JP2010068077A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

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Takashi Soga
高志 曽我
Toshiki Matsui
俊樹 松井
Kyoichi Takahashi
恭一 高橋
Yasunobu Yoshizaki
保展 吉崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To alleviate an efficiency decline in the electric power addition, when the battery voltage falls off or load mismatching occurs at an antenna. <P>SOLUTION: A transmission output Pout of an RF (Radio Frequency) power amplifying circuit 2 is supplied to an antenna through a principal line 31 of a directional coupler 3. A detection voltage of a sub line 32 of the directional coupler 3 is supplied to an input of an RF detection circuit 4. A power detection voltage Vdet of an output of the RF detection circuit 4 is supplied to an invert input (-) of an error amplifier 7. Bias voltages of a bias circuit 24 are supplied to transistors at each stage of an RF multi-stage amplifier. A transmission power level signal Vramp is supplied to a non-invert input (+) of the error amplifier 7. An automatic power control voltage Vapc of an output of the error amplifier 7 is supplied to an input of the bias circuit 24. Then, Vramp and Vdet are supplied to a first and a second input terminals (+) and (-) of control circuits 8 and 9, and the output is supplied to the non-invert input (+) of the amplifier 7. If Vdet becomes lower than Vramp, the output of control circuits 8 and 9 controls the error amplifier 7 to decrease Vapc. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、RF電力増幅器およびその動作方法に関するもので、特にバッテリー電圧が低下した場合もしくはアンテナでの負荷不整合が生じた場合での電力増幅器の電力付加効率の低下を軽減するのに有益な技術に関する。   The present invention relates to an RF power amplifier and a method for operating the same, and is particularly useful for reducing a decrease in power added efficiency of the power amplifier when a battery voltage is lowered or when a load mismatch occurs at an antenna. Regarding technology.

携帯電話に代表される移動体通信には、複数の通信方式が存在する。例えば欧州では、第2世代無線通信方式として普及しているGSMおよびGSMのデータ通信速度を向上したEDGEに加えて、近年サービスが開始された第3世代無線通信方式であるW−CDMAがある。また、北米では第2世代無線通信方式であるDCS、PCSに加えて、第3世代無線通信方式であるcdma1xが普及している。尚、GSMは、Global System for Mobile Communicationの略である。EDGEは、Enhanced Data rate for GSM Evolutionの略である。W−CDMAは、Wide-band Code Division Multiple Accessの略である。DCSは、Digital Cellar Systemの略である。PCSは、Personal Communication Systemの略である。cdma1xは、Code Division Multiple Access 1xの略である。   There are a plurality of communication methods in mobile communication represented by mobile phones. For example, in Europe, there is W-CDMA, which is a third generation wireless communication system that has recently started service, in addition to GSM and EDGE that have improved the data communication speed of GSM, which are widely used as the second generation wireless communication system. In North America, in addition to DCS and PCS, which are the second generation wireless communication systems, cdma1x, which is the third generation wireless communication system, has become widespread. GSM is an abbreviation for Global System for Mobile Communication. EDGE is an abbreviation for Enhanced Data rate for GSM Evolution. W-CDMA is an abbreviation for Wide-band Code Division Multiple Access. DCS is an abbreviation for Digital Cellar System. PCS is an abbreviation for Personal Communication System. cdma1x is an abbreviation for Code Division Multiple Access 1x.

携帯電話端末が有する高周波電力増幅器の動作は、位相変調のみを使用する基本的なモードのGSMでは飽和動作であり、位相変調と伴に振幅変調も使用するEDGEはGSMの飽和動作点から数dBのバックオフをとった動作点での線形動作である。また、位相変調と伴に振幅変調も使用するW−CDMAおよびcdma−1xでも、高周波電力増幅器の動作は線形動作である。   The operation of the high-frequency power amplifier of the cellular phone terminal is a saturation operation in the basic mode GSM that uses only phase modulation, and EDGE that uses amplitude modulation along with phase modulation is several dB from the saturation operation point of GSM. This is a linear operation at the operating point where the back-off is taken. In addition, in W-CDMA and cdma-1x that also use amplitude modulation in conjunction with phase modulation, the operation of the high-frequency power amplifier is a linear operation.

また、GSMおよびEDGEに対応する携帯電話端末の高周波回路部分おいて、高周波電力増幅器とアンテナとの間にはアンテナスイッチが配置される。アンテナスイッチは、TDMA(時分割マルチプルアクセス)方式の送信スロットと受信スロットとを切り換える機能を実行する。   An antenna switch is disposed between the high frequency power amplifier and the antenna in the high frequency circuit portion of the mobile phone terminal that supports GSM and EDGE. The antenna switch executes a function of switching between a TDMA (Time Division Multiple Access) transmission slot and a reception slot.

一方、携帯電話端末における高周波回路構成に関する他の傾向として、高周波電力増幅器を有する高周波電力増幅器モジュールへの出力電力検出回路の内蔵化がある。例えば、下記非特許文献1には、電力増幅器により生成される電力を検出する方向性結合器を電力増幅器と伴に電力増幅器モジュールに集積化することか記載されている。方向性結合器の主線路は電力増幅器の出力とアンテナとの間に接続され、方向性結合器の副線路は終端抵抗と電力レベル制御部の入力との間に接続される。方向性結合器は、電力増幅器によって生成された進行波信号からの結合電圧と負荷により反射された反射波信号からの結合電圧とのベクトル和の検出電圧を検出することができる。   On the other hand, another trend related to the configuration of a high-frequency circuit in a mobile phone terminal is the incorporation of an output power detection circuit in a high-frequency power amplifier module having a high-frequency power amplifier. For example, the following Non-Patent Document 1 describes whether a directional coupler for detecting power generated by a power amplifier is integrated in a power amplifier module together with the power amplifier. The main line of the directional coupler is connected between the output of the power amplifier and the antenna, and the sub line of the directional coupler is connected between the terminating resistor and the input of the power level control unit. The directional coupler can detect a detection voltage that is a vector sum of the combined voltage from the traveling wave signal generated by the power amplifier and the combined voltage from the reflected wave signal reflected by the load.

Jelena Madic et al, “Accurate Power Control Techinique for Handset PA Modules with Integrated Directional Couplers”, 2003 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium, pp.715−718.Jelena Madic et al, “Accurate Power Control Technique for Handset PA Modules with Integrated Directional Couplers”, 2003 IEEE RadioFrequency Inquiries. 715-718.

前記非特許文献1に記載されたような電力増幅器モジュールに集積化された方向性結合器を使用することによって、電力増幅器により生成された進行波信号からの結合電圧と負荷により反射された反射波信号からの結合電圧とのベクトル和の検出電圧を検出することができる。一方、電力増幅器の送信出力電力を精密に制御するためには、送信出力電力レベルを検出して検出電力レベル信号と目標電力レベル信号とを比較して電力制御部による閉ループの出力電力制御を行う必要がある。この電力制御のための送信出力電力レベルの検出に、前記非特許文献1に記載された方向性結合器を採用することができる。   By using a directional coupler integrated in a power amplifier module as described in Non-Patent Document 1, a combined voltage from a traveling wave signal generated by the power amplifier and a reflected wave reflected by a load The detection voltage of the vector sum with the coupling voltage from the signal can be detected. On the other hand, in order to precisely control the transmission output power of the power amplifier, the transmission output power level is detected, the detected power level signal is compared with the target power level signal, and the closed loop output power control is performed by the power control unit. There is a need. The directional coupler described in Non-Patent Document 1 can be employed for detection of the transmission output power level for power control.

しかし、本発明者等の検討によって、携帯電話端末のバッテリー電圧が低下した場合もしくはアンテナでの負荷不整合が生じた場合には、目標電力レベル信号と比較して検出電力レベル信号が低くなって、電力増幅器のバイアス電圧が高い状態に制御されるので、電力増幅器の出力の飽和が通常の場合よりも速く開始するとことが明らかとされた。   However, as a result of studies by the present inventors, when the battery voltage of the mobile phone terminal decreases or when load mismatch occurs at the antenna, the detected power level signal becomes lower than the target power level signal. It has been clarified that since the bias voltage of the power amplifier is controlled to be high, saturation of the output of the power amplifier starts faster than usual.

通常の場合よりも速く電力増幅器の出力の飽和が開始されると、電力増幅器の直流電流が著しく増大するので、電力増幅器の電力付加効率(PAE:Power Added Efficiency)が著しく低下すると言う問題が明らかとされた。一方、通常の場合よりも速く電力増幅器の出力の飽和が開始されると、トランジスタの非線形歪が著しく増大すると言う問題も明らかとされた。このような状態で電力増幅器は非線形動作となって出力も飽和スイッチング波形となるので、非線形歪はスイッチングスペクトラムと呼ばれる。   If saturation of the output of the power amplifier is started faster than usual, the DC current of the power amplifier increases significantly, so that there is a problem that the power added efficiency (PAE) of the power amplifier is significantly reduced. It was said. On the other hand, it has also been clarified that the nonlinear distortion of the transistor is remarkably increased when the saturation of the output of the power amplifier is started faster than usual. In such a state, the power amplifier becomes a non-linear operation, and the output also becomes a saturated switching waveform. Therefore, the non-linear distortion is called a switching spectrum.

本発明は、以上のような本発明に先立った本発明者等の検討の結果、なされたものである。   The present invention has been made as a result of the study of the present inventors prior to the present invention as described above.

従って、本発明の目的とするところは、バッテリー電圧が低下した場合もしくはアンテナでの負荷不整合が生じた場合での電力増幅器の電力付加効率の低下を軽減することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to mitigate a decrease in power added efficiency of a power amplifier when a battery voltage decreases or when a load mismatch occurs at an antenna.

また、本発明の他の目的とするところは、バッテリー電圧が低下した場合もしくはアンテナでの負荷不整合が生じた場合でのトランジスタの非線形歪の増大を軽減することにある。   Another object of the present invention is to reduce an increase in nonlinear distortion of a transistor when a battery voltage is lowered or when a load mismatch occurs in an antenna.

