JP2007243873A - 高周波電力増幅器および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波電力増幅器に内蔵される増幅用トランジスタのコレクタ電流の温度依存性を改善する。
【解決手段】増幅用トランジスタ１と、増幅用トランジスタにバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタ２と、バイアス供給用トランジスタ２のベース電圧の温度特性を補償する温度補償用トランジスタ５，６を備え、バイアス電圧供給端子９から温度特性を有する抵抗１３を介してバイアス供給用トランジスタ２のベースに接続し、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流を一定に保つように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話端末等の通信装置の高周波回路部に設けられ高周波信号を増幅する高周波電力増幅器および、それを用いた通信装置に関するもので、特に、温度変動時の高周波電力増幅器のバイアス電流をほぼ一定に保つように制御する高周波電力増幅器に関するものである。

近年、携帯電話に代表される移動体通信機器は、小型軽量化と通話の長時間化を同時に満足されるため、より高い効率が要求されている。また、デジタル変調方式に対応した高周波電力増幅器では高い線形性が要求される。このような要求を満たす高周波電力増幅器を低コストで実現するため、トランジスタや受動部品を同一の半導体基板上に作製したＭＭＩＣ（Microwave Monolithic IC）の開発が行われてきている。また、さらなる小型化を進めるために、増幅用トランジスタに電圧や電流を供給するためのバイアス回路をＭＭＩＣに内蔵するなどの集積化も進んできている。

以下、従来の高周波電力増幅器について説明する。

図１４は、特許文献１に示されている、従来のエミッタフォロアトランジスタ型定電圧源バイアス回路を用いた高周波電力増幅器の回路図である。

図１４において、増幅用トランジスタ１のベースには、増幅用トランジスタ１にバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタ２のエミッタが、抵抗３を介して接続されている。このバイアス供給用トランジスタ２のエミッタは抵抗３を介して接地されており、エミッタフォロア構成となっている。図１４において、破線で囲んだ部分２０は高周波電力増幅器のバイアス回路部である。

また、バイアス供給用トランジスタ２のベースは、第１の温度補償用トランジスタ５のベースと接続されている。さらに、第１の温度補償用トランジスタ５のベースには、第２の温度補償用トランジスタ６のコレクタおよび抵抗７が接続される。第２の温度補償用トランジスタ６のベースは、第１の温度補償用トランジスタ５のエミッタと抵抗８に接続され、抵抗８のもう一方の端子は接地されている。

一方、第２の温度補償用トランジスタ６のエミッタは接地されている。抵抗７のもう一端は、バイアス電圧供給端子９と接続される。バイアス供給用トランジスタ２および第１の温度補償用トランジスタ５のコレクタは、電源端子１０に接続される。また、増幅用トランジスタ１のベースには信号入力端子１１が接続され、コレクタには信号出力端子１２が接続される。

つぎに、従来の高周波電力増幅器の動作について説明する。

バイアス電圧供給端子９には、電源回路により調整された電圧（例えば２．８Ｖとする）が与えられる。このとき、バイアス供給用トランジスタ２、第１の温度補償用トランジスタ５および第２の温度補償用トランジスタ６の各ベース−エミッタ電圧には、トランジスタのターン・オン電圧を超える電圧（およそ１．３Ｖ）がかかるため、各トランジスタ２，５，６はオンとなり、増幅用トランジスタ１が駆動される。

増幅用トランジスタ１のコレクタ電流は、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流により決定され、そのエミッタ電流は主に抵抗７の値により決定される。また、増幅用トランジスタ１とバイアス供給用トランジスタ２のベース−エミッタ電圧の温度変化を打ち消すために、第１の温度補償用トランジスタ５と第２の温度補償用トランジスタ６を２段接続している。
特許第３５３２８３４号公報（第１０頁、第１４図）

一般に、ＨＢＴを用いた増幅器では、高効率と高線形性を両立するためには、トランジスタのバイアス点をＢ級近くに設定するとともに、バイアス点の変動が発生しないようにする必要がある。

しかし、図１４に示す高周波電力増幅器用バイアス回路では、温度が変化したときの増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の変動を完全に無くすことは困難であるという問題点がある。上記従来の高周波電力増幅器についての動作説明においては、説明を簡単にするためにトランジスタのターン・オン電圧を１．３Ｖとしているが、デバイスの物理的特性からターン・オン電圧も温度により変化する。一例として、室温において１．３０Ｖのトランジスタのターン・オン電圧は、室温よりも低い温度では１．３５Ｖ、室温よりも高い温度では１．２５Ｖというように変化する。

ところで、通信機器における制御電圧は２．８Ｖ程度に設定される傾向にあり、抵抗７にかかる電圧は室温のときには０．２Ｖ（２．８Ｖ−１．３０Ｖ×２）、室温よりも低いときには０．１Ｖ（２．８Ｖ−１．３５Ｖ×２）、室温よりも高いときには０．３Ｖ（２．８Ｖ−１．２５Ｖ×２）となる。よって、室温時に抵抗７にかかる電圧に対して、トランジスタのターン・オン電圧の温度変化に伴う影響は無視できないものである。

