JP2013131802A

JP2013131802A - Ｒｆ電力増幅器およびその動作方法

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Publication number: JP2013131802A
Application number: JP2011277952A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Namie; 寿典浪江; Masashi Maruyama; 昌志丸山
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】高電力動作モードよりも低い電力動作モードで消費電流と消費電力を削減して、増幅動作の安定性を改善すること。
【解決手段】ＲＦ電力増幅器の信号入力端子Ｐａｄ１と信号出力端子Ｐａｄ６との間に第１増幅経路の第１増幅回路Ａｍｐ１１、１２と第２増幅経路の第２増幅回路Ａｍｐ２１、２２が並列接続され、第２増幅回路の第２最終段素子Ｑ２２の素子サイズが第１増幅回路の第１最終段素子Ｑ１２より小さな素子サイズに設定される。高電力を生成するために、第１増幅回路が活性化され第２増幅回路が非活性化される。高電力動作モードよりも低い電力を生成するため第１増幅回路が非活性化され第２増幅回路が活性化される状態では、信号制御回路Ｃ１６、ＳＷ３は、第１増幅経路に配置された第１増幅回路Ａｍｐ１１、１２を帰還ループとする出力Ｐａｄ６から入力Ｐａｄ１への信号伝達を減衰もしくは実質的に遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＦ電力増幅器およびその動作方法に関し、特に高電力動作モードよりも低い電力動作モードで消費電流と消費電力を削減して、増幅動作の安定性を改善するのに有効な技術に関するものである。

携帯電話等のようにバッテリーで動作する携帯通信機器端末では、基地局に無線周波数(ＲＦ)送信信号を送信するＲＦ電力増幅器の電力効率を向上することが必要とされる。バッテリーの１回の充電により可能な限り長時間の通話時間を可能とするためには、ＲＦ電力増幅器の消費電力を低減することが必要となる。

下記特許文献１には、素子サイズの小さな第１増幅素子と素子サイズの大きな第２増幅素子とを並列接続して、低電力状態では第１増幅素子によって電力増幅を実行する一方、高電力状態では第２増幅素子によって電力増幅を実行することが記載されている。低電力状態では素子サイズの小さな第１増幅素子が高い電力付加効率(ＰＡＥ：Power Added Efficiency)を示して、高電力状態では素子サイズの大きな第２増幅素子が高い電力付加効率(ＰＡＥ)を示すので、低電力状態から高電力状態までの広範囲の送信電力でＲＦ電力増幅器の電力付加効率を向上することが可能となる。

下記特許文献２には、出力トランジスタの素子サイズが高電力に最適化された第１出力段と出力トランジスタの素子サイズが低電力に最適化された第２出力段とを並列接続して、バイアス制御回路が高電力時には第１出力段を選択して低電力時には第２出力段を選択することが記載されている。第１出力段と第２出力段とは単一の出力インピーダンス整合回路に接続され、この単一の出力インピーダンス整合回路は複数の容量と複数のインダクタとを含んでいる。

特開２００８−３５４８７号公報米国特許第７，１５７，９６６号明細書

本発明者等は本発明に先立って、第３世代(３Ｇ)と第４世代(４Ｇ)の携帯電話に搭載可能であり、また複数の周波数バンドの送信が可能なＲＦ電力増幅器の開発に従事した。更にこのＲＦ電力増幅器には、長時間の通話時間を可能とするために高い電力付加効率(ＰＡＥ)および低消費電流・低消費電力が要求された。

図５は、本発明に先立って本発明者等によって検討された携帯電話端末に搭載可能なＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。

図５に示した本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器は、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ：monolithic microwave integrated circuit)１とＲＦパワーモジュールのプリント配線基板(ＰＣＢ：printed circuit board)２とを含んでいる。

モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１は、第１初段増幅器Ａｍｐ１１と第２初段増幅器Ａｍｐ２１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３と第３最終段増幅器Ａｍｐ２２と容量Ｃ１〜容量Ｃ１２とインダクタＬ１を含んでいる。容量Ｃ１〜容量Ｃ１２は、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１のＧａＡｓ等の化合物半導体基板の主表面に半導体製造プロセスにより製造される金属・絶縁体・金属(ＭＩＭ：Metal Insulator Metal)の積層構造容量によって構成される。インダクタＬ１は、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１のＧａＡｓ等の化合物半導体基板の主表面に半導体製造プロセスにより製造される金属のスパイラルインダクタによって構成される。

ＲＦパワーモジュールのプリント配線基板(ＰＣＢ)２は、複数の容量Ｃ５、Ｃ６、Ｃ１３、Ｃ１４と複数のインダクタＬ２、Ｌ３、Ｌ４〜Ｌ６、ストリップラインＳＬ１〜ＳＬ４、抵抗Ｒ１を含んでいる。複数の容量Ｃ５、Ｃ６、Ｃ１３〜Ｃ１５と複数のインダクタＬ２、Ｌ３、Ｌ４〜Ｌ６と抵抗Ｒ１との受動部品は、「０６０３」型と呼ばれる表面実装デバイス(ＳＭＤ：Surface Mount Device)によって構成される。ＪＩＳ規格によれば、０６０３型表面実装デバイス(ＳＭＤ)は長さ(Ｌ)が０．６ｍｍ、幅(Ｗ)が０．３ｍｍ、厚み(ｔ)が０.２３ｍｍの超小型電子部品である。ストリップラインＳＬ１〜ＳＬ４は、プリント配線基板(ＰＣＢ)２の主表面に製造された導電性配線薄膜によって構成される。ストリップラインＳＬ１、ＳＬ２はインダクタとして機能する一方、ストリップラインＳＬ３、ＳＬ４と抵抗Ｒ１とはパワー検出のための方向性結合器(Directional Coupler)として機能する。

第１初段増幅器Ａｍｐ１１と第２初段増幅器Ａｍｐ２１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３と第３最終段増幅器Ａｍｐ２２とは、それぞれＮＰＮ型のヘテロ接合バイポーラトランジスタＱ１１、Ｑ２１、Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ２２を含んでいる。第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２は最大の素子サイズ(エミッタ面積)を有する一方、第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３の素子サイズは第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２の素子サイズよりも小さく設定され、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の素子サイズは第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３の素子サイズよりも小さく設定されている。

従って、最大の素子サイズを有するトランジスタＱ１２を含んだ第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第１初段増幅器Ａｍｐ１１とは、ハイパワーモード(ＨＰＭ：High Power Mode)の増幅動作を実行して最大ゲインを有する第１増幅経路を構成する。更に、中間の素子サイズを有するトランジスタＱ１３を含んだ第２最終段増幅器Ａｍｐ１３と第１初段増幅器Ａｍｐ１１とは、メディアムパワーモード(ＭＰＭ：Medium Power Mode)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路を構成する。また更に、最小の素子サイズを有するトランジスタＱ２２を含んだ第３最終段増幅器Ａｍｐ２２と第２初段増幅器Ａｍｐ２１とは、ローパワーモード(ＬＰＭ：Low Power Mode)の増幅動作を実行して最小ゲインを有する第３増幅経路を構成する。

