JP2006067379A - High frequency power amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高周波電力増幅器に関し、特に携帯電話端末機に用いられる高周波増幅器の動作電流を出力電力レベルに応じて減少させることにより、余分な消費電力を削減させることのできるアイドル電流制御回路を含む高周波電力増幅器に関するものである。 The present invention relates to a high-frequency power amplifier, and more particularly to a high-frequency power amplifier including an idle current control circuit that can reduce excess power consumption by reducing the operating current of a high-frequency amplifier used in a mobile phone terminal according to the output power level. The present invention relates to a power amplifier.
デジタル変調方式を採用した携帯電話において、高周波電力増幅器は使用される全ての出力電力の範囲で線形性を確保する必要があり、高出力時の線形性を確保するために、低電力出力時の動作電流が必要以上に大きくなる。しかしながら、CDMA携帯電話端末機においては、最大出力電力で動作する時間の割合が少なく、低出力レベルで動作する時間が大半を占めることから、低出力レベル動作の省電力化・高効率化を実現することが、長時間通話の鍵となっている。 In mobile phones that use digital modulation, high-frequency power amplifiers must ensure linearity in the range of all output power used. To ensure linearity at high output, The operating current becomes larger than necessary. However, in CDMA mobile phone terminals, the percentage of time to operate at the maximum output power is small, and the majority of the time to operate at the low output level occupies the power saving and high efficiency of the low output level operation. This is the key to long-time calls.
図6は従来の高周波電力増幅器の等価回路図である。この高周波電力増幅器は、高周波電力を増幅する高周波増幅用トランジスタ12のベース端子に入力用カップリングコンデンサ11が接続されており、入力用カップリングコンデンサ11の他端に入力側RF端子10が接続されている。また、高周波増幅用トランジスタ12のベース端子に、バイアス回路用チョークインダクタ9を介してバイアス回路101の出力点Aとアイドル電流制御回路105の出力点Bとが接続されている。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a conventional high-frequency power amplifier. In this high frequency power amplifier, an
高周波増幅用トランジスタ12において、エミッタは接地されており、コレクタはチョークインダクタ16を介してVcc端子15に接続されている。また、高周波増幅用トランジスタ12のコレクタは、出力用カップリングコンデンサ13を介して出力側RF端子14に接続されている。
In the high
バイアス回路101は、第1の電流ミラー用トランジスタ4、第2の電流ミラー用トランジスタ5、補助用トランジスタ6、第1の抵抗7、第2の抵抗8、およびVref端子用抵抗1の、3個のトランジスタと3個の抵抗とから成り、第1の電流ミラー用トランジスタ4と第2の電流ミラー用トランジスタ5とによる電流ミラー構造を有している。
The
第1の電流ミラー用トランジスタ4のベースと第2の電流ミラー用トランジスタ5のベースとが接続されており、両ベース間のノードにVref端子用抵抗2を介してVref端子1が接続され、制御電圧Vrefが供給されている。
The base of the first
さらに、Vref端子用抵抗2は補助用トランジスタ6のコレクタと接続されている。第1の電流ミラー用トランジスタ4のエミッタ端子は第1の抵抗7の一端および補助用トランジスタ6のベースと接続されており、第1の抵抗7の他端は接地されている。第1および第2の電流ミラー用トランジスタ4,5のコレクタにはVdc端子3が接続され、Vdc電圧が供給されている。補助用トランジスタ6のエミッタは接地されている。第2の電流ミラー用トランジスタ5のエミッタは第2の抵抗8の一端に接続されており、第2の抵抗8の他端は接地されている。バイアス回路の出力点Aは、第2の電流ミラー用トランジスタ5のエミッタと第2の抵抗8との間のノードとなる。
Further, the
アイドル電流制御回路105は、回路の出力端子を点Bとして、点Bにバイパス調整用抵抗44を介して電流制御スイッチ用トランジスタ45のコレクタが接続されている。電流制御スイッチ用トランジスタ45のエミッタは接地されている。電流制御スイッチ用トランジスタ45のベースはVmode端子用抵抗43を介してVmode端子(電圧入力端子)42に接続され、Vmode電圧が供給される。Vmode電圧を制御することにより、高周波増幅用トランジスタ12のベースに供給されるバイアス電流を制御する機能を有する。それによって、高周波増幅用トランジスタ12のアイドル電流が制御される。
In the idle current control circuit 105, the output terminal of the circuit is a point B, and the collector of the current
Vmode電圧を電流制御スイッチ用トランジスタ45のしきい値電圧以上に設定してバイパス回路(バイパス調整用抵抗44および電流制御スイッチ用トランジスタ45よりなる)を導通させると、第2の電流ミラー用トランジスタ5のコレクタ電流が増加して、第2の電流ミラー用トランジスタ5のベース電流が増加する。このとき、Vref端子用抵抗2を流れる電流が増加することにより、Vref端子用抵抗2による電圧降下が大きくなり、第2の電流ミラー用トランジスタ5のベース電圧、エミッタ電圧がそれぞれ下がり、結果的に高周波増幅用トランジスタ12のバイアス電圧が降下して高周波増幅用トランジスタ12のバイアス電流が減少し、その結果、高周波増幅用トランジスタ12のアイドル電流も減少する。
When the Vmode voltage is set to be equal to or higher than the threshold voltage of the current
図7は、図6の高周波電力増幅器のアイドル電流とVmode電圧の関係を示すグラフである。図8は、図6の高周波電力増幅器において、高出力動作時(High)および低出力動作時(Low)の動作電流Iccと出力電力Poutの関係を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the idle current and the Vmode voltage of the high frequency power amplifier of FIG. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the operating current Icc and the output power Pout during the high output operation (High) and the low output operation (Low) in the high frequency power amplifier of FIG.
