JP2001007657A - 高周波電力増幅装置および無線通信機 - Google Patents
高周波電力増幅装置および無線通信機Info
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Abstract
改善,消費電力の低減。 【解決手段】 高周波電力増幅装置は、従属接続された
複数個の増幅段をもつ増幅系(Q1〜Q3;Q4〜Q
6)を備える。高周波電力増幅装置の出力を制御するた
め、増幅系には、制御端子Tapc を介してパワー制御信
号Vapc が供給される。増幅系の各増幅段はその段の前
の増幅段のゲインより小さいゲインをもっている。各増
幅段にはパワー制御信号から生成される利得制御信号が
供給される。制御端子と基準電位との間に直列接続され
た分割抵抗器(R1,R3,R4)が接続され、パワー
制御信号の電圧を分割して複数個の異なる利得制御信号
が発生される。各増幅段には利得制御信号の1つが供給
され、その利得制御信号の電圧は前段に供給される利得
制御信号の電圧より小さい絶対値をもっている。
Description
多モード通信方式用の高周波電力増幅装置およびその高
周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信機に係わり、た
とえば、デュアルバンド通信方式のように複数の増幅系
を有する高周波電力増幅装置(高周波電力増幅器モジュ
ール:PAモジュール)およびその高周波電力増幅装置
を組み込んだ移動体通信機等の無線通信機に適用して有
効な技術に関する。
の送信部には高周波電力増幅器が使用されている。通信
方式の異なる携帯電話(例えばセルラー電話機)間での
通話を可能とする方式としてデュアルバンド通信方式が
知られている。デュアルバンド方式については、たとえ
ば、日立評論社発行「日立評論」、第80巻、第11号(19
98年)、P47〜P52に記載されている。同文献には、搬
送周波数帯が880〜915MHzのGSM(Global S
ystem for Mobile Communications )と、搬送周波数帯
が1710〜1785MHzのDCS−1800(Digital
Cellular System 1800)によるデュアルバンド方式およ
びデュアルバンド用高周波電力増幅器(RFモジュー
ル:PAモジュール)について記載されている。なお、
同文献には、複合機としてトリプルモード方式について
も記載されている。また、特開平11−186921号
(1999年7月9日公開)には、PCN(Personal Commu
nications Network :DCS−1800),PCS(Person
al Communications Servis:DCS−1900)およびGS
Mなどの携帯電話システムに利用できる多バンド移動体
通信装置が開示されている。
波電力増幅モジュールは、二つ以上のトランジスタ(増
幅器)を順次従属接続して構成した増幅系(高周波電力
増幅系)を2系統有する構造になっている。
ワーアンプモジュール)は、それぞれのステージ(段)
のトランジスタに独立に制御電圧を供給するため、パワ
ー制御信号Vapc の電圧を抵抗分割することにより所望
のゲートバイアスを供給している。
ートバイアスを独立に設定できるという長所はあるもの
の、電流もそれぞれのゲートに流れるため、増幅系を二
つ有するデュアル以上のRFパワーアンプに使用すると
きには、このままではパワー制御電流Iapc が消費電流
仕様を満たすことができ難くなる。
値を大きくすると、抵抗とMOSトランジスタのゲート
−ドレイン間寄生容量によるCR時定数が大きくなるた
め、トランジスタのスイッチング速度に対する要求を満
たすことができ難くなる。
ず図8を参照して本発明者により案出され、検討された
高周波電力増幅装置について述べる。図8に示された構
造は、従って、本発明者の知る限りにおいて、公に知ら
れた技術ではない。
アルバンド用高周波電力増幅装置を示す等価回路図であ
り、各増幅系はMOSFET(Metal Oxide Semiconduc
torField-Effect-Transistor :電界効果トランジス
タ)を3段〔初段(1段),2段,最終段(3段)〕に
組み込んだ構成になっている。
端子Pin1と出力端子Pout 1との間に初段トランジス
タ回路Q1’,2段トランジスタ回路Q2’,最終段ト
ランジスタ回路Q3’を従属接続した増幅系aと、入力
端子Pin2と出力端子Pout2との間に初段トランジス
タ回路Q4’,2段トランジスタ回路Q5’,最終段ト
ランジスタ回路Q6’を従属接続した増幅系bとからな
っている。
1’,Q2’,Q3’のゲート端子はそれぞれ分圧抵抗
R22〜R27を介して切替用トランジスタQ7’のド
レイン端子に接続されるとともに、負荷抵抗R28を介
して制御電圧Vapc が供給される制御端子Tapc に接続
されている。また、切替用トランジスタQ7’のゲート
端子はゲートインピーダンス整合用の抵抗R21を介し
て切替電圧Vctl が供給される切替端子Tc 1に接続さ
れ、ソース端子はグランド(GND)に接続されてい
る。
4’,Q5’,Q6’のゲート端子はそれぞれ分圧抵抗
R32〜R37を介して切替用トランジスタQ8’のド
