JP2008035203A - 電力増幅回路およびそれを用いた送信機ならびに送受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】検波回路を付加したことによる出力電力や利得の低下が小さく、バラツキや温度変動による検波電圧特性の変動が少なく、強入力時の出力電力の劣化が少ない電力増幅回路、およびそれを用いた送信機ならびに送受信機を提供する。
【解決手段】エミッタ接地増幅回路、バイアス回路、検波回路より構成される電力増幅回路であって、エミッタ接地増幅回路の増幅用トランジスタ７と検波回路１１０の接地をそれぞれ接地端子１０１と接地端子１０２を介して接地する構成であって、接地端子１０１と接地端子１０２をそれぞれ独立して接地するとともに、増幅用トランジスタ７のエミッタよりピックアップ容量１１とピックアップ抵抗１２を介して検波回路１１０に接続してから接地端子１０１を介して接地する構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、検波回路を有した電力増幅回路に関し、特に、セルラ電話や無線ＬＡＮ等の送受信機や、ＴＶ、ＣＡＴＶ、衛星放送、衛星通信等の受信機と、それらに用いられる低雑音増幅回路、電力増幅回路に適用して有効な技術に関する。

本発明者が検討した技術として、検波回路を有した電力増幅回路の従来技術に関しては、たとえば一例として図９に示すような構成のものが考えられる。

図９に示す検波回路を有した電力増幅回路は、無線ＬＡＮシステムにおいて、変調された無線周波信号（ＲＦ信号）をアクセスポイントあるいは無線ＬＡＮシステムを搭載している他のパーソナルコンピュータ等に送信するための送信部の最終段に用いられている電力増幅回路の一例を示したものであり、入力される信号は周波数が５ＧＨｚ帯のＲＦ信号であり、電源電圧は３．３Ｖである。

図９の検波回路を有した電力増幅回路は、ＲＦ信号入力端子１と、ＲＦ信号出力端子２と、電力増幅回路の電源端子３と、検波回路の電源端子４と、基準電圧端子５と、検波電圧出力端子６と、増幅用トランジスタ７と、接地容量８，９，１０と、ピックアップ容量１１と、ピックアップ抵抗１２と、バイアス用抵抗１３と、バイアス用インダクタ１４と、入力整合回路２０と、出力整合回路３０と、バイアス回路４０と、検波回路５０を有しており、増幅用トランジスタ７のエミッタを接地し、ベースを入力整合回路２０を介し、ＲＦ信号入力端子１に接続するとともに、バイアス用インダクタ１４とバイアス用抵抗１３を介してバイアス回路４０に接続し、コレクタを出力整合回路３０を介し、ＲＦ信号出力端子２と電源端子３に接続するとともに、ピックアップ容量１１とピックアップ抵抗１２を介して検波回路５０に接続する。

さらに、バイアス回路４０は、バイアス用トランジスタ４２，４３と、電流調整用抵抗４１を有し、エミッタが接地されたバイアス用トランジスタ４３のベースをバイアス用トランジスタ４２のエミッタに接続し、バイアス用トランジスタ４３のコレクタをバイアス用トランジスタ４２のベースに接続し、電流調整用抵抗４１を介して基準電圧端子５に接続する。そして、バイアス用トランジスタ４２のコレクタを電源端子３に接続するとともに、バイアス用トランジスタ４３のベースとバイアス用トランジスタ４２のエミッタの接続点をバイアス用抵抗１３に接続する。

また、検波回路５０は、検波用ダイオード５２とバイアス用抵抗５１，５４と、接地容量５３を有し、検波用ダイオード５２のカソードを接地容量５３とバイアス用抵抗５４で接地するとともに、検波電圧出力端子６に接続し、検波用ダイオード５２のアノードをバイアス用抵抗５１を介して検波回路の電源端子４に接続するとともに、ピックアップ抵抗１２に接続する。

以上の検波回路を有した電力増幅回路は、ＲＦ信号入力端子１に入力された５ＧＨｚ帯のＲＦ信号を増幅用トランジスタ７により増幅し、ＲＦ信号出力端子２に出力するとともに、出力信号の一部を検波回路５０に入力することにより、その入力された信号レベルに対応した検波電圧が、検波電圧出力端子６より出力される（例えば、特許文献１参照）。

ここで、この検波回路５０についての動作を説明する。検波回路５０はピックアップ容量１１とピックアップ抵抗１２を介して増幅用トランジスタ７の出力信号が検波用ダイオード５２のアノード側に接続されるとともに、カソード側が接地容量５３により接地されることから、ピックアップ容量１１とピックアップ抵抗１２を介して検波回路５０に入力される出力信号の振幅が、ダイオードの順方向電圧である約０．７Ｖを超えると、出力信号が正振幅のときに、検波用ダイオード５２と接地容量５３を介して高周波電流が流れ、検波用ダイオード５２のアノードとカソード間の電圧が０．７Ｖにクリップされる。一方、出力信号が負振幅のときは、検波用ダイオード５２には逆方向の信号振幅電圧が加わるためオフ状態となり、アノード側には出力信号がそのまま加わるため、検波用ダイオード５２の順方向電圧の平均値は検波回路５０に入力される出力信号レベルが大きくなると減少する方向となる。したがって、出力信号が大きくなるに従い、検波用ダイオード５２の順方向電圧による電圧降下が減少し、検波用ダイオード５２のカソード側の電位が上昇するため、検波電圧出力端子６より出力される検波電圧も上昇する。また、出力信号レベルに対する検波電圧出力特性は、バイアス用抵抗５１，５４の値により調整可能である。
特開平５−２２０６１号公報、図８