高周波電力増幅器を高出力レベル、例として16dBm以上で動作させるときは、Vmode電圧を0V付近に設定してバイパス回路を遮断し、高周波増幅用トランジスタ12のアイドル電流は削減させずに64mAとなる。一方、低出力レベル、例として16dBm未満で動作させるときは、Vmode電圧を2.85V付近に設定してバイパス回路を導通させ、高周波増幅用トランジスタ12のアイドル電流を40mAに削減する。
When the high-frequency power amplifier is operated at a high output level, for example, 16 dBm or more, the Vmode voltage is set to around 0 V to shut off the bypass circuit, and the idle current of the high-
高出力レベル動作時は、高出力かつ低歪みな特性が必要なのでアイドル電流を多くする必要があるが、低出力動作時は、アイドル電流を40mAにまで削減しても十分な低歪み特性を得ることができる。結果として、低電力出力時の動作電流および消費電力を削減し、電力効率を高める働きを有する。
従来のバイアス回路には、出力電力によらず常に一定のバイアス電流を供給するものおよび、出力電力に応じてバイアス電流を2段階に切り替える回路は存在したが、極低出力時(例えば0dBm未満)において電力効率を十分に改善させることができるとはいえず、低電力時により細かいバイアス電流の制御を行うことにより電力効率を改善させる必要がある。 In the conventional bias circuit, there are a circuit that always supplies a constant bias current regardless of output power and a circuit that switches the bias current in two stages according to the output power, but at extremely low output (for example, less than 0 dBm) However, it cannot be said that the power efficiency can be sufficiently improved, and it is necessary to improve the power efficiency by controlling the bias current more finely at the time of low power.
したがって、本発明の目的は、電力効率をいっそう改善することができる高周波電力増幅器を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-frequency power amplifier that can further improve power efficiency.
上記課題を解決するために、本発明の高周波電力増幅器、例えば携帯端末機用電力増幅器においては、アイドル電流制御回路に複数のバイパス経路を設け、出力電力レベルを基にした多段階の制御信号に応じてそれぞれのバイパス経路を個別に遮断・導通させて、上記アイドル電流制御回路を流れる電流量を多段階に制御することにより、低出力電力時において、高周波増幅用トランジスタのバイアス電流をより細かく制御する。それによって、高周波増幅用トランジスタのアイドル電流をより細かく制御する。 In order to solve the above problems, in the high-frequency power amplifier of the present invention, for example, the power amplifier for portable terminals, a plurality of bypass paths are provided in the idle current control circuit, and a multi-stage control signal based on the output power level is provided. In response to this, each bypass path is individually cut off and conducted, and the amount of current flowing through the idle current control circuit is controlled in multiple stages, thereby finely controlling the bias current of the high frequency amplification transistor at low output power. To do. Thereby, the idle current of the high frequency amplification transistor is controlled more finely.
以下、具体的に説明する。 This will be specifically described below.
第1の発明の高周波電力増幅器は、高周波電力を増幅する第1のトランジスタと、第1のトランジスタのベース端子に接続されたバイアス回路と、第1のトランジスタのベース端子に接続されて第1のトランジスタのアイドル電流を制御するアイドル電流制御回路とから構成され、アイドル電流制御回路は、第2のトランジスタと第3のトランジスタと第4のトランジスタと電圧入力端子とからなり、第3のトランジスタのエミッタが第4のトランジスタのベースに接続された状態に第3および第4のトランジスタがカスコード接続され、第2および第3のトランジスタのベースに電圧入力端子が接続され、第2および第4のトランジスタのコレクタが第1のトランジスタのベースに電気的に接続されている。 A high frequency power amplifier according to a first aspect of the invention includes a first transistor that amplifies high frequency power, a bias circuit connected to a base terminal of the first transistor, and a first terminal connected to the base terminal of the first transistor. An idle current control circuit that controls the idle current of the transistor, and the idle current control circuit includes a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, and a voltage input terminal, and an emitter of the third transistor. Are connected to the base of the fourth transistor, the third and fourth transistors are cascode-connected, the voltage input terminal is connected to the base of the second and third transistors, and the second and fourth transistors The collector is electrically connected to the base of the first transistor.
この構成によれば、電圧入力端子に加える電圧を切り替えることによって、第1のトランジスタのバイアス電流を3段階に切り替えることができ、したがって、第1のトランジスタのアイドル電流を3段階に切り替えることができる。 According to this configuration, the bias current of the first transistor can be switched in three stages by switching the voltage applied to the voltage input terminal, and therefore the idle current of the first transistor can be switched in three stages. .