図２に、図１４に示す高周波電力増幅器について、温度と増幅用トランジスタ１のコレクタ電流との関係を調べた結果を示す。この図からわかるように、上記トランジスタのターン・オン電圧の変化により、−２５℃から８５℃までの範囲で増幅用トランジスタ１のコレクタ電流は３０ｍＡから５５ｍＡまで変動している。この結果、利得や歪み等の増幅器の高周波特性も大きく変動することになる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の温度変動を小さくすることができる高周波電力増幅器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる高周波電力増幅器は、増幅用トランジスタと、増幅用トランジスタにバイアス電圧供給端子への印加電圧に応じたバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタと、バイアス電圧供給端子への印加電圧に応じた電流を流す第１の温度補償用トランジスタと、第１の温度補償用トランジスタに供給されるバイアス電流を補正することにより、バイアス供給用トランジスタのベース電圧の温度特性を補償する第２の温度補償用トランジスタとを備え、温度が変化したとしても増幅用トランジスタのコレクタ電流をほぼ一定保つように、バイアス供給用トランジスタのバイアス電流が制御されている。

上記のように、温度が変化したとしても増幅用トランジスタのコレクタ電流をほぼ一定保つように、バイアス供給用トランジスタのバイアス電流を制御するための手段としては、たとえば、バイアス供給用トランジスタのベースおよび第１の温度補償用トランジスタのベースとバイアス電圧供給端子９を、温度変化に応じて流れる電流が変化するような温度特性を有する素子で接続することにより実現できる。

この素子は、例えば温度特性を有する抵抗で実現でき、低温時には流れる電流を増やすために低抵抗となり、高温時には流れる電流を減らすために高抵抗となるような、正の温度特性を有するものとする。

また、温度変化時の増幅用トランジスタのコレクタ電流をほぼ一定保つように、バイアス供給用トランジスタのバイアス電流を制御するための他の手段としては、一方がバイアス供給用トランジスタのエミッタに接続されもう一方が接地された、温度変化に応じて流れる電流が変化するような素子で接続することにより実現できる。

この素子は、例えば温度特性を有する抵抗で実現でき、低温時には増幅用トランジスタに流れる電流を増やすために高抵抗となり、高温時には流れる電流を減らすために低抵抗となるような、負の温度特性を有するものとする。

さらに、ＭＭＩＣに形成した、正の温度特性を有する抵抗および負の温度特性を有する抵抗を使って、温度変化時の増幅用トランジスタのコレクタ電流をほぼ一定保つように、バイアス供給用トランジスタのバイアス電流を制御する場合、抵抗の正・負の温度係数
は多くの種類を用意できるわけではない。そのため、バイアス供給用トランジスタのバイアス電流を所望の温度特性と出来ない可能性がある。

これを解決する手段として、正の温度特性を有する抵抗と負の温度特性を有する抵抗を直列に接続して合成抵抗値と合成温度係数を有する抵抗として動作させることにより、温度変化時の増幅用トランジスタのコレクタ電流をほぼ一定保つように、バイアス供給用トランジスタのバイアス電流を制御することができる。

上記、正の温度特性を有する抵抗と負の温度特性を有する抵抗を直列に接続する場合、ＭＭＩＣチップ面積の増大を招かないために、半導体プロセスによりそれぞれの抵抗を積層構造で作製することが望ましい。

本発明の高周波電力増幅装置によれば、複雑な回路構成とすることなしに温度補償機能を付加することが可能である。また、正・負の温度特性を有する抵抗を接続することで、抵抗の温度係数を任意に設計することができ、高周波電力増幅器の温度特性の改善ができる。さらに、抵抗構造の工夫により、正・負の抵抗を用いることでの素子数の増加によるチップ面積の増大なしに、高周波電力増幅器の温度特性を大幅に改善することができる。

以下、発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における高周波電力増幅器の回路図を示すものである。図１において、従来の高周波電力増幅器の回路と同様の回路構成要素には同様の符号を付した。

図１の高周波電力増幅器では、増幅用トランジスタ１のベースに、増幅用トランジスタ１にバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタ２のエミッタが接続されている。

バイアス供給用トランジスタ２のエミッタは抵抗４を介して接地されており、エミッタフォロア構成となっている。図中２０の破線で囲んだ部分がバイアス回路である。

バイアス供給用トランジスタ２のベースは、第２の温度補償用トランジスタ６のコレクタと接続され、第１の温度補償用トランジスタ５のベースと接続される。第１の温度補償用トランジスタ５のベースは、正の温度特性を有する抵抗１３を介してバイアス電圧供給端子９と接続される。また、第２の温度補償用トランジスタ６のベースは、第１の温度補償用トランジスタ５のエミッタと接続されたのち、抵抗８を介して接地される。第２の温度補償用トランジスタ６のエミッタは接地される。バイアス供給用トランジスタ２および第１の温度補償用トランジスタ５のコレクタは、電源端子１０に接続される。また増幅用トランジスタ１のベースには、高周波信号入力端子１１が接続され、コレクタには高周波信号出力端子１２が接続される。

