JP2000332551A - 高周波電力増幅器 - Google Patents

高周波電力増幅器

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JP2000332551A JP11140129A JP14012999A JP2000332551A JP 2000332551 A JP2000332551 A JP 2000332551A JP 11140129 A JP11140129 A JP 11140129A JP 14012999 A JP14012999 A JP 14012999A JP 2000332551 A JP2000332551 A JP 2000332551A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 HBTで構成されたバイアス回路と共にバイ
アススイッチ回路をHBTで形成することによって、H
BTで構成されたMMICで集積化を行うことができる
デュアルバンドシステム用の高周波電力増幅器を得る。 【解決手段】 HBTで構成された第1バイアス回路3
及び第2バイアス回路5の切り換えを行うバイアススイ
ッチ回路6を、従来から広く使用されているAlGaAs
又はGaAs系HBTで形成すると共に、該HBTを3つ
以上直列に接続して各ベース−エミッタ間電圧Vbeの合
計が3Vを超えないように形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話等に使用
されるデュアルバンドシステム用の高周波電力増幅器に
関し、特に、バイアス回路の切り換えを行って電力増幅
器の選択を行うバイアススイッチ回路を有した、HBT
(heterojunction bipolar transistor)で構成される高
周波電力増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、移動体通信用の電力増幅器には、
GaAsMESFET、GaAsHEMT、GaAs‐based
HBTを使用したMMICやモジュール(ハイブリッド
ICやマルチチップモジュール等)が広く使用されてい
る。その中で、GaAs‐basedHBTは、従来のFET
と比較して、負のゲートバイアス電圧を必要とせず、単
一電源動作が可能であり、Si-MOSFETと同様にド
レイン側にアナログスイッチがなくともON/OFF動
作を行うことが可能であり、更に、出力電力密度が高
く、規定の出力電力を得る場合、FET電力増幅器より
も小型化することができるという利点を有している。こ
のため、今後の移動体通信用のパワー素子として期待さ
れている。
【0003】また、最近では、携帯電話機の急激な需要
の増加に伴って、1つの携帯電話機で2つのシステムを
利用する電話機の開発やサービスが開始されている。例
えば、1つの携帯電話で、欧州では、現在最も広く使用
されている900MHz帯の携帯電話システムである欧
州のGSM(Global System for Mobile Communication
s)900と欧州の1800MHz帯の携帯電話システ
ムであるDCS1800、国内では、900MHz帯の
携帯電話方式であるPDC(Personal DigitalCellula
r)と1900MHz帯のディジタルコードレス電話シ
ステムであるPHS(Personal Handyphone System)と
いった2つのシステムを利用するといったものである。
【0004】図10は、従来におけるデュアルバンドシ
ステム用の高周波電力増幅器の回路構成例を示した図で
ある。図10において、GSM900用、すなわち90
0MHz帯増幅用のHBTであるトランジスタTrA1〜
TrA3は、第1バイアス回路201によってバイアスが
供給されている。また、GSM1800(DCS180
0)用、すなわち1800MHz帯増幅用のHBTであ
るトランジスタTrB1〜TrB3は、第2バイアス回路2
02によってバイアスが供給されている。
【0005】バイアススイッチ回路203は、Vmod端
子に入力される信号Vmodの2値の信号レベルに応じ
て、第1バイアス回路201又は第2バイアス回路20
2のいずれかを排他的に選択して動作させる。また、バ
イアススイッチ回路203は、Vpc端子に入力される信
号Vpcの信号レベルに応じた出力制御信号を第1バイア
ス回路201又は第2バイアス回路202に出力し、出
力端子OUT1及びOUT2から出力される出力信号の
レベル調整を行う。信号Vpcが0Vのときには、バイア
ススイッチ回路203は、信号Vmodに関係なくGSM
900用電力増幅器及びGSM1800用電力増幅器の
動作は共に停止させる。
【0006】図11は、図10のバイアススイッチ回路
203の従来例を示した概略の回路図である。図11に
おいて、バイアススイッチ回路203は、CMOS等の
シリコン素子を使用したロジック回路210、及びシリ
コンを使用して形成されたnpnトランジスタTrC1〜
TrC4からなる出力バッファ回路211で形成されてい
る。ロジック回路210は、DAコンバータ(図示せ
ず)から入力された信号Vpcを信号Vmodの信号レベル
に応じて変換し、出力バッファ回路211を介して信号
V900又はV1800のいずれかを出力する。更に、バイア
ススイッチ回路203は、信号V900又はV1800のいず
れかを出力することによって選択された電力増幅器にお
ける出力信号の信号レベルを信号Vpcに応じて制御し、
他方の電力増幅器の動作を信号Vpcに関係なく停止させ
る。
【0007】一方、図10では第1バイアス回路201
及び第2バイアス回路202をシリコン素子で形成した
場合を示しているが、図12は、図10の第1バイアス
回路201及び第2バイアス回路202をHBTで構成
した場合の従来例を示した回路図である。図12におい
て、トランジスタTrD1〜TrD3はHBTであり、図1
2(a)ではトランジスタTrD2によって、図12(b)で
はトランジスタTrD2及びTrD3により、図10の電力
増幅用のHBTの温度係数に応じてベース−エミッタ間
電圧Vbeの変化を補償することができる。なお、図12
(a)及び図12(b)において、Vin端子はバイアス回路
の入力端子であり、図11の信号V900又はV1800のい
ずれかが入力される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、HBTは、F
