JP2001127701A - 電力増幅器モジュール - Google Patents

電力増幅器モジュール

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JP2001127701A JP30626699A JP30626699A JP2001127701A JP 2001127701 A JP2001127701 A JP 2001127701A JP 30626699 A JP30626699 A JP 30626699A JP 30626699 A JP30626699 A JP 30626699A JP 2001127701 A JP2001127701 A JP 2001127701A
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喜市 山下
Tomonori Tagami
知紀 田上
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力制御電圧の変化に対して出力電力特性が
滑らかに変化すると共に、広いダイナミック範囲に亘っ
て安定した制御感度を有する電力増幅器モジュールを提
供する。 【解決手段】 電力増幅器を構成する1ないし複数段増
幅器に対して、同じ手段によって各々に利得設定のため
のアイドリング電流を供給し、かかるアイドリング電流
に入力制御電圧に対して指数関数的に変化するような性
質を付与して出力電力を入力制御電圧に対して比例制御
できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力増幅器モジュール
に関し、特に移動体通信システムで使われる携帯端末機
用の出力電力制御機能を有するセルラ電話システム用電
力増幅器モジュールに利用して有効な技術に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、GSM(Global System for Mobil
e Communication)やPCN(PersonalCommunication Net
work)などに代表されるセルラ電話システム市場が著し
い伸長を見せており、この傾向は今後も続くと予測され
ている。GSMやPCNなどのシステムでは、基地局と
携帯端末機との通信距離に応じて携帯端末機の出力電力
を制御できることが要求される。これは電力増幅器の電
力利得を制御することによって実現できる。
【0003】図9に出力電力制御機能を有する代表的な
3段構成の電力増幅器の従来例を示す。この電力増幅器
では、端子062より入力される信号は各段増幅器60
1、602、603で増幅され、端子064より出力さ
れる。電源電圧は端子063に印加される。この時の増
幅器601、602、603の電力利得は出力電力制御
回路607によってトランジスタ604、605、60
6の直流動作点を決めるアイドリング電流を変えること
により制御される。トランジスタ604、605、60
6には、GaAsHBT(Hetero-Bipolar Transistor)
が用いられている。
【0004】上記3段目増幅器603およびそれに対応
する出力電力制御回路607を用いて出力電力制御機能
を説明する。増幅器603はトランジスタ606、抵抗
611、結合容量612および出力整合回路613で、
また、出力電力制御回路607はトランジスタ608、
609、610および抵抗614、615、616とで
構成されている。ここで、ダイオード接続されたトラン
ジスタ609、610とトランジスタ608、606と
がカレントミラー回路を構成しており、トランジスタ6
09、610に流れる電流のミラー比倍の電流がトラン
ジスタ606にアイドリング電流として流れる。
【0005】トランジスタ609、610の両端の電圧
は端子061に印加される出力電力制御電圧がこれらト
ランジスタの立上り電圧以上になるとほぼ一定となるの
で、それ以上の電圧領域ではアイドリング電流は制御電
圧に比例して増減する。電力利得はこのアイドリング電
流に依存するので、アイドリング電流を制御することに
より電力利得を可変にできる。即ち、出力電力制御はこ
の性質を利用したものである。なお、図9の従来例で
は、初段増幅器601のアイドリング電流は制御電圧を
抵抗分割した電圧をベースに供給することにより与えて
おり、2段目増幅器602、3段目増幅器603のアイ
ドリング電流供給とは異なる手段をとっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】出力電力制御特性とし
ては、制御電圧に対する出力電力の変化が70〜80d
Bの広いダイナミック範囲(GSMの代表的な値は、ー
40〜35dBm)において単調関数であること、ま
た、その変化率、即ち、制御感度が端末機で決められた