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。   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の代表的なものについて簡単に説明すれば下記のとおりである。   A typical one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、本発明の代表的なRF電力増幅器は、RF電力増幅回路(2)、方向性結合器(3)、RF検波回路(4)、誤差増幅器(7)、制御回路(8、9)を具備する。   That is, a typical RF power amplifier of the present invention includes an RF power amplifier circuit (2), a directional coupler (3), an RF detector circuit (4), an error amplifier (7), and a control circuit (8, 9). It has.

前記RF電力増幅回路(2)はRF送信入力信号(Pin)の増幅によってRF送信出力信号(Pout)を生成して前記方向性結合器(3)の主線路(31)を介してアンテナに供給する。   The RF power amplifier circuit (2) generates an RF transmission output signal (Pout) by amplification of the RF transmission input signal (Pin) and supplies it to the antenna through the main line (31) of the directional coupler (3). To do.

前記方向性結合器(3)の副線路(32)は前記RF検波回路(4)の入力に接続され、前記RF検波回路(4)の出力のパワー検波電圧(Vdet)が前記誤差増幅器(7)の反転入力端子(−)に供給される。   The sub line (32) of the directional coupler (3) is connected to the input of the RF detection circuit (4), and the power detection voltage (Vdet) at the output of the RF detection circuit (4) is the error amplifier (7). ) To the inverting input terminal (−).

前記RF電力増幅回路(2)は多段増幅器(21、22、23)とバイアス回路(24)とを含み、前記多段増幅器(21、22、23)の各段のトランジスタの制御入力電極に前記バイアス回路(24)の出力から生成されるバイアス電圧供給される。   The RF power amplifier circuit (2) includes a multistage amplifier (21, 22, 23) and a bias circuit (24), and the bias is applied to the control input electrode of the transistor in each stage of the multistage amplifier (21, 22, 23). A bias voltage generated from the output of the circuit (24) is supplied.

前記誤差増幅器(7)の非反転入力端子(+)に送信パワーレベル信号(Vramp)が供給され、前記誤差増幅器(7)の出力の自動パワー制御電圧(Vapc)が前記バイアス回路(24)の入力に供給される。   A transmission power level signal (Vramp) is supplied to a non-inverting input terminal (+) of the error amplifier (7), and an automatic power control voltage (Vapc) output from the error amplifier (7) is supplied to the bias circuit (24). Supplied to the input.

前記制御回路(8、9)の第1入力端子(+)と第2入力端子(−)とに前記送信パワーレベル信号(Vramp)と前記パワー検波電圧(Vdet)がそれぞれ供給され、前記制御回路(8、9)の出力が前記誤差増幅器(7)の前記非反転入力端子(+)に供給される。   The transmission power level signal (Vramp) and the power detection voltage (Vdet) are respectively supplied to the first input terminal (+) and the second input terminal (−) of the control circuit (8, 9), and the control circuit The output of (8, 9) is supplied to the non-inverting input terminal (+) of the error amplifier (7).

前記送信パワーレベル信号(Vramp)のレベルよりも前記パワー検波電圧(Vdet)のレベルが低くなることに応答して前記制御回路(8、9)の前記出力は、前記自動パワー制御電圧(Vapc)のレベルが低下するように前記誤差増幅器(7)を制御する図1参照)。   In response to the level of the power detection voltage (Vdet) being lower than the level of the transmission power level signal (Vramp), the output of the control circuit (8, 9) is the automatic power control voltage (Vapc). The error amplifier (7) is controlled so as to reduce the level of (see FIG. 1).

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。すなわち、バッテリー電圧が低下した場合もしくはアンテナでの負荷不整合が生じた場合での電力増幅器の電力付加効率の低下を軽減することができる。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, it is possible to reduce a decrease in power added efficiency of the power amplifier when the battery voltage decreases or when load mismatch occurs at the antenna.

《代表的な実施の形態》
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
<Typical embodiment>
First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described. The reference numerals of the drawings referred to with parentheses in the outline description of the representative embodiments merely exemplify what are included in the concept of the components to which the reference numerals are attached.

〔1〕本発明の代表的な実施の形態によるRF電力増幅器は、RF電力増幅回路(2)、方向性結合器(3)、RF検波回路(4)、誤差増幅器(7)、制御回路(8、9)を具備する。   [1] An RF power amplifier according to a typical embodiment of the present invention includes an RF power amplifier circuit (2), a directional coupler (3), an RF detector circuit (4), an error amplifier (7), a control circuit ( 8, 9).

前記RF電力増幅回路(2)はRF送信入力信号(Pin)を増幅することによってRF送信出力信号(Pout)を生成して前記方向性結合器(3)の主線路(31)を介してアンテナに供給するものである。前記方向性結合器(3)の副線路(32)は前記RF検波回路(4)の入力に接続され、前記RF検波回路(4)の出力からのパワー検波電圧(Vdet)が前記誤差増幅器(7)の反転入力端子(−)に供給される。前記RF電力増幅回路(2)は多段増幅器(21、22、23)とバイアス回路(24)とを含み、前記多段増幅器(21、22、23)の各段のトランジスタの制御入力電極に前記バイアス回路(24)の出力から生成されるバイアス電圧供給されるものである。   The RF power amplifier circuit (2) generates an RF transmission output signal (Pout) by amplifying an RF transmission input signal (Pin) and transmits an antenna via the main line (31) of the directional coupler (3). To supply. The sub line (32) of the directional coupler (3) is connected to the input of the RF detection circuit (4), and the power detection voltage (Vdet) from the output of the RF detection circuit (4) is the error amplifier ( 7) is supplied to the inverting input terminal (−). The RF power amplifier circuit (2) includes a multistage amplifier (21, 22, 23) and a bias circuit (24), and the bias is applied to the control input electrode of the transistor in each stage of the multistage amplifier (21, 22, 23). A bias voltage generated from the output of the circuit (24) is supplied.

前記誤差増幅器(7)の非反転入力端子(+)に送信パワーレベル信号(Vramp)が供給され、前記誤差増幅器(7)の出力から生成される自動パワー制御電圧(Vapc)が前記バイアス回路(24)の入力に供給される。   A transmission power level signal (Vramp) is supplied to a non-inverting input terminal (+) of the error amplifier (7), and an automatic power control voltage (Vapc) generated from the output of the error amplifier (7) is supplied to the bias circuit ( 24) input.

前記制御回路(8、9)の第1入力端子(+)に前記送信パワーレベル信号(Vramp)が供給され、前記制御回路(8、9)の第2入力端子(−)に前記パワー検波電圧(Vdet)が供給され、前記制御回路(8、9)の出力が前記誤差増幅器(7)の前記非反転入力端子(+)に供給される。   The transmission power level signal (Vramp) is supplied to the first input terminal (+) of the control circuit (8, 9), and the power detection voltage is supplied to the second input terminal (−) of the control circuit (8, 9). (Vdet) is supplied, and the output of the control circuit (8, 9) is supplied to the non-inverting input terminal (+) of the error amplifier (7).

前記送信パワーレベル信号(Vramp)のレベルよりも前記パワー検波電圧(Vdet)のレベルが低くなることに応答して前記制御回路(8、9)の前記出力は、前記自動パワー制御電圧(Vapc)のレベルが低下するように前記誤差増幅器(7)を制御するものである(図1参照)。   In response to the level of the power detection voltage (Vdet) being lower than the level of the transmission power level signal (Vramp), the output of the control circuit (8, 9) is the automatic power control voltage (Vapc). The error amplifier (7) is controlled so as to reduce the level of (see FIG. 1).

前記実施の形態によれば、携帯電話端末のバッテリー電圧が低下した場合もしくはアンテナでの負荷不整合が生じた場合に目標の送信パワーレベル信号(Vramp)と比較してパワー検波電圧(Vdet)が低くなり自動パワー制御電圧(Vapc)が高くなることが前記制御回路(8、9)によって防止され、RF電力増幅器の電力付加効率の低下を軽減することができる。   According to the embodiment, the power detection voltage (Vdet) is compared with the target transmission power level signal (Vramp) when the battery voltage of the mobile phone terminal decreases or when load mismatch occurs at the antenna. The control circuit (8, 9) prevents the automatic power control voltage (Vapc) from increasing and the automatic power control voltage (Vapc) from increasing, thereby reducing the reduction in power added efficiency of the RF power amplifier.

好適な実施の形態によれば、前記方向性結合器(3)の前記副線路(32)は終端抵抗(33)と前記RF検波回路(4)の前記入力との間に接続され、前記方向性結合器(3)の前記副線路(32)の検出電圧が前記RF検波回路(4)の入力端子に供給される。   According to a preferred embodiment, the sub line (32) of the directional coupler (3) is connected between a terminating resistor (33) and the input of the RF detection circuit (4), and the direction A detection voltage of the sub line (32) of the sexual coupler (3) is supplied to an input terminal of the RF detection circuit (4).

前記制御回路(8、9)は、前記送信パワーレベル信号(Vramp)の前記レベルと前記パワー検波電圧(Vdet)の前記レベルを比較する差動増幅器(8)と、前記差動増幅器(8)の出力電圧に応答して前記誤差増幅器(7)の前記非反転入力端子(+)の電圧レベルを制御する出力制御回路(9)とを含む。   The control circuit (8, 9) includes a differential amplifier (8) for comparing the level of the transmission power level signal (Vramp) with the level of the power detection voltage (Vdet), and the differential amplifier (8). And an output control circuit (9) for controlling the voltage level of the non-inverting input terminal (+) of the error amplifier (7) in response to the output voltage of the error amplifier.

前記出力制御回路(9)の内部では所定の値に設定されたオフセット電圧(Voffset)が生成されて、前記オフセット電圧(Voffset)よりも前記差動増幅器(8)の前記出力電圧(Pout_DiffAmp)のレベルが超過した場合に、前記制御回路(8、9)の前記出力は、前記自動パワー制御電圧(Vapc)のレベルが低下するように前記誤差増幅器(7)を制御するものである(図2参照)。   An offset voltage (Voffset) set to a predetermined value is generated inside the output control circuit (9), and the output voltage (Pout_DiffAmp) of the differential amplifier (8) is more than the offset voltage (Voffset). When the level is exceeded, the output of the control circuit (8, 9) controls the error amplifier (7) so that the level of the automatic power control voltage (Vapc) decreases (FIG. 2). reference).