ところで、上記従来技術で示す検波回路を有した電力増幅回路では、増幅用トランジスタ７のコレクタからの出力電力の一部を検波回路５０にピックアップすることによる損失に加え、ピックアップ容量１１とピックアップ抵抗１２を接続することにより、増幅用トランジスタ７のコレクタに寄生成分が増加することによる損失により、電力増幅回路の出力電力や利得が不足するという課題を有していた。

さらに、検波用ダイオード５２のバラツキや温度変動により、ダイオードの順方向電圧が変動すると検波電圧出力端子にその変動が出力されるため、検波特性が検波用ダイオード５２のバラツキや温度変動の影響を受けやすい。このため、図９で示した検波回路を有した電力増幅回路を無線ＬＡＮ等の送受信機の送信部の電力増幅回路に用いた場合、検波電圧出力がバラツキや温度変動により変動すると正確な出力電力制御ができなくなるという課題を有していた。

また、増幅用トランジスタ７のベースとエミッタ間がダイオードとしてオン動作するような強レベルのＲＦ信号が入力された場合、入力されたＲＦ信号が正振幅時にクリップされるため、ベースとエミッタ間電圧の平均値が低下することで、バイアス回路４０からのベース電流が増加する。ベース電流が増えることでコレクタ電流が増加して、強入力時にコレクタ電流が増加することで出力電力が不足しないような構成となっている。しかし、図９で示した検波回路を有した電力増幅回路の従来技術では、強入力時にベース電流が増加した場合、バイアス用抵抗１３による電圧降下が大となることにより増幅用トランジスタ７へのバイアス電流が不足するので、入出力特性が劣化し、十分な出力パワーが得られないという課題があった。

そこで、本発明の目的は、検波回路を付加したことによる出力電力や利得の低下が小さく、バラツキや温度変動による検波電圧特性の変動が少なく、強入力時の出力電力の劣化が少ない電力増幅回路、およびそれを用いた送信機ならびに送受信機を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他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。

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、次のとおりである。

本発明は、上記目的を達成するために、上記課題である検波回路付加による出力電力や利得が不足するという課題を解決するための手段として、以下のような特徴を有するものである。なお、ここでは、本発明の特徴を分かり易くするために、上記図９の従来技術で示した検波回路を有した電力増幅回路と比較して説明する。

本発明において、上記課題を解決するための手段は、増幅用トランジスタ７のエミッタに第１の接地端子を、検波回路５０の接地に第２の接地端子を設け、それぞれの接地端子を独立して接地する構成とするとともに、ピックアップ容量１１とピックアップ抵抗１２を増幅用トランジスタ７のエミッタ側に接続してから第１の接地端子を介して接地する構成とした。

以上の構成では、増幅用トランジスタ７のコレクタ側にピックアップ容量１１とピックアップ抵抗１２を接続しないため、ピックアップによる損失の増加やコレクタの寄生成分の増加がないため、出力電力や利得の不足を改善することができる。

また、増幅用トランジスタ７のエミッタ側をピックアップする構成とすると、エミッタは接地されているため、検波に必要なレベルの信号が得られないことから、次のような構成とした。

すなわち、増幅用トランジスタ７のエミッタの接地端子から基板やＩＣのフレームに接地する場合、接地端子と接地間には微小インダクタンス分を含むため、エミッタの接地端子には若干の帰還がかかり、出力信号レベルに対応した信号が出力される。このため、エミッタの接地端子に出力される信号をピックアップしやすくできるように増幅用トランジスタ７のエミッタの接地と検波回路５０の接地を別々にする構成とした。

次に、検波特性が検波用ダイオードのバラツキや温度変動の影響を受けやすいという課題を解決するための手段についても、上記図９の従来技術で示した検波回路を有した電力増幅回路と比較して説明する。