レイン端子に接続されるとともに、負荷抵抗R38を介
して電力増幅装置の制御端子Tapc に接続されている。
また、切替用トランジスタQ8’のゲート電極はゲート
インピーダンス整合用の抵抗R31を介して切替電圧/
Vctl が供給される切替端子Tc 2に接続され、ソース
端子はGNDに接地されている。また、トランジスタ回
路Q1’〜Q6’のドレイン端子は電源端子Vddに接続
されている。
びR38は1.8kΩであり、R22,R24,R2
6,R32,R34およびR36は2.3kΩであり、
R23,R25,R27,R33,R35およびR37
は300Ωである。
端子Tc 1および切替端子Tc 2に印加される信号Vct
l および/Vctl によって切替用トランジスタQ7’お
よび切替用トランジスタQ8’を交互に動作させて増幅
系aまたは増幅系bを選択使用して相互に帯域(バン
ド)が異なる周波数の高周波信号の電力増幅を行う。
out 1に至る増幅系aを動作させる場合には、切替端子
Tc 1を「低」、切替端子Tc 2を「高」に設定する。
この設定によって増幅系aのR21〜R28の各抵抗部
分を電流が流れるとともに、増幅系bのR38にも電流
が流れる。
8’が動作するため、切替用トランジスタQ8’のドレ
イン側のノードAの電位は0Vに近い電位となる。ま
た、同様に増幅系bが動作する際は増幅系bのR31〜
R38の各抵抗部分を電流が流れるとともに、増幅系a
のR28にも電流が流れる。このとき、切替用トランジ
スタQ7’のドレイン側のノードBの電位は0Vに近い
電位となる。従って、消費電流を抑えるためには、R2
8およびR38を高い抵抗値、例えば、2kΩ以上に設
定しなければならない。
幅系aの動作時ノードBの電位が低くなってしまい、各
バイアスを適正値(例えば各増幅段を動作状態にするた
め必要なバイアス値)に設定することができなくなる。
また、各バイアスを適正値に設定すべく分圧抵抗のR2
2,R24,R26の抵抗値を高い値にすると、今度は
各段に対するスイッチング速度の要求を満たすことがで
きなくなる。さらに、図8に示す回路構成では、切替端
子としてTc 1とTc 2の二つが必要になり、使い勝手
が悪い。
のバイアス設定の適正化を図ることにより高リニアリテ
ィが達成できる複数の増幅系を有する高周波電力増幅装
置を提供することにある。本発明の他の目的は、スイッ
チング特性の良好な複数の増幅系を有する高周波電力増
幅装置を提供することにある。本発明の他の目的は、切
替端子を一つとした使い勝手の良好な複数の増幅系を有
する高周波電力増幅装置を提供することにある。本発明
の他の目的は、消費電力の低減が達成できる複数の増幅
系を有する高周波電力増幅装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、性能が良好でかつ消費電力の低減
が達成できる多バンド通信方式または多モード通信方式
の無線通信機を提供することにある。本発明の前記なら
びにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述お
よび添付図面からあきらかになるであろう。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 (1)従属接続された複数個の増幅段をもつ増幅系を備
える高周波電力増幅装置において、高周波電力増幅装置
の出力を制御するため、増幅系には、制御端子を介して
パワー制御信号が供給される。本発明の一側面によれ
ば、増幅系の各増幅段は、通常、同一製造プロセスで形
成されると、その段の前の増幅段のゲインより小さいゲ
インをもっていることに鑑み、制御端子と基準電位との
間に直列接続された分割抵抗器(R1,R3,R4)が
接続され、パワー制御信号の電圧を分割して複数個の異
なる利得制御信号が発生される。各増幅段には、そのよ
うにして発生された利得制御信号の1つが供給され、そ
の利得制御信号の電圧は、前段に供給される利得制御信
号の電圧より小さい絶対値をもっている。
電力増幅装置は、少なくとも初段および最終段を含む複
数個の増幅段(Q1〜Q3;Q4〜Q6)と、パワー制
御信号(Vapc )を受ける制御端子(Tapc )と、前記
制御端子と基準電位との間に接続され、前記パワー制御
信号の電圧を分割して複数個の異なる利得制御信号を発
生する、複数個の直列接続された分割抵抗器(R1,R
3,R4;R6,R10,R12)とを有し、前記複数
個の増幅段のそれぞれは、その段への入力信号を受ける
第1の端子と、その段の出力信号を送出する第2の端子
と、その段のための基準電位を受けるための第3の端子
とを備え、前記初段の第1の端子は、高周波電力増幅装
置への高周波入力信号を受け、前記最終段の第2の端子
は、高周波電力増幅装置の高周波出力信号を送出し、最
終段を除く前記増幅段のそれぞれの第2の端子は次段の
第1の端子に電気的に接続され、初段を除く前記増幅段
のそれぞれは、その段の前の増幅段のゲインより小さい
ゲインを持つことを特徴とし、前記複数個の増幅段のそ
れぞれの第1の端子には、前記複数個の利得制御信号の
1つが供給され、その利得制御信号の電圧は、前段の第
1の端子に供給される利得制御信号の電圧より小さい絶