他の好適な実施の形態では、前記出力制御回路(9)は前記差動増幅器(8)の前記出力電圧を出力電流に変換する電圧/電流変換器であり、前記オフセット電圧(Voffset)よりも前記差動増幅器(8)の前記出力電圧(Pout_DiffAmp)のレベルが超過した場合に、前記出力電流(Iconv)を前記電圧/電流変換器(9)が流し始めるものである(図2参照)。   In another preferred embodiment, the output control circuit (9) is a voltage / current converter that converts the output voltage of the differential amplifier (8) into an output current, and is more than the offset voltage (Voffset). When the level of the output voltage (Pout_DiffAmp) of the differential amplifier (8) exceeds, the voltage / current converter (9) starts to flow the output current (Iconv) (see FIG. 2).

更に他の好適な実施の形態では、前記RF電力増幅器は、前記電圧/電流変換器(9)の前記出力電流(Iconv)を電圧に変換する抵抗(R3、R4)を含むフィルタ(6)を更に具備する。   In still another preferred embodiment, the RF power amplifier includes a filter (6) including resistors (R3, R4) for converting the output current (Iconv) of the voltage / current converter (9) into a voltage. In addition.

前記誤差増幅器(7)の前記非反転入力端子(+)に、前記フィルタ(6)を介して、前記送信パワーレベル信号(Vramp)と前記制御回路(8、9)の出力電圧とが供給される。   The non-inverting input terminal (+) of the error amplifier (7) is supplied with the transmission power level signal (Vramp) and the output voltage of the control circuit (8, 9) via the filter (6). The

より好適な実施の形態では、前記RF電力増幅器は出力整合回路(10)を更に具備する。   In a more preferred embodiment, the RF power amplifier further comprises an output matching circuit (10).

前記RF送信出力信号(Pout)は、前記方向性結合器(3)の前記主線路(31)と前記出力整合回路(10)とを介して前記アンテナに供給されるものである。   The RF transmission output signal (Pout) is supplied to the antenna through the main line (31) of the directional coupler (3) and the output matching circuit (10).

更により好適な実施の形態では、前記RF電力増幅器は入力整合回路(1)を更に具備する。   In an even more preferred embodiment, the RF power amplifier further comprises an input matching circuit (1).

前記RF送信入力信号(Pin)は前記入力整合回路(1)を介して前記RF電力増幅回路(2)の入力端子に供給されるものである。   The RF transmission input signal (Pin) is supplied to the input terminal of the RF power amplifier circuit (2) via the input matching circuit (1).

具体的な一つの実施の形態では、前記RF電力増幅器はバッファアンプ(5)を更に具備する。   In a specific embodiment, the RF power amplifier further comprises a buffer amplifier (5).

前記送信パワーレベル信号(Vramp)は前記バッファアンプ(5)を介して前記誤差増幅器(7)の前記非反転入力端子(+)に供給されるものである。   The transmission power level signal (Vramp) is supplied to the non-inverting input terminal (+) of the error amplifier (7) through the buffer amplifier (5).

より具体的な一つの実施の形態では、前記RF電力増幅器は携帯電話端末に搭載可能に構成され、前記RF電力増幅回路(2)の前記多段増幅器(21、22、23)と前記バイアス回路(24)とは前記携帯電話端末に搭載されるバッテリーで動作可能に構成されたものである。   In a more specific embodiment, the RF power amplifier is configured to be mountable in a mobile phone terminal, and the multistage amplifiers (21, 22, 23) of the RF power amplifier circuit (2) and the bias circuit ( 24) is configured to be operable with a battery mounted on the mobile phone terminal.

更により具体的な一つの実施の形態では、前記RF電力増幅回路(2)の前記多段増幅器(21、22、23)の前記各段の前記トランジスタは電界効果トランジスタである。   In an even more specific embodiment, the transistors at each stage of the multistage amplifiers (21, 22, 23) of the RF power amplifier circuit (2) are field effect transistors.

最も具体的な一つの実施の形態では、前記電界効果トランジスタはLD(Laterally Diffused)型のMOS電界効果トランジスタである。   In a most specific embodiment, the field effect transistor is an LD (Laterally Diffused) type MOS field effect transistor.

〔2〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態は、RF電力増幅回路(2)、方向性結合器(3)、RF検波回路(4)、誤差増幅器(7)、制御回路(8、9)を具備するRF電力増幅器の動作方法である。   [2] A typical embodiment of another aspect of the present invention includes an RF power amplifier circuit (2), a directional coupler (3), an RF detector circuit (4), an error amplifier (7), a control circuit ( 8 and 9) is a method of operating an RF power amplifier.

前記RF電力増幅回路(2)はRF送信入力信号(Pin)を増幅することによってRF送信出力信号(Pout)を生成して前記方向性結合器(3)の主線路(31)を介してアンテナに供給するものである。   The RF power amplifier circuit (2) generates an RF transmission output signal (Pout) by amplifying an RF transmission input signal (Pin) and transmits an antenna via the main line (31) of the directional coupler (3). To supply.

前記方向性結合器(3)の副線路(32)は前記RF検波回路(4)の入力に接続され、前記RF検波回路(4)の出力からのパワー検波電圧(Vdet)が前記誤差増幅器(7)の反転入力端子(−)に供給される。   The sub line (32) of the directional coupler (3) is connected to the input of the RF detection circuit (4), and the power detection voltage (Vdet) from the output of the RF detection circuit (4) is the error amplifier ( 7) is supplied to the inverting input terminal (−).

前記RF電力増幅回路(2)は多段増幅器(21、22、23)とバイアス回路(24)とを含み、前記多段増幅器(21、22、23)の各段のトランジスタの制御入力電極に前記バイアス回路(24)の出力から生成されるバイアス電圧供給されるものである。   The RF power amplifier circuit (2) includes a multistage amplifier (21, 22, 23) and a bias circuit (24), and the bias is applied to the control input electrode of the transistor in each stage of the multistage amplifier (21, 22, 23). A bias voltage generated from the output of the circuit (24) is supplied.

前記誤差増幅器(7)の非反転入力端子(+)に送信パワーレベル信号(Vramp)が供給され、前記誤差増幅器(7)の出力から生成される自動パワー制御電圧(Vapc)が前記バイアス回路(24)の入力に供給される。   A transmission power level signal (Vramp) is supplied to a non-inverting input terminal (+) of the error amplifier (7), and an automatic power control voltage (Vapc) generated from the output of the error amplifier (7) is supplied to the bias circuit ( 24) input.

前記制御回路(8、9)の第1入力端子(+)に前記送信パワーレベル信号(Vramp)が供給され、前記制御回路(8、9)の第2入力端子(−)に前記パワー検波電圧(Vdet)が供給され、前記制御回路(8、9)の出力が前記誤差増幅器(7)の前記非反転入力端子(+)に供給される。   The transmission power level signal (Vramp) is supplied to the first input terminal (+) of the control circuit (8, 9), and the power detection voltage is supplied to the second input terminal (−) of the control circuit (8, 9). (Vdet) is supplied, and the output of the control circuit (8, 9) is supplied to the non-inverting input terminal (+) of the error amplifier (7).

前記送信パワーレベル信号(Vramp)のレベルよりも前記パワー検波電圧(Vdet)のレベルが低くなることに応答して前記制御回路(8、9)の前記出力は、前記自動パワー制御電圧(Vapc)のレベルが低下するように前記誤差増幅器(7)を制御するものである(図1参照)。   In response to the level of the power detection voltage (Vdet) being lower than the level of the transmission power level signal (Vramp), the output of the control circuit (8, 9) is the automatic power control voltage (Vapc). The error amplifier (7) is controlled so as to reduce the level of (see FIG. 1).

《実施の形態の説明》
次に、実施の形態について更に詳述する。尚、発明を実施するための最良の形態を説明するための全図において、前記の図と同一の機能を有する部品には同一の符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。
<< Description of Embodiment >>
Next, the embodiment will be described in more detail. In all the drawings for explaining the best mode for carrying out the invention, components having the same functions as those in the above-mentioned drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.

《RF電力増幅器の構成》
図1は、本発明の1つの実施の形態による無線周波数(RF:Radio Frequency)電力増幅器の構成を示す図である。
<< Configuration of RF power amplifier >>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a radio frequency (RF) power amplifier according to an embodiment of the present invention.

すなわち、図1に示すRF電力増幅器は、入力整合回路1、RF電力増幅回路2、方向性結合器3、RF検波回路4、バッファアンプ5、ランプフィルタ6、誤差増幅器7、差動増幅器8、電圧/電流変換器9、出力整合回路10、ローパスフィルタ11、アンテナスイッチ・アンテナフィルタ12によって構成されている。   That is, the RF power amplifier shown in FIG. 1 includes an input matching circuit 1, an RF power amplifier circuit 2, a directional coupler 3, an RF detector circuit 4, a buffer amplifier 5, a ramp filter 6, an error amplifier 7, a differential amplifier 8, A voltage / current converter 9, an output matching circuit 10, a low-pass filter 11, and an antenna switch / antenna filter 12 are included.