ETと異なりベース電流を増幅して動作するため、GS
Mのように、2W〜4Wの高出力を得るためには数10
〜100mA程度のベース電流を供給する必要がある。
しかし、標準CMOSの特定の出力電圧を保証する出力
電流値は数mA以下であることから、このような大きな
ベース電流を標準のSi−CMOSLSIから直接得る
ことは困難であった。このため、シリコン素子を使用し
たバイアススイッチ回路を使用すると、ロジック回路構
成の汎用性から信号Vpc及び信号Vmodによる2つの電
力増幅器の制御は容易であるが、HBT電力増幅器以外
にシリコン素子を使用した専用の制御回路が必要であっ
た。
【0009】更に、バイアススイッチ回路及び各バイア
ス回路、又はバイアススイッチ回路をシリコン素子で形
成した場合、これらの回路をHBTで構成されたMMI
C上に集積化することができず、別途シリコンチップで
形成する必要があり、量産時の歩留まりが低下するとい
う問題があった。
【0010】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたものであり、HBTで構成されたデュアル
バンドシステム用の各高周波電力増幅器のバイアス回路
と共にバイアススイッチ回路をHBTで形成することに
よって、HBTで構成されたMMICで集積化を行うこ
とができるデュアルバンドシステム用の高周波電力増幅
器を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係る高周波電
力増幅器は、少なくとも1つの電力増幅用HBTで構成
された2つの電力増幅器と、HBTで構成され該各電力
増幅器に対応して設けられた各バイアス回路と、外部か
らの信号に応じて該各バイアス回路に対する動作の切り
換えを排他的に行うバイアススイッチ回路とを備えた、
デュアルバンドシステム用の高周波電力増幅器におい
て、バイアススイッチ回路は、各バイアス回路の動作制
御を行う外部からの信号Vpcにおける一方のバイアス回
路への出力制御を行う、HBTで構成された第1スイッ
チング手段と、外部からの信号Vpcの他方のバイアス回
路への出力制御を行う、HBTで構成された第2スイッ
チング手段と、外部から入力される第1スイッチング手
段の動作制御を行うための制御信号Vmodに応じて第2
スイッチング手段の動作制御を行い、第1及び第2スイ
ッチング手段を排他的に選択して動作させる、HBTで
構成された第3スイッチング手段とを備えるものであ
る。
【0012】また、この発明に係る高周波電力増幅器
は、請求項1において、上記第1及び第2スイッチング
手段は、信号Vpcの電圧を分圧するための複数の抵抗を
直列に接続した抵抗直列回路と、該抵抗直列回路と接地
との接続制御を行う接地接続用HBTとでそれぞれ形成
され、該抵抗直列回路における所定の抵抗間の接続部か
ら、対応するバイアス回路への制御信号を出力するもの
である。
【0013】また、この発明に係る高周波電力増幅器
は、請求項2において、上記第1及び第2スイッチング
手段は、各電力増幅器が複数の電力増幅用HBTで増幅
を行う多段電力増幅器を形成し、対応する各バイアス回
路が各電力増幅用HBTごとにバイアスを供給する回路
を有する場合、信号Vpcによる電流が、初段の電力増幅
用HBTにバイアスを供給する回路から最終段の電力増
幅用HBTにバイアスを供給する回路へ順に大きくなる
ように、対応するバイアス回路への制御信号を出力する
ものである。
【0014】また、この発明に係る高周波電力増幅器
は、請求項2又は請求項3のいずれかにおいて、上記第
1及び第2スイッチング手段は、抵抗直列回路における
所定の抵抗間の接続部、及び該抵抗直列回路と接地接続
用HBTとの接続部の間に、対応するバイアス回路への
制御信号の大きさを調整する調整用抵抗がそれぞれ並列
に設けられるものである。
【0015】この発明に係る高周波電力増幅器は、請求
項2から請求項4のいずれかにおいて、上記第3スイッ
チング手段におけるHBTは、2値の信号Vmodに応じ
て、第2スイッチング手段におけるHBTのベースに対
するバイアスの供給制御を行うものである。
【0016】この発明に係る高周波電力増幅器は、請求
項1から請求項5のいずれかにおいて、上記第1及び第
2スイッチング手段は、信号Vpcが入力される入力端子
に印加された過電圧から各バイアス回路を保護する保護
回路がそれぞれ設けられるものである。
【0017】この発明に係る高周波電力増幅器は、請求
項6において、上記保護回路は、HBTで構成されたV
beマルチプライヤをなすものである。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、図面に示す実施の形態に基
づいて、本発明を詳細に説明する。 実施の形態1.図1は、本発明の実施の形態1における
デュアルバンド用の高周波電力増幅器の例を示した概略
の回路図である。なお、図1では、GSM900用及び
GSM1800用の2つの1段電力増幅器を備えたデュ
アルバンド用の高周波電力増幅器を例にして説明する。
【0019】図1において、高周波電力増幅器1は、G
SM900用の電力増幅器である第1電力増幅器2と、
該第1電力増幅器2にバイアスを供給する第1バイアス
回路3と、GSM1800用の電力増幅器である第2電
力増幅器4と、該第2電力増幅器4にバイアスを供給す
る第2バイアス回路5と、第1バイアス回路3及び第2
バイアス回路5のいずれかを排他的に選択して動作させ
るバイアススイッチ回路6と、出力整合回路7,8と、
コレクタバイアス回路9,10とで構成されている。
【0020】第1電力増幅器2は、電力増幅用のHBT
11及び入力整合回路12で形成されている。HBT1
1は、入力端子IN1から入力整合回路12を介して入
力される高周波信号の電力増幅を行い、該増幅した高周
波信号を出力整合回路7を介して出力端子OUT1から
出力する。この際、HBT11のコレクタには、コレク
タバイアス回路9からバイアスが供給され、HBT11
のベースには第1バイアス回路3からバイアスが供給さ
れている。
【0021】同様に、第2電力増幅器4は、電力増幅用
のHBT21及び入力整合回路22で形成されている。
HBT21は、入力端子IN2から入力整合回路22を
介して入力される高周波信号の電力増幅を行い、該増幅
