DE10000319B4

DE10000319B4 - Hochfrequenz-Leistungsverstärker

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Publication number: DE10000319B4
Application number: DE10000319A
Authority: DE
Inventors: K. Yamamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 2000-01-08
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2020-01-09
Also published as: DE10000319A1; FR2793968B1; JP2000332551A; FR2793968A1; JP4227248B2; US6297694B1

Abstract

Hochfrequenz-Leistungsverstärker für ein Dualbandsystem, der aufweist:
zwei Leistungsverstärker (2, 4), die jeweils mindestens einen leistungsverstärkenden Heteroübergangs-Bipolartransistor (11, 21) aufweisen;
eine erste und eine zweite Vorspannungsschaltung (3, 5), die mit je einem der zwei Leistungsverstärker (2, 4) verbunden sind und mindestens je einen Heteroübergangs-Bipolartransistor (31, 32; 35, 36) aufweisen; und
ein Vorspannungsschaltnetz (6) zum Umschalten eines Betriebs zwischen den Vorspannungsschaltungen (3, 5), daß zu jedem Zeitpunkt lediglich eine der Vorspannungsschaltungen (3, 5) betrieben wird, wobei
das Vorspannungsschaltnetz (6) aufweist:
ein einen Heteroübergangs-Bipolartransistor (41) aufweisendes erstes Schaltnetz, das mit der ersten Vorspannungsschaltung (3) verbunden ist,
ein einen Heteroübergangs-Bipolartransistor (42) aufweisendes zweites Schaltnetz, das mit der zweiten Vorspannungsschaltung (5) verbunden ist; und
ein einen Heteroübergangs-Bipolartransistor (43) aufweisendes drittes Schaltnetz, wobei die Basis des Heteroübergangs-Bipolartransistors (43) des dritten Schaltnetzes mit dem zweiten Schaltnetz verbunden ist und der Kollektor des Heteroübergangs- Bipolartransistors (43) des dritten Schaltnetzes mit dem ersten...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker für Dualbandsysteme, die zum Beispiel in Mobilfunktelefonen verwendet werden, und betrifft insbesondere einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker aus Heteroübergangs-Bipolartransistoren bzw. HBTs, die ein Vorspannungsschaltnetz zum Umschalten einer Vorspannungsschaltung aufweisen, um einen Leistungsverstärker auszuwählen.

Die Druckschrift EP 0 883 241 A1 beschreibt eine Hochfrequenzschaltungsanordnung, wobei zwischen zwei Verstärkern unterschiedlicher Leistung umgeschaltet werden kann. Die Verstärker weisen jeweils einen Hetero-Biopolartransistor auf.

Aus Asano, H., Hara, S.; Komai, S.: "A 900MHz HBT Power Amplifier MMICs with 55% Efficiency, at 3,3V Operation", in IEEE MTT-S Digest, 1998, S. 205-208, ist ein monolithisch integrierter Leistungsverstärker mit integrierter Vorspannungsschaltung bekannt.

Monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen bzw. MMIC und -module bzw. Hybrid-ICs und Multichipmodule, die GaAs-Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistoren bzw. MESFET, GaAs-Transistoren mit einer hohen Elektronenbeweglichkeit bzw. HEMT oder HBT auf GaAs-Basis verwenden, werden häufig in Leistungsverstärkern für mobile Kommunikationsvorrichtungen verwendet. Verglichen mit einem herkömmlichen FET erfordert ein HBT auf GaAs-Basis keine negative Gatevorspannung, läßt er einen einzigen Energieversorgungsvorgang zu und kann er einen Einschalt/Ausschaltvorgang ähnlich einem Si-MOSFET aber ohne einen analogen Schalter auf der Drainseite ausführen. Ein weiterer Vorteil ist, daß ein HBT auf GaAs-Basis verwendet werden kann, um einen kleineren Leistungsverstärker zu erzielen, der eine Nennausgangsleistung mit einer höheren Ausgangsleistungdichte erzielt, als sie mit einem Leistungsverstärker mit herkömmlichen FETs möglich ist. HBTs auf GaAs-Basis werden deshalb als vielversprechende Leistungselemente in zukünftigen mobilen Kommunikationsvorrichtungen erachtet.

Bei den jüngsten stark gestiegenen Nachfragen nach Mobilfunktelefonen sind Telefone und Dienste eingeführt worden, die einen Zugriff auf zwei Systeme unter Verwendung eines einzigen Handapparats zulassen. In Europa gibt es zum Beispiel zwei Mobilfunktelefondienste: GSM900 bzw. Global System for Mobile Communications, ein 900MHz-System, das der weit verbreitest verwendete Mobilfunktelefondienst in Europa ist, und DCS1800, ein Konkurrenzsystem, das in dem 1800MHz-Band arbeitet. In Japan gibt es ebenso zwei Systeme: PDC bzw. Personal Digital Cellular, ein 900MHz-Mobilfunktelefonsystem, und PHS bzw. Personal Handyphone System, ein digitales schnurloses 1900MHz-Telefonsystem. Sogenannte Dualband-Mobilfunktelefone, die zwischen zwei unterschiedlichen Telefondiensten umschalten können, sind bereits verfügbar.

10 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers zur Verwendung in einem herkömmlichen Dualband-Mobilfunktelefon.

Es wird auf 10 verwiesen. GSM900-Transistoren TrA1 bis TrA3, das heißt HBTs zum Verstärken in dem 900MHz-Band, werden durch eine erste Vorspannungsschaltung 201 vorgespannt. GSM1800-Transistoren TrB1 bis TrB3, das heißt HBTs zum Verstärken in dem 1800MHz-Band, werden durch eine zweite Vorspannungsschaltung 202 vorgespannt.

Ein Vorspannungsschaltnetz 203 wählt exklusiv entweder die erste Vorspannungsschaltung 201 oder die zweite Vorspannungsschaltung 202 auf der Grundlage des Signalpegels eines zweiwertigen Eingangssignals Vmod, das an einen Vmod-Anschluß angelegt wird, aus und betreibt diese. Das Vorspannungsschaltnetz 203 leitet ebenso ein Ausgangssteuersignal auf der Grundlage des Signalpegels eines Eingangssignals Vpc, das an einen Vpc-Anschluß angelegt wird, zu der ersten Vorspannungsschaltung 201 oder der zweiten Vorspannungsschaltung 202, um den Pegel des Ausgangssignals einzustellen, das aus Ausgangsanschlüssen OUT1 und OUT2 ausgegeben wird. Wenn das Eingangssignal Vpc 0V beträgt, stoppt das Vorspannungsschaltnetz 203 den Betrieb sowohl des GSM900-Leistungsverstärkers als auch des GSM1800-Lei stungsverstärkers unberücksichtigt des Eingangssignals Vmod.

11 zeigt einen typischen Stromlaufplan des Vorspannungsschaltnetzes 203, das in dem in 10 gezeigten herkömmlichen Hochfrequenz-Leistungsverstärker verwendet wird. Wie es in 11 gezeigt ist, weist das Vorspannungsschaltnetz 203 eine Logikschaltung 210 aus CMOS oder anderen Siliziumschaltungselementen und einen Ausgangspuffer 211 auf. Der Ausgangspuffer 211 weist eine Mehrzahl von NPN-Transistoren TrC1 bis TrC4 auf, die in Silizium ausgebildet sind. Die Logikschaltung 210 wandelt das Eingangssignal Vpc, das von einem D/A-Wandler (in der Figur nicht gezeigt) zugeführt wird, in Übereinstimmung mit dem Signalpegel des Eingangssignals Vmod und gibt entweder ein Signal V900 oder V1800 über den Ausgangspuffer 211 aus. Das Vorspannungsschaltnetz 203 gibt daher ein Signal V900 oder V1800 aus, um einen besonderen Leistungsverstärker auszuwählen und steuert den Signalpegel des Ausgangssignals aus dem ausgewählten Leistungsverstärker auf der Grundlage des Eingangssignals Vpc und stoppt einen Betrieb des anderen (nicht ausgewählten) Leistungsverstärkers unberücksichtigt des Eingangssignals Vpc.