所定値(代表的な値は150dB/V以下)であること
が要求される。しかしながら、図9の従来例ではアイド
リング電流は制御電圧に比例して変化する。
【0007】つまり、図9の回路の場合の制御感度∂P
21/∂Vapc は信号レベルが低い程大きくなり、次式で
与えられる。 P21=定数+20logId (dB)、Id =(Vapc −2Vb)/Rapc (1) ∂P21/∂Vapc =20/(Vapc −2Vb)(dB/V) (2) ただし、 Vapc >2Vb ∂P21/∂Vapc =0 ただし、 Vapc ≦2Vb (3)
【0008】ここで、上記式(1)〜(2)におけるP
21は電力利得、Idはアイドリング電流、Vapc は制御
電圧、Vb はトランジスタ609、610の立上り電圧
(ベース,エミッタ間電圧)、Rapc は抵抗614の値
である。式(1)〜(2)は制御電圧がトランジスタ6
09、610の立上り電圧の和の値を超えるとアイドリ
ング電流が流れ始め、その時が最も大きな制御感度とな
ることを示す。制御感度は理論的には無限大となるが、
実際には入力信号の電力レベルが0dBm以上となる場
合が多く、自己バイアス効果によって生じる直流電流に
よってこの値は300dB/V程度となる場合が多い。
そして、式(3)では、Vapc ≦2Vbにおいて、アイ
ドリング電流Idが形成されるのに必要な制御電圧Vapc
が入力されないので、∂P21/∂Vapc =0になるも
のである。
【0009】上記従来例では初段増幅器601、2段目
増幅器602、3段目増幅器603の動作状態が異なる
ため制御特性にキンクが生じ易く、電力増幅器に要求さ
れる出力電力制御特性を満たすことは困難であった。つ
まり、図10の特性図に示すように、入力信号Pinに
より特性が大きく変化し、制御電圧Vapc のレベルにお
いて感度が極端に高い部分が生じ、かかる感度が極端に
高い特性上では制御電圧Vapc の僅かな変化に対して出
力電力Poutが大きく変化し、かかる出力電力Pou
tの過剰な変化を戻すようなフィードバックがかかる
と、それにも過剰に応答してしまい、出力電力Pout
がフィードバックループに対応した周期で変化して発振
状態になる。
【0010】本発明の目的は、入力制御電圧の変化に対
して出力電力特性が滑らかに変化すると共に、広いダイ
ナミック範囲に亘って安定した制御感度を有する電力増
幅器モジュールを提供することにある。本発明の他の目
的は、使い勝手のよい電力増幅器モジュールを提供する
ことにある。この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明ら
かになるであろう。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。制御入力電圧を受けて該制御入力電圧
に対して指数関数的に変化させるアイドリング電流を形
成し、電力増幅器に供給して出力電力の制御を行なう。
【0012】
【発明の実施の形態】図1には、この発明に係る電力増
幅器モジュールの一実施例の基本的な回路図が示されて
いる。同図の各回路素子は、1ないし複数個の半導体集
積回路及びそれに接続される外部部品が1つの回路モジ
ュールとして構成される。この実施例の電力増幅器モジ
ュールは、出力トランジスタ2、整合回路4、結合容量
5で構成される増幅器6と、電圧−電流対数変換回路1
1、定電流源7、入力トランジスタ3,8、インピーダ
ンス回路9から成る出力電力制御回路1とで構成されて
いる。
【0013】電圧−電流対数変換回路11は、端子03
より入力される入力制御電圧を電流に対数変換するもの
で、この回路11によって出力トランジスタ2のアイド
リング電流を入力制御電圧に対して指数関数的に変化さ
せることが可能となる。トランジスタ8は大信号動作時
に自己バイアス効果によって増分として生じる出力トラ
ンジスタ2のベース電流の直流分を供給する役目を持
つ。
【0014】インピーダンス回路9は、端子01から入
力される入力信号の高周波信号が上記入力トランジスタ
3に流れて動作が不安定になるのを防ぐために用いられ
る。04は電源端子である。入力トランジスタ3は出力
トランジスタ2とカレントミラー回路を構成し、電流セ
ンシング機能を持つ。従って、入力トランジスタ3に定
電流源7から基準電流を流すことにより、そのミラー比
倍の電流を出力トランジスタ2にアイドリング電流とし
て流すことができる。
【0015】前記図9のような従来例ではアイドリング
電流が制御電圧に比例して変化するのに対し、この実施
例回路では、アイドリング電流を入力制御電圧に対して
指数関数的に変化させることを特長としている。この実
施例における小信号動作時の電力利得P21および制御感
度∂P21/∂Vapc は次式で与えられる。 P21=定数+αVapc /Vt×20loge(dB)、 Id=Isexp(αVapc) (4) ∂P21/∂Vapc =α/Vt×20loge=347α (dB/V) (5)
