施方式中，在功率放大电路10以高功率模式(第1功率模式)动作的情况下，控制电路14将使抵消用的放大器13为断开的控制信号ctrl供给到该放大器13。在该情况下，由于放大器13成为断开，因此将驱动级和功率级合起来的增益成为A1×A2。
另一方面，在功率放大电路10以输出功率级比高功率模式小的低功率模式(第2功率模式)动作的情况下，控制电路14将使抵消用的放大器13为接通的控制信号ctrl供给到该放大器13。在此，功率放大电路10构成为放大器11的输出信号与抵消用的放大器13的输出信号相互成为相反相位。因此，通过在放大器11的输出信号上相加放大器13的输出信号，从而放大器11的输出信号的振幅的一部分被抵消。由此，在放大器13为接通的情况下，与放大器13为断开的情况相比，驱动级的功率增益下降。具体地，将驱动级和功率级合起来的增益成为(A1-B1)×A2。
作为使放大器11的输出信号与放大器13的输出信号为相反相位的方法，例如，也可放大器11、13构成为：各放大器11、13的一者进行反相放大，另一者进行非反相放大。具体地，例如，也可以通过一级的晶体管构成反相放大器，作为前级和后级通过串联连接的两级的晶体管来构成非反相放大器。此外，也可以分配为两个以使得输入信号相互成为相反相位，分别供给至各放大器11、13。或者，也可以对各放大器11、13供给相同相位的信号，且变换输出信号的一方或者双方的相位以使得各输出信号相互成为相反相位。
如上述那样，在功率放大电路10中，由于能够通过放大器13的输出信号抵消放大器11的输出信号，因此与不具备放大器13的结构相比，能够以宽的范围调整增益。由此，能够提高功率放大电路10以低功率模式动作的情况下的放大特性。此外，如参照图2A以及图2B说明的那样，能够减轻RF-IC2所要求的输出动态范围。
此外，功率放大电路10与能够通过其他原理扩宽增益的范围的三个比较例相比，起到以下的有益效果。第1个，例如可考虑如下结构，即，功率放大电路具有两种放大器和切换这些放大器的路径的开关，根据动作的功率模式来切换通过开关而动作的放大器。然而，基于这样的比较例，与插入开关相应地，尤其是在最大功率输出时可能导致消耗功率的增大。关于这一点，基于本实施方式涉及的功率放大电路10，由于能够在不使用开关的情况下降低增益，因此与该比较例相比，能够在抑制消耗功率的增大的同时以宽广的范围放大信号。
第2个，例如可考虑如下结构，即，功率放大电路具备一种放大器，通过降低向该放大器供给的偏置电流，从而使该放大器的增益直接下降。然而，基于这样的比较例，能够调整的偏置电流的电流量的范围限于保证放大器的增益的线性的范围。因此，在该比较例中，存在没有充分地(例如，减轻RF-IC所要求的输出动态范围的程度)得到增益的范围的问题。关于这一点，基于本实施方式涉及的功率放大电路10，由于能够通过信号的抵消来降低放大器11的增益，因此与该比较例相比，能够以宽广的范围放大信号。
第3个，例如可考虑如下结构，即，功率放大电路在放大器的前级具备衰减器，在低功率模式动作时有意图地使信号衰减。然而，基于这样的比较例，由于不依赖于功率模式地使信号通过衰减器，因此在高功率模式动作时信号也衰减某种程度，可能导致非意图的增益的下降。关于这一点，基于本实施方式涉及的功率放大电路10，由于能够使得在高功率模式动作时信号不经由抵消用的放大器13，因此与该比较例相比，能够抑制高功率模式动作时的增益的下降。