本発明において、上記課題を解決するための手段は、検波回路をダイオードからなる検波部と検波部からの検波電圧と比較するための基準電圧を発生する基準部と検波部と基準部の電圧を比較増幅することで検波電圧を出力する構成とし、検波部は、カソードが接地された第１のダイオードのアノードと第２のダイオードのカソードを接続し、第２のダイオードのアノードを第１のバイアス抵抗を介して検波回路の電源端子に接続するとともに容量により接地し、第１のダイオードのアノードと第２のダイオードのカソードの接続点をピックアップ抵抗とピックアップ容量を介して増幅用トランジスタ７のエミッタに接続する構成であり、基準部は、カソードが接地された第３のダイオードのアノードと第４のダイオードのカソードを接続し、第４のダイオードのアノードを第２のバイアス抵抗を介して検波回路の電源端子に接続する構成であり、上記バッファ部の第１と第２のトランジスタのベースをそれぞれ第２のダイオードのアノードと第４のダイオードのアノードに接続した構成とし、バッファ部は第１のトランジスタのエミッタと第２のトランジスタのエミッタを共通接続し、電流源に接続し、これらのコレクタをそれぞれ第１の負荷抵抗と第２の負荷抵抗を介して検波回路の電源端子に接続するとともに、第１のトランジスタのコレクタを検波電圧出力端子とする構成とした。

以上の構成では、検波部からの検波電圧と基準部の基準電圧を差動構成のバッファ部で比較増幅して検波電圧出力とするため、検波部と基準部で同じ特性のダイオードを用いることで、検波用ダイオードのバラツキや温度変動を打ち消すことができるので、バラツキや温度変動の影響を受けにくい検波回路を得ることができる。

次に、上記の検波回路の動作について説明する。

検波部の第１のダイオードと第２のダイオードの接続点に出力信号を入力する構成とすることで、第１のダイオードは入力される出力信号振幅が正振幅の場合、順方向となり、第１のダイオードの端子間電圧が正振幅の時に約０．７Ｖにクリップされ、負振幅の時は逆方向となりクリップされないことから、第１のダイオードの端子間電圧は入力される出力信号振幅が大きくなるに従い低下する。一方、第２のダイオードは入力される出力信号振幅が負振幅の場合、順方向となり、第２のダイオードの端子間電圧が負振幅の時に約０．７Ｖにクリップされ、正振幅の時は逆方向となりクリップされないことから、第２のダイオードの端子間電圧も入力される出力信号振幅が大きくなるに従い低下する。このため、第１のダイオードも第２のダイオードも入力される出力信号振幅が大きくなると低下することから、第１のトランジスタのベース電圧は低下し、第１のトランジスタのコレクタ電流が減少し、第２のトランジスタのコレクタ電流が増加する。このとき、検波電圧出力端子は第１のトランジスタのコレクタに接続されているため、入力される出力信号振幅が大きくなるに従い、検波電圧出力端子からの検波電圧が上昇する。さらに、以上の構成では、検波部はダイオードを２個用いた構成であるため、上記図９の従来技術で示した検波回路に比べ、入力される出力信号振幅に対し、より大きな検波電圧出力が得られる。

次に、強入力時に増幅用トランジスタへのバイアス電流が不足して、入出力特性が劣化するという課題を解決するための手段についても、上記図９の従来技術で示した検波回路を有した電力増幅回路と比較して説明する。

本発明において、上記課題を解決するための手段は、電力増幅回路のバイアス回路４０のカレントミラー回路からのバイアス電流をバッファ用トランジスタから構成されるエミッタホロワ回路を介して増幅用トランジスタ７のベースに供給する構成とした。

以上の構成とすることにより、カレントミラー回路からのバイアス電流をエミッタホロワ回路により電流増幅して増幅用トランジスタ７のベースに供給するため、強入力時の増幅用トランジスタへのバイアス電流の不足が改善され、入出力特性の劣化の少ない電力増幅回路が得られる。

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以下のとおりである。

本発明によれば、検波回路を付加したことによる出力電力や利得の低下が小さい電力増幅回路と、バラツキや温度変動による検波電圧特性の変動が少ない検波回路と、強入力時の出力電力の劣化が少ない電力増幅回路が得られるとともに、これを送信機ならびに送受信機の送信用電力増幅回路に用いることにより、出力電力がより大きく、バラツキや温度変動に対して出力電力制御のし易い送信性能に優れた送信機ならびに送受信機を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（本発明の実施の形態の概要）
本発明の実施の形態においては、電力増幅回路に検波回路を付加したことによる出力電力や利得の低下を抑えるため、増幅用トランジスタのエミッタよりピックアップする構成とすることで、出力特性への影響が少ない構成とした。また、検波回路のバラツキや温度変動による検波電圧特性の変動を小さくするため、差動構成とすることにより、バラツキや温度変動を打ち消す構成とした。さらに、電力増幅回路の強入力時の出力電力の劣化を抑えるため、バイアス回路をカレントミラー回路からのバイアス電流をエミッタホロワ回路で電流増幅して供給することで、強入力時のバイアス電流の不足を抑える構成とした。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を、図１を用いて説明する。図１は、本発明による第１の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路を示す回路図である。図１により、第１の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路の構成および動作の一例を説明する。

図１において、１０１，１０２は接地端子、１１０は検波回路、１４１はバッファ用トランジスタ、１４２は接地容量、１４３は電流調整用抵抗であり、その他、図９に対応する部分については同一符号を付けて説明を省略する。