上記構成において、アイドル電流制御回路は、例えば電圧入力端子と第2のトランジスタのベースとの間が第1の抵抗を介して接続されていて、電圧入力端子と第3のトランジスタのベースとの間が第2の抵抗を介して接続されていて、第2のトランジスタのコレクタと第1のトランジスタのベースとの間が第3の抵抗を介して接続されていて、第4のトランジスタのコレクタと第1のトランジスタのベースとの間が第4の抵抗を介して接続されている。 In the above configuration, the idle current control circuit includes, for example, a connection between the voltage input terminal and the base of the second transistor via the first resistor, and a connection between the voltage input terminal and the base of the third transistor. Are connected via a second resistor, the collector of the second transistor and the base of the first transistor are connected via a third resistor, and the collector of the fourth transistor The base of one transistor is connected via a fourth resistor.
また、アイドル電流制御回路は、第1の抵抗と第2の抵抗との間に、第1の抵抗が第2の抵抗よりも抵抗値が大きいという関係が成立する。 In the idle current control circuit, the relationship that the resistance value of the first resistor is larger than that of the second resistor is established between the first resistor and the second resistor.
第2の発明の高周波電力増幅器は、高周波電力を増幅する第1のトランジスタと、第1のトランジスタのベース端子に接続されたバイアス回路と、第1のトランジスタのベース端子に接続されて第1のトランジスタのアイドル電流を制御するアイドル電流制御回路とから構成され、アイドル電流制御回路は、第2のトランジスタと第3のトランジスタと第4のトランジスタと電圧入力端子と電圧入力端子とからなり、第3のトランジスタのコレクタが第3のトランジスタのベースに接続され、第3のトランジスタのエミッタが第4のトランジスタのベースに接続された状態に第3および第4のトランジスタがカスコード接続され、第2および第3のトランジスタのベースに電圧入力端子が接続され、第2および第4のトランジスタのコレクタが第1のトランジスタのベースに電気的に接続されている。 A high frequency power amplifier according to a second aspect of the invention includes a first transistor that amplifies high frequency power, a bias circuit connected to a base terminal of the first transistor, and a first terminal connected to the base terminal of the first transistor. An idle current control circuit for controlling an idle current of the transistor, and the idle current control circuit includes a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a voltage input terminal, and a voltage input terminal. The third and fourth transistors are cascode-connected in a state where the collector of the first transistor is connected to the base of the third transistor, and the emitter of the third transistor is connected to the base of the fourth transistor. The voltage input terminal is connected to the base of the third transistor, and the collectors of the second and fourth transistors It is electrically connected to the base of the first transistor.
この構成によれば、電圧入力端子に加える電圧を切り替えることによって、第1のトランジスタのバイアス電流を3段階に切り替えることができ、したがって、第1のトランジスタのアイドル電流を3段階に切り替えることができる。 According to this configuration, the bias current of the first transistor can be switched in three stages by switching the voltage applied to the voltage input terminal, and therefore the idle current of the first transistor can be switched in three stages. .
上記構成において、アイドル電流制御回路は、例えば電圧入力端子と第2のトランジスタのベースとの間が第1の抵抗を介して接続されていて、電圧入力端子と第3のトランジスタのベースとの間が第2の抵抗を介して接続されていて、第2のトランジスタのコレクタと第1のトランジスタのベースとの間が第3の抵抗を介して接続されていて、第4のトランジスタのコレクタと第1のトランジスタのベースとの間が第4の抵抗を介して接続されている。 In the above configuration, the idle current control circuit includes, for example, a connection between the voltage input terminal and the base of the second transistor via the first resistor, and a connection between the voltage input terminal and the base of the third transistor. Are connected via a second resistor, the collector of the second transistor and the base of the first transistor are connected via a third resistor, and the collector of the fourth transistor The base of one transistor is connected via a fourth resistor.
また、アイドル電流制御回路は、第1の抵抗と第2の抵抗との間に、第1の抵抗が第2の抵抗よりも抵抗値が大きいという関係が成立する。 In the idle current control circuit, the relationship that the resistance value of the first resistor is larger than that of the second resistor is established between the first resistor and the second resistor.
第3の発明の高周波電力増幅器は、高周波電力を増幅する第1のトランジスタと、第1のトランジスタのベース端子に接続されたバイアス回路と、第1のトランジスタのベース端子に接続されて第1のトランジスタのアイドル電流を制御するアイドル電流制御回路とから構成され、アイドル電流制御回路は、第2のトランジスタと第3のトランジスタと第1のダイオードと第2のダイオードと電圧入力端子とからなり、第1のダイオードのカソードが第2のダイオードのアノードに接続され、第2のダイオードのカソードが第3のトランジスタのベースに接続された状態に、第1および第2のダイオードと第3のトランジスタとがカスコード接続され、第2のトランジスタのベースと第1のダイオードのアノードとに電圧入力端子が接続され、第2および第3のトランジスタのコレクタが第1のトランジスタのベースに電気的に接続されている。 A high frequency power amplifier according to a third aspect of the invention includes a first transistor for amplifying high frequency power, a bias circuit connected to the base terminal of the first transistor, and a first terminal connected to the base terminal of the first transistor. An idle current control circuit that controls an idle current of the transistor, and the idle current control circuit includes a second transistor, a third transistor, a first diode, a second diode, and a voltage input terminal. The first and second diodes and the third transistor are connected with the cathode of one diode connected to the anode of the second diode and the cathode of the second diode connected to the base of the third transistor. The voltage input terminal is connected to the base of the second transistor and the anode of the first diode. The collector of the second and third transistor is electrically connected to the base of the first transistor.