本実施の形態の高周波電力増幅器は、図１３に示す通信装置に用いられる高周波電力増幅器４１であって、図１に示す高周波電力増幅器で構成されたものである。

第１の実施の形態における高周波電力増幅器の動作について説明する。バイアス電圧供給端子９には、高周波電力増幅器のバイアス回路を動作させ、増幅用トランジスタを駆動するために、例えば２．８Ｖの電圧が供給される。このときバイアス供給用トランジスタ２、第１の温度補償用トランジスタ５および第２の温度補償用トランジスタ６の各ベース−エミッタ間には、ターン・オン電圧（室温で１．３Ｖ程度）を超える電圧がかかるためオンとなり、増幅用トランジスタ１が駆動する。

また、第１の温度補償用トランジスタ５は、バイアス電圧供給端子９への供給電圧に応じた電流を流す。第２の温度補償用トランジスタ６は、第１の温度補償用トランジスタ５に流れる電流に応じてバイアス供給用トランジスタ２から増幅用トランジスタ１に供給されるバイアス電流を補正することにより、バイアス供給用トランジスタ２のベース電圧の温度特性を補償する。増幅用トランジスタ１のコレクタ電流は、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流により決定され、このエミッタ電流は主に抵抗１３を流れる電流により決定される。

上記で、各トランジスタのベース−エミッタ間のターン・オン電圧は室温で１．３Ｖ程度であると記したが、低温時には１．３５Ｖ程度に、また高温時には１．２５Ｖ程度にと変化する。この変化に伴い、抵抗１３にかかる電圧は低温時には０．１Ｖ程度に、高温時には０．３Ｖ程度へと変化し、抵抗１３の抵抗値が一定値であれば、流れる電流は温度が変化することで大きく変化する。この結果、温度が変化することで増幅用トランジスタのコレクタ電流が変化することになる。

そこで、第１の実施の形態に示す抵抗１３は、低温時には抵抗値が低くなり、高温時には抵抗値が高くなる正の温度特性を有するものとする。これにより、抵抗１３にかかる電圧が低くなる低温時には抵抗値が低くなり電流が減少するのを抑制し、電圧が高くなる高温時には抵抗値が高くなり電流が増加するのを抑制し、抵抗１３に流れる電流の温度による変化を抑制する。この結果、増幅用トランジスタの電流の温度変化が改善される。

図２に、第１の実施の形態における増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の温度特性を示したが、従来例と比べてコレクタ電流の温度変化が大幅に改善している。

抵抗１３の抵抗温度係数の最適値は、高周波電力増幅器に用いられる各トランジスタの特性および各抵抗値により異なるが、例えば１×１０^-4から７×１０^-3程度である。また、抵抗１３は半導体抵抗もしくは金属抵抗によりＭＭＩＣ上に形成することができる。

（第２の実施の形態）
図３に、本発明の第２の実施の形態における高周波電力増幅器の回路図を示す。図３の高周波電力増幅器では、増幅用トランジスタ１のベースに、増幅用トランジスタ１にバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタ２のエミッタが接続されている。

バイアス供給用トランジスタ２のベースは、第２の温度補償用トランジスタ６のコレクタと接続され、第１の温度補償用トランジスタ５のベースと接続される。第１の温度補償用トランジスタ５のベースは、抵抗７を介してバイアス電圧供給端子９と接続される。また、第２の温度補償用トランジスタ６のベースは、第１の温度補償用トランジスタ５のエミッタと接続されたのち、抵抗８を介して接地される。第２の温度補償用トランジスタ６のエミッタは接地される。バイアス供給用トランジスタ２および第１の温度補償用トランジスタ５のコレクタは、電源端子１０に接続される。また増幅用トランジスタ１のベースには、高周波信号入力端子１１が接続され、コレクタには高周波信号出力端子１２が接続される。バイアス供給用トランジスタ２のエミッタは温度特性を有する抵抗１４を介して接地されている。

本実施の形態の高周波電力増幅器は、図１３に示す通信装置に用いられる高周波電力増幅器４１であって、図３に示す高周波電力増幅器で構成されたものである。

第２の実施の形態においては、温度変化に伴うターン・オン電圧の変化により、抵抗７に流れる電流が変化し、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流が変化するが、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタに接続した温度特性を有する抵抗１４によりバイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流の変化を抑制し、その結果、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の変化を抑制する。