図１の検波回路１１０は、差動対トランジスタ１１１，１１２と、電流源トランジスタ１１３と、バイアス用トランジスタ１１４と、検波用ダイオード１１５，１１６と、基準電圧用ダイオード１１７，１１８と、負荷抵抗１１９，１２０と、接地容量１２１と、バイアス用抵抗１２２，１２４と、電流調整用抵抗１２５，１２６，１２７より構成されており、検波部が検波用ダイオード１１５，１１６、接地容量１２１、およびバイアス用抵抗１２２などから構成され、この検波部からの検波電圧と比較するための基準電圧を発生する基準部が基準電圧用ダイオード１１７，１１８、およびバイアス用抵抗１２４などから構成され、検波部からの検波電圧を出力するバッファ部が差動対トランジスタ１１１，１１２、電流源トランジスタ１１３、および負荷抵抗１１９，１２０などから構成される。

検波部は、カソードが接地された検波用ダイオード１１５のアノードと検波用ダイオード１１６のカソードを接続し、検波用ダイオード１１６のアノードをバイアス用抵抗１２２を介して検波回路の電源端子４に接続するとともに、接地容量１２１により接地し、検波用ダイオード１１５のアノードと検波用ダイオード１１６のカソードの接続点をピックアップ抵抗１２とピックアップ容量１１を介して増幅用トランジスタ７のエミッタに接続する。

基準部は、カソードが接地された基準電圧用ダイオード１１７のアノードと基準電圧用ダイオード１１８のカソードを接続し、基準電圧用ダイオード１１８のアノードをバイアス用抵抗１２４を介して検波回路の電源端子４に接続する。

バッファ部は、差動対トランジスタ１１１，１１２のベースをそれぞれ検波用ダイオード１１６のアノードと基準電圧用ダイオード１１８のアノードに接続し、差動対トランジスタ１１１，１１２のエミッタを共通接続し、電流源トランジスタ１１３のコレクタに接続し、差動対トランジスタ１１１，１１２のコレクタをそれぞれ負荷抵抗１１９，１２０を介して検波回路の電源端子４に接続するとともに、差動対トランジスタ１１１のコレクタを検波電圧出力端子６に接続する。

さらに、エミッタが接地されたバイアス用トランジスタ１１４のベースに電流調整用抵抗１２６，１２５を介して電流源トランジスタ１１３のベースに接続し、バイアス用トランジスタ１１４のコレクタを電流調整用抵抗１２６，１２５の接続点に接続するとともに、電流調整用抵抗１２７を介して検波回路の電源端子４に接続する。

この検波回路１１０の動作においては、検波部の検波用ダイオード１１５と１１６の接続点に出力信号を入力する構成とすることで、検波用ダイオード１１５は入力される出力信号振幅が正振幅の場合、順方向となり、検波用ダイオード１１５の端子間電圧が正振幅の時に約０．７Ｖにクリップされ、負振幅の時は逆方向となりクリップされないことから、検波用ダイオード１１５の端子間電圧は入力される出力信号振幅が大きくなるに従い低下する。一方、検波用ダイオード１１６は入力される出力信号振幅が負振幅の場合、順方向となり、検波用ダイオード１１６の端子間電圧が負振幅の時に約０．７Ｖにクリップされ、正振幅の時は逆方向となりクリップされないことから、検波用ダイオード１１６の端子間電圧も入力される出力信号振幅が大きくなるに従い低下する。

このため、検波用ダイオード１１５も検波用ダイオード１１６も入力される出力信号振幅が大きくなると低下することから、差動対トランジスタ１１１のベース電圧は低下し、このトランジスタ１１１のコレクタ電流が減少し、差動対トランジスタ１１２のコレクタ電流が増加する。このとき、検波電圧出力端子６は差動対トランジスタ１１１のコレクタに接続されているため、入力される出力信号振幅が大きくなるに従い、検波電圧出力端子６からの検波電圧が上昇する。さらに、以上の構成では、検波部はダイオードを２個用いた構成であるため、入力される出力信号振幅に対し、より大きな検波電圧出力が得られる。

また、バイアス回路４０は、バイアス用トランジスタ４２，４３と、バッファ用トランジスタ１４１と、接地容量１４２と、電流調整用抵抗１４３より構成されており、カレントミラー回路がバイアス用トランジスタ４２，４３などから構成され、エミッタホロワ回路がバッファ用トランジスタ１４１、接地容量１４２、および電流調整用抵抗１４３などから構成される。

このバイアス回路４０において、バイアス用トランジスタ４３のコレクタとバイアス用トランジスタ４２のベースの接続点を電流調整用抵抗１４３と電流調整用抵抗４１を介して基準電圧端子５に接続し、電流調整用抵抗４１と電流調整用抵抗１４３の接続点を接地容量１４２で接地するとともにバッファ用トランジスタ１４１のベースに接続し、バッファ用トランジスタ１４１のコレクタを電力増幅回路の電源端子３に接続し、エミッタをバイアス用抵抗１３とバイアス用インダクタ１４により、増幅用トランジスタ７のベースに接続する。