Es ist anzumerken, daß, während die erste Vorspannungsschaltung 201 und die zweite Vorspannungsschaltung 202, die in 10 gezeigt sind, mit Siliziumelementen hergestellt sind, diejenigen, die in 12A und 12B gezeigt sind, unter Verwendung von HBTs hergestellt sind, wie es aus der Literatur bekannt ist. Die in 12A gezeigte Vorspannungsschaltung kann eine Änderung der Basis/Emitterspannung Vbe in Übereinstimmung mit dem Temperaturkoeffizienten des leistungsverstärkenden HBT in 10 mittels eines Transistors TrD2 kompensieren, wie es auch die in 12B gezeigte Vorspannungsschaltung unter Verwendung der Transistoren TrD2 und TrD3 kann. Es ist anzumerken, daß alle Transistoren TrD1 bis TrD3 in den 12A und 12B HBTs sind und entweder ein Signal V900 oder V1800 in 11 über den Vorspannungsschaltungs-Eingangsanschluß Vin an eine der Vorspannungsschaltungen angelegt werden kann.

Anders als ein FET arbeitet ein HBT jedoch durch Verstärken des Basisstroms und erfordert eine Basisstromversorgung zwischen 10 bis 100mA, um das 2W- bis 4W-Ausgangssignal eines GSM-Telefons zu erzielen. Es ist jedoch ebenso schwierig, direkt einen derart hohen Basisstrom aus einem Standard-Si-CMOS-IC zu erzielen, da der Ausgangsstrom, der verwendet wird, um eine bestimmte Ausgangsspannung aus einer Standard-CMOS-Vorrichtung sicherzustellen, maximal mehrere Milliampere beträgt.

Weiterhin können zwei Leistungsverstärker ebenso einfach unter Verwendung von Eingangssignalen Vpc und Vmod aufgrund der allgemeinen Verwendbarkeit des Logikschaltungsaufbaus gesteuert werden, wenn Siliziumelemente in dem Vorspannungsschaltnetz verwendet werden, aber eine getrennte Steuerschaltung, die Siliziumelemente verwendet, ist zum Steuern von anderen Vorrichtungen als dem HBT-Leistungsverstärker erforderlich.

Wenn Siliziumelemente in dem Vorspannungsschaltnetz und den Vorspannungsschaltungen oder lediglich dem Vorspannungsschaltnetz verwendet werden, können diese Schaltungen nicht zu einem MMIC integriert werden, das HBTs aufweist. Ein getrennter Siliziumchip ist daher erforderlich und dies verringert eine Ausbeute während einer Massenproduktion.

Unter Berücksichtigung der zuvor erwähnten Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Dualbandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärker zu schaffen, der mit einer HBTs aufweisenden monolithisch integrierten Mikrowellenschaltung unter Verwendung von HBTs intregriert werden kann, um die Vorspannungsschaltungen und das Vorspannungsschaltnetz jedes HBTs aufweisenden Dual bandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärkers auszubilden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das Vorspannungsschaltnetz zum Umschalten eines Betriebs der mit HBTs aufgebauten Vorspannungsschaltungen weist daher ein erstes Schaltnetz zum Steuern einer Ausgabe zu einer Vorspannungsschaltung, ein zweites Schaltnetz zum Steuern einer Ausgabe zu der anderen Vorspannungsschaltung und ein drittes Schaltnetz zum exklusiven Auswählen des ersten oder zweiten Schaltnetzes zu arbeiten, auf. Die ersten bis dritten Schaltnetze des Vorspannungsschaltnetzes sind unter Verwendung von herkömmlichen AlGaAs- oder GaAs-HBTs hergestellt, von denen drei oder mehr in Reihe geschaltet sind, so daß eine gesamte kombinierte Basis/Emitterspannung Vbe 3V nicht überschreitet. Das Vorspannungsschaltnetz kann daher auch in 3V-Niederenergieversorgungssystemen zuverlässig arbeiten und kann daher mit einem HBT-MMIC integriert werden, um das Herstellungsverfahren zu vereinfachen.

Die ersten und zweiten Schaltnetze weisen jeweils vorzugsweise eine Widerstandsreihenschaltung auf, die eine Mehrzahl von Widerständen aufweist, die zum Spannungsteilen einer Spannung eines Signals Vpc in Reihe geschaltet sind, wobei der HBT von jedem der ersten und zweiten Schaltnetze ein an Masse gelegter HBT zum Steuern einer Verbindung der Widerstandsreihenschaltung zu Masse ist, und ein Steuersignal von einem Knoten zwischen bestimmten Widerständen in dieser Widerstandsreihenschaltung zu einer entsprechenden Vorspannungsschaltung ausgegeben wird.

Das Vorspannungsschaltnetz kann daher unter Verwendung weniger HBTs und Widerstände erzielt werden und die Erhöhung einer sich aus einer Vorspannungsschaltnetzintegration ergebenden MMIC-Chip-Abmessung kann minimiert werden.

Weiterhin ist vorzugsweise jeder Leistungsverstärker ein mehrstufiger Leistungsverstärker zum Leistungsverstärken mittels einer Mehrzahl von leistungsverstärkenden HBTs, weist jede entsprechende Vorspannungsschaltung eine Schaltung zum Anlegen einer Vorspannung an jeden leistungsverstärkenden HBT auf und geben die ersten und zweiten Schaltnetze die Steuersignale derart zu der entsprechenden Vorspannungsschaltung aus, daß sich ein erster Signalstrom allmählich von einer Vorspannung, die an den leistungsverstärkenden HBT der ersten Stufe angelegt ist, zu einer Vorspannung erhöht, die an den leistungsverstärkenden HBT der letzten Stufe angelegt ist.

Es ist deshalb möglich, den Spannungsabfall des Signals Vpc an der Schaltung, die eine Vorspannung an den leistungsverstärkenden HBT der letzten Stufe anlegt, in jeder Vorspannungsschaltung, das heißt, dem HBT, von welchem der meiste Strom für ein Signal Vpc fließt, zu minimieren.

Weiterhin weisen vorzugsweise das erste und das zweite Schaltnetz jeweils einen Signalpegel-Einstellungswiderstand zum Einstellen des Pegels des Steuersignals auf, das an die entsprechende Vorspannungsschaltung angelegt wird, wobei der Signalpegel-Einstellungswiderstand parallel zu einem Knoten zwischen bestimmten Widerständen in der Widerstandsreihenschaltung und einem Knoten zwischen der Widerstandsreihenschaltung und dem an Masse angelegten HBT geschaltet ist.

Weiterhin steuert vorzugsweise ein HBT in dem dritten Schaltnetz eine Vorspannungsversorgung an der Basis des HBT in dem zweiten Schaltnetz in Übereinstimmung mit dem zweiten Signal. Ein Vorspannungsschaltnetz aus HBTs, das in einem 3V-System arbeiten kann, kann daher erzielt werden und das Vorspannungsschaltnetz kann mit einem HBT-MMIC integriert werden.

Wenn es außerdem wünschenswert ist, ein thermisches Weglaufen und eine Wärmebeschädigung an dem Leistungsverstärker zu verhindern, das bzw. die von einer extern angelegten Überspannung herrühren, können die ersten und zweiten Schaltnetze jeweils vorzugsweise weiterhin eine Schutzschaltung zum Schützen jeder Vorspannungsschaltung vor einer Überspannung beinhalten, die an einen Anschluß angelegt wird, welcher das erste Signal aufnimmt. In diesem Fall ist jede Schutzschaltung vorzugsweise ein einen HBT aufweisender Vbe-Multiplizierer. Als Ergebnis können ein thermisches Weglaufen und eine Wärmebeschädigung an dem Leistungsverstärker, das bzw. die von einer extern angelegten Überspannung herrühren, mit einem einfachen Schaltungsaufbau verhindert werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, in welcher gleichen Teilen gleiche Bezugszeichen zugewiesen sind.