この構成によれば、電圧入力端子に加える電圧を切り替えることによって、第1のトランジスタのバイアス電流を3段階に切り替えることができ、したがって、第1のトランジスタのアイドル電流を3段階に切り替えることができる。 According to this configuration, the bias current of the first transistor can be switched in three stages by switching the voltage applied to the voltage input terminal, and therefore the idle current of the first transistor can be switched in three stages. .
上記構成において、アイドル電流制御回路は、例えば電圧入力端子と第2のトランジスタのベースとの間が第1の抵抗を介して接続されていて、電圧入力端子と第1のダイオードのアノードとの間が第2の抵抗を介して接続されていて、第2のトランジスタのコレクタと第1のトランジスタのベースとの間が第3の抵抗を介して接続されていて、第3のトランジスタのコレクタと第1のトランジスタのベースとの間が第4の抵抗を介して接続されている。 In the above configuration, the idle current control circuit includes, for example, a connection between the voltage input terminal and the base of the second transistor via the first resistor, and between the voltage input terminal and the anode of the first diode. Are connected via a second resistor, and the collector of the second transistor and the base of the first transistor are connected via a third resistor, and the collector of the third transistor The base of one transistor is connected via a fourth resistor.
また、アイドル電流制御回路は、第1の抵抗と第2の抵抗との間に、第1の抵抗が第2の抵抗よりも抵抗値が大きいという関係が成立する。 In the idle current control circuit, the relationship that the resistance value of the first resistor is larger than that of the second resistor is established between the first resistor and the second resistor.
本発明による高周波電力増幅器を例えば携帯電話端末機に用いることにより、上記携帯電話端末機など、高周波電力増幅器を組み込んだ電子機器全体の消費電力を一層削減することができる。 By using the high-frequency power amplifier according to the present invention in, for example, a mobile phone terminal, the power consumption of the entire electronic device incorporating the high-frequency power amplifier such as the above mobile phone terminal can be further reduced.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1に係る高周波電力増幅器の構成について、図面を参照しながら説明する。背景技術で述べた回路と同じ構成の部分については、同じ図番を付し説明を省略する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the configuration of the high-frequency power amplifier according to
図1には本発明の実施の形態1による高周波電力増幅器の等価回路図が示されている。図6で示した従来の高周波電力増幅器との違いは、アイドル電流制御回路として、アイドル電流制御回路105に代えて、アイドル電流制御回路102を具備している点である。
FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of a high-frequency power amplifier according to
アイドル電流制御回路102は、3個のトランジスタと4個の抵抗で構成され、点Bに第1のバイパス調整用抵抗23の一端が接続され、他端に第2のバイパス調整用抵抗24と第3の電流制御スイッチ用トランジスタ22のコレクタが接続されている。第2のバイパス調整用抵抗24の他端には、第1の電流制御スイッチ用トランジスタ20のコレクタが接続され、第1の電流制御スイッチ用トランジスタ20のエミッタは接地されている。第1の電流制御スイッチ用トランジスタ20のベースには、第1のVmode端子用抵抗18を介してVmode端子(電圧入力端子)17が接続され、Vmode電圧が供給される。第3の電流制御スイッチ用トランジスタ22のエミッタは接地され、第3の電流制御スイッチ用トランジスタ22のベースは第2の電流制御スイッチ用トランジスタ21のエミッタに接続されている。第2の電流制御スイッチ用トランジスタ21のコレクタにはVdc端子3が接続され、第2の電流制御スイッチ用トランジスタ21のベースには第2のVmode端子用抵抗19を介してVmode端子17が接続され、Vmode電圧が供給される。抵抗19の値は抵抗18の値より小さく、例えば抵抗18が4kΩの時、抵抗19は2.5kΩ程度である。
The idle current control circuit 102 includes three transistors and four resistors. One end of the first bypass adjustment resistor 23 is connected to the point B, and the second bypass adjustment resistor 24 and the second resistor are connected to the other end. 3, the collector of the current control switch transistor 22 is connected. The other end of the second bypass adjustment resistor 24 is connected to the collector of the first current
もし、抵抗18、19が同じ値の場合、Vmode端子17の電圧がGaAs HBTの閾値電圧の2倍である2.4V以上であっても、第2の電流制御スイッチ用トランジスタ21のベースは、並列接続されている第1の電流制御スイッチ用トランジスタ20のベースと比較して(カスコード接続されているため)電流が流れにくいため、第1の電流制御スイッチ用トランジスタ20のベースにしか電流が流れず、第1の電流制御スイッチ用トランジスタ20がオンにならない。このため、アイドル電流制御回路102のB点を流れる電流量が、3段階(Vmode電圧が1.2V未満、1.2V以上2.4V未満、2.4V以上の場合)に変化せず、アイドル電流の制御を3段階に制御することができない。抵抗値の大小関係が上記と逆の場合も同様である。
If the
上記のアイドル電流制御回路102において、第1のVmode端子用抵抗18が請求項2における第1の抵抗に相当し、第2のVmode端子用抵抗19が同じく第2の抵抗に相当し、第1のバイパス調整用抵抗23および第2のバイパス調整用抵抗24の直列回路が同じく第3の抵抗に相当し、第1のバイパス調整用抵抗23が同じく第4の抵抗に相当する。また、第1の電流制御スイッチ用トランジスタ20が同じく第2のトランジスタに相当し、第2の電流制御スイッチ用トランジスタ21が同じく第3のトランジスタに相当し、第3の電流制御スイッチ用トランジスタ22が同じく第4のトランジスタに相当する。
In the idle current control circuit 102, the first
バイアス回路に用いたトランジスタおよび高周波増幅用トランジスタには、GaAs HBTを使用しており、本GaAs HBTにおけるVbeしきい値電圧はおよそ1.2Vである。ここでは出力電力の範囲とVmode端子に印加する電圧の値を次のように設定する。 A GaAs HBT is used for the transistor used for the bias circuit and the transistor for high frequency amplification, and the V be threshold voltage in this GaAs HBT is about 1.2V. Here, the range of output power and the value of the voltage applied to the Vmode terminal are set as follows.