図１において、第１の実施の形態の電力増幅回路は、ＲＦ信号入力端子１に入力されたＲＦ信号が、入力整合回路２０を介し、増幅用トランジスタ７により増幅され、出力整合回路３０を介し、ＲＦ信号出力端子２より出力されるとともに、増幅用トランジスタ７のエミッタよりピックアップ容量１１とピックアップ抵抗１２を介して、検波用ダイオード１１５，１１６により検波された検波電圧が差動対トランジスタ１１１，１１２で構成される差動増幅回路により増幅され、検波電圧出力端子６より出力される。このとき、増幅用トランジスタ７のエミッタより、出力信号をピックアップするとともに、増幅用トランジスタ７と検波回路１１０の接地を接地端子１０１と接地端子１０２でそれぞれ独立して接地することにより、検波回路１１０を付加したことによる電力増幅回路の出力電力や利得の低下を抑えることができる。

さらに、検波回路１１０を検波用ダイオード１１５，１１６の検波電圧と基準電圧用ダイオード１１７，１１８の基準電圧を差動増幅回路により比較増幅して検波電圧を出力する構成とすることにより、バラツキや温度変動による検波電圧特性の変動が少ない検波回路１１０を得ることができる。

また、電力増幅回路のバイアス回路４０にカレントミラー回路からのバイアス電流をバッファ用トランジスタ１４１によるエミッタホロワ回路で電流増幅して供給することで、強入力時のバイアス電流の不足による入出力特性の劣化の少ない電力増幅回路を得ることができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を、図２を用いて説明する。図２は、本発明による第２の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路を示す回路図である。図２により、第２の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路の構成および動作の一例を説明する。

図２において、２１０は検波回路であり、この検波回路２１０は、検波用ダイオード２１１，２１２、接地容量２１３，２１５、バイアス用抵抗２１４，２１６より構成され、その他、上記図１に対応する部分については同一符号を付けて説明を省略する。

図２において、カソードが接地容量２１３とバイアス用抵抗２１６で接地された検波用ダイオード２１１のアノードと検波用ダイオード２１２のカソードを接続し、検波用ダイオード２１２のアノードをバイアス用抵抗２１４を介して検波回路の電源端子４に接続するとともに、接地容量２１５により接地し、検波用ダイオード２１１のアノードと検波用ダイオード２１２のカソードの接続点をピックアップ抵抗１２とピックアップ容量１１を介して増幅用トランジスタ７のエミッタに接続し、検波用ダイオード２１１のカソードに検波電圧出力端子６を接続する。

以上の構成は、上記第１の実施の形態と比較して、検波回路２１０に差動増幅回路を用いない構成であり、上記第１の実施の形態と同様の動作が得られるとともに、増幅用トランジスタ７のエミッタより出力信号をピックアップするとともに、増幅用トランジスタ７と検波回路２１０の接地をそれぞれ独立して接地することにより、検波回路２１０を付加したことによる電力増幅回路の出力電力や利得の低下を抑えることができるのに加え、差動増幅回路を用いていないため、回路の簡略化と低消費電力を図った検波回路を有した電力増幅回路を得ることができる。

なお、図２の検波回路２１０は、検波用ダイオード２１１と検波用ダイオード２１２の接続点に出力電圧を入力し、検波用ダイオード２１１のカソードより検波電圧出力を得ているため、入力される出力電圧が大きくなると検波用ダイオード２１１および検波用ダイオード２１２の端子間電圧が減少する方向にあるため、出力電力が大きくなると検波電圧出力端子６の検波電圧は上昇する。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を、図３を用いて説明する。図３は、本発明による第３の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路を示す模式図である。図３により、第３の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路の構成および動作の一例を説明する。

図３は、図１で示した第１の実施の形態を集積化した場合についてのＩＣレイアウトおよびワイヤボンディング方法について具体的に示したものであり、３０１は半導体基板、３０２はＩＣフレーム、３０３はＩＣパッケージ、３０４はボンディングパッド、３０５はボンディングワイヤであり、その他、上記図１に対応する部分については同一符号を付けて説明を省略する。

図３において、増幅用トランジスタ７、バイアス回路４０、検波回路１１０、バイアス用抵抗１３、バイアス用インダクタ１４、ピックアップ容量１１、ピックアップ抵抗１２は同一の半導体基板３０１で集積化されており、ＩＣパッケージ３０３に封入されている。

また図３では、増幅用トランジスタ７のエミッタからピックアップ容量１１とピックアップ抵抗１２で出力電圧をピックアップするとともに、増幅用トランジスタ７のエミッタの接地と検波回路１１０の接地を別のパッケージピンとすることで、それぞれ独立して接地する構成としていることから、検波回路１１０を付加したことによる電力増幅回路の出力電力や利得の低下を抑えることができる。

また、その他の動作および効果についても、上記第１の実施の形態と同様であるので、第１の実施の形態の電力増幅回路を集積化したパッケージを構成することができる。

（第１から第３の実施の形態の効果）
次に、本発明の第１から第３の実施の形態における効果を、図４、図５、図６および図７を参照して説明する。ここでは、主に第１の実施の形態における効果を説明するが、第２、第３の実施の形態においても同様である。