第１の実施の形態で説明したように、抵抗７を流れる電流は低温時には抵抗にかかる電圧が低くなるために電流が低くなり、高温時には抵抗にかかる電圧が高くなる為に電流が高くなる。バイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流は抵抗７に流れる電流により決まるので、低温時にはエミッタ電流は低くなり、高温時にはエミッタ電流は高くなる。このとき、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタに接続した抵抗１４は、低温時には抵抗が高くなり高温時には抵抗が低くなるような負の温度特性を有するものであり、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流の温度変化を抑制する。その結果、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の温度特性が改善される。

抵抗１４の抵抗温度係数の最適値は、高周波電力増幅器に用いられる各トランジスタの特性および各抵抗値により異なるが、例えば−１×１０^-4から−７×１０^-3程度である。また、抵抗１４は金属抵抗によりＭＭＩＣ上に形成することができる。

（第３の実施の形態）
図４に、本発明の第３の実施の形態における高周波電力増幅器の回路図を示す。第１の実施の形態との違いは、バイアス供給用トランジスタ２のベースとバイアス電圧供給端子９の間に、温度特性を有する抵抗１３に加えて、抵抗１３の温度特性と極性の異なる温度特性を有する抵抗１５を直列に接続したことである。

本実施の形態の高周波電力増幅器は、図１３に示す通信装置に用いられる高周波電力増幅器４１であって、図４に示す高周波電力増幅器で構成されたものである。

第３の実施の形態においては、抵抗１３と抵抗１５を組み合せることで、抵抗温度係数のより詳細な設定が可能となり、これにより、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の変化をさらに抑制することができる。

抵抗１５の抵抗温度係数の最適値は、第２の実施の形態における抵抗１４と同様、例えば−１×１０^-4から−７×１０^-3程度であり、抵抗１５は金属抵抗によりＭＭＩＣ上に形成することができる。

（第４の実施の形態）
図５に、本発明の第４の実施の形態における高周波電力増幅器の回路図を示す。第２の実施の形態との違いは、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタに接続した温度特性を有する抵抗１４に加えて、抵抗１４の温度特性と極性の異なる温度特性を有する抵抗１６を直列に接続したことである。

本実施の形態の高周波電力増幅器は、図１３に示す通信装置に用いられる高周波電力増幅器４１であって、図５に示す高周波電力増幅器で構成されたものである。

第４の実施の形態においては、抵抗１４と抵抗１６を組み合せることで、抵抗温度係数のより詳細な設計が可能となり、これにより、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の変化をさらに抑制することができる。

抵抗１６の抵抗温度係数の最適値は、第１の実施の形態における抵抗１３と同様、例えば１×１０^-4から７×１０^-3程度であり、抵抗１６は金属抵抗によりＭＭＩＣ上に形成することができる。

（第５の実施の形態）
図６に、本発明の第５の実施の形態における高周波電力増幅器の回路図を示す。第１の実施の形態との違いは、バイアス供給用トランジスタ２のベースとバイアス電圧供給端子９の間に、温度特性を有する抵抗１３を配置するのに加えて、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタに接続した温度特性を有する抵抗１４を配置したものである。第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様、抵抗１３は正の温度特性を有する抵抗であり、抵抗１４は負の温度特性を有するものである。

本実施の形態の高周波電力増幅器は、図１３に示す通信装置に用いられる高周波電力増幅器４１であって、図６に示す高周波電力増幅器で構成されたものである。

第５の実施の形態においては、抵抗１３と抵抗１４の両方の抵抗によるバイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流制御が可能であり、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の変化をさらに抑制することができる。

（第６の実施の形態）
図７に、本発明の第６の実施の形態における高周波電力増幅器の回路図を示す。第５の実施の形態との違いは、バイアス供給用トランジスタ２のベースとバイアス電圧供給端子９の間に、温度特性を有する抵抗１３に加えて、抵抗１３の温度特性と極性の異なる温度特性を有する抵抗１５を直列に接続し、かつ、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタに接続した温度特性を有する抵抗１４に加えて、抵抗１４の温度特性と極性の異なる温度特性を有する抵抗１６を直列に接続したことである。本実施の形態においても、抵抗１３および抵抗１６は正の温度特性を有する抵抗であり、抵抗１４および抵抗１５は負の温度特性を有するものである。

本実施の形態の高周波電力増幅器は、図１３に示す通信装置に用いられる高周波電力増幅器４１であって、図７に示す高周波電力増幅器で構成されたものである。

第６の実施の形態においては、抵抗１３と抵抗１５の組み合せによる詳細な抵抗温度係数の設計および、抵抗１４と抵抗１６の組み合せによる詳細な抵抗温度係数の設計により、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流制御が可能であり、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の変化をさらに抑制することができる。

（第７の実施の形態）
図８に、本発明の第７の実施の形態における高周波電力増幅器の回路図を示す。第１の実施の形態との違いは、バイアス供給用トランジスタ２のベースと抵抗１３および第１の温度補償用トランジスタ５の接続点の間に、バイアス供給用トランジスタ２のベースと温度補償用トランジスタ５のベースの電圧調整用の抵抗１７を配置したことである。

