JP2011004174A - High frequency power amplifier and radio communication apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体通信の送受信に用いられる高周波電力増幅器に関し、特に、低歪を必要とする高周波電力増幅器に関するものである。 The present invention relates to a high-frequency power amplifier used for transmission / reception of mobile communication, and more particularly to a high-frequency power amplifier that requires low distortion.
近年、携帯電話などの移動体通信システムにおいては、伝送レートの大容量化および高速化を実現する無線通信が要求される。この大容量化および高速化を可能とするデジタル変調信号にＨＳＤＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＨＳＵＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｕｐｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）方式などが用いられるが、この変調信号においては、ピーク電圧の振幅は増大傾向にある。これらの移動体通信システムにおける携帯電話の実現のため、送信用に用いられる高周波電力増幅器には、より低歪かつ高効率な特性が強く要求されている。 In recent years, in mobile communication systems such as mobile phones, wireless communication that achieves a large transmission rate and high speed is required. As the digital modulation signal that can increase the capacity and increase the speed, the HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) method, the HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) method, etc. are used. In this modulation signal, the amplitude of the peak voltage is used. Tend to increase. In order to realize mobile phones in these mobile communication systems, high-frequency power amplifiers used for transmission are strongly required to have lower distortion and higher efficiency characteristics.
また、高周波電力増幅器において、高効率と低歪とはトレードオフの関係にある。そこで、デジタル変調信号を増幅する高周波電力増幅器に必要とされる動作としては、入力信号の電力に対し、広いダイナミックレンジで利得の線形性を可能にすることで、低歪な信号を出力することである。 In a high-frequency power amplifier, high efficiency and low distortion are in a trade-off relationship. Therefore, the operation required for a high-frequency power amplifier that amplifies a digital modulation signal is to output a low distortion signal by enabling linearity of gain over a wide dynamic range with respect to the power of the input signal. It is.
上記高周波電力増幅器の利得の線形性の問題を解決する手段として、以下に示す技術が特許文献１および特許文献２に開示されている。
As means for solving the problem of the linearity of the gain of the high-frequency power amplifier, the following techniques are disclosed in
特許文献１では、２段構成の高周波電力増幅器において、高周波電力増幅器の低歪動作を実現するために、前段のベースバイアス点を入力信号電力に対し、利得が減少するＡ級またはＡ級に近いＡＢ級に設定し、後段のベースバイアス点を入力電力に対し、利得が上昇するＢ級またはＢ級に近いＡＢ級に設定する。これにより、利得特性が、２段の高周波電力増幅器で入力信号電力に対し、一定となるようにしたものである。
In
また、特許文献２では、高周波電力増幅器において、電力増幅用トランジスタのベースとバイアス回路のエミッタフォロアトランジスタのベースとを交流的に接続するインピーダンス回路を設けている。これにより、増幅用トランジスタのベースとバイアス回路のエミッタフォロアトランジスタのエミッタとを同相させる。
Further, in
このようにインピーダンス回路を設けることで、入力信号電力の増大によりバイアス回路のエミッタフォロアトランジスタのエミッタの電位が上昇しても、同時に生ずるベース電位の上昇によって、バイアス回路のエミッタフォロアトランジスタのベース−エミッタ間電圧の低下を回避することができる。これにより、ベース−エミッタ間にオン電圧Ｖｂｉが存在することに起因する電力増幅用トランジスタの利得低下が防止され、入力信号電力の増大時においても、利得の低下を抑制することができる。 By providing the impedance circuit in this way, even when the emitter potential of the emitter follower transistor of the bias circuit rises due to an increase in input signal power, the base potential of the emitter follower transistor of the bias circuit rises due to the rise in the base potential that occurs simultaneously. It is possible to avoid a decrease in inter-voltage. As a result, a decrease in gain of the power amplification transistor due to the presence of the on-voltage Vbi between the base and emitter is prevented, and a decrease in gain can be suppressed even when the input signal power is increased.
しかしながら、上記従来技術では、低アイドル電流で、かつ、低歪な高周波電力増幅器を実現することができないという課題がある。具体的には以下の通りである。 However, the above-described conventional technique has a problem that a high-frequency power amplifier with low idle current and low distortion cannot be realized. Specifically, it is as follows.
例えば、特許文献１では、前段または後段のいずれかの電力増幅用トランジスタを、小信号領域においてＡ級またはＡ級に近いＡＢ級に設定し動作するようにバイアスされているものである。このため、いずれかの増幅用トランジスタのコレクタに流れるアイドル電流を十分に高く設定しなければならず、小信号時において高周波電力増幅器の効率低下を引き起こすという課題を有していた。
For example, in
また、特許文献２では、電力増幅用トランジスタを小信号領域においてＢ級またはＢ級に近いＡＢ級に設定した場合においては、入力信号電力の増大に伴って出力電流の振幅が増大し、この出力電流の振幅の増大によりコレクタ電流の直流成分が増大する。これにより、電力増幅用トランジスタの最大有能電力利得が上昇する。すなわち、この動作における入力信号電力に対する電力増幅用トランジスタの利得は、小信号時に最小利得となり、入力信号電力の増大に従って利得が上昇することとなる。つまり、電力増幅用トランジスタを、小信号領域において最小利得となるようなＢ級またはＢ級に近いＡＢ級に設定した場合においては、利得の線形性を悪化させてしまう。このため、低いアイドル電流で利得の線形性を保つことが困難であった。
In
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低アイドル電流で、かつ、低歪な高周波電力増幅器および無線通信装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a high-frequency power amplifier and a wireless communication apparatus that have a low idle current and a low distortion.