図示されていない無線周波数信号処理集積回路(ＲＦＩＣ)から生成されるＲＦ送信信号Ｐinはパッド端子Ｐａｄ１に供給され、パッド端子Ｐａｄ１は入力整合回路の容量Ｃ１の一端に接続され、容量Ｃ１の他端は入力整合回路のインダクタＬ１の一端に接続され、インダクタＬ１の他端は接地電位に接続される。更に、パッド端子Ｐａｄ１は容量Ｃ２の一端に接続され、容量Ｃ２の他端はパッド端子Ｐａｄ２に接続され、このパッド端子Ｐａｄ２はプリント配線基板(ＰＣＢ)２の第１スイッチＳＷ１を介して接地電位に接続される。尚、第１スイッチＳＷ１は図５のＲＦ電力増幅器がマルチバンドの最低周波数のＲＦ送信信号を増幅する際にオン状態に制御され、パッド端子Ｐａｄ２と接地電位との間の容量Ｃ２によって、容量Ｃ１とインダクタＬ１から構成される入力整合回路の入力インピーダンスを調整する。

従って、入力整合回路の容量Ｃ１の他端と入力整合回路のインダクタＬ１の一端の接続ノードのＲＦ送信信号Ｐinは、結合容量Ｃ３と結合容量Ｃ４とを介して、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のベース電極と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３のベース電極にそれぞれ供給される。尚、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のエミッタ電極と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３のエミッタ電極が接地電位に接続されることによって、トランジスタＱ１１、Ｑ１３はエミッタ接地増幅トランジスタとして機能する。

第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のコレクタ電極はパッド端子Ｐａｄ４とＲＦチョークコイルとして機能するインダクタＬ２を介して電源電圧Ｖccに接続され、インダクタＬ２の一端と接地電位との間には容量Ｃ５が接続され、容量Ｃ５は電源電圧Ｖccに含まれる電源リップル成分を減衰するデカップリング容量として機能する。また、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１のコレクタ電極はパッド端子Ｐａｄ３とＲＦチョークコイルとして機能するインダクタＬ３を介して電源電圧Ｖccに接続され、インダクタＬ３の一端と接地電位との間には容量Ｃ６が接続され、容量Ｃ６は電源電圧Ｖccに含まれる電源リップル成分を減衰するデカップリング容量として機能する。

第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のコレクタ電極から生成される第１初段ＲＦ増幅信号は、結合容量Ｃ７と結合容量Ｃ８とを介して、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のベース電極と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３のベース電極にそれぞれ供給される。尚、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のエミッタ電極が接地電位に接続されることによって、トランジスタＱ１２はエミッタ接地増幅トランジスタとして機能する。第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のコレクタ電極と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３のコレクタ電極とは、パッド端子Ｐａｄ６、Ｐａｄ７と接続されている。パッド端子Ｐａｄ６に接続されたストリップラインＳＬ１、ＳＬ２と容量Ｃ１３、Ｃ１４とは第１出力整合回路を構成して、ストリップラインＳＬ１の中間タップと電源電圧Ｖccとの間に接続されたインダクタＬ６はトランジスタＱ１２、Ｑ１３の共通コレクタ負荷であるＲＦチョークコイルとして機能する。更にパッド端子Ｐａｄ６とパッド端子Ｐａｄ４の間に接続された容量Ｃ１０とパッド端子Ｐａｄ４と接地電位の間に接続されたインダクタＬ４とは、２次高調波トラップ回路を構成する。すなわち、２次高調波トラップ回路の容量Ｃ１０とインダクタＬ４との直列接続は、ＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutの基本周波数の２倍の２次高調波周波数で直列共振するので、略ゼロΩの極めて低い直列共振インピーダンスよって２次高調波周波数成分は接地電位にバイパスされることが可能となる。

ストリップラインＳＬ１、ＳＬ２と容量Ｃ１３、Ｃ１４から構成された第１出力整合回路は、容量Ｃ１５を介して方向性結合器の主線路であるストリップラインＳＬ１の一端に接続されて、ストリップラインＳＬ１の他端からＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutが生成される。また方向性結合器の副線路であるストリップラインＳＬ２が方向性結合器の主線路であるストリップラインＳＬ１と電磁気結合され、方向性結合器の副線路のストリップラインＳＬ２の一端が終端抵抗Ｒ１を介して接地電位に接続されることによって、ストリップラインＳＬ２の他端から出力検出電圧Ｖdetが生成される。上述の第１出力整合回路は、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２および第２最終段増幅器Ａｍｐ１３の数Ωの共通出力インピーダンスとストリップラインＳＬ１の他端に接続される５０Ωの送信アンテナの入力インピーダンスの整合を実行する。すなわち、上述した第１出力整合回路の入力インピーダンスが数Ωに設定されることによって、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２および第２最終段増幅器Ａｍｐ１３の共通出力インピーダンスと第１出力整合回路の入力インピーダンスが整合する。その結果、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２および第２最終段増幅器Ａｍｐ１３の出力と第１出力整合回路の入力との間でのＲＦ信号の反射を、十分低減することが可能となる。更に、容量Ｃ１５と方向性結合器とを含んだ上述の第１出力整合回路の出力インピーダンスが５０Ωに設定されることによって、第１出力整合回路の出力インピーダンスと５０Ωの送信アンテナの入力インピーダンスが整合する。その結果、第１出力整合回路の出力と送信アンテナの入力との間のＲＦ信号の反射を、十分低減することが可能となる。

第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１のコレクタ電極から生成される第２初段ＲＦ増幅信号は、結合容量Ｃ９を介して、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２のベース電極に供給される。尚、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２のエミッタ電極が接地電位に接続されることによって、トランジスタＱ２２はエミッタ接地増幅トランジスタとして機能する。第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２のコレクタ電極は、パッド端子Ｐａｄ８と接続されている。

更に、パッド端子Ｐａｄ７とパッド端子Ｐａｄ８の間に接続されたインダクタＬ５と、パッド端子Ｐａｄ８と接地電位の間に接続された容量Ｃ１１と、パッド端子Ｐａｄ８と接地電位の間に接続された容量Ｃ１２と第２スイッチＳＷ２とは、第２出力整合回路を構成する。すなわち、この第２出力整合回路は、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の数十Ωの出力インピーダンスと上述の第１出力整合回路の数Ωの入力インピーダンスとの間の整合を実行する。すなわち、第２出力整合回路の入力インピーダンスが数十Ωに設定されることによって、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力インピーダンスと第２出力整合回路の入力インピーダンスとが整合する。その結果、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力と第２出力整合回路の入力との間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。更に第２出力整合回路の出力インピーダンスが数Ωに設定され、第２出力整合回路の出力インピーダンスと第１出力整合回路の入力インピーダンスとが整合する。その結果、第２出力整合回路の出力と第１出力整合回路の入力との間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。

