JP2011172289A - 高周波増幅回路及びそれを用いた移動体通信端末 - Google Patents

Abstract

【課題】バイアス電流の制御電圧の設定範囲を拡大させつつ、バイアス回路の構成の自由度を向上させ、簡単かつ小規模な構成で複数の通信方式への対応を実現する高周波増幅回路を提供する。
【解決手段】バイアス回路１２を、入力されるベース電流に応じたバイアス電流を増幅器１１に供給するトランジスタＱ５と、基準電圧Ｖｒｅｆに応じた電流を流すトランジスタＱ３と、トランジスタＱ３に流れる電流に応じて、トランジスタＱ５のベース電流を補正することにより、トランジスタＱ５の温度特性を補償するトランジスタＱ２と、トランジスタＱ５のベースに接続され、制御電圧ＶＳＷの切り替えに応じてトランジスタＱ５のベース電流量を切り替えるバイアス切り替え部（トランジスタＱ４及び抵抗Ｒ５〜Ｒ７）とで構成する。増幅器１１は、バイアス回路１２から供給されるバイアス電流を用いて、入力される高周波信号を増幅する。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話等の移動体通信端末の送信部に用いられる高周波信号を増幅する高周波増幅回路、及びその高周波増幅回路を用いた移動体通信端末に関し、より特定的には、制御信号によって高周波増幅回路のバイアス電流（出力電力）の制御を行う技術に関する。

最近、移動体通信分野では、音声通信のみならず画像や音楽配信といったデータ通信機能への拡大が進み、データ通信機能を強化した移動体通信端末が主流になりつつある。例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）の場合、基地局と移動体通信端末との間のデータ伝送速度のさらなる向上を実現するため、ＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）方式やＨＳＵＰＡ（High Speed Uplink Packet Access）が検討されている。さらに、音声通信時は、従来のＷ−ＣＤＭＡ方式（Ｒｅｌｅａｓｅ９９）に準拠した通信を行い、高速データ通信時には、ＨＳＤＰＡ方式やＨＳＵＰＡ方式にマルチモードで対応する通信システムについても検討されている。

このようなマルチモードの移動体通信端末において、例えば、高速データ通信時に用いられるＨＳＤＰＡ方式では、音声通信時に用いられる従来のＲｅｌｅａｓｅ９９と比較して、高周波増幅回路に対して高い線形性が求められる。一般的に、高周波増幅回路で高い線形性を実現したい場合、高周波増幅回路の動作電流を増加させる必要がある。よって、複数の通信方式に対応した移動体通信端末を考えた場合、高い線形性が必要とされる高速データ通信時に用いられるＨＳＤＰＡ方式に合わせて、高周波増幅回路を設計する必要がある。このため、より使用頻度の高い音声通信を行っている通常モードでの消費電流が増加することになる。さらに、移動体通信端末のアプリケーションの多様化による処理回路の複雑化に伴う消費電流拡大の影響により、高周波回路ブロックでの消費電流の削減が重要視されている。

以下、Ｗ−ＣＤＭＡ方式で複数の通信方式に対応した従来の携帯電話端末について説明する。
図２３は、従来の携帯電話端末の無線部の構成を示すブロック図である。図２３において、従来の携帯電話端末の無線部は、送信部２００、受信部４００、シンセサイザ部３００、及び共用器５００で構成される。送信部２００は、変調器２０１と、高周波増幅回路２０２と、バンドパスフィルタ２０３と、高出力高周波増幅回路２０４と、アイソレータ２０５とを備える。共用器５００は、アンテナ５０１と、デュプレクサ５０２とを備える。受信部４００は、高周波増幅回路４０１と、バンドパスフィルタ４０２及び４０４と、復調器４０３とを備える。シンセサイザ部３００は、温度制御水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０１と、フェーズロックドループ回路（ＰＬＬ）３０２と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３０３とを備える。

変調器２０１は、シンセサイザ部３００から出力される信号を用いて、入力する変調信号を送信周波数（Ｗ−ＣＤＭＡ方式の場合、約１．９ＧＨｚ）の送信信号に変換する。高周波増幅回路２０２は、変調器２０１の出力信号（１ｍＷ以下）を、利得を可変して最大１０ｍＷ程度まで増幅する。バンドパスフィルタ２０３は、高周波増幅回路２０２で増幅された高周波信号から、送信波帯域の信号を抽出する。高出力高周波増幅回路２０４は、バンドパスフィルタ２０３から出力された高周波信号（１０ｍＷ以下）を、固定利得に従って最大１Ｗ程度まで増幅する。アイソレータ２０５は、高出力高周波増幅回路２０４の出力信号を、共用器５００へ一方向で供給する。

デュプレクサ５０２は、アイソレータ２０５の出力端子に接続されるＴＸ端子と、受信部４００の入力端子に接続されるＲＸ端子と、アンテナ５０１に接続されるＡＮＴ端子とを有している。高周波増幅回路４０１は、共用器５００のアンテナ５０１で受信された信号を増幅する。バンドパスフィルタ４０２は、高周波増幅回路４０１の出力信号から送信波帯域の信号を抽出する。復調器４０３は、バンドパスフィルタ４０２で抽出された信号と、シンセサイザ部３００から供給される局部発振信号とを、混合する。バンドパスフィルタ４０４は、復調器４０３の出力信号から中間周波数信号を抽出する。シンセサイザ部３００は、送信部２００及び受信部４００に対して、所定の周波数を有する信号を供給する。

次に、移動体通信端末の高周波回路ブロックで使用される高出力高周波増幅回路について説明する。
近年、移動体通信端末の高周波回路ブロックで使用される高出力高周波増幅回路では、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に代わって、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を用いるようになってきている。ＨＢＴを用いれば、ディプレッション形のＦＥＴと異なりゲートバイアス用の負電圧を必要としないため、正電圧の電源だけで増幅動作が可能であり周辺回路を簡素化することができる、という利点がある。しかしながら、温度依存性や電源電圧依存性を補償するためのバイアス回路が必要となることが、ＨＢＴ利用の欠点としてあげられる。従って、このバイアス回路の設計が、安定な特性を得るための重要なポイントとなっている。

以下、従来の高周波増幅回路について、図面を参照しながら説明する。
従来の高周波増幅回路としては、例えば図２４に示す増幅器１００が存在する（特許文献１を参照）。図２４において、増幅器１００は、バイアス回路１０２と、基準電圧供給部１０３と、トランジスタＱ１０１とを備える。バイアス回路１０２は、抵抗Ｒ１０２及びＲ１０３と、トランジスタＱ１０２〜Ｑ１０４とで構成される。基準電圧供給部１０３は、抵抗Ｒ１０１からなる。

抵抗Ｒ１０２は、一方端子に設定バイアスの切り替えを行うための切替電圧Ｖｍｏｄが印加され、他方端子にトランジスタＱ１０２のコレクタ及びベースが接続されている。トランジスタＱ１０２のエミッタは、トランジスタＱ１０３のコレクタ及びベースが接続されている。トランジスタＱ１０３のエミッタは、接地されている。トランジスタＱ１０４は、コレクタが電源電圧Ｖｄｃに接続されており、エミッタが抵抗Ｒ１０３を介して接地されていると共に、抵抗Ｒ１０１を介して基準電圧Ｖｒｅｆに接続されている。トランジスタＱ１０４は、抵抗Ｒ１０２の他方端子に現れる電圧をベースに入力して、エミッタから出力する。トランジスタＱ１０４のエミッタからの出力は、トランジスタＱ１０１のベースに入力される。

この増幅器１００は、切替電圧Ｖｍｏｄを切り替えることによって、ベースバイアスを切り替えてトランジスタＱ１０１を動作させる。具体的には、増幅器１００が高電力出力動作時には、切替電圧Ｖｍｏｄを３Ｖに切り替え、バイアス回路１０２からトランジスタＱ１０１へベースバイアスが供給される。一方、増幅器１００が低電力出力動作時には、切替電圧Ｖｍｏｄを０Ｖに切り替え、バイアス回路１０２からトランジスタＱ１０１へはベースバイアスが供給されない。トランジスタＱ１０１のベースバイアスは、基準電圧Ｖｒｅｆが抵抗Ｒ１０１を介して供給される。この回路構成により、増幅器１００の切り替え動作を実現している。

特開２００４−４０５００号公報（第７頁、第１図）

しかしながら、上述した従来の高周波増幅回路では、以下の課題が残る。
第１の課題は、電源電圧Ｖｄｃ用と基準電圧Ｖｒｅｆ用とに、複数の高精度電源を準備しなければならないということである。
その理由は、増幅器１００が高電力出力時に基準電圧Ｖｒｅｆの値が変動すると、トランジスタＱ１０４から流れ出す電流、すなわちトランジスタＱ１０１のベース電流が変動し、トランジスタＱ１０１の動作電流が大きく変動してしまうからである。また、増幅器１００が低電力出力時に電源電圧Ｖｄｃの値が変動すると、トランジスタＱ１０１のベース電流が変動し、トランジスタＱ１０１の動作電流が大きく変動してしまうからである。さらに、電圧回路によりレギュレータされた電源を、切替電圧Ｖｍｏｄ用と電源電圧Ｖｄｃ用とに、複数個準備する必要があるため回路規模が増大してしまうという問題もある。