対値をもっていることを特徴とする。
電力増幅装置は、少なくとも初段および最終段を含む複
数個の増幅段をもっている第1の増幅系(Q1〜Q3)
と、少なくとも初段および最終段を含む複数個の増幅段
をもっている第2の増幅系(Q4〜Q6)と、パワー制
御信号(Vapc )を受ける制御端子(Tapc )と、前記
制御端子と基準電位との間に接続され、前記パワー制御
信号の電圧を分割して複数個の異なる第1の利得制御信
号を発生する、第1列の直列接続された分割抵抗器(R
1,R3,R4)と、前記制御端子と基準電位との間に
接続され、前記パワー制御信号の電圧を分割して複数個
の異なる第2の利得制御信号を発生する、第2列の直列
接続された分割抵抗器(R6,R10,R12)と、増
幅系選択信号(Vctl )に応答して、前記第1および第
2の増幅系のうちのいずれか一方を動作状態にし他方を
不動作状態にするため、前記パワー制御信号が前記第1
列および第2列の直列接続された抵抗器のいずれか一方
へ供給され他方の直列接続された抵抗器へはその供給が
ブロックされるように、前記第1列および第2列の直列
接続された抵抗器に接続されている、選択回路(10,
Q7,Q8)とを有し、前記複数個の増幅段(Q1〜Q
3)のそれぞれは、その段への入力信号とその段のため
のバイアス信号とを受ける第1の端子と、その段の出力
信号を送出する第2の端子と、その段のための基準電位
を受けるための第3の端子とを備え、前記初段の第1の
端子は、高周波電力増幅装置への第1の高周波入力端子
(Pin1)を受け、前記最終段の第2の端子は、高周波
電力増幅装置の第1の高周波出力信号(Pout 1)を送
出し、最終段を除く前記増幅段のそれぞれの第2の端子
は次段の第1の端子に電気的に接続され、初段を除く前
記増幅段のそれぞれは、その段の前の増幅段のゲインよ
り小さいゲインを持つことを特徴とし、前記複数個の増
幅段(Q4〜Q6)のそれぞれは、その段への入力信号
とその段のためのバイアス信号とを受ける第1の端子
と、その段の出力信号を送出する第2の端子と、その段
のための基準電位を受けるための第3の端子とを備え、
前記初段の第1の端子は、高周波電力増幅装置への第2
の高周波入力信号(Pin2)を受け、前記最終段の第2
の端子は、高周波電力増幅装置の第2の高周波出力信号
(Pout 2)を送出し、最終段を除く前記増幅段のそれ
ぞれの第2の端子は次段の第1の端子に電気的に接続さ
れ、初段を除く前記増幅段のそれぞれは、その段の前の
増幅段のゲインより小さいゲインを持つことを特徴と
し、前記第1の増幅系の複数個の増幅段(Q1〜Q3)
のそれぞれの第1の端子には、前記複数個の第1の利得
制御信号の1つが前記バイアス信号として供給され、そ
の第1の利得制御信号の電圧は、前段の第1の端子に供
給される第1の利得制御信号の電圧より小さい絶対値を
もっていることを特徴とし、前記第2の増幅系の複数個
の増幅段(Q4〜Q6)のそれぞれの第1の端子には、
前記複数個の第2の利得制御信号の1つが前記バイアス
信号として供給され、その第2の利得制御信号の電圧
は、前段の第1の端子に供給される第2の利得制御信号
の電圧より小さい絶対値をもっていることを特徴とす
る。
(3)のうちのいずれかの構成による高周波電力増幅装
置が組み込まれている。
の各増幅段はその段の前の増幅段のゲインより小さいゲ
インをもつとともに、各増幅段に供給される利得制御信
号は、パワー制御信号の電圧を分割抵抗器(R1,R
3,R4)で分割することによって形成するため、各増
幅段に供給される利得制御信号の電圧は、前段に供給さ
れる利得制御信号の電圧より小さい絶対値となり、増幅
特性のリニアリティの改善がなされるとともに消費電流
を下げることができ低消費電力化が図れる。 (b)また、消費電流を下げた分だけ、制御端子と各ト
ランジスタ間に設ける抵抗の抵抗値を小さくできるた
め、スイッチング特性が良好になる。前記(2)または
前記(3)の手段においても前記(1)の手段と同様の
効果が得られる。
イッチング性能が良くまたリニアリティが良好で消費電
流を低減できる高周波電力増幅装置が内蔵されているこ
とから、性能が良好でかつ消費電力の低減が達成できる
多バンド通信方式または多モード通信方式の無線通信機
を提供することができる。
施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を
説明するための全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
二つ有するデュアルバンド通信方式の移動体通信機およ
びその移動体通信機に組み込まれる高周波電力増幅装置
に本発明を適用した例について説明する。
形態1)によるデュアルバンド用高周波電力増幅装置
(RFパワーアンプモジュールあるいはPAモジュー
ル)に係わる図である。
ール1は、図2の斜視図に示すように、偏平な直方体構
造になっている。すなわち、デュアルバンドPAモジュ
ール1は、板状の配線基板2と、この配線基板2の一面
(主面)を覆うようにその上に設けられたキャップ3を
もつ偏平直方体構造のパッケージ4を含む。
モジュール1は、例えば多層構造の配線基板2の一面上
にトランジスタ等の能動部品やチップ抵抗やチップコン