【0016】ここで、IsおよびVt (〜25mV)は
物理定数、αは係数である。式(4)は、電力利得が入
力制御電圧Vapc に比例することを示す。これから、式
(5)に示すように、本発明における制御感度は一定値
となり、係数αを適切な値に設定すれば所望の制御感度
が得られることが分かる。例えば、150dB/V以下
の制御感度を得るには、係数αを0.5以下に設定すれば
よい。これはアイドリング電流Idを入力制御電圧Vapc
に対して指数関数的に変化させるようにしたことの帰
結である。実際の電力増幅器は複数の増幅器で構成され
る例が殆んどで、このような場合には電力増幅器に要求
される所望の制御感度を各段増幅器の能力に応じて適当
に配分すれば良い。
【0017】本発明では定電流源7から供給される電流
と入力制御電圧Vapc との間に指数関数の関係を持たせ
ているため、入力制御電圧Vapc に対してアイドリング
電流Idは式(4)に示すように指数関数的に変化す
る。ここでは、このアイドリング電流Idの値は所望の
出力電力や効率が得られるような出力トランジスタ2の
直流動作点から決められる。一方、入力信号は端子01
から結合容量5を介して入力され、出力トランジスタ2
と整合回路4とで電力増幅された後、端子02より出力
される。アイドリング電流Idが入力制御電圧Vapc に
対して指数関数的に変化するので、電力利得(dB)、
即ち、出力電力(dBm)は入力制御電圧Vapc に比例
して増減する。
【0018】従って、式(5)で示すように入力制御電
圧Vapc に対して、347α (dB/V)のように一定
の制御感度を得ることができる。以上の動作によって、
例えば図7に示した特性図のようにキンクが小さく、滑
らかな出力電力制御特性を得ることが可能となる。この
場合には、入力信号Pinを−4dBm、0dBm、4
dBm及び6dBmのように変化させても、安定した出
力電力の制御が可能になるので使い勝手が極めてよい制
御特性を持つ電力増幅器を得ることができるものであ
る。
【0019】後述するようにトランジスタ2、3、8に
GaAsHBT、SiGeHBT或いはSiバイポーラ
トランジスタなどバイポーラ系のトランジスタであれば
種類を問わず適用可能である。また、トランジスタ2と
3はカレントミラー回路を構成するので同種のトランジ
スタとし、同一チップ上に集積することが望ましい。ト
ランジスタ2と3に電流を供給する電流供給回路10は
HBTを含むSiバイポーラプロセスを適用した集積回
路を用いても良い。また、電圧−電流変換回路11およ
び定電流源7は制御電圧に対してトランジスタ3に流す
基準電流が指数関数的に変化する機能を持つものであれ
ば、その回路形式は問わない。
【0020】図2には、この発明に係る電力増幅器モジ
ュールの他の一実施例の回路図が示されている。この実
施例では、電力増幅器が3段縦列に接続して構成され
る。例えば、CDMA(Code Division Multiple Acces
s)システムなどのように比較的出力電力が小さい用途
向けには、上記電力増幅器の構成は2段としても良い。
【0021】この実施例では、前記図9のような従来の
多段増幅器と異なり、3段の増幅器が同じ手段での制御
動作を行なう出力電力制御回路101から各段トランジ
スタのアイドリング電流を決める基準電流をそれぞれ供
給している。増幅器102、103、104における増
幅用トランジスタ(前記出力トランジスタ2)105、
106、107のアイドリング電流は電流センシング用
トランジスタ(前記入力トランジスタ3)108、10
9、110に流れる電流のミラー比倍となる。
【0022】ここで、カレントミラー比は増幅器10
2、103、104で異なり、トランジスタ105と1
08、トランジスタ106と109、トランジスタ10
7と110の寸法比で決まる。ミラー比は動作電力の小
さい初段トランジスタ105から動作電力の大きい最終
段トランジスタ107の順に大きくなるので、それに比
例して各トランジスタに流れるアイドリング電流も増大
する。
【0023】以上、本実施例によれば、アイドリング電
流はカレントミラー比に従ってトランジスタ105、1
06、107に流れるので、電力レベルが異なっても基
本的には同じような動作をする。このため、初段増幅器
と2、3段増幅器とで異なる動作をする従来例に比べ、
前記図7の特性図に示したように滑らかな出力電力制御
特性を具現化することが可能となり、個々の増幅器の合
成された出力電力特性にキンクが小さく、直線的に変化
する滑らかな特性を得ることが可能となる。
【0024】次に上記実施例回路の動作を説明する。電
力増幅器の入力信号は端子011に印加されるが、この
入力信号は信号源インピーダンスとトランジスタ105
の入力インピーダンスの整合を取り、効率よく電力を伝