図５に示したＲＦ電力増幅器の第２出力整合回路は、上述したようにインダクタＬ５と容量Ｃ１１、Ｃ１２と第２スイッチＳＷ２とによって構成されている。

インダクタＬ５の一端は第１最終段増幅器Ａｍｐ１２および第２最終段増幅器Ａｍｐ１３の共通出力端子と第１出力整合回路の入力端子と第２出力整合回路の出力端子とに接続され、インダクタＬ５の他端は第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力端子と第２出力整合回路の入力端子に接続されている。更に、第２出力整合回路は、パッド端子Ｐａｄ７とパッド端子Ｐａｄ８の間に接続されたインダクタＬ５と、パッド端子Ｐａｄ８と接地電位の間に接続された容量Ｃ１１と、パッド端子Ｐａｄ８と接地電位の間に接続された容量Ｃ１２と第２スイッチＳＷ２とによって構成されている。

更に、携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路とベースバンドプロセッサのいずれかから生成される周波数バンド選択信号によって、第２スイッチＳＷ２のオン状態とオフ状態は制御される。すなわち、周波数バンド選択信号がマルチバンドの高バンド送信周波数ｆ_HBを選択する場合には、第２スイッチＳＷ２はオフ状態に制御され、第２出力整合回路の容量値は第１容量Ｃ１１のみで決定される。また周波数バンド選択信号がマルチバンドの低バンド送信周波数ｆ_LBを選択する場合には、第２スイッチＳＷ２はオン状態に制御され、第２出力整合回路の容量値は第１容量Ｃ１１と第２容量Ｃ１２の並列容量で決定される。

また上述した第２出力整合回路では、第１容量Ｃ１１は略６ｐＦの容量値に設定されて、第２容量Ｃ１２は略２ｐＦの容量値に設定されて、インダクタＬ５は略３ｎＨのインダクタンスに設定されている。

《ハイパワーモード(ＨＰＭ)による増幅》
図５に示したＲＦ電力増幅器がハイパワーモード(ＨＰＭ)での電力増幅を実行する場合には、例えば携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路(ＲＦＩＣ)とベースバンドプロセッサとのいずれかから高電力モード信号ＨＰＭが生成される。高電力モード信号ＨＰＭに応答して、適切なベースバイアス電圧が、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３の各ベース電極に供給される。一方、高電力モード信号ＨＰＭに応答して、第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３と第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の各ベース電極に供給されるベースバイアス電圧は、トランジスタＱ１３、Ｑ２１、Ｑ２２のしきい値電圧以下の例えばゼロボルトに設定される。

従って、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２とは適切なベースバイアス電圧によって活性状態に制御される一方、第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３と第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２とはしきい値電圧以下のベースバイアス電圧によって非活性状態に制御される。その結果、パッド端子Ｐａｄ１に供給されるＲＦ送信信号Ｐinは、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２とによって増幅される。すなわち、最大の素子サイズを有するトランジスタＱ１２を含んだ第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第１初段増幅器Ａｍｐ１１によって構成されてハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有する第１増幅経路によってＲＦ送信信号Ｐinが増幅されることによって、ＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutが第１出力整合回路と方向性結合器とを介して生成される。

《メディアムパワーモード(ＭＰＭ)による増幅》
図５に示したＲＦ電力増幅器がメディアムパワーモード(ＭＰＭ)での電力増幅を実行する場合には、例えば携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路(ＲＦＩＣ)とベースバンドプロセッサとのいずれかから中間電力モード信号ＭＰＭが生成される。中間電力モード信号ＭＰＭに応答して、適切なベースバイアス電圧が、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３の各ベース電極に供給される。一方、中間電力モード信号ＭＰＭに応答して、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２と第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の各ベース電極に供給されるベースバイアス電圧は、トランジスタＱ２１、Ｑ１２、Ｑ２２のしきい値電圧以下の例えばゼロボルトに設定される。

従って、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３は適切なベースバイアス電圧によって活性状態に制御される一方、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２と第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２とはしきい値電圧以下のベースバイアス電圧によって非活性状態に制御される。その結果、パッド端子Ｐａｄ１に供給されるＲＦ送信信号Ｐinは、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３とによって増幅される。すなわち、中間の素子サイズを有するトランジスタＱ１３を含んだ第２最終段増幅器Ａｍｐ１３と第１初段増幅器Ａｍｐ１１によって構成されてメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路によってＲＦ送信信号Ｐinが増幅されることによって、ＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutが第１出力整合回路と方向性結合器とを介して生成される。

《ローパワーモード(ＬＰＭ)による増幅》
図５に示したＲＦ電力増幅器がローパワーモード(ＬＰＭ)での電力増幅を実行する場合には、例えば携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路(ＲＦＩＣ)とベースバンドプロセッサとのいずれかから低電力モード信号ＬＰＭが生成される。低電力モード信号ＬＰＭに応答して、適切なベースバイアス電圧が、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の各ベース電極に供給される。一方、低電力モード信号ＬＰＭに応答して、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３の各ベース電極に供給されるベースバイアス電圧は、トランジスタＱ１１、Ｑ１２、Ｑ１３のしきい値電圧以下の例えばゼロボルトに設定される。

従って、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２とは適切なベースバイアス電圧によって活性状態に制御される一方、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３とはしきい値電圧以下のベースバイアス電圧によって非活性状態に制御される。その結果、パッド端子Ｐａｄ１に供給されるＲＦ送信信号Ｐinは、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２とによって増幅される。すなわち、最小の素子サイズを有するトランジスタＱ２２を含んだ第３最終段増幅器Ａｍｐ２２と第２初段増幅器Ａｍｐ２１によって構成されローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行して最小ゲインを有する第３増幅経路によってＲＦ送信信号Ｐinが増幅されることによって、ＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutが第２出力整合回路と第１出力整合回路と方向性結合器とを介して生成される。

《第２出力整合回路の動作》
図６は、図５に示したＲＦ電力増幅器に含まれた第２出力整合回路の動作を説明するためのスミスチャートを示す図である。

尚、図６では、動作の理解を容易とするために、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡは、実際の数十Ωよりも大きな値とされている。

図６では抵抗値がゼロ(０)の点と抵抗値が無限大(∞)の点とを結ぶ直線上に、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３の共通の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡと第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の比較的大きな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡとが示されている。第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３の共通の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡは、抵抗値がゼロ(０)の点より若干右側に位置している。第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の比較的大きな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡは抵抗値が５０Ωの点の右側に示されているが、実際は抵抗値が２５Ωの点と抵抗値が５０Ωの点との間の点に実際には位置するものである。

更に、図６には、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３の共通の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡと略等しいインピーダンスに整合された第１出力整合回路の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮも示されている。