第７の実施の形態においても、温度特性を有する抵抗１３によりバイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流が制御され、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の変化をさらに抑制することができる。

本実施の形態の高周波電力増幅器は、図１３に示す通信装置に用いられる高周波電力増幅器４１であって、図８に示す高周波電力増幅器で構成されたものである。

この第７の実施の形態において、本発明の第３の実施の形態のように、抵抗１３に加えて、抵抗１３の温度特性と極性の異なる温度特性を有する抵抗１５を直列に接続することも可能である。これにより、第３の実施の形態と同様、抵抗温度係数のより詳細な設定が可能となり、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の変化をさらに抑制することができる。

（第８の実施の形態）
図９に、本発明の第８の実施の形態における高周波電力増幅器の回路図を示す。第２の実施の形態との違いは、バイアス供給用トランジスタ２のベースと抵抗７および第１の温度補償用トランジスタ５の接続点の間に、バイアス供給用トランジスタ２のベースと温度補償用トランジスタ５のベースの電圧調整用の抵抗１７を配置したことである。

第８の実施の形態においても、温度特性を有する抵抗１４によりバイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流が制御され、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の変化を抑制することができる。

本実施の形態の高周波電力増幅器は、図１３に示す通信装置に用いられる高周波電力増幅器４１であって、図９に示す高周波電力増幅器で構成されたものである。

この第８の実施の形態において、本発明の第４の実施の形態のように、抵抗１４に加えて、抵抗１４の温度特性と極性の異なる温度特性を有する抵抗１６を直列に接続することも可能である。これにより、第４の実施の形態と同様、抵抗温度係数のより詳細な設定が可能となり、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の変化をさらに抑制することができる。

（第９の実施の形態）
図１０に、本発明の第９の実施の形態における高周波電力増幅器の回路図を示す。図１０の高周波電力増幅器では、増幅用トランジスタ１のベースに、増幅用トランジスタ１にバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタ２のエミッタが接続されている。バイアス供給用トランジスタ２のエミッタは抵抗４を介して接地されている。

バイアス供給用トランジスタ２のベースは、ベースの電圧調整用の抵抗１７を介して第１の温度補償用トランジスタ５のベースと接続され、第２の温度補償用トランジスタ６のコレクタと接続される。第１の温度補償用トランジスタ５のベースは、抵抗７を介してバイアス電圧供給端子９と接続される。また、第２の温度補償用トランジスタ６のベースは、第１の温度補償用トランジスタ５のエミッタと接続されたのち、温度特性を有する抵抗１８を介して接地される。第２の温度補償用トランジスタ６のエミッタは接地される。バイアス供給用トランジスタ２および第１の温度補償用トランジスタ５のコレクタは、電源端子１０に接続される。また増幅用トランジスタ１のベースには、高周波信号入力端子１１が接続され、コレクタには高周波信号出力端子１２が接続される。

本実施の形態の高周波電力増幅器は、図１３に示す通信装置に用いられる高周波電力増幅器４１であって、図１０に示す高周波電力増幅器で構成されたものである。

第９の実施の形態においては、温度変化に伴うターン・オン電圧の変化により、抵抗７に流れる電流が変化し、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流が変化するが、第１の温度補償用トランジスタ５のエミッタに接続した温度特性を有する抵抗１８により、温度補償用トランジスタ５のエミッタ電流が減少し、これにより、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流の変化を抑制し、その結果、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の変化を抑制する。

第１の実施の形態で説明したように、抵抗７を流れる電流は低温時には抵抗にかかる電圧が低くなるために電流が低くなり、高温時には抵抗にかかる電圧が高くなる為に電流が高くなる。バイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流は抵抗７に流れる電流により決まるので、低温時にはエミッタ電流は低くなり、高温時にはエミッタ電流は高くなる。一方、第１の温度補償用トランジスタ５のエミッタに接続した抵抗１８は負の温度特性を有し低温時には抵抗値が高くなるので、第１の温度補償用トランジスタ５を流れる電流が小さくなり、その結果バイアス供給用トランジスタ２のエミッタを流れる電流が大きくなる。逆に、高温時には抵抗１８の抵抗が低くなり、第１の温度補償用トランジスタ５を流れる電流が大きくなり、その結果バイアス供給用トランジスタ２のエミッタを流れる電流が小さくなる。このように、バイアス供給用トランジスタ２のエミッタ電流の温度変化を抑制することができ、増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の温度特性が改善される。

抵抗１８の抵抗温度係数の最適値は、高周波電力増幅器に用いられる各トランジスタの特性および各抵抗値により異なるが、例えば−１×１０^-4から−７×１０^-3程度である。また、抵抗１８は金属抵抗によりＭＭＩＣ上に形成することができる。

