JP2006270670A - High frequency power amplifier circuit and electronic component for high frequency power amplification - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波電力増幅回路およびそれを内蔵した高周波電力増幅用電子部品(RFパワーモジュール)における送信開始時のパワーの立ち上げ特性を向上させる技術に関し、例えばGSM系の携帯電話機に用いられるRFパワーモジュールに適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a technique for improving power start-up characteristics at the start of transmission in a high-frequency power amplification circuit and a high-frequency power amplification electronic component (RF power module) incorporating the high-frequency power amplification circuit, and for example, RF used in a GSM mobile phone The present invention relates to a technology effective when applied to a power module.
携帯電話機等の無線通信装置(移動体通信装置)の送信出力部には、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor)やGaAs−MESFET等のトランジスタを増幅素子とする高周波電力増幅回路(PA)を内蔵した高周波電力増幅用電子部品(以下、RFパワーモジュール)が組み込まれている。 A transmission output unit of a wireless communication device (mobile communication device) such as a cellular phone has a high frequency power amplifier circuit (PA) using a transistor such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor) or a GaAs-MESFET as an amplifying element. Incorporates a high frequency power amplification electronic component (hereinafter referred to as an RF power module).
また、一般に、携帯電話機では、基地局から送られて来るパワーレベル指示情報に従って周囲環境に適応するように出力電力(送信パワー)を変えて通話を行ない、他の携帯電話機との間で混信を生じさせないようシステムが構成されている。例えばGSM(Global System for Mobile Communication)方式の携帯電話機においては、出力検出信号とベースバンド回路からの出力レベル指示信号VrampとをAPC(Automatic Power Control)回路において比較してパワーを制御する制御電圧Vapcを生成し、該制御電圧Vapcによって通話に必要な出力電力となるように、送信出力部の高周波電力増幅回路の増幅段のゲイン制御がバイアス回路によって行なわれるように構成されている。 In general, a mobile phone makes a call by changing output power (transmission power) so as to adapt to the surrounding environment according to the power level instruction information sent from the base station, and causes interference with other mobile phones. The system is configured so that it does not occur. For example, in a GSM (Global System for Mobile Communication) type mobile phone, a control voltage Vapc for controlling power by comparing an output detection signal and an output level instruction signal Vramp from a baseband circuit in an APC (Automatic Power Control) circuit. And the gain control of the amplification stage of the high frequency power amplifier circuit of the transmission output unit is performed by the bias circuit so that the output power required for the call is obtained by the control voltage Vapc.
従来、複数の増幅用トランジスタが従属接続された多段構成の高周波電力増幅回路において、抵抗分割回路からなるバイアス回路を用いてAPC回路で生成された出力電力制御電圧Vapcを抵抗分割することで、各増幅段の増幅用トランジスタのバイアス電圧を生成するように構成されたものがあった(例えば特許文献1参照)。また、APC回路の出力電圧Vapcに比例したバイアス電流を生成するとともに、各増幅段の増幅用トランジスタとカレントミラー接続されたバイアス用のトランジスタを設け、このトランジスタにバイアス電流を流して増幅用トランジスタにバイアスを与えるように構成されたもの(以下、カレントミラー方式と称する)もある(例えば特許文献2参照)。
カレントミラー方式で増幅用トランジスタにバイアスを与える技術にあっては、APC回路で生成された出力電力制御電圧Vapcを抵抗分割することで、各増幅段の増幅用トランジスタのバイアス電圧を生成する技術に比べて、増幅用トランジスタの製造ばらつきによる特性のずれを低減することができるという利点がある。 In the technique of applying a bias to the amplifying transistor by the current mirror method, the technique is used to generate the bias voltage of the amplifying transistor in each amplifying stage by dividing the output power control voltage Vapc generated in the APC circuit by resistance. Compared with this, there is an advantage that a deviation in characteristics due to manufacturing variations of the amplifying transistor can be reduced.
しかしながら、カレントミラー方式のバイアス技術では、出力電力制御電圧Vapcに比例した電流をバイアス用のトランジスタに流しても、該トランジスタにより変換された電圧が増幅用トランジスタのしきい値電圧よりも高くならないと、アイドル電流が流れない。つまり、バイアス用のトランジスタのゲート・ソース間電圧がしきい値電圧を越えた時点で、増幅用トランジスタに急にアイドル電流が流れ始める。この様子が、図2に実線Bで示されている。図2の実線Bを見ると、出力電力制御電圧Vapcが0.8Vの近傍で急にアイドル電流Iidleが増加していることが分かる。 However, in the current mirror type bias technology, even if a current proportional to the output power control voltage Vapc is supplied to the biasing transistor, the voltage converted by the transistor does not become higher than the threshold voltage of the amplifying transistor. , Idle current does not flow. In other words, when the voltage between the gate and the source of the biasing transistor exceeds the threshold voltage, an idle current suddenly starts to flow through the amplifying transistor. This is indicated by the solid line B in FIG. As can be seen from the solid line B in FIG. 2, the idle current Iidle suddenly increases when the output power control voltage Vapc is in the vicinity of 0.8V.
そのため、かかるバイアス方式を適用した高周波電力増幅器を使用したGSM方式の携帯電話機においては、送信開始時にベースバンド回路から供給する出力レベル指示信号Vrampを送信レベルまで立ち上げたときに、高周波電力増幅回路の出力電力があるところから急に立ち上がってしまう。その結果、出力電力が所定のタイムマスクにひっかかって、出力信号のスペクトラム特性がGSMの規格で規定されている範囲からはずれてしまう。また、出力電力制御電圧Vapcの高い領域での出力電力の変化率が小さく、高出力時に所望のパワーを出すことが困難であるという問題点があることが分かった。 Therefore, in a GSM mobile phone using a high-frequency power amplifier to which such a bias method is applied, when the output level instruction signal Vramp supplied from the baseband circuit is raised to the transmission level at the start of transmission, the high-frequency power amplifier circuit Suddenly get up from where there is output power. As a result, the output power is caught by a predetermined time mask, and the spectrum characteristic of the output signal deviates from the range defined by the GSM standard. Further, it has been found that there is a problem that the rate of change of the output power in the region where the output power control voltage Vapc is high is small, and it is difficult to obtain a desired power at the time of high output.
なお、前述の特許文献2に開示されている発明においても、カレントミラー方式の電力増幅器において出力電力制御電圧Vapcに対して全体として非線形に変化するバイアス電流を流すようにしている点では類似している。しかし、特許文献2に開示されている発明においては、それぞれ特性の異なる2以上の電流を合成することでバイアス電流を生成するとともに1,2段目と3段目の増幅用トランジスタに異なる特性のバイアス電流を流すようにしている。これに対し、本発明では、出力電力制御電圧Vapcに対して2乗特性で変化するバイアス電流を生成する点と、1,2,3段目の増幅用トランジスタに同一の特性のバイアス電流を流すようにしており、この点で特許文献2の発明とは明らかに異なる。 The invention disclosed in the above-mentioned Patent Document 2 is similar in that a bias current that changes nonlinearly as a whole with respect to the output power control voltage Vapc flows in a current mirror type power amplifier. Yes. However, in the invention disclosed in Patent Document 2, a bias current is generated by synthesizing two or more currents having different characteristics, and the first, second and third stage amplifying transistors have different characteristics. A bias current is allowed to flow. On the other hand, in the present invention, a bias current that changes in a square characteristic with respect to the output power control voltage Vapc is generated, and a bias current having the same characteristic is supplied to the first, second, and third stage amplifying transistors. This is clearly different from the invention of Patent Document 2.