Es zeigen:
1 ein typisches Blockschaltbild eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers für ein Dualbandsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine erste Vorspannungsschaltung, eine zweite Vorspannungsschaltung und ein Vorspannungsschaltnetz, die in 1 gezeigt sind;
3A bis 3C Graphen einer Betriebscharakteristik des in 2 gezeigten Vorspannungsschaltnetzes;
4 ein typisches Blockschaltbild einer alternativen Ausgestaltung des in 1 gezeigten Hochfrequenz-Leistungsverstärkers für ein Dualbandsystem;
5 eine erste Vorspannungsschaltung, eine zweite Vorspannungsschaltung und ein Vorspannungsschaltnetz, die in 4 gezeigt sind;
6 einen typischen Stromlaufplan einer alternativen Ausgestaltung einer ersten Vorspannungsschaltung, einer zweiten Vorspannungsschaltung und eines Vorspannungsschaltnetzes;
7 einen typischen Stromlaufplan einer wei teren alternativen Ausgestaltung einer ersten Vorspannungsschaltung, einer zweiten Vorspannungsschaltung und eines Vorspannungsschaltnetzes;
8 einen typischen Stromlaufplan einer ersten Vorspannungsschaltung, einer zweiten Vorspannungsschaltung und eines Vorspannungsschaltnetzes in einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 einen Graph einer typischen Betriebscharakteristik eines Vorspannungsschaltnetzes in dem in 8 gezeigten Leistungsverstärker;
10 ein typisches Blockschaltbild eines Dualbandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärkers im Stand der Technik;
11 ein typisches Blockschaltbild eines in 10 gezeigten Vorspannungsschaltnetzes; und
12A und 12B typische Blockschaltbilder von in 10 gezeigten HBTs aufweisenden Vorspannungsschaltungen.
Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein typisches Blockschaltbild eines Hoch frequenz-Leistungsverstärkers für ein Dualbandsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es ist anzumerken, daß der in 1 gezeigte Dualbandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärker zwei einstufige Leistungsverstärker aufweist, jeweils einen für GSM900- und GMS1800-Systeme.
Wie es in 1 gezeigt ist, weist ein Hochfrequenz-Leistungsverstärker 1 einen ersten Leistungsverstärker 2, das heißt einen GSM900-Leistungsverstärker; eine erste Vorspannungsschaltung 3 zum Vorspannen des ersten Leistungsverstärkers 2; einen zweiten Leistungsverstärker 4, das heißt einen GSM1800-Leistungsverstärker; eine zweite Vorspannungsschaltung 5 zum Vorspannen des zweiten Leistungsverstärkers 4; ein Vorspannungsschaltnetz 6 zum exklusiven Auswählen und Betreiben entweder der ersten Vorspannungsschaltung 3 oder der zweiten Vorspannungsschaltung 5; Ausgangsanpassungsschaltungen 7 und 8; und Kollektorvorspannungsschaltungen 9 und 10 auf.
Der erste Leistungsverstärker 2 weist einen leistungsverstärkenden HBT 11 und eine Eingangsanpassungsschaltung 12 auf. Der HBT 11 verstärkt ein Hochfrequenzsignal in der Leistung, das von einem Eingangsanschluß IN1 über die Eingangsanpassungsschaltung 12 eingegeben wird, und gibt das verstärkte Hochfrequenzsignal über die Ausgangsanpassungsschaltung 7 aus einem Ausgangsanschluß OUT1 aus. Für diesen Betrieb wird eine Vorspannung von der Kollektorvorspannungsschaltung 9 an den Kollektor des HBT 11 angelegt und wird eine andere Vorspannung von der ersten Vorspannungsschaltung 3 an die Basis des HBT 11 angelegt.
Auf ähnliche Weise weist der zweite Leistungsverstärker 4 einen leistungsverstärkenden HBT 21 und eine Eingangsanpassungsschaltung 22 auf. Der HBT 21 verstärkt ein Hochfrequenzsignal in der Leistung, das von einem Eingangsanschluß IN2 über die Eingangsanpassungsschaltung 22 eingegeben wird, und gibt das verstärkte Hochfrequenzsignal über eine Ausgangsanpassungsschaltung 8 aus einem Ausgangsanschluß OUT2 aus. Für diesen Betrieb wird eine Vorspannung von der Kollektorvorspannungsschaltung 10 an den Kollektor des HBT 21 angelegt und wird eine andere Vorspannnung von der zweiten Vorspannungsschaltung 5 an die Basis des HBT 21 angelegt.
Der Betrieb der ersten Vorspannungsschaltung 3 und der zweiten Vorspannungsschaltung 5 wird durch ein Vorspannungsschaltnetz 6 gesteuert. Genauer gesagt gibt das Vorspannungsschaltnetz 6 ein Signal V900, welches ein Steuersignal für die erste Vorspannungsschaltung 3 ist, oder ein Signal V1800 aus, welches ein Steuersignal für die zweite Vorspannungsschaltung 5 ist, um exklusiv die erste Vorspannungsschaltung 3 oder die zweite Vorspannungsschaltung 5 auf der Grundlage des Signalpegels eines zweiwertigen Eingangssignals Vmod (welches zum Beispiel bei 3V einen hohen Zustand oder bei 0V einen niedrigen Zustand aufweist), das von einer externen Quelle an den Anschluß Vmod angelegt wird, auszuwählen und zu betreiben.
Auf der Grundlage des Signalpegels eines Eingangssignals Vpc, das von einer externen Quelle an einen Vpc-Anschluß angelegt wird, gibt das Vorspannungsschaltnetz 6 ebenso ein Signal V900 oder ein Signal V1800 aus, um den Ausgangspegel des Signals einzustellen, das aus Ausgangsanschlüssen OUT1 und OUT2 ausgegeben wird. Durch Ändern des Pegels des Eingangssignals Vpc zum Beispiel zwischen zum Beispiel 0 bis 3V kann der Signalpegel des Ausgangssignals aus dem Ausgangsanschluß OUT1 oder OUT2 von minus mehrere zehn dBm bis +34 dBm geändert werden. Außerdem stoppt, wenn das Eingangssignal Vpc 0V beträgt, das Vorspannungsschaltnetz 6 eine Vorspannungsversorgung zu sowohl der ersten Vorspannungsschaltung 3 als auch der zweiten Vorspannungsschaltung 5, um einen Betrieb sowohl des ersten Leistungsverstärkers 2 als auch des zweiten Leistungsverstärkers 4 zu stoppen.
2 zeigt einen detaillierten Stromlaufplan der ersten Vorspannungsschaltung 3, der zweiten Vorspannungsschaltung 5 und des Vorspannungsschaltnetzes 6, die in 1 gezeigt sind. Wie es in 2 gezeigt ist, weist die erste Vorspannungsschaltung 3 HBTs 31 und 32 und Widerstände 33 und 34 auf. Der Widerstand 33 ist der Basiswiderstand des HBT 31 und der Widerstand 34 ist der Basiswiderstand des HBT 32.
Der Kollektor des HBT 31 ist mit einem Energieversorgungsanschluß Vcc verbunden, an welchen eine bestimmte Versorgungsgleichspannung angelegt wird; sein Emitter ist mit dem Kollektor des HBT 32 verbunden; und der Knoten zwischen dem Emitter des HBT 31 und dem Kollektor des HBT 32 ist mit der Basis eines HBT 11 in dem ersten Leistungsverstärker 2 verbunden und wird daher als der Ausgang der ersten Vorspannungsschaltung 3 verwendet. Die Basis des HBT 31 ist über den Widerstand 33 mit dem V900-Ausgangsanschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6 verbunden. Das Steuersignal V900 wird daher von dem Vorspannungsschaltnetz 6 an die Basis des HBT 31 angelegt.
Die Basis des HBT 32 ist über den Widerstand 34 mit seinem Kollektor verbunden und sein Emitter ist an Masse gelegt. Der HBT 32 kann daher eine Änderung der Basis/Emitterspannung Vbe in Übereinstimmung mit dem Temperaturkoeffizienten des HBT 11 in dem ersten Leistungsverstärker 2 kompensieren.
Auf ähnliche Weise weist die zweite Vorspannungsschaltung 5 HBTs 35 und 36 und Widerstände 37 und 38 auf. Der Widerstand 37 ist der Basiswiderstand des HBT 35 und der Widerstand 38 ist der Basiswiderstand des HBT 36. Der Kollektor des HBT 35 ist mit dem Energieversorgungsanschluß Vcc verbunden; sein Emitter ist mit dem Kollektor des HBT 36 verbunden und dieser Emitter/Kollektorknoten ist mit der Basis des HBT 21 in dem zweiten Leistungsverstärker 4 verbunden und wird daher als der Ausgang der zweiten Vorspannungsschaltung 5 verwendet. Die Basis des HBT 35 ist über den Widerstand 37 mit dem V1800-Ausgangsanschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6 verbunden. Das Steuersignal V1800 wird daher von dem Vorspannungsschaltnetz 6 an die Basis des HBT 35 angelegt.
Die Basis des HBT 36 ist über den Widerstand 38 mit seinem Kollektor verbunden und sein Emitter ist an Masse gelegt. Der HBT 36 kann daher eine Änderung der Basis/Emitterspannung Vbe in Übereinstimmung mit dem Temperaturkoeffizienten des HBT 21 in dem zweiten Leistungsverstärker 4 kompensieren.