第２の課題は、増幅器１００の高電力出力動作と低電力出力動作との切り替え動作の設定において、回路規模が増加するということである。
その理由は、移動体通信端末において、高電力出力動作と低電力出力動作との切り替えを行う制御論理が、増幅器１００で定義された論理と異なる場合（高電力出力動作：基準電圧Ｖｒｅｆ＝２．７Ｖ、低電力出力動作：基準電圧Ｖｒｅｆ＝０Ｖ）、制御回路に制御信号を反転させる論理回路を追加しなければならず、回路規模が増大してしまう。

第３の課題は、増幅器１００の高電力出力動作時と低電力出力動作時とで、高周波増幅回路の電力利得が変動するということである。
その理由は、高電力出力動作時と低電力出力動作時とで、トランジスタＱ１０１のコレクタを流れる電流が変化するためである。一般的に、トランジスタを用いた高周波増幅回路では、動作電流の増加に伴って電力利得が増加する。そのため、それぞれの動作時で電力利得が異なってしまい、移動体通信端末の高周波回路ブロックにおいて、制御パラメータが増加し、制御回路が複雑化してしまう。

それ故に、本発明の目的は、バイアス電流の制御電圧の設定範囲を拡大させつつ、バイアス電流を制御するバイアス回路の構成の自由度を向上させ、簡単かつ小規模な構成で複数の通信方式への対応を実現する高周波増幅回路、及びこの高周波増幅回路を用いた移動体通信端末を提供することである。

本発明は、高周波信号を増幅する高周波増幅回路に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の高周波増幅回路は、制御信号の切り替えに応じて電流量を可変させたバイアス電流を生成するバイアス回路と、バイアス回路から供給されるバイアス電流を用いて、入力される高周波信号を増幅する増幅器とを備える。

典型的には、バイアス回路は、入力されるベース電流に応じたバイアス電流を増幅器に供給するバイアス供給用トランジスタと、基準電圧に応じた電流を流す第１の温度補償用トランジスタと、第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて、バイアス供給用トランジスタのベース電流を補正することにより、バイアス供給用トランジスタの温度特性を補償する第２の温度補償用トランジスタと、バイアス供給用トランジスタ（構成１）又は第２の温度補償用トランジスタのベース（構成２）に接続され、制御信号の切り替えに応じてバイアス供給用トランジスタのベース電流量を切り替えるバイアス切り替え部とで構成される。

また、制御信号の切り替えに応じて電流量を可変させた第２のバイアス電流を生成する第２のバイアス回路と、第２のバイアス回路から供給される第２のバイアス電流を用いて、増幅器で増幅された高周波信号を増幅する第２の増幅器とをさらに備えて、第１のバイアス電流と第２のバイアス電流とが反比例の関係で変化するように構成してもよい（構成３）。

この場合、バイアス回路及び第２のバイアス回路は、それぞれ、入力されるベース電流に応じたバイアス電流又は第２のバイアス電流を増幅器又は第２の増幅器に供給するバイアス供給用トランジスタと、基準電圧に応じた電流を流す第１の温度補償用トランジスタと、第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて、バイアス供給用トランジスタのベース電流を補正することにより、バイアス供給用トランジスタの温度特性を補償する第２の温度補償用トランジスタとを備え、いずれか一方の回路が、バイアス供給用トランジスタのベースに接続され、制御信号の切り替えに応じてバイアス供給用トランジスタのベース電流量を切り替えるバイアス切り替え部を備え、残る他方の回路が、第２の温度補償用トランジスタのベースに接続され、制御信号の切り替えに応じてバイアス供給用トランジスタのベース電流量を切り替えるバイアス切り替え部を備えるように構成する。

この制御信号には、外部から与えられる制御電圧、又は増幅器に供給される電源電圧が用いられる。
上記構成１〜構成３のバイアス切り替え部は、ベースに制御電圧又は電源電圧に基づいた電圧が印加されるバイアス切り替え用トランジスタと、バイアス切り替え用トランジスタのコレクタ又はエミッタの少なくともいずれかに挿入される抵抗とで構成され、バイアス切り替え用トランジスタが動作した時に、構成１及び構成３ではバイアス供給用トランジスタのベース電流量を減少させ、構成２ではバイアス供給用トランジスタのベース電流量を増加させることが好ましい。さらに、制御信号が電源電圧である場合には、ベースに基準電圧が印加され、コレクタに電源電圧が印加され、エミッタがバイアス切り替え用トランジスタのベースに接続される第２のバイアス切り替え用トランジスタを構成に含んでもよい。

また、バイアス回路に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧と、増幅器に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧とが、略同一であることが好ましい。
また、バイアス切り替え用トランジスタが電界効果トランジスタで構成してもよい。さらに、制御電圧と高周波信号とが同一の端子から入力されてもよい。

なお、上述した高周波増幅回路を、シンセサイザ部、送信部、受信部、共用器、及び制御信号出力部を含む高周波回路ブロックを備えた移動体通信端末に用いることもできる。この場合、入力された変調信号を所定の送信周波数の送信信号に変換する変調器と、変調器で変換された送信信号を増幅する可変利得の高周波増幅回路と、高周波増幅回路で増幅された送信信号から所定帯域の信号を抽出するバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタで抽出された信号を増幅する固定利得の高周波増幅回路と、固定利得の高周波増幅回路と共用器との間に設けられ、固定利得の高周波増幅回路から共用器に向けて一方向に信号を通過させるアイソレータとを含む送信部の、固定利得の高周波増幅回路に適用すればよい。

上記本発明によれば、設定範囲を拡大した制御電圧を用いてバイアス回路の電流を可変し、増幅器のバイアス電流を制御する。これにより、高精度なＡ／Ｄコンバータが不要となり、高周波回路ブロックの回路規模を削減できる。また、高電力出力動作時と低電力出力動作時との切り替えを行う制御論理に対応して、バイアス回路の構成を部分的に変更することにより、論理回路を追加することなく制御信号を反転させることができるため、高周波回路ブロックの回路規模を削減できる。さらに、増幅器のバイアス電流の制御により電力利得が増加した場合において、増幅器を多段接続して各増幅器にバイアス電流を供給するバイアス回路の動作を対称的にする。これにより、制御電圧の変化に対する電力利得の変動を低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る高周波増幅回路１０の構成を示す図 高周波増幅回路１０の詳細な回路構成を示す図 高周波増幅回路１０を含む携帯電話端末の無線部の構成を示す図 高周波増幅回路１０の高周波特性の一例を示す図 高周波増幅回路１０の高周波特性の一例を示す図 高周波増幅回路１０の高周波特性の一例を示す図 高周波増幅回路１０の高周波特性の一例を示す図 本発明の第２の実施形態に係る高周波増幅回路２０の構成を示す図 高周波増幅回路２０の高周波特性の一例を示す図 本発明の第３の実施形態に係る高周波増幅回路３０の構成を示す図 高周波増幅回路３０の詳細な回路構成を示す図 高周波増幅回路３０を含む携帯電話端末の無線部の構成を示す図 高周波増幅回路３０の高周波特性の一例を示す図 本発明の第４の実施形態に係る高周波増幅回路４０の構成を示す図 高周波増幅回路４０の高周波特性の一例を示す図 本発明の第５の実施形態に係る高周波増幅回路５０の構成を示す図 高周波増幅回路５０の詳細な回路構成を示す図 高周波増幅回路５０の高周波特性の一例を示す図 本発明の第６の実施形態に係る高周波増幅回路６０の構成を示す図 高周波増幅回路６０の高周波特性の一例を示す図 高周波増幅回路６０の高周波特性の一例を示す図 本発明の第７の実施形態に係る高周波増幅回路７０の構成を示す図 従来の携帯電話端末の無線部の構成を示す図 従来の高周波増幅回路における増幅器の構成を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る高周波増幅回路１０の構成を示すブロック図である。図２は、高周波増幅回路１０の増幅器１１及びバイアス回路１２の詳細な回路構成を示す図である。図３は、高周波増幅回路１０を含む携帯電話端末の無線部の構成を示すブロック図である。

高周波増幅回路１０の詳細を説明する前に、まず図３に示す携帯電話端末の無線部の詳細を説明する。なお、本実施形態の携帯電話端末は、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の複数の通信方式に対応しているものとする。

図３において、携帯電話端末の無線部は、送信部１２０、受信部１４０、シンセサイザ部１３０、共用器１５０、及び制御信号出力部１６０で構成される。送信部１２０は、変調器１２１と、高周波増幅回路１２２と、バンドパスフィルタ１２３と、高出力高周波増幅回路１２４と、アイソレータ１２５とを備える。共用器１５０は、アンテナ１５１と、デュプレクサ１５２とを備える。受信部１４０は、高周波増幅回路１４１と、バンドパスフィルタ１４２及び１４４と、復調器１４３とを備える。シンセサイザ部１３０は、温度制御水晶発振器（ＴＣＸＯ）１３１と、フェーズロックドループ回路（ＰＬＬ）１３２と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１３３とを備える。