図４は、図１で示した第１の実施の形態において、増幅用トランジスタ７のエミッタにピックアップ容量とピックアップ抵抗を接続した場合と、増幅用トランジスタのコレクタにピックアップ容量とピックアップ抵抗を接続した場合で、入力されるＲＦ信号レベルに対し電力増幅回路で増幅して出力される出力信号レベルの入出力特性を比較した実験結果である。

また、図５は、図１で示した第１の実施の形態と図９で示した従来技術における検波回路を有した電力増幅回路において、入力されるＲＦ信号レベルに対して電力増幅回路で増幅して出力される出力信号レベルの入出力特性を比較した実験結果である。

さらに、図６および図７は、図９で示した従来技術、図１で示した第１の実施の形態における検波回路を有した電力増幅回路において、検波回路のダイオードがばらついた場合の電力増幅回路の出力電力に対する検波電圧のバラツキをそれぞれ示したシミュレーション結果である。

なお、図４から図７は、５．２ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ端末の送信部の電力増幅回路に用いた場合についての実験およびシミュレーション結果で、電源電圧は３．３Ｖであり、図４および図５の横軸は電力増幅回路に入力されるＲＦ信号入力レベル、縦軸は電力増幅回路から出力される出力信号レベルであり、図６および図７の横軸は電力増幅回路から出力される出力電力、縦軸は検波回路から出力される検波電圧である。なお、実験およびシミュレーションは、増幅段が３段の電力増幅回路を用いて、最終段のみ本発明による実施の形態の回路を用いている。

図４の図１で示した第１の実施の形態における入出力特性では、増幅用トランジスタのエミッタから検波回路に出力したほうが、増幅用トランジスタのコレクタから出力した場合に比べ、より高いレベルの出力信号レベルが得られていることから、増幅用トランジスタのエミッタ側から検波入力をピックアップしたほうが、より高い出力電力や利得が得られることが分かる。

また、図５の電力増幅回路の入出力特性では、図９で示した従来技術における電力増幅回路では、強入力時にバイアス回路のバイアス電流のドライブ能力が不足して十分な出力レベルが得られていないのに対し、図１の第１の実施の形態はバイアス回路にエミッタホロワ回路を介して増幅用トランジスタにバイアス電流を供給しているため、入出力特性が改善されていることが分かる。

さらに、図６の図９で示した従来技術における電力増幅回路では、検波回路のダイオードがばらついた場合に検波電圧が電力増幅回路の出力電力レベルが大きくなるに従い、検波電圧のばらつきが大きくなるのに対し、図７の図１で示した第１の実施の形態における入出力特性では、検波回路を差動構成にすることにより検波用ダイオードがばらついた場合に、それを打ち消す構成とすることにより、検波用ダイオードのバラツキに対し、検波電圧のバラツキが小さいことが分かる。

（電力増幅回路を用いた送受信機）
次に、上述した第１から第３の実施の形態における検波回路を有した電力増幅回路を用いた送受信機を、図８を参照して説明する。

図８は、送受信機能を有する５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ端末のブロック図を示したものであり、８０１は送受信兼用アンテナ、８０２は切り替え回路、８０３は低雑音増幅回路、８０４，８０６，８１４，８１６はバンドパスフィルタ、８０５，８１３はミクサ回路、８０７は直交信号復調部、８０８はベースバンド信号処理部、８０９は制御部、８１０は局部発振回路、８１１はＰＬＬ回路、８１２は直交信号変調部、８１５は電力増幅回路である。また、図８の電力増幅回路８１５には図１から図３に示した検波回路を有した電力増幅回路のいずれかを用いている。

図８の無線ＬＡＮ端末における送受信について、まず無線ＬＡＮのアクセスポイントあるいは他の無線端末を搭載したパーソナルコンピュータより送信された５．２ＧＨｚ帯のＲＦ信号を受信する場合について説明する。

図８において、ベースバンド信号処理部８０８の制御部８０９は切り替え回路８０２を受信側に切り替えるとともに、送信部をオフ状態とし、受信部をオン状態とする。

そして、アクセスポイントあるいは他のパーソナルコンピュータから送信されたＲＦ信号は送受信兼用アンテナ８０１より受信され、切り替え回路８０２を介し、低雑音増幅回路８０３に入力される。入力されたＲＦ信号は増幅され、バンドパスフィルタ８０４を介し、ミクサ回路８０５に入力される。ミクサ回路８０５では、ＰＬＬ回路８１１により発振周波数を制御された送受信兼用の局部発振回路８１０からの局部発振信号により、入力されたＲＦ信号は１ＧＨｚ帯の中間周波信号に周波数変換され、バンドパスフィルタ８０６を介し、直交信号復調部８０７に入力される。直交信号復調部８０７では入力された中間周波信号が、Ｉ／Ｑの直交信号に復調された後、ベースバンド信号処理部８０８により、図示していないが、ベースバンドのデータ信号に復調される。そして、この復調されたデータ信号はインターフェイスを介し、この送受信機を搭載しているパーソナルコンピュータ等のメモリに格納される。