この発明の目的は、送信開始時に出力電力が急に立ち上がるのを回避することができる高周波電力増幅回路および高周波電力増幅用電子部品(RFパワーモジュール)を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a high-frequency power amplifier circuit and a high-frequency power amplifier electronic component (RF power module) that can avoid a sudden rise in output power at the start of transmission.
この発明の他の目的は、出力電力制御電圧に対する出力電力の変化率を変化させることで、出力電力制御電圧の低い領域での出力電力の変化率を小さくして、出力電力制御電圧の低い領域での出力電力の制御を容易にすると共に、出力電力制御電圧の高い領域での出力電力の変化率を大きくして所望のパワーを出すことができる高周波電力増幅回路および高周波電力増幅用電子部品(RFパワーモジュール)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については、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。
Another object of the present invention is to change the rate of change of the output power with respect to the output power control voltage, thereby reducing the rate of change of the output power in the region where the output power control voltage is low, and the region where the output power control voltage is low. The high frequency power amplifier circuit and the high frequency power amplifier electronic component (which can output the desired power by increasing the rate of change of the output power in the region where the output power control voltage is high) RF power module).
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
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説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、電力増幅用トランジスタと、該電力増幅用トランジスタとカレントミラー接続されたバイアス用トランジスタとを備えバイアス用トランジスタに出力電力制御電圧に比例した電流を流すことで電力増幅用トランジスタにバイアス与えるバイアス回路と、出力電力のレベルを指示する信号に基づいて前記バイアス回路へ出力電力制御電圧を供給する出力電力制御回路とを有し高周波の送信信号を増幅する高周波電力増幅用電子部品において、出力電力制御電圧に基づいて2乗特性を有する電流を生成してバイアス用トランジスタに流すようにしたものである。
Outlines of representative ones of the inventions disclosed in the present application will be described as follows.
That is, a bias circuit that includes a power amplifying transistor and a bias transistor that is connected to the power amplifying transistor and a current mirror so as to bias the power amplifying transistor by supplying a current proportional to the output power control voltage to the biasing transistor And an output power control circuit for supplying an output power control voltage to the bias circuit based on a signal indicating the level of the output power, and an output power control in an electronic component for amplifying a high frequency transmission signal A current having a square characteristic is generated based on the voltage and is caused to flow through the biasing transistor.
上記した手段によれば、バイアス用トランジスタに流されるバイアス電流が出力電力制御電圧に対して2乗特性で変化するようになるため、送信開始時に出力電力があるレベルのところで急に立ち上がるのを回避できる。また、出力電力制御電圧に対する出力電力の変化率を変化させることで、出力電力制御電圧の低い領域での出力電力の変化率を小さくして、出力電力制御電圧の低い領域での出力電力の制御を容易にすると共に、出力電力制御電圧の高い領域での出力電力の変化率を大きくして所望のパワーを出すことができるようになる。 According to the above-described means, since the bias current flowing through the bias transistor changes with a square characteristic with respect to the output power control voltage, it is avoided that the output power suddenly rises at a certain level at the start of transmission. it can. Also, by changing the rate of change of the output power with respect to the output power control voltage, the rate of change of the output power in the region where the output power control voltage is low is reduced, and the output power is controlled in the region where the output power control voltage is low In addition, it is possible to increase the rate of change of the output power in a region where the output power control voltage is high and to obtain a desired power.
ここで、2乗特性を有する電流を生成する回路としては、例えば出力電力制御電圧を入力とする演算増幅回路と該演算増幅回路の出力により駆動される電圧−電流変換用トランジスタとからなる電流生成回路の上記演算増幅回路の出力から入力へのフィードバックパス上に2乗根回路を設け、出力を2乗根した信号を演算増幅回路にフィードバックすることで2乗特性を有する電流を出力できるようにする回路がある。2乗根回路はMOSFETの飽和ドレイン電流特性を利用して設計することができるため、2乗回路を使用する場合よりも設計が容易である。 Here, as a circuit that generates a current having a square characteristic, for example, a current generation including an operational amplifier circuit that receives an output power control voltage and a voltage-current conversion transistor that is driven by the output of the operational amplifier circuit. A square root circuit is provided on the feedback path from the output of the operational amplifier circuit to the input of the circuit so that a current having a square characteristic can be output by feeding back the square root of the output to the operational amplifier circuit. There is a circuit to do. Since the square root circuit can be designed by utilizing the saturation drain current characteristic of the MOSFET, the design is easier than when the square circuit is used.
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とおりである。
すなわち、本発明に従うと、送信開始時の様な出力電力制御電圧が低い領域で[に]出力電力が急に立ち上がるのを回避し、出力電力の立ち上がり特性を向上させることができるとともに、出力電力制御電圧の高い領域での出力電力の変化率を大きくして所望のパワーを出すことができる高周波電力増幅回路および高周波電力増幅用電子部品(RFパワーモジュール)を実現することができる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
That is, according to the present invention, it is possible to avoid a sudden rise in output power in a region where the output power control voltage is low, such as at the start of transmission, and to improve the rise characteristic of the output power. A high-frequency power amplifier circuit and a high-frequency power amplifier electronic component (RF power module) that can increase the rate of change of output power in a region where the control voltage is high and output desired power can be realized.
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る高周波電力増幅回路の実施例の概略構成を示す。図1において、符号210で示されているのは、FET(Field Effect Transistor)などのトランジスタを増幅素子とする高周波電力増幅回路である。図1に示されているように、この実施例の高周波電力増幅回路210は、3個の増幅用トランジスタQa1、Qa2、Qa3を備え、このうち後段のトランジスタQa2,Qa3はそれぞれ前段の増幅用トランジスタQa1,Qa2のドレイン端子にゲート端子が接続され、全体で3段の増幅回路として構成されている。増幅用トランジスタQa1〜Qa3は、この実施例ではMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が使用されているが、バイポーラ・トランジスタやGaAsMESFET、ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ(HBT)、HEMT(High Electron Mobility Transistor)等他のトランジスタを用いることも可能である。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of a high-frequency power amplifier circuit according to the present invention. In FIG. 1, what is indicated by
各段の増幅用トランジスタQa1,Qa2,Qa3のドレイン端子にはそれぞれインダクタL1,L2,L3を介して電源電圧Vddが印加されている。初段の増幅用トランジスタQa1のゲート端子と入力端子Inとの間には、直流電圧を遮断する容量素子C1が設けられ、容量C1を介して高周波の入力信号Pinが増幅用トランジスタQa1のゲート端子に入力される。 The power supply voltage Vdd is applied to the drain terminals of the amplification transistors Qa1, Qa2, and Qa3 at each stage through inductors L1, L2, and L3, respectively. A capacitive element C1 that cuts off DC voltage is provided between the gate terminal of the first stage amplification transistor Qa1 and the input terminal In, and a high-frequency input signal Pin is supplied to the gate terminal of the amplification transistor Qa1 via the capacity C1. Entered.