Das Vorspannungsschaltnetz 6 weist HBTs 41 bis 43 und Widerstände 45 bis 54 auf. Der Vpc-Anschluß ist über eine Reihenschaltung der Widerstände 45 und 46 mit dem Kollektor des HBT 41 verbunden. Der Knoten zwischen den Widerständen 45 und 46 ist mit dem V900-Ausgangsanschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6 und über den Widerstand 33 der ersten Vorspannungsschaltung 3 mit der Basis des HBT 31 verbunden. Die Basis des HBT 41 ist über den Widerstand 47 mit dem Kollektor des HBT 43 verbunden und sein Emitter ist an Masse gelegt.
Auf ähnliche Weise ist der Vpc-Anschluß über eine Reihenschaltung der Widerstände 48 und 49 mit dem Kollektor des HBT 42 verbunden. Der Knoten zwischen den Widerständen 48 und 49 ist mit dem V1800-Ausgangsanschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6 und über den Widerstand 37 der zweiten Vorspannungsschaltung 5 mit der Basis des HBT 35 verbunden. Die Basis des HBT 42 ist über eine Reihenschaltung der Widerstände 50 und 51 mit dem Vmod-Anschluß verbunden und sein Emitter ist an Masse gelegt. Der Vmod-Anschluß ist über den Widerstand 53 mit der Basis des HBT 43 verbunden und über den Widerstand 54 an Masse gelegt. Der Kollektor des HBT 43 ist über den Widerstand 52 mit dem Vpc-Anschluß verbunden und sein Emitter ist an Masse gelegt.
Wenn in einem derart aufgebauten Vorspannungsschaltnetz 6 2,7V an den Vpc-Anschluß angelegt werden und 3V an den Vmod-Anschluß angelegt werden geht das Signal Vmod zu einem hohen Zustand über und schaltet sich daher der HBT 43 ein. Der HBT 41 schaltet sich daher aus und der HBT 42 schaltet sich ein. Wenn der HBT 42 eingeschaltet ist, ist die Spannung Vpc des Vpc-Anschlusses eine durch die Widerstände 48 und 49 geteilte Spannung. Wenn der Widerstandswert des Widerstands 48 R48 ist und der Widerstandswert des Widerstands 49 R49 ist, fällt die Spannung an dem V1800-Ausgangsanschluß auf {Vpc × R49/(R48 + R49)} ab. Als Ergebnis schalten sich die HBTs 35 und 36 in der zweiten Vorspannungsschaltung 5 aus.
Strom fließt ebenso über den Widerstand 45 und den Widerstand 33 zu der Basis des HBT 31 in der ersten Vorspannungsschaltung 3, da der HBT 41 ausgeschaltet ist. Als Ergebnis wird eine von der Spannung Vpc abhängige Vorspannung von dem Ausgangsanschluß der ersten Vorspannungsschaltung 3 an die Basis des HBT 11 in dem ersten Leistungsverstärker 2 angelegt und kann eine von der Spannung Vpc abhängige Ausgangsleistung von dem Ausgangsanschluß OUT1 des ersten Leistungsverstärkers 2 erzielt werden.
Wenn zum Beispiel dann 2,7V an den Vpc-Anschluß angelegt werden und 0V an den Vmod-Anschluß angelegt wird, so daß der Vmod-Anschluß zu einem niedrigen Zustand übergeht, schaltet sich der HBT 43 aus, schaltet sich daher der HBT 41 ein und schaltet sich der HBT 42 aus. Wenn der HBT 41 eingeschaltet ist, ist die Spannung Vpc an dem Vpc-Anschluß die durch die Widerstände 45 und 46 geteilte Spannung. Wenn der Widerstandswert des Widerstands 45 R45 ist und der Widerstandswert des Widerstands 46 R46 ist, fällt die Span nung an dem V900-Ausgangsanschluß auf {Vpc × R46/(R45 + R46)} ab. Als Ergebnis schalten sich die HBTs 31 und 32 in der ersten Vorspannungsschaltung aus.
Strom fließt ebenso über den Widerstand 48 und den Widerstand 37 zu der Basis des HBT 35 in der Vorspannungsschaltung 5, da der HBT 41 eingeschaltet ist. Als Ergebnis wird eine von der Spannung Vpc abhängige Vorspannung von dem Ausgang der zweiten Vorspannungsschaltung 5 an die Basis des HBT 21 in dem zweiten Leistungsverstärker 4 angelegt und kann eine von der Spannung Vpc abhängige Ausgangsleistung von dem Ausgangsanschluß OUT2 des zweiten Leistungsverstärkers 4 erzielt werden.
Wenn die Spannung Vpc zu 0V übergeht, schalten sich der HBT 31 in der ersten Vorspannungsschaltung 3 und der HBT 35 in der zweiten Vorspannungsschaltung 5 unberücksichtigt der Spannung an dem Vmod-Anschluß, das heißt unberücksichtigt des Betriebszustands des HBT 41 und des HBT 42, aus. Als Ergebnis stoppen sowohl der erste Leistungsverstärker 2 als auch der zweite Leistungsverstärker 4 einen Betrieb.
Durch ein derartiges Verwenden eines Vorspannungsschaltnetzes 6 aus HBTs kann ein Dualbandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärker 1 unter Verwendung von zwei Chips, das heißt einem GSM900-Chip, der den ersten Leistungsverstärker 2 und die erste Vorspannungsschaltung 3 aufweist, und einem GSM1800-Chip, der den zweiten Leistungsverstärker 4 und die zweite Vorspannungsschaltung 5 aufweist, erzielt werden, und kann das Vorspannungsschaltnetz 6 auf irgendeinem dieser zwei Chips ausgebildet sein.
Der Schaltungsstrom, der zum Umschalten des Vorspannungsschaltnetzes 6 erforderlich ist, wird von dem Vpc-Anschluß angelegt und der Strom, der von dem Vpc-Anschluß zugeführt wird, ist im Vergleich zu einem herkömmlichen Vorspannungsschaltnetz erhöht, das Siliziumelemente aufweist.
Die Erhöhung kann durch Optimieren der Werte (Ra + Rb) und Ra gesteuert werden, wobei R45 = R48 = Ra und R46 = R49 = Rb ist. Zum Beispiel wird, wenn die erste Vorspannungsschaltung 3 arbeitet und die zweite Vorspannungsschaltung 5 gestoppt ist, der Spannungsabfall an dem Widerstand 45 (I1 Ra) sein, wobei I1 der Strom ist, der zu dem Widerstand 45 fließt, und wird der Spannungsabfall an dem Widerstand 48 {Vpc × Ra/(Ra + Rb)} sein. Es ist deshalb durch Optimieren der Werte von Ra und Rb möglich, den Strom, der von dem Vpc-Anschluß zugeführt wird, innerhalb des Bereichs zu minimieren, in dem keine Probleme für praktische Zwecke auftreten.
3A bis 3C zeigen Graphen, die eine Betriebscharakteristik des in 2 gezeigten Vorspannungsschaltnetzes 6 unter verschiedenen Bedingungen zeigen. 3A zeigt die Beziehung zwischen dem Strom Ipc, der von dem Vpc-Anschluß zugeführt wird, und Spannungen V900 und V1800 an dem V900-Anschluß bzw. an dem V1800-Anschluß als Reaktion auf eine Spannung Vpc, wenn Vmod 3V beträgt. 3B zeigt die gleiche, wenn Vmod 0V beträgt. 3C zeigt die Beziehung zwischen einem Strom I900, der von dem V900-Anschluß ausgegeben wird, einem Strom I1800, der von dem V1800-Anschluß ausgegeben wird, und den Spannungen V900 und V1800 an dem V900-Anschluß bzw. an dem V1800-Anschluß als Reaktion auf eine Spannung Vmod, wenn Vpc 2,7V beträgt.
Es ist aus den 3A bis 3C ersichtlich, daß, wenn Vpc 2,7V beträgt, die Stromversorgung zwischen dem ersten Leistungsverstärker 2 und dem zweiten Leistungsverstärker 4 mit einem Strom Ipc von ungefähr 3,5mA umgeschaltet werden kann.
Es ist anzumerken, daß, während die vorliegende Erfindung vorhergehend unter Bezugnahme auf einen einstufigen Leistungsverstärker in 1 und 2 beschrieben worden ist, die vorliegende Erfindung nicht derart beschränkt sein sollte und offensichtlich an einem mehrstufigen Leistungsverstärker 4 angewendet werden kann. 4 zeigt ein typisches Blockschaltbild, das eine alternative Ausgestaltung des in 1 gezeigten Hochfrequenz-Leistungsverstärkers für ein Dualbandsystem darstellt. Es ist anzumerken, daß ein Hochfrequenz-Leistungsverstärker für ein Dualbandsystem, der einen dreistufigen Leistungsverstärker aufweist, in 4 gezeigt ist und daß gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Eine weitere Beschreibung von derartigen gleichen Teilen wird nachstehend weggelassen, wobei lediglich die Unterschiede zwischen dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker, der in 1 gezeigt ist, und dem, der in 4 gezeigt ist, beschrieben werden.
Der in 4 gezeigte Hochfrequenz-Leistungsverstärker unterscheidet sich von demjenigen in 1 darin, daß der erste Leistungsverstärker 2 und der zweite Leistungsverstärker 4 jeweils ein dreistufiger Leistungsverstärker sind. Der Schaltungsaufbau der ersten Vorspannungsschaltung 3 und der zweiten Vorspannungsschaltung 5 in 1 ist daher ebenso geändert. Der erste Leistungsverstärker 2 in 1 ist daher in 4 gezeigt und wird nachstehend als erster Leistungsverstärker 2A bezeichnet, die erste Vorspannungsschaltung 3 wird als erste Vorspannungsschaltung 3A bezeichnet, der zweite Leistungsverstärker 4 wird als zweiter Leistungsverstärker 4A bezeichnet, die zweite Vorspannungsschaltung 5 wird als zweite Vorspannungsschaltung 5A bezeichnet und der Hochfrequenz-Leistungsverstärker 1 wird als Hochfrequenz-Leistungsverstärker 1A bezeichnet.