出力モード 出力電力 Vmode電圧
極低出力 0dBm未満 2.8〜3.4V
低出力 0dBm以上16dBm未満 1.6〜2.2V
高出力 16dBm以上 0〜0.5V
高周波電力増幅器を高出力で動作させる時、Vmode端子17には0〜0.5Vを印加するので、電流制御スイッチ用トランジスタ20、21および22はオフになり、バイアス電流を減少させるバイパス回路は遮断される。この場合、バイアス回路101からアイドル電流制御回路102に電流が流れない。
Output mode Output power Vmode voltage Extremely low output Less than 0 dBm 2.8 to 3.4 V
High output 16dBm or more 0-0.5V
When the high-frequency power amplifier is operated at a high output, 0 to 0.5 V is applied to the Vmode terminal 17, so that the current
高周波電力増幅器が低出力で動作する時、Vmode端子17には1.6〜2.2Vを印加するので、電流制御スイッチ用トランジスタ20がオンになり、カスコード接続された電流制御スイッチ用トランジスタ21および22はオンにならない。この時のアイドル電流制御回路102には、点Aからアイドル電流制御回路102内のバイパス調整用抵抗23、24および第1の電流制御スイッチ用トランジスタ20を通して電流が流れる。この結果、背景技術で述べたのと同様に、高周波増幅用トランジスタ12のバイアス電流が減少する。
When the high frequency power amplifier operates at a low output, 1.6 to 2.2 V is applied to the Vmode terminal 17, so that the current
さらに、高周波電力増幅器が極低出力で動作する時、Vmode端子17には2.8〜3.4Vを印加するので、第1の電流制御スイッチ用トランジスタ20はオンになり、カスコード接続された第2および第3の電流制御スイッチ用トランジスタ21、22もオンになる。このとき、アイドル電流制御回路102は、第1および第2のパイパス調整用抵抗23,24および第1の電流制御スイッチ用トランジスタ20を通過して電流が流れ、さらに、第1のバイパス調整用抵抗23および第3の電流制御スイッチ用トランジスタ22を通して電流が流れる。よって、点Aからアイドル電流制御回路102に流れる電流は、低出力時よりも多くなり、高周波増幅用トランジスタ12のバイアス電圧もさらに降下する。結果として、高周波増幅用トランジスタ12のバイアス電流および動作電流は、低出力時よりもさらに削減される。
Further, when the high-frequency power amplifier operates at an extremely low output, 2.8 to 3.4 V is applied to the Vmode terminal 17, so that the first current
図2は、図1の高周波電力増幅器のアイドル電流とVmode電圧の関係を示すグラフである。図3は、図1の高周波電力増幅器において、高出力動作時(High)、低出力動作時(Low)および極低出力動作時(Very Low)の動作電流Iccと出力電力Poutの関係を示すグラフである。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the idle current and the Vmode voltage of the high frequency power amplifier of FIG. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the operating current Icc and the output power Pout during the high output operation (High), the low output operation (Low), and the very low output operation (Very Low) in the high frequency power amplifier of FIG. It is.