初段の増幅用トランジスタQa1のドレイン端子と2段目の増幅用トランジスタQa2のゲート端子との間には、直流カットの容量素子C2が接続されている。また、2段目の増幅用トランジスタQa2のドレイン端子と最終段の増幅用トランジスタQa3のゲート端子との間には、直流カットの容量素子C3が接続されている。そして、最終段の増幅用トランジスタQa3のドレイン端子が容量素子C4を介して出力端子OUTに接続されており、高周波の入力信号Pinの直流成分をカットし交流成分を増幅した信号Poutを出力する。 A DC-cut capacitive element C2 is connected between the drain terminal of the first amplification transistor Qa1 and the gate terminal of the second amplification transistor Qa2. A DC-cut capacitive element C3 is connected between the drain terminal of the second-stage amplification transistor Qa2 and the gate terminal of the final-stage amplification transistor Qa3. The drain terminal of the amplification transistor Qa3 at the final stage is connected to the output terminal OUT through the capacitive element C4, and the signal Pout obtained by cutting the DC component of the high-frequency input signal Pin and amplifying the AC component is output.
また、各増幅用トランジスタQa1,Qa2,Qa3とカレントミラー接続されたバイアス用トランジスタQb1,Qb2,Qb3が設けられ、出力電力制御電圧Vapcに応じたバイアス電流を生成するバイアス回路230から供給されるバイアス電流Ib1,Ib2,Ib3が流されるように構成されている。バイアス用トランジスタQb1,Qb2,Qb3は各々Nチャネル型のMOSFETからなる。
In addition, bias transistors Qb1, Qb2, and Qb3 that are current mirror connected to the amplifying transistors Qa1, Qa2, and Qa3 are provided, and a bias supplied from a
また、バイアス用トランジスタQb1,Qb2,Qb3はゲートとドレインが結合されたいわゆるダイオード接続とされ、バイアス電流を電圧に変換し、該電圧が増幅用トランジスタQa1,Qa2,Qa3のゲート端子に印加される。これにより、増幅用トランジスタQa1,Qa2,Qa3には、バイアス用トランジスタQb1,Qb2,Qb3とのサイズ比に応じてアイドル電流Iidle1,Iidle2,Iidle3が流される。アイドル電流Iidle1,Iidle2,Iidle3はバイアス電流Ib1,Ib2,Ib3よりも大きくされる。また、一般には、アイドル電流はIidle1<Iidle2<Iidle3とされ、最終段の増幅用トランジスタQa3に最も大きなアイドル電流が流される。 The bias transistors Qb1, Qb2, and Qb3 have a so-called diode connection in which the gate and drain are coupled, convert the bias current into a voltage, and the voltage is applied to the gate terminals of the amplification transistors Qa1, Qa2, and Qa3. . As a result, the idle currents Iidle1, Iidle2, and Iidle3 flow through the amplifying transistors Qa1, Qa2, and Qa3 according to the size ratio with the biasing transistors Qb1, Qb2, and Qb3. Idle currents Iidle1, Iidle2, and Iidle3 are made larger than bias currents Ib1, Ib2, and Ib3. In general, the idle current is Iidle1 <Iidle2 <Iidle3, and the largest idle current flows through the amplification transistor Qa3 in the final stage.
バイアス回路230は、出力電力制御電圧Vapcが反転入力端子に印加された演算増幅回路(以下、オペアンプと称する)AMP1と、該オペアンプAMP1の出力がゲート端子に印加されたPチャネル型のMOSFET Q30〜Q33と、このうちQ30のドレイン端子と接地点との間に接続された2乗根回路232および抵抗R30とから構成されている。そして、2乗根回路232はMOSFET Q30のドレイン電流Iout1を入力とし、2乗根変換した電流Iout2を出力する。この電流Iout2が上記抵抗R30に流されて電圧に変換され、その電圧が上記オペアンプAMP1の非反転入力端子にフィードバックされている。
The
すると、オペアンプAMP1はこのフィードバック電圧を反転入力端子の出力電力制御電圧Vapcに一致させるように、すなわちVapc=Iout2×R30となるように、MOSFET Q30を駆動する電圧を出力する。ここで、Iout2は2乗根回路232の出力で、2乗根回路232の入力はIout1であるため、Iout2=√Iout1で表わされる。これにより、Iout1=(Vapc/R30)2となり、MOSFET Q30およびこのMOSFET Q30と同様にオペアンプAMP1の出力がゲート端子に印加されたQ31〜Q33には出力電力制御電圧Vapcの2乗に比例したドレイン電流が流れる。
Then, the operational amplifier AMP1 outputs a voltage for driving the MOSFET Q30 so that the feedback voltage matches the output power control voltage Vapc of the inverting input terminal, that is, Vapc = Iout2 × R30. Here, since Iout2 is an output of the
そして、MOSFET Q31〜Q33には、前記バイアス用トランジスタQb1,Qb2,Qb3がそれぞれ直列に接続されている。これにより、バイアス用トランジスタQb1,Qb2,Qb3にVapcの2乗に比例したバイアス電流Ib1,Ib2,Ib3が流され、これらのトランジスタとカレントミラー接続された増幅用トランジスタQa1,Qa2,Qa3にもVapcの2乗に比例したアイドル電流Iidle1,Iidle2,Iidle3が流される。したがって、バイアス回路230は2乗回路とみなすことができる。また、オペアンプAMP1と2乗根回路232とMOSFET Q30〜Q33とからなる回路は、バイアス電流を生成する電流生成回路とみなすことができる。
The bias transistors Qb1, Qb2 and Qb3 are connected in series to the MOSFETs Q31 to Q33, respectively. As a result, bias currents Ib1, Ib2, and Ib3 proportional to the square of Vapc are passed through the bias transistors Qb1, Qb2, and Qb3, and the amplifying transistors Qa1, Qa2, and Qa3 connected to these transistors in a current mirror connection also have Vapc. Idle currents Iidle1, Iidle2, and Iidle3 that are proportional to the square of. Therefore, the
図2には、本実施例を適用した高周波電力増幅回路における出力電力制御電圧Vapcと増幅用トランジスタQa3のアイドル電流Iidle3との関係、およびバイアス回路230に2乗根回路232を設けないでVapcに正比例したバイアス電流Ib3をバイアス用トランジスタに流した場合における増幅用トランジスタQa3のアイドル電流Iidle3との関係をシミュレーションによって調べた結果を示す。
FIG. 2 shows the relationship between the output power control voltage Vapc and the idle current Iidle3 of the amplifying transistor Qa3 in the high-frequency power amplifier circuit to which this embodiment is applied, and Vapc without providing the
図2において、実線A(○印)は本実施例を適用した回路の特性、実線B(▲印)は本実施例を適用しない回路の特性である。図2より、本実施例を適用しない回路においては、Vapcが0.8Vの近傍で急にアイドル電流Iidleが増加しているが、本実施例を適用した回路においてはVapcの増加に伴いアイドル電流Iidleが緩やかに増加していることが分かる。これにより、本実施例を適用した高周波電力増幅回路では、Vapcが小さいすなわちパワーの低い領域におけるアイドル電流Iidle3の変化率が小さくなり、Vapcが大きいすなわちパワーの高い領域におけるアイドル電流Iidle3の変化率が大きくなる。 In FIG. 2, a solid line A (◯ mark) is a characteristic of a circuit to which this embodiment is applied, and a solid line B ((mark) is a characteristic of a circuit to which this embodiment is not applied. As shown in FIG. 2, in the circuit to which this embodiment is not applied, the idle current Iidle suddenly increases in the vicinity of Vapc of 0.8 V. However, in the circuit to which this embodiment is applied, the idle current increases as Vapc increases. It can be seen that Iidle gradually increases. Thereby, in the high frequency power amplifier circuit to which the present embodiment is applied, the rate of change of the idle current Iidle3 in the region where Vapc is small, that is, the power is low, and the rate of change of the idle current Iidle3 in the region where Vapc is large, that is, the power is high. growing.