（第１０の実施の形態）
図１１に、本発明の第１０の実施の形態における抵抗の構造図を示す。

本発明の第３の実施の形態、第４の実施の形態、第６の実施の形態においては温度特性の極性が異なる２つの抵抗値を組み合わせて配置しているが、ＭＭＩＣ等に２つの抵抗を平面的に配置する場合、ＭＭＩＣチップ面積の増大という問題が発生する。

これを解決する手段としては、図１１に示すように、半導体プロセスを用いて２つの抵抗を積層構造として構成することが考えられる。このような抵抗の形成方法を以下に示す。

半導体基板２１の上に、エッチング工程、イオン注入工程、蒸着工程を用いて、半導体もしくは金属を組成とした第１の抵抗２２が形成される。つぎに、第１の層間絶縁膜２３が配線や抵抗等の導電層の分離のために形成される。つぎに、第１の抵抗２２と外部を接続する第１の配線層２４および第１の抵抗２２と第２の抵抗２７を接続するコンタクト２５が蒸着等により形成される。つぎに、第２の層間絶縁膜２６が形成され、その上に第２の抵抗２７が蒸着等により形成される。その後、第２の抵抗２７と外部を接続する第２の配線２８が蒸着等により形成される。

このように、抵抗を積層構造として構成することにより、ＭＭＩＣチップ面積の増加なしに、２つの抵抗を形成することができる。また別の効果として、ＭＭＩＣチップ上の温度の平面的な分布に影響されずに抵抗が温度検知できることになり、温度特性改善効果の向上が期待できる。

（第１１の実施の形態）
図１２に、本発明の第１１の実施の形態における高周波電力増幅器の構成を示すブロック図を示す。この高周波電力増幅器は、例えば第１の実施の形態のバイアス回路２０および増幅用トランジスタ１を２個ずつ用いて２段構成の高周波電力増幅器としたものである。図１２において、３１は整合回路、３２は２段高周波電力増幅器の信号入力端子、３３は２段高周波電力増幅器の信号出力端子である。

バイアス回路２０については、第１の実施の形態で詳細に説明したのでここでは説明を省略する。増幅用トランジスタ１、バイアス回路２０は同一半導体基板上に形成されており、整合回路３１も同一半導体基板上に形成することができる。

本実施の形態の高周波電力増幅器は、図１３に示す通信装置に用いられる高周波電力増幅器４１であって、図１２に示す高周波電力増幅器で構成されたものである。

本実施の形態においては、第１の実施の形態のバイアス回路を例に説明したが、第１から第９の実施の形態に示したバイアス回路を適用してもよい。さらに、本実施の形態では２段構成の高周波電力増幅器を例に説明したが、３段構成の高周波電力増幅器とすることも可能である。

本発明にかかる第１から第９の実施の形態のバイアス回路を多段構成の高周波電力増幅器に用いることで、高周波電力増幅器に用いた増幅用トランジスタのコレクタ電流の温度特性が改善される。

（第１２の実施の形態）
図１３に、本発明の第１２の実施の形態における通信装置の構成を示すブロック図を示す。この高周波電力増幅器は、例えば第１１の実施の形態のバイアス回路２０および増幅用トランジスタ１を２個ずつ用いた２段構成の高周波電力増幅器で構成される。

図１３において、４１は高周波電力増幅器、４２は高周波電力増幅器４１の出力に接続されるアイソレータ、４３はアイソレータ４２、アンテナ４４およびフロントエンドＩＣ４５に接続したデュープレクサである。また、４６は送信・受信部に設けられたバンドパスフィルタ、４７はＶＣＯ、４８はＰＬＬ、４９はＴＣＸＯ、５０はアップコンバータ、５１は中間周波数信号を処理するＩＦ回路である。

本発明の高周波電力増幅装置によれば、複雑な回路構成とすることなしに温度補償機能を付加することが可能である。また、正・負の温度特性を有する抵抗を接続することで、抵抗の温度係数を任意に設計することができ、高周波電力増幅器の温度特性の改善ができる。さらに、抵抗構造の工夫により、正・負の抵抗を用いることでの素子数の増加によるチップ面積の増大なしに、高周波電力増幅器の温度特性を大幅に改善することができる。

本発明の第１の実施の形態における高周波電力増幅器の構成を示す回路図 本発明の第１の実施の形態における増幅用トランジスタのコレクタ電流の温度依存性を示す図 本発明の第２の実施の形態における高周波電力増幅器の構成を示す回路図 本発明の第３の実施の形態における高周波電力増幅器の構成を示す回路図 本発明の第４の実施の形態における高周波電力増幅器の構成を示す回路図 本発明の第５の実施の形態における高周波電力増幅器の構成を示す回路図 本発明の第６の実施の形態における高周波電力増幅器の構成を示す回路図 本発明の第７の実施の形態における高周波電力増幅器の構成を示す回路図 本発明の第８の実施の形態における高周波電力増幅器の構成を示す回路図 本発明の第９の実施の形態における高周波電力増幅器の構成を示す回路図 本発明の第１０の実施の形態における抵抗の構造を示す図 本発明の第１１の実施の形態における高周波電力増幅器の構成を示すブロック図 本発明の第１２の実施の形態における通信装置の構成を示すブロック図 従来の高周波電力増幅器の構成を示す回路図