携帯電話端末に搭載されるRFアナログ信号処理半導体集積回路(RFIC)によって供給されるRF送信入力信号Pinは入力整合回路1の入力端子に供給され、入力整合回路1の出力信号はRF電力増幅回路2の入力端子に供給される。RF電力増幅回路2は、初段増幅器21と、次段増幅器22と、最終段増幅器23と、バイアス回路24とによって構成されている。入力整合回路1の出力信号は、RF電力増幅回路2の初段増幅器21と次段増幅器22と最終段増幅器23とからなる多段増幅器によって増幅され、RF電力増幅回路2の出力信号は方向性結合器3に供給される。RF電力増幅回路2に含まれる初段増幅器21と次段増幅器22と最終段増幅器23の各トランジスタのコレクタもしくはドレインの出力電極に供給される電源電圧は、携帯電話端末のバッテリー(図示せず)から供給される。RF電力増幅回路2に含まれる初段増幅器21と次段増幅器22と最終段増幅器23の各トランジスタのベースもしくはゲートの制御入力電極に供給されるバイアス電圧は、バイアス回路24から供給される。また更に、バイアス回路24から生成されるバイアス電圧の電圧レベルは、誤差増幅器7の自動パワー制御電圧Vapcのレベルによって制御される。   An RF transmission input signal Pin supplied by an RF analog signal processing semiconductor integrated circuit (RFIC) mounted on a cellular phone terminal is supplied to an input terminal of the input matching circuit 1, and an output signal of the input matching circuit 1 is an RF power amplifier circuit. 2 input terminals. The RF power amplifier circuit 2 includes a first stage amplifier 21, a next stage amplifier 22, a final stage amplifier 23, and a bias circuit 24. The output signal of the input matching circuit 1 is amplified by a multistage amplifier including the first stage amplifier 21, the next stage amplifier 22, and the final stage amplifier 23 of the RF power amplifier circuit 2, and the output signal of the RF power amplifier circuit 2 is directional coupler. 3 is supplied. The power supply voltage supplied to the collector or drain output electrode of each transistor of the first stage amplifier 21, the next stage amplifier 22, and the last stage amplifier 23 included in the RF power amplifier circuit 2 is supplied from a battery (not shown) of a mobile phone terminal. Supplied. A bias voltage supplied to the control input electrode of the base or gate of each transistor of the first stage amplifier 21, the next stage amplifier 22, and the last stage amplifier 23 included in the RF power amplifier circuit 2 is supplied from a bias circuit 24. Furthermore, the voltage level of the bias voltage generated from the bias circuit 24 is controlled by the level of the automatic power control voltage Vapc of the error amplifier 7.

尚、図1に示すRF電力増幅器では、RF電力増幅回路2に含まれる初段増幅器21と次段増幅器22と最終段増幅器23の各トランジスタは、高周波特性の良好なLD型のMOS電界効果トランジスタによって構成されている。尚、LDはLaterally Diffusedの略である。   In the RF power amplifier shown in FIG. 1, each of the first-stage amplifier 21, the next-stage amplifier 22, and the final-stage amplifier 23 included in the RF power amplifier circuit 2 is an LD-type MOS field effect transistor having good high-frequency characteristics. It is configured. LD is an abbreviation for Laterally Diffused.

《RF電力増幅器の動作》
図1に示す本発明の1つの実施の形態によるRF電力増幅器は、下記のように動作する。
<< Operation of RF power amplifier >>
The RF power amplifier according to one embodiment of the present invention shown in FIG. 1 operates as follows.

RF電力増幅回路2の出力信号は方向性結合器3に供給され、方向性結合器3は上記非特許文献1に記載された方向性結合器と同様に構成されている。すなわち、方向性結合器3の主線路31はRF電力増幅回路2の出力と出力整合回路10のとの間に接続され、方向性結合器3の副線路32は終端抵抗33とRF検波回路4の入力との間に接続される。方向性結合器3は、電力増幅器によって生成された進行波信号からの結合電圧と負荷により反射された反射波信号からの結合電圧とのベクトル和の検出電圧を検出することができる。方向性結合器3の出力から生成される検出電圧はRF検波回路4の入力端子に供給されることによって、RF検波回路4の出力端子から生成されるパワー検波電圧Vdetは抵抗R1を介して誤差増幅器7の反転入力端子−に供給される。方向性結合器3の主線路31を介して供給されるRF電力増幅回路2の出力信号は、出力整合回路10とローパスフィルタ11とアンテナスイッチ・アンテナフィルタ12とを介してRF送信出力信号Poutとして携帯電話端末のアンテナ(図示せず)に供給される。   The output signal of the RF power amplifier circuit 2 is supplied to the directional coupler 3, and the directional coupler 3 is configured in the same manner as the directional coupler described in Non-Patent Document 1. That is, the main line 31 of the directional coupler 3 is connected between the output of the RF power amplifier circuit 2 and the output matching circuit 10, and the sub line 32 of the directional coupler 3 is connected to the termination resistor 33 and the RF detector circuit 4. Connected to the input. The directional coupler 3 can detect the detection voltage of the vector sum of the combined voltage from the traveling wave signal generated by the power amplifier and the combined voltage from the reflected wave signal reflected by the load. The detection voltage generated from the output of the directional coupler 3 is supplied to the input terminal of the RF detection circuit 4, so that the power detection voltage Vdet generated from the output terminal of the RF detection circuit 4 has an error through the resistor R1. It is supplied to the inverting input terminal − of the amplifier 7. The output signal of the RF power amplifier circuit 2 supplied via the main line 31 of the directional coupler 3 is passed through the output matching circuit 10, the low pass filter 11, and the antenna switch / antenna filter 12 as an RF transmission output signal Pout. It is supplied to the antenna (not shown) of the mobile phone terminal.

バッファアンプ5の非反転入力端子+には携帯電話端末に搭載されるベースバンド信号処理LSI(ベースバンドLSI)から送信パワーレベル信号Vrampが供給され、バッファアンプ5の非反転入力端子−にはバッファアンプ5の出力信号が供給される。バッファアンプ5の出力信号は雑音低減用のランプフィルタ6を介して、誤差増幅器7の非反転入力端子+に供給される。雑音低減用のランプフィルタ6は、2個の容量C2、C3、3個の抵抗R3、R4、R5を含んでいる。尚、誤差増幅器7の反転入力端子−と出力端子との間には抵抗R2と位相補償容量C1とが並列接続されている。   A transmission power level signal Vramp is supplied to the non-inverting input terminal + of the buffer amplifier 5 from a baseband signal processing LSI (baseband LSI) mounted on the mobile phone terminal, and a buffer is supplied to the non-inverting input terminal − of the buffer amplifier 5. An output signal of the amplifier 5 is supplied. The output signal of the buffer amplifier 5 is supplied to the non-inverting input terminal + of the error amplifier 7 through the noise reducing ramp filter 6. The noise reducing ramp filter 6 includes two capacitors C2, C3 and three resistors R3, R4, R5. A resistor R2 and a phase compensation capacitor C1 are connected in parallel between the inverting input terminal − and the output terminal of the error amplifier 7.

誤差増幅器7の自動パワー制御電圧Vapc(APC制御電圧)がRF電力増幅回路2のバイアス回路24に供給され、バイアス回路24から生成されるバイアス電圧はRF電力増幅回路2の初段増幅器21と次段増幅器22と最終段増幅器23の各トランジスタのベースもしくはゲートの制御入力電極に供給される。RF電力増幅回路2の初段増幅器21と次段増幅器22と最終段増幅器23の各増幅利得はバイアス回路24から生成されるバイアス電圧によって制御され、このバイアス電圧は誤差増幅器7の自動パワー制御電圧Vapcによって制御される。ベースバンドLSIからRFICとバッファアンプ5とランプフィルタ6とを介して誤差増幅器7の非反転入力端子+に供給される送信パワーレベル信号Vrampは、基地局と携帯電話端末との距離に応じて携帯電話端末の電力増幅器から送信されるRF送信信号のレベルを示す信号である。携帯電話端末のバッファアンプ5、ランプフィルタ6、誤差増幅器7、RF電力増幅回路2、方向性結合器3、RF検波回路4の閉ループは、パワー検波電圧Vdetが送信パワーレベル信号Vrampと一致するようにAPC制御バイアス電圧Vapcのレベルを制御する。それによって、RF電力増幅器から送信されるRF送信信号Poutのレベルが、送信パワーレベル信号Vrampにより制御されることができる。   The automatic power control voltage Vapc (APC control voltage) of the error amplifier 7 is supplied to the bias circuit 24 of the RF power amplifier circuit 2, and the bias voltage generated from the bias circuit 24 is the first stage amplifier 21 and the next stage of the RF power amplifier circuit 2. The signal is supplied to the control input electrode of the base or gate of each transistor of the amplifier 22 and the final stage amplifier 23. The amplification gains of the first stage amplifier 21, the next stage amplifier 22 and the final stage amplifier 23 of the RF power amplifier circuit 2 are controlled by a bias voltage generated from the bias circuit 24, and this bias voltage is an automatic power control voltage Vapc of the error amplifier 7. Controlled by. The transmission power level signal Vramp supplied from the baseband LSI to the non-inverting input terminal + of the error amplifier 7 through the RFIC, the buffer amplifier 5 and the ramp filter 6 is carried according to the distance between the base station and the mobile phone terminal. It is a signal which shows the level of RF transmission signal transmitted from the power amplifier of a telephone terminal. The closed loop of the buffer amplifier 5, the lamp filter 6, the error amplifier 7, the RF power amplifier circuit 2, the directional coupler 3, and the RF detector circuit 4 of the cellular phone terminal is such that the power detection voltage Vdet matches the transmission power level signal Vramp. The level of the APC control bias voltage Vapc is controlled. Thereby, the level of the RF transmission signal Pout transmitted from the RF power amplifier can be controlled by the transmission power level signal Vramp.

《飽和防止回路》
本発明の実施の形態に従って、携帯電話端末のバッテリー電圧が低下した場合もしくはアンテナでの負荷不整合が生じた場合でのRF電力増幅器の出力の飽和を防止するために、差動増幅器8と電圧/電流変換器9とが特にRF電力増幅器に配置されている。
<Saturation prevention circuit>
In order to prevent saturation of the output of the RF power amplifier when the battery voltage of the mobile phone terminal is lowered or when a load mismatch occurs at the antenna according to the embodiment of the present invention, / Current converter 9 is arranged in particular in the RF power amplifier.

一般的に、正常なRF電力増幅器の動作期間では、検出電力レベル信号としてのパワー検波電圧Vdetのレベルが目標電力レベル信号としての送信パワーレベル信号Vrampのレベルと一致するように上述のバッファアンプ5、ランプフィルタ6、誤差増幅器7、RF電力増幅回路2、方向性結合器3、RF検波回路4の閉ループによってAPC制御バイアス電圧Vapcのレベルが適切な値に制御される。   In general, during the normal RF power amplifier operation period, the buffer amplifier 5 described above is set so that the level of the power detection voltage Vdet as the detection power level signal matches the level of the transmission power level signal Vramp as the target power level signal. The level of the APC control bias voltage Vapc is controlled to an appropriate value by the closed loop of the ramp filter 6, the error amplifier 7, the RF power amplifier circuit 2, the directional coupler 3, and the RF detection circuit 4.