また、図3には、本実施例を適用した高周波電力増幅回路における出力電力制御電圧Vapcと出力電力Poutとの関係、およびバイアス回路230に2乗根回路232を設けないでVapcに正比例したバイアス電流をバイアス用トランジスタQb1,Qb2,Qb3に流した場合におけるVapcと出力電力Poutとの関係をシミュレーションによって調べた結果を示す。
3 shows the relationship between the output power control voltage Vapc and the output power Pout in the high-frequency power amplifier circuit to which this embodiment is applied, and the bias that is directly proportional to Vapc without providing the
図3において、実線A(○印)は本実施例を適用した回路の特性、実線B(▲印)は本実施例を適用しない回路の特性である。図3より、本実施例を適用しない回路の場合にはVapcが0.75V以下では出力電力Poutが−80dBm以下でほとんど増加しないとともに、Vapcが0.75V〜1.0Vの範囲で出力電力Poutが急激に上昇している。これに対し、本実施例を適用するとVapcが0.75V〜1.0Vの範囲での出力電力Poutの変化率が小さくなり、1.5VまでPoutがほぼリニアに変化し出力電力の制御性が向上している。また、Vapcが1.5V以上の領域での出力電力Poutも実施例を適用した回路の方が高く、改善していることが分かる。 In FIG. 3, a solid line A (◯ mark) is a characteristic of a circuit to which this embodiment is applied, and a solid line B ((mark) is a characteristic of a circuit to which this embodiment is not applied. As shown in FIG. 3, in the case of the circuit to which the present embodiment is not applied, the output power Pout hardly increases when Vapc is 0.75 V or less and is −80 dBm or less, and the output power Pout is within the range of Vapc from 0.75 V to 1.0 V. Is rising rapidly. On the other hand, when the present embodiment is applied, the rate of change of the output power Pout in the range of Vapc from 0.75 V to 1.0 V becomes small, and Pout changes almost linearly up to 1.5 V, and the controllability of the output power is improved. It has improved. Further, it can be seen that the output power Pout in the region where Vapc is 1.5 V or higher is higher in the circuit to which the embodiment is applied, and is improved.
図4には、2乗根回路232の具体的な回路例が示されている。
この実施例の2乗根回路232は、前記オペアンプAMP1の出力によって駆動されるMOSFET Q30から入力される電流Iout1を比例縮小するNチャネルMOSFETからなる第1カレントミラー回路31と、該第1カレントミラー回路31の転写先の電流をさらに比例縮小するNチャネルMOSFETからなる第2カレントミラー回路32と、定電流源38からの基準電流Irefを比例縮小するPチャネルMOSFETからなる第3カレントミラー回路33と、該第3カレントミラー回路33の転写先の電流をさらに比例縮小するPチャネルMOSFETからなる第4カレントミラー回路34と、これらのカレントミラー回路により生成された電流を用いて入力電流Iout1の2乗根に相当する項を含む電流を生成する演算回路35と、バイアス回路36および電流合成回路37とから構成されている。
FIG. 4 shows a specific circuit example of the
The
バイアス回路36は、前記演算回路35を構成するMOSFET M4と直列に接続されM4と同一の電流が流されるMOSFET M5およびM5とカレントミラー接続されたMOSFET M6およびM6と直列に接続されたMOSFET M7からなりMOSFET M7のゲートにM4のドレイン電圧が印加されることにより演算回路35を構成するMOSFET M2とM4の動作点を与える。電流合成回路37は、前記カレントミラー回路32,34により生成された電流を用いて、演算回路35で生成された2乗根に相当する項を含む電流から2乗根の項以外の余分な項に相当する電流を減算して入力電流Iout1の2乗根に比例した電流を出力するように構成されている。
The
各カレントミラー回路31〜34はそれぞれ互いにゲート共通接続された対をなすMOSFETのサイズ比(ゲート幅の比)を所定の値に設定することにより比例縮小された電流を生成する。具体的には、第1カレントミラー回路31は1/10に、第2カレントミラー回路32は1/3と1/12に、第3カレントミラー回路33は1/8に、そして第4カレントミラー回路34は1/4と1/16に、それぞれ縮小された電流を生成するように対をなすMOSFETのサイズ比(ゲート幅の比)が所定の値に設定されている。
Each of the current mirror circuits 31 to 34 generates a current that is proportionally reduced by setting a size ratio (ratio of gate widths) of the paired MOSFETs that are commonly connected to each other to a gate to a predetermined value. Specifically, the first current mirror circuit 31 is 1/10, the second
2乗根回路232に入力される電流Iout1の1/30の電流をIs、定電流源38からの基準電流Irefの1/32の電流をIrと置くと、第1カレントミラー回路31と第3カレントミラー回路33の転写先に流される電流はそれぞれ3Is,4Irとなり、第2カレントミラー回路32と第4カレントミラー回路34の転写先から演算回路35に流される電流はそれぞれIs,Irとなる。
When 1/30 of the current Iout1 input to the
演算回路35は、第2カレントミラー回路32から供給される電流Isがドレイン・ソース間に流されるMOSFET M2と、該MOSFET M2のドレイン電圧がゲート端子に印加され、第4カレントミラー回路34から供給される電流Irがドレイン・ソース間に流されるMOSFET M3と、同じくMOSFET M2のドレイン電圧がゲート端子に印加され電流合成回路37の転写元の電流を流すMOSFET M3と、該MOSFET M3のソース側にM3と直列に接続されたMOSFET M1とから構成されている。MOSFET M1はゲートとドレインが結合されてダイオードとして作用するようにされている。また、MOSFET M1〜M4は、互いにサイズ(ゲート幅Wとゲート長L)が同一になるように設計され、同一工程で同時に製造されることにより同一のしきい値電圧Vthを有するようにされるとともに、MOSFET M1〜M4は飽和領域で動作するように電源電圧Vddが設定されている。
The
ここで、MOSFET M1,M2,M3,M4のゲート・ソース間電圧をVGS1,VGS2,VGS3,VGS4、ドレイン・ソース間電圧をVDS1,VDS2,VDS3,VDS4で表わし、演算回路35のノードN1に着目すると、ノードN1の電位Vn1はMOSFET M1,M3の側からはVn1=VGS1+VGS3で決まり、MOSFET M2,M4の側からはVn1=VGS2+VGS4で決まり、両電位は等しいことから、VGS1+VGS3=VGS2+VGS4となる。
Here, the gate-source voltages of the MOSFETs M1, M2, M3, and M4 are represented by VGS1, VGS2, VGS3, and VGS4, and the drain-source voltages are represented by VDS1, VDS2, VDS3, and VDS4, and attention is paid to the node N1 of the