変調器１２１は、シンセサイザ部１３０から出力される信号を用いて、入力する変調信号を送信周波数（Ｗ−ＣＤＭＡ方式の場合、約１．９ＧＨｚ）の送信信号に変換する。高周波増幅回路１２２は、変調器１２１の出力信号（１ｍＷ以下）を、利得を可変して最大１０ｍＷ程度まで増幅する。バンドパスフィルタ１２３は、高周波増幅回路１２２で増幅された高周波信号から、送信波帯域の信号を抽出する。高出力高周波増幅回路１２４は、バンドパスフィルタ１２３から出力された高周波信号（１０ｍＷ以下）を、固定利得に従って最大１Ｗ程度まで増幅する。本発明の第１の実施形態に係る高周波増幅回路１０は、この高出力高周波増幅回路１２４として用いられる。

また、変調器１２１、高周波増幅回路１２２、及び高出力高周波増幅回路１２４は、複数の動作モードを実現するためのモード切り替え機能を有している。例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ方式（Ｒｅｌｅａｓｅ９９）とＨＳＤＰＡ方式とでは、高周波増幅回路の無線仕様が互いに異なるため、各方式に対応する機能をそれぞれ切り替えることで複数の動作モードを実現する。アイソレータ１２５は、高出力高周波増幅回路１２４の出力信号を、共用器１５０へ一方向で供給する。

デュプレクサ１５２は、アイソレータ１２５の出力端子に接続されるＴＸ端子と、受信部１４０の入力端子に接続されるＲＸ端子と、アンテナ１５１に接続されるＡＮＴ端子とを有している。高周波増幅回路１４１は、共用器１５０のアンテナ１５１で受信された信号を増幅する。バンドパスフィルタ１４２は、高周波増幅回路１４１の出力信号から送信波帯域の信号を抽出する。復調器１４３は、バンドパスフィルタ１４２で抽出された信号と、シンセサイザ部１３０から供給される局部発振信号とを、混合する。バンドパスフィルタ１４４は、復調器１４３の出力信号から中間周波数信号を抽出する。シンセサイザ部１３０は、送信部１２０及び受信部１４０に対して、所定の周波数を有する信号を供給する。制御信号出力部１６０は、入力される制御信号に従って、変調器１２１、高周波増幅回路１２２、及び高出力高周波増幅回路１２４のモード切り替えを制御する。

次に、図１及び図２を用いて、高周波増幅回路１０の詳細な構成及び動作を説明する。
図１において、高周波増幅回路１０は、増幅器１１と、バイアス回路１２と、整合回路１３及び１４とを備えている。整合回路１３及び１４は、入力信号に対してインピーダンス変換を行うインピーダンス整合回路である。バイアス回路１２は、高周波増幅回路１０のバイアス電流を制御するために与えられる制御信号に基づいて、増幅器１１へ供給するバイアス電流を変化させる。この第１の実施形態では、外部の回路で生成された制御電圧ＶＳＷを制御信号として用いる。増幅器１１は、整合回路１３を通して入力される高周波信号を、バイアス回路１２から供給されるバイアス電流に従って増幅し、増幅した高周波信号を整合回路１４を通して出力する。これにより、増幅器１１から出力される信号レベルを変化させることができる。

図２において、増幅器１１は、抵抗Ｒ１と、トランジスタＱ１とで構成される。バイアス回路１２は、抵抗Ｒ２〜Ｒ８と、トランジスタＱ２〜Ｑ５とで構成される。トランジスタＱ１が増幅用であり、トランジスタＱ２及びＱ３が温度補償用であり、トランジスタＱ４がバイアス切り替え用であり、トランジスタＱ５がバイアス供給用である。トランジスタＱ４及び抵抗Ｒ５〜Ｒ７によって、バイアス切り替え部が構成される（図２の破線部分）。

抵抗Ｒ２は、一方端子に基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、他方端子にトランジスタＱ３のベースと抵抗Ｒ３の一方端子とが接続されている。抵抗Ｒ３の他方端子は、トランジスタＱ２のコレクタに接続されている。トランジスタＱ２は、エミッタが接地されており、ベースがトランジスタＱ３のエミッタと抵抗Ｒ４の一方端子に接続されている。抵抗Ｒ４の他方端子は、接地されている。制御電圧ＶＳＷは、抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱ４のベースに印加される。トランジスタＱ４は、コレクタが抵抗Ｒ６を介してトランジスタＱ２のコレクタとトランジスタＱ５のベースとに接続されており、エミッタが抵抗Ｒ７を介して接地されている。トランジスタＱ５は、エミッタが抵抗Ｒ８を介して接地されていると共に、抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のベースに接続されている。トランジスタＱ３及びＱ５のコレクタは、電源電圧Ｖｄｃに接続されている。トランジスタＱ１は、ベースに高周波信号（ＲＦＩＮ）を入力し、増幅した高周波信号（ＲＦＯＵＴ）をコレクタから出力する。

まず、基準電圧Ｖｒｅｆ、電源電圧Ｖｄｃ、及び電源電圧Ｖｃｃに所定の電圧を与え、制御電圧ＶＳＷを０Ｖ（動作モード１）とした場合の動作を説明する。
トランジスタＱ２、Ｑ３、及びＱ５は、各ベース−エミッタ間にターン・オン電圧を超える電圧（約１．３Ｖ）が印加されるため、オン状態となる。よって、トランジスタＱ１が動作する。また、トランジスタＱ４は、ベース−エミッタ間の電圧が０Ｖとなり、オフ状態となる。このトランジスタＱ４がオフ状態のとき、トランジスタＱ５のベースに接続されている抵抗Ｒ６、トランジスタＱ４、及び抵抗Ｒ７からなる回路は、無視することができる。また、トランジスタＱ３は、基準電圧Ｖｒｅｆに応じた電流を流す。トランジスタＱ２は、トランジスタＱ３に流れる電流に応じて、トランジスタＱ５からトランジスタＱ１に供給されるバイアス電流を補正することにより、温度特性を補償する。トランジスタＱ１のコレクタ電流は、トランジスタＱ５のエミッタ電流により決定され、そのエミッタ電流は主に抵抗Ｒ２の値により決定される。また、基準電圧Ｖｒｅｆの値変動が想定される場合、その変動値に応じてトランジスタＱ５のエミッタ電流の変動を抑えるように抵抗Ｒ３の値を決定する。

次に、基準電圧Ｖｒｅｆ、電源電圧Ｖｄｃ、及び電源電圧Ｖｃｃに所定の電圧を与え、制御電圧ＶＳＷを３Ｖ（動作モード２）とした場合の動作を説明する。
トランジスタＱ２、Ｑ３、及びＱ５の動作は、上述した動作モード１と同じである。この動作モード２では、トランジスタＱ４が、ベース−エミッタ間の電圧が３Ｖとなり、オン状態となる。よって、トランジスタＱ５のベースに接続されている抵抗Ｒ６、トランジスタＱ４、及び抵抗Ｒ７からなる回路が動作して、トランジスタＱ５のベースに供給される電流の一部が、バイアス切り替え部（抵抗Ｒ６、Ｒ７、及びトランジスタＱ４の回路）に流れることになる。結果、トランジスタＱ５のベースに供給される電流は動作モード１よりも減少し、トランジスタＱ１の動作電流も減少する。

このように、バイアス回路１２の制御電圧ＶＳＷを変化させることにより、トランジスタＱ５のベース電流の量、すなわちトランジスタＱ１のバイアス電流の量を制御することが可能となる。
図４は、高周波増幅回路１０に与えられる制御電圧ＶＳＷと増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流の関係を示した図である。図４に示すように、制御電圧ＶＳＷの変化により、増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流が変化していることがわかる。

次に、高周波増幅回路１０について、２つの動作モードを持たせることを考える。制御電圧ＶＳＷを０Ｖとした時を動作モード１と定義し、トランジスタＱ１のバイアス電流を３０ｍＡとする。制御電圧ＶＳＷを３Ｖとした時を動作モード２と定義し、トランジスタＱ１の動作電流が２０ｍＡになるようにバイアス回路１２を構成する。また、図４において、制御電圧ＶＳＷに対して、電流値が変化する部分と電流値がほぼ一定な部分とが存在する。このことにより、制御電圧ＶＳＷに範囲を持たすことができ、制御電圧ＶＳＷを設定するマージンを確保できることがわかる。

図５は、高周波増幅回路１０における高周波信号の入出力電力の関係を示した図である。図６は、高周波増幅回路１０に入力される高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係を示した図である。図７は、高周波増幅回路１０から出力される高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係を示した図である。この図５〜図７では、動作モード１及び動作モード２の電力特性を表している。