次に、無線ＬＡＮの送受信部から、アクセスポイントあるいは無線ＬＡＮを搭載している他のパーソナルコンピュータに、データ信号を送信する場合について説明する。

図８において、ベースバンド信号処理部８０８の制御部８０９は切り替え回路８０２を送信側に切り替えるとともに、受信部をオフ状態とし、送信部をオン状態とする。

ベースバンド信号処理部７０８ではデータ信号をＩ／Ｑの直交信号に変調し、直交信号変調部８１２に入力する。入力されたＩ／Ｑの直交信号は直交信号変調部８１２において１ＧＨｚ帯の中間周波信号として変調出力され、ミクサ回路８１３に入力される。入力された中間周波信号はミクサ回路８１３において、ＰＬＬ回路８１１により発振周波数を制御された送受信兼用の局部発振回路８１０からの局部発振信号により、５．２ＧＨｚ帯のＲＦ信号に周波数変換出力され、バンドパスフィルタ８１４を介して電力増幅回路８１５に入力される。電力増幅回路８１５では、入力されたＲＦ信号を電力増幅し、バンドパスフィルタ８１６と切り替え回路８０２を介して送受信兼用アンテナ８０１により送信するとともに、出力電力レベルに対応した検波電圧を制御部８０９に出力する。制御部８０９では、電力増幅回路８１５からの検波電圧から最適な信号レベルで出力されるように出力レベル制御を行なう。

以上の図８の無線ＬＡＮ端末における送受信機において、電力増幅回路８１５に図１から図３に示した検波回路を有した電力増幅回路を用いることにより、出力電力がより大きく、バラツキや温度変動に対し出力電力制御のしやすい送信性能に優れた送受信機を得ることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、図１から図３に示した検波回路を有した電力増幅回路は、図８に示すような送受信機に用いる場合に限らず、送信機能のみを有する送信機にも同様に適用可能である。この場合に、送信機は、変調回路において変調出力される中間周波信号を局部発振信号によりＲＦ周波信号に周波数変換出力するミクサ回路と、ミクサ回路より出力されたＲＦ周波信号を所望の信号レベルに増幅する電力増幅回路を有し、この電力増幅回路に図１から図３に示した検波回路を有した電力増幅回路が用いられる。

本発明は、検波回路を有した電力増幅回路に関し、特に、セルラ電話や無線ＬＡＮ等の送受信機や、ＴＶ、ＣＡＴＶ、衛星放送、衛星通信等の受信機と、それらに用いられる低雑音増幅回路、電力増幅回路に良好に適用可能である。

本発明による第１の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路を示す回路図である。 本発明による第２の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路を示す回路図である。 本発明による第３の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路を示す模式図である。 本発明による第１の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路において、入出力特性を比較した実験結果を示す説明図である。 本発明による第１の実施の形態と従来技術の一例との検波回路を有した電力増幅回路において、入出力特性を比較した実験結果を示す説明図である。 従来技術の一例の検波回路を有した電力増幅回路において、検波回路のバラツキに対する検波特性のシミュレーション結果を示す説明図である。 本発明による第１の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路において、検波回路のバラツキに対する検波特性のシミュレーション結果を示す説明図である。 本発明による第１から第３の実施の形態の検波回路を有した電力増幅回路を用いた送受信機を示すブロック図である。 従来技術の一例の検波回路を有した電力増幅回路を示す回路図である。

符号の説明

１…ＲＦ信号入力端子、２…ＲＦ信号出力端子、３…電力増幅回路の電源端子、４…検波回路の電源端子、５…基準電圧端子、６…検波電圧出力端子、７…増幅用トランジスタ、８，９，１０，５３…接地容量、１１…ピックアップ容量、１２…ピックアップ抵抗、１３，５１，５４…バイアス用抵抗、１４…バイアス用インダクタ、２０…入力整合回路、３０…出力整合回路、４０…バイアス回路、４１…電流調整用抵抗、４２，４３…バイアス用トランジスタ、５０…検波回路、５２…検波用ダイオード、
１０１，１０２…接地端子、１１０…検波回路、１１１，１１２…差動対トランジスタ、１１３…電流源トランジスタ、１１４…バイアス用トランジスタ、１１５，１１６…検波用ダイオード、１１７，１１８…基準電圧用ダイオード、１１９，１２０…負荷抵抗、１２１，１４２…接地容量、１２２，１２４…バイアス用抵抗、１２５，１２６，１２７，１４３…電流調整用抵抗、１４１…バッファ用トランジスタ、
２１０…検波回路、２１１，２１２…検波用ダイオード、２１３，２１５…接地容量、２１４，２１６…バイアス用抵抗、
３０１…半導体基板、３０２…ＩＣフレーム、３０３…ＩＣパッケージ、３０４…ボンディングパッド、３０５…ボンディングワイヤ、
８０１…送受信兼用アンテナ、８０２…切り替え回路、８０３…低雑音増幅回路、８０４、８０６、８１４、８１６…バンドパスフィルタ、８０５、８１３…ミクサ回路、８０７…直交信号復調部、８０８…ベースバンド信号処理部、８０９…制御部、８１０…局部発振回路、８１１…ＰＬＬ回路、８１２…直交信号変調部、８１５…電力増幅回路。