另外，在本实施方式中，根据功率模式来切换抵消用的放大器13的接通以及断开。这样，通过在高功率模式动作时将放大器13设为断开，从而能够抑制电流的消耗。不过，抵消放大器11的信号的振幅的方法并不限于此。例如，也可以是根据要求的输出功率来改变抵消用的放大器13的增益的结构。具体地，例如，也可以是，在功率放大电路10以高功率模式动作的情况下，控制为抵消用的放大器13的增益成为零以上且小于给定等级，在功率放大电路10以低功率模式动作的情况下，控制为该放大器13的增益成为该给定等级以上且小于放大器11的增益。此外，也可以在同一功率模式中调整放大器13的增益，使得例如功率放大电路10的输出功率越大则放大器13的增益越低。这样，通过能够调整放大器13的增益，从而能够更精细地调整驱动级的增益(A1-B1)。
进而，除了放大器13以外，放大器11的增益也可以根据功率模式或者输出功率来调整，例如，也可以调整为输出功率越大则放大器11的增益越高。
此外，在本实施方式中，示出在驱动级具备抵消用的放大器13的结构，但具备抵消用的放大器的位置并不限于驱动级，也可以是其他的任一级，或者也可以是全部级。
进而，功率放大电路具备的放大器的级数并不限于两级，也可以是一级或者三级以上。
其次，对实现图3所示的框图的功率放大电路的具体的电路结构进行说明。
图4是示出本公开的第1实施方式涉及的功率放大电路的结构例的电路图。如该图所示，功率放大电路100A例如具备晶体管Q1～Q4、Qs1、Qs2、偏置电路110～115、分配器120、合成器130、电容器C1～C4、Cs1、Cs2以及电感器L1～L4。
晶体管Q1～Q4、Qs1、Qs2分别由例如异质结双极晶体管(HBT：HeterojunctionBipolar Transistor)等的双极晶体管构成。另外，晶体管Q1～Q4、Qs1、Qs2并不限于双极晶体管，例如也可以由MOSFET(Metal-oxide-semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等的场效应晶体管构成。在该情况下，只要将集电极、基极、发射极分别另称为漏极、栅极、源极即可。
晶体管Q1(第1晶体管)和晶体管Q2(第2晶体管)形成差动对D1(第1差动对)，构成与图3中的驱动级的放大器11相当的放大器。晶体管Qs1(第3晶体管)和晶体管Qs2(第4晶体管)形成差动对Ds1(第2差动对)，构成与图3中的驱动级的放大器13相当的放大器。晶体管Q3(第5晶体管)和晶体管Q4(第6晶体管)形成差动对D2(第3差动对)，构成与图3中的功率级的放大器12相当的放大器。各放大器的结构的详情将后述。
偏置电路110～115分别生成偏置电流或者偏置电压，供给至晶体管Q1、Q2、Qs1、Qs2、Q3、Q4的基极。另外，偏置电路110～115的结构没有特别限定，因此省略详细的说明。
分配器120设置在驱动级的放大器的输入侧。分配器120将信号RF1分配为相位相互为相反相位的信号RF1a(第1信号)和信号RF1b(第2信号)来输出。
合成器130设置在功率级的放大器的输出侧。合成器130将从晶体管Q3和晶体管Q4分别输出的信号RF3a(第5信号)和信号RF3b(第6信号)进行合成，并输出信号RF3。
电容器C1～C4、Cs1、Cs2分别除去RF信号的直流分量。电感器L1～L4分别抑制RF信号向电源电路(未图示)结合。
另外，虽然在图4中省略了图示，但功率放大电路100A也可以在驱动级以及功率级的放大器的前后具备使电路间的阻抗匹配的匹配电路。
其次，对各放大器的动作具体地进行说明。关于晶体管Q1，在集电极通过电感器L1被供给电源电压Vcc1，在基极通过电容器C1被供给信号RF1a，发射极被接地。此外，在晶体管Q1的基极被供给从偏置电路110输出的偏置电流或者偏置电压。由此，从晶体管Q1的集电极输出将信号RF1a放大后的信号RF2i(第1放大信号)。