Wie es in 4 gezeigt ist, weist der erste Leistungsverstärker 2A HBTs 11a bis 11c zum Verstärken einer Leistung; eine Eingangsanpassungsschaltung 12; und Zwischenstufenanpassungsschaltungen 61 und 62 auf.
Der HBT 11a verstärkt eine Leistung eines Hochfrequenzsignals, das über die Eingangsanpassungsschaltung 12 von dem Eingangsanschluß IN1 eingegeben wird, und der HBT 11b verstärkt eine Leistung des Hochfrequenzsignals, das von dem HBT 11a verstärkt wird und über die Zwischenstufenanpassungsschaltung 61 in diesen eingegeben wird. Der HBT 11c verstärkt eine Leistung des Hochfrequenzsignals, das von dem HBT 11b verstärkt wird und über die Zwischenstufenanpassungsschaltung 62 in diesen eingegeben wird. Das verstärkte Hochfrequenzsignal wird dann über die Ausgangsanpassungsschaltung 7 aus dem Ausgangsanschluß OUT1 ausgegeben.
Eine Vorspannung wird von entsprechenden Kollektorvorspannungsschaltungen 9a bis 9c an den Kollektor der HBTs 11a bis 11c angelegt. Eine Vorspannung wird ebenso von der ersten Vorspannungsschaltung 3A an die Basis der HBTs 11a bis 11c angelegt.
Auf ähnliche weise weist der zweite Leistungsverstärker 4A HBTs 21a bis 21c zum Verstärken einer Leistung; eine Eingangsanpassungsschaltung 22; und Zwischenstufenanpassungsschaltungen 65 und 66 auf.
Der HBT 21a verstärkt eine Leistung eines Hochfrequenzsignals, das über die Eingangsanpassungsschaltung 22 von dem Eingangsanschluß IN2 eingegeben wird, und der HBT 21b verstärkt eine Leistung des Hochfrequenzsignals, das von dem HBT 21 verstärkt wird und über eine Zwischenstufenanpassungsschaltung 65 in diesen eingegeben wird. Der HBT 21c verstärkt eine Leistung des Hochfrequenzsignals, das von dem HBT 21b verstärkt wird und über eine Zwischenstufenanpassungsschaltung 66 in diesen eingegeben wird. Das verstärkte Hochfrequenzsignal wird dann über eine Ausgangsanpassungsschaltung 8 aus dem Ausgangsanschluß OUT2 ausgegeben.
Eine Vorspannung wird von entsprechenden Kollektorvorspannungsschaltungen 10A bis 10C an den Kollektor der HBTs 21a bis 21c angelegt. Eine Vorspannung wird ebenso von der zweiten Vorspannungsschaltung 5A an die Basis der HBTs 21a bis 21c angelegt.
Wie bei dem in 1 und 2 gezeigten Hochfrequenz-Leistungsverstärker 1 steuert das Vorspannungsschaltnetz 6 einen Betrieb der ersten Vorspannungsschaltung 3A und der zweiten Vorspannungsschaltung 5A. Genauer gesagt gibt das Vorspannungsschaltnetz 6 ein Signal V900, welches ein Steuersignal für die erste Vorspannungsschaltung 3A ist, oder ein Signal V1800 aus, welches ein Steuersignal für die zweite Vorspannungsschaltung 5A ist, um exklusiv die erste Vorspannungsschaltung 3A oder die zweite Vorspannungsschaltung 5A auf der Grundlage des Signalpegels eines zweiwertigen Eingangssignals Vmod auszuwählen und zu betreiben. Auf der Grundlage des Signalpegels des Eingangssignals Vpc, das von einer externen Quelle an den Vpc-Anschluß angelegt wird, gibt das Vorspannungsschaltnetz 6 ebenso das Signal V900 oder das Signal V1800 aus, um den Ausgangspegel des Signals einzustellen, das aus den Ausgangsanschlüssen OUT1 und OUT2 ausgegeben wird.
5 zeigt einen typischen Stromlaufplan der ersten Vorspannungsschaltung 3A, der zweiten Vorspannungsschaltung 5A und des Vorspannungsschaltnetzes 6, die in 4 gezeigt sind. Es ist anzumerken, daß gleiche Teile in 5 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Eine weitere Beschreibung von derartigen Teilen wird nachstehend weggelassen, wobei lediglich die Unterschiede zwischen 5 und 2 beschrieben werden.
5 unterscheidet sich darin von 2, daß eine Vorspannungsschaltung, die zu der ersten Vorspannungsschaltung 3 identisch ist, die in 2 gezeigt ist, für jeden der HBTs 11a bis 11c in dem ersten Leistungsverstärker 2A angeordnet ist, und eine Vorspannungsschaltung, die zu der zweiten Vorspannungsschaltung 5 in 2 identisch ist, für jeden der HBTs 21a bis 21c in dem zweiten Leistungsverstärker 4A angeordnet ist.
Wie es in 5 gezeigt ist, weist die erste Vorspannungsschaltung 3A HBTs 31a bis 31c und 32a bis 32c und Widerstände 33a bis 33c und 34a bis 34c auf. Die Widerstände 33a bis 33c sind der Basiswiderstand der entsprechenden HBTs 31a bis 31c und die widerstände 34a bis 34c sind der Basiswiderstand der entsprechenden HBTs 32a bis 32c. Es ist anzumerken, daß die HBTs 31a bis 31c dem HBT 31 in 2 entsprechen, die HBTs 32a bis 32c dem HBT 32 in 2 entsprechen, die widerstände 33a bis 33c dem Widerstand 33 in 2 entsprechen und die Widerstände 34a bis 34c dem Widerstand 34 in 2 entsprechen. Verbindungen zu diesen sind ebenso die gleichen, wie sie in der ersten Vorspannungsschaltung 3 in 2 gezeigt sind, und eine weitere Beschreibung von diesen wird daher nachstehend weggelassen.
Der Knoten zwischen dem Emitter des HBT 31a und dem Kollektor des HBT 32a ist mit der Basis des HBT 11a in dem ersten Leistungsverstärker 2A verbunden. Der Knoten zwischen dem Emitter des HBT 31b und dem Kollektor des HBT 32b ist mit der Basis des HBT 11b in dem ersten Leistungsverstärker 2A verbunden. Auf ähnliche Weise ist der Knoten zwischen dem Emitter des HBT 31c und dem Kollektor des HBT 32c mit der Basis des HBT 11c in dem ersten Leistungsverstärker 2A verbunden.
Auf ähnliche Weise weist die zweite Vorspannungsschaltung 5A HBTs 35a bis 35c und 36a bis 36c und Widerstände 37a bis 37c und 38a bis 38c auf. Die Widerstände 37a bis 37c sind der Basiswiderstand der entsprechenden HBTs 35a bis 35c und die Widerstände 38a bis 38c sind der Basiswiderstand der entsprechenden HBTs 36a bis 36c. Es ist anzumerken, daß die HBTs 35a bis 35c dem HBT 35 in 2 entsprechen, die HBTs 36a bis 36c dem HBT 36 in 2 entsprechen, die Widerstände 37a bis 37c dem Widerstand 37 in 2 entsprechen und die Widerstände 38a bis 38c dem Widerstand 38 in 2 entsprechen. Verbindungen zu diesen sind ebenso die gleichen, wie sie in der zweiten Vorspannungsschaltung 5 in 2 gezeigt sind, und eine weitere Beschreibung von diesen wird daher nachstehend weggelassen.
Der Knoten zwischen dem Emitter des HBT 35a und dem Kollektor des HBT 36a ist mit der Basis des HBT 21a in dem zweiten Leistungsverstärker 4A verbunden. Der Knoten zwischen dem Emitter des HBT 35b und dem Kollektor des HBT 36b ist mit der Basis des HBT 21b in dem zweiten Leistungsverstärker 4A verbunden. Auf ähnliche Weise ist der Knoten zwischen dem Emitter des HBT 35c und dem Kollektor des HBT 36c mit der Basis des HBT 21c in dem zweiten Leistungsverstärker 4A verbunden.
Die Basen der HBTs 31a bis 31c sind über entsprechende Widerstände 33a bis 33c mit dem V900-Anschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6 verbunden. Die Basen der HBTs 35a bis 35c sind über entsprechende Widerstände 37a bis 37c mit dem V1800-Anschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6 verbunden.
Eine Funktionsweise dieser ersten Vorspannungsschaltung 3A ist identisch zu der Funktionsweise der ersten Vorspannungsschaltung 3, die in 2 gezeigt ist, eine Funktionsweise der zweiten Vorspannungsschaltung 5A ist identisch zu der zweiten Vorspannungsschaltung 5, die in 2 gezeigt ist, und eine Funktionsweise des Vorspannungsschaltnetzes 6 bezüglich der ersten Vorspannungsschaltung 3A und der zweiten Vorspannungsschaltung 5A ist ebenso die gleiche, wie sie vorhergehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben worden ist. Eine weitere Beschreibung von diesen wird daher nachstehend weggelassen.
Durch ein derartiges Verwenden eines Vorspannungsschaltnetzes 6 aus HBTs kann ein Dualbandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärker 1A erzielt werden, der zwei Chips, das heißt einen GSM900-Chip, der einen ersten Leistungsverstärker 2A und eine erste Vorspannungsschaltung 3A aufweist, und einen GSM1800-Chip, der einen zweiten Leistungsverstärker 4A und eine zweite Vorspannungsschaltung 5A aufweist, verwendet, und kann das Vorspannungsschaltnetz 6 auf irgendeinem dieser zwei Chips ausgebildet sein.