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る高周波電力増幅器は、入力信号を増幅する第１トランジスタと、前記第１トランジスタのベースに直流電流を供給するバイアス回路とを有する増幅回路と、前記入力信号の一部を通過させ、前記バイアス回路に出力する高周波通過回路とを備え、前記バイアス回路は、一端が第１電源に接続される第１抵抗と、ベースが前記第１抵抗の他端に接続され、コレクタが第２電源に接続され、エミッタが前記第１トランジスタのベースに接続され、前記直流電流を前記第１トランジスタのベースに供給する第２トランジスタと、ベースが前記第２トランジスタのベースに接続され、コレクタが前記第２電源に接続される第３トランジスタと、ベースが前記第３トランジスタのエミッタに接続され、コレクタが前記第３トランジスタのベースに接続され、エミッタが接地される第４トランジスタとを有し、前記高周波通過回路は、前記第４トランジスタのベースに前記入力信号の一部を出力する。 In order to solve the above-described conventional problems, a high-frequency power amplifier according to the present invention includes an amplifier circuit having a first transistor that amplifies an input signal, and a bias circuit that supplies a direct current to the base of the first transistor; A high-frequency pass circuit that passes a part of the input signal and outputs the signal to the bias circuit, the bias circuit including a first resistor having one end connected to the first power source and a base other than the first resistor. A second transistor connected to an end, a collector connected to a second power source, an emitter connected to a base of the first transistor, and supplying the direct current to a base of the first transistor; and a base connected to the second transistor. A third transistor having a collector connected to the second power source and a base connected to an emitter of the third transistor, Kuta is connected to the base of the third transistor, and a fourth transistor whose emitter is grounded, the high-frequency passing circuit outputs a portion of the input signal to the base of the fourth transistor.
この構成によれば、電力増幅用である第１トランジスタに入力される高周波入力信号の一部を、高周波通過回路を介してバイアス回路に出力することにより、第１トランジスタにベース電流を供給する第２トランジスタのベース電位を入力信号電力の増大により低減させ、第１トランジスタに供給するベース電流を抑えることができる。これにより、小信号領域において、最小利得となるようなＢ級またはＢ級に近いＡＢ級に設定した場合において、入力信号電力の増大に対する利得上昇分を抑制し、低いアイドル電流においても、入力電力に対する利得を一定とすることが可能となり、低アイドル電流でかつ低歪な高周波電力増幅器を実現することができる。 According to this configuration, the base current is supplied to the first transistor by outputting a part of the high-frequency input signal input to the first transistor for power amplification to the bias circuit via the high-frequency pass circuit. The base potential of the two transistors can be reduced by increasing the input signal power, and the base current supplied to the first transistor can be suppressed. As a result, in the small signal region, when the class B is set to be the minimum gain or the class AB close to the class B, the gain increase with respect to the increase of the input signal power is suppressed, and the input power can be reduced even at a low idle current. Thus, a high frequency power amplifier having a low idle current and a low distortion can be realized.
また、前記高周波電力増幅器は、前段の出力を後段の入力とする多段構成を形成する複数の前記増幅回路を備え、前記高周波通過回路は、複数の前記増幅回路のうちの１つが有する前記第４トランジスタのベースに前記入力信号の一部を出力してもよい。 The high-frequency power amplifier includes a plurality of amplifier circuits forming a multi-stage configuration in which a front-stage output is a rear-stage input, and the high-frequency pass circuit is included in one of the plurality of amplifier circuits. A part of the input signal may be output to the base of the transistor.
この構成によれば、多段構成を形成する増幅回路において、いずれかの段の増幅回路に含まれる第１トランジスタに入力される高周波入力信号の一部を、高周波通過回路を介してバイアス回路に出力することにより、第１トランジスタにベース電流を供給する第２トランジスタのベース電位を、入力信号電力の増大時に低減させ、第１トランジスタに供給するベース電流を抑えることができる。これにより、Ｂ級のような低いアイドル電流に設定した場合でも、Ａ級で動作させるような入力信号電力の増大に対し、利得が減少する動作をさせることができる。すなわち、その他の段の入力信号電力の増大に対する利得の合成が、入力信号電力の増大に対して上昇する動作に設定した場合においても、その利得上昇分を高周波通過回路が接続された段が相反するように設定すれば、複数段の全ての電力増幅用の第１トランジスタを低いアイドル電流で動作させた場合においても、入力電力に対する利得を一定とすることが可能となり、低アイドル電流でかつ低歪な高周波電力増幅器を実現することができる。 According to this configuration, in the amplifier circuit forming a multistage configuration, a part of the high-frequency input signal input to the first transistor included in the amplifier circuit of any stage is output to the bias circuit via the high-frequency pass circuit. Thus, the base potential of the second transistor that supplies the base current to the first transistor can be reduced when the input signal power is increased, and the base current supplied to the first transistor can be suppressed. As a result, even when a low idle current such as class B is set, it is possible to perform an operation in which the gain decreases with respect to an increase in input signal power that is operated in class A. In other words, even when the gain composition with respect to the increase in input signal power in other stages is set to an operation in which the gain increases with respect to the increase in input signal power, the gain increase is incompatible with the stage to which the high-frequency pass circuit is connected. If so, even when all of the power amplification first transistors in a plurality of stages are operated at a low idle current, the gain with respect to the input power can be made constant, and the low idle current and the low A distorted high-frequency power amplifier can be realized.