デンサ等の受動部品を搭載するとともに、複数のトラン
ジスタを従属接続させて多段の増幅系を2つ構成した構
成になっている。
1増幅系および第2増幅系を含む。また、各高周波電力
増幅系はトランジスタを3個従属接続した3段構成〔初
段(1段),2段,最終段(3段)〕になっている。前
記各トランジスタとしては、特に限定はされないが絶縁
ゲート電界効果トランジスタ、例えば、MOSFETが
使用されている。
果の役割を果たす金属製のキャップ3で被われている。
このキャップ3は配線基板2のGNDにも電気的に接続
される。
外部電極端子(電極端子)が突出している。すなわち、
この例では、図2のPAモジュール1の底面を示す図4
に示すように、配線基板2の下面(底面)の周縁に表面
実装用の外部電極端子が設けられている。
パッケージ4の一縁に沿って左から右に向かって、第1
増幅系の入力端子(Pin1)、第1増幅系と第2増幅系
の切替選択を行う切替端子Tct、基準電位端子(例えば
グランド端子:GND)、電源電位端子(例えば電源端
子:Vdd)、第1増幅系の出力端子Pout 1が設けら
れ、パッケージ4の対向に沿って左から右に向かって、
第2増幅系の入力端子(Pin2)、制御端子(Tapc
)、GND、第2増幅系の出力端子(Pout 2)が設
けられている。これら外部電極端子は配線基板2の側面
から底面に亘って設けられている。
モジュール1は半田等を用いた表面実装構造になってい
るが、この実装において配線基板2の底面で各接続領域
のための半田の厚さを均一にするように、図3に示すよ
うに、GND導体は選択的に設けられるレジスト膜5に
よって覆われている。これにより、デュアルバンドPA
モジュール1の実装時の信頼性を図ることができる。
モジュール1の等価回路図である。本実施形態1では高
周波電力増幅装置の高周波電力増幅系eおよびfはいず
れも3個の従属接続された3個の増幅段をもっている。
(第1増幅段)Q1,2段トランジスタ回路(第2増幅
段)Q2,最終段トランジスタ回路(最終増幅段)Q3
が順次従属接続されている。各増幅段はその段への入力
信号を受ける第1の端子と、その段の出力を送出する第
2の端子と、その段のための基準電位を受ける第3の端
子とを備える。初段の第1の端子は高周波電力増幅装置
への第1の入力信号を受ける第1の入力端子Pin1とし
て作用する。最終段の第2の端子は高周波電力増幅装置
からの増幅された出力信号を送出する第1の出力端子P
out 1として作用する。第1増幅系eの動作を制御する
ための切替用トランジスタQ7が設けられている。
(第1増幅段)Q4,2段トランジスタ回路(第2増幅
段)Q5,最終段トランジスタ回路(最終増幅段)Q6
が順次従属接続されている。各増幅段は、第1増幅系e
と同様に、第1〜第3の端子を備え、従って、初段の第
1の端子は高周波電力増幅装置への第2の入力信号を受
ける第2の入力端子Pin2として作用し、最終段の第2
の端子は高周波電力増幅装置からの増幅された第2の出
力信号を送出する第2の出力端子Pout 2として作用す
る。第2増幅系fの動作を制御するための切替用トラン
ジスタQ8が設けられている。
Vctl によって第1増幅系eと第2増幅系fのいずれか
が選択されて動作状態となり、他方の増幅系は非動作状
態にされる。切替用トランジスタQ7,Q8と切替端子
Tctとの間にインバータ10が設けられている。
トランジスタQ9を有している。トランジスタQ9の制
御電極はゲートバイアス抵抗R7を介して切替端子Tct
に接続されている。また、第1増幅系eの切替用トラン
ジスタQ7の制御電極はトランジスタQ9の制御電極に
接続され、抵抗R7によってゲートバイアスが決定され
るようになっている。
幅系fの切替用トランジスタQ8の制御電極に接続され
ている。また、切替用トランジスタQ8の制御電極は抵
抗R8を介して電源電位端子(電源端子:Vdd)に接続
され、所定のゲートバイアスが印加されるようになって
いる。トランジスタQ7,Q8およびインバータ10は
増幅系選択回路を構成している。
ンジスタ回路(増幅段)の利得は制御端子Tapc に印加
されるパワー制御信号Vapc によって制御されるが、後
述するように、それぞれ最適の利得制御電圧が印加され
るように電圧分割抵抗が配置されている。すなわち、制
御端子Tapc に連なる配線のノードDで配線は2本に分
岐され、一方は第1増幅系eへの給電となり、他方は第
2増幅系fへの給電となる。
R1を介して最終段トランジスタ回路(最終増幅段)Q
3の制御端子(第1の端子)に接続されている。また、
最終段トランジスタ回路Q3と抵抗R1との間のノード
Eは抵抗R3を介して2段トランジスタ回路(第2増幅
段)Q2の制御端子(第1の端子)に接続されている。
また、2段トランジスタ回路Q2と抵抗R3との間のノ
ードFは抵抗R4を介して初段トランジスタ回路(第1
増幅段)Q1の制御端子(第1の端子)に接続されてい
る。初段トランジスタ回路Q1と抵抗R4との間のノー
ドGは抵抗R5を介して基準電位(例えば接地電位GN
D)に接続され、その結果初段トランジスタ回路Q1,
第2段トランジスタ回路Q2,最終段トランジスタ回路
Q3のゲートバイアス、すなわち利得制御信号Vg1,