同样地，关于晶体管Q2，在集电极通过电感器L2被供给电源电压Vcc1，在基极通过电容器C2被供给信号RF1b，发射极与晶体管Q1的发射极连接且被接地。此外，在晶体管Q2的基极被供给从偏置电路111输出的偏置电流或者偏置电压。由此，从晶体管Q2的集电极输出将信号RF1b放大后的信号RF2j(第2放大信号)。另外，优选的是，向晶体管Q1的基极供给的信号RF1a和向晶体管Q2的基极供给的信号RF1b的相位差理想地为180度。
抵消用的晶体管Qs1、Qs2分别与放大用的晶体管Q1、Q2连接，使得各基极和各集电极相互交替。
具体地，关于晶体管Qs1，在集电极通过电感器L2被供给电源电压Vcc1，在基极通过电容器Cs1被供给信号RF1a(即，与向晶体管Q1的基极供给的信号相同的信号)，发射极被接地。此外，晶体管Qs1的集电极与晶体管Q2的集电极连接。而且，在从偏置电路112向晶体管Qs1的基极供给偏置电流或者偏置电压的情况下，晶体管Qs1成为导通，从晶体管Qs1的集电极(即，晶体管Q2的集电极)输出将信号RF1a放大后的信号RF2k(第3放大信号)。
同样地，关于晶体管Qs2，在集电极通过电感器L1被供给电源电压Vcc1，在基极通过电容器Cs2被供给信号RF1b(即，与向晶体管Q2的基极供给的信号相同的信号)，发射极与晶体管Qs1的发射极连接且被接地。此外，晶体管Qs2的集电极与晶体管Q1的集电极连接。而且，在从偏置电路113向晶体管Qs2的基极供给偏置电流或者偏置电压的情况下，晶体管Qs2成为导通，从晶体管Qs2的集电极(即，晶体管Q1的集电极)输出将信号RF1b放大后的信号RF21(第4放大信号)。
设抵消用的晶体管Qs1、Qs2的增益B1小于晶体管Q1、Q2的增益A1(B1＜A1)。另外，晶体管Q1、Q2与晶体管Qs1、Qs2的增益之差可以通过从各偏置电路110～113供给的偏置电流或者偏置电压来调整，或者，也可以通过将晶体管Qs1、Qs2的尺寸设计得小于晶体管Q1、Q2的尺寸来调整。
在本实施方式中，在功率放大电路100A以高功率模式动作的情况下，控制为抵消用的晶体管Qs1、Qs2成为截止。在该情况下，从晶体管Q1、Q2输出的信号RF2i、RF2j直接作为驱动级的输出信号RF2a、RF2b来输出。
另一方面，在功率放大电路100A以低功率模式动作的情况下，控制为抵消用的晶体管Qs1、Qs2成为导通。在该情况下，通过在从晶体管Q1的集电极输出的信号RF2i上相加与该信号RF2i相反相位的信号RF21，从而信号RF2i的振幅的一部分被信号RF21抵消。同样地，通过在从晶体管Q2的集电极输出的信号RF2j上相加与该信号RF2j相反相位的信号RF2k，从而信号RF2j的振幅的一部分被信号RF2k抵消。这样，信号RF2i和信号RF21被合成后的信号(第3信号)作为驱动级的输出信号RF2a来输出，信号RF2j和信号RF2k被合成后的信号(第4信号)作为驱动级的输出信号RF2b来输出，因此与晶体管Qs1、Qs2为截止的情况相比，驱动级的增益下降。这样，在功率放大电路100A中，能够在低功率模式动作时使驱动级的增益下降。
另外，也可以通过控制电路(未图示)对偏置电路112、113供给控制信号，该偏置电路112、113对供给至晶体管Qs1、Qs2的偏置电流的电流量进行控制，由此来进行晶体管Qs1、Qs2的导通以及截止的控制。
从驱动级输出的输出信号RF2a、RF2b分别供给至功率级的晶体管Q3、Q4的基极。
关于晶体管Q3，在集电极通过电感器L3被供给电源电压Vcc2，在基极通过电容器C3被供给输出信号RF2a，发射极被接地。此外，从偏置电路114向晶体管Q3的基极供给偏置电流或者偏置电压。由此，从晶体管Q3的集电极输出信号RF3a(第5信号)。