一般的に、高周波増幅回路では、線形性を向上させる手段として、高周波増幅回路のバイアス電流を増加させる方法が用いられる。この高周波増幅回路１０では、動作モード１は動作モード２よりも動作電流が多い。言い換えれば、動作モード１は、動作モード２よりも高い線形が確保できていることを示している。

ここで、電源電圧の設定の一例について説明する。基準電圧Ｖｒｅｆを２．８Ｖに、電源電圧Ｖｄｃ及びＶｃｃを共に３．６Ｖに、それぞれ設定した。また、制御電圧ＶＳＷ（０Ｖ／３Ｖ）は、ロジック回路の出力電圧を与えることができ、制御電圧ＶＳＷ用の電源に高精度なＡ／Ｄコンバータを使用する必要はない。

次に、抵抗Ｒ２〜Ｒ８の値の設定範囲の一例について説明する。抵抗Ｒ２〜Ｒ８の値は、トランジスタＱ１のコレクタ電流の設定値やサイズ（大きさ）、又はエピタキシャル層の構造によって変わってくる。抵抗Ｒ２は、２０Ω〜３００Ω程度で、通常は１００Ω程度である。抵抗Ｒ３は、５００Ω〜１ｋΩ程度である。抵抗Ｒ４は、１Ω〜３ｋΩ程度である。抵抗Ｒ５及びＲ６は、１ｋΩ〜１０ｋΩ程度である。抵抗Ｒ７は、１００Ω〜２ｋΩ程度である。また、抵抗Ｒ３を短絡してバイアス回路を構成してもよく、求められる特性や回路規模に対応して柔軟に各抵抗値を設定することがきる。なお、図示していないが、トランジスタＱ３のエミッタとトランジスタＱ２のベースとの間に抵抗を入れる場合もあり、この抵抗の値に応じても抵抗Ｒ２〜Ｒ４の抵抗値は若干変わる。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る高周波増幅回路及び移動体通信端末によれば、設定範囲を拡大した制御電圧ＶＳＷを用いてバイアス回路の電流を可変し、増幅器のバイアス電流を制御する。これにより、高精度なＡ／Ｄコンバータが不要となり、高周波回路ブロックの回路規模を削減できる。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る高周波増幅回路２０の増幅器１１及びバイアス回路２２の詳細な回路構成を示す図である。この第２の実施形態に係る高周波増幅回路２０は、上記第１の実施形態に係る高周波増幅回路１０のバイアス回路１２をバイアス回路２２に代えた構成である。よって、高周波増幅回路２０の構成を示すブロック図は図１と同様であるので、図示及び説明を省略する。また、高周波増幅回路２０を高出力高周波増幅回路１２４に用いた携帯電話端末の無線部の構成を示すブロック図は図３と同様であるので、図示及び説明を省略する。

図８において、バイアス回路２２は、抵抗Ｒ２〜Ｒ８と、トランジスタＱ２〜Ｑ５とで構成される。この素子構成は、図２に示したバイアス回路１２と同じである。しかし、トランジスタＱ４のコレクタが抵抗Ｒ６を介して接続される先が、トランジスタＱ５のベースではなく、トランジスタＱ３のエミッタであることが異なる。
以下、この接続構成によるバイアス回路２２の動作を説明する。バイアス回路２２の基本的な動作は、バイアス回路１２と同様である。

まず、基準電圧Ｖｒｅｆ、電源電圧Ｖｄｃ、及び電源電圧Ｖｃｃに所定の電圧を与え、制御電圧ＶＳＷを０Ｖ（動作モード１）とした場合、トランジスタＱ４は、ベース−エミッタ間の電圧が０Ｖとなり、オフ状態となる。このとき、トランジスタＱ２のベースとエミッタとに流れる電流は、抵抗値Ｒ４により決定される。

次に、基準電圧Ｖｒｅｆ、電源電圧Ｖｄｃ、及び電源電圧Ｖｃｃに所定の電圧を与え、制御電圧ＶＳＷを３Ｖ（動作モード２）とした場合、トランジスタＱ４は、ベース−エミッタ間の電圧が３Ｖとなり、オン状態となる。よって、トランジスタＱ２のベースを接地する抵抗値Ｒ４と、抵抗Ｒ６及びＲ７による直列抵抗とを、並列に接続した回路構成となり、制御電圧ＶＳＷを０Ｖとした動作モード１のときより抵抗値が減少し、トランジスタＱ２のベース電圧が低下する。よって、トランジスタＱ２のベース電流が減少し、トランジスタＱ２のコレクタを流れる電流が減少し、トランジスタＱ５のベースに流れ込む電流が増加する。結果、トランジスタＱ５のエミッタから出力される電流が増加し、増幅器１１のトランジスタＱ１へ供給されるバイアス電流が増加する。

図９は、高周波増幅回路２０に与えられる制御電圧ＶＳＷと増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流の関係を示した図である。図９に示すように、制御電圧ＶＳＷの変化により、増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流が変化していることがわかる。ここで、この第２の実施形態に係る高周波増幅回路２０における関係（図９の実線）は、上記第１の実施形態に係る高周波増幅回路１０における関係（図９の破線）と相対的な傾向を示している。また、図９においても、制御電圧ＶＳＷに対して、電流値が変化する部分と電流値がほぼ一定な部分とが存在する。このことにより、制御電圧ＶＳＷに範囲を持たすことができ、制御電圧ＶＳＷを設定するマージンを確保できることがわかる。

なお、第２の実施形態に係る高周波増幅回路２０に関する、高周波信号の入出力電力の関係、入力高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係、及び出力高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係は、図５〜図７で示した特性とほぼ同等であるので省略する。

以上のように、本発明の第２の実施形態に係る高周波増幅回路及び移動体通信端末によれば、高電力出力動作時と低電力出力動作時との切り替えを行う制御論理に対応して、バイアス回路の構成を部分的に変更することにより、論理回路を追加することなく制御信号を反転させることができるため、高周波回路ブロックの回路規模を削減できる。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る高周波増幅回路３０の構成を示すブロック図である。図１１は、高周波増幅回路３０の増幅器１１及びバイアス回路３２の詳細な回路構成を示す図である。図１２は、高周波増幅回路３０を含む携帯電話端末の無線部の構成を示すブロック図である。

高周波増幅回路３０の詳細を説明する前に、まず図１２に示す携帯電話端末の無線部を説明する。図１２に示す携帯電話端末の無線部は、図３に示す携帯電話端末の無線部の制御信号出力部１６０を送信制御回路１７０に代えた構成であり、送信制御回路１７０以外の構成はすでに説明した動作を同様に行う。この送信制御回路１７０は、入力される制御信号に従って、高出力高周波増幅回路１２４のモード切り替えを制御する。なお、第３の実施形態に係る高周波増幅回路３０も、高出力高周波増幅回路１２４として用いられる。

次に、図１０及び図１１を用いて、高周波増幅回路３０の詳細な構成及び動作を説明する。
図１０において、高周波増幅回路３０は、増幅器１１と、バイアス回路３２と、整合回路１３及び１４とを備えている。バイアス回路３２は、高周波増幅回路３０のバイアス電流を制御するために与えられる制御信号に基づいて、増幅器１１へ供給するバイアス電流を変化させる。この第３の実施形態では、増幅器１１に供給される電源電圧Ｖｃｃを制御信号として用いる。増幅器１１は、整合回路１３を通して入力される高周波信号を、バイアス回路３２から供給されるバイアス電流に従って増幅し、増幅した高周波信号を整合回路１４を通して出力する。これにより、増幅器１１から出力される信号レベルを変化させることができる。なお、増幅器１１、整合回路１３、及び１４の構成は、上記第１及び第２の実施形態と同様であるので、基本的な説明は省略する。

図１１において、バイアス回路３２は、抵抗Ｒ２〜Ｒ１０と、トランジスタＱ２〜Ｑ６とで構成される。トランジスタＱ２及びＱ３が温度補償用であり、トランジスタＱ４及びＱ６がバイアス切り替え用である。トランジスタＱ４、Ｑ６、抵抗Ｒ５〜Ｒ７、Ｒ９、及びＲ１０によって、バイアス切り替え部が構成される（図１１の破線部分）。なお、トランジスタＱ２、Ｑ３、及びＱ５、抵抗Ｒ２〜Ｒ８の構成は、上記第１及び第２の実施形態と同様であるので、基本的な説明は省略する。

抵抗Ｒ２は、一方端子に基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、他方端子にトランジスタＱ３のベースと抵抗Ｒ３の一方端子とが接続されている。抵抗Ｒ３の他方端子は、トランジスタＱ２のコレクタに接続されている。トランジスタＱ２は、エミッタが接地されており、ベースがトランジスタＱ３のエミッタと抵抗Ｒ４の一方端子に接続されている。抵抗Ｒ４の他方端子は、接地されている。トランジスタＱ４は、コレクタが抵抗Ｒ６を介してトランジスタＱ２のコレクタとトランジスタＱ５のベースとに接続されており、エミッタが抵抗Ｒ７を介して接地されている。トランジスタＱ４のベースは、抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱ６のエミッタに接続されている。トランジスタＱ６のベースには、抵抗Ｒ９を介して基準電圧Ｖｒｅｆが、トランジスタＱ６のコレクタには、抵抗Ｒ１０を介して電源電圧Ｖｃｃが、それぞれ印加される。トランジスタＱ５は、エミッタが抵抗Ｒ８を介して接地されていると共に、抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のベースに接続されている。トランジスタＱ３及びＱ５のコレクタは、電源電圧Ｖｄｃに接続されている。トランジスタＱ１は、ベースに高周波信号（ＲＦＩＮ）を入力し、増幅した高周波信号（ＲＦＯＵＴ）をコレクタから出力する。