達するための整合回路111を介してトランジスタ10
5に送られて電力増幅される。増幅された信号はトラン
ジスタ105の出力インピーダンスとトランジスタ10
6の入力インピーダンス間の整合を取る整合回路112
を介してトランジスタ106のベースに供給される。
【0025】以下、同様にしてトランジスタ106に伝
達された信号はトランジスタ106、整合回路113、
トランジスタ107、整合回路114を経由して順次電
力増幅された後、端子012より出力される。上述した
ように、制御感度は制御電圧に対して一定な値を示す。
増幅器102、103、104の制御感度をそれぞれ∂
21/∂Vapc 、∂P'21 /∂Vapc 、∂P''21/∂V
apc とすれば、電力増幅器全体の制御感度∂P021 /∂
Vapc は ∂P021/∂Vapc=∂P21 /∂Vapc+∂P'21/∂Vapc+∂P''21 /∂Vapc (6) で与えられ、各段増幅器の制御感度の和となる。
【0026】式(6)は所望の制御感度を得るには、各
段増幅器に必要な値を割振れば良く、その割合は任意で
よいことを示す。一例として、所望の制御感度150d
B/V以下を各段増幅器に均等に割振るとすれば、各段
増幅器の制御感度は50dB/V以下にすれば目的を達
成できることになる。
【0027】電流供給回路115、或いは増幅器と出力
電力制御回路を1チップ上にSiバイポーラトランジス
タやSiGeHBTプロセスなどを適用し集積化しても
良い。また、トランジスタ105から110は、電力増
幅器モジュールの小型化を図りつつ、特性を揃えるため
に同一チップ上に集積化することが望ましい。
【0028】図3には、この発明に係る電力増幅器モジ
ュールの具体的な一実施例の回路図が示されている。出
力電力制御回路350は制御電圧に対してアイドリング
電流が指数関数的に変化する関係を構築するものである
が、それには出力トランジスタ317とカレントミラー
形成にされた入力トランジスタ316に流す基準電流に
指数関数的な振舞いをさせるようにすれば良い。
【0029】以下、これを具現化する手法及び回路につ
いて述べる。先ず、電圧―電流変換回路351で端子0
13より入力される入力制御電圧Vapc に比例した電流
を生成する。入力制御電圧Vapc がトランジスタ302
の立上り電圧(ベース,エミッタ間電圧)を超えると抵
抗301で決まる電流がトランジスタ302に流れ始め
る。すると、トランジスタ302と303がカレントミ
ラー回路を構成しているので、トランジスタ302に流
れる電流のミラー比倍の電流がトランジスタ303に流
れ始める。
【0030】この電流はトランジスタ304、308で
構成されるカレントミラー回路で向きが反転された後、
トランジスタ309を介して抵抗307に供給され、再
び電圧に変換される。この時、トランジスタ306にト
ランジスタ305より電流を供給して、擬似電圧源を形
成する。抵抗307で生じる電圧は、上記擬似電圧源で
生成される電圧、即ち、トランジスタ306の立上り電
圧(ベース,エミッタ間電圧)を起点として変化する。
これはトランジスタ316に流す基準電流と入力制御電
圧Vapc との間に指数関数的関係を確立するための前段
階として行われる。ここで、抵抗307の両端に生じる
電圧は入力制御電圧Vapc に比例するので、抵抗307
と抵抗301の値の比によって式(4)(5)で示す係
数α、ひいては制御感度を決定することができる。
【0031】例えば、制御感度は抵抗307の値を大き
くすると、その両端の電圧が上昇するので増大し、逆
に、小さくすると小さくなる。このことは係数αの値を
適当に選ぶことによって制御感度を決定できることを意
味する。ここで、係数αは抵抗307と抵抗301との
相対比で主に支配される。従って、抵抗の製造偏差によ
らずほぼ一定となる。即ち、本実施例の制御回路は、そ
れらの回路素子を1つの半導体集積回路で構成すること
より、制御感度が製造偏差の影響を受け難い回路となっ
ている。
【0032】次に、抵抗307の両端に生じた電圧はレ
ベルシフト用トランジスタ309、311を介してトラ
ンジスタ312のベースに伝達され、トランジスタ31
2のコレクタ電流に変換される。この時、トランジスタ
312がエミッタ接地されているので、コレクタ電流に
はベース電圧、即ち、入力制御電圧Vapc に対して指数
関数的に変化する関係が与えられることになる。
【0033】このコレクタ電流はトランジスタ313、
314のカレントミラー回路、即ち、定電流源によって
向きが反転され、トランジスタ316に基準電流として
供給される。なお、温度特性制御回路353はトランジ
スタ316に流れる基準電流の温度特性を調整する働き
をする。トランジスタ317のベース・エミッタ間電圧
は正の温度係数を持つため、温度上昇と共にコレクタ電
流が増大し続ける。温度特性制御回路353はトランジ