关于晶体管Q4，在集电极通过电感器L4被供给电源电压Vcc2，在基极通过电容器C4被供给输出信号RF2b，发射极被接地。此外，从偏置电路115向晶体管Q4的基极供给偏置电流或者偏置电压。由此，从晶体管Q4的集电极输出信号RF3b(第6信号)。这些信号RF3a、RF3b在合成器130中被合成，作为信号RF3来输出。
根据上述结构，功率放大电路100A能够获得图3所示的功率放大电路10的效果。此外，作为放大器11～13通过应用差动对，从而能够抑制为了放大器13所需的匹配电路等的要素数，能够容易地附加放大器13。另外，在本实施方式中，虽然示出功率级的放大器由差动对D2构成的例子，但也可以取代于此，功率级的放大器由不构成差动对的一级的晶体管来构成。在该情况下，例如，也可以是如下结构，即，在驱动级的输出信号RF2a、RF2b被合成器合成并变换为单相(单个)信号之后供给至功率级的放大器。
此外，在本实施方式中，虽然示出在差动对D1、Ds1、D2中成对的晶体管各自具备偏置电路的结构，但这些偏置电路也可以在成对的晶体管间被共有。通过偏置电路被共有，从而能够避免偏置电路中包含的元件的偏差，差动放大动作的性能得到提高。
图5是示出功率放大电路100A中的输出功率与增益的关系、以及输出功率与偏置电流的关系的图像的图表。具体地，图5示出功率放大电路100A(实线)以及比较例(虚线)中的增益、和功率放大电路100A中的向晶体管Q1、Q2、Qs1、Qs2供给的偏置电流的电流量。另外，这里的比较例是如下结构，即，在功率放大电路100A具备的构成要素之中不具备与抵消用的放大器有关的要素(即，晶体管Qs1、Qs2、偏置电路112、113以及电容器Cs1、Cs2)。图5的横轴示出输出功率(dBm)，纵轴示出增益(dB)以及偏置电流的电流量(A)。
首先，在功率放大电路100A以高功率模式动作的情况下，向晶体管Q1、Q2供给最大量的偏置电流，另一方面，不向晶体管Qs1、Qs2供给偏置电流。此时，由于晶体管Qs1、Qs2成为截止，因此功率放大电路100A的增益成为最大。另一方面，在功率放大电路100A以低功率模式动作的情况下，供给至晶体管Q1、Q2的偏置电流的电流量减少，且向晶体管Qs1、Qs2供给偏置电流。此时，晶体管Q1、Q2自身的增益下降，除此之外，抵消用的晶体管Qs1、Qs2成为导通，因此与比较例(虚线)相比，能够使增益大幅下降。这样，功率放大电路100A通过具备抵消用的晶体管Qs1、Qs2，从而与比较例相比，能够扩宽增益的范围。另外，在本实施方式中，控制为供给至晶体管Q1、Q2的偏置电流的电流量比供给至晶体管Qs1、Qs2的偏置电流的电流量多(参照图5)。不过，只要在放大器11的增益A1和放大器13的增益B1中B1＜A1的关系成立，则供给至晶体管Q1、Q2的偏置电流的电流量与供给至晶体管Qs1、Qs2的偏置电流的电流量的大小关系就没有特别限定。例如，在由相对大的尺寸的FET构成晶体管Q1、Q2，由相对小的尺寸的FET构成晶体管Qs1、Qs2的情况下，也有时供给至晶体管Q1、Q2的偏置电流的电流量比供给至晶体管Qs1、Qs2的偏置电流的电流量少。
图6是示出本公开的第2实施方式涉及的功率放大电路的结构例的电路图。另外，在第2实施方式以后，对于与第1实施方式相同的要素标注同一符号，并省略说明。此外，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，关于基于同样结构的同样的作用效果，将不在每个实施方式中逐次提及。
如该图所示，功率放大电路100B与功率放大电路100A相比，还具备电感器L5、L6。