また、前記高周波通過回路は、前記バイアス回路に直列接続されるコンデンサで構成されてもよい。 The high-frequency passage circuit may be formed of a capacitor connected in series to the bias circuit.
これにより、コンデンサの容量値を調整することで、入力された高周波信号のうち高周波通過回路が通過させる信号の周波数成分を調整することができる。 Thereby, the frequency component of the signal which a high frequency passage circuit passes among the input high frequency signals can be adjusted by adjusting the capacitance value of a capacitor.
また、前記高周波通過回路は、前記バイアス回路に直列接続されるコンデンサと抵抗とで構成されてもよい。 The high-frequency passage circuit may be configured by a capacitor and a resistor connected in series to the bias circuit.
これにより、コンデンサの容量値を調整することで、入力された高周波信号のうち高周波通過回路が通過させる信号の周波数成分を調整することができる。さらに、抵抗の抵抗値を調整することで、通過電力量を調整することができる。 Thereby, the frequency component of the signal which a high frequency passage circuit passes among the input high frequency signals can be adjusted by adjusting the capacitance value of a capacitor. Furthermore, the passing electric energy can be adjusted by adjusting the resistance value of the resistor.
また、前記高周波通過回路は、前記バイアス回路に直列接続されるコンデンサと抵抗とインダクタとで構成されてもよい。 The high-frequency passage circuit may include a capacitor, a resistor, and an inductor connected in series to the bias circuit.
これにより、コンデンサの容量値とインダクタの自己インダクタンス値とを調整することで、所定の周波数成分を通過させることができる。さらに、抵抗の抵抗値を調整することで、通過電力量を調整することができる。 Thus, a predetermined frequency component can be passed by adjusting the capacitance value of the capacitor and the self-inductance value of the inductor. Furthermore, the passing electric energy can be adjusted by adjusting the resistance value of the resistor.
また、本発明は、上記の高周波電力増幅器を備える無線通信装置としても実現することができる。 The present invention can also be realized as a wireless communication device including the above-described high frequency power amplifier.
本発明に係る高周波電力増幅器によれば、低アイドル電流でかつ低歪な高周波電力増幅器を実現することができる。 The high-frequency power amplifier according to the present invention can realize a high-frequency power amplifier with low idle current and low distortion.
以下、本発明に係る高周波電力増幅器の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of a high-frequency power amplifier according to the present invention will be described with reference to the drawings.
（実施の形態１）
本実施の形態に係る高周波電力増幅器は、増幅用トランジスタとバイアス回路とを含む増幅回路を備え、増幅用トランジスタのベースとバイアス回路とは、入力された高周波信号の一部を通過させる高周波通過回路を介して接続されていることを特徴とする。
(Embodiment 1)
The high frequency power amplifier according to the present embodiment includes an amplifier circuit including an amplifying transistor and a bias circuit, and the base of the amplifying transistor and the bias circuit pass a part of the input high frequency signal. It is characterized by being connected via.
以下では、図１〜図４を参照しながら、本実施の形態に係る高周波電力増幅器について説明する。 Hereinafter, the high-frequency power amplifier according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図１は、本実施の形態に係る高周波電力増幅器１０の一例を示す回路構成図である。図２は、本実施の形態に係る高周波電力増幅器１０の比較例を示す回路構成図である。図３Ａ〜図３Ｃは、本実施の形態に係る高周波通過回路の一例を示す回路構成図である。図４は、本実施の形態に係る高周波電力増幅器１０とその比較例との入力信号電力に対する利得特性のシミュレーション結果を示す図である。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an example of a high-