しかし冒頭で説明したように、携帯電話端末のバッテリー電圧が低下した場合もしくはアンテナでの負荷不整合が生じた場合には、上述の閉ループが機能しなくなって、送信パワーレベル信号Vrampと比較してパワー検波電圧Vdetが低くなり、RF電力増幅回路2のバイアス電圧のAPC制御バイアス電圧Vapcが極めて高い状態に制御され、RF電力増幅器の出力が飽和することが本発明者等の検討によって明らかにされた。   However, as explained at the beginning, when the battery voltage of the mobile phone terminal decreases or when load mismatch occurs at the antenna, the above-described closed loop does not function and is compared with the transmission power level signal Vramp. The inventors have clarified that the power detection voltage Vdet is lowered, the APC control bias voltage Vapc of the bias voltage of the RF power amplifier circuit 2 is controlled to be extremely high, and the output of the RF power amplifier is saturated. It was.

このような出力飽和を防止するために、差動増幅器8と電圧/電流変換器9とが、特に使用される。すなわち、飽和開始パワーレベル信号に対応するオフセット電圧Voffsetを電圧/電流変換器9を含んでいる。差動増幅器8の出力電圧のレベルが電圧/電流変換器9のオフセット電圧Voffsetのレベルを超過すると、電圧/電流変換器9の出力に出力変換電流Iconvが流れ始める。電圧/電流変換器9の出力に出力変換電流Iconvが流れ始めると、ランプフィルタ6の抵抗R3、R4、に電圧降下が生じるので、誤差増幅器7の非反転入力端子+の電圧が低下される。   In order to prevent such output saturation, the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 are used in particular. That is, the offset voltage Voffset corresponding to the saturation start power level signal is included in the voltage / current converter 9. When the level of the output voltage of the differential amplifier 8 exceeds the level of the offset voltage Voffset of the voltage / current converter 9, the output conversion current Iconv begins to flow through the output of the voltage / current converter 9. When the output conversion current Iconv begins to flow through the output of the voltage / current converter 9, a voltage drop occurs in the resistors R3 and R4 of the ramp filter 6, so that the voltage at the non-inverting input terminal + of the error amplifier 7 is lowered.

従って、携帯電話端末のバッテリー電圧が低下した場合もしくはアンテナでの負荷不整合が生じた場合には、飽和開始パワーレベル信号に対応する電圧/電流変換器9のオフセット電圧Voffsetのレベルより差動増幅器8の出力電圧のレベルが高くなり電圧/電流変換器9の出力に変換電流Iconvが流れ始め、ランプフィルタ6の抵抗R3、R4、に電圧降下が生じる。それによって、誤差増幅器7の非反転入力端子+の電圧が低下されるので、誤差増幅器7の出力からのAPC制御バイアス電圧Vapcのレベルが低下するので、RF電力増幅回路2の出力の飽和を軽減することができる。   Therefore, when the battery voltage of the mobile phone terminal is lowered or when a load mismatch occurs in the antenna, the differential amplifier is determined from the level of the offset voltage Voffset of the voltage / current converter 9 corresponding to the saturation start power level signal. The level of the output voltage 8 becomes higher, and the conversion current Iconv begins to flow to the output of the voltage / current converter 9, causing a voltage drop in the resistors R 3 and R 4 of the ramp filter 6. As a result, the voltage at the non-inverting input terminal + of the error amplifier 7 is lowered, so that the level of the APC control bias voltage Vapc from the output of the error amplifier 7 is lowered, thereby reducing the saturation of the output of the RF power amplifier circuit 2. can do.

図2は、図1に示したRF電力増幅器に配置された差動増幅器8および電圧/電流変換器9の構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 arranged in the RF power amplifier shown in FIG.

図2に示すように、差動増幅器8は差動アンプ81と抵抗R11、R12、R13、R14とによって構成されている。パワー検波電圧Vdetは抵抗R11を介して差動アンプ81の反転入力端子−に供給され、送信パワーレベル信号Vrampは分圧抵抗R12、R14によって分圧され、分圧抵抗R12、R14によって生成される分圧電圧が差動アンプ81の非反転入力端子+に供給される。差動増幅器8の出力としての差動アンプ81の出力は抵抗R13を介して差動アンプ81の反転入力端子−に供給されるとともに、電圧/電流変換器9の入力端子に供給される。   As shown in FIG. 2, the differential amplifier 8 includes a differential amplifier 81 and resistors R11, R12, R13, and R14. The power detection voltage Vdet is supplied to the inverting input terminal − of the differential amplifier 81 through the resistor R11, and the transmission power level signal Vramp is divided by the voltage dividing resistors R12 and R14 and generated by the voltage dividing resistors R12 and R14. The divided voltage is supplied to the non-inverting input terminal + of the differential amplifier 81. The output of the differential amplifier 81 as the output of the differential amplifier 8 is supplied to the inverting input terminal − of the differential amplifier 81 through the resistor R 13 and also to the input terminal of the voltage / current converter 9.

電圧/電流変換器9は、NチャンネルMOSトランジスタQn1、Qn2、Qn3、Qn4と、PチャンネルMOSトランジスタQp1、Qp2、Qp3、Qp4、Qp5、Qp6と、定電流源I0、I1、I2と、抵抗R15、R16と、位相補償容量C4とによって構成されている。PチャンネルMOSトランジスタQp1と定電流源I1とはソースフォロワを構成する一方、定電流源I2とPチャンネルMOSトランジスタQp2と抵抗R15とはオフセット電圧Voffsetを含むソースフォロワを構成するものである。このオフセット電圧Voffsetは、定電流源I2と抵抗R15とによって設定される。NチャンネルMOSトランジスタQn1、Qn2のソースは定電流源I0を介して接地電圧GNDに接続され、NチャンネルMOSトランジスタQn1、Qn2のドレインは能動負荷のカレントミラーを構成するPチャンネルMOSトランジスタQp2、Qp3のドレインに接続されている。   The voltage / current converter 9 includes N channel MOS transistors Qn1, Qn2, Qn3, Qn4, P channel MOS transistors Qp1, Qp2, Qp3, Qp4, Qp5, Qp6, constant current sources I0, I1, I2, and a resistor R15. , R16 and a phase compensation capacitor C4. P channel MOS transistor Qp1 and constant current source I1 constitute a source follower, while constant current source I2, P channel MOS transistor Qp2 and resistor R15 constitute a source follower including offset voltage Voffset. This offset voltage Voffset is set by a constant current source I2 and a resistor R15. The sources of the N-channel MOS transistors Qn1 and Qn2 are connected to the ground voltage GND through the constant current source I0, and the drains of the N-channel MOS transistors Qn1 and Qn2 are the P-channel MOS transistors Qp2 and Qp3 that constitute the current mirror of the active load. Connected to the drain.

電圧/電流変換器9のNチャンネルMOSトランジスタQn1のドレインとPチャンネルMOSトランジスタQp2のドレインとの共通接続ノードから差動NチャンネルMOSトランジスタQn1、Qn2の出力電圧が生成されて、電圧/電流変換トランジスタとして機能するPチャンネルMOSトランジスタQp5、Qp6のゲート入力電極に供給される。電圧/電流変換トランジスタとして機能するPチャンネルMOSトランジスタQp5、Qp6は差動NチャンネルMOSトランジスタQn1、Qn2の出力電圧に応答して、変換電流Ioutを流すものである。抵抗R16での変換電流Ioutによる電圧降下は、定電流源I2とPチャンネルMOSトランジスタQp2と抵抗R15とから構成されオフセット電圧Voffsetを含むソースフォロワを介してNチャンネルMOSトランジスタQn2のゲート入力電極に供給される。   An output voltage of the differential N-channel MOS transistors Qn1 and Qn2 is generated from a common connection node between the drain of the N-channel MOS transistor Qn1 and the drain of the P-channel MOS transistor Qp2 of the voltage / current converter 9, and the voltage / current conversion transistor Are supplied to the gate input electrodes of P-channel MOS transistors Qp5 and Qp6. P-channel MOS transistors Qp5 and Qp6 functioning as voltage / current conversion transistors flow the conversion current Iout in response to the output voltages of the differential N-channel MOS transistors Qn1 and Qn2. The voltage drop due to the conversion current Iout at the resistor R16 is supplied to the gate input electrode of the N-channel MOS transistor Qn2 via the source follower including the constant voltage source I2, the P-channel MOS transistor Qp2 and the resistor R15 and including the offset voltage Voffset. Is done.

差動増幅器8の出力電圧をPout_DiffAmp、PチャンネルMOSトランジスタQp1のソース・ゲート電圧をVsg p1とすると、NチャンネルMOSトランジスタQn1のゲート入力電極の電圧Vgn1は、次式により与えられる。   If the output voltage of the differential amplifier 8 is Pout_DiffAmp and the source-gate voltage of the P-channel MOS transistor Qp1 is Vsg p1, the voltage Vgn1 of the gate input electrode of the N-channel MOS transistor Qn1 is given by the following equation.

Vgn1=Pout_DiffAmp+Vsg p1 …(1式)
一方、PチャンネルMOSトランジスタQp2のソース・ゲート電圧をVsg p2とすると、NチャンネルMOSトランジスタQn2のゲート入力電極の電圧Vgn2は、次式により与えられる。
Vgn1 = Pout_DiffAmp + Vsg p1 (1 formula)
On the other hand, if the source-gate voltage of the P channel MOS transistor Qp2 is Vsg p2, the voltage Vgn2 of the gate input electrode of the N channel MOS transistor Qn2 is given by the following equation.