スタ316に供給される基準電流の高温時における温度
係数が常温時の温度係数より小さくなるように設定、ト
ランジスタ317の温度上昇に伴う電流増大を抑制する
機能を持つ。
【0034】なお、トランジスタ315は増幅器356
が大信号動作時にトランジスタ317のベースに流れる
電流の直流増分を供給する。出力電力制御回路350は
Siプロセスで集積化することが可能である。但し、ト
ランジスタ316とトランジスタ317は同じデバイス
であり、同一チップ上に集積化することが望ましい。
【0035】図4には、この発明に係る電力増幅器モジ
ュールの具体的な他の一実施例の回路図が示されてい
る。この実施例回路では、出力制限機能が付加される。
前記のように指数関数的に変化するアイドリング電流を
形成するトランジスタ312のコレクタに抵抗318を
接続し、そこで発生した電圧をトランジスタ319のベ
ースとエミッタ間に供給する。トランジスタ319は、
そのベース,エミッタ間電圧を制限基準電圧とし出力制
限動作を行なう。つまり、トランジスタ312の出力電
流によって上記抵抗318で発生した電圧降下分が、上
記トランジスタ319のベース,エミッタ間電圧を超え
ると、かかるトランジスタ319が動作状態となって、
電源端子04からトランジスタ312のコレクタに電流
のバイバス経路を形成するので、上記入力制御電圧Vap
c がそれ以上大きくなってトランジスタ312で形成さ
れた制御電流が増大しても、その増大分はトランジスタ
319に流れて上記トランジスタ313に供給される電
流が一定となり、出力トランジスタ317の利得が制限
される。
【0036】図5には、この発明に係る3段構成の電力
増幅器モジュールの他の実施例のブロック図が示されて
いる。増幅器510のアイドリング電流を制御する出力
電力制御回路501は、図3又は図4の制御回路350
を、図2に示した実施例のように3個用いて構成しても
よいが、この実施例では回路の簡略化のために電圧−電
流変換回路351、電流―電圧変換係数設定回路35
2、温度特性制御回路353、電圧―電流対数変換回路
354を共用とし、図3又は図4のトランジスタ313
と314から成る定電流源およびトランジスタ317に
直流電流とアイドリング電流を供給するトランジスタ3
15、316とで構成される電流供給回路355のみ
を、増幅器510の3段分の増幅器に対応して設ける構
成になっている。基本動作は図2の例と同じであり、こ
こでは割愛する。
【0037】図6には、この発明に係る電力増幅器モジ
ュールの更に他の実施例のブロック図が示されている。
この実施例では、前記図5に示された出力電力制御回路
501を異なる二つのシステム、例えば、GSMおよび
PCNシステムに対応して2系統設けるようにするもの
である。ここで、出力電力制御回路501はそれぞれの
増幅器511、512を切替える機能を持っており、端
子052より入力される制御信号Vcntによって両増
幅器の切替えを行う回路502、504および制御電圧
の上昇に伴って急増する基準電流を制限する前記図4に
示したような電流リミット回路503、505を具備し
ている。
【0038】増幅器の切替えは、例えば、制御信号Vc
ntが“High"レベル(<2V)の時にはGSMシ
ステムが稼動し、PCNシステムが休止する。また、制
御信号Vcntが“Low"レベルの時には逆にGSM
システムが休止し、PCNシステムが稼動するように設
定される。或いは、上記とは制御信号Vcntのレベル
を逆とする場合でも良い。
【0039】同図の電流リミット回路503、505
は、図4に示したようにトランジスタ312のコレクタ
側に電流センシング用の抵抗318とその両端にベース
とエミッタが結合された電流バイパス用のトランジスタ
319を設けることにより、具現化できる。抵抗318
の両端の電圧はバイパス用トランジスタ319の立上り
電圧(ベース,エミッタ間電圧)を超えるとほぼ一定と
なるのでそれ以外の余分な電流はトランジスタ319で
バイパスさせることにより、前記のような電流リミット
機能が実現できる。なお、電流リミットのレベルは抵抗
値318によって決められる。
【0040】図8には、この発明に係る電力増幅器モジ
ュールが用いられた移動通信機器の一実施例の全体ブロ
ック図が示されている。上記移動通信機器は最も代表的
な例が前記のような携帯電話器である。アンテナで受信
された受信信号は、受信フロントエンドにおいて増幅さ
れ、ミクサにより中間周波に変換され、中間信号処理回
路IF−ICを通して音声処理回路に伝えられる。上記
受信信号に周期的に含まれる利得制御信号は、特に制限
されないが、マイクロプロセッサCPUにおいてデコー
ドされて、ここで電力増幅器(電力増幅器モジュール)
に供給される入力制御電圧が形成される。
【0041】電力増幅器では、上記入力制御電圧に従っ
て利得制御が行なわれて、送信出力信号を形成する。こ