Vg2,Vg3を決定している。
同様に、ノードDは抵抗R6を介して最終段トランジス
タ回路Q6の制御端子に接続されている。また、最終段
トランジスタ回路Q6と抵抗R6との間のノードKは抵
抗R10を介して2段トランジスタ回路Q5の制御端子
に接続されている。また、2段トランジスタ回路Q5と
抵抗R10との間のノードLは抵抗R12を介して初段
トランジスタ回路Q4の制御端子に接続されている。初
段トランジスタ回路Q4と抵抗R12との間のノードM
は抵抗R11を介して基準電位(例えばGND)に接続
され、その結果初段トランジスタ回路Q4,第2段トラ
ンジスタ回路Q5,最終段トランジスタ回路Q6のゲー
トバイアス、すなわち利得制御信号Vg4,Vg5,V
g6を決定している。また、切替用トランジスタQ7,
切替用トランジスタQ8およびトランジスタQ9の他の
電極は基準電位GNDにそれぞれ接続されている。
ば、R1=R6=1.2kΩ、R2=R9=200Ω、
R7=R8=10kΩ、R3=R10=300Ω、R4
=R12=300Ω、R5=R11=2kΩである。な
お、電源電位(Vdd)は例えば3.5Vである。
板2に各電子部品(前記トランジスタや抵抗)を実装す
ることによって形成されている。図4において、配線基
板2の主面には配線11が所定のパターンに形成されて
いる。また、ワイヤ接続用パッド14も配線11によっ
て形成されている。そして、各トランジスタの電極12
とワイヤ接続用パッド14は導電性のワイヤ13で電気
的に接続されている。このようなデュアルバンドPAモ
ジュール1は、高周波電力増幅系が2系統あり、切り換
えによって各系統の高周波電力増幅系が動作する。
(搬送周波数900MHz)における高周波入力信号の
電力増幅に、第2増幅系fをPCN(搬送周波数1.7
5GHz)における高周波入力信号の電力増幅に用いる
ことができる。
ール1は、無線通信機として、たとえば移動体通信機に
組み込まれる。図6はデュアルバンドPAモジュール1
を組み込んだ移動通信機(携帯電話機)の無線部のブロ
ック図である。
ように、マイクやスピーカに接続されかつベースバンド
ICを有するベースバンド部40と、前記ベースバンド
部40に接続されかつアナログ・デジタルコンバータや
デジタル・アナログコンバータを有するコンバータ41
と、コンバータ41に接続される信号処理部42と、ア
ンテナ43と、アンテナ43の送受信動作間の切り換え
を行うスイッチ44と、信号処理部42とスイッチ44
との間に組み込まれるデュアルバンドPAモジュール1
と、信号処理部42とスイッチ44との間に2系統とし
て組み込まれる2組の低雑音アンプ(LNA)45,4
6と、信号処理部42に接続されるRFVCO47と、
RFVCO47および信号処理部42に接続されるRF
PLLおよびIFPLLを有するデュアルシンセサイザ
48とを具備している。
0と、これに接続されるPLL(Phase-Locked Loop )
51を有し、変調器50はコンバータ41に接続され、
PLL51はデュアルバンドPAモジュール1に接続さ
れている。
つの周波数帯域に対して用意された低雑音アンプ(LN
A)45,46にそれぞれ接続される二つのRFミキサ
52,53と、RFミキサ52,53に接続されるAG
C(Auto Gain Control )を有するIFミキサ54と、
IFミキサ54に接続される復調器55を有している。
復調器55はコンバータ41に接続されている。
理部42内に設けられたIFVCO56を介してIFミ
キサ54,変調器50,復調器55に接続されている。
また、RFVCO47はPLL51,RFミキサ52,
53に接続されている。
携帯電話機においては、使用するシステム(周波数)に
対応したLNA,RFミキサ,RFVCOおよびPAモ
ジュールを選択し、他方をスリープ(否使用)モードに
する。その切替えについては、各システムの混雑の度合
いにより自動で選択するか、または手動で任意に選択す
る。
0を介して供給される。一方、パワー制御信号Vapc
は、例えば、従来知られている構成の自動パワー制御器
(Automatic Power Controller)62から供給される。
自動パワー制御器62は、PAモジュール1の出力導体
に結合されたカプラー64a,64bのいずれか一方か
らPAモジュール1の出力を表す検出信号を受け、さら
にCPU60から所定のパワー出力に相当する基準信号
Vref を受け、カプラーの検出信号と基準信号とを比較
し、その比較結果に従って、パワー制御信号Vapc が決
定される。このように決定されたパワー制御信号Vapc
がPAモジュール1の制御端子Tapc に供給される。本
実施形態1によるデュアルバンド携帯電話機によればデ
ュアルバンドの通信が可能になる。
れ以上を享受できる。 (1)各増幅系(第1増幅系e,第2増幅系f)を動作
させる切替用トランジスタQ7,Q8はインバータ10
のトランジスタQ9の制御電極に印加される切替端子T
ctからの切替信号Vctl によって増幅系の選択が行われ
る構成になっている。この結果、切替端子が一つになり
使い勝手がよくなる。
f)の各トランジスタ回路Q1〜Q6にはそれに見合っ
たゲートバイアス利得制御電圧が印加されることから、