した高周波信号を出力整合回路8を介して出力端子OU
T2から出力する。この際、HBT21コレクタには、
出力整合回路8を介してバイアスが供給され、HBT2
1のベースには第2バイアス回路5からバイアスが供給
されている。
【0022】第1バイアス回路3及び第2バイアス回路
5は、バイアススイッチ回路6によって動作制御が行わ
れる。すなわち、バイアススイッチ回路6は、Vmod端
子に外部から入力される信号Vmodの2値の信号レベル
(例えば、3VをHighレベルとし、0VをLowレ
ベルとする)に応じて、第1バイアス回路3に対する制
御信号である信号V900又は第2バイアス回路5に対す
る制御信号である信号V1800を出力し、第1バイアス回
路3又は第2バイアス回路5のいずれかを選択的に動作
させる。
【0023】また、バイアススイッチ回路6は、Vpc端
子に外部から入力される信号Vpcの信号レベルに応じた
信号V900又はV1800を出力し、出力端子OUT1及び
OUT2から出力される信号のレベル調整を行う。例え
ば、信号Vpcの信号レベルを0〜3Vの範囲で可変する
ことによって、出力端子OUT1又はOUT2から出力
される信号レベルを−数十dBm〜34dBm前後の範
囲で可変することができる。また、バイアススイッチ回
路6は、信号Vpcが0Vのときには、信号Vmodに関係
なく第1バイアス回路3及び第2バイアス回路5に対し
てバイアスの供給を停止させ、第1電力増幅器2及び第
2電力増幅器4の動作は共に停止する。
【0024】図2は、図1の第1バイアス回路3、第2
バイアス回路5及びバイアススイッチ回路6の例を示し
た回路図である。図2において、第1バイアス回路3
は、HBT31,32及び抵抗33,34で形成されて
おり、抵抗33はHBT31のベース抵抗を、抵抗34
はHBT32のベース抵抗をそれぞれなしている。
【0025】HBT31において、コレクタは、所定の
直流電源電圧が印加される電源端子Vccに、エミッタは
HBT32のコレクタにそれぞれ接続され、該接続部
は、第1バイアス回路3の出力をなし、第1電力増幅器
2のHBT11のベースに接続されている。更に、HB
T31のベースは、抵抗33を介してバイアススイッチ
回路6の出力端子であるV900端子に接続されて信号V9
00が入力される。また、HBT32において、ベースは
抵抗34を介してコレクタに接続され、エミッタは接地
されている。HBT32によって、第1電力増幅器2に
おけるHBT11の温度係数に応じてベース−エミッタ
間電圧Vbeの変化を補償することができる。
【0026】同様に、第2バイアス回路5は、HBT3
5,36及び抵抗37,38で形成されており、抵抗3
7はHBT35のベース抵抗を、抵抗38はHBT36
のベース抵抗をそれぞれなしている。HBT35におい
て、コレクタは、電源端子Vccに、エミッタはHBT3
6のコレクタにそれぞれ接続され、該接続部は、第2バ
イアス回路5の出力をなし、第2電力増幅器4のHBT
21のベースに接続されている。更に、HBT35のベ
ースは、抵抗37を介してバイアススイッチ回路6の出
力端子であるV1800端子に接続されて信号V1800が入力
される。また、HBT36において、ベースは抵抗38
を介してコレクタに接続され、エミッタは接地されてい
る。HBT36によって、第2電力増幅器4におけるH
BT21の温度係数に応じてベース−エミッタ間電圧V
beの変化を補償することができる。
【0027】一方、バイアススイッチ回路6は、HBT
41〜43及び抵抗45〜54で形成されている。Vpc
端子は、抵抗45及び46の直列回路を介してHBT4
1のコレクタに接続され、抵抗45及び46の接続部
は、バイアススイッチ回路6のV900端子に接続され、
第1バイアス回路3の抵抗33を介してHBT31のベ
ースに接続されている。HBT41において、ベースは
抵抗47を介してHBT43のコレクタに接続され、エ
ミッタは接地されている。
【0028】同様に、Vpc端子は、抵抗48及び49の
直列回路を介してHBT42のコレクタに接続され、抵
抗48及び49の接続部は、バイアススイッチ回路6の
V1800端子に接続され、第2バイアス回路5の抵抗37
を介してHBT35のベースに接続されている。HBT
42において、ベースは抵抗50と抵抗51の直列回路
を介してVmod端子に接続され、エミッタは接地されて
いる。Vmod端子は、抵抗53を介してHBT43のベ
ースに接続され、抵抗54を介して接地されている。H
BT43において、コレクタは抵抗52を介してVpc端
子に接続され、エミッタは接地されている。
【0029】このような構成において、例えばVpc端子
に2.7Vの電圧が印加され、Vmod端子が3Vの電圧が
印加されてHighレベルになると、HBT43がON
状態になることから、HBT41はOFF状態になり、
HBT42はON状態になる。HBT42がON状態に
なることによって、Vpc端子の電圧Vpcは、抵抗48及
び49で分圧され、抵抗48の抵抗値をR48とし抵抗4
9の抵抗値をR49とすると、V1800端子の電圧は{Vpc
×R49/(R48+R49)}に低下する。このことから、第
2バイアス回路5のHBT35及び36はOFF状態と
なる。
【0030】一方、HBT41がOFF状態であるた
め、第1バイアス回路3のHBT31のベースには、抵
抗45及び抵抗33を介して電流が流れる。このことか
ら、第1バイアス回路3の出力からは、電圧Vpcに応じ
たバイアスが第1電力増幅器2のHBT11のベースに
供給され、第1電力増幅器2の出力OUT1から電圧V
pcに応じた出力電力を得ることができる。
【0031】次に、例えばVpc端子に2.7Vの電圧が
印加され、Vmod端子が0Vの電圧が印加されてLow
レベルになると、HBT43がOFF状態になることか
ら、HBT41はON状態になり、HBT42はOFF
状態になる。HBT41がON状態になることによっ
て、Vpc端子の電圧Vpcは、抵抗45及び46で分圧さ
れ、抵抗45の抵抗値をR45とし抵抗46の抵抗値をR
46とすると、V900端子の電圧は{Vpc×R46/(R45+
R46)}に低下する。このことから、第1バイアス回路3
のHBT31及び32はOFF状態となる。
【0032】また、HBT41がON状態であるため、
第2バイアス回路5のHBT35のベースには、抵抗4
8及び抵抗37を介して電流が流れる。このことから、