Vgn2=R16・Iout+Voffset+Vsg p2 …(2式)
PチャンネルMOSトランジスタQp5と、抵抗R16と、定電流源I2とPチャンネルMOSトランジスタQp2と抵抗R15とはオフセット電圧Voffsetを含むソースフォロワとは100%負帰還回路を構成するので、この100%負帰還回路の機能によって差動NチャンネルMOSトランジスタQn1、Qn2の両ゲート入力電圧Vgn1、Vgn2のレベルは一致する。PチャンネルMOSトランジスタQp1のソース・ゲート電圧Vsg p1とPチャンネルMOSトランジスタQp2のソース・ゲート電圧Vsg p2とが相互に等しい電圧値であるので、上記(1式)と上記(2式)とから、次式が与えられる。
Vgn2 = R16 · Iout + Voffset + Vsg p2 (2 formulas)
Since the P channel MOS transistor Qp5, the resistor R16, the constant current source I2, the P channel MOS transistor Qp2 and the resistor R15 constitute a 100% negative feedback circuit with the source follower including the offset voltage Voffset, this 100% negative feedback. Depending on the function of the circuit, the levels of the gate input voltages Vgn1 and Vgn2 of the differential N-channel MOS transistors Qn1 and Qn2 match. Since the source-gate voltage Vsg p1 of the P-channel MOS transistor Qp1 and the source-gate voltage Vsg p2 of the P-channel MOS transistor Qp2 are equal to each other, from the above (1) and (2), The following equation is given:

Pout_DiffAmp+Vsg p1=R16・Iout+Voffset+Vsg p2
Iout =(Pout_DiffAmp−Voffset)/R16 …(3式)
この(3式)から理解されるように、差動増幅器8の出力電圧Pout_DiffAmpのレベルが電圧/電流変換器9のオフセット電圧Voffsetのレベルを超過すると、電圧/電流変換トランジスタとして機能するPチャンネルMOSトランジスタQp5、Qp6に変換電流Ioutが流れ始める。PチャンネルMOSトランジスタQp6の変換電流Ioutは、電圧/電流変換器9の出力カレントミラーとして機能するNチャンネルMOSトランジスタQn3、Qn4によって出力変換電流Iconvに変換される。出力カレントミラーとして機能するNチャンネルMOSトランジスタQn3、Qn4の有効素子面積がN:Mと仮定すれば、出力変換電流Iconvは次式によって与えられる。
Pout_DiffAmp + Vsg p1 = R16 · Iout + Voffset + Vsg p2
Iout = (Pout_DiffAmp−Voffset) / R16 (3 formulas)
As understood from this (Equation 3), when the level of the output voltage Pout_DiffAmp of the differential amplifier 8 exceeds the level of the offset voltage Voffset of the voltage / current converter 9, the P-channel MOS functioning as a voltage / current conversion transistor. Conversion current Iout begins to flow through transistors Qp5 and Qp6. The conversion current Iout of the P-channel MOS transistor Qp6 is converted into an output conversion current Iconv by N-channel MOS transistors Qn3 and Qn4 that function as output current mirrors of the voltage / current converter 9. Assuming that the effective element area of the N-channel MOS transistors Qn3 and Qn4 functioning as output current mirrors is N: M, the output conversion current Iconv is given by the following equation.

Iconv=M・Iout/N …(4式)
《飽和防止特性》
図3は、図1に示すRF電力増幅器に配置された差動増幅器8および電圧/電流変換器9による飽和防止の効果の1つである送信パワーレベル信号Vramp対送信パワーPoutの特性を示す図である。
Iconv = M · Iout / N (4 formulas)
<< Saturation prevention characteristics >>
FIG. 3 is a diagram showing a characteristic of the transmission power level signal Vramp versus the transmission power Pout, which is one of the effects of preventing saturation by the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 arranged in the RF power amplifier shown in FIG. It is.

図3で破線L1は差動増幅器8および電圧/電流変換器9が配置されていない一般的なRF電力増幅器の特性であり、送信パワーレベル信号Vrampが略2.3ボルトとなると、送信パワーPoutは略33.5dBmで飽和することが理解できる。   In FIG. 3, a broken line L1 is a characteristic of a general RF power amplifier in which the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 are not arranged. When the transmission power level signal Vramp becomes approximately 2.3 volts, the transmission power Pout Can be understood to be saturated at about 33.5 dBm.

図3で実線L2は差動増幅器8および電圧/電流変換器9が配置された図1の本発明の1つの実施の形態によるRF電力増幅器の特性であり、送信パワーレベル信号Vrampが略2.3ボルトとなっても、送信パワーPoutは略33.4dBmで飽和せずに微増することが理解できる。   In FIG. 3, a solid line L2 is a characteristic of the RF power amplifier according to the embodiment of the present invention of FIG. 1 in which the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 are arranged, and the transmission power level signal Vramp is approximately 2. It can be understood that even when the voltage is 3 volts, the transmission power Pout increases slightly without being saturated at about 33.4 dBm.

図4は、図1に示すRF電力増幅器に配置された差動増幅器8および電圧/電流変換器9による飽和防止の効果の1つである送信パワーPout対電力効率の特性を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing a characteristic of transmission power Pout versus power efficiency, which is one of the effects of preventing saturation by the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 arranged in the RF power amplifier shown in FIG.

図4で破線L1は差動増幅器8および電圧/電流変換器9が配置されていない一般的なRF電力増幅器の特性であり、送信パワーPoutが最大の略33.45dBmとなると、電力効率は略35.3%まで低下することが理解できる。   In FIG. 4, a broken line L1 is a characteristic of a general RF power amplifier in which the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 are not arranged. When the transmission power Pout is about 33.45 dBm, the power efficiency is about It can be seen that it drops to 35.3%.

図4で実線L2は差動増幅器8および電圧/電流変換器9が配置された図1の本発明の1つの実施の形態によるRF電力増幅器の特性であり、送信パワーPoutが最大の略33.38dBmとなっても、電力効率は略35.9%までしか低下することが理解できる。   In FIG. 4, a solid line L2 is a characteristic of the RF power amplifier according to the embodiment of the present invention of FIG. 1 in which the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 are arranged, and the transmission power Pout is about 33. It can be seen that even at 38 dBm, the power efficiency is only reduced to approximately 35.9%.

図5は、図1に示すRF電力増幅器に配置された差動増幅器8および電圧/電流変換器9による飽和防止の効果の1つである送信パワーレベル信号Vramp対バイアス電圧Vgs3の特性を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing a characteristic of the transmission power level signal Vramp versus the bias voltage Vgs3 which is one of the effects of preventing saturation by the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 arranged in the RF power amplifier shown in FIG. It is.

尚、図5の縦軸のバイアス電圧Vgs3は、図1に示すRF電力増幅器のRF電力増幅回路2の最終段増幅器23に含まれたLD型のMOS電界効果トランジスタのゲート・ソース間にバイアス回路24から供給されるバイアス電圧の値である。   The bias voltage Vgs3 on the vertical axis in FIG. 5 is a bias circuit between the gate and source of the LD type MOS field effect transistor included in the final stage amplifier 23 of the RF power amplifier circuit 2 of the RF power amplifier shown in FIG. 24 is a value of the bias voltage supplied from 24.

図5で破線L1は差動増幅器8および電圧/電流変換器9が配置されていない一般的なRF電力増幅器の特性であり、送信パワーレベル信号Vrampが略2.4ボルトとなると、バイアス電圧Vgs3は略1.4ボルトの付近まで増加することが理解できる。   In FIG. 5, the broken line L1 is a characteristic of a general RF power amplifier in which the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 are not arranged. When the transmission power level signal Vramp is approximately 2.4 volts, the bias voltage Vgs3 It can be seen that increases to around 1.4 volts.

図5で実線L2は差動増幅器8および電圧/電流変換器9が配置された図1の本発明の1つの実施の形態によるRF電力増幅器の特性であり、送信パワーレベル信号Vrampが略2.4ボルトとなっても、バイアス電圧Vgs3は略1.35ボルトの付近までしか増加しないことが理解できる。   In FIG. 5, a solid line L2 is a characteristic of the RF power amplifier according to the embodiment of the present invention of FIG. 1 in which the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 are arranged, and the transmission power level signal Vramp is approximately 2. It can be understood that even when the voltage is 4 volts, the bias voltage Vgs3 increases only to about 1.35 volts.

図6は、図1に示すRF電力増幅器に配置された差動増幅器8および電圧/電流変換器9による飽和防止の効果の1つであるスイッチングスペクトラム対周波数の特性を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing a switching spectrum versus frequency characteristic which is one of the effects of preventing saturation by the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 arranged in the RF power amplifier shown in FIG.

図6の左側の特性(A)、特性(B)、特性(C)は差動増幅器8および電圧/電流変換器9が配置されていない一般的なRF電力増幅器で電源電圧Vddが4.7ボルト、3.5ボルト、3.1ボルトにそれぞれ変化した場合の特性である。また、図6の右側の特性(D)、特性(E)、特性(F)は差動増幅器8および電圧/電流変換器9が配置された図1の本発明の1つの実施の形態によるRF電力増幅器で電源電圧Vddが4.7ボルト、3.5ボルト、3.1ボルトにそれぞれ変化した場合の特性である。   Characteristics (A), characteristics (B), and characteristics (C) on the left side of FIG. 6 are general RF power amplifiers in which the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 are not disposed, and the power supply voltage Vdd is 4.7. It is a characteristic when changing to bolt, 3.5 volts, and 3.1 volts, respectively. Further, the characteristics (D), characteristics (E), and characteristics (F) on the right side of FIG. 6 indicate the RF according to the embodiment of the present invention of FIG. 1 in which the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 are arranged. This is a characteristic when the power supply voltage Vdd is changed to 4.7 volts, 3.5 volts, and 3.1 volts in the power amplifier.

携帯電話のGMSKの規格によって中心周波数から±0.4MHz離れた周波数での非線形歪であるスイッチングスペクトラムの値は、−10dBm以下と定められている。   According to the GMSK standard for mobile phones, the value of the switching spectrum, which is nonlinear distortion at a frequency away from the center frequency by ± 0.4 MHz, is defined as −10 dBm or less.

差動増幅器8および電圧/電流変換器9が配置されていない一般的なRF電力増幅器では電源電圧Vddが3.1ボルトに低下すると、中心周波数から+0.4MHz離れた周波数での非線形歪であるスイッチングスペクトラムの値は−10dBm以上となってGMSK規格を満足できないことが、図6の左側の特性(C)から理解できる。   In a general RF power amplifier in which the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 are not arranged, when the power supply voltage Vdd is reduced to 3.1 volts, it is a non-linear distortion at a frequency +0.4 MHz away from the center frequency. It can be understood from the characteristic (C) on the left side of FIG. 6 that the value of the switching spectrum is −10 dBm or more and the GMSK standard cannot be satisfied.