バイアスコントロールが良くなり、増幅系の増幅特性の
リニアリティの改善が達成できるとともに制御電流(I
apc )を下げることができ低消費電力化が図れる。換言
するならば、各段のトランジスタに対するバイアスが適
正値(高リニアリティ)となるように抵抗(たとえば、
R1,R3,R4,R5)を設定することにより、Iap
c の通路を1本にし、Iapc を低減することができる。
言い換えれば、Iapc を低減した分だけ抵抗(たとえ
ば、R1,R3、R4,R5)を低く設定でき、スイッ
チング特性は満足したものになる。
御端子Tapc と各トランジスタ回路Q1〜Q6間に設け
る抵抗の抵抗値を小さくできるため、スイッチング特性
が良好になる。
置の出力Pout と、増幅系のスイッチングタイムとの相
関を示すグラフである。同グラフに示すように、仕様を
満足するスイッチングタイムを2μSとした場合、出力
Pout が35dBmまでの間に亘ってスイッチングタイ
ムは2μS以下となり、スイッチングタイムを満足する
ことが分かる。
スイッチング性能が良くまたリニアリティが良好で消費
電流を低減できる高周波電力増幅装置が内蔵されている
ことから、性能が良好でかつ消費電力の低減が達成でき
る多バンド通信方式が達成できる。
態(実施形態2)であるデュアルバンド用高周波電力増
幅装置の等価回路図である。本実施形態2では実施形態
1における第1増幅系eの切替用トランジスタQ7とノ
ードEとの間に設ける抵抗R2、および第2増幅系fの
切替用トランジスタQ8とノードKとの間に設ける抵抗
R9を、それぞれコイルL1,L2に置き換えたもので
ある。
ンスが高くなるため、切替用トランジスタQ7とノード
Eとの間に抵抗R2の換わりにコイルL1を配置し、切
替用トランジスタQ8とノードKとの間に抵抗R9の換
わりにコイルL2を配置することにより、切替用トラン
ジスタQ7または切替用トランジスタQ8の出力用の電
極であるドレイン電極に対し、ノードEまたはノードK
を直流的にショートし、高周波に対して高インピーダン
スとすることが可能になる。このコイルの使用は、仕様
としては周波数にもよるが、たとえば20nH以上のコ
イルが使用可能である。
出力端子Pout 1に至る第1増幅系eをGSM(900
MHz)で使用し、第2の入力端子Pin2から第2の出
力端子Pout 2に至る第2増幅系fをPCN(1.75
GHz)で使用する場合、抵抗R2,R9を組み込んだ
ものでは、抵抗R2,R9はあまり大きな抵抗値にでき
ないため、PCN動作時には、高周波信号が抵抗R9を
通って漏れてしまい、効率が落ちてしまうが、本実施形
態2の場合のように抵抗R2,R9の換わりにコイルL
1,L2を使うことによって高周波の漏れを抑止できる
ため効率の劣化を防ぐことができる。
施形態をさらに説明する。図9は図1の回路構成をより
詳細に示している。参照符号L1〜L20は整合回路で
ある。図10は、制御端子Tapc に供給されるパワー制
御信号Vapc の変化に対する各増幅段に印加される利得
制御信号Vg1,Vg2,Vg3の変化を示す図であ
る。図11はパワー制御信号Vapc の変化に対する増幅
系(高周波電力増幅装置)のパワー出力の変化を示す図
である。
スタのゲート長に対するゲート幅は、後段になる程大き
くなり、そのために後段程利得が小さい傾向にある。各
増幅系eまたは増幅系fにおいて、各増幅段に対してお
よそ等しいバイアス電圧すなわち利得制御電圧(信号)
を与えると、増幅系eまたは増幅系fの、パワー制御信
号Vapc に対するパワー出力の立ち上がりは図11の曲
線Xに示されるように急峻になる。このことは、パワー
制御信号Vapc を変化させて高周波電力増幅装置のパワ
ー出力を正確に調整するためには不都合である。
態による構成および図8に示された本発明者により案出
検討された構成においては、図10に示されるように、
各増幅系の増幅段に対して与えられるバイアス電圧(利
得制御電圧)は、前段程低くしている。
うに、パワー制御信号Vapc に対するパワー出力の立ち
上がりが緩やかになり、高周波電力増幅装置のパワー出
力の制御性が改善される。
P1の特性が示されているが、増幅系fの出力P2の特
性についても、図10に示されるように各増幅段に対し
て与えられるバイアス電圧(利得制御電圧)は、前段程
低くすることにより、同図の曲線P1に示されるのと同
様になる。
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
無線通信機およびその無線通信機に組み込まれる高周波
電力増幅装置に本発明を適用した例について説明した
が、本発明は多モード通信方式の無線通信機およびその
無線通信機に組み込まれる高周波電力増幅装置にも同様
に適用でき同様の効果を有することができる。また、バ
ンドおよびモードが異なる複数の増幅系を有する技術に
も同様に適用でき同様の効果を有する。本発明は複数の
増幅系を有する高周波電力増幅装置に係わる技術には適
用できる。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 (1)高周波電力増幅装置において、各増幅系を動作さ
せる切替用トランジスタは増幅系選択回路のトランジス