図１に示すように、高周波電力増幅器１０は、入力された高周波信号を増幅して出力する装置であって、増幅用トランジスタＱ１１と、入力端子１１と、出力端子１２と、入力整合回路１３と、出力整合回路１４と、バイアス回路１５と、高周波通過回路１６と、バイアス抵抗Ｒ１１とを備える。なお、本実施の形態において増幅回路とは、増幅用トランジスタＱ１１とバイアス回路１５とを含む回路のことである。
As shown in FIG. 1, the high-
入力端子１１は、入力信号の一例である高周波信号が入力される端子であって、入力整合回路１３を介して増幅用トランジスタＱ１１のベースに接続される。入力整合回路１３は、入力端子１１側のインピーダンスと、増幅用トランジスタＱ１１のインピーダンスとの整合を行う回路である。
The
増幅用トランジスタＱ１１は、入力端子１１および入力整合回路１３を介して入力される高周波信号を増幅するバイポーラトランジスタである。増幅用トランジスタＱ１１のエミッタは接地され、ベースは入力整合回路１３を介して入力端子１１に接続され、コレクタは電源電圧端子Ｖｃｃと接続される。さらに、増幅用トランジスタＱ１１のコレクタは、出力整合回路１４を介して出力端子１２に接続される。
The amplifying transistor Q11 is a bipolar transistor that amplifies a high-frequency signal input via the
出力端子１２は、増幅用トランジスタＱ１１によって増幅された高周波信号を出力する端子であって、出力整合回路１４を介して増幅用トランジスタＱ１１のコレクタに接続される。出力整合回路１４は、増幅用トランジスタＱ１１のインピーダンスと出力端子１２側のインピーダンスとの整合を行う回路である。
The
バイアス回路１５は、増幅用トランジスタＱ１１のバイアスを制御する回路の一例である。バイアス回路１５は、バイアス抵抗Ｒ１１を介して増幅用トランジスタＱ１１のベースに接続され、また、電源電圧端子Ｖｂｂと電源電圧端子Ｖｃｃとはバイアス回路１５に接続される。さらに、バイアス回路１５は、高周波通過回路１６と入力整合回路１３とを介して入力端子１１に接続される。図１に示すように、バイアス回路１５は、トランジスタＱ２１と、トランジスタＱ２２と、トランジスタＱ２３と、コンデンサＣ２１と、抵抗Ｒ２１と、抵抗Ｒ２２と、抵抗Ｒ２３とを備える。
The
トランジスタＱ２１は、増幅用トランジスタＱ１１のベースに電流を供給するためのエミッタフォロア回路を構成するトランジスタである。トランジスタＱ２１のエミッタは、バイアス抵抗Ｒ１１に接続されるとともに抵抗Ｒ２１を介して接地される。トランジスタＱ２１のコレクタは、電源電圧端子Ｖｃｃに接続され、ベースは、トランジスタＱ２３のベースおよびトランジスタＱ２２のコレクタに接続されるとともに抵抗Ｒ２３を介して電源電圧端子Ｖｂｂと接続される。さらに、トランジスタＱ２１のベースは、他端が接地されたコンデンサＣ２１の一端に接続される。なお、コンデンサＣ２１は、トランジスタＱ２１のベースに流れる高周波信号を吸収し安定動作させる機能を有する。 The transistor Q21 is a transistor constituting an emitter follower circuit for supplying current to the base of the amplifying transistor Q11. The emitter of the transistor Q21 is connected to the bias resistor R11 and grounded through the resistor R21. Transistor Q21 has a collector connected to power supply voltage terminal Vcc, and a base connected to the base of transistor Q23 and the collector of transistor Q22 and to power supply voltage terminal Vbb via resistor R23. Further, the base of the transistor Q21 is connected to one end of a capacitor C21 whose other end is grounded. Note that the capacitor C21 has a function of absorbing a high-frequency signal flowing through the base of the transistor Q21 and performing a stable operation.
トランジスタＱ２２のコレクタは、トランジスタＱ２１のベースおよびトランジスタＱ２３のベースに接続される。トランジスタＱ２２のエミッタは接地され、ベースはトランジスタＱ２３のエミッタと高周波通過回路１６とに接続される。また、トランジスタＱ２２のベースは、抵抗Ｒ２２を介して接地される。
The collector of transistor Q22 is connected to the base of transistor Q21 and the base of transistor Q23. The emitter of the transistor Q22 is grounded, and the base is connected to the emitter of the transistor Q23 and the high-
トランジスタＱ２３のコレクタは、電源電圧端子Ｖｃｃに接続され、エミッタは、トランジスタＱ２２のベースに接続されるとともに抵抗Ｒ２２を介して接地される。また、トランジスタＱ２３のベースは、トランジスタＱ２１のベースおよびトランジスタＱ２２のコレクタに接続されるとともに抵抗Ｒ２３を介して電源電圧端子Ｖｂｂに接続される。 The collector of the transistor Q23 is connected to the power supply voltage terminal Vcc, and the emitter is connected to the base of the transistor Q22 and grounded through the resistor R22. The base of the transistor Q23 is connected to the base of the transistor Q21 and the collector of the transistor Q22, and is connected to the power supply voltage terminal Vbb via the resistor R23.