Claims (9)

1. ベースに入力されたＲＦ信号を増幅してコレクタより出力するエミッタ接地増幅回路と、前記エミッタ接地増幅回路のベースにバイアス電流を供給するバイアス回路と、前記エミッタ接地増幅回路の出力信号をピックアップして前記出力信号のレベルに対応した電圧を出力する検波回路とから構成される電力増幅回路であって、
   前記エミッタ接地増幅回路と前記検波回路の接地をそれぞれ第１の接地端子と第２の接地端子を介して接地する構成であって、前記第１の接地端子と前記第２の接地端子をそれぞれ独立して接地するとともに、前記エミッタ接地増幅回路のエミッタより結合素子を介して前記検波回路に接続してから前記第１の接地端子を介して接地する構成であることを特徴とする電力増幅回路。
2. 請求項１記載の電力増幅回路において、
   前記検波回路は、ダイオードからなる検波部と、前記検波部からの検波電圧と比較するための基準電圧を発生する基準部と、前記検波部からの検波電圧を出力するバッファ部とからなり、
   前記バッファ部は、差動構成の増幅回路であって、前記検波部と前記基準部の電圧を比較増幅して検波電圧を出力する構成であることを特徴とする電力増幅回路。
3. 請求項２記載の電力増幅回路において、
   前記バッファ部の差動構成の増幅回路のバイアス電圧には、前記検波部と前記基準部の出力電圧を用いた構成であることを特徴とする電力増幅回路。
4. 請求項３記載の電力増幅回路において、
   前記検波回路のバッファ部は、第１のトランジスタのエミッタと第２のトランジスタのエミッタを共通接続して第１の電流源に接続し、これらのコレクタをそれぞれ第１の負荷抵抗と第２の負荷抵抗を介して電源端子に接続するとともに、前記第１のトランジスタのコレクタを検波電圧出力端子に接続し、
   前記検波部は、カソードが接地された第１のダイオードのアノードと第２のダイオードのカソードを接続し、前記第２のダイオードのアノードを第１のバイアス抵抗を介して電源端子に接続するとともに容量により接地し、前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードの接続点を前記結合素子を介して前記エミッタ接地増幅回路のエミッタに接続し、
   前記基準部は、カソードが接地された第３のダイオードのアノードと第４のダイオードのカソードを接続し、前記第４のダイオードのアノードを第２のバイアス抵抗を介して電源端子に接続する構成であって、
   前記バッファ部の前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタのベースをそれぞれ前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードに接続した構成であることを特徴とする電力増幅回路。
5. 請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の電力増幅回路において、
   前記バイアス回路は、カレントミラー回路とバッファ用トランジスタより構成されるエミッタホロワ回路とからなり、
   前記バイアス回路のバイアス電流出力を前記バッファ用トランジスタのベースに接続し、前記バッファ用トランジスタのエミッタをバイアス印加素子を介して前記エミッタ接地増幅回路のベースに接続し、前記カレントミラー回路からのバイアス電流を前記エミッタホロワ回路で増幅して前記エミッタ接地増幅回路のベースに供給する構成であることを特徴とする電力増幅回路。
6. 請求項５記載の電力増幅回路において、
   前記バッファ用トランジスタのベースを容量により接地した構成であることを特徴とする電力増幅回路。
7. 請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の電力増幅回路において、
   少なくとも、前記エミッタ接地増幅回路と前記バイアス回路と前記検波回路とが同一半導体基板上に集積化した構成であることを特徴とする電力増幅回路。
8. 変調回路において変調出力される中間周波信号を局部発振信号によりＲＦ周波信号に周波数変換出力するミクサ回路と、前記ミクサ回路より出力されたＲＦ周波信号を所望の信号レベルに増幅する電力増幅回路とを有する送信機であって、
   前記電力増幅回路には、少なくとも、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力増幅回路を用いた構成であることを特徴とする送信機。
9. 受信したＲＦ周波信号を増幅して出力する低雑音増幅回路と、前記低雑音増幅回路より出力されたＲＦ周波信号を局部発振信号により中間周波信号に周波数変換出力する第１のミクサ回路と、前記第１のミクサ回路より出力された中間周波信号を復調する復調回路とを有する受信部と、
   変調回路において変調出力される中間周波信号を局部発振信号によりＲＦ周波信号に周波数変換出力する第２のミクサ回路と、前記第２のミクサ回路より出力されたＲＦ周波信号を所望の信号レベルに増幅する電力増幅回路とを有する送信部とからなる送受信機であって、
   前記電力増幅回路には、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力増幅回路を用いた構成であることを特徴とする送受信機。

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