MOSFET M1とM3は直列接続されているので流れる電流は等しく(図ではIout)、MOSFET M2にはカレントミラー回路32から電流Isが、またMOSFET M4にはカレントミラー回路34から電流Irが流されることから、上記等式は、MOSFETの飽和領域でのドレイン電流特性を表わす式より、次式(1)のように表わすことができる。
2[Vth+√{(2/β)・(L/W)/(1+λ・VDS)}・√Iout]
=Vth+√{(2/β)・(L/W)/(1+λ・VDS)}・√Is
+Vth+√{(2/β)・(L/W)/(1+λ・VDS)}・√Ir ……(1)
Since the MOSFETs M1 and M3 are connected in series, the flowing currents are equal (Iout in the figure), the current Is from the
2 [Vth + √ {(2 / β) · (L / W) / (1 + λ · VDS)} · √Iout]
= Vth + √ {(2 / β) · (L / W) / (1 + λ · VDS)} · √Is
+ Vth + √ {(2 / β) · (L / W) / (1 + λ · VDS)} · √Ir (1)
上式において、各MOSFET M1〜M4の素子サイズL/Wは等しく、またMOSFETの素子特性からλ・VDSは「1」対して無視できるほど小さいので、次式
√Iout=(√Is+√Ir)/2 ……(2)
のように、整理することができる。そして、この式を変形すると、
Iout=(Is+Ir)/4+√(Is・Ir)/2 ……(3)
となり、(Is+Ir)/4なる余分な項は含まれるが、MOSFET M3に流れる電流Ioutは検出電流Isの2乗根で表わされることが分かる。
In the above equation, the element sizes L / W of the MOSFETs M1 to M4 are equal, and λ · VDS is negligibly small for “1” due to the element characteristics of the MOSFETs. / 2 (2)
Can be organized. And when this equation is transformed,
Iout = (Is + Ir) / 4 + √ (Is · Ir) / 2 (3)
Thus, although an extra term of (Is + Ir) / 4 is included, it can be seen that the current Iout flowing through the MOSFET M3 is represented by the square root of the detection current Is.
さらに、図4の実施例の回路においては、互いにゲート共通接続されたカレントミラーMOSFET M8,M9からなる電流合成回路37が設けられており、この回路はカレントミラーの転写元のMOSFET M8に流れる電流に、第2カレントミラー回路32から供給されるIs/4の電流と第4カレントミラー回路34から供給されるIr/4の電流を足し込んだものをIoutとして出力するように構成されている。また、MOSFET M8とM9はサイズ比が1:10になるように設計されている。これにより、MOSFET M8とカレントミラー接続されたMOSFET M9には、Ioutよりも(Is+Ir)/4だけ少ない電流の10倍の大きさの電流が流れるようにされる。
Further, in the circuit of the embodiment of FIG. 4, a
ここで、電流合成回路37により足し込まれる電流(Is+Ir)/4は、上記式(3)の第1項に相当することが分かる。従って、MOSFET M9に流れる電流は上記式(3)の第2項の10倍すなわち10・√(Is・Ir)/2=5・√(Is・Ir)となる。図4の実施例の回路ではこの電流が出力されるようになっている。従って、この回路の出力電流はIsの2乗根に比例した電流となる。
Here, it can be seen that the current (Is + Ir) / 4 added by the
一方、前述したように、電流Isは入力電流Iout1の1/30である。よって、図4の回路の出力電流Ioutは、入力電流Iout1の2乗根に比例した電流となる。そして、この電流は抵抗R30に流されて電圧に変換され、この変換された電圧がオペアンプAMP1にフィードバックされる。 On the other hand, as described above, the current Is is 1/30 of the input current Iout1. Therefore, the output current Iout of the circuit of FIG. 4 is a current proportional to the square root of the input current Iout1. This current is passed through the resistor R30 and converted into a voltage, and the converted voltage is fed back to the operational amplifier AMP1.
この実施例の2乗根回路は、式(3)に温度係数が含まれておらず出力電流には温度依存性がないため、基準電流Irefが一定であれば周囲温度が変化しても動作特性は一定であり安定性の高い変換が可能である。温度が変化しても電流が一定である定電流源としては、正の温度特性を有する素子と負の温度特性を有する素子を組み合わせることで温度補償をした定電流回路が知られているので、そのような温度依存性のない定電流回路を電流源38として利用することで、容易に本実施例の2乗根回路に適した基準電流Irefを生成して与えることができる。
The square root circuit of this embodiment does not include a temperature coefficient in equation (3), and the output current has no temperature dependence. Therefore, if the reference current Iref is constant, the square root circuit operates even if the ambient temperature changes. The characteristics are constant and conversion with high stability is possible. As a constant current source in which the current is constant even if the temperature changes, a constant current circuit that is temperature compensated by combining an element having a positive temperature characteristic and an element having a negative temperature characteristic is known. By using such a constant current circuit having no temperature dependence as the
なお、図4の実施例の2乗根回路においては、第1カレントミラー回路31と第3カレントミラー回路33は各々カレントミラー接続されたMOSFET対が2段縦積みにされた回路が用いられているが、これは生成される電流の電源電圧依存性を下げるためであり、2乗根回路232の動作電圧Vddとして安定性の高い電圧が供給される場合にはそれぞれP−MOS側のカレントミラー回路32,34と同様な1段のカレントミラー回路とすることができる。
In the square root circuit of the embodiment of FIG. 4, the first current mirror circuit 31 and the third
図5は、図1の実施例の高周波電力増幅回路を適用した高周波電力増幅器(以下、パワーモジュールと称する)の一実施例を示したものである。
この実施例のパワーモジュール200は、入力高周波信号Pinを増幅する前記増幅用トランジスタQa1〜Qa3を含む高周波電力増幅器210と、該高周波電力増幅器210の出力電力Poutを検出して前記出力電力制御電圧Vapcを生成し高周波電力増幅器210に与える出力電力制御回路220とから構成されている。図5では、図1の増幅用トランジスタQa1〜Qa3を含む高周波電力増幅回路とバイアス用トランジスタQb1,Qb2,Qb3およびバイアス回路230を含んだものが高周波電力増幅器210として示されている。
FIG. 5 shows an embodiment of a high frequency power amplifier (hereinafter referred to as a power module) to which the high frequency power amplifier circuit of the embodiment of FIG. 1 is applied.