第2バイアス回路5の出力からは、電圧Vpcに応じたバ
イアスが第2電力増幅器4のHBT21のベースに供給
され、第2電力増幅器4の出力OUT2から電圧Vpcに
応じた出力電力を得ることができる。
【0033】一方、電圧Vpcが0Vになると、Vmod端
子の電圧に関係なく、すなわちHBT41及び42の動
作状態に関係なく、第1バイアス回路3のHBT31及
び第2バイアス回路5のHBT35はOFF状態になる
ことから、第1電力増幅器2及び第2電力増幅器4は共
に動作を停止する。このように、バイアススイッチ回路
6をHBTで形成したことから、デュアルバンドシステ
ム用の高周波電力増幅器1を第1電力増幅器2と第1バ
イアス回路3からなるGSM900用と第2電力増幅器
4と第2バイアス回路5からなるGSM1800用とい
った2つのチップで形成し、該2つのチップのいずれか
一方にバイアススイッチ回路6を形成することができ
る。
【0034】ここで、バイアススイッチ回路6のスイッ
チ動作に要する回路電流は、Vpc端子より供給されるこ
とから、Vpc端子から供給される電流が、従来における
シリコン素子で形成したバイアススイッチ回路と比較し
て増加する。しかし、該増加分は、R45=R48=Raと
し、R46=R49=Rbとすると、(Ra+Rb)とRaを最適
化することによって抑制することができる。例えば、第
1バイアス回路3が動作し、第2バイアス回路5が動作
を停止している場合、抵抗45における電圧降下は抵抗
45に流れる電流をI1とすると(I1×Ra)となり、抵
抗48における電圧降下は{Vpc×Ra/(Ra+Rb)}と
なる。このことから、Ra及びRbを最適な値に選択する
ことによって、Vpc端子から供給される電流を実用上問
題のない範囲で最小化することができる。
【0035】図3は、図2で示したバイアススイッチ回
路6の動作例を示した特性図である。図3(a)はVmod
=3Vのとき、図3(b)はVmod=0Vのときにおけ
る、電圧Vpcに対するV900端子及びV1800端子の各電
圧V900,V1800並びにVpc端子から供給される電流Ip
cの関係を示した図であり、図3(c)は、Vpc=2.7V
のときの、電圧Vmodに対するV900端子及びV1800端子
の各電圧V900,V1800、V900端子から出力される電流
I900並びにV1800端子から出力される電流I1800の関
係を示した図である。図3(a)〜図3(c)から、Vpcが
2.7Vのとき、約3.5mAの電流Ipcで、第1電力増
幅器2及び第2電力増幅器4への電流の切り換えが行わ
れていることが分かる。
【0036】図1及び図2では、1段電力増幅器の場合
を例にして説明したが、本発明はこれに限定するもので
はなく、多段電力増幅器においても適用することができ
る。図4は、本発明の実施の形態1におけるデュアルバ
ンドシステム用の高周波電力増幅器の他の例を示した概
略の回路図である。なお、図4では、3段電力増幅器を
備えたデュアルバンドシステム用の高周波電力増幅器を
例にして示しており、図1と同じものは同じ符号で示す
と共に図1との相違点のみ説明する。
【0037】図4における図1との相違点は、図1の第
1電力増幅器2及び第2電力増幅器4をそれぞれ3段電
力増幅器にし、これに伴って、図1の第1バイアス回路
3及び第2バイアス回路5の回路構成を変えたことにあ
り、このことから、図1の第1電力増幅器2を第1電力
増幅器2Aに、第1バイアス回路3を第1バイアス回路
3Aに、第2電力増幅器4を第2電力増幅器4Aに、第
2バイアス回路5を第2バイアス回路5Aにし、これに
伴って図1の高周波電力増幅器1を高周波電力増幅器1
Aにしたことにある。
【0038】図4において、第1電力増幅器2Aは、電
力増幅用のHBT11a〜11c、入力整合回路12及
び段間整合回路61,62で形成されている。HBT1
1aは、入力端子IN1から入力整合回路12を介して
入力される高周波信号の電力増幅を行い、HBT11b
は、HBT11aで増幅され段間整合回路61を介して
入力された高周波信号の増幅を行う。また、HBT11
cは、HBT11bで増幅され段間整合回路62を介し
て入力された高周波信号の増幅を行い、該増幅された高
周波信号は、出力整合回路7を介して出力端子OUT1
から出力される。
【0039】この際、HBT11a〜11cの各コレク
タには、対応する各コレクタバイアス回路9a〜9cか
らそれぞれバイアスが供給される。また、HBT11a
〜11cの各ベースには第1バイアス回路3Aからそれ
ぞれバイアスが供給されている。
【0040】同様に、第2電力増幅器4Aは、電力増幅
用のHBT21a〜21c、入力整合回路22及び段間
整合回路65,66で形成されている。HBT21a
は、入力端子IN1から入力整合回路22を介して入力
される高周波信号の電力増幅を行い、HBT21bは、
HBT21aで増幅され段間整合回路65を介して入力
された高周波信号の増幅を行う。また、HBT21c
は、HBT21bで増幅され段間整合回路66を介して
入力された高周波信号の増幅を行い、該増幅された高周
波信号は、出力整合回路8を介して出力端子OUT2か
ら出力される。
【0041】この際、HBT21a〜21cのコレクタ
には、対応する各コレクタバイアス回路10a〜10c
からそれぞれバイアスが供給される。また、HBT21
a〜21cの各ベースには第2バイアス回路5Aからそ
れぞれバイアスが供給されている。
【0042】図1及び図2と同様に、第1バイアス回路
3A及び第2バイアス回路5Aは、バイアススイッチ回
路6によって動作制御が行われる。すなわち、バイアス
スイッチ回路6は、信号Vmodの2値の信号レベルに応
じて、第1バイアス回路3Aに対する制御信号である信
号V900又は第2バイアス回路5Aに対する制御信号で
ある信号V1800を出力し、第1バイアス回路3A又は第
2バイアス回路5Aのいずれかを排他的に選択して動作
させる。また、バイアススイッチ回路6は、図1及び図
2と同様に、Vpc端子に外部から入力される信号Vpcの
信号レベルに応じた信号V900又はV1800を出力し、出
力端子OUT1及びOUT2から出力される出力信号の
レベル調整を行う。
【0043】図5は、図4の第1バイアス回路3A、第
2バイアス回路5A及びバイアススイッチ回路6の例を
示した回路図である。なお、図5では、図2と同じもの