の喪失電力は、パワーカプラー等を介してその一部が上
記マイクロプロセッサCPUに帰還されて、上記指定さ
せた電力制御が行なわれるようにするものである。周波
数シンセサイザは、基準発振回路TCXOと電圧制御発
振回路VCO及びPLLループによって受信周波数に対
応した発振信号を形成し、一方において受信フロントエ
ンドのミクサに伝えられる。上記発振信号は、他方にお
いて変調器に供給される。上記音声処理回路では、受信
信号はレシーバを駆動して音声信号が出力される。送信
音声は、マイクロホンで電気信号に変換され、音声処理
回路と変復調器を通して変調器に伝えられる。
【0042】このような移動通信機器では、送信動作に
おいて、指定通りの電力出力動作が行なわれているか
を、上記のパワーカプラーを用い、あるいは電力増幅回
路の電源電流をセンスして帰還信号を形成する。このよ
うな帰還ループによって、電力増幅器の利得制御動作を
行なうものであるため、入力制御電圧に対して制御感度
が極端に高い部分があると、それに対応した入力制御電
圧が供給されると出力電力が過剰に変化し、それを戻す
ような帰還作用が再び働くという動作を帰還ループでの
時間差に対応して繰り返して出力電力を大きく変動させ
てしまうという発振動作が生じる。
【0043】前記GSM方式では、基地局間の距離は最
大で10マイル(約16Km)まで許されるので、携帯
電話器は2dBステップで、13dBm〜43dBmと
いう高さまで出力を制御しなければならない。そして、
その出力制御方式は、携帯電話器の送信出力を常に制御
する。つまり、基地局から周期的に送られてくる制御信
号に従って出力制御動作を行なう必要がある。この発明
に係る電力増幅器では、制御感度が入力制御電圧の全領
域においてほぼ一定になるので、広いダイナミック範囲
に亘って安定した制御感度が得られ、それによって上記
携帯電話器のような移動通信機器における高品質の信号
伝送動作を行なわせることができる。
【0044】以上説明したような本発明によれば電力増
幅器に流すアイドリング電流が出力電力制御信号に対し
て指数関数的に変化するので、電力利得(dB)を入力
制御電圧によって比例的あるいは直線的にに制御でき、
所要の安定した制御感度を得ることが可能となる。ま
た、2段、或いは3段等のような複数段構成の電力増幅
器においては各増幅器毎に同じ手段でアイドリング電流
を供給し、制御するものであるため、キンクの殆んど無
い制御特性を得ることができる。さらに、出力電力制御
回路をSiバイポーラトランジスタ、電力増幅段をGa
AsHBT、SiGe−HBT、Siバイポーラトラン
ジスタ等で構成してもよく、低コスト化にも資すことが
できる。
【0045】上記の実施例により得られる作用効果は、
次の通りである。 (1)制御入力電圧を受けて該制御入力電圧に対して指
数関数的に変化させるアイドリング電流を形成し、電力
増幅器に供給して出力電力の制御を行なうようすること
により、入力制御電圧の変化に対して出力電力特性が滑
らかに変化すると共に、広いダイナミック範囲に亘って
安定したす制御感度とすることができるという効果が得
られる。
【0046】(2) 上記に加えて、上記制御回路を上
記入力制御電圧を電流に変換する回路と、該変換された
電流より基準電圧を発生し並びに上記入力制御電圧に比
例して変化する電圧の勾配を設定する回路と、該電圧を
指数関数的に変化する上記アイドリング電流に変換する
回路とを用いることにより、所要の安定した制御感度の
設定が可能になるという効果が得られる。
【0047】(3) 上記に加えて、上記増幅器を縦列
接続されてなる複数段の増幅器とし、上記制御回路を上
記制御入力電圧を共通に受けて、上記複数段の各増幅器
の各々に対して上記アイドリング電流を供給する複数の
回路で構成することにより、それぞれが同様な動作をす
るのでキンクの殆んど無い制御特性を得ることができる
という効果が得られる。
【0048】(4) 上記に加えて、上記入力制御電圧
を電流に変換する回路と、該変換された電流より基準電
圧を発生し並びに上記入力制御電圧に比例して変化する
電圧の勾配を設定する回路と、該電圧を指数関数的に変
化する上記アイドリング電流に変換する回路とは共通回
路で構成し、アイドリング電流発生部での相互のバラツ
キを防止し、かかるアイドリング電流を上記複数の増幅
器に対応して供給する回路を複数個設けるようにするこ
とにより回路の簡素化を図ることができるという効果が
得られる。
【0049】(5) 上記に加えて、上記増幅器を上記
アイドリング電流が流れるようにされた入力トランジス
タと、該入力トランジスタと電流ミラー形態にされた出
力トランジスタとの一対を含むGaAsHBTからなる
半導体集積回路で構成し、上記制御回路をSi又はGa
AsHBTからなる半導体集積回路で構成することによ
り、携帯電話器等に要求される高周波数の電力出力動作