まず、基準電圧Ｖｒｅｆ及び電源電圧Ｖｄｃに所定の電圧を与え、電源電圧Ｖｃｃを１Ｖ（動作モード１）とした場合の動作を説明する。
トランジスタＱ２、Ｑ３、及びＱ５は、各ベース−エミッタ間にターン・オン電圧を超える電圧（約１．３Ｖ）が印加されるため、オン状態となる。よって、トランジスタＱ１が動作する。この動作モード１では、トランジスタＱ６のコレクタ電圧は、電源電圧Ｖｃｃの１Ｖよりも低い電圧となる。そのため、トランジスタＱ４は、ベース−エミッタ間の電圧がターン・オン電圧以下となり、オフ状態となる。このトランジスタＱ４がオフ状態のとき、トランジスタＱ５のベースに接続されている抵抗Ｒ６、トランジスタＱ４、及び抵抗Ｒ７からなる回路は、無視することができる。

次に、基準電圧Ｖｒｅｆ及び電源電圧Ｖｄｃに所定の電圧を与え、電源電圧Ｖｃｃを３．６Ｖ（動作モード２）とした場合の動作を説明する。
トランジスタＱ２、Ｑ３、及びＱ５の動作は、上述した動作モード１と同じである。トランジスタＱ４及びＱ６は、各ベース−エミッタ間にターン・オン電圧を超える電圧（約１．３Ｖ）が印加されるため、オン状態となる。よって、トランジスタＱ５のベースに接続されている抵抗Ｒ６、トランジスタＱ４、及び抵抗Ｒ７からなる回路が動作して、トランジスタＱ５のベースに供給される電流の一部が、バイアス切り替え部（抵抗Ｒ６、Ｒ７、及びトランジスタＱ４の回路）に流れることになる。結果、トランジスタＱ５のベースに供給される電流は動作モード１よりも減少し、トランジスタＱ１の動作電流も減少する。

このように、増幅器１１の電源電圧Ｖｃｃによって、バイアス回路３２のトランジスタＱ５のベース電流の量、すなわちトランジスタＱ１のバイアス電流の量を制御することが可能となる。

次に、高周波増幅回路３０について、２つの動作モードを持たせることを考える。電源電圧Ｖｃｃを１Ｖとした時を動作モード１と定義し、電源電圧Ｖｃｃを３．６Ｖとした時を動作モード２と定義する。図１３は、高周波増幅回路３０に与えられる電源電圧Ｖｃｃと増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流の関係を示した図である。図１３に示すように、電源電圧Ｖｃｃの変化により、増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流が変化していることがわかる。ここで、図１３において、電源電圧Ｖｃｃに対して、電流値が変化する部分と電流値がほぼ一定な部分とが存在する。このことにより、電源電圧Ｖｃｃに範囲を持たすことができる。

また、電源電圧Ｖｃｃを３．６Ｖ（動作モード２）に設定した場合の高周波増幅回路３０の高周波特性に関する、高周波信号の入出力電力の関係、入力高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係、及び出力高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係は、図５〜図７で示した特性とほぼ同等であるので省略する。

ここで、電源電圧の設定の一例及び抵抗Ｒ２〜Ｒ１０の値の設定範囲の一例について説明する。
この第３の実施形態では、基準電圧Ｖｒｅｆを２．８Ｖに、電源電圧Ｖｄｃを３．６Ｖに、それぞれ設定した。抵抗Ｒ２〜Ｒ７の値は、第１の実施形態で説明した通りである。抵抗Ｒ８は、１ｋΩ〜１０ｋΩ程度である。抵抗Ｒ９は、１ｋΩ〜１００ｋΩ程度である。抵抗Ｒ１０は、１Ω〜１００ｋΩ程度である。

以上のように、本発明の第３の実施形態に係る高周波増幅回路及び移動体通信端末によれば、電源電圧Ｖｃｃを用いてバイアス回路の電流を可変し、増幅器のバイアス電流を制御することが可能となる。これにより、制御電圧ＶＳＷを制御するための回路が不要となり、高周波回路ブロックの回路規模をさらに削減できる。

（第４の実施形態）
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る高周波増幅回路４０の増幅器１１及びバイアス回路４２の詳細な回路構成を示す図である。この第４の実施形態に係る高周波増幅回路４０は、上記第３の実施形態に係る高周波増幅回路３０のバイアス回路３２をバイアス回路４２に代えた構成である。よって、高周波増幅回路４０の構成を示すブロック図は図１０と同様であるので、図示及び説明を省略する。また、高周波増幅回路４０を高出力高周波増幅回路１２４に用いた携帯電話端末の無線部の構成を示すブロック図は図１２と同様であるので、図示及び説明を省略する。

図１４において、バイアス回路４２は、抵抗Ｒ２〜Ｒ１０と、トランジスタＱ２〜Ｑ６とで構成される。この素子構成は、図１１に示したバイアス回路３２と同じである。しかし、トランジスタＱ４のコレクタが抵抗Ｒ６を介して接続される先が、トランジスタＱ５のベースではなく、トランジスタＱ３のエミッタであることが異なる。
以下、この接続構成によるバイアス回路４２の動作を説明する。バイアス回路４２の基本的な動作は、バイアス回路３２と同様である。

まず、基準電圧Ｖｒｅｆ及び電源電圧Ｖｄｃに所定の電圧を与え、電源電圧Ｖｃｃを１Ｖ（動作モード１）とした場合、トランジスタＱ４は、ベース−エミッタ間の電圧がターン・オン電圧以下となり、オフ状態となる。このとき、トランジスタＱ２のベースとエミッタとに流れる電流は、抵抗値Ｒ４により決定される。

次に、基準電圧Ｖｒｅｆ及び電源電圧Ｖｄｃに所定の電圧を与え、電源電圧Ｖｃｃを３．６Ｖ（動作モード２）とした場合、トランジスタＱ４は、ベース−エミッタ間の電圧がターン・オン電圧以上となり、オン状態となる。よって、トランジスタＱ２のベースを接地する抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ６及びＲ７による直列抵抗とを並列接続した回路構成となり、電源電圧Ｖｃｃを１Ｖとした動作モード１のときよりも抵抗値が減少し、トランジスタＱ２のベース電圧が低下する。よって、トランジスタＱ２のベース電流が減少し、トランジスタＱ２のコレクタに流れる電流が減少し、トランジスタＱ５のベースに流れ込む電流が増加する。結果、トランジスタＱ５のエミッタから出力される電流が増加し、増幅器１１へトランジスタＱ１へ供給されるバイアス電流が増加する。

図１５は、高周波増幅回路４０に与えられる電源電圧Ｖｃｃと増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流の関係を示した図である。図１５に示すように、電源電圧Ｖｃｃの変化により、増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流が変化していることがわかる。ここで、この第４の実施形態に係る高周波増幅回路４０における関係（図１５の実線）は、上記第３の実施形態に係る高周波増幅回路３０における関係（図１５の破線）と相対的な傾向を示している。また、図１５においても、電源電圧Ｖｃｃに対して、電流値が変化する部分と電流値がほぼ一定な部分とが存在する。このことにより、電源電圧Ｖｃｃに範囲を持たすことができることがわかる。

なお、第４の実施形態に係る高周波増幅回路４０に関する、高周波信号の入出力電力の関係、入力高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係、及び出力高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係は、図５〜図７で示した特性とほぼ同等であるので省略する。

以上のように、本発明の第４の実施形態に係る高周波増幅回路及び移動体通信端末によれば、バイアス回路の構成を部分的に変更することにより、論理回路を追加することなく増幅器の動作電流の設定を変更させることができるため、高周波回路ブロックの回路規模を削減できる。

（第５の実施形態）
図１６は、本発明の第５の実施形態に係る高周波増幅回路５０の構成を示すブロック図である。図１７は、高周波増幅回路５０の増幅器１１及びバイアス回路５２の詳細な回路構成を示す図である。
この第５の実施形態に係る高周波増幅回路５０は、上記第１の実施形態に係る高周波増幅回路１０のバイアス回路１２をバイアス回路５２に代えた構成である。なお、高周波増幅回路５０を高出力高周波増幅回路１２４に用いた携帯電話端末の無線部の構成を示すブロック図は図３と同様である。