は同じ符号で示しており、ここではその説明を省略する
と共に図2との相違点のみ説明する。図5における図2
との相違点は、第1電力増幅器2AのHBT11a〜1
1cごとに図2の第1バイアス回路3と同じ回路構成の
バイアス回路を設け、第2電力増幅器4AのHBT21
a〜21cごとに図2の第2バイアス回路5と同じ回路
構成のバイアス回路を設けたことにある。
【0044】図5において、第1バイアス回路3Aは、
HBT31a〜31c,32a〜32c及び抵抗33a
〜33c,34a〜34cで形成されており、抵抗33
a〜33cは対応するHBT31a〜31cのベース抵
抗を、抵抗34a〜34cは対応するHBT32a〜3
2cのベース抵抗をそれぞれなしている。なお、HBT
31a〜31cは図2のHBT31に、HBT32a〜
32cは図2のHBT32に、抵抗33a〜33cは図
2の抵抗33に、抵抗34a〜34cは図2の抵抗34
にそれぞれ対応しており、その接続は図2の第1バイア
ス回路3と同じであるのでその説明を省略する。
【0045】HBT31aのエミッタとHBT32aの
コレクタとの接続部は、第1電力増幅器2AのHBT1
1aのベースに接続され、HBT31bのエミッタとH
BT32bのコレクタとの接続部は、第1電力増幅器2
AのHBT11bのベースに接続されている。同様に、
HBT31cのエミッタとHBT32cのコレクタとの
接続部は、第1電力増幅器2AのHBT11cのベース
に接続されている。
【0046】同様に、第2バイアス回路5Aは、HBT
35a〜35c,36a〜36c及び抵抗37a〜37
c,38a〜38cで形成されており、抵抗37a〜3
7cは対応するHBT35a〜35cのベース抵抗を、
抵抗38a〜38cは対応するHBT36a〜36cの
ベース抵抗をそれぞれなしている。なお、HBT35a
〜35cは図2のHBT35に、HBT36a〜36c
は図2のHBT36に、抵抗37a〜37cは図2の抵
抗37に、抵抗38a〜38cは図2の抵抗38にそれ
ぞれ対応しており、その接続は図2の第2バイアス回路
5と同じであるのでその説明を省略する。
【0047】HBT35aのエミッタとHBT36aの
コレクタとの接続部は、第2電力増幅器4AのHBT2
1aのベースに接続され、HBT35bのエミッタとH
BT36bのコレクタとの接続部は、第2電力増幅器4
AのHBT21bのベースに接続されている。同様に、
HBT35cのエミッタとHBT36cのコレクタとの
接続部は、第2電力増幅器4AのHBT21cのベース
に接続されている。HBT31a〜31cの各ベース
は、対応する抵抗33a〜33cを介してバイアススイ
ッチ回路6のV900端子にそれぞれ接続され、HBT3
5a〜35cの各ベースは、対応する抵抗37a〜37
cを介してバイアススイッチ回路6のV1800端子にそれ
ぞれ接続されている。
【0048】このような構成において、第1バイアス回
路3Aの動作は図2の第1バイアス回路3と、第2バイ
アス回路5Aの動作は図2の第2バイアス回路5と同様
であり、バイアススイッチ回路6における第1バイアス
回路3A及び第2バイアス回路5Aに対する動作は図2
と同様であるのでその説明を省略する。このように、デ
ュアルバンドシステム用の高周波電力増幅器1Aを第1
電力増幅器2Aと第1バイアス回路3AからなるGSM
900用と第2電力増幅器4Aと第2バイアス回路5A
からなるGSM1800用といった2つのチップで形成
し、該2つのチップのいずれか一方にバイアススイッチ
回路6を形成することができる。
【0049】図6は、図4で示した第1バイアス回路3
A、第2バイアス回路5A及びバイアススイッチ回路6
の他の例を示した回路図である。なお、図6では、図5
と同じものは同じ符号で示しており、ここではその説明
を省略すると共に、図5との相違点のみ説明する。
【0050】図6における図5との相違点は、図5の第
1バイアス回路3Aにおけるベース抵抗33a〜33
c、及び図5の第2バイアス回路5Aにおけるベース抵
抗37a〜37cをなくし、図5のバイアススイッチ回
路6の抵抗45と46との間に抵抗71a〜71cの直
列回路を挿入し、抵抗48と49との間に抵抗72a〜
72cの直列回路を挿入したことにある。これらのこと
から、図5の抵抗45,46,48,49を抵抗45
B,46B,48B,49Bとし、図5の第1バイアス
回路3Aを第1バイアス回路3Bとし、図5の第2バイ
アス回路5Aを第2バイアス回路5Bとし、図5のバイ
アススイッチ回路6をバイアススイッチ回路6Bとし
た。
【0051】図6において、バイアススイッチ回路6B
の抵抗45Bと抵抗46Bとの間に抵抗71a〜71c
の直列回路が接続され、抵抗46Bと抵抗71aとの接
続部は、バイアススイッチ回路6Bの出力端子であるV
900a端子を介してHBT31aのベースに接続されてい
る。また、抵抗71aと抵抗71bとの接続部は、バイ
アススイッチ回路6Bの出力端子であるV900b端子を介
してHBT31bのベースに、抵抗71bと抵抗71c
との接続部は、バイアススイッチ回路6Bの出力端子で
あるV900c端子を介してHBT31cのベースにそれぞ
れ接続されている。
【0052】同様に、バイアススイッチ回路6Bの抵抗
48Bと抵抗49Bとの間に抵抗72a〜72cの直列
回路が接続され、抵抗49Bと抵抗72aとの接続部
は、バイアススイッチ回路6Bの出力端子であるV1800
a端子を介してHBT35aのベースに、抵抗72aと
抵抗72bとの接続部は、バイアススイッチ回路6Bの
出力端子であるV1800b端子を介してHBT35bのベ
ースに、抵抗72bと抵抗72cとの接続部は、バイア
ススイッチ回路6Bの出力端子であるV1800c端子を介
してHBT35cのベースにそれぞれ接続されている。
【0053】このようにすることによって、第1バイア
ス回路3Bが動作する際に最もベース電流が流れるHB
T31c、及び第2バイアス回路5Bが動作する際に最
も大きなベース電流が流れるHBT35cによるVpc端
子からのベースバイアス電圧の電圧降下を最小にするこ
とができる。このため、デュアルバンドシステム用の高
周波電力増幅器の各回路を同一チップ上で構成する場合
に有効である。
【0054】図7は、図4で示した第1バイアス回路3
A、第2バイアス回路5A及びバイアススイッチ回路6
の他の例を示した回路図である。なお、図7では、図5