タの制御電極に印加される切替端子からの信号によって
増幅系の選択が行われる構成になっていることから、増
幅系が2系統である場合には切替端子は一つになり、使
い勝手がよくなる。 (2)高周波電力増幅装置においては、増幅系の各トラ
ンジスタはそれに見合ったゲートバイアスが印加される
ことから、増幅系の増幅特性のリニアリティの改善が達
成できるとともに消費電流を下げることができ低消費電
力化が図れる。 (3)また、消費電流を下げた分だけ、パワー制御信号
が供給される制御端子と各トランジスタ間に設ける抵抗
の抵抗値を小さくできるため、スイッチング特性が良好
になる。 (4)前記高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信機
は、性能が良好でかつ消費電力の低減が達成できる多バ
ンド通信方式の無線通信機を提供することができる。
アルバンド用高周波電力増幅装置の等価回路図である。
装置の外観を示す斜視図である。
装置の底面図である。
装置における配線基板上の電子部品のレイアウトの概略
を示す図である。
示すグラフである。
置を組み込んだ移動体通信機のシステム構成を示すブロ
ック図である。
ュアルバンド用高周波電力増幅装置の等価回路図であ
る。
されたデュアルバンド用高周波電力増幅装置を示す等価
回路図である。
である。
説明するのに有用な図である。
性を示す図である。
…キャップ、4…パッケージ、5…レジスト膜、10…
増幅系選択回路、40…ベースバンド部、41…コンバ
ータ、42…信号処理部、43…アンテナ、44…スイ
ッチ、45,46…低雑音アンプ(LNA)、47…R
FVCO、48…デュアルシンセサイザ、50…変調
器、51…PLL、52,53…RFミキサ、54…I
Fミキサ、55…復調器、56…IFVCO、60…C
PU、62…APC(自動パワー制御器)、64a,6
4b…カプラー、L1,L2…コイル、Q1〜Q9…ト
ランジスタ回路、R1〜R12…抵抗。
Claims (8)
- 【請求項1】 少なくとも初段および最終段を含む複数
個の増幅段(Q1〜Q3;Q4〜Q6)と、 パワー制御信号(Vapc )を受ける制御端子(Tapc )
と、 前記制御端子と基準電位との間に接続され、前記パワー
制御信号の電圧を分割して複数個の異なる利得制御信号
を発生する、複数個の直列接続された分割抵抗器(R
1,R3,R4;R6,R10,R12)とを有し、 前記複数個の増幅段のそれぞれは、その段への入力信号
を受ける第1の端子と、その段の出力信号を送出する第
2の端子と、その段のための基準電位を受けるための第
3の端子とを備え、 前記初段の第1の端子は、高周波電力増幅装置への高周
波入力信号を受け、前記最終段の第2の端子は、高周波
電力増幅装置の高周波出力信号を送出し、 最終段を除く前記増幅段のそれぞれの第2の端子は次段
の第1の端子に電気的に接続され、初段を除く前記増幅
段のそれぞれは、その段の前の増幅段のゲインより小さ
いゲインを持つことを特徴とし、 前記複数個の増幅段のそれぞれの第1の端子には、前記
複数個の利得制御信号の1つが供給され、その利得制御
信号の電圧は、前段の第1の端子に供給される利得制御
信号の電圧より小さい絶対値をもっていることを特徴と
する高周波電力増幅装置。 - 【請求項2】 少なくとも初段および最終段を含む複数
個の増幅段をもっている第1の増幅系(Q1〜Q3)
と、 少なくとも初段および最終段を含む複数個の増幅段をも
っている第2の増幅系(Q4〜Q6)と、 パワー制御信号(Vapc )を受ける制御端子(Tapc )
と、 前記制御端子と基準電位との間に接続され、前記パワー
制御信号の電圧を分割して複数個の異なる第1の利得制
御信号を発生する、第1列の直列接続された分割抵抗器
(R1,R3,R4)と、 前記制御端子と基準電位との間に接続され、前記パワー
制御信号の電圧を分割して複数個の異なる第2の利得制
御信号を発生する、第2列の直列接続された分割抵抗器
(R6,R10,R12)と、 増幅系選択信号(Vctl )に応答して、前記第1および
第2の増幅系のうちのいずれか一方を動作状態にし他方
を不動作状態にするため、前記パワー制御信号が前記第
1列および第2列の直列接続された抵抗器のいずれか一
方へ供給され他方の直列接続された抵抗器へはその供給
がブロックされるように、前記第1列および第2列の直
列接続された抵抗器に接続されている、選択回路(1
0,Q7,Q8)とを有し、 前記複数個の増幅段(Q1〜Q3)のそれぞれは、その
段への入力信号とその段のためのバイアス信号とを受け
る第1の端子と、その段の出力信号を送出する第2の端
子と、その段のための基準電位を受けるための第3の端
子とを備え、 前記初段の第1の端子は、高周波電力増幅装置への第1
の高周波入力端子(Pin1)を受け、前記最終段の第2
の端子は、高周波電力増幅装置の第1の高周波出力信号
(Pout 1)を送出し、 最終段を除く前記増幅段のそれぞれの第2の端子は次段
の第1の端子に電気的に接続され、 初段を除く前記増幅段のそれぞれは、その段の前の増幅
段のゲインより小さいゲインを持つことを特徴とし、 前記複数個の増幅段(Q4〜Q6)のそれぞれは、その
段への入力信号とその段のためのバイアス信号とを受け