The
なお、図1に示されている高周波電力増幅回路210および図5の出力電力制御回路220は1つあるいは複数の半導体チップ(IC)と容量などの外付け素子によりモジュールとして構成される。本明細書においては、表面や内部にプリント配線が施されたセラミック基板のような絶縁基板に複数の半導体チップとディスクリート部品が実装されて上記プリント配線やボンディングワイヤで各部品が所定の役割を果たすように結合されることであたかも一つの電子部品として扱えるように構成されたものをモジュールと称する。
The high frequency
出力電力制御回路220は、カプラなどにより出力電力を検出し出力電力に比例した電流を出力する検出回路(検波回路)221、出力電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路222、変換された検出電圧Vdetとベースバンド回路から供給される出力レベル指示信号Vrampとを比較してVdetとVrampの電位差に応じた電圧を上記出力電力制御電圧Vapcとして出力する誤差アンプ223を備える。出力電力検出回路221、電流−電圧変換回路222および誤差アンプ223からなる回路は従来からAPC回路として使用されている比較的一般的な回路である。
The output
本実施例の出力電力制御回路220には、上記回路221〜223に加え、高周波電力増幅器210の最終段の増幅用トランジスタに流れる電流を検出する電流検出回路224、その出力電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路225、変換された電圧Vmoniと所定の参照電圧Vpreとを比較する差動アンプ226および該差動アンプ226の出力電圧をゲート端子に受けソース端子が前記誤差アンプ223の出力端子に接続されてVmoniとVpreとの電位差に応じた電流を前記誤差アンプ223に流し込むトランジスタQeからなるプリチャージ回路228が設けられている。このトランジスタQeは、実施例ではMOSFETが使用されているが、バイポーラ・トランジスタであっても良い。
In the output
上記プリチャージ回路228は、差動アンプ226に入力される電圧Vmoniが参照電圧Vpreよりも低いとトランジスタQeをオン状態にして前記誤差アンプ223に電流を流し込む。ここで、参照電圧Vpreは出力電力の−30dBm〜−20dBmに相当するレベルとされる。かかる参照電圧Vpreは、バンドギャップリファランス回路のような電源電圧依存性および温度依存性のない定電圧を発生することができる定電圧回路によって発生させるのが望ましい。また、この実施例のプリチャージ回路228は、ベースバンド回路から供給される出力レベル指示信号Vrampが立ち上がると誤差アンプ223の出力が上昇し、それが上記プリチャージ回路228によって与えられるプリチャージレベルよりも高くなると、トランジスタQeのソース電圧がゲート電圧よりも高くなってQeが自動的にオフされるようになっている。
The
図6(B)には、上記実施例のパワーモジュールの送信時における内部の各ノードの電位変化の様子を示す。
従来のRFパワーモジュールを用いたGSM方式の携帯電話機においては、送信開始時にベースバンド回路から供給する出力レベル指示信号Vrampを急激に送信レベルまで立ち上げると、高周波電力増幅回路の出力電力の立ち上がり速度が速くなりすぎて、出力信号のスペクトラム特性がGSMの規格で規定されている範囲からはずれてしまうという課題があった。そこで、図6(A)に示すように、送信準備としてRFパワーモジュールの電源を投入してから出力レベル指示信号Vrampの立ち上げを開始するまでの期間(t1〜t5)に、15〜17μ秒のような短い時間だけVramp(Vapc)を、出力電力の−25〜−30dBmに相当するレベルに持ち上げて保持するプリチャージと称する動作(t4〜t5)をベースバンドIC側のソフトウェア処理で行なうようにしていた。
FIG. 6B shows a change in potential of each internal node during transmission of the power module of the above embodiment.
In a GSM mobile phone using a conventional RF power module, when the output level instruction signal Vramp supplied from the baseband circuit at the start of transmission is suddenly raised to the transmission level, the rising speed of the output power of the high frequency power amplifier circuit Has become too fast, and there has been a problem that the spectrum characteristics of the output signal deviate from the range defined by the GSM standard. Therefore, as shown in FIG. 6A, during the period (t1 to t5) from when the power of the RF power module is turned on as a preparation for transmission until the output level instruction signal Vramp starts to rise, the period is 15 to 17 μs. As described above, an operation (t4 to t5) called “precharge” in which Vramp (Vapc) is raised to a level corresponding to −25 to −30 dBm of the output power for a short time is performed by software processing on the baseband IC side. I was doing.
本実施例のパワーモジュールにおける電位変化の様子を示す図6(B)を、従来のソフトウェア処理によるプリチャージの電位の変化を示す図6(A)と比較すると明らかなように、本実施例を適用することにより、期間t4〜t5において出力レベル指示信号Vrampをプリチャージのため持ち上げなくても出力電力Poutが持ち上がり、期間t5〜t6においてGSMの規格で規定されている所定のタイムマスク内で出力電力Poutを立ち上げることができることが分かる。 As apparent from the comparison of FIG. 6B showing the state of potential change in the power module of this embodiment with FIG. 6A showing the change in potential of the precharge by the conventional software processing, By applying, the output power Pout rises without raising the output level instruction signal Vramp for precharging during the period t4 to t5, and is output within the predetermined time mask defined by the GSM standard during the period t5 to t6. It can be seen that the power Pout can be raised.