高周波通過回路１６は、入力端子１１より入力される高周波信号の一部を通過させる回路であり、増幅用トランジスタＱ１１のベースと、トランジスタＱ２２のベースとの間に接続されている。高周波通過回路１６は、図１に示すように、通過させた高周波信号の一部をトランジスタＱ２２のベースに出力する。
The high-
バイアス抵抗Ｒ１１は、トランジスタＱ２１のエミッタから増幅用トランジスタＱ１１のベースへ供給する電流量を調整する機能を有する。なお、高周波電力増幅器１０は、バイアス抵抗Ｒ１１を備えなくてもよい。
The bias resistor R11 has a function of adjusting the amount of current supplied from the emitter of the transistor Q21 to the base of the amplifying transistor Q11. The high
次に、高周波通過回路１６の具体的な回路構成について図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。図３Ａ〜図３Ｃには、本実施の形態に係る高周波通過回路１６の一例である高周波通過回路１６ａ、１６ｂおよび１６ｃを示す。
Next, a specific circuit configuration of the high-
例えば、図３Ａに示すように、高周波通過回路１６ａは、コンデンサＣ３１を備える。コンデンサＣ３１は、バイアス回路１５と増幅用トランジスタＱ１１のベースとの間に直列接続されている。
For example, as shown in FIG. 3A, the high-
この構成により、コンデンサＣ３１の容量値を調整することで、トランジスタＱ２２に入力する信号、すなわち、入力端子１１から入力された高周波信号のうち高周波通過回路１６が通過させる信号の周波数成分を調整することができる。例えば、コンデンサＣ３１の容量値を大きくすることで、高周波成分だけでなく、低い周波数成分の信号も通過させることができる。逆に、コンデンサＣ３１の容量値を小さくすることで、より高い周波数成分の信号を通過させることができる。
With this configuration, by adjusting the capacitance value of the capacitor C31, the frequency component of the signal that is input to the transistor Q22, that is, the signal that the high-
また、図３Ｂに示すように、高周波通過回路１６ｂは、互いに直列接続されたコンデンサＣ３１と抵抗Ｒ３１とを備える。コンデンサＣ３１と抵抗Ｒ３１とは、バイアス回路１５と増幅用トランジスタＱ１１のベースとの間に直列接続されている。
As shown in FIG. 3B, the high-
この構成により、図３Ａに示す高周波通過回路１６ａと同様に、トランジスタＱ２２に入力する信号の周波数成分をコンデンサＣ３１の容量値によって調整することができる。さらに、抵抗Ｒ３１の抵抗値を調整することで、通過電力量を調整することができる。例えば、抵抗Ｒ３１の抵抗値を大きくすることで抵抗Ｒ３１によって消費される電力量が大きくなるので、通過電力量を小さくすることができる。また、逆に、抵抗Ｒ３１の抵抗値を小さくすることで、通過電力量を大きくすることができる。
With this configuration, the frequency component of the signal input to the transistor Q22 can be adjusted by the capacitance value of the capacitor C31, as in the high-
また、図３Ｃに示すように、高周波通過回路１６ｃは、互いに直列接続されたコンデンサＣ３１と抵抗Ｒ３１とインダクタＬ３１とを備える。コンデンサＣ３１と抵抗Ｒ３１とインダクタＬ３１とは、バイアス回路１５と増幅用トランジスタＱ１１のベースとの間に直列接続されている。
As shown in FIG. 3C, the high-
この構成により、コンデンサＣ３１の容量値とインダクタＬ３１の自己インダクタンス値とを調整することで、所定の周波数成分を通過させることができる。したがって、トランジスタＱ２２に入力する信号の周波数成分を調整することができる。また、図３Ｂに示す高周波通過回路１６ｂと同様に、抵抗Ｒ３１の抵抗値を調整することで、通過電力量を調整することができる。
With this configuration, a predetermined frequency component can be passed by adjusting the capacitance value of the capacitor C31 and the self-inductance value of the inductor L31. Therefore, the frequency component of the signal input to the transistor Q22 can be adjusted. Further, similarly to the high-
以上のように、増幅用トランジスタＱ１１のアイドル電流を低くし、小信号領域においてＢ級またはＢ級に近いＡＢ級に設定した場合における、入力信号電力の増大による増幅用トランジスタＱ１１の利得の上昇を、高周波通過回路１６を構成する回路素子の値によって適切に調整することができる。例えば、図３Ｂに示す高周波通過回路１６ｂでは、コンデンサＣ３１の容量値と抵抗Ｒ３１の抵抗値とによって、増幅用トランジスタＱ１１の利得の上昇を適切に調整することができ、任意の周波数に対する増幅用トランジスタＱ１１の利得を入力信号電力の増大に対して一定にすることが可能となる。
As described above, when the idle current of the amplifying transistor Q11 is lowered and set to class B or class AB close to class B in the small signal region, the gain of the amplifying transistor Q11 is increased due to an increase in input signal power. The high
以上に示すように、本実施の形態の高周波電力増幅器１０においては、増幅用トランジスタＱ１１のベースとバイアス回路１５が備えるトランジスタＱ２２のベースとは、入力端子１１より入力される高周波信号の一部を通過させる高周波通過回路１６を介して接続されていることを特徴とする。
As described above, in the high
この効果としては、入力信号の電力が増大するとともに、トランジスタＱ２２のベースに入力される高周波信号も増大され、トランジスタＱ２２のコレクタに流れる電流の直流成分が増大する。これにより、抵抗Ｒ２３での電圧降下は大きくなり、増幅用トランジスタＱ１１のベースに電流を供給するためのトランジスタＱ２１のベース電位は低下する。このようにベース電位が低下することで、ベース−エミッタ間電圧の上昇を抑えることができるので、増幅用トランジスタＱ１１へのベース電流の供給を抑制することができる。 As an effect, the power of the input signal increases, the high-frequency signal input to the base of the transistor Q22 also increases, and the direct current component of the current flowing through the collector of the transistor Q22 increases. As a result, the voltage drop at the resistor R23 increases, and the base potential of the transistor Q21 for supplying current to the base of the amplifying transistor Q11 decreases. Since the base potential decreases in this way, an increase in the base-emitter voltage can be suppressed, so that supply of the base current to the amplifying transistor Q11 can be suppressed.