又は図6と同じものは同じ符号で示しており、ここでは
その説明を省略すると共に、図6との相違点のみ説明す
る。
【0055】図7における図6との相違点は、図6のバ
イアススイッチ回路6Bにおいて、抵抗45B,46
B,71a〜71cの代わりに抵抗74,75a〜75
c,76a〜76cを設け、抵抗48B,49B,72
a〜72cの代わりに抵抗77,78a〜78c,79
a〜79cを設けたことにある。これらのことから、図
6のバイアススイッチ回路6Bをバイアススイッチ回路
6Cとした。
【0056】図7において、バイアススイッチ回路6C
のVpc端子とHBT41のコレクタとの間に抵抗74,
75a〜75c,76aの直列回路が接続されている。
抵抗75aと抵抗76aとの接続部は、バイアススイッ
チ回路6Cの出力端子であるV900a端子を介してHBT
31aのベースに、抵抗75aと抵抗75bとの接続部
は、バイアススイッチ回路6Cの出力端子であるV900b
端子を介してHBT31bのベースに、抵抗75bと抵
抗75cとの接続部は、バイアススイッチ回路6Cの出
力端子であるV900c端子を介してHBT31cのベース
にそれぞれ接続されている。更に、V900b端子とHBT
41のコレクタとの間には抵抗76bが、V900c端子と
HBT41のコレクタとの間には抵抗76cがそれぞれ
接続されている。
【0057】同様に、バイアススイッチ回路6CのVpc
端子とHBT42のコレクタとの間に抵抗77,78a
〜78c,79aの直列回路が接続されている。抵抗7
8aと抵抗79aとの接続部は、バイアススイッチ回路
6Cの出力端子であるV1800a端子を介してHBT35
aのベースに接続されている。また、抵抗78aと抵抗
78bとの接続部は、バイアススイッチ回路6Cの出力
端子であるV1800b端子を介してHBT35bのベース
に、抵抗78bと抵抗78cとの接続部は、バイアスス
イッチ回路6Cの出力端子であるV1800c端子を介して
HBT35cのベースにそれぞれ接続されている。更
に、V1800b端子とHBT42のコレクタとの間には抵
抗79bが、V1800c端子とHBT42のコレクタの間
には抵抗79cがそれぞれ接続されている。
【0058】このようにすることにより、第1バイアス
回路3Cが動作する際に最もベース電流が流れるHBT
31c、及び第2バイアス回路5Cが動作する際に最も
ベース電流が流れるHBT35cによるVpc端子からの
ベースバイアス電圧の電圧降下を最小にすることができ
る。このため、デュアルバンドシステム用の高周波電力
増幅器の各回路を同一チップ上で構成する場合に有効で
ある。また、各HBT31a〜31c及びHBT35a
〜35cのそれぞれのベースに供給する電流を抵抗の分
割比で最適化することができ、電流Ipcの値を最小化す
ることができる。
【0059】このように、本実施の形態1における高周
波電力増幅器は、HBTで構成された第1バイアス回路
及び第2バイアス回路の切り換えを行うバイアススイッ
チ回路を、従来から広く使用されているAlGaAs又は
GaAs系HBTで形成すると共に、該HBTを3つ以上
直列に接続して各ベース−エミッタ間電圧Vbeの合計が
3Vを超えないように形成した。このことから、ベース
−エミッタ間電圧VbeのON電圧が例えば1.35Vと
高いHBTを使用してデュアルバンドシステム用の高周
波電力増幅器を形成することができるため、3V系の低
電源電圧においても確実に動作させることができる、H
BTで構成されたMMICに集積化することができ、製
造工程を簡素化できる。
【0060】実施の形態2.上記実施の形態1における
各バイアススイッチ回路は、Vpc端子に過電圧が印加さ
れると、第1及び第2バイアス回路においても過電圧が
印加されるが、バイアススイッチ回路に保護回路を設
け、Vpc端子に過電圧が印加されても第1及び第2バイ
アス回路に過電圧が印加されないようにしてもよく、こ
のようにしたものを本発明の実施の形態2とする。
【0061】図8は、本発明の実施の形態2におけるデ
ュアルバンドシステム用の高周波電力増幅器の第1バイ
アス回路、第2バイアス回路及びバイアススイッチ回路
の例を示した回路図である。なお、本発明の実施の形態
2における高周波電力増幅器の例を示した概略の回路図
は、図1のバイアススイッチ回路の符号を変える以外は
図1と同じであるので省略する。また、図8では、図2
と同じものは同じ符号で示しており、ここではその説明
を省略すると共に、図2との相違点のみ説明する。図8
における図2との相違点は、図2のバイアススイッチ回
路6に保護回路81及び82を設けたことにある。これ
に伴って、図2のバイアススイッチ回路6をバイアスス
イッチ回路84としたことにある。
【0062】図8において、バイアススイッチ回路84
は、HBT41〜43、抵抗45〜54及び保護回路8
1,82で形成されている。保護回路81は、HBT9
1及び抵抗92,93で形成されており、Vbeマルチプ
ライヤを形成している。抵抗92及び93は直列に接続
され、該直列回路はVpc端子と接地との間に接続されて
いる。HBT91において、コレクタは抵抗45と抵抗
46との接続部、すなわちV900端子に接続され、ベー
スは抵抗92と抵抗93との接続部に接続され、エミッ
タは接地されている。
【0063】同様に、保護回路82は、HBT95及び
抵抗96,97で形成されており、Vbeマルチプライヤ
を形成している。抵抗96及び97は直列に接続され、
該直列回路はVpc端子と接地との間に接続されている。
HBT95において、コレクタは抵抗48と抵抗49と
の接続部、すなわちV1800端子に接続され、ベースは抵
抗96と抵抗97との接続部に接続され、エミッタは接
地されている。
【0064】このような構成において、抵抗92及び9
3の抵抗値をそれぞれR92及びR93とすると、保護
回路81におけるHBT91のON電圧は、{(R92+
R93)/R93}倍される。例えば、HBT91のON
電圧が約1.3Vであり、{(R92+R93)/R93}
が2.3になるように抵抗値R92及びR93を設定す
ると、電圧Vpcが3VになるとHBT91はON状態と
なってHBT91にI4のコレクタ電流が流れる。この
ことから、抵抗45による電圧降下が発生するため、V
900端子の電圧は3V以下に抑制され、Vpc端子に過電
圧が印加された場合、該過電圧が直接第1バイアス回路