6 zeigt einen Stromlaufplan einer weiteren alternativen Ausgestaltung der ersten Vorspannungsschaltung 3A, der zweiten Vorspannungsschaltung 5A und des Vorspannungsschaltnetzes 6, die in 4 gezeigt sind. Es ist anzumerken, daß gleiche Teile in 5 und 6 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Eine weitere Beschreibung von derartigen gleichen Teilen wird nachstehend weggelassen, wobei lediglich die Unterschiede zwischen 5 und 6 beschrieben werden.
Die Schaltungen, die in 6 gezeigt sind, unterscheiden sich darin von denjenigen in 5, daß Basiswiderstände 33a bis 33c der ersten Vorspannungsschaltung 3A in 5 und Basiswiderstände 37a bis 37c in der zweiten Vorspannungsschaltung 5A in 5 weggelassen sind und eine Reihenschaltung von Widerständen 71a bis 71c zwischen Widerstände 45 und 46 und eine Reihenschaltung von Widerständen 72a bis 72c zwischen Widerstände 48 und 49 in dem Vorspannungsschaltnetz 6 in 5 eingefügt sind. Die Widerstände 45, 46, 48 und 49 in 5 sind daher in 6 gezeigt und werden nachstehend als Widerstände 45B, 46B, 48B und 49B bezeichnet; die erste Vorspannungsschaltung 3A wird als erste Vorspannungsschaltung 3B bezeichnet; die zweite Vorspannungsschaltung 5A wird als zweite Vorspannungsschaltung 5B bezeichnet; und das Vorspannungsschaltnetz 6 wird als Vorspannungsschaltnetz 6B bezeichnet.
Wie es vorhergehend erwähnt worden ist und in 6 gezeigt ist, ist eine Reihenschaltung von Widerständen 71A bis 71C zwischen Widerstände 45B und 46B des Vorspannungs schaltnetzes 6B eingefügt und ist der Knoten zwischen dem Widerstand 46B und dem Widerstand 71A über einen sich dazwischen befindenden V900a-Ausgangsanschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6B mit der Basis des HBT 31a verbunden. Der Knoten zwischen dem Widerstand 71A und dem Widerstand 71B ist über einen V900b-Ausgangsanschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6B mit der Basis des HBT 31b verbunden. Der Knoten zwischen dem Widerstand 71b und dem Widerstand 71c ist über einen V900c-Ausgangsanschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6B mit der Basis des HBT 31c verbunden.
Auf ähnliche Weise ist eine Reihenschaltung der Widerstände 72A bis 72c zwischen Widerstände 48B und 49B des Vorspannungsschaltnetzes 6B eingefügt. Der Knoten zwischen dem Widerstand 49B und dem Widerstand 72A ist über einen V1800a-Ausgangsanschluß der Vorspannungsschaltnetzes 6B mit der Basis des HBT 35a verbunden; der Knoten zwischen dem Widerstand 72a und dem Widerstand 72b ist über einen V1800b-Ausgangsanschluß mit der Basis des HBT 35b verbunden; und der Knoten zwischen dem Widerstand 72b und dem Widerstand 72c ist über einen V1800c-Ausgangsanschluß mit der Basis des HBT 35c verbunden.
Ein Spannungsabfall der Basisvorspannung von dem Vpc-Anschluß aufgrund des HBT 31c, durch welchen der höchste Basisstrom fließt, wenn die erste Vorspannungsschaltung 3B arbeitet, oder aufgrund des HBT 35c, durch welchen der höchste Basisstrom fließt, wenn die zweite Vorspannungsschaltung 5B arbeitet, kann daher minimiert werden. Dies ist wirkungsvoll, wenn alle Schaltungen des Dualbandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärkers in einem einzigen Chip integriert sind.
7 zeigt einen Stromlaufplan einer weiteren alternativen Ausgestaltung der ersten Vorspannungsschaltung 3A, der zweiten Vorspannungsschaltung 5A und des Vorspannungsschaltnetzes 6, die in 4 gezeigt sind. Es ist anzumer ken, daß gleiche Teile in 5, 6 und 7 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Eine weitere Beschreibung von derartigen gleichen Teilen wird nachstehend weggelassen, wobei lediglich die Unterschiede zwischen 7 und 6 beschrieben werden.
Das Vorspannungsschaltnetz 6C, das in 7 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem Vorspannungsschaltnetz 6B in 6 darin, daß Widerstände 74, 75a bis 75c und 76a bis 76c anstelle der Widerstände 45B, 46B und 71a bis 71c vorgesehen sind; und Widerstände 77, 78a bis 78c und 79a bis 79c anstelle der Widerstände 48B, 49B und 72A bis 72C vorgesehen sind.
Wie es in 7 gezeigt ist, ist eine Reihenschaltung von Widerständen 74, 75a bis 75c und 76a zwischen dem Vpc-Anschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6c und dem Kollektor des HBT 41 angeschlossen. Der Knoten zwischen den Widerständen 75a und 76a ist über den V900a-Ausgangsanschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6c mit der Basis des HBT 31a verbunden; der Knoten zwischen den Widerständen 75a und 75b ist über den V900b-Ausgangsanschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6C mit der Basis des HBT 31b verbunden; und der Knoten zwischen den Widerständen 75b und 75c ist über den V900c-Ausgangsanschluß mit der Basis des HBT 31c verbunden. Es ist weiter anzumerken, daß der Widerstand 76b zwischen dem V900b-Anschluß und dem Kollektor des HBT 41 angeschlossen ist und der Widerstand 76c zwischen dem V900c-Anschluß und dem Kollektor des HBT 41 angeschlossen ist.
Auf ähnliche Weise ist eine Reihenschaltung der Widerstände 77, 78a bis 78c und 79a zwischen dem Vpc-Anschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6C und dem Kollektor des HBT 42 angeschlossen. Der Knoten zwischen den Widerständen 78a und 79a ist über den V1800a-Ausgangsanschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6C mit der Basis des HBT 35a verbunden; der Knoten zwischen den Widerständen 78a und 78b ist über den V1800b-Ausgangsanschluß des Vorspannungsschaltnetzes 6C mit der Basis des HBT 35b verbunden; und der Knoten zwischen den Widerständen 78b und 78c ist über den V1800c-Ausgangsanschluß mit der Basis des HBT 35c verbunden. Es ist weiterhin anzumerken, daß der Widerstand 79b zwischen dem V1800b-Anschluß und dem Kollektor des HBT 42 angeschlossen ist und der Widerstand 79c zwischen dem V1800c-Anschluß und dem Kollektor des HBT 42 angeschlossen ist.
Ein Spannungsabfall der Basisvorspannung von dem Vpc-Anschluß aufgrund des HBT 31c, durch welchen der höchste Basisstrom fließt, wenn die erste Vorspannungsschaltung 3C arbeitet, oder aufgrund des HBT 35c, durch welchen der höchste Basisstrom fließt, wenn die zweite Vorspannungsschaltung 5C arbeitet, kann daher minimiert werden. Dies ist wirkungsvoll, wenn alle Schaltungen des Dualbandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärkers in einem einzigen Chip integriert sind. Es ist ebenso möglich, den Strom, der der Basis der HBTs 31a bis 31c und 35a bis 35c zugeführt wird, durch Steuern des Widerstandswertverhältnisses der Widerstände zu optimieren, und es ist dadurch möglich, den Strom Ipc zu optimieren.
Das Vorspannungsschaltnetz zum Umschalten eines Betriebs zwischen einer ersten Vorspannungsschaltung und einer zweiten Vorspannungsschaltung, die jeweils mit HBTs hergestellt sind, wird daher gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit bereits verfügbaren AlGaAs- oder GaAs-HBTs in einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker durchgeführt und drei oder mehr HBTs sind in Reihe geschaltet, um sicherzustellen, daß die Summe von jeder Basis/Emitterspannung Vbe 3V nicht überschreitet. Es ist daher möglich, einen Dualbandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärker unter Verwendung von HBTs aufzubauen, von welchen die Durchlaßspannung der Basis/Emitterspannung Vbe hoch ist (zum Beispiel 1,35V). Als Ergebnis kann dieser Hochfrequenz-Leistungsverstärker in einem MMIC integriert werden, das auch bei einer 3V-Niederversorgungsspannung zuverlässig arbeiten kann, und kann daher das Herstellungsverfahren vereinfacht werden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wenn eine Überspannung an den Vpc-Eingangsanschluß der Vorspannungsschaltnetze in den verschiedenen Ausgestaltungen des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die vorhergehend beschrieben worden sind, angelegt wird, wird diese Überspannung ebenso an die erste und die zweite Vorspannungsschaltung angelegt. Es ist alternativ jedoch möglich, eine Überspannungsschutzschaltung derart an dem Vorspannungsschaltnetz anzuordnen, daß eine Überspannung, die an den Vpc-Eingangsanschluß angelegt wird, nicht an die ersten und zweiten Vorspannungsschaltungen angelegt wird. Ein Dualbandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärker, der derart aufgebaut ist, wird nachstehend als das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