つまり、増幅用トランジスタＱ１１のアイドル電流を低くし、小信号領域においてＢ級またはＢ級に近いＡＢ級に設定した場合における、入力信号電力の増大による増幅用トランジスタＱ１１の利得の上昇を抑えることができる。したがって、図４に示すように増幅用トランジスタＱ１１の利得を入力信号電力の増大に対して一定にすることが可能となる。 That is, when the idle current of the amplifying transistor Q11 is lowered and set to class B or class AB close to class B in the small signal region, an increase in gain of the amplifying transistor Q11 due to an increase in input signal power can be suppressed. it can. Therefore, as shown in FIG. 4, the gain of the amplifying transistor Q11 can be made constant with respect to an increase in input signal power.
以下では、図２に示す高周波電力増幅器２０を比較例として、本実施の形態に係る高周波電力増幅器１０の効果について説明する。
Below, the effect of the high
図２に示す本実施の形態に係る比較例としての高周波電力増幅器２０は、図１に示した高周波電力増幅器１０において、増幅用トランジスタＱ１１とバイアス回路１５との間に高周波通過回路１６が挿入されていない回路である。その他の構成は同一により、以下では説明を省略する。
A high
図２に示す比較例である高周波電力増幅器２０において、増幅用トランジスタＱ１１を低いアイドル電流に設定し、小信号領域においてＢ級またはＢ級に近いＡＢ級に設定した場合においては、増幅用トランジスタＱ１１に入力される入力信号電力の増大による出力電流振幅の増大によりコレクタ電流の直流成分が増大する。これにより、図４に示すように、増幅用トランジスタＱ１１の利得が入力電力に対し増大し、比較例では増幅用トランジスタＱ１１の利得は入力信号に対して一定でない。
In the high
以上のように、本実施の形態に係る高周波電力増幅器１０によれば、低いアイドル電流で利得の線形性を保つことができ、高効率かつ低歪な高周波電力増幅器を実現することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態に係る高周波電力増幅器は、前段の出力を後段の入力とする多段構成を形成し、増幅用トランジスタとバイアス回路とを含む複数の増幅回路を備え、高周波通過回路は、複数の増幅回路のうちの１つに入力信号の一部を入力することを特徴とする。
As described above, according to the high
(Embodiment 2)
The high-frequency power amplifier according to the present embodiment forms a multistage configuration in which the output of the previous stage is used as the input of the subsequent stage, and includes a plurality of amplifier circuits including an amplification transistor and a bias circuit. A part of the input signal is input to one of the circuits.
以下では、図５〜図７を参照しながら、本実施の形態に係る高周波電力増幅器について説明する。 Hereinafter, the high-frequency power amplifier according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図５は、本実施の形態に係る高周波電力増幅器４０の一例を示す回路構成図である。図６は、本実施の形態に係る高周波電力増幅器４０の比較例を示す回路構成図である。図７は、本実施の形態に係る高周波電力増幅器４０とその比較例との入力信号電力に対する利得特性のシミュレーション結果を示す図である。
FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing an example of the high-
図５に示すように、高周波電力増幅器４０には、実施の形態１の高周波電力増幅器１０にさらに、増幅用トランジスタＱ４１と、バイアス回路４５と、バイアス抵抗Ｒ４１と、段間整合回路４３とが追加されている。増幅用トランジスタＱ１１は、初段増幅用として用いられ、増幅用トランジスタＱ４１は、後段増幅用として用いられる。以下では、実施の形態１と同じ構成については説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
As shown in FIG. 5, the high
なお、本実施の形態に係る高周波電力増幅器４０は、２段の増幅回路を備え、前段（初段）の増幅回路は、増幅用トランジスタＱ１１とバイアス回路１５とを備え、後段の増幅回路は、増幅用トランジスタＱ４１とバイアス回路４５とを備える。前段の増幅回路の出力である増幅用トランジスタＱ１１の出力が、段間整合回路４３を介して、後段の増幅回路の入力として増幅用トランジスタＱ４１に入力される。
The high-
増幅用トランジスタＱ１１のコレクタは、電源電圧端子Ｖｃｃと接続されるとともに、段間整合回路４３を介して増幅用トランジスタＱ４１のベースに接続される。なお、段間整合回路４３は、増幅用トランジスタＱ１１のインピーダンスと増幅用トランジスタＱ４１のインピーダンスとの整合を行う回路である。
The collector of the amplifying transistor Q11 is connected to the power supply voltage terminal Vcc and is connected to the base of the amplifying transistor Q41 via the
増幅用トランジスタＱ４１は、増幅用トランジスタＱ１１によって増幅された高周波信号を増幅するバイポーラトランジスタである。増幅用トランジスタＱ４１のエミッタは接地され、ベースは、段間整合回路４３を介して増幅用トランジスタＱ１１のコレクタに接続される。さらに、増幅用トランジスタＱ４１のコレクタは、電源電圧端子Ｖｃｃと接続されるとともに、出力整合回路１４を介して出力端子１２に接続される。
The amplifying transistor Q41 is a bipolar transistor that amplifies the high-frequency signal amplified by the amplifying transistor Q11. The emitter of the amplifying transistor Q41 is grounded, and the base is connected to the collector of the amplifying transistor Q11 via the