図2に示すように、高周波電力増幅器を高出力レベル、例として16dBm以上で動作させるとき、Vmode電圧を0〜0.5Vに設定してバイパス回路を遮断し、高周波増幅用トランジスタ12のアイドル電流は削減させずに64mAとなる。また、低出力レベル、例として0dBm以上16dBm未満で動作させるとき、Vmode電圧を1.6〜2.2Vに設定してバイパス回路を導通させ、高周波増幅用トランジスタ12のアイドル電流を40mA程度まで削減する。さらに、極低出力レベル、例として0dBm未満で動作させるとき、Vmode電圧を2.8〜3.4Vに設定して、バイパス回路の電流をさらに増加させ、高周波増幅用トランジスタ12のアイドル電流を20mA程度まで削減する。
As shown in FIG. 2, when the high-frequency power amplifier is operated at a high output level, for example, 16 dBm or more, the Vmode voltage is set to 0 to 0.5 V to shut off the bypass circuit, and the idle current of the high-
図3において、グラフの一番左端は高周波電力増幅器がほとんど動作していない状態であり、このときの動作電流はアイドル電流にほぼ等しい。高出力時の動作電流は、(トランジスタが飽和状態に近く、)アイドル電流値に関わらず同じような(ほぼ一定の)の値になる。一方、低出力時の高周波増幅用トランジスタ12の動作電流はアイドル電流の依存性が高く、アイドル電流を削減することによって動作電流を大きく削減することができる。
In FIG. 3, the leftmost end of the graph is a state in which the high-frequency power amplifier is hardly operating, and the operating current at this time is almost equal to the idle current. The operating current at high output is the same (almost constant) value regardless of the idle current value (the transistor is close to saturation). On the other hand, the operating current of the high
前述したように、本発明はアイドル電流制御回路を含む高周波電力増幅器を提供し、上記アイドル電流制御回路は、低出力レベルのときには高周波増幅用トランジスタのバイアス電流および動作電流を減少させることにより、結果的に電力効率を向上させ、極低出力時は、高周波増幅用トランジスタのバイアス電流および動作電流をさらに減少させることができる。 As described above, the present invention provides a high frequency power amplifier including an idle current control circuit, and the idle current control circuit reduces the bias current and operating current of the high frequency amplifying transistor when the output power level is low. In particular, the power efficiency can be improved, and at the time of extremely low output, the bias current and operating current of the high frequency amplification transistor can be further reduced.
アイドル電流制御回路によって制御するバイアス電流の量は、それぞれ、アイドル電流制御回路102内の抵抗23および24の抵抗値を調整することによって容易に調整することが可能である。抵抗値を大きくすることによってバイパス経路が形成されているときに流れる電流量が小さくなり、高周波増幅トランジスタの動作電流の削減量が減少する。 The amount of bias current controlled by the idle current control circuit can be easily adjusted by adjusting the resistance values of the resistors 23 and 24 in the idle current control circuit 102, respectively. By increasing the resistance value, the amount of current that flows when the bypass path is formed is reduced, and the amount of reduction in the operating current of the high-frequency amplification transistor is reduced.
(実施の形態2)
図4には本発明の実施の形態2による高周波電力増幅器の等価回路図が示されている。この実施の形態2では、図1の高周波電力増幅器にあるアイドル電流制御回路102の代わりにアイドル電流制御回路103が付加されている。
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of the high-frequency power amplifier according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, an idle
アイドル電流制御回路102内の第2の電流制御スイッチ用トランジスタ21のコレクタをVdc端子3と接続する代わりとして、アイドル電流制御回路103では、電流制御スイッチ用トランジスタ21に相当する第2の電流制御スイッチ用トランジスタ29のコレクタを、第2の電流制御スイッチ用トランジスタ29自身のベースと接続している。その他の構成は、図1と同様である。
Instead of connecting the collector of the second current control switch transistor 21 in the idle current control circuit 102 to the
なお、図4において、符号25はVmode電圧端子を示し、符号26は第1のVmode端子用抵抗を示し、符号27は第2のVmode端子用抵抗を示し、符号28は第1の電流制御スイッチ用トランジスタを示し、符号30は第3の電流制御スイッチ用トランジスタを示し、符号31は第1のバイパス調整用抵抗を示し、符号32は第2のバイパス調整用抵抗を示している。
In FIG. 4, reference numeral 25 denotes a Vmode voltage terminal, reference numeral 26 denotes a first Vmode terminal resistor, reference numeral 27 denotes a second Vmode terminal resistor, and reference numeral 28 denotes a first current control switch. The
この回路においては、カスコード接続された電流制御スイッチ用トランジスタ29,30のVmode電圧に対するオン・オフ条件は実施の形態1と同様であり、出力電力レベルに応じてVmode端子25に制御電圧をかけることにより、実施の形態1と同様に、低出力時の消費電力の削減を図ることができる。
In this circuit, the ON / OFF conditions for the Vmode voltage of the cascode-connected current
(実施の形態3)
図5には本発明の実施の形態3による高周波電力増幅器の等価回路図が示されている。この実施の形態では、図4の高周波電力増幅器にあるアイドル電流制御回路103の代わりに、アイドル電流制御回路104が付加されている。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram of the high-frequency power amplifier according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, an idle current control circuit 104 is added instead of the idle
アイドル電流制御回路104では、アイドル電流制御回路103内の第2の電流制御スイッチ用トランジスタ29の代わりとして、ショットキーダイオードなどの2個のダイオード37,38を直列接続したものを使用している。具体的には、第1のダイオード37のアノードを第2のVmode端子用抵抗35に接続し、第2のダイオード38のカソードを第2の電流制御スイッチ用トランジスタ39に接続している。
In the idle current control circuit 104, in place of the second current control switch transistor 29 in the idle
なお、図5において、符号33はVmode電圧端子(電圧入力端子)を示し、符号34は第1のVmode端子用抵抗を示し、符号36は第1の電流制御スイッチ用トランジスタを示し、符号40は第1のバイパス調整用抵抗を示し、符号41は第2のバイパス調整用抵抗を示している。
5, reference numeral 33 denotes a Vmode voltage terminal (voltage input terminal), reference numeral 34 denotes a first Vmode terminal resistor, reference numeral 36 denotes a first current control switch transistor, and
この回路においても、Vmode電圧に対する第2の電流制御スイッチ用トランジスタ39のオン・オフ条件は実施の形態1および2とほぼ同様であり、同様の制御方法で、低出力時の消費電力を削減することができる。 Also in this circuit, the on / off condition of the second current control switch transistor 39 with respect to the Vmode voltage is almost the same as in the first and second embodiments, and the power consumption at the time of low output is reduced by the same control method. be able to.