电感器L5、L6分别设置在抵消用的晶体管Qs1、Qs2的发射极与接地之间。电感器L5、L6分别是具有给定的阻抗值的阻抗元件的一具体例。通过在晶体管Qs1、Qs2的发射极与接地之间设置具有给定的阻抗值的元件，从而与功率放大电路100A相比，能够容易地控制晶体管Qs1、Qs2。参照图7对此进行说明。
图7是示出功率放大电路100B中的输出功率与增益的关系、以及输出功率与偏置电流的关系的图像的图表。具体地，图7示出功率放大电路100B中的增益、和供给至晶体管Q1、Q2、Qs1、Qs2的偏置电流的电流量。图7的横轴示出输出功率(dBm)，纵轴示出增益(dB)以及偏置电流的电流量(A)。
在功率放大电路100B中，在抵消用的晶体管Qs1、Qs2的发射极连接了电感器L5、L6。因此，如图7所示，即使向晶体管Qs1、Qs2供给与供给至晶体管Q1、Q2的偏置电流的电流量相同的量的偏置电流，也能够确保晶体管Q1、Q2的增益A1比晶体管Qs1、Qs2的增益B1高(B1＜A1)。这样，在功率放大电路100B中，即使假设供给至晶体管Q1、Q2的偏置电流的电流量和供给至晶体管Qs1、Qs2的偏置电流的电流量相同，也能够通过适当设计电感器L5、L6的电感值来适当调整驱动级的增益(A1-B1)。
另外，设置在晶体管Qs1、Qs2的发射极与接地之间的阻抗元件并不限定于电感器，例如，也可以取代电感器而为电阻元件。
图8是示出本公开的第3实施方式涉及的功率放大电路的结构例的电路图。如该图所示，功率放大电路100C与功率放大电路100B相比，功率级的结构不同。
具体地，功率放大电路100C的功率级与功率放大电路100B的功率级相比，还具备晶体管Q5、Q6、偏置电路116、117、电压调整电路140、141、一对电容器C5、C6、电感器L7、L8、以及一对电感器L9、L10。
在本实施方式中，在包含晶体管Q3(第5晶体管)以及晶体管Q4(第6晶体管)的差动对D2的上级连接了包含晶体管Q5(第7晶体管)以及晶体管Q6(第8晶体管)的差动对D3(第4差动对)。
具体地，关于晶体管Q5，在集电极通过电感器L7被供给电源电压Vcc3，在基极从偏置电路116通过电压调整电路140被供给偏置电流或者偏置电压，发射极通过电感器L9而与接地连接。关于晶体管Q6，在集电极通过电感器L8被供给电源电压Vcc3，在基极从偏置电路117通过电压调整电路141被供给偏置电流或者偏置电压，发射极通过电感器L10而与接地连接。此外，晶体管Q5的发射极通过电容器C5而与晶体管Q3的集电极连接。晶体管Q6的发射极通过电容器C6而与晶体管Q4的集电极连接。由此，从上级的晶体管Q5、Q6的集电极分别输出将从下级的晶体管Q3、Q4输出的信号进一步放大后的信号RF3a(第7信号)、RF3b(第8信号)。
偏置电路116、117分别向晶体管Q5、Q6的基极供给偏置电流或者偏置电压。
电压调整电路140设置在偏置电路116与上级的晶体管Q5的基极之间。电压调整电路141设置在偏置电路117与上级的晶体管Q6的基极之间。为了使晶体管Q5、Q6成为导通，该晶体管Q5、Q6的基极-发射极间电压需要成为给定的电压以上。电压调整电路140、141通过调整晶体管Q5、Q6的基极输入阻抗，来阻止向晶体管Q5、Q6的基极供给的电压的振幅动作被偏置电路116、117限制。由此，晶体管Q5、Q6的基极-发射极间电压确保为给定的电压以上，因此晶体管Q5、Q6的导通以及截止的动作追随晶体管Q3、Q4的导通以及截止的动作。另外，电压调整电路140、141的结构没有特别限定，但例如以电压调整电路140为例，则也可以构成为包含将偏置电路116与晶体管Q5的基极之间连接的电感器、和将晶体管Q5的基极与接地之间连接的电容器。