バイアス回路４５は、増幅用トランジスタＱ４１のバイアスを制御する回路の一例である。バイアス回路４５は、バイアス抵抗Ｒ４１を介して増幅用トランジスタＱ４１のベースに接続される。図５に示すように、バイアス回路４５は、トランジスタＱ５１と、トランジスタＱ５２と、トランジスタＱ５３と、コンデンサＣ５１と、抵抗Ｒ５１と、抵抗Ｒ５２と、抵抗Ｒ５３とを備える。
The
なお、バイアス回路４５は、実施の形態１のバイアス回路１５とほぼ同じ回路構成である。具体的には、トランジスタＱ５１と、トランジスタＱ５２と、トランジスタＱ５３と、コンデンサＣ５１と、抵抗Ｒ５１と、抵抗Ｒ５２と、抵抗Ｒ５３とはそれぞれ、図１に示すトランジスタＱ２１と、トランジスタＱ２２と、トランジスタＱ２３と、コンデンサＣ２１と、抵抗Ｒ２１と、抵抗Ｒ２２と、抵抗Ｒ２３とに相当する。トランジスタＱ５２のベース、トランジスタＱ５３のエミッタおよび抵抗Ｒ５２に高周波通過回路１６が接続されていない点のみが異なっている。
The
バイアス抵抗Ｒ４１は、トランジスタＱ５１のエミッタから増幅用トランジスタＱ４１のベースへ供給する電流量を調整する機能を有する。なお、高周波電力増幅器４０は、バイアス抵抗Ｒ４１を備えなくてもよい。
The bias resistor R41 has a function of adjusting the amount of current supplied from the emitter of the transistor Q51 to the base of the amplifying transistor Q41. The high
以上に示すように、本実施の形態の高周波電力増幅器４０においては、増幅用トランジスタＱ１１のベースとバイアス回路１５が備えるトランジスタＱ２２のベースとは、入力端子１１より入力される高周波信号の一部を通過させる高周波通過回路１６を介して接続されていることを特徴とする。
As described above, in the high
この効果としては、入力信号の電力が増大するとともに、トランジスタＱ２２のベースに入力される高周波信号も増大され、トランジスタＱ２２のコレクタに流れる電流の直流成分が増大する。これにより、抵抗Ｒ２３での電圧降下は大きくなり、増幅用トランジスタＱ１１のベースに電流を供給するためのトランジスタＱ２１のベース電位は低下する。このようにベース電位が低下することで、ベース−エミッタ間電圧の上昇を抑えることができるので、増幅用トランジスタＱ１１へのベース電流の供給を抑制することができる。 As an effect, the power of the input signal increases, the high-frequency signal input to the base of the transistor Q22 also increases, and the direct current component of the current flowing through the collector of the transistor Q22 increases. As a result, the voltage drop at the resistor R23 increases, and the base potential of the transistor Q21 for supplying current to the base of the amplifying transistor Q11 decreases. Since the base potential decreases in this way, an increase in the base-emitter voltage can be suppressed, so that supply of the base current to the amplifying transistor Q11 can be suppressed.
つまり、増幅用トランジスタＱ１１のアイドル電流と増幅用トランジスタＱ４１のアイドル電流とを低くし、小信号領域においてＢ級またはＢ級に近いＡＢ級に設定した場合においては、後段の増幅用トランジスタＱ４１の利得は入力信号電力の増大により増加する傾向にある。しかしながら、この利得上昇分を、高周波通過回路１６を備える初段の増幅用トランジスタＱ１１が相反するように設定すれば、２段の増幅用トランジスタを備える高周波電力増幅器４０において、２段とも低いアイドル電流で動作させた場合においても、入力電力に対する利得を一定とすることが可能となる。
That is, when the idle current of the amplifying transistor Q11 and the idle current of the amplifying transistor Q41 are set low and set to class B or class AB close to class B in the small signal region, the gain of the amplifier transistor Q41 in the subsequent stage is set. Tends to increase as the input signal power increases. However, if the gain increase is set so that the first-stage amplification transistor Q11 having the high-
以下では、図６に示す高周波電力増幅器５０を比較例として、本実施の形態に係る高周波電力増幅器４０の効果について説明する。
Below, the effect of the high
図６に示す本実施の形態に係る比較例としての高周波電力増幅器５０は、図５に示した高周波電力増幅器４０において、増幅用トランジスタＱ１１とバイアス回路１５との間に高周波通過回路１６が挿入されていない回路である。その他の構成は同一により、以下では説明を省略する。
A high
図６に示す比較例である高周波電力増幅器５０において、増幅用トランジスタＱ１１と増幅用トランジスタＱ４１とを低いアイドル電流に設定し、小信号領域においてＢ級またはＢ級に近いＡＢ級に設定した場合においては、図７に示すように、２段の高周波電力増幅器において、利得は入力信号に対して一定でない。
In the high-
以上のように、本実施の形態に係る高周波電力増幅器４０によれば、低いアイドル電流で利得の線形性を保つことができ、高効率かつ低歪な高周波電力増幅器を実現することができる。
As described above, according to the high
以上、本発明に係る高周波電力増幅器について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。 As described above, the high-frequency power amplifier according to the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which carried out the various deformation | transformation which those skilled in the art can think to the said embodiment, and the form constructed | assembled combining the component in a different embodiment is also contained in the scope of the present invention. .