なお、上記した実施の形態1〜3では、カレントミラー型のバイアス回路にアイドル電流制御回路を用いた高周波電力増幅器について説明したが、上記アイドル電流制御回路は他の構造を有するバイアス回路にも使用できることは容易に想定できる。 In the first to third embodiments, the high-frequency power amplifier using the idle current control circuit for the current mirror type bias circuit has been described. However, the idle current control circuit is also used for a bias circuit having another structure. It is easy to imagine what you can do.
また、本発明は、半導体の材料としてGaAsを使用しているが、Si、SiGeなど他の材料にも応用することは容易である。 Further, although the present invention uses GaAs as a semiconductor material, it can be easily applied to other materials such as Si and SiGe.
また、上記実施の形態では、バイパス電流を3段階に切り替えることにより、高周波増幅用トランジスタのバイアス電流を3段階に切り替えるようにしたが、バイパス電流を4段階以上に切り替えることにより高周波増幅用トランジスタのバイアス電流を4段階以上に切り替えることは容易に実現できる。 In the above embodiment, the bias current of the high-frequency amplification transistor is switched to three stages by switching the bypass current to three stages. However, the high-frequency amplification transistor is switched to four stages or more by switching the bypass current to four or more stages. Switching the bias current to four or more levels can be easily realized.
以上説明したように、本発明は、携帯電話端末機用電力増幅器の消費電力を削減して上記端末機の通話時間を増大させるのに有用である。 As described above, the present invention is useful for reducing the power consumption of the power amplifier for a mobile phone terminal and increasing the talk time of the terminal.
1 Vref端子
2 Vref端子用抵抗
3 Vdc端子
4 第1の電流ミラー用トランジスタ
5 第2の電流ミラー用トランジスタ
6 補助用トランジスタ
7 第1の抵抗
8 第2の抵抗
9 バイアス回路用チョークインダクタ
10 入力側RF端子
11 入力用カップリングコンデンサ
12 高周波増幅用トランジスタ
13 出力用カップリングコンデンサ
14 出力側RF端子
15 Vcc端子
16 Vcc端子用チョークインダクタ
17 Vmode端子
18 第1のVmode端子用抵抗
19 第2のVmode端子用抵抗
20 第1の電流制御スイッチ用トランジスタ
21 第2の電流制御スイッチ用トランジスタ
22 第3の電流制御スイッチ用トランジスタ
23 第1のバイパス調整用抵抗
24 第2のバイパス調整用抵抗
25 Vmode端子
26 第1のVmode端子用抵抗
27 第2のVmode端子用抵抗
28 第1の電流制御スイッチ用トランジスタ
29 第2の電流制御スイッチ用トランジスタ
30 第3の電流制御スイッチ用トランジスタ
31 第1のバイパス調整用抵抗
32 第2のバイパス調整用抵抗
33 Vmode端子
34 第1のVmode端子用抵抗
35 第2のVmode端子用抵抗
36 第1の電流制御スイッチ用トランジスタ
37 第1のダイオード
38 第2のダイオード
39 第2の電流制御スイッチ用トランジスタ
40 第1のバイパス調整用抵抗
41 第2のバイパス調整用抵抗
101 バイアス回路
102 アイドル電流制御回路
103 アイドル電流制御回路
104 アイドル電流制御回路
105 アイドル電流制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1のトランジスタのベース端子に接続されたバイアス回路と、
前記第1のトランジスタのベース端子に接続されて前記第1のトランジスタのアイドル電流を制御するアイドル電流制御回路とから構成され、
前記アイドル電流制御回路は、第2のトランジスタと第3のトランジスタと第4のトランジスタと電圧入力端子とからなり、
前記第3のトランジスタのエミッタが前記第4のトランジスタのベースに接続された状態に前記第3および第4のトランジスタがカスコード接続され、
前記第2および第3のトランジスタのベースに前記電圧入力端子が接続され、
前記第2および第4のトランジスタのコレクタが前記第1のトランジスタのベースに電気的に接続されている高周波電力増幅器。 A first transistor for amplifying high frequency power;
A bias circuit connected to a base terminal of the first transistor;
An idle current control circuit connected to a base terminal of the first transistor and controlling an idle current of the first transistor;
The idle current control circuit includes a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, and a voltage input terminal.
The third and fourth transistors are cascode-connected with the emitter of the third transistor connected to the base of the fourth transistor;
The voltage input terminal is connected to bases of the second and third transistors;
A high frequency power amplifier in which collectors of the second and fourth transistors are electrically connected to a base of the first transistor.