3に印加されることを防止し、すなわち第1電力増幅器
2に印加されることを防止する。
【0065】同様に、抵抗96及び97の抵抗値をそれ
ぞれR96及びR97とすると、保護回路82における
HBT95のON電圧は、{(R96+R97)/R97}
倍される。例えば、HBT95のON電圧が約1.3V
であり、{(R96+R97)/R97}が2.3になるよ
うに抵抗値R96及びR97を設定すると、電圧Vpcが
3VになるとHBT95はON状態となってHBT95
にI5のコレクタ電流が流れる。このことから、抵抗4
8による電圧降下が発生するため、V1800端子の電圧は
3V以下に抑制され、Vpc端子に過電圧が印加された場
合、該過電圧が直接第2バイアス回路5に印加されるこ
とを防止し、すなわち第2電力増幅器4に印加されるこ
とを防止する。
【0066】図9は、図8で示したバイアススイッチ回
路84の動作特性例を示した図である。図9から分かる
ように、V900端子の電圧は、電圧Vpc<3Vでは、電
圧Vpcに比例して増大するが、電圧Vpc≧3Vでは3V
以下に抑制されていることが分かる。
【0067】なお、図8では、図2で示したバイアスス
イッチ回路6に保護回路81,82を設けた場合を例に
して説明したが、本発明はこれに限定するものではな
く、図5、図6及び図7で示した各バイアススイッチ回
路に適用してもよい。図5のバイアススイッチ回路の場
合は図8と同じであるが、図6のバイアススイッチ回路
6Bの場合、保護回路81を構成するHBT91のコレ
クタは抵抗45Bと抵抗71cとの接続部に接続され、
保護回路82を構成するHBT95のコレクタは抵抗4
8Bと抵抗72cとの接続部に接続される。また、図7
のバイアススイッチ回路6Cの場合、保護回路81を構
成するHBT91のコレクタは抵抗74と抵抗75cと
の接続部に接続され、保護回路82を構成するHBT9
5のコレクタは抵抗77と抵抗78cとの接続部に接続
される。
【0068】このように、本実施の形態2における高周
波電力増幅器は、バイアススイッチ回路84にVbeマル
チプライヤを形成する保護回路81及び82を設け、V
pc端子に過電圧が印加された場合にV900端子及びV180
0端子に該過電圧が印加されないようにした。このこと
から、実施の形態1と同様の効果に加えて、GSM電話
機のように電力増幅器の電源が直接バッテリの電源に接
続して使用するようなシステムにおいて、何らかの原因
でVpc端子がバッテリに直接接続されてしまうような故
障が発生した場合においても、第1電力増幅器2及び第
2電力増幅器4を熱暴走から保護することができ、高周
波電力増幅器及び該高周波電力増幅器を使用した電話機
本体の焼損を防止することができる。
【0069】
【発明の効果】請求項1に係る高周波電力増幅器は、H
BTで構成された各バイアス回路の動作の切り換えを行
うバイアススイッチ回路を、一方のバイアス回路への出
力制御を行う第1スイッチング手段と、他方のバイアス
回路への出力制御を行う第2スイッチング手段と、第1
及び第2スイッチング手段を排他的に選択して動作させ
る第3スイッチング手段とを備え、第1〜第3スイッチ
ング手段を従来から広く使用されているAlGaAs又は
GaAs系HBTで構成すると共に、該HBTを3つ以上
直列に接続して各ベース−エミッタ間電圧Vbeの合計が
3Vを超えないように形成した。このことから、3V系
の低電源電圧においても確実に動作させることができる
ため、HBTで構成されたMMICに集積化することが
でき、製造工程を簡素化できる。
【0070】請求項2に係る高周波電力増幅器は、請求
項1において、具体的には、上記第1及び第2スイッチ
ング手段は、信号Vpcの電圧を分圧するための抵抗直列
回路と、該抵抗直列回路と接地との接続制御を行う接地
接続用HBTとでそれぞれ形成され、該抵抗直列回路に
おける所定の抵抗間の接続部から、対応するバイアス回
路への制御信号を出力するようにした。このことから、
バイアススイッチ回路を少数のHBTと抵抗によって形
成することができ、MMICに集積化した際のチップサ
イズの増大を最小限にすることができる。
【0071】請求項3に係る高周波電力増幅器は、請求
項2において、具体的には、上記第1及び第2スイッチ
ング手段は、多段電力増幅器における初段の電力増幅用
HBTにバイアスを供給する回路から最終段の電力増幅
用HBTにバイアスを供給する回路へ、信号Vpcによる
電流が順に大きくなるように、対応するバイアス回路へ
の制御信号を出力するようにした。このことから、信号
Vpcによる最も大きな電流が流れる、各バイアス回路に
おける最終段の電力増幅用HBTにバイアスを供給する
回路に対する信号Vpcの電圧降下を最小にすることがで
きる。
【0072】請求項4に係る高周波電力増幅器は、請求
項2又は請求項3のいずれかにおいて、具体的には、第
1及び第2スイッチング手段における、抵抗直列回路に
おける所定の抵抗間の接続部、及び該抵抗直列回路と接
地接続用HBTとの接続部の間に、対応するバイアス回
路への制御信号の大きさを調整する調整用抵抗をそれぞ
れ設けた。このことから、各バイアス回路に対する信号
Vpcの電圧降下を最小にすることができ、信号Vpcによ
って各バイアス回路に流れる電流値を最小にすることが
できる。
【0073】請求項5に係る高周波電力増幅器は、請求
項2から請求項4のいずれかにおいて、具体的には、第
3スイッチング手段におけるHBTは、2値の信号Vmo
dに応じて、第2スイッチング手段におけるHBTのベ
ースに対するバイアスの供給制御を行うようにした。こ
のことから、3V系電源においても動作可能なHBTで
構成されたバイアススイッチ回路を形成することがで
き、HBTで構成されるMMICに集積化することがで
きる。
【0074】請求項6に係る高周波電力増幅器は、請求
項1から請求項5のいずれかにおいて、第1及び第2ス
イッチング手段に、外部から印加される過電圧から各バ
イアス回路を保護する保護回路をそれぞれ設けた。この
ことから、外部からの過電圧による電力増幅器の熱暴走
を防止して電力増幅器の焼損を防止することができる。
【0075】請求項7に係る高周波電力増幅器は、請求
項6において、具体的には、上記保護回路は、HBTで
構成されたVbeマルチプライヤをなすものである。この
ことから、簡単な回路構成で外部からの過電圧による電