それに対して、差動増幅器8および電圧/電流変換器9が配置された図1の本発明の1つの実施の形態によるRF電力増幅器では電源電圧Vddが3.1ボルトに低下しても、中心周波数から+0.4MHz離れた周波数での非線形歪であるスイッチングスペクトラムの値は−10dBm以下となってGMSK規格を満足できることが、図6の右側の特性(F)から理解できる。尚、図6の左側の特性(A)、特性(B)、特性(C)と図6の右側の特性(D)、特性(E)、特性(F)の全てで、中心周波数は1.9GHzの周波数に設定されたものである。   On the other hand, in the RF power amplifier according to the embodiment of the present invention of FIG. 1 in which the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 are arranged, even if the power supply voltage Vdd is reduced to 3.1 volts, the center It can be understood from the characteristic (F) on the right side of FIG. 6 that the value of the switching spectrum, which is nonlinear distortion at a frequency +0.4 MHz away from the frequency, is −10 dBm or less and satisfies the GMSK standard. It should be noted that the center frequency is 1. for the characteristics (A), characteristics (B), and characteristics (C) on the left side of FIG. 6 and the characteristics (D), characteristics (E), and characteristics (F) on the right side of FIG. The frequency is set to 9 GHz.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.

例えば、本発明は図1に示すRF電力増幅器でRF電力増幅回路2に含まれる初段増幅器21と次段増幅器22と最終段増幅器23の各トランジスタがLD型のMOS電界効果トランジスタに限定されるものではなく、例えば最終段増幅器23のトランジスタをヘテロ接合型バイポーラトランジスタ(HBT)に置換することもできる。   For example, the present invention is an RF power amplifier shown in FIG. 1 in which the transistors of the first stage amplifier 21, the next stage amplifier 22 and the last stage amplifier 23 included in the RF power amplifier circuit 2 are limited to LD type MOS field effect transistors. Instead, for example, the transistor of the final stage amplifier 23 can be replaced with a heterojunction bipolar transistor (HBT).

また、本発明のRF電力増幅器は、GSM/EDGE方式でGSM800、GSM850、DCS1800、PCS1900の各方式とWCDMA2100等の方式とをサポートするマルチモード携帯電話端末に搭載するマルチモードRF電力増幅器に適用することができる。   Further, the RF power amplifier of the present invention is applied to a multimode RF power amplifier mounted on a multimode mobile phone terminal that supports each of the GSM800, GSM850, DCS1800, PCS1900, and WCDMA2100 systems in the GSM / EDGE system. be able to.

図1は、本発明の1つの実施の形態によるRF電力増幅器の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an RF power amplifier according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に示したRF電力増幅器に配置された減衰器および差動増幅器の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an attenuator and a differential amplifier arranged in the RF power amplifier shown in FIG. 図3は、図1に示すRF電力増幅器に配置された減衰器および差動増幅器による飽和防止の効果の1つである送信パワーレベル信号対送信パワーの特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a transmission power level signal versus transmission power characteristic which is one of the effects of saturation prevention by the attenuator and the differential amplifier arranged in the RF power amplifier shown in FIG. 図4は、図1に示すRF電力増幅器に配置された減衰器および差動増幅器による飽和防止の効果の1つである送信パワー対電力効率の特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a characteristic of transmission power versus power efficiency, which is one of the effects of saturation prevention by the attenuator and the differential amplifier arranged in the RF power amplifier shown in FIG. 図5は、図1に示すRF電力増幅器に配置された差動増幅器8および電圧/電流変換器9による飽和防止の効果の1つである送信パワーレベル信号対バイアス電圧の特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the transmission power level signal versus the bias voltage, which is one of the effects of preventing saturation by the differential amplifier 8 and the voltage / current converter 9 arranged in the RF power amplifier shown in FIG. . 図6は、図1に示すRF電力増幅器に配置された減衰器および差動増幅器による飽和防止の効果の1つであるスイッチングスペクトラム対周波数の特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a switching spectrum versus frequency characteristic which is one of the effects of saturation prevention by the attenuator and the differential amplifier arranged in the RF power amplifier shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 入力整合回路
2 RF電力増幅回路
3 方向性結合器
4 RF検波回路
5 バッファアンプ
6 ランプフィルタ
7 誤差増幅器
8 差動増幅器
9 電圧/電流変換器
10 出力整合回路
11 ローパスフィルタ
12 アンテナスイッチ・アンテナフィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input matching circuit 2 RF power amplifier circuit 3 Directional coupler 4 RF detection circuit 5 Buffer amplifier 6 Ramp filter 7 Error amplifier 8 Differential amplifier 9 Voltage / current converter 10 Output matching circuit 11 Low pass filter 12 Antenna switch antenna filter

Claims (20)