従って、図５に示したＲＦ電力増幅器がローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行する場合、すなわち第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３とが非活性状態に制御され、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２が活性状態に制御される場合には、第２出力整合回路は以下に説明するインピーダンス整合動作を実行する必要がある。すなわち、第２出力整合回路は、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと第１出力整合回路の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮとの間でインピーダンス整合動作を実行する必要がある。

すなわち、第２出力整合回路のインダクタＬ５によってインダクタＬ５の他端でのインピーダンスＺ_Ｌは、第１出力整合回路３の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮから出発して定抵抗円の円弧の上で時計方向に移動する。その際の移動量は、インダクタＬ５のインピーダンスｊωＬ５に対応するωＬ５の大きさとなる。尚、ωは、角周波数である。

更に、第２出力整合回路の容量Ｃ１１によって容量Ｃ１１の一端でのインピーダンスは、インダクタＬ５の他端でのインピーダンスＺ_Ｌから出発して定コンダクタンス円の円弧の上で時計方向に移動する。その際の移動量は、容量Ｃ１１のアドミッタンスｊωＣ１１に対応するωＣ１１の大きさとなる。

従って、インダクタＬ５による移動量ωＬ５と容量Ｃ１１による移動量ωＣ１１との合計による移動先は、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致する必要がある。この一致によって、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと第１出力整合回路の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮとは、第２出力整合回路によって略無損失で整合されることが可能となる。

一方、高バンドの送信周波数ｆ_HBを有するＲＦ送信信号Ｐinを図５に示したＲＦ電力増幅器の第３最終段増幅器Ａｍｐ２２により増幅する場合には、大きな角周波数ωに対応して、移動量ωＣ１１が大きいので、第２出力整合回路の容量値は第１容量Ｃ１１のみで決定される。その結果、図６に示したように、第１容量Ｃ１１のみを使用して、インダクタＬ５による移動量ωＬ５と容量Ｃ１１による移動量ωＣ１１との合計による移動先を、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。

一方、低バンドの送信周波数ｆ_LBを有するＲＦ送信信号Ｐinを図５に示したＲＦ電力増幅器の第３最終段増幅器Ａｍｐ２２により増幅する場合には、小さな角周波数ωに対応して、移動量ωＣ１１が小さいので、第２出力整合回路の容量値は第１容量Ｃ１１と第２容量Ｃ１２の並列容量で決定される。その結果、図６に示すように、第１容量Ｃ１１と第２容量Ｃ１２の並列容量を使用して、インダクタＬ５による移動量ωＬ５と並列容量Ｃ１１＋Ｃ１２による移動量ω(Ｃ１１＋Ｃ１２)との合計による移動先を、第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。

尚、本発明に先立って本発明者等によって検討された図５に示したＲＦ電力増幅器の第２出力整合回路では、第１容量Ｃ１１は略６ｐＦの容量値に設定され、第２容量Ｃ１２は略２ｐＦの容量値に設定され、インダクタＬ５は略３ｎＨのインダクタンスに設定される。

《３つの増幅動作モード》
図７は、図５に示した本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器により実行されるハイパワーモード(ＨＰＭ)とメディアムパワーモード(ＭＰＭ)とローパワーモード(ＬＰＭ)による増幅動作を説明する図である。

図７の横軸と縦軸は、図５に示したＲＦ電力増幅器の第１出力整合回路のストリップラインＳＬ１の他端から生成されるＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutの大きさと最終増幅段のトランジスタのコレクタ電流Ｉccの大きさとを示している。

図７の太い実線ＨＰＭと破線ＭＰＭと一点鎖線ＬＰＭとは、ハイパワーモード(ＨＰＭ)での第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のコレクタ電流とメディアムパワーモード(ＭＰＭ)での第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３のコレクタ電流とローパワーモード(ＬＰＭ)での第３最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２のコレクタ電流とをそれぞれ示している。

図７の一点鎖線ＬＰＭに示したようにローパワーモード(ＬＰＭ)では、最小の素子サイズを有するトランジスタＱ２２を含んだ第３最終段増幅器Ａｍｐ２２と第２初段増幅器Ａｍｐ２１とで構成されてローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行して最小ゲインを有する第３増幅経路が、低入力振幅のＲＦ送信信号Ｐinを高い電力付加効率(ＰＡＥ)で増幅するものである。

図７の破線ＭＰＭに示したようにメディアムパワーモード(ＭＰＭ)では、中間の素子サイズを有するトランジスタＱ１３を含んだ第２最終段増幅器Ａｍｐ１３と第１初段増幅器Ａｍｐ１１によって構成されてメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路が、中間の入力振幅のＲＦ送信信号Ｐinを高い電力付加効率(ＰＡＥ)で増幅するものである。

図７の太い実線ＨＰＭに示したようにハイパワーモード(ＨＰＭ)では、最大の素子サイズを有するトランジスタＱ１２を含んだ第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第１初段増幅器Ａｍｐ１１によって構成されてハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有する第１増幅経路が、高入力振幅のＲＦ送信信号Ｐinを高い電力付加効率(ＰＡＥ)で増幅するものである。

図７の細い実線ＤＧ．０９は、ＲＦ電力増幅器の分野においてＤＧ０９曲線と呼ばれるもので、ＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutの各レベルでの使用確率(ＰＤＦ：probability density function)を示している。

図７より、細い実線ＤＧ．０９の使用確率(ＰＤＦ)が最大であるのは、図７の破線ＭＰＭに示したようにメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作の状態であることが理解される。

しかし、本発明に先立って本発明者等によって検討された図５に示したＲＦ電力増幅器においては、出力整合調整を実行する第２出力整合回路のインダクタンスＬ５は、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２および第２最終段増幅器Ａｍｐ１３の共通出力端子と第３最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力端子との間に接続されている。従って、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２の出力端子と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３の出力端子は共通出力端子に直接接続され、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２の出力端子と第２最終段増幅器Ａｍｐ１３の出力端子との間には、インダクタンスＬ５のようなインダクタンスが接続されない。その結果、第２最終段増幅器Ａｍｐ１３のトランジスタＱ１３の中間の素子サイズは第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２の最大の素子サイズに近い比較的大きな素子サイズとなるので、第２最終段増幅器Ａｍｐ１３を含みメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路での消費電流と消費電力の削減効果が不十分であることが、本発明者等による検討で明らかとされた。

図８は、メディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作時に消費電流と消費電力の削減効果を改善するために本発明に先立って本発明者等によって検討された携帯電話端末に搭載可能なＲＦ電力増幅器の他の構成を示す図である。

図８に示す本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器が図５に示した本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器と相違するのは、下記の点である。

すなわち、図８に示した本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器のメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路は、第２初段増幅器Ａｍｐ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２とによって構成されている。

更に第２初段増幅器Ａｍｐ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２によって構成されメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行する第２増幅経路の出力端子は、ハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行するために第１初段増幅器Ａｍｐ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２とによって構成され最大ゲインを有する第１増幅経路の出力端子と、第２出力整合回路のインダクタンスＬ５によって分離されている。