电容器C5、C6分别具有使上级的晶体管Q5、Q6和下级的晶体管Q3、Q4在直流下分离且在交流下连接的功能。另一方面，电感器L9、L10分别具有使上级的晶体管Q5、Q6的发射极在直流下与接地连接且在交流下与下级的晶体管Q3、Q4的集电极连接的功能。
对功率级的放大器的动作进行说明。另外，为了便于说明，作为一例，说明电源电压Vcc2、Vcc3均为直流电压3V(以下，标记为DC3V。)的情况。
首先，在下级的差动对D2中，向晶体管Q3、Q4的集电极供给电源电压Vcc2(DC3V)，因此集电极中的RF信号的振幅成为交流电压±3V(以下，标记为±AC3V。)。因此，晶体管Q3、Q4的集电极电压成为DC3V±AC3V。
其次，在上级的差动对D3中，晶体管Q5、Q6的发射极在直流下被接地，因此成为DC0V，在交流下与晶体管Q3、Q4的集电极连接，因此成为±AC3V。因此，晶体管Q5、Q6的发射极电压成为DC0V±AC3V。此外，晶体管Q5、Q6的集电极在直流下被供给电源电压Vcc3(DC3V)，因此RF信号的振幅与晶体管Q5、Q6的发射极的变动相匹配地成为±AC6V。因此，上级的晶体管Q5、Q6的集电极电压成为DC3V±AC6V(-3V～9V)。
此外，下级的晶体管Q3、Q4和上级的晶体管Q5、Q6分别构成差动对D2、D3。因此，从差动对D3输出的信号RF3a、RF3b在合成器130中被合成，从而被合成后的信号RF3在-6V～18V的范围内变动。这样，在本实施方式中，通过在功率级上下连接两个差动对，从而与不上下连接的结构(例如，功率放大电路100A中的功率级)相比，能够使放大器的负载阻抗为2倍。因此，例如，能够在不使电源电压升压的情况下扩宽信号振幅，使信号的最大输出功率增大。
如上述那样，功率放大电路100C除了与功率放大电路100B同样的效果以外，还能够使信号的最大输出功率增大。
另外，上下连接的差动对的数目不限于两级，也可以为3级以上。
图9是示出本公开的第4实施方式涉及的功率放大电路的结构例的电路图。如该图所示，功率放大电路100D与功率放大电路100A相比，还具备电感器L11、L12以及电容器C7、C8。
电感器L11、L12分别设置在晶体管Qs1、Qs2的集电极与电源电路(未图示)之间，抑制RF信号向电源电路(未图示)结合。
电容器C7将晶体管Q1的集电极与晶体管Qs2的集电极进行连接。电容器C7是为了使从晶体管Q1输出的信号RF2i和从晶体管Qs2输出的信号RF21通过且将供给至晶体管Q1、Qs2的直流电压切断而设置的。电容器C8将晶体管Q2的集电极与晶体管Qs1的集电极进行连接。电容器C8是为了使从晶体管Q2输出的信号RF2j和从晶体管Qs1输出的信号RF2k通过且将供给至晶体管Q2、Qs1的直流电压切断而设置的。
根据这样的结构，功率放大电路100D也能够获得与功率放大电路100A同样的效果。
另外，上述的各实施方式中包含的构成要素也可以构成为分别进行组合。例如，可以在功率放大电路100A、100B、100D的功率级应用功率放大电路100C的功率级的结构，或者，也可以在功率放大电路100D的结构应用功率放大电路100B中的电感器L5、L6。
以上，对本公开的例示性的实施方式进行了说明。功率放大电路10具备：放大器11，将输入信号放大并将输出信号输出；放大器13，基于控制信号ctrl将与输入信号相应的信号放大并生成与输出信号相反相位的信号，与输出信号相加；和控制电路14，将控制信号ctrl供给到放大器13。控制电路14输出控制信号ctrl，使得：在功率放大电路10以第1功率模式动作的情况下，放大器13的增益成为零以上且小于给定等级，在功率放大电路10以输出功率级比第1功率模式小的第2功率模式动作的情况下，放大器13的增益成为给定等级以上且小于放大器11的增益。由此，能够通过放大器13的输出信号抵消放大器11的输出信号，因此与不具备放大器13的结构相比，能够以宽的范围调整增益。