符号の説明

１ 増幅用トランジスタ
２ バイアス供給用トランジスタ
３，４，７，８，１３，１４，１５，１６，１７，１８ 抵抗
５ 第１の温度補償用トランジスタ
６ 第２の温度補償用トランジスタ
９ バイアス電圧供給端子
１０ 電源端子
１１ 信号入力端子
１２ 信号出力端子
２０ バイアス回路
２１ 半導体基板
２２ 第１の抵抗
２３ 第１の層間絶縁膜
２４ 第１の配線層
２５ コンタクト
２６ 第２の層間絶縁膜
２７ 第２の抵抗
２８ 第２の配線層
３１ 整合回路
３２ ２段高周波電力増幅器の信号入力端子
３３ ２段高周波電力増幅器の信号出力端子
４１ 高周波電力増幅器
４２ アイソレータ
４３ デュープレクサ
４４ アンテナ
４５ フロントエンドＩＣ
４６ バンドパスフィルタ
４７ ＶＣＯ
４８ ＰＬＬ
４９ ＴＣＸＯ
５０ アップコンバータ
５１ ＩＦ回路

Claims (17)

1. 外部から制御信号が入力される制御入力端子と、増幅用トランジスタのバイアス入力部に前記制御信号に応じたバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタと、前記バイアス供給用トランジスタの印加電圧に応じた電流が流れる第１の温度補償用トランジスタと、前記第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて前記バイアス供給用トランジスタから前記増幅用トランジスタに供給されるバイアス電流を補正する第２の温度補償用トランジスタを備え、前記バイアス供給用トランジスタに流れる電流は温度変化に追随することなくほぼ一定に保たれることを特徴とする高周波電力増幅器。
2. 外部から制御信号が入力される制御入力端子と、増幅用トランジスタのバイアス入力部に前記制御信号に応じたバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタと、前記バイアス供給用トランジスタの印加電圧に応じた電流が流れる第１の温度補償用トランジスタと、前記第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて前記バイアス供給用トランジスタから前記増幅用トランジスタに供給されるバイアス電流を補正する第２の温度補償用トランジスタを備え、前記制御入力端子とバイアス供給用トランジスタのベースの間に温度特性を有する素子を接続したことを特徴とする高周波電力増幅器。
3. 前記温度特性を有する素子は、正の温度特性を有する抵抗で構成された、請求項２記載の高周波電力増幅器。
4. 前記温度特性を有する素子は、正の温度特性を有する抵抗と負の温度特性を有する抵抗を接続して構成された、請求項２記載の高周波電力増幅器。
5. 外部から制御信号が入力される制御入力端子と、増幅用トランジスタのバイアス入力部に前記制御信号に応じたバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタと、前記バイアス供給用トランジスタの印加電圧に応じた電流が流れる第１の温度補償用トランジスタと、前記第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて前記バイアス供給用トランジスタから前記増幅用トランジスタに供給されるバイアス電流を補正する第２の温度補償用トランジスタを備え、前記バイアス供給用トランジスタのエミッタは温度特性を有する素子で接地したことを特徴とする高周波電力増幅器。
6. 前記温度特性を有する素子は、負の温度特性を有する抵抗で構成された、請求項５記載の高周波電力増幅器。
7. 前記温度特性を有する素子は、負の温度特性を有する抵抗と正の温度特性を有する抵抗を接続して構成された、請求項５記載の高周波電力増幅器。
8. 外部から制御信号が入力される制御入力端子と、増幅用トランジスタのバイアス入力部に前記制御信号に応じたバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタと、前記バイアス供給用トランジスタの印加電圧に応じた電流が流れる第１の温度補償用トランジスタと、前記第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて前記バイアス供給用トランジスタから前記増幅用トランジスタに供給されるバイアス電流を補正する第２の温度補償用トランジスタを備え、前記制御入力端子とバイアス供給用トランジスタのベースの間に温度特性を有する素子を接続され、前記バイアス供給用トランジスタのエミッタは温度特性を有する素子で接地したことを特徴とする高周波電力増幅器。
9. 前記制御入力端子とバイアス供給用トランジスタのベースの間に接続した温度特性を有する素子は、正の温度特性を有する抵抗で構成され、前記バイアス供給用トランジスタのエミッタを接地する温度特性を有する素子は、負の温度特性を有する抵抗で構成される、請求項８記載の高周波電力増幅器。
10. 前記制御入力端子とバイアス供給用トランジスタのベースの間に接続した温度特性を有する素子は、正の温度特性を有する抵抗と負の温度特性を有する抵抗を接続して構成され、前記バイアス供給用トランジスタのエミッタを接地する温度特性を有する素子は、負の温度特性を有する抵抗と正の温度特性を有する抵抗を接続して構成される、請求項８記載の高周波電力増幅器。