力増幅器の熱暴走を防止して電力増幅器の焼損を防止す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1におけるデュアルバン
ドシステム用の高周波電力増幅器の例を示した概略の回
路図である。
【図2】 図1の第1バイアス回路3、第2バイアス回
路5及びバイアススイッチ回路6の回路例を示した図で
ある。
【図3】 図2で示したバイアススイッチ回路6の動作
例を示した特性図である。
【図4】 本発明の実施の形態1におけるデュアルバン
ドシステム用の高周波電力増幅器の他の例を示した概略
の回路図である。
【図5】 図4の第1バイアス回路3A、第2バイアス
回路5A及びバイアススイッチ回路6の回路例を示した
図である。
【図6】 第1バイアス回路、第2バイアス回路及びバ
イアススイッチ回路の他の回路例を示した図である。
【図7】 第1バイアス回路、第2バイアス回路及びバ
イアススイッチ回路の他の回路例を示した図である。
【図8】 本発明の実施の形態2における第1バイアス
回路、第2バイアス回路及びバイアススイッチ回路の回
路例を示した図である。
【図9】 図8で示したバイアススイッチ回路84の動
作特性例を示した図である。
【図10】 従来におけるデュアルバンドシステム用の
高周波電力増幅器の回路構成例を示した図である。
【図11】 図10のバイアススイッチ回路203の従
来例を示した概略の回路図である。
【図12】 図10の各バイアス回路をHBTで構成し
た場合の従来例を示した回路図である。
【符号の説明】
1,1A 高周波電力増幅器、 2,2A 第1電力増
幅器、 3,3A,3B 第1バイアス回路、 4,4
A 第2電力増幅器、 5,5A,5B 第2バイアス
回路、 6,6B,6C,84 バイアススイッチ回
路、 81,82保護回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J069 AA01 AA21 AA41 AA51 CA56 CA91 CA92 FA18 FA20 HA06 HA24 HA25 HA39 KA12 KA29 SA13 TA01 TA02 5J091 AA01 AA21 AA41 AA51 CA56 CA91 CA92 FA18 FA20 HA06 HA24 HA25 HA39 KA12 KA29 SA13 TA01 TA02 5J092 AA01 AA21 AA41 AA51 CA56 CA91 CA92 FA18 FA20 HA06 HA24 HA25 HA39 KA12 KA29 SA13 TA01 TA02 5K060 BB00 CC04 CC12 DD04 EE05 HH06 HH39 JJ02 JJ08 JJ23 LL01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの電力増幅用HBTで構
    成された2つの電力増幅器と、HBTで構成され該各電
    力増幅器に対応して設けられた各バイアス回路と、外部
    からの信号に応じて該各バイアス回路に対する動作の切
    り換えを排他的に行うバイアススイッチ回路とを備え
    た、デュアルバンドシステム用の高周波電力増幅器にお
    いて、 上記バイアススイッチ回路は、 上記各バイアス回路の動作制御を行う外部からの信号V
    pcにおける一方のバイアス回路への出力制御を行う、H
    BTで構成された第1スイッチング手段と、 上記外部からの信号Vpcの他方のバイアス回路への出力
    制御を行う、HBTで構成された第2スイッチング手段
    と、 外部から入力される第1スイッチング手段の動作制御を
    行うための制御信号Vmodに応じて第2スイッチング手
    段の動作制御を行い、上記第1及び第2スイッチング手
    段を排他的に選択して動作させる、HBTで構成された
    第3スイッチング手段と、を備えることを特徴とする高
    周波電力増幅器。
  2. 【請求項2】 上記第1及び第2スイッチング手段は、
    上記信号Vpcの電圧を分圧するための複数の抵抗を直列
    に接続した抵抗直列回路と、該抵抗直列回路と接地との
    接続制御を行う接地接続用HBTとでそれぞれ形成さ
    れ、該抵抗直列回路における所定の抵抗間の接続部か
    ら、対応するバイアス回路への制御信号を出力すること
    を特徴とする請求項1に記載の高周波電力増幅器。
  3. 【請求項3】 上記第1及び第2スイッチング手段は、
    上記各電力増幅器が複数の電力増幅用HBTで増幅を行
    う多段電力増幅器を形成し、対応する各バイアス回路が
    各電力増幅用HBTごとにバイアスを供給する回路を有
    する場合、信号Vpcによる電流が、初段の電力増幅用H
    BTにバイアスを供給する回路から最終段の電力増幅用
    HBTにバイアスを供給する回路へ順に大きくなるよう
    に、対応するバイアス回路への制御信号を出力すること
    を特徴とする請求項2に記載の高周波電力増幅器。
  4. 【請求項4】 上記第1及び第2スイッチング手段は、
    上記抵抗直列回路における所定の抵抗間の接続部、及び
    該抵抗直列回路と接地接続用HBTとの接続部の間に、
    対応するバイアス回路への制御信号の大きさを調整する
    調整用抵抗がそれぞれ並列に設けられることを特徴とす
    る請求項2又は請求項3のいずれかに記載の高周波電力
    増幅器。
  5. 【請求項5】 上記第3スイッチング手段におけるHB
    Tは、上記2値の信号Vmodに応じて、上記第2スイッ
    チング手段におけるHBTのベースに対するバイアスの
    供給制御を行うことを特徴とする請求項2から請求項4
    のいずれかに記載の高周波電力増幅器。
  6. 【請求項6】 上記第1及び第2スイッチング手段は、
    上記信号Vpcが入力される入力端子に印加された過電圧
    から上記各バイアス回路を保護する保護回路がそれぞれ
    設けられることを特徴とする請求項1から請求項5のい
    ずれかに記載の高周波電力増幅器。
  7. 【請求項7】 上記保護回路は、HBTで構成されたV
    beマルチプライヤをなすことを特徴とする請求項6に記
    載の高周波電力増幅器。
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