此外，也可以是，控制电路14输出控制信号ctrl，使得：在功率放大电路10以第1功率模式动作的情况下，放大器13成为断开，在功率放大电路10以第2功率模式动作的情况下，放大器成为接通。由此，能够抑制高功率模式动作时的电流的消耗。
此外，功率放大电路100A～100D具备差动对D1和差动对Ds1，差动对D1包含将相互相反相位的信号RF1a以及信号RF1b分别放大并输出信号RF2i以及信号RF2j的晶体管Q1以及晶体管Q2，差动对Ds1包含根据控制信号将信号RF1a以及信号RF1b分别放大并输出信号RF2k以及信号RF21的晶体管Qs1以及晶体管Qs2，晶体管Qs1的集电极或者漏极与晶体管Q2的集电极或者漏极连接，晶体管Qs2的集电极或者漏极与晶体管Q1的集电极或者漏极连接。由此，通过在从晶体管Q1、Q2的集电极分别输出的信号RF2i、RF2j上相加与该信号RF2i、RF2j相反相位的信号RF21、RF2k，从而信号RF2i、RF2j的振幅的一部分被抵消。因此，能够在低功率模式动作时使驱动级的增益下降。此外，由于通过差动对构成放大器11、13，因此能够抑制重新需要的匹配电路等的要素数量，能够容易地附加放大器13。
此外，在功率放大电路100B中，差动对Ds1还具备分别设置在晶体管Qs1的发射极或者源极与接地之间、以及晶体管Qs2的发射极或者源极与接地之间的阻抗元件。由此，即使假设供给至晶体管Q1、Q2的偏置电流的电流量和供给至晶体管Qs1、Qs2的偏置电流的电流量相同，也能够通过适当设计电感器L5、L6的电感值来适当地调整使差动对D1和差动对Ds1合起来的增益。
此外，功率放大电路100A～100D还具备设置在差动对D1的后级的差动对D2，差动对D2包含将信号RF2i和信号RF21被合成后的输出信号RF2a、以及信号RF2j和信号RF2k被合成后的输出信号RF2b分别放大并输出信号RF3a、RF3b的晶体管Q3、Q4。由此，功率放大电路100A～100D能够以两个阶段放大功率。
此外，功率放大电路100C还具备设置在差动对D2的上级的差动对D3、一对电感器L9、L10和一对电容器C5、C6，差动对D3包含：发射极或者源极通过一对电感器的一者而与接地连接并且通过一对电容器的一者而与晶体管Q3的集电极或者漏极连接的晶体管Q5、和发射极或者源极通过一对电感器的另一者而与接地连接并且通过一对电容器的另一者而与晶体管Q4的集电极或者漏极连接的晶体管Q6，晶体管Q5输出将晶体管Q3的输出信号放大后的信号，晶体管Q6输出将晶体管Q4的输出信号放大后的信号。由此，与差动对不上下连接的结构相比，能够获得2倍的信号振幅。
以上说明的各实施方式用于使本公开容易理解，而非用于对本公开进行限定、解释。本公开能够在不脱离其主旨的情况下变更或改良，并且在本公开中还包含其等价物。即，本领域技术人员对各实施方式适当施加了设计变更的方式，只要具备本公开的特征，就也包含于本公开的范围。例如，各实施方式所具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并非限定于所例示的方式而是能够适当变更。此外，各实施方式所具备的各要素在技术上能够尽可能地组合，对它们进行了组合而得到的方式只要包含本公开的特征就也包含于本公开的范围。

Claims (8)

1.一种功率放大电路，其特征在于，具备：
第1放大器，将输入信号放大并将输出信号输出；