8 zeigt einen typischen Stromlaufplan, der die erste Vorspannungsschaltung, die zweite Vorspannungsschaltung und das Vorspannungsschaltnetz in einem Dualbandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärker gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Es ist anzumerken, daß ein typisches Blockschaltbild eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgenommen dessen das gleiche ist, wie das, das in 1 gezeigt ist, daß das Bezugszeichen für das Vorspannungsschaltnetz geändert ist, und eine weitere Beschreibung wird daher nachstehend weggelassen.
Weiterhin sind gleiche Teile in 8 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Eine weitere Beschreibung von derartigen gleichen Teilen wird daher nach stehend weggelassen, wobei lediglich die Unterschiede zwischen 8 und 2 beschrieben werden.
Das Vorspannungsschaltnetz 84, das in 8 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem Vorspannungsschaltnetz 6 in 2 in dem Hinzufügen von Schutzschaltungen 81 und 82.
Wie es in 8 gezeigt ist, weist dieses Vorspannungsschaltnetz 84 HBTs 41 bis 43, Widerstände 45 bis 54 und Schutzschaltungen 81 und 82 auf.
Die Schutzschaltung 81 weist einen HBT 91 und Widerstände 92 und 93 auf und bildet einen Vbe-Multiplizierer aus. Die Widerstände 92 und 93 sind zwischen dem Vpc-Anschluß und Masse in Reihe geschaltet. Der Kollektor des HBT 91 ist mit einem Knoten zwischen dem widerstand 45 und dem widerstand 46, das heißt dem V900-Anschluß, verbunden; seine Basis ist mit einem Knoten zwischen dem Widerstand 92 und dem Widerstand 93 verbunden; und sein Emitter ist an Masse gelegt.
Auf ähnliche Weise weist die Schutzschaltung 82 einen HBT 95 und Widerstände 96 und 97 auf und bildet einen Vbe-Multiplizierer aus. Die Widerstände 96 und 97 sind zwischen dem Vpc-Anschluß und Masse in Reihe geschaltet. Der Kollektor des HBT 95 ist mit einem Knoten zwischen dem Widerstand 48 und dem Widerstand 49, das heißt dem V1800-Anschluß, verbunden; seine Basis ist mit einem Knoten zwischen dem Widerstand 96 und dem Widerstand 97 verbunden; und sein Emitter ist an Masse gelegt.
In einem derart aufgebauten Vorspannungsschaltnetz 84 wird die Durchlaßspannung des HBT 91 in der Schutzschaltung 81 multipliziert, das heißt {(R92 + R93)/R93}, wobei der Widerstandswert des Widerstands 92 R92 ist und der Widerstandswert des Widerstands 93 R93 ist. Zum Beispiel wird sich, wenn die Durchlaßspannung des HBT 91 ungefähr 1,3V beträgt und die Widerstandswerte R92 und R93 derart eingestellt sind, daß {(R92 + R93)/R93} = 2,3 beträgt, der HBT 91 einschalten, wenn die Spannung Vpc zu 3V übergeht, und ein Kollektorstrom I4 wird zu dem HBT 91 fließen. Ein Spannungsabfall tritt daher an dem Widerstand 45 auf, der die Spannung an dem V900-Anschluß zu 3V oder weniger steuert, so daß, wenn eine Überspannung an den Vpc-Anschluß angelegt wird, verhindert wird, daß die Überspannung direkt an die erste Vorspannungsschaltung 3 angelegt wird, und daher verhindert wird, daß diese an den ersten Leistungsverstärker 2 angelegt wird.
Auf ähnliche Weise wird die Durchlaßspannung des HBT 95 in der Schutzschaltung 82 multipliziert, das heißt {(R96 + R97)/R97}, wobei der Widerstandswert des Widerstands 96 R96 ist und der Widerstandswert des Widerstands 97 R97 ist. Zum Beispiel wird sich, wenn die Durchlaßspannung des HBT 95 ungefähr 1,3V beträgt, und die Widerstandswerte R96 und R97 derart eingestellt sind, daß {(R96 + R97)/R97} = 2,3 beträgt, der HBT 95 einschalten, wenn die Spannung Vpc zu 3V übergeht, und ein Kollektorstrom I5 wird zu dem HBT 95 fließen. Ein Spannungsabfall tritt daher an dem Widerstand 48 auf, der die Spannung an dem V1800-Anschluß auf 3V oder weniger steuert, so daß, wenn eine Überspannung an den Vpc-Anschluß angelegt wird, verhindert wird, daß die Überspannung direkt an die zweite Vorspannungsschaltung 5 angelegt wird, und daher verhindert wird, daß diese direkt an den zweiten Leistungsverstärker 4 angelegt wird.
9 zeigt einen Graph der Betriebscharakteristik des Vorspannungsschaltnetzes 84, das in 8 gezeigt ist. Wie es aus 9 ersichtlich ist, erhöht sich die Spannung an dem V900-Anschluß proportional zu der Spannung Vpc, wenn die Spannung Vpc < 3V ist, und wird zu 3V oder weniger gesteuert, wenn die Spannung Vpc ≥ 3V ist.
Es ist anzumerken, daß dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es in 8 gezeigt ist, Schutzschaltungen 81 und 82 zu dem Vorspannungsschaltnetz 6 hinzufügt, das in 2 gezeigt ist, aber die vorliegende Erfindung soll nicht derart beschränkt sein. Genauer gesagt, können Schutzschaltungen 81 und 82 alternativ zu jedem der Vorspannungsschaltnetze hinzugefügt werden, die in 5, 6 und 7 gezeigt sind. Das Vorspannungsschaltnetz wird das gleiche sein, wie es in 8 gezeigt ist, wenn die Schutzschaltungen 81 und 82 zu dem Vorspannungsschaltnetz in 5 hinzugefügt werden. Wenn sie jedoch zu dem Vorspannungsschaltnetz 6B in 6 hinzugefügt werden, ist der Kollektor des HBT 91 in der Schutzschaltung 81 mit einem Knoten zwischen den Widerständen 75B und 71c verbunden, und ist der Kollektor des HBT 95 in der Schutzschaltung 82 mit einem Knoten zwischen den Widerständen 48B und 72c verbunden. Wenn diese Schutzschaltungen zu dem Vorspannungsschaltnetz 6C in 7 hinzugefügt werden, ist der Kollektor des HBT 91 in der Schutzschaltung 81 mit einem Knoten zwischen den Widerständen 74 und 75c verbunden, und ist der Kollektor des HBT 95 in der Schutzschaltung 82 mit einem Knoten zwischen den Widerständen 77 und 78c verbunden.
Wie es vorhergehend beschrieben worden ist, weist ein Hochfrequenz-Leistungsverstärker gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Schutzschaltungen 81 und 82, die Vbe-Multiplizierer ausbilden, in dem Vorspannungsschaltnetz 84 auf, so daß, wenn eine Überspannung an den Vpc-Anschluß angelegt wird, die Überspannung nicht zu dem V900- oder V1800-Anschluß geleitet und an diesen angelegt wird.
Daher ist es, wenn ein Hochfrequenz-Leistungsverstärker gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem System, wie zum Beispiel einem GSM-Mobilfunktelefon, verwendet wird, in welchem die Energieversorgungaquelle des Leistungsverstärkers direkt mit einer Batterieenergieversorgungsquelle ver bunden ist, möglich, den ersten Leistungsverstärker 2 und den zweiten Leistungsverstärker 4 vor einem thermischen Weglaufen zu schützen, wenn zum Beispiel der Vpc-Anschluß aus irgendeinem Grund fehlerhaft direkt die Batterie kontaktiert. Eine Wärmebeschädigung des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers oder eines Mobilfunktelefons, in welchem dieser Hochfrequenz-Leistungsverstärker verwendet wird, kann daher ebenso verhindert werden, und diese Schutz- und Sicherheitsvorteile können zusätzlich zu den Vorteilen erzielt werden, die durch einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit seinen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben worden ist, ist es anzumerken, daß verschiedene Änderungen und Ausgestaltungen für Fachleute offensichtlich werden. Derartige Änderungen und Ausgestaltungen verstehen sich als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, wie er durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist, außer sie weichen von diesem ab.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, weist ein erfindungsgemäßer Dualbandsystem-Hochfrequenz-Leistungsverstärker Vorspannungsschaltungen und ein Vorspannungsschaltnetz auf, die jeweils Heteroübergangs-Bipolartransistoren aufweisen, so daß der Hochfrequenz-Leistungsverstärker mit einem MMIC aus HBTs integriert werden kann. Ein Vorspannungsschaltnetz zum Umschalten einer ersten Vorspannungsschaltung und einer zweiten Vorspannungsschaltung, die jeweils aus HBTs hergestellt sind, ist mit herkömmlichen AlGaAs- oder GaAs-HBTs aufgebaut, die drei oder mehr derartige HBTs aufweisen, die in Reihe geschaltet sind, so daß die Summe jeder Basis/Emitterspannung Vbe 3V nicht überschreitet.