図１７において、バイアス回路５２は、第１の実施形態で説明したバイアス回路１２（図２を参照）に、制御電圧ＶＳＷ２で動作するトランジスタＱ７及び抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３からなるバイアス切り替え部を、さらに加えた構成である。この加えられたバイアス切り替え部は、上記第２の実施形態で説明したバイアス回路２２に用いられたバイアス切り替え部（トランジスタＱ４及び抵抗Ｒ５〜Ｒ７）に相当する（図８を参照）。
以下、この接続構成によるバイアス回路５２の動作を説明する。バイアス回路５２の基本的な動作は、バイアス回路１２及び２２と同様である。

まず、基準電圧Ｖｒｅｆ、電源電圧Ｖｄｃ、及び電源電圧Ｖｃｃに所定の電圧を与え、制御電圧ＶＳＷ１を０Ｖかつ制御電圧ＶＳＷ２を３Ｖ（動作モード１）とした場合、トランジスタＱ４は、ベース−エミッタ間の電圧が０Ｖとなってオフ状態となり、トランジスタＱ７は、ベース−エミッタ間の電圧が３Ｖとなってオン状態となる。よって、この状態のとき、トランジスタＱ５のベースに接続されている抵抗Ｒ６、トランジスタＱ４、及び抵抗Ｒ７からなる回路は、無視することができる。さらに、トランジスタＱ２のベースを接地する抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ６及びＲ７による直列抵抗とを並列接続した回路構成となり、抵抗値が減少してトランジスタＱ２のベース電圧が低下する。よって、トランジスタＱ２のベース電流が減少し、トランジスタＱ２のコレクタに流れる電流が減少し、トランジスタＱ５のベースに流れ込む電流が増加する。結果、トランジスタＱ５のエミッタから出力される電流が増加し、増幅器１１へトランジスタＱ１へ供給されるバイアス電流が増加する。

次に、基準電圧Ｖｒｅｆ、電源電圧Ｖｄｃ、及び電源電圧Ｖｃｃに所定の電圧を与え、制御電圧ＶＳＷ１を０Ｖかつ制御電圧ＶＳＷ２を０Ｖ（動作モード２）とした場合、トランジスタＱ４及びＱ７は、ベース−エミッタ間の電圧が０Ｖとなり、共にオフ状態となる。よって、この状態のとき、抵抗Ｒ６、トランジスタＱ４、及び抵抗Ｒ７からなる回路と、抵抗Ｒ１２、トランジスタＱ７、及び抵抗Ｒ１３からなる回路は、無視することができる。

この動作モード２では、動作モード１に比べて、トランジスタＱ２のベースを接地する抵抗値が増加し、トランジスタＱ２のベース電圧が上昇する。よって、トランジスタＱ２のベース電流が増加し、トランジスタＱ２のコレクタを流れる電流が増加し、トランジスタＱ５のベースに流れ込む電流が減少する。結果、トランジスタＱ５のエミッタから出力される電流が、動作モード１のときよりも減少し、増幅器１１のトランジスタＱ１へ供給されるバイアス電流も減少する。

最後に、基準電圧Ｖｒｅｆ、電源電圧Ｖｄｃ、及び電源電圧Ｖｃｃに所定の電圧を与え、制御電圧ＶＳＷ１を３Ｖかつ制御電圧ＶＳＷ２を０Ｖ（動作モード３）とした場合、トランジスタＱ４は、ベース−エミッタ間の電圧が３Ｖとなってオン状態となり、トランジスタＱ７は、ベース−エミッタ間の電圧が０Ｖとなってオフ状態となる。よって、この状態のとき、トランジスタＱ２のベースに接続されている抵抗Ｒ１２、トランジスタＱ７、及び抵抗Ｒ１３による回路は、無視することができる。また、トランジスタＱ５のベースに接続されている抵抗Ｒ６、トランジスタＱ４、及び抵抗Ｒ７からなる回路が動作して、トランジスタＱ５のベースに供給される電流の一部が、バイアス切り替え部に流れることになる。結果、トランジスタＱ５のベースに供給される電流は、動作モード２のときよりも減少し、増幅器１１のトランジスタＱ１の動作電流も減少する。

図１８は、高周波増幅回路５０に与えられる制御電圧ＶＳＷ１及びＶＳＷ２と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流の関係を示した図である。図１８に示すように、制御電圧ＶＳＷ１及びＶＳＷ２の変化により、増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流が変化していることがわかる。

なお、第５の実施形態に係る高周波増幅回路５０に関する、高周波信号の入出力電力の関係、入力高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係、及び出力高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係は、図５〜図７で示した特性とほぼ同等であるので省略する。

以上のように、本発明の第５の実施形態に係る高周波増幅回路及び移動体通信端末によれば、設定範囲を拡大した制御電圧ＶＳＷを用いてバイアス回路の電流を可変し、増幅器のバイアス電流を制御する。これにより、高精度なＡ／Ｄコンバータが不要となり、高周波回路ブロックの回路規模を削減できる。

（第６の実施形態）
図１９は、本発明の第６の実施形態に係る高周波増幅回路６０の構成を示すブロック図である。図１９で示すように、第６の実施形態に係る高周波増幅回路６０は、上述した第１又は第２の実施形態に係る高周波増幅回路１０又は２０を、多段化した構成である。よって、高周波増幅回路６０を構成する増幅器及びバイアス回路の基本構成は図２又は図８と同様であるので、図示及び説明を省略する。また、高周波増幅回路６０を高出力高周波増幅回路１２４に用いた携帯電話端末の無線部の構成を示すブロック図は図３と同様であるので、図示及び説明を省略する。

この高周波増幅回路６０は、高周波増幅回路１０又は２０を直列に２段接続した構成であり、接続部分の整合回路１５を共通化している。また、２つのバイアス回路１２ａ及び１２ｂには、高周波増幅回路６０のバイアス電流を制御するために与えられる制御信号として制御電圧ＶＳＷが共通に印加される。

図１９を用いて、高周波増幅回路６０の詳細な構成及び動作を説明する。
整合回路１３〜１５は、入力信号に対してインピーダンス変換を行うインピーダンス整合回路である。バイアス回路１２ａは、制御電圧ＶＳＷに基づいて、増幅器１１ａへ供給するバイアス電流を変化させる。バイアス回路１２ｂは、制御電圧ＶＳＷに基づいて、増幅器１１ｂへ供給するバイアス電流を変化させる。増幅器１１ａは、整合回路１３を通して入力される高周波信号を、バイアス回路１２ａから供給されるバイアス電流に従って増幅し、増幅した高周波信号を整合回路１５を通して出力する。増幅器１１ｂは、整合回路１５を通して入力される高周波信号を、バイアス回路１２ｂから供給されるバイアス電流に従って増幅し、増幅した高周波信号を整合回路１４を通して出力する。これにより、増幅器１１ａ及び１１ｂから出力される信号レベルを変化させることができる。

上述したように、マルチモードの移動体通信端末では、音声通信方式と比較して、高周波回路ブロックの高周波増幅回路に高い線形性が求められる。高周波増幅回路で高い線形性を実現しようとした場合、動作電流を増加する必要がある。そこで、上記第１及び第２の実施形態に係る高周波増幅回路では、増幅器に流れる動作電流を変化させることにより、２つの方式に対応した動作モードを実現できるように高周波回路を構成した。
しかし、一般的に、制御電圧ＶＳＷにより高周波増幅回路を流れるバイアス電流を変化させたとき、動作電流の変化に伴い電力利得も変化する。また、移動体通信端末の高周波回路ブロックにおいて、動作モードを切り替えた場合に高周波増幅回路の利得が変化すると、電力利得の補正テーブルのパラメータが増加して制御が複雑化する。そのため、各動作モード間の電力利得の差を低減する必要がある。第６の実施形態では、各動作モード間の電力利得の差を、次のように低減させている。

高周波増幅回路６０について、２つの動作モードを持たせることを考える。制御電圧ＶＳＷを０Ｖとした時を動作モード１と定義し、制御電圧ＶＳＷを３Ｖとした時を動作モード２と定義する。そこで、２つの動作モードを持つ高周波増幅回路６０において、増幅器１１ａ及び１１ｂの各動作モードにおける制御電圧ＶＳＷが０Ｖの時を、動作モード１：バイアス電流「大」と、制御電圧ＶＳＷが３Ｖの時を、動作モード２：バイアス電流「小」と定義する。高い線形が求められる動作モードでは、増幅器１１ａのバイアス電流を「小」に、増幅器１１ｂのバイアス電流を「大」に設定する。一方、高い線形が求められない動作モードでは、増幅器１１ａのバイアス電流を「大」に、増幅器１１ｂのバイアス電流を「小」に設定する。すなわち、増幅器１１ａのバイアス電流と増幅器１１ｂのバイアス電流とが、反比例の関係で変化するように設定する。これにより、高周波増幅回路６０において、各動作モード間の電力利得の差を低減させることができる。

次に、バイアス回路１２ａに第２の実施形態に係るバイアス回路２２（図８）を、バイアス回路１２ｂに第１の実施形態に係るバイアス回路１２（図２）を用いた場合の、高周波増幅回路６０の動作について説明する。
図２０は、高周波増幅回路６０における高周波信号の入出力電力の関係を示した図である。図２１は、高周波増幅回路６０から出力される高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係を示した図である。この図２０及び図２１では、動作モード１及び動作モード２の電力特性を表している。