更に第２初段増幅器Ａｍｐ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２によって構成されメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行する第２増幅経路の出力端子は、ローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行するために第３初段増幅器Ａｍｐ３１と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２とによって構成され最小ゲインを有する第３増幅経路の出力端子と直接接続されている。従って、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の中間の素子サイズは第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２の最小の素子サイズに近い比較的小さな素子サイズとなるので、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２を含みメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路での消費電流と消費電力の削減効果を改善することが可能となる。

《３つの増幅動作モード》
図２は、図８に示した本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器により実行されるハイパワーモード(ＨＰＭ)とメディアムパワーモード(ＭＰＭ)とローパワーモード(ＬＰＭ)による増幅動作を説明する図である。

図２の横軸と縦軸は、図８に示したＲＦ電力増幅器の第１出力整合回路のストリップラインＳＬ１の他端から生成されるＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutの大きさと最終増幅段のトランジスタのコレクタ電流Ｉccの大きさとを示している。

図２の太い実線ＨＰＭと破線ＭＰＭと一点鎖線ＬＰＭとは、ハイパワーモード(ＨＰＭ)での第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のコレクタ電流とメディアムパワーモード(ＭＰＭ)での第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２のコレクタ電流とローパワーモード(ＬＰＭ)での第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２のコレクタ電流とをそれぞれ示している。

図２の一点鎖線ＬＰＭに示したようにローパワーモード(ＬＰＭ)では、最小の素子サイズを有するトランジスタＱ３２を含んだ第３最終段増幅器Ａｍｐ３２と第３初段増幅器Ａｍｐ３１とで構成されてローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行して最小ゲインを有する第３増幅経路が、低入力振幅のＲＦ送信信号Ｐinを高い電力付加効率(ＰＡＥ)で増幅するものである。

図２の破線ＭＰＭに示したようにメディアムパワーモード(ＭＰＭ)では、中間の素子サイズを有するトランジスタＱ２２を含んだ第２最終段増幅器Ａｍｐ２２と第２初段増幅器Ａｍｐ２１によって構成されてメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路が、中間の入力振幅のＲＦ送信信号Ｐinを高い電力付加効率(ＰＡＥ)で増幅するものである。

図２の太い実線ＨＰＭに示したようにハイパワーモード(ＨＰＭ)では、最大の素子サイズを有するトランジスタＱ１２を含んだ第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第１初段増幅器Ａｍｐ１１によって構成されてハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有する第１増幅経路が、高入力振幅のＲＦ送信信号Ｐinを高い電力付加効率(ＰＡＥ)で増幅するものである。

図２の細い実線ＤＧ．０９は、ＲＦ電力増幅器の分野においてＤＧ０９曲線と呼ばれるもので、ＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutの各レベルでの使用確率(ＰＤＦ)を示している。

図２より、細い実線ＤＧ．０９の使用確率(ＰＤＦ)が最大であるのは、図２の破線ＭＰＭに示したようにメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作の状態であることが理解される。

上述のように図８に示したＲＦ電力増幅器では第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の中間素子サイズは第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２の最小素子サイズに近い比較的小さな素子サイズとなるので、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２を含みメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路での消費電流と消費電力の削減効果を改善することが可能となる。

しかしながら、本発明に先立って本発明者等による検討によって、図８に示したＲＦ電力増幅器では、中間の素子サイズを有するトランジスタＱ２２を含んだ第２最終段増幅器Ａｍｐ２２と第２初段増幅器Ａｍｐ２１によって構成されて中間ゲインを有する第２増幅経路がメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行する際に、増幅動作が不安定となる問題が明らかとされた。

この不安定な増幅動作は、第１増幅経路の第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のコレクタ・ベース間寄生容量と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のコレクタ・ベース間寄生容量とに起因することが、本発明に先立って本発明者等による検討によって明らかとされた。すなわち、メディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路の第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のＲＦ出力信号は、インダクタンスＬ５と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２の寄生容量と結合容量Ｃ７と第１初段増幅器Ａｍｐ１１の寄生容量と結合容量Ｃ３、Ｃ４Ａを介して、第２増幅経路の第２初段増幅器Ａｍｐ２１の入力端子に正帰還の形態で供給される。その結果、この正帰還によって、メディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行するために中間ゲインを有する第２増幅経路の第２初段増幅器Ａｍｐ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２とが、不安定な発振動作を行うものとなる。不安定な発振動作により、図８に示したＲＦ電力増幅器から生成されるＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutには有害なスプリアス成分が含まれ、無線通信の妨害波が生成される可能性がある。特に、最大の素子サイズを有する第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のコレクタ・ベース間寄生容量の容量値が大きいので、上述した信号経路の信号伝達量が大きくなり、不安定な発振動作が生じるものである。

図５に示した本発明に先立って本発明者等による検討されたＲＦ電力増幅器でも、第１増幅経路の第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のコレクタ・ベース間寄生容量と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のコレクタ・ベース間寄生容量とに起因する不安定増幅動作が発生する可能性は、否定できない。しかし、その際の正帰還ループは、最小の素子サイズを有するトランジスタＱ２２を含んだ第３最終段増幅器Ａｍｐ２２と第２初段増幅器Ａｍｐ２１によって構成されてローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行して最小ゲインを有する第３増幅経路である。しかし、第３増幅経路が最小ゲインを有するので、図５に示した本発明に先立って本発明者等による検討されたＲＦ電力増幅器では、増幅動作が不安定となる問題は存在しなかったものである。

本発明は、以上のような本発明に先立った本発明者等による検討の結果、なされたものである。

従って、本発明の目的とするところは、高電力動作モードよりも低い電力動作モードで消費電流と消費電力を削減して、増幅動作の安定性を改善することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち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。

すなわち、本発明の代表的な実施の形態は、信号入力端子(Ｐａｄ１)と信号出力端子(Ｐａｄ６)との間に並列に接続された第１増幅経路と第２増幅経路と、前記第１増幅経路に配置された第１増幅回路(Ａｍｐ１１、Ａｍｐ１２)と、前記第２増幅経路に配置された第２増幅回路(Ａｍｐ２１、Ａｍｐ２２)とを具備するＲＦ電力増幅器である。

前記第１増幅回路の第１最終段増幅器(Ａｍｐ１２)は前記信号出力端子(Ｐａｄ６)に出力電極が接続された第１最終段トランジスタ(Ｑ１２)を含み、前記第２増幅回路の第２最終段増幅器(Ａｍｐ２２)は前記信号出力端子(Ｐａｄ６)に出力電極が接続された第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)を含む。