前記電圧入力端子と前記第3のトランジスタのベースとの間が第2の抵抗を介して接続されていて、
前記第2のトランジスタのコレクタと前記第1のトランジスタのベースとの間が第3の抵抗を介して接続されていて、
前記第4のトランジスタのコレクタと前記第1のトランジスタのベースとの間が第4の抵抗を介して接続されている請求項1に記載の高周波電力増幅器。 In the idle current control circuit, the voltage input terminal and the base of the second transistor are connected via a first resistor,
The voltage input terminal and the base of the third transistor are connected via a second resistor,
The collector of the second transistor and the base of the first transistor are connected via a third resistor,
The high-frequency power amplifier according to claim 1, wherein a collector of the fourth transistor and a base of the first transistor are connected via a fourth resistor.
前記第1のトランジスタのベース端子に接続されたバイアス回路と、
前記第1のトランジスタのベース端子に接続されて前記第1のトランジスタのアイドル電流を制御するアイドル電流制御回路とから構成され、
前記アイドル電流制御回路は、第2のトランジスタと第3のトランジスタと第4のトランジスタと電圧入力端子と電圧入力端子とからなり、
前記第3のトランジスタのコレクタが前記第3のトランジスタのベースに接続され、前記第3のトランジスタのエミッタが前記第4のトランジスタのベースに接続された状態に前記第3および第4のトランジスタがカスコード接続され、
前記第2および第3のトランジスタのベースに前記電圧入力端子が接続され、
前記第2および第4のトランジスタのコレクタが前記第1のトランジスタのベースに電気的に接続されている高周波電力増幅器。 A first transistor for amplifying high frequency power;
A bias circuit connected to a base terminal of the first transistor;
An idle current control circuit connected to a base terminal of the first transistor to control an idle current of the first transistor;
The idle current control circuit includes a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a voltage input terminal, and a voltage input terminal.
The third and fourth transistors are cascode in a state where the collector of the third transistor is connected to the base of the third transistor, and the emitter of the third transistor is connected to the base of the fourth transistor. Connected,
The voltage input terminal is connected to bases of the second and third transistors;
A high frequency power amplifier in which collectors of the second and fourth transistors are electrically connected to a base of the first transistor.
前記電圧入力端子と前記第3のトランジスタのベースとの間が第2の抵抗を介して接続されていて、
前記第2のトランジスタのコレクタと前記第1のトランジスタのベースとの間が第3の抵抗を介して接続されていて、
前記第4のトランジスタのコレクタと前記第1のトランジスタのベースとの間が第4の抵抗を介して接続されている請求項4に記載の高周波電力増幅器。 In the idle current control circuit, the voltage input terminal and the base of the second transistor are connected via a first resistor,
The voltage input terminal and the base of the third transistor are connected via a second resistor,
The collector of the second transistor and the base of the first transistor are connected via a third resistor,
The high-frequency power amplifier according to claim 4, wherein a collector of the fourth transistor and a base of the first transistor are connected via a fourth resistor.
前記第1のトランジスタのベース端子に接続されたバイアス回路と、
前記第1のトランジスタのベース端子に接続されて第1のトランジスタのアイドル電流を制御するアイドル電流制御回路とから構成され、
前記アイドル電流制御回路は、第2のトランジスタと第3のトランジスタと第1のダイオードと第2のダイオードと電圧入力端子とからなり、
前記第1のダイオードのカソードが前記第2のダイオードのアノードに接続され、前記第2のダイオードのカソードが前記第3のトランジスタのベースに接続された状態に、前記第1および第2のダイオードと前記第3のトランジスタとがカスコード接続され、
前記第2のトランジスタのベースと前記第1のダイオードのアノードとに前記電圧入力端子が接続され、
前記第2および第3のトランジスタのコレクタが前記第1のトランジスタのベースに電気的に接続されている高周波電力増幅器。 A first transistor for amplifying high frequency power;
A bias circuit connected to a base terminal of the first transistor;
An idle current control circuit connected to the base terminal of the first transistor to control the idle current of the first transistor;
The idle current control circuit includes a second transistor, a third transistor, a first diode, a second diode, and a voltage input terminal.
The first and second diodes are connected with the cathode of the first diode connected to the anode of the second diode and the cathode of the second diode connected to the base of the third transistor. The third transistor is cascode-connected,
The voltage input terminal is connected to a base of the second transistor and an anode of the first diode;
A high frequency power amplifier in which collectors of the second and third transistors are electrically connected to a base of the first transistor.
前記電圧入力端子と前記第1のダイオードのアノードとの間が第2の抵抗を介して接続されていて、
前記第2のトランジスタのコレクタと前記第1のトランジスタのベースとの間が第3の抵抗を介して接続されていて、
前記第3のトランジスタのコレクタと前記第1のトランジスタのベースとの間が第4の抵抗を介して接続されている請求項7に記載の高周波電力増幅器。 In the idle current control circuit, the voltage input terminal and the base of the second transistor are connected via a first resistor,
The voltage input terminal and the anode of the first diode are connected via a second resistor,
The collector of the second transistor and the base of the first transistor are connected via a third resistor,
The high-frequency power amplifier according to claim 7, wherein a collector of the third transistor and a base of the first transistor are connected via a fourth resistor.
8. The idle current control circuit according to claim 7, wherein a relationship is established between the first resistor and the second resistor that the first resistor has a resistance value larger than that of the second resistor. The described high-frequency power amplifier.
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