例えば、実施の形態２では、高周波電力増幅器が２段の増幅用トランジスタを備える構成について説明したが、本発明に係る高周波電力増幅器は、複数段の増幅用トランジスタを備える構成でもよい。具体的には、高周波電力増幅器は、図１に示すバイアス回路１５と増幅用トランジスタＱ１１とを備える増幅回路を複数備え、前段の増幅回路の出力を後段の増幅回路の入力とする多段構成を形成してもよい。このとき、いずれかのバイアス回路に高周波通過回路１６が接続されていればよい。
For example, in the second embodiment, the configuration in which the high-frequency power amplifier includes two stages of amplification transistors has been described. However, the high-frequency power amplifier according to the present invention may have a configuration including a plurality of stages of amplification transistors. Specifically, the high-frequency power amplifier includes a plurality of amplifier circuits each including the
また、本発明は、上記の高周波電力増幅器を備える無線通信装置としても実現することができる。例えば、図８に示すような携帯電話６０として実現してもよい。
The present invention can also be realized as a wireless communication device including the above-described high frequency power amplifier. For example, it may be realized as a
本発明に係る高周波電力増幅器は、高効率かつ低歪で小型化が可能であるという効果を奏し、例えば、無線通信装置などに利用することができる。 The high-frequency power amplifier according to the present invention has an effect that it can be miniaturized with high efficiency and low distortion, and can be used for, for example, a wireless communication device.
１０、２０、４０、５０ 高周波電力増幅器
１１ 入力端子
１２ 出力端子
１３ 入力整合回路
１４ 出力整合回路
１５、４５ バイアス回路
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 高周波通過回路
４３ 段間整合回路
Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ５１ コンデンサ
Ｌ３１ インダクタ
Ｑ１１、Ｑ４１ 増幅用トランジスタ
Ｑ２１、Ｑ２２、Ｑ２３、Ｑ５１、Ｑ５２、Ｑ５３ トランジスタ
Ｒ１１、Ｒ４１ バイアス抵抗
Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３ 抵抗
10, 20, 40, 50 High-
Claims (6)
前記入力信号の一部を通過させ、前記バイアス回路に出力する高周波通過回路とを備え、
前記バイアス回路は、
一端が第１電源に接続される第１抵抗と、
ベースが前記第１抵抗の他端に接続され、コレクタが第２電源に接続され、エミッタが前記第１トランジスタのベースに接続され、前記直流電流を前記第１トランジスタのベースに供給する第２トランジスタと、
ベースが前記第２トランジスタのベースに接続され、コレクタが前記第２電源に接続される第３トランジスタと、
ベースが前記第３トランジスタのエミッタに接続され、コレクタが前記第３トランジスタのベースに接続され、エミッタが接地される第４トランジスタとを有し、
前記高周波通過回路は、
前記第４トランジスタのベースに前記入力信号の一部を出力する
高周波電力増幅器。 An amplifier circuit having a first transistor for amplifying an input signal and a bias circuit for supplying a direct current to a base of the first transistor;
A high-frequency passage circuit that passes a part of the input signal and outputs the signal to the bias circuit;
The bias circuit includes:
A first resistor having one end connected to the first power source;
A second transistor that has a base connected to the other end of the first resistor, a collector connected to a second power source, an emitter connected to the base of the first transistor, and supplies the direct current to the base of the first transistor When,
A third transistor having a base connected to the base of the second transistor and a collector connected to the second power source;
A fourth transistor having a base connected to the emitter of the third transistor, a collector connected to the base of the third transistor, and an emitter grounded;
The high-frequency passage circuit is
A high-frequency power amplifier that outputs a part of the input signal to a base of the fourth transistor.
前記高周波通過回路は、複数の前記増幅回路のうちの１つが有する前記第４トランジスタのベースに前記入力信号の一部を出力する
請求項１記載の高周波電力増幅器。 The high-frequency power amplifier includes a plurality of amplification circuits that form a multistage configuration in which the output of the previous stage is the input of the subsequent stage,
The high-frequency power amplifier according to claim 1, wherein the high-frequency passage circuit outputs a part of the input signal to a base of the fourth transistor included in one of the plurality of amplifier circuits.
請求項１又は２記載の高周波電力増幅器。 The high-frequency power amplifier according to claim 1, wherein the high-frequency passage circuit includes a capacitor connected in series to the bias circuit.
請求項１又は２記載の高周波電力増幅器。 The high-frequency power amplifier according to claim 1, wherein the high-frequency passage circuit includes a capacitor and a resistor connected in series to the bias circuit.
請求項１又は２記載の高周波電力増幅器。 The high-frequency power amplifier according to claim 1, wherein the high-frequency passage circuit includes a capacitor, a resistor, and an inductor connected in series to the bias circuit.
無線通信装置。 A wireless communication apparatus comprising the high-frequency power amplifier according to claim 1.
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