RF電力増幅回路、方向性結合器、RF検波回路、誤差増幅器、制御回路を具備して、
前記RF電力増幅回路はRF送信入力信号を増幅することによってRF送信出力信号を生成して前記方向性結合器の主線路を介してアンテナに供給するものであり、
前記方向性結合器の副線路は前記RF検波回路の入力に接続され、前記RF検波回路の出力からのパワー検波電圧が前記誤差増幅器の反転入力端子に供給され、
前記RF電力増幅回路は多段増幅器とバイアス回路とを含み、前記多段増幅器の各段のトランジスタの制御入力電極に前記バイアス回路の出力から生成されるバイアス電圧供給されるものであり、
前記誤差増幅器の非反転入力端子送信パワーレベル信号が供給され、前記誤差増幅器の出力から生成される自動パワー制御電圧が前記バイアス回路の入力に供給され、
前記制御回路の第1入力端子に前記送信パワーレベル信号が供給され、前記制御回路の第2入力端子に前記パワー検波電圧が供給され、前記制御回路の出力が前記誤差増幅器の前記非反転入力端子に供給され、
前記送信パワーレベル信号のレベルよりも前記パワー検波電圧のレベルが低くなることに応答して前記制御回路の前記出力は、前記自動パワー制御電圧のレベルが低下するように前記誤差増幅器を制御するものであるRF電力増幅器。
RF power amplifier circuit, directional coupler, RF detector circuit, error amplifier, control circuit,
The RF power amplifier circuit generates an RF transmission output signal by amplifying an RF transmission input signal and supplies the RF transmission output signal to the antenna through the main line of the directional coupler.
The sub line of the directional coupler is connected to the input of the RF detection circuit, and the power detection voltage from the output of the RF detection circuit is supplied to the inverting input terminal of the error amplifier,
The RF power amplifier circuit includes a multistage amplifier and a bias circuit, and a bias voltage generated from an output of the bias circuit is supplied to a control input electrode of a transistor of each stage of the multistage amplifier.
A non-inverting input terminal transmission power level signal of the error amplifier is supplied, and an automatic power control voltage generated from the output of the error amplifier is supplied to the input of the bias circuit,
The transmission power level signal is supplied to the first input terminal of the control circuit, the power detection voltage is supplied to the second input terminal of the control circuit, and the output of the control circuit is the non-inverting input terminal of the error amplifier. Supplied to
In response to the level of the power detection voltage being lower than the level of the transmission power level signal, the output of the control circuit controls the error amplifier so that the level of the automatic power control voltage decreases. RF power amplifier that is
前記方向性結合器の前記副線路は終端抵抗と前記RF検波回路の前記入力との間に接続され、前記方向性結合器の前記副線路の検出電圧が前記RF検波回路の入力端子に供給され、
前記制御回路は、前記送信パワーレベル信号の前記レベルと前記パワー検波電圧の前記レベルを比較する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力電圧に応答して前記誤差増幅器の前記非反転入力端子の電圧レベルを制御する出力制御回路とを含み、
前記出力制御回路の内部では所定の値に設定されたオフセット電圧が生成されて、前記オフセット電圧よりも前記差動増幅器の前記出力電圧のレベルが超過した場合に、前記制御回路の前記出力は、前記自動パワー制御電圧のレベルが低下するように前記誤差増幅器を制御するものである請求項1に記載のRF電力増幅器。
The sub line of the directional coupler is connected between a terminating resistor and the input of the RF detection circuit, and a detection voltage of the sub line of the directional coupler is supplied to an input terminal of the RF detection circuit. ,
The control circuit includes a differential amplifier that compares the level of the transmission power level signal and the level of the power detection voltage, and a non-inverting input terminal of the error amplifier in response to an output voltage of the differential amplifier. An output control circuit for controlling the voltage level,
When an offset voltage set to a predetermined value is generated inside the output control circuit and the level of the output voltage of the differential amplifier exceeds the offset voltage, the output of the control circuit is: The RF power amplifier according to claim 1, wherein the error amplifier is controlled so that a level of the automatic power control voltage is lowered.
前記出力制御回路は前記差動増幅器の前記出力電圧を出力電流に変換する電圧/電流変換器であり、前記オフセット電圧よりも前記差動増幅器の前記出力電圧のレベルが超過した場合に、前記出力電流を前記電圧/電流変換器が流し始めるものである請求項2に記載のRF電力増幅器。   The output control circuit is a voltage / current converter that converts the output voltage of the differential amplifier into an output current, and when the level of the output voltage of the differential amplifier exceeds the offset voltage, the output control circuit The RF power amplifier according to claim 2, wherein the voltage / current converter starts to flow current. 前記RF電力増幅器は、前記電圧/電流変換器の前記出力電流を電圧に変換する抵抗を含むフィルタを更に具備して、
前記誤差増幅器の前記非反転入力端子に、前記フィルタを介して、前記送信パワーレベル信号と前記制御回路の出力電圧とが供給される請求項3に記載のRF電力増幅器。
The RF power amplifier further comprises a filter including a resistor that converts the output current of the voltage / current converter into a voltage;
The RF power amplifier according to claim 3, wherein the transmission power level signal and the output voltage of the control circuit are supplied to the non-inverting input terminal of the error amplifier via the filter.
前記RF電力増幅器は、出力整合回路を更に具備して、
前記RF送信出力信号は、前記方向性結合器の前記主線路と前記出力整合回路とを介して前記アンテナに供給されるものである請求項3に記載のRF電力増幅器。
The RF power amplifier further comprises an output matching circuit,
The RF power amplifier according to claim 3, wherein the RF transmission output signal is supplied to the antenna via the main line of the directional coupler and the output matching circuit.
前記RF電力増幅器は、入力整合回路を更に具備して、
前記RF送信入力信号は前記入力整合回路を介して前記RF電力増幅回路の入力端子に供給されるものである請求項5に記載のRF電力増幅器。
The RF power amplifier further comprises an input matching circuit,
6. The RF power amplifier according to claim 5, wherein the RF transmission input signal is supplied to an input terminal of the RF power amplifier circuit via the input matching circuit.
前記RF電力増幅器は、バッファアンプを更に具備して、
前記送信パワーレベル信号は前記バッファアンプを介して前記誤差増幅器の前記非反転入力端子に供給されるものである請求項6に記載のRF電力増幅器。
The RF power amplifier further comprises a buffer amplifier,
The RF power amplifier according to claim 6, wherein the transmission power level signal is supplied to the non-inverting input terminal of the error amplifier via the buffer amplifier.
前記RF電力増幅器は携帯電話端末に搭載可能に構成され、前記RF電力増幅回路の前記多段増幅器と前記バイアス回路とは前記携帯電話端末に搭載されるバッテリーで動作可能に構成されたものである請求項7に記載のRF電力増幅器。   The RF power amplifier is configured to be mountable on a mobile phone terminal, and the multistage amplifier and the bias circuit of the RF power amplifier circuit are configured to be operable with a battery mounted on the mobile phone terminal. Item 8. The RF power amplifier according to Item 7. 前記RF電力増幅回路の前記多段増幅器の前記各段の前記トランジスタは電界効果トランジスタである請求項8に記載のRF電力増幅器。   The RF power amplifier according to claim 8, wherein the transistors in the respective stages of the multistage amplifier of the RF power amplifier circuit are field effect transistors. 前記電界効果トランジスタはLD型のMOS電界効果トランジスタである請求項9に記載のRF電力増幅器。   The RF power amplifier according to claim 9, wherein the field effect transistor is an LD type MOS field effect transistor. RF電力増幅回路、方向性結合器、RF検波回路、誤差増幅器、制御回路を具備したRF電力増幅器の動作方法であって、
前記RF電力増幅回路はRF送信入力信号を増幅することによってRF送信出力信号を生成して前記方向性結合器の主線路を介してアンテナに供給するものであり、
前記方向性結合器の副線路は前記RF検波回路の入力に接続され、前記RF検波回路の出力からのパワー検波電圧が前記誤差増幅器の反転入力端子に供給され、
前記RF電力増幅回路は多段増幅器とバイアス回路とを含み、前記多段増幅器の各段のトランジスタの制御入力電極に前記バイアス回路の出力から生成されるバイアス電圧供給されるものであり、
前記誤差増幅器(7)の非反転入力端子送信パワーレベル信号が供給され、前記誤差増幅器の出力から生成される自動パワー制御電圧が前記バイアス回路の入力に供給され、
前記制御回路の第1入力端子に前記送信パワーレベル信号が供給され、前記制御回路の第2入力端子に前記パワー検波電圧が供給され、前記制御回路の出力が前記誤差増幅器の前記非反転入力端子に供給され、
前記送信パワーレベル信号のレベルよりも前記パワー検波電圧のレベルが低くなることに応答して前記制御回路の前記出力は、前記自動パワー制御電圧のレベルが低下するように前記誤差増幅器を制御するものであるRF電力増幅器の動作方法。
An RF power amplifier operating method comprising an RF power amplifier circuit, a directional coupler, an RF detector circuit, an error amplifier, and a control circuit,
The RF power amplifier circuit generates an RF transmission output signal by amplifying an RF transmission input signal and supplies the RF transmission output signal to the antenna through the main line of the directional coupler,
The sub line of the directional coupler is connected to the input of the RF detection circuit, and the power detection voltage from the output of the RF detection circuit is supplied to the inverting input terminal of the error amplifier,
The RF power amplifier circuit includes a multistage amplifier and a bias circuit, and a bias voltage generated from an output of the bias circuit is supplied to a control input electrode of a transistor of each stage of the multistage amplifier.
A non-inverting input terminal transmission power level signal of the error amplifier (7) is supplied, and an automatic power control voltage generated from the output of the error amplifier is supplied to the input of the bias circuit,
The transmission power level signal is supplied to the first input terminal of the control circuit, the power detection voltage is supplied to the second input terminal of the control circuit, and the output of the control circuit is the non-inverting input terminal of the error amplifier. Supplied to
In response to the level of the power detection voltage being lower than the level of the transmission power level signal, the output of the control circuit controls the error amplifier so that the level of the automatic power control voltage decreases. A method of operating an RF power amplifier.
前記方向性結合器の前記副線路は終端抵抗と前記RF検波回路の前記入力との間に接続され、前記方向性結合器の前記副線路の検出電圧が前記RF検波回路の入力端子に供給され、
前記制御回路は、前記送信パワーレベル信号の前記レベルと前記パワー検波電圧の前記レベルを比較する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力電圧に応答して前記誤差増幅器の前記非反転入力端子の電圧レベルを制御する出力制御回路とを含み、
前記出力制御回路の内部では所定の値に設定されたオフセット電圧が生成されて、前記オフセット電圧よりも前記差動増幅器の前記出力電圧のレベルが超過した場合に、前記制御回路の前記出力は、前記自動パワー制御電圧のレベルが低下するように前記誤差増幅器を制御するものである請求項11に記載のRF電力増幅器の動作方法。
The sub line of the directional coupler is connected between a terminating resistor and the input of the RF detection circuit, and a detection voltage of the sub line of the directional coupler is supplied to an input terminal of the RF detection circuit. ,
The control circuit includes a differential amplifier that compares the level of the transmission power level signal and the level of the power detection voltage, and a non-inverting input terminal of the error amplifier in response to an output voltage of the differential amplifier. An output control circuit for controlling the voltage level,
When an offset voltage set to a predetermined value is generated inside the output control circuit and the level of the output voltage of the differential amplifier exceeds the offset voltage, the output of the control circuit is: 12. The method of operating an RF power amplifier according to claim 11, wherein the error amplifier is controlled so that the level of the automatic power control voltage is lowered.
前記出力制御回路は前記差動増幅器の前記出力電圧を出力電流に変換する電圧/電流変換器であり、前記オフセット電圧よりも前記差動増幅器の前記出力電圧のレベルが超過した場合に、前記出力電流を前記電圧/電流変換器が流し始めるものである請求項12に記載のRF電力増幅器の動作方法。   The output control circuit is a voltage / current converter that converts the output voltage of the differential amplifier into an output current, and when the level of the output voltage of the differential amplifier exceeds the offset voltage, the output control circuit The method of operating an RF power amplifier according to claim 12, wherein the voltage / current converter starts to flow current. 前記RF電力増幅器は、前記電圧/電流変換器の前記出力電流を電圧に変換する抵抗を含むフィルタを更に具備して、
前記誤差増幅器の前記非反転入力端子に、前記フィルタを介して、前記送信パワーレベル信号と前記制御回路の出力電圧とが供給される請求項13に記載のRF電力増幅器の動作方法。
The RF power amplifier further comprises a filter including a resistor that converts the output current of the voltage / current converter into a voltage;
14. The method of operating an RF power amplifier according to claim 13, wherein the transmission power level signal and the output voltage of the control circuit are supplied to the non-inverting input terminal of the error amplifier via the filter.
前記RF電力増幅器は、出力整合回路を更に具備して、
前記RF送信出力信号は、前記方向性結合器の前記主線路と前記出力整合回路とを介して前記アンテナに供給されるものである請求項13に記載のF電力増幅器。
The RF power amplifier further comprises an output matching circuit,
14. The F power amplifier according to claim 13, wherein the RF transmission output signal is supplied to the antenna via the main line of the directional coupler and the output matching circuit.
前記RF電力増幅器は、入力整合回路を更に具備して、
前記RF送信入力信号は前記入力整合回路を介して前記RF電力増幅回路の入力端子に供給されるものである請求項15に記載のRF電力増幅器の動作方法。
The RF power amplifier further comprises an input matching circuit,
The method of operating an RF power amplifier according to claim 15, wherein the RF transmission input signal is supplied to an input terminal of the RF power amplifier circuit via the input matching circuit.
前記RF電力増幅器は、バッファアンプを更に具備して、
前記送信パワーレベル信号は前記バッファアンプを介して前記誤差増幅器の前記非反転入力端子に供給されるものである請求項16に記載のRF電力増幅器の動作方法。
The RF power amplifier further comprises a buffer amplifier,
17. The method of operating an RF power amplifier according to claim 16, wherein the transmission power level signal is supplied to the non-inverting input terminal of the error amplifier via the buffer amplifier.
前記RF電力増幅器は携帯電話端末に搭載可能に構成され、前記RF電力増幅回路の前記多段増幅器と前記バイアス回路とは前記携帯電話端末に搭載されるバッテリーで動作可能に構成されたものである請求項17に記載のRF電力増幅器の動作方法。   The RF power amplifier is configured to be mountable on a mobile phone terminal, and the multistage amplifier and the bias circuit of the RF power amplifier circuit are configured to be operable with a battery mounted on the mobile phone terminal. Item 18. A method of operating an RF power amplifier according to Item 17. 前記RF電力増幅回路の前記多段増幅器の前記各段の前記トランジスタは電界効果トランジスタである請求項18に記載のRF電力増幅器の動作方法。   19. The method of operating an RF power amplifier according to claim 18, wherein the transistors at each stage of the multi-stage amplifier of the RF power amplifier circuit are field effect transistors. 前記電界効果トランジスタはLD型のMOS電界効果トランジスタである請求項19に記載のRF電力増幅器の動作方法。   20. The method of operating an RF power amplifier according to claim 19, wherein the field effect transistor is an LD type MOS field effect transistor.
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