を実現できるという効果が得られる。
【0050】(6) 上記に加えて、上記増幅器を上記
アイドリング電流が流れるようにされた入力トランジス
タと、該入力トランジスタと電流ミラー形態にされた出
力トランジスタとの一対を含むSiGeHBT又はSi
バイポーラトランジスタからなる半導体集積回路で構成
し、上記制御回路をSiGeHBT、又はSiバイポー
ラトランジスタで構成することにより、携帯電話器等に
要求される高周波数の電力出力動作を実現できるという
効果が得られる。
【0051】(7) 上記に加えて、上記制御回路に上
記アイドリング電流を上記入力制御電圧がある一定以上
に達した時に制限する回路を更に備えることにより低消
費電力と動作の安定化を図ることができるという効果が
得られる。
【0052】(8) 上記に加えて、上記アイドリング
電流の温度特性を任意に設定できる回路を更に備えるこ
とにより、周囲温度に影響されないで安定した電力出力
動作を実現できるという効果が得られる。
【0053】以上本発明者よりなされた発明を実施例に
基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限
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。例えば、図1
の実施例等において基準電流センシング用デバイスとし
ての入力トランジスタ3は、トランジスタ形式のものに
ついて述べてきたが、トランジスタの代わりに増幅用ト
ランジスタ2と同じ材料で作成されたダイオード、或い
は、ダイオード接続されたトランジスタを用いても良
い。この場合において入力制御電圧とアイドリング電流
との指数関数的関係は何ら変わるところはない。
【0054】移動体通信機器は、電話器のように音声信
号を送受信するものの他、デジタル信号を音声信号周波
数帯の信号に変換し、デジタル電話交換網を利用してパ
ーソナルコンピュータ等や他の同様な移動通信機器との
間でデジタル信号の送受信を行なうものであっても良
い。このようなデジタル信号の送受信では、上記伝送信
号レベルが安定になるので高速なデータ通信が可能にな
る。この発明は、上記のような移動通信機器に用いられ
る電力増幅器モジュールに広く利用できる。
【0055】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。本発明によれば電力増幅器に流すアイ
ドリング電流が出力電力制御信号に対して指数関数的に
変化するので、電力利得(dB)を制御電圧によって比
例的に制御でき、所要の制御感度を得ることが可能とな
る。また、2段、或いは、3段構成の電力増幅器におい
ては各増幅器毎に同じ手段でアイドリング電流を供給、
制御できるため、キンクの殆んど無い制御特性を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る電力増幅器モジュールの一実施
例を示す基本的回路図である。
【図2】この発明に係る電力増幅器モジュールの他の一
実施例を示す回路図である。
【図3】この発明に係る電力増幅器モジュールの具体的
な一実施例を示す回路図である。
【図4】この発明に係る電力増幅器モジュールの具体的
な他の一実施例を示す回路図である。
【図5】この発明による3段構成の電力増幅器モジュー
ルの他の実施例を示すブロック図である。
【図6】この発明に係る電力増幅器モジュールの更に他
の実施例を示すブロック図である。
【図7】この発明に係る電力増幅器モジュールの動作を
説明するための特性図である。
【図8】この発明に係る電力増幅器モジュールが用いら
れた移動通信機器の一実施例を示す全体ブロック図であ
る。
【図9】従来技術の一例を示す回路図である。
【図10】図9の電力増幅器の動作を説明するための特
性図である。
【符号の説明】 1…出力電力制御回路、2・3…トランジスタ、4…整
合回路、5…容量、6…増幅器、7…定電流源、8…ト
ランジスタ、9…インピーダンス回路、10…電流供給
回路、11…電圧−電流変換回路、01…信号入力端
子、02…信号出力端子、03…制御信号入力端子、0
4…電源端子、101…出力電力制御回路、102〜1
04…増幅器、105〜110…トランジスタ、111
〜114…整合回路、115…電流供給回路、011…
信号入力端子、012…信号出力端子、013…制御信
号入力端子、014…電源端子、301…抵抗、302
〜306…トランジスタ、307・318…抵抗、30
8〜309・311〜319…トランジスタ、350…
出力電力制御回路、351…電圧−電流線形変換回路、
352…電流−電圧変換係数設定回路、353…温度特
性制御回路、354…電圧−電流対数変換回路、355
…電流供給回路、356…増幅器、501…出力電力制
御回路、502・504…システム切替え回路、503
・505…電流リミット回路、510〜512…電力増