図7には、出力電力制御回路220の具体的な回路例が示されている。図7には、図示の都合で、代表として最終段の増幅用トランジスタQa3が1つだけ示されているが、高周波電力増幅回路210は、図1と同様に、3個の増幅用トランジスタが多段接続された回路として構成されている。高周波電力増幅回路210の最終段の増幅用トランジスタQa3のドレイン端子が出力線Loutを介して出力端子OUTに接続されている。出力線Loutの途中には直流カット用の容量C4とマイクロカプラ227が設けられている。
FIG. 7 shows a specific circuit example of the output
電流検出回路224は、最終段の増幅用トランジスタQa3のゲート端子に印加されるバイアス電圧Vb3と同一の電圧が抵抗Riを介してゲート端子に印加された検出用のNチャネルMOSFET Q11、該トランジスタQ11と直列に接続されたPチャネルMOSFET Q12、該トランジスタQ12とカレントミラー接続されたMOSFET Q13とから構成され、このトランジスタQ13のドレイン電流が電流−電圧変換手段としての抵抗225に流されるようにされている。
The
また、本実施例においては、増幅用トランジスタQa3が半導体チップ上で横方向に電極を拡散させた比較的高いソース・ドレイン間耐圧(約20V)を有するLDMOS(Laterally Diffused MOSFET)により形成されているのに応じて、バイアス用のトランジスタQb3および検出用のトランジスタQ11もサイズの小さなLDMOSにより形成される。これにより、検出用のトランジスタQ11には増幅用トランジスタQa3のドレイン電流に比例した電流が流され、その結果として出力電流を検出することができる。しかも、電流検出に増幅用トランジスタQa3のゲート電圧を用いることによって、実施例の電流検出回路224はロウパワーでの感度を高くすることができる。また、検出用のトランジスタQ11は増幅用トランジスタQa3と同一の半導体チップ上に形成された素子を使用することで製造ばらつきによる検出電流のばらつきを小さくすることができる。
Further, in this embodiment, the amplifying transistor Qa3 is formed by an LDMOS (Laterally Diffused MOSFET) having a relatively high source-drain breakdown voltage (about 20 V) obtained by diffusing electrodes laterally on a semiconductor chip. Accordingly, the biasing transistor Qb3 and the detecting transistor Q11 are also formed by a small LDMOS. As a result, a current proportional to the drain current of the amplifying transistor Qa3 flows through the detecting transistor Q11, and as a result, the output current can be detected. In addition, by using the gate voltage of the amplifying transistor Qa3 for current detection, the
出力電力検出回路221は、最終段の増幅用トランジスタQa3のドレイン端子とモジュールの出力端子OUTとの間の出力線Loutの途中に設けられたマイクロカプラ227に一方の端子が接続された容量Ciと、該容量Ciの他方の端子がゲートに接続されたNチャネルMOSFET Q1、該トランジスタQ1と直列に接続されたPチャネルMOSFET Q2、該トランジスタQ2とカレントミラー接続されたMOSFET Q3、該トランジスタQ3と直列に接続された電流−電圧変換用MOSFET Q4からなる検波部211と、Q4により変換された電圧をインピーダンス変換して次段に供給するバッファ回路212と、上記MOSFET Q1にゲートバイアス電圧を与えるバイアス生成回路213と、該バイアス生成回路213で生成されたバイアス電圧をインピーダンス変換して次段に供給するバッファ回路214と、バッファ回路212の出力からバッファ回路214の出力を差し引いた電圧を出力する減算回路215とから構成されている。バッファ回路212と214には、ボルテージフォロワを用いることができる。
The output
バイアス生成回路213は、外部からの定電圧Vtxbが印加された電源端子と接地点との間に直列に接続された抵抗R1およびMOSFET Q5と、該MOSFET Q5のゲート端子と上記出力検出用MOSFET Q1のゲート端子との間に接続された抵抗R2と、前記MOSFET Q5のゲート端子と接地点との間に接続された容量C11とからなる。MOSFET Q5は、そのゲート端子とドレイン端子とが結合されてダイオードとして作用するように構成されている。抵抗R1とトランジスタQ5に流れる電流IbiasによってノードN2の電位を決定しており、N2の電位が出力検出用MOSFET Q1のゲート端子に動作点を与えるバイアス電圧として印加される。
The
本実施例では、このバイアス電圧の値として、上記出力検出用MOSFET Q1をB級増幅動作させることができるように、Q1のしきい値電圧に近い電圧値が設定されている。これにより、MOSFET Q1には、容量Ciを介して入力される交流波形に比例しそれを半波整流したような電流が流され、Q1のドレイン電流は入力交流信号の振幅に比例した直流成分を含むようにされる。 In this embodiment, as the value of the bias voltage, a voltage value close to the threshold voltage of Q1 is set so that the output detection MOSFET Q1 can perform a class B amplification operation. As a result, a current that is proportional to the AC waveform input through the capacitor Ci and half-wave rectified flows through the MOSFET Q1, and the drain current of Q1 has a DC component proportional to the amplitude of the input AC signal. To be included.
このトランジスタQ1のドレイン電流IdがQ2とQ3のカレントミラー回路によりQ3側に転写され、ダイオード接続のトランジスタQ4によって電圧に変換される。ここで、MOSFET Q1とQ4およびQ2とQ3は、それぞれ所定のサイズ比になるように設定されている。これにより、例えば製造バラツキでMOSFET Q1とQ2の特性(特にしきい値電圧)がばらつくと、これらと対を成すMOSFET Q4とQ3の特性も同じようにばらつく。その結果、特性ばらつきによる影響が相殺され、MOSFET Q4のドレイン端子にはMOSFETのばらつきの影響を受けない出力検出電圧が現われるようになる。 The drain current Id of the transistor Q1 is transferred to the Q3 side by the current mirror circuit of Q2 and Q3, and is converted into a voltage by the diode-connected transistor Q4. Here, MOSFETs Q1 and Q4 and Q2 and Q3 are set to have a predetermined size ratio. Thereby, for example, if the characteristics (particularly the threshold voltage) of the MOSFETs Q1 and Q2 vary due to manufacturing variations, the characteristics of the MOSFETs Q4 and Q3 which form a pair with the MOSFETs Q1 and Q2 also vary in the same way. As a result, the influence due to the characteristic variation is offset, and an output detection voltage that is not affected by the variation of the MOSFET appears at the drain terminal of the MOSFET Q4.
また、この実施例においては、バッファ回路214の入力端子に、上記バイアス生成回路213のMOSFET Q5のゲート端子と抵抗R2との接続ノードN2の電位が入力されている。抵抗R2と容量C11は、容量Ciを介して取り込まれた出力電力の交流成分がバッファ回路214の入力に回り込むのを防止するロウパスフィルタとして働く。
In this embodiment, the potential of the connection node N2 between the gate terminal of the MOSFET Q5 of the
この実施例では、上記バイアス生成回路213で生成され出力検出用MOSFET Q1のゲート端子に印加されるバイアス電圧と同一の電圧がバッファ回路214を介して減算回路215に供給され、出力検出電圧からバイアス電圧を差し引いた電圧が減算回路215から出力される。これにより、減算回路215の出力は、バイアス生成回路213により付与される直流成分を含まない純粋な出力電力の交流成分に比例した検出電圧Vdetとして誤差アンプ223に入力され、誤差アンプ223は検出電圧Vdetと出力レベル指示信号Vrampとの電位差に応じた電圧を、出力電力制御電圧Vapcとしてバイアス回路230へ出力する。
In this embodiment, the same voltage as the bias voltage generated by the
図8は、2乗回路を有するバイアス回路230を適用したパワーモジュールの他の実施例を示す。この実施例は、GSMとDCS(Digital Cellular System)の2つの方式の送信信号をモードに応じてそれぞれ電力増幅して出力できるように構成したものである。
FIG. 8 shows another embodiment of a power module to which a
図8において、200はベースバンドIC110から供給される高周波の送信信号を増幅する高周波電力増幅回路210と出力電力検出回路221、誤差アンプ223、プリチャージ回路228、バイアス回路230などを含むパワーモジュール、300は送信信号に含まれる高調波などのノイズを除去するフィルタLPF1,LPF2、GSMの信号とDCSの信号を合成したり分離したりする分波器DPX1,DPX2、送受信の切替えスイッチT/R−SWなどを含むフロントエンド・モジュールである。
In FIG. 8,
また、図8において、ANTは信号電波の送受信用アンテナ、100はGSMやDCSのシステムにおけるGMSK変復調やEDGEモードのPSK変復調を行なうことができる変復調回路や送信データ(ベースバンド信号)に基づいてI,Q信号を生成したり受信信号から抽出されたI,Q信号を処理したりする回路を有する半導体集積回路化された高周波信号処理回路(以下、ベースバンドICと称する)110、受信信号を増幅するロウノイズアンプLNA1,LNA2、送信信号から高調波成分を除去するバンドパスフィルタBPF1,BPF2、受信信号から不要波を除去するバンドパスフィルタBPF3,BPF4などが1つのパッケージに実装されてなる電子デバイス(以下、RFデバイスと称する)である。ロウノイズアンプLNA1,LNA2は、ベースバンドIC110に内蔵させることも可能である。