第2放大器，基于控制信号将与所述输入信号相应的信号放大，生成与所述输出信号相反相位的信号并将其与所述输出信号相加；和
控制电路，将所述控制信号供给到所述第2放大器，
所述控制电路输出所述控制信号，使得：在所述功率放大电路以第1功率模式动作的情况下，所述第2放大器的增益成为零以上且小于给定等级，在所述功率放大电路以输出功率级比所述第1功率模式小的第2功率模式动作的情况下，所述第2放大器的增益成为所述给定等级以上且小于所述第1放大器的增益。
2.根据权利要求1所述的功率放大电路，其特征在于，
所述控制电路输出所述控制信号，使得：在所述功率放大电路以所述第1功率模式动作的情况下，所述第2放大器成为断开，在所述功率放大电路以所述第2功率模式动作的情况下，所述第2放大器成为接通。
3.根据权利要求1或2所述的功率放大电路，其特征在于，
所述第1放大器包含第1差动对，
所述第2放大器包含第2差动对，
所述第1差动对包含：第1晶体管以及第2晶体管，将相互相反相位的第1信号以及第2信号分别放大，并输出第1放大信号以及第2放大信号，
所述第2差动对包含：第3晶体管以及第4晶体管，根据所述控制信号将所述第1信号以及所述第2信号分别放大，并输出第3放大信号以及第4放大信号，
所述第3晶体管的集电极或者漏极与所述第2晶体管的集电极或者漏极连接，
所述第4晶体管的集电极或者漏极与所述第1晶体管的集电极或者漏极连接。
4.根据权利要求3所述的功率放大电路，其特征在于，
所述第2差动对还具备：阻抗元件，分别设置在所述第3晶体管的发射极或者源极与接地之间、以及所述第4晶体管的发射极或者源极与接地之间。
5.根据权利要求3所述的功率放大电路，其特征在于，
还具备：第3差动对，设置在所述第1差动对的后级，
所述第3差动对包含：第5晶体管以及第6晶体管，将所述第1放大信号和所述第4放大信号被合成后的第3信号、以及所述第2放大信号和所述第3放大信号被合成后的第4信号分别放大，并输出第5信号以及第6信号。
6.根据权利要求4所述的功率放大电路，其特征在于，
还具备：第3差动对，设置在所述第1差动对的后级，
所述第3差动对包含：第5晶体管以及第6晶体管，将所述第1放大信号和所述第4放大信号被合成后的第3信号、以及所述第2放大信号和所述第3放大信号被合成后的第4信号分别放大，并输出第5信号以及第6信号。
7.根据权利要求5所述的功率放大电路，其特征在于，
还具备：
第4差动对，设置在所述第3差动对的上级；
一对电感器；和
一对电容器，
所述第4差动对包含：
第7晶体管，发射极或者源极通过所述一对电感器的一者而与接地连接，并且通过所述一对电容器的一者而与所述第5晶体管的集电极或者漏极连接；和
第8晶体管，发射极或者源极通过所述一对电感器的另一者而与接地连接，并且通过所述一对电容器的另一者而与所述第6晶体管的集电极或者漏极连接，
所述第7晶体管输出将所述第5信号放大后的第7信号，
所述第8晶体管输出将所述第6信号放大后的第8信号。
8.根据权利要求6所述的功率放大电路，其特征在于，
还具备：
第4差动对，设置在所述第3差动对的上级；
一对电感器；和
一对电容器，
所述第4差动对包含：
第7晶体管，发射极或者源极通过所述一对电感器的一者而与接地连接，并且通过所述一对电容器的一者而与所述第5晶体管的集电极或者漏极连接；和
第8晶体管，发射极或者源极通过所述一对电感器的另一者而与接地连接，并且通过所述一对电容器的另一者而与所述第6晶体管的集电极或者漏极连接，
所述第7晶体管输出将所述第5信号放大后的第7信号，
所述第8晶体管输出将所述第6信号放大后的第8信号。
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