幅器、051…出力電力制御回路、052…増幅器切替
え信号入力端子、061…出力電力制御信号入力端子、
062…信号入力端子、063…電源端子、064…信
号出力端子、601〜603…増幅器、604〜606
・608〜610…トランジスタ、607…出力電力制
御回路、611・614〜616…抵抗、612…結合
容量、613…整合回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 静雄 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Fターム(参考) 5J100 AA01 AA16 BA01 BB00 BB01 BB07 BB11 BB22 BC02 CA00 CA01 CA11 CA18 DA06 EA02 FA02 5K060 AA02 BB04 CC04 CC12 DD04 EE04 HH06 HH35 JJ08 LL01 LL14 LL24 LL25 5K067 AA33 AA42 AA43 BB04 GG09

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 増幅器と、 上記増幅器に対して、その出力電力を制御するアイドリ
    ング電流を供給する制御回路とを備え、 上記制御回路は、入力制御電圧を受けて該入力制御電圧
    に対して上記アイドリング電流を指数関数的に変化させ
    るものであることを特徴とする電力増幅器モジュール。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 上記制御回路は、 上記入力制御電圧を電流に変換する回路と、 該変換された電流より基準電圧を発生し並びに上記入力
    制御電圧に比例して変化する電圧の勾配を設定する回路
    と、 該電圧を指数関数的に変化する上記アイドリング電流に
    変換する回路とを含むものであることを特徴とする電力
    増幅器モジュール。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、 上記増幅器は、縦列接続されてなる複数段の増幅器から
    なり、 上記制御回路は、上記制御入力電圧を共通に受けて、上
    記複数段の各増幅器の各々に対して上記アイドリング電
    流を供給する複数の回路から構成されるものであること
    を特徴とする電力増幅器モジュール。
  4. 【請求項4】 請求項3において、 上記入力制御電圧を電流に変換する回路と、該変換され
    た電流より基準電圧を発生し並びに上記入力制御電圧に
    比例して変化する電圧の勾配を設定する回路と、該電圧
    を指数関数的に変化する上記アイドリング電流に変換す
    る回路とは共通回路で構成され、かかるアイドリング電
    流を上記複数の増幅器に対応して供給する回路が複数個
    設けられてなることを特徴とする電力増幅モジュール。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかにおいて、 上記増幅器は、上記アイドリング電流が流れるようにさ
    れた入力トランジスタと、該入力トランジスタと電流ミ
    ラー形態にされた出力トランジスタとの一対を含むGa
    AsHBTからなる半導体集積回路で構成され、 上記制御回路は、Si又はGaAsHBTからなる半導
    体集積回路で構成されてなることを特徴とする電力増幅
    器モジュール。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし4のいずれかにおいて、 上記増幅器は、上記アイドリング電流が流れるようにさ
    れた入力トランジスタと、該入力トランジスタと電流ミ
    ラー形態にされた出力トランジスタとの一対を含むSi
    GeHBT又はSiバイポーラトランジスタからなる半
    導体集積回路で構成され、 上記制御回路は、SiGeHBT、又はSiバイポーラ
    トランジスタで構成することを特徴とする電力増幅器モ
    ジュール。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかにおいて、 上記制御回路は、 上記アイドリング電流を上記入力制御電圧がある一定以
    上に達した時に制限する回路を更に備えてなることを特
    徴とする電力増幅器モジュール。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし7のいずれかにおいて、 上記アイドリング電流の温度特性を任意に設定できる回
    路を更に備えてなることを特徴とする電力増幅器モジュ
    ール。
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