図２０から、広い入力電力範囲で、２つの動作モードにおいて出力電力が変化していないことがわかる。言い換えれば、動作モード１の電力利得は、動作モード２の電力利得とほとんど変化していないことを示している。また、図２１から、各出力電力において増幅用トランジスタのコレクタを流れる電流が変化しており、動作モード１は動作モード２よりも動作電流が多い。この結果は、動作モード１は、動作モード２よりも高い線形が確保できていることを示している。

なお、高周波増幅回路６０の電源電圧の設定の一例、及びバイアス回路１２ａ及び１２ｂを構成する抵抗Ｒ２〜Ｒ８の値の設定範囲の一例は、上述した通りである。また、移動体通信端末において制御論理が異なる場合があるが、第１の実施形態に係る高周波増幅回路１０と第２の実施形態に係る高周波増幅回路２０とを、その制御信号の論理に合わせて使い分ければよい。こうすれば、高周波増幅回路の回路規模を増加させることなく、柔軟に対応することができる。さらに、図１９の高周波増幅回路６０の整合回路１３の入力端子がＤＣ的なインピーダンスが無限大である場合、高周波信号の入力端子と制御電圧ＶＳＷを入力する端子とを共用することができる。これにより、端子数を削減でき、高周波増幅回路の実装面積を縮小することができる。

以上のように、本発明の第６の実施形態に係る高周波増幅回路及び移動体通信端末によれば、増幅器のバイアス電流の制御により電力利得が増加した場合において、増幅器を多段接続して各増幅器にバイアス電流を供給するバイアス回路の動作を対称的にする。これにより、制御電圧の変化に対する電力利得の変動を低減することができる。

（第７の実施形態）
図２２は、本発明の第７の実施形態に係る高周波増幅回路７０の構成を示すブロック図である。図２２で示すように、第７の実施形態に係る高周波増幅回路７０は、上述した第３又は第４の実施形態に係る高周波増幅回路３０又は４０を、多段化した構成である。よって、高周波増幅回路７０を構成する増幅器及びバイアス回路の基本構成は図１１又は図１４と同様であるので、図示及び説明を省略する。また、高周波増幅回路７０を高出力高周波増幅回路１２４に用いた携帯電話端末の無線部の構成を示すブロック図は図１２と同様であるので、図示及び説明を省略する。

この高周波増幅回路７０は、高周波増幅回路３０又は４０を直列に２段接続した構成であり、接続部分の整合回路１５を共通化している。また、２つのバイアス回路３２ａ及び３２ｂには、高周波増幅回路７０のバイアス電流を制御するために与えられる制御信号として電源電圧Ｖｃｃが供給される。

ここで、高周波増幅回路７０に入力される信号レベルに応じて、高周波増幅回路７０の電源電圧Ｖｃｃを変化させることを考える。具体的には、入力される信号レベルが低い時には電源電圧Ｖｃｃを低く（１Ｖ）設定し、入力される信号レベルが高い時には電源電圧Ｖｃｃを高く（３．６Ｖ）設定する。電源電圧Ｖｃｃによって高周波増幅回路を流れるバイアス電流を変化させたとき、動作電流の変化に伴い電力利得も変化する。また、移動体通信端末の高周波回路ブロックにおいて、動作モードを切り替えた場合に高周波増幅回路７０の利得が変化すると、電力利得の補正テーブルのパラメータが増加して制御が複雑になる。そのため、各動作モード間の電力利得の差を低減する必要がある。第７の実施形態では、各動作モード間の電力利得の差を、次のように低減させている。

高周波増幅回路７０について、２つの動作モードを持たせることを考える。電源電圧Ｖｃｃを１Ｖとした時を動作モード１と定義し、電源電圧Ｖｃｃを３．６Ｖとした時を動作モード２と定義する。そこで、２つの動作モードを持つ高周波増幅回路７０において、増幅器１１ａ及び１１ｂの各動作モードにおける電源電圧Ｖｃｃが１Ｖの時を、動作モード１：バイアス電流「小」と、電源電圧Ｖｃｃが３．６Ｖの時を、動作モード２：バイアス電流「大」と定義する。また、入力信号レベルが低い動作モードでは、増幅器１１ａのバイアス電流を「大」に、増幅器１１ｂのバイアス電流を「小」に設定する。一方、入力信号レベルが高い動作モードでは、増幅器１１ａのバイアス電流を「小」に、増幅器１１ｂのバイアス電流を「大」に設定する。すなわち、増幅器１１ａのバイアス電流と増幅器１１ｂのバイアス電流とが、反比例の関係で変化するように設定する。これにより、高周波増幅回路７０において、各動作モード間の電力利得の差を低減させることができる。

なお、第７の実施形態に係る高周波増幅回路７０に関する、高周波信号の入出力電力の関係、及び出力高周波信号の電力と増幅用トランジスタのコレクタに流れる電流との関係は、図２０及び図２１で示した特性とほぼ同等であるので省略する。

また、高周波増幅回路７０の電源電圧の設定の一例、及びバイアス回路３２ａ及び３２ｂを構成する抵抗Ｒ２〜Ｒ１０の値の設定範囲の一例は、上述した通りである。また、移動体通信端末において制御論理が異なる場合があるが、第３の実施形態に係る高周波増幅回路３０と第４の実施形態に係る高周波増幅回路４０とを、その制御信号の論理に合わせて使い分ければよい。こうすれば、高周波増幅回路の回路規模を増加させることなく、柔軟に対応することができる。さらに、バイアス回路３２ａ及び３２ｂの双方にあるトランジスタＱ６、抵抗Ｒ９、及び抵抗Ｒ１０の構成は、共用化することも可能である。これにより、バイアス回路の回路規模を縮小することができる。

以上のように、本発明の第７の実施形態に係る高周波増幅回路及び移動体通信端末によれば、増幅器のバイアス電流の制御により電力利得が増加した場合において、増幅器を多段接続して各増幅器にバイアス電流を供給するバイアス回路の動作を対称的にする。これにより、電源電圧の変化に対する電力利得の変動を低減することができる。

なお、上述した各実施形態において、バイアス切り替え用のトランジスタＱ４及びＱ７に電界効果トランジスタを用いた場合も、同様の切り替え動作を実現することができる。
また、バイアス回路及び増幅器に用いられる各トランジスタのベース−エミッタ間電圧は、略同一であることが望ましい。
さらに、第３及び第４の実施形態において、トランジスタＱ６、抵抗Ｒ９、及び抵抗Ｒ１０の構成を用いずに、トランジスタＱ４のベースを抵抗Ｒ５を介して電源電圧Ｖｃｃに接続する構成にしても、同様の制御が可能である。

本発明の高周波増幅回路は、携帯電話等の移動体通信端末の送信部等に利用可能であり、特に制御信号によって高周波増幅回路の出力電力制御を行う場合等に有用である。

１０〜７０、１２２、１２４、１４１、２０２、２０４、４０１ 高周波増幅回路
１１、１１ａ、１１ｂ、１００ 増幅器
１２、１２ａ、１２ｂ、２２、３２、３２ａ、３２ｂ、４２、５２、１０２ バイアス回路
１３〜１５ 整合回路
１０３ 基準電圧供給部
１２０、２００ 送信部
１２１、２０１ 変調器
１２３、１４２、１４４、２０３、４０２、４０４ バンドパスフィルタ
１２５、２０５ アイソレータ
１３０、３００ シンセサイザ部
１３１、３０１ 温度制御水晶発振器（ＴＣＸＯ）
１３２、３０２ フェーズロックドループ（ＰＬＬ）
１３３、３０３ 電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１４０、４００ 受信部
１４３、４０３ 復調器
１５０、５００ 共用器
１５１、５０１ アンテナ
１５２、５０２ デュプレクサ
１６０ 制御信号出力部
１７０ 送信制御回路
Ｑ１〜Ｑ７、Ｑ１０１〜１０４ トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ１２、Ｒ１０１〜Ｒ１０３ 抵抗

Claims (28)