In FIG. 8, ANT is an antenna for transmitting and receiving signal radio waves, 100 is a modulation / demodulation circuit capable of performing GMSK modulation / demodulation and PSK modulation / demodulation in an EDGE mode in a GSM or DCS system, and transmission data (baseband signal). , A high frequency signal processing circuit (hereinafter referred to as a baseband IC) 110 that is a semiconductor integrated circuit having a circuit that generates a Q signal and processes an I and Q signal extracted from the received signal, and amplifies the received signal Low noise amplifiers LNA1 and LNA2, bandpass filters BPF1 and BPF2 for removing harmonic components from transmission signals, bandpass filters BPF3 and BPF4 for removing unnecessary waves from reception signals, and the like are mounted in one package (Hereinafter referred to as an RF device). The low noise amplifiers LNA1 and LNA2 can be incorporated in the
この実施例のパワーモジュール200には、GSM用の高周波電力増幅回路210aおよびDCS用の高周波電力増幅回路210bが設けられ、出力電力制御回路は出力電力検出回路221,誤差アンプ223,プリチャージ回路228からなり、プリチャージのための電流検出回路(224)を除きGSMとDCSの増幅回路に共通の回路として設けられている。ベースバンドIC110には、GSMとDCSの送信信号をそれぞれアップンコンバートするミキサTx‐MIX1,Tx-MIX2、GSMとDCSの受信信号をそれぞれダウンコンバートするミキサRx‐MIX1,Rx-MIX2、これらのミキサで送信信号や受信信号とミキシングされる発振信号を発生する発振器VCO1〜VCO4、GSMとDCSの送信信号をそれぞれ増幅する可変利得アンプGCA1,GCA2が設けられている。
The
図8に示されているように、この実施例では、ベースバンドIC110からパワーモジュール200に対して、GSMかDCSかを示すモード制御信号Vbandと出力レベル指示信号Vrampと検出回路用の電源電圧Vtxbが供給され、出力電力制御回路はこの制御信号Vbandと出力レベル指示信号Vrampに基づいて、バイアス電流を生成し高周波電力増幅回路210aと210bのいずれかに供給する一方、電源電圧Vtxbの立ち上がりを受けてプリチャージ回路228が動作して出力電力制御電圧Vapcのプリチャージを行なう。
As shown in FIG. 8, in this embodiment, a mode control signal Vband indicating GSM or DCS, an output level instruction signal Vramp, and a power supply voltage Vtxb for the detection circuit are sent from the
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上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。例えば前記実施例では、2乗回路からなるバイアス回路230を、プリチャージ回路228を有する出力電力制御回路と組み合わせたものを説明したが、2乗回路からなるバイアス回路230とプリチャージ回路228を持たない出力電力制御回路とを組み合わせることも可能である。
The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor. For example, in the above-described embodiment, the
また、出力電力制御回路220は、図7の実施例のような回路に限定されず、図7の出力電力検出回路221とプリチャージ回路228のアンプ226およびMOSFET Qeを省略して、電流検出回路224の出力電流を抵抗225で変換した電圧を出力検出電圧Vdetとして誤差アンプ223へ入力させるように構成したものであっても良い。また、MOSFETからなる出力電力検出回路221の代わりにダイオード素子を使用した検波回路を使用しても良い。2乗根回路も図4のような構成のものに限定されるものでない。さらに、差動アンプAMP1とMOSFET Q30〜Q33からなるバイアス電流生成回路は、フィードバックパスに2乗根回路を持たずに、演算増幅回路等を用いて入力を2乗変換した電流を出力する回路として構成するようにしても良い。
Further, the output
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である携帯電話機に用いられる高周波電力増幅回路およびパワーモジュールに適用した場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものでなく、無線LANを構成する高周波電力増幅回路およびパワーモジュールなどに利用することができる。 In the above description, the case where the invention made mainly by the present inventor is applied to a high frequency power amplifier circuit and a power module used in a mobile phone which is a field of use behind the present invention has been described, but the present invention is not limited thereto. It can be used for a high-frequency power amplifier circuit and a power module that constitute a wireless LAN.
100 RFデバイス
110 ベースバンド回路
200 パワーモジュール
210 高周波電力増幅回路
220 出力電力制御回路
221 出力電力検出回路(検波回路)
223 誤差アンプ
224 電流検出回路
225 電圧−電流変換回路
227 カプラ
228 プリチャージ回路
230 バイアス回路
231 電流生成回路
232 2乗根回路
300 フロントエンド・モジュール
ANT 送受信用アンテナ
LPF ロウパスフィルタ
LNA ロウノイズアンプ
GCA 可変利得アンプ
DESCRIPTION OF
223
Claims (10)
前記バイアス回路は、前記出力電力制御電圧を2乗変換したバイアス電流を出力し、該バイアス電流を前記バイアス用トランジスタに流すことで前記電力増幅用トランジスタに前記出力電力制御電圧に応じた動作電流を流すように構成されていることを特徴とする高周波電力増幅回路。 A power amplifying transistor, a bias transistor that is current-mirror connected to the power amplifying transistor, and a bias circuit that causes a bias current to flow through the bias transistor according to an output power control voltage are amplified, and a high-frequency transmission signal is amplified. A high frequency power amplifier circuit,
The bias circuit outputs a bias current obtained by squaring the output power control voltage, and causes the bias current to flow through the bias transistor so that an operation current corresponding to the output power control voltage is supplied to the power amplification transistor. A high-frequency power amplifier circuit configured to flow.
前記バイアス回路は、前記出力電力制御電圧を2乗変換したバイアス電流を出力し、該バイアス電流を前記バイアス用トランジスタに流すことで前記電力増幅用トランジスタに前記出力電力制御電圧に応じた動作電流を流すように構成されていることを特徴とする高周波電力増幅用電子部品。 A power amplifying transistor; a bias transistor connected to the power amplifying transistor in a current mirror; a bias circuit for supplying a bias current to the bias transistor according to an output power control voltage; and detecting a magnitude of the output power An output power detection circuit; and an output power control circuit that generates an output power control voltage to be supplied to the bias circuit based on a detection signal of the output power detection circuit and a signal indicating a level of output power. A high-frequency power amplification electronic component that amplifies and outputs a high-frequency transmission signal according to a signal indicating a power level,
The bias circuit outputs a bias current obtained by squaring the output power control voltage, and causes the bias current to flow through the bias transistor so that an operation current corresponding to the output power control voltage is supplied to the power amplification transistor. An electronic component for high-frequency power amplification characterized by being configured to flow.
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