前記第１増幅経路の前記第１増幅回路(Ａｍｐ１１、Ａｍｐ１２)が活性化され、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路(Ａｍｐ２１、Ａｍｐ２２)が非活性化されることによって、前記第１増幅回路の第１最終段増幅器(Ａｍｐ１２)の前記第１最終段トランジスタ(Ｑ１２)の前記出力電極から前記信号出力端子(Ｐａｄ６)に第１ＲＦ出力信号が供給される。

前記第１増幅経路の前記第１増幅回路(Ａｍｐ１１、Ａｍｐ１２)が非活性化され、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路(Ａｍｐ２１、Ａｍｐ２２)が活性化されることによって、前記第２増幅回路の第２最終段増幅器(Ａｍｐ２２)の前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)の前記出力電極から前記信号出力端子(Ｐａｄ６)に第２ＲＦ出力信号が供給される。

前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)の素子サイズが前記第１最終段トランジスタ(Ｑ１２)の素子サイズよりも小さなサイズに設定されることによって、前記第１最終段トランジスタ(Ｑ１２)の前記出力電極から前記信号出力端子に供給される前記第１ＲＦ出力信号の電力よりも前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)の前記出力電極から前記信号出力端子に供給される前記第２ＲＦ出力信号の電力が小さく設定される。

前記ＲＦ電力増幅器は、前記第１増幅回路の前記第１最終段増幅器(Ａｍｐ１２)に接続された信号制御回路(Ｃ１６、ＳＷ３)を更に具備する。

前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化されて、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化される状態において、前記信号制御回路(Ｃ１６、ＳＷ３)は、前記第１増幅経路に配置された前記第１増幅回路(Ａｍｐ１１、Ａｍｐ１２)を帰還ループとする前記信号出力端子(Ｐａｄ６)から前記信号入力端子(Ｐａｄ１)への信号伝達を減衰もしくは実質的に遮断することを特徴とする(図１参照)。

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、本発明によれば、高電力動作モードよりも低い電力動作モードで消費電流と消費電力を削減して、増幅動作の安定性を改善することができる。

図１は、携帯電話端末に搭載可能な本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。図２は、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器および図８に示した本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器により実行されるハイパワーモード(ＨＰＭ)とメディアムパワーモード(ＭＰＭ)とローパワーモード(ＬＰＭ)による増幅動作を説明する図である。図３は、携帯電話端末に搭載可能な本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器の具体的な構成を示す図である。図４は、携帯電話端末に搭載可能な本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器のデュアルバンド送信を可能とするための構成を示す図である。図５は、本発明に先立って本発明者等によって検討された携帯電話端末に搭載可能なＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。図６は、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器および図５に示した本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器に含まれた第２出力整合回路の動作を説明するためのスミスチャートを示す図である。図７は、図５に示した本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器により実行されるハイパワーモード(ＨＰＭ)とメディアムパワーモード(ＭＰＭ)とローパワーモード(ＬＰＭ)による増幅動作を説明する図である。図８は、メディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作時に消費電流と消費電力の削減効果を改善するために本発明に先立って本発明者等によって検討された携帯電話端末に搭載可能なＲＦ電力増幅器の他の構成を示す図である。

１．実施の形態の概要
まず、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。

〔１〕本発明の代表的な実施の形態は、信号入力端子(Ｐａｄ１)と信号出力端子(Ｐａｄ６)との間に並列に接続された第１増幅経路と第２増幅経路と、前記第１増幅経路に配置された第１増幅回路(Ａｍｐ１１、Ａｍｐ１２)と、前記第２増幅経路に配置された第２増幅回路(Ａｍｐ２１、Ａｍｐ２２)とを具備するＲＦ電力増幅器である。

前記実施の形態によれば、高電力動作モードよりも低い電力動作モードで消費電流と消費電力を削減して、増幅動作の安定性を改善することができる。

好適な実施の形態によれば、前記第２増幅回路の第２最終段増幅器(Ａｍｐ２２)の前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)は、前記信号入力端子(Ｐａｄ１)に供給されるＲＦ入力信号に応答する入力電極を有する。

前記帰還ループは、前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)の前記出力電極と前記入力電極の間の帰還容量を含むことを特徴とするものである(図１参照)。

他の好適な実施の形態によれば、前記帰還容量は、前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)の前記出力電極と前記入力電極の間の寄生容量であることを特徴とするものである(図１参照)。

更に他の好適な実施の形態では、前記第１増幅回路の第１最終段増幅器(Ａｍｐ１２)の前記第１最終段トランジスタ(Ｑ１２)は、前記信号入力端子(Ｐａｄ１)に供給される前記ＲＦ入力信号に応答する入力電極を有する。

前記第１増幅経路の前記第１増幅回路(Ａｍｐ１１、Ａｍｐ１２)は前記信号入力端子(Ｐａｄ１)の前記ＲＦ入力信号がその入力端子に供給される第１初段増幅器(Ａｍｐ１１)を含み、前記第１最終段増幅器(Ａｍｐ１２)の前記第１最終段トランジスタ(Ｑ１２)の前記入力電極は前記第１初段増幅器(Ａｍｐ１１)の出力端子から生成される第１初段増幅信号に応答する。

前記第２増幅経路の前記第２増幅回路(Ａｍｐ２１、Ａｍｐ２２)は前記信号入力端子(Ｐａｄ１)の前記ＲＦ入力信号がその入力端子に供給される第２初段増幅器(Ａｍｐ１２)を含み、前記第２最終段増幅器(Ａｍｐ２２)の前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)の前記入力電極は前記第２初段増幅器(Ａｍｐ１２)の出力端子から生成される第２初段増幅信号に応答することを特徴とするものである(図１参照)。

より好適な実施の形態では、前記信号制御回路(Ｃ１６、ＳＷ３)は、前記第１増幅経路の前記第１初段増幅器(Ａｍｐ１１)と前記第１最終段増幅器(Ａｍｐ１２)との段間接続ノードに接続されたことを特徴とするものである(図１参照)。

他のより好適な実施の形態において、前記信号制御回路(Ｃ１６、ＳＷ３)は、前記段間接続ノードと交流的接地電位との間に接続される。

前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化されて、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化される前記状態において、前記信号制御回路(Ｃ１６、ＳＷ３)は、前記帰還ループを介しての前記信号出力端子(Ｐａｄ６)から前記信号入力端子(Ｐａｄ１)への伝達信号を前記交流的接地電位にバイパスする機能を有することを特徴とするものである(図１参照)。

更に他のより好適な実施の形態は、前記交流的接地電位は、直流的接地電位、電源電圧、前記直流的接地電位と前記電源電圧の間の中間電圧のいずれかであることを特徴とするものである(図１参照)。

別のより好適な実施の形態によるＲＦ電力増幅器は、第１出力整合回路(ＳＬ１、ＳＬ２、Ｃ１３、Ｃ１４)と、第２出力整合回路(Ｌ５、Ｃ１１、Ｃ１２、ＳＷ２)とを更に具備する。