1. 高周波信号を増幅する高周波増幅回路であって、
   制御信号の切り替えに応じて電流量を可変させたバイアス電流を生成するバイアス回路と、
   前記バイアス回路から供給されるバイアス電流を用いて、入力される高周波信号を増幅する増幅器とを備え、
   前記バイアス回路は、
   入力されるベース電流に応じたバイアス電流を前記増幅器に供給するバイアス供給用トランジスタと、
   基準電圧に応じた電流を流す第１の温度補償用トランジスタと、
   前記第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて、前記バイアス供給用トランジスタのベース電流を補正することにより、前記バイアス供給用トランジスタの温度特性を補償する第２の温度補償用トランジスタと、
   前記第２の温度補償用トランジスタのベースに接続され、前記制御信号の切り替えに応じて前記バイアス供給用トランジスタのベース電流量を切り替えるバイアス切り替え部とを備える、高周波増幅回路。
2. 高周波信号を増幅する高周波増幅回路であって、
   制御信号の切り替えに応じて電流量を可変させたバイアス電流を生成するバイアス回路と、
   前記バイアス回路から供給されるバイアス電流を用いて、入力される高周波信号を増幅する増幅器と、
   前記制御信号の切り替えに応じて電流量を可変させた第２のバイアス電流を生成する第２のバイアス回路と、
   前記第２のバイアス回路から供給される第２のバイアス電流を用いて、前記増幅器で増幅された高周波信号を増幅する第２の増幅器とを備え、
   前記バイアス電流と前記第２のバイアス電流とが反比例の関係で変化することを特徴とする、高周波増幅回路。
3. 前記バイアス回路及び前記第２のバイアス回路は、それぞれ
   入力されるベース電流に応じたバイアス電流又は第２のバイアス電流を前記増幅器又は前記第２の増幅器に供給するバイアス供給用トランジスタと、
   基準電圧に応じた電流を流す第１の温度補償用トランジスタと、
   前記第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて、前記バイアス供給用トランジスタのベース電流を補正することにより、前記バイアス供給用トランジスタの温度特性を補償する第２の温度補償用トランジスタとを備え、
   一方の回路が、前記バイアス供給用トランジスタのベースに接続され、前記制御信号の切り替えに応じて前記バイアス供給用トランジスタのベース電流量を切り替えるバイアス切り替え部を備え、
   他方の回路が、前記第２の温度補償用トランジスタのベースに接続され、前記制御信号の切り替えに応じて前記バイアス供給用トランジスタのベース電流量を切り替えるバイアス切り替え部を備える、請求項２に記載の高周波増幅回路。
4. 前記制御信号は、外部から与えられる制御電圧であることを特徴とする、請求項１に記載の高周波増幅回路。
5. 前記制御信号は、外部から与えられる制御電圧であることを特徴とする、請求項３に記載の高周波増幅回路。
6. 前記制御信号は、前記増幅器に供給される電源電圧であることを特徴とする、請求項１に記載の高周波増幅回路。
7. 前記制御信号は、前記増幅器に供給される電源電圧であることを特徴とする、請求項３に記載の高周波増幅回路。
8. 前記バイアス切り替え部は、
   ベースに前記制御電圧が印加されるバイアス切り替え用トランジスタと、
   前記バイアス切り替え用トランジスタのコレクタ又はエミッタの少なくともいずれかに挿入される抵抗とで構成され、
   前記バイアス切り替え用トランジスタが動作した時に、前記バイアス供給用トランジスタのベース電流量を増加させることを特徴とする、請求項４に記載の高周波増幅回路。
9. 前記バイアス切り替え部は、
   ベースに前記制御電圧が印加されるバイアス切り替え用トランジスタと、
   前記バイアス切り替え用トランジスタのコレクタ又はエミッタの少なくともいずれかに挿入される抵抗とで構成され、
   前記バイアス切り替え用トランジスタが動作した時に、前記バイアス供給用トランジスタのベース電流量を増加させることを特徴とする、請求項５に記載の高周波増幅回路。
10. 前記バイアス切り替え部は、
    ベースに前記電源電圧に基づいた電圧が印加されるバイアス切り替え用トランジスタと、
    前記バイアス切り替え用トランジスタのコレクタ又はエミッタの少なくともいずれかに挿入される抵抗とで構成され、
    前記バイアス切り替え用トランジスタが動作した時に、前記バイアス供給用トランジスタのベース電流量を増加させることを特徴とする、請求項６に記載の高周波増幅回路。
11. 前記バイアス切り替え部は、
    ベースに前記電源電圧に基づいた電圧が印加されるバイアス切り替え用トランジスタと、
    前記バイアス切り替え用トランジスタのコレクタ又はエミッタの少なくともいずれかに挿入される抵抗とで構成され、
    前記バイアス切り替え用トランジスタが動作した時に、前記バイアス供給用トランジスタのベース電流量を増加させることを特徴とする、請求項７に記載の高周波増幅回路。
12. 前記バイアス切り替え部は、ベースに前記基準電圧が印加され、コレクタに前記電源電圧が印加され、エミッタが前記バイアス切り替え用トランジスタのベースに接続される第２のバイアス切り替え用トランジスタをさらに構成に含むことを特徴とする、請求項１０に記載の高周波増幅回路。
13. 前記バイアス切り替え部は、ベースに前記基準電圧が印加され、コレクタに前記電源電圧が印加され、エミッタが前記バイアス切り替え用トランジスタのベースに接続される第２のバイアス切り替え用トランジスタをさらに構成に含むことを特徴とする、請求項１１に記載の高周波増幅回路。
14. 前記バイアス回路に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧と、前記増幅器に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧とが、略同一であることを特徴とする、請求項８に記載の高周波増幅回路。
15. 前記バイアス回路に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧と、前記増幅器に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧とが、略同一であることを特徴とする、請求項９に記載の高周波増幅回路。
16. 前記バイアス回路に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧と、前記増幅器に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧とが、略同一であることを特徴とする、請求項１０に記載の高周波増幅回路。
17. 前記バイアス回路に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧と、前記増幅器に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧とが、略同一であることを特徴とする、請求項１１に記載の高周波増幅回路。
18. 前記バイアス切り替え用トランジスタが電界効果トランジスタで構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の高周波増幅回路。
19. 前記バイアス切り替え用トランジスタが電界効果トランジスタで構成されていることを特徴とする、請求項９に記載の高周波増幅回路。
20. 前記バイアス切り替え用トランジスタが電界効果トランジスタで構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の高周波増幅回路。
21. 前記バイアス切り替え用トランジスタが電界効果トランジスタで構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の高周波増幅回路。
22. 高周波信号を増幅する高周波増幅回路であって、
    制御信号の切り替えに応じて電流量を可変させたバイアス電流を生成するバイアス回路と、
    前記バイアス回路から供給されるバイアス電流を用いて、入力される高周波信号を増幅する増幅器とを備え、
    前記制御信号と高周波信号とが同一の端子から入力されることを特徴とする、高周波増幅回路。
23. シンセサイザ部、送信部、受信部、共用器、及び制御信号出力部を含む高周波回路ブロックを備えた移動体通信端末であって、
    前記送信部は、
    入力された変調信号を所定の送信周波数の送信信号に変換する変調器と、
    前記変調器で変換された送信信号を増幅する可変利得の高周波増幅回路と、
    前記高周波増幅回路で増幅された送信信号から所定帯域の信号を抽出するバンドパスフィルタと、
    前記バンドパスフィルタで抽出された信号を増幅する請求項１に記載の固定利得の高周波増幅回路と、
    前記固定利得の高周波増幅回路と前記共用器との間に設けられ、前記固定利得の高周波増幅回路から前記共用器に向けて一方向に信号を通過させるアイソレータとを含む、移動体通信端末。
24. 高周波信号を増幅する高周波増幅回路であって、
    制御信号の切り替えに応じて電流量を可変させたバイアス電流を生成するバイアス回路と、
    前記バイアス回路から供給されるバイアス電流を用いて、入力される高周波信号を増幅する増幅器とを備え、
    前記バイアス回路は、
    入力されるベース電流に応じたバイアス電流を前記増幅器に供給するバイアス供給用トランジスタと、
    基準電圧に応じた電流を流す第１の温度補償用トランジスタと、
    前記第１の温度補償用トランジスタに流れる電流に応じて、前記バイアス供給用トランジスタのベース電流を補正することにより、前記バイアス供給用トランジスタの温度特性を補償する第２ の温度補償用トランジスタと、
    前記バイアス供給用トランジスタのベースに接続され、前記制御信号の切り替えに応じて前記バイアス供給用トランジスタのベース電流量を切り替えるバイアス切り替え部とを備え、
    前記制御信号は、前記増幅器に供給される電源電圧であることを特徴とする、高周波増幅回路。
25. 前記バイアス切り替え部は、
    ベースに前記電源電圧に基づいた電圧が印加されるバイアス切り替え用トランジスタと、
    前記バイアス切り替え用トランジスタのコレクタ又はエミッタの少なくともいずれかに挿入される抵抗とで構成され、
    前記バイアス切り替え用トランジスタが動作した時に、前記バイアス供給用トランジスタのベース電流量を減少させることを特徴とする、請求項２４に記載の高周波増幅回路。
26. 前記バイアス切り替え部は、ベースに前記基準電圧が印加され、コレクタに前記電源電圧が印加され、エミッタが前記バイアス切り替え用トランジスタのベースに接続される第２のバイアス切り替え用トランジスタをさらに構成に含むことを特徴とする、請求項２５に記載の高周波増幅回路。
27. 前記バイアス回路に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧と、前記増幅器に用いられるトランジスタのベース−エミッタ間電圧とが、略同一であることを特徴とする、請求項２５に記載の高周波増幅回路。
28. 前記バイアス切り替え用トランジスタが電界効果トランジスタで構成されていることを特徴とする、請求項２５に記載の高周波増幅回路。

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