11. 外部から制御信号が入力される制御入力端子と、増幅用トランジスタのバイアス入力部に前記制御信号に応じたバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタと、前記バイアス供給用トランジスタの印加電圧に応じた電流が流れる第１の温度補償用トランジスタと、前記第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて前記バイアス供給用トランジスタから前記増幅用トランジスタに供給されるバイアス電流を補正する第２の温度補償用トランジスタと、前記バイアス供給用トランジスタのベースと前記第１の温度補償用トランジスタのベースの間に抵抗を備え、前記第１の温度補償用トランジスタのエミッタと前記第２の温度補償用トランジスタのベースの接続点は温度特性を有する素子で接地されたことを特徴とする高周波電力増幅器。
12. 前記温度特性を有する素子は、負の温度特性を有する抵抗で構成された、請求項１１記載の高周波電力増幅器。
13. 前記温度特性を有する素子は、負の温度特性を有する抵抗と正の温度特性を有する抵抗を接続して構成された、請求項１１記載の高周波電力増幅器。
14. 前記正の温度特性を有する抵抗と負の温度特性を有する抵抗を接続した構成および、前記負の温度特性を有する抵抗と正の温度特性を有する抵抗を接続した構成は、積層構造で構成されることを特徴とする、請求項４，７，１０，１３記載の高周波電力増幅器。
15. 送信部、受信部、共用器部とシンセサイザ部を含む高周波回路ブロックを備え、前記送信部は入力された変調信号を、ある送信周波数の送信信号に変換する変調器と、前記変調器で得られた送信信号から所望の信号帯域を通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通過した信号を増幅する高周波電力増幅器と、前記高周波電力増幅器と前記共用器部との間に設けられ、前記高周波電力増幅器からの信号を共用器部に向けて一方向に通過させるアイソレータとを含み、
    前記高周波電力増幅器が、外部から制御信号が入力される制御入力端子と、増幅用トランジスタのバイアス入力部に前記制御信号に応じたバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタと、前記バイアス供給用トランジスタの印加電圧に応じた電流が流れる第１の温度補償用トランジスタと、前記第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて前記バイアス供給用トランジスタから前記増幅用トランジスタに供給されるバイアス電流を補正する第２の温度補償用トランジスタを備え、前記制御入力端子とバイアス供給用トランジスタのベースの間に温度特性を有する素子を接続したことを特徴とする、通信装置。
16. 送信部、受信部、共用器部とシンセサイザ部を含む高周波回路ブロックを備え、前記送信部は入力された変調信号を、ある送信周波数の送信信号に変換する変調器と、前記変調器で得られた送信信号から所望の信号帯域を通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通過した信号を増幅する高周波電力増幅器と、前記高周波電力増幅器と前記共用器部との間に設けられ、前記高周波電力増幅器からの信号を共用器部に向けて一方向に通過させるアイソレータとを含み、
    前記高周波電力増幅器が、外部から制御信号が入力される制御入力端子と、増幅用トランジスタのバイアス入力部に前記制御信号に応じたバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタと、前記バイアス供給用トランジスタの印加電圧に応じた電流が流れる第１の温度補償用トランジスタと、前記第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて前記バイアス供給用トランジスタから前記増幅用トランジスタに供給されるバイアス電流を補正する第２の温度補償用トランジスタを備え、前記バイアス供給用トランジスタのエミッタは温度特性を有する素子で接地したことを特徴とする、通信装置。
17. 送信部、受信部、共用器部とシンセサイザ部を含む高周波回路ブロックを備え、前記送信部は入力された変調信号を、ある送信周波数の送信信号に変換する変調器と、前記変調器で得られた送信信号から所望の信号帯域を通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通過した信号を増幅する高周波電力増幅器と、前記高周波電力増幅器と前記共用器部との間に設けられ、前記高周波電力増幅器からの信号を共用器部に向けて一方向に通過させるアイソレータとを含み、
    前記高周波電力増幅器が、外部から制御信号が入力される制御入力端子と、増幅用トランジスタのバイアス入力部に前記制御信号に応じたバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタと、前記バイアス供給用トランジスタの印加電圧に応じた電流が流れる第１の温度補償用トランジスタと、前記第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて前記バイアス供給用トランジスタから前記増幅用トランジスタに供給されるバイアス電流を補正する第２の温度補償用トランジスタと、前記バイアス供給用トランジスタのベースと前記第１の温度補償用トランジスタのベースの間に抵抗を備え、前記第１の温度補償用トランジスタのエミッタと前記第２の温度補償用トランジスタのベースの接続点は温度特性を有する素子で接地されたことを特徴とする、通信装置。

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