Claims

Hochfrequenz-Leistungsverstärker für ein Dualbandsystem, der aufweist: zwei Leistungsverstärker (2, 4), die jeweils mindestens einen leistungsverstärkenden Heteroübergangs-Bipolartransistor (11, 21) aufweisen; eine erste und eine zweite Vorspannungsschaltung (3, 5), die mit je einem der zwei Leistungsverstärker (2, 4) verbunden sind und mindestens je einen Heteroübergangs-Bipolartransistor (31, 32; 35, 36) aufweisen; und ein Vorspannungsschaltnetz (6) zum Umschalten eines Betriebs zwischen den Vorspannungsschaltungen (3, 5), daß zu jedem Zeitpunkt lediglich eine der Vorspannungsschaltungen (3, 5) betrieben wird, wobei das Vorspannungsschaltnetz (6) aufweist: ein einen Heteroübergangs-Bipolartransistor (41) aufweisendes erstes Schaltnetz, das mit der ersten Vorspannungsschaltung (3) verbunden ist, ein einen Heteroübergangs-Bipolartransistor (42) aufweisendes zweites Schaltnetz, das mit der zweiten Vorspannungsschaltung (5) verbunden ist; und ein einen Heteroübergangs-Bipolartransistor (43) aufweisendes drittes Schaltnetz, wobei die Basis des Heteroübergangs-Bipolartransistors (43) des dritten Schaltnetzes mit dem zweiten Schaltnetz verbunden ist und der Kollektor des Heteroübergangs- Bipolartransistors (43) des dritten Schaltnetzes mit dem ersten Schaltnetz verbunden ist.
Hochfrequenz-Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: die ersten und zweiten Schaltnetze jeweils eine Widerstandsreihenschaltung (72a, 72b, 72c, 49B; 71a, 71b, 71c, 46B) aufweisen, die eine Mehrzahl von Widerständen aufweist, die zum Spannungsteilen in Reihe geschaltet sind, und die Basisanschlüsse der Heteroübergangs-Bipolartranistoren (41, 42) von jedem der ersten und zweiten Schaltnetze mit Masse verbunden sind und die Kollektoren der Heteroübergangs-Biopolartransistoren mit je einer Widerstandsreihenschaltung verbunden sind.
Hochfrequenz-Leistungsverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß: jeder Leistungsverstärker (2, 4) ein mehrstufiger Leistungsverstärker zum Verstärken einer Leistung mittels einer Mehrzahl von leistungsverstärkenden Heteroübergangs-Bipolartransistoren ist, jede Vorspannungsschaltung (3, 5) eine jeweilige Schaltung zum Anlegen einer jeweiligen Vorspannung (21a, 21b, 21c) an leistungsverstärkenden Heteroübergangs-Bipolartransistor aufweist, und die ersten und zweiten Schaltnetze Steuersignale zu der entsprechenden Schaltung ausgeben, wobei die Steuersignale an Knoten der Widerstandsreihenschaltung anliegen und die Vorspannungen (21a, 21b, 21c) von der ersten zur letzten leistungsverstärkenden Stufe ansteigen.
Hochfrequenz-Leistungsverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heteroübergangs-Bipolartransistor (43) in dem dritten Schaltnetz mit der Basis des Heteroübergangs-Bipolartransistors (42) in dem zweiten Schaltnetz verbunden ist.
Hochfrequenz-Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Schaltnetze jeweils weiterhin eine Schutzschaltung (81, 82) zum Schützen jeder Vorspannungsschaltung vor einer Überspannung aufweisen.
Hochfrequenz-Leistungsverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schutzschaltung (81, 82) einen Heteroübergangs-Bipolartransistor (91, 95) aufweist.