る第1の端子と、その段の出力信号を送出する第2の端
子と、その段のための基準電位を受けるための第3の端
子とを備え、 前記初段の第1の端子は、高周波電力増幅装置への第2
の高周波入力信号(Pin2)を受け、前記最終段の第2
の端子は、高周波電力増幅装置の第2の高周波出力信号
(Pout 2)を送出し、 最終段を除く前記増幅段のそれぞれの第2の端子は次段
の第1の端子に電気的に接続され、 初段を除く前記増幅段のそれぞれは、その段の前の増幅
段のゲインより小さいゲインを持つことを特徴とし、 前記第1の増幅系の複数個の増幅段(Q1〜Q3)のそ
れぞれの第1の端子には、前記複数個の第1の利得制御
信号の1つが前記バイアス信号として供給され、その第
1の利得制御信号の電圧は、前段の第1の端子に供給さ
れる第1の利得制御信号の電圧より小さい絶対値をもっ
ていることを特徴とし、 前記第2の増幅系の複数個の増幅段(Q4〜Q6)のそ
れぞれの第1の端子には、前記複数個の第2の利得制御
信号の1つが前記バイアス信号として供給され、その第
2の利得制御信号の電圧は、前段の第1の端子に供給さ
れる第2の利得制御信号の電圧より小さい絶対値をもっ
ていることを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 【請求項3】 請求項2において、前記選択回路は、前
記基準電位に接続されたソースと前記選択信号を受ける
ゲートとドレインとを備える第1の絶縁ゲート電界効果
トランジスタ(Q7)と、前記第1列の直列接続された
抵抗器のうち一端が前記制御端子(Tapc )に接続され
た抵抗器(R1)の他端に前記第1のトランジスタのド
レインが接続された第1のインピーダンス素子(R2,
L1)と、 前記基準電位に接続されたソースと前記選択信号を受け
るゲートとドレインとを備える第2の絶縁ゲート電界効
果トランジスタ(Q8)と、前記第2列の直列接続され
た抵抗器のうち一端が前記制御端子(Tapc )に接続さ
れた抵抗器(R6)の他端に前記第2のトランジスタの
ドレインが接続された第2のインピーダンス素子(R
9,L2)とを有することを特徴とする高周波電力増幅
装置。 - 【請求項4】 請求項3において、前記選択回路の第1
および第2のインピーダンス素子のそれぞれは、抵抗器
(R2,R9)であることを特徴とする高周波電力増幅
装置。 - 【請求項5】 請求項3において、前記選択回路の第1
および第2のインピーダンス素子のそれぞれは、インダ
クタ(L1,L2)であることを特徴とする高周波電力
増幅装置。 - 【請求項6】 従属接続された複数個の増幅段(Q1〜
Q3,Q4〜Q6)をそれぞれ備える第1の増幅系(Q
1〜Q3)および第2の増幅系(Q4〜Q6)を有する
高周波電力増幅装置であって、 各増幅系に設けられ、その一方を選択的に動作状態にす
る働きをする切替用トランジスタ(Q7,Q8)と、 切替信号(Vctl )に対応して前記切替用トランジスタ
を制御する増幅系選択回路(10)と、 パワー制御信号(Vapc )を受ける制御端子(Tapc )
と、 前記制御端子と基準電位との間に接続され、前記パワー
制御信号の電圧を分割して複数個の異なる第1の利得制
御信号を発生する、第1列の直列接続された分割抵抗器
(R1,R3,R4)と、 前記制御端子と基準電位との間に接続され、前記パワー
制御信号の電圧を分割して複数個の異なる第2の利得制
御信号を発生する、第2列の直列接続された分割抵抗器
(R6,R10,R12)とを有し、 初段を除く前記増幅段(Q1〜Q3,Q4〜Q6)のそ
れぞれは、その段の前の増幅段のゲインより小さいゲイ
ンをもっていることを特徴とし、 前記第1の増幅系の複数個の増幅段(Q1〜Q3)のそ
れぞれの第1の端子には、前記複数個の第1の利得制御
信号の1つが前記バイアス信号として供給され、その第
1の利得制御信号の電圧は、前段の第1の端子に供給さ
れる第1の利得制御信号の電圧より小さい絶対値をもっ
ていることを特徴とし、 前記第2の増幅系の複数個の増幅段(Q4〜Q6)のそ
れぞれの第1の端子には、前記複数個の第2の利得制御
信号の1つが前記バイアス信号として供給され、その第
2の利得制御信号の電圧は、前段の第1の端子に供給さ
れる第2の利得制御信号の電圧より小さい絶対値をもっ
ていることを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 【請求項7】 請求項2に記載の高周波電力増幅装置を
有する無線通信機。 - 【請求項8】 請求項6に記載の高周波電力増幅装置を
有する無線通信機。
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---|---|---|---|
JP2000120972A JP2001007657A (ja) | 1999-04-21 | 2000-04-21 | 高周波電力増幅装置および無線通信機 |
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JP11312099 | 1999-04-21 | ||
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