前記第１出力整合回路の入力端子は前記第１最終段増幅器(Ａｍｐ１２)の前記第１最終段トランジスタ(Ｑ１２)の前記出力電極に接続され、前記第２出力整合回路の入力端子は前記第２最終段増幅器(Ａｍｐ２２)の前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)の前記出力電極に接続される。

前記第２出力整合回路の出力端子は前記第１出力整合回路の前記入力端子と接続され、前記第１出力整合回路の出力端子はアンテナと接続可能とされる。

前記第２出力整合回路の前記出力端子と前記第２出力整合回路の前記入力端子との間には誘導性リアクタンス(Ｌ５)が接続され、前記第２出力整合回路の前記入力端子と前記交流的接地電位との間には容量性リアクタンス(Ｃ１１)が接続されたことを特徴とするものである(図１参照)。

更に別のより好適な実施の形態では、前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化されて、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化される前記状態において、第１周波数(ｆ_HB)を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅経路の前記第２増幅回路によって増幅される際には、前記第２出力整合回路の前記容量性リアクタンスは所定の値(Ｃ１１)に設定可能とされる。

前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化されて、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化される前記状態において、前記第１周波数より低い第２周波数(ｆ_LB)を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅経路の前記第２増幅回路によって増幅される際には、前記第２出力整合回路の前記容量性リアクタンスは前記所定の値よりも大きな値(Ｃ１１＋Ｃ１２)に設定可能とされることを特徴とする(図１参照)。

具体的な実施の形態によるＲＦ電力増幅器は、前記信号入力端子(Ｐａｄ１)と前記信号出力端子(Ｐａｄ６)との間に前記第１増幅経路および前記第２増幅経路と並列に接続された第３増幅経路と、前記第３増幅経路に配置された第３増幅回路(Ａｍｐ３１、Ａｍｐ３２)とを更に具備する。

前記第３増幅回路の第３最終段増幅器(Ａｍｐ３２)は、前記第２出力整合回路(Ｌ５、Ｃ１１、Ｃ１２、ＳＷ２)の前記入力端子に出力電極が接続された第３最終段トランジスタ(Ｑ３２)を含む。

前記第１増幅経路の前記第１増幅回路(Ａｍｐ１１、Ａｍｐ１２)と前記第２増幅経路の前記第２増幅回路(Ａｍｐ２１、Ａｍｐ２２)が非活性化され、前記第３増幅経路の前記第３増幅回路(Ａｍｐ３１、Ａｍｐ３２)が活性化されることによって、前記第３増幅回路の第３最終段増幅器(Ａｍｐ３２)の前記第３最終段トランジスタ(Ｑ３２)の前記出力電極から前記信号出力端子(Ｐａｄ６)に第３ＲＦ出力信号が供給される。

前記第３最終段トランジスタ(Ｑ３２)の素子サイズが、前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)の前記素子サイズよりも小さなサイズに設定される。それによって、前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)の前記出力電極から前記信号出力端子に供給される前記第２ＲＦ出力信号の前記電力よりも前記第３最終段トランジスタ(Ｑ３２)の前記出力電極から前記信号出力端子に供給される前記第３ＲＦ出力信号の電力が小さく設定されることを特徴とするものである(図１参照)。

他の具体的な実施の形態によるＲＦ電力増幅器は、複数の周波数帯域の送信を可能とするＲＦ電力増幅装置において前記複数の周波数帯域の高周波帯域の送信と低周波帯域の送信とをそれぞれ実行する高周波帯域ＲＦ電力増幅器と低周波帯域ＲＦ電力増幅器との少なくとも一方を構成することを特徴とするものである(図３参照)。

より具体的な実施の形態によるＲＦ電力増幅器は、複数の周波数帯域の送信を可能とするＲＦ電力増幅装置において前記複数の周波数帯域の高周波帯域の送信と低周波帯域の送信とをそれぞれ実行する高周波帯域ＲＦ電力増幅器と低周波帯域ＲＦ電力増幅器の両方を構成することを特徴とするものである(図３参照)。

他のより具体的な実施の形態では、前記第１最終段トランジスタ(Ｑ１２)と前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)と前記第３最終段トランジスタ(Ｑ３２)は、モノリシック集積回路(１)の半導体チップに形成されたバイポーラトランジスタであることを特徴とするものである(図１、図３参照)。

最も具体的な実施の形態では、前記第１最終段トランジスタ(Ｑ１２)と前記第２最終段トランジスタ(Ｑ２２)と前記第３最終段トランジスタ(Ｑ３２)は、モノリシック集積回路(１)の半導体チップに形成された電界効果トランジスタであることを特徴とするものである。

〔２〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態は、信号入力端子(Ｐａｄ１)と信号出力端子(Ｐａｄ６)との間に並列に接続された第１増幅経路と第２増幅経路と、前記第１増幅経路に配置された第１増幅回路(Ａｍｐ１１、Ａｍｐ１２)と、前記第２増幅経路に配置された第２増幅回路(Ａｍｐ２１、Ａｍｐ２２)とを具備するＲＦ電力増幅器の動作方法である。

２．実施の形態の詳細
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。

［実施の形態１］
《ＲＦ電力増幅器の本質的な構成》
図１は、携帯電話端末に搭載可能な本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の構成を示す図である。

図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器と図８に示した本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器との本質的な相違は、以下の点である。

すなわち、図１の本発明の実施の形態１のＲＦ電力増幅器は、中間ゲインの増幅動作を実行する第２増幅経路の第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のＲＦ出力信号の以下に説明する帰還経路を介しての第２増幅経路の第２初段増幅器Ａｍｐ２１の入力端子への帰還量を低減する信号制御回路Ｃ１６、ＳＷ３を特に具備することを特徴とする。上述の帰還経路は、インダクタンスＬ５、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２の寄生容量および第１初段増幅器Ａｍｐ１１の寄生容量、結合容量Ｃ７、Ｃ３、Ｃ４Ａによって形成される。

より具体的には、この信号制御回路Ｃ１６、ＳＷ３は、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器がメディアムパワーモード(ＭＰＭ)での電力増幅を実行する際に、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のＲＦ出力端子から第２初段増幅器Ａｍｐ２１の入力端子への帰還信号を交流的接地電位にバイパスする機能を有するものである。その結果、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のＲＦ出力端子から第２初段増幅器Ａｍｐ２１の入力端子への帰還量が低減されるので、不安定な発振動作を防止できるのでＲＦ電力増幅器の増幅動作の安定性を改善することが可能となる。

以下に、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の具体的な構成を説明する。

《ＲＦ電力増幅器の具体的な構成》
図１に示したように、本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器は、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１とＲＦパワーモジュールのプリント配線基板(ＰＣＢ)２とを含んでいる。

モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１は、第１初段増幅器Ａｍｐ１１と第２初段増幅器Ａｍｐ２１と第３初段増幅器Ａｍｐ３１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２と容量Ｃ１〜容量Ｃ１２、Ｃ１６とインダクタＬ１を含んでいる。容量Ｃ１〜容量Ｃ１２、Ｃ１６は、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１のＧａＡｓ等の化合物半導体基板の主表面に半導体製造プロセスによって製造される金属・絶縁体・金属(ＭＩＭ)の積層構造容量によって構成される。インダクタＬ１は、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１のＧａＡｓ等の化合物半導体基板の主表面に半導体製造プロセスにより製造される金属のスパイラルインダクタによって構成される。

ＲＦパワーモジュールのプリント配線基板(ＰＣＢ)２は、複数の容量Ｃ５、Ｃ６、Ｃ１３、Ｃ１４と複数のインダクタＬ２、Ｌ３、Ｌ４〜Ｌ６、ストリップラインＳＬ１〜ＳＬ４、抵抗Ｒ１を含んでいる。複数の容量Ｃ５、Ｃ６、Ｃ１３〜Ｃ１５と複数のインダクタＬ２、Ｌ３、Ｌ４〜Ｌ６と抵抗Ｒ１との受動部品は、上述の「０６０３」型と呼ばれる表面実装デバイス(ＳＭＤ)によって構成される。ストリップラインＳＬ１〜ＳＬ４は、プリント配線基板(ＰＣＢ)２の主表面に製造された導電性配線薄膜によって構成される。ストリップラインＳＬ１、ＳＬ２はインダクタとして機能する一方、ストリップラインＳＬ３、ＳＬ４と抵抗Ｒ１とはパワー検出のための方向性結合器(Directional Coupler)として機能する。

第１初段増幅器Ａｍｐ１１と第２初段増幅器Ａｍｐ２１と第３初段増幅器Ａｍｐ３１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２とは、それぞれＮＰＮ型のヘテロ接合バイポーラトランジスタＱ１１、Ｑ２１、Ｑ３１、Ｑ１２、Ｑ２２、Ｑ３２を含んでいる。第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２は最大の素子サイズ(エミッタ面積)を有する一方、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の素子サイズは第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２の素子サイズよりも小さく設定されて、第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ２２の素子サイズは第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の素子サイズよりも小さく設定されている。

従って、最大の素子サイズを有するトランジスタＱ１２を含んだ第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第１初段増幅器Ａｍｐ１１とは、ハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有する第１増幅経路を構成する。更に、中間の素子サイズを有するトランジスタＱ２２を含んだ第２最終段増幅器Ａｍｐ２２と第２初段増幅器Ａｍｐ２１とは、メディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路を構成する。また更に、最小の素子サイズを有するトランジスタＱ３２を含んだ第３最終段増幅器Ａｍｐ３２と第３初段増幅器Ａｍｐ３１とは、ローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行して最小ゲインを有する第３増幅経路を構成する。

図示されていない無線周波数信号処理集積回路(ＲＦＩＣ)から生成されるＲＦ送信信号Ｐinはパッド端子Ｐａｄ１に供給され、パッド端子Ｐａｄ１は入力整合回路の容量Ｃ１の一端に接続され、容量Ｃ１の他端は入力整合回路のインダクタＬ１の一端に接続され、インダクタＬ１の他端は接地電位に接続される。更に、パッド端子Ｐａｄ１は容量Ｃ２の一端に接続され、容量Ｃ２の他端はパッド端子Ｐａｄ２に接続され、このパッド端子Ｐａｄ２はプリント配線基板(ＰＣＢ)２の第１スイッチＳＷ１を介して接地電位に接続される。尚、第１スイッチＳＷ１は図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器がマルチバンドの最低周波数のＲＦ送信信号を増幅する際にオン状態に制御され、パッド端子Ｐａｄ２と接地電位の間の容量Ｃ２によって、容量Ｃ１とインダクタＬ１から構成される入力整合回路の入力インピーダンスを調整する。

従って、入力整合回路の容量Ｃ１の他端と入力整合回路のインダクタＬ１の一端の接続ノードのＲＦ送信信号Ｐinは、結合容量Ｃ３と結合容量Ｃ４Ａと結合容量Ｃ４Ｂとを介して、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のベース電極と第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１のベース電極と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１のベース電極とにそれぞれ供給される。尚、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のエミッタ電極と第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１のエミッタ電極と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１のエミッタ電極が接地電位に接続されることによって、トランジスタＱ１１、Ｑ２１、Ｑ３１はエミッタ接地増幅トランジスタとして機能する。

第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のコレクタ電極はパッド端子Ｐａｄ４とＲＦチョークコイルとして機能するインダクタＬ２を介して電源電圧Ｖccに接続され、インダクタＬ２の一端と接地電位との間には容量Ｃ５が接続され、容量Ｃ５は電源電圧Ｖccに含まれる電源リップル成分を減衰するデカップリング容量として機能する。また第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１のコレクタ電極と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１のコレクタ電極はパッド端子Ｐａｄ３とＲＦチョークコイルとして機能するインダクタＬ３を介して電源電圧Ｖccに接続されて、インダクタＬ３の一端と接地電位との間には容量Ｃ６が接続され、容量Ｃ６は電源電圧Ｖccに含まれる電源リップル成分を減衰するデカップリング容量として機能する。

第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のコレクタ電極から生成される第１初段ＲＦ増幅信号は、結合容量Ｃ７を介して、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のベース電極に供給される。尚、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のエミッタ電極が接地電位に接続されることによって、トランジスタＱ１２はエミッタ接地増幅トランジスタとして機能する。第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のコレクタ電極は、パッド端子Ｐａｄ６、Ｐａｄ７と接続されている。パッド端子Ｐａｄ６に接続されたストリップラインＳＬ１、ＳＬ２と容量Ｃ１３、Ｃ１４は第１出力整合回路を構成して、ストリップラインＳＬ１の中間タップと電源電圧Ｖccとの間に接続されたインダクタＬ６はトランジスタＱ１２のコレクタ負荷であるＲＦチョークコイルとして機能する。更にパッド端子Ｐａｄ６とパッド端子Ｐａｄ４との間に接続された容量Ｃ１０とパッド端子Ｐａｄ４と接地電位の間に接続されたインダクタＬ４とは、２次高調波トラップ回路を構成する。すなわち、２次高調波トラップ回路の容量Ｃ１０とインダクタＬ４との直列接続はＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutの基本周波数の２倍の２次高調波周波数で直列共振するので、略ゼロΩの極めて低い直列共振インピーダンスよって２次高調波周波数成分は接地電位にバイパスされることが可能となる。

ストリップラインＳＬ１、ＳＬ２と容量Ｃ１３、Ｃ１４から構成された第１出力整合回路は、容量Ｃ１５を介して方向性結合器の主線路であるストリップラインＳＬ１の一端に接続されて、ストリップラインＳＬ１の他端からＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutが生成される。また方向性結合器の副線路であるストリップラインＳＬ２が方向性結合器の主線路であるストリップラインＳＬ１と電磁気結合され、方向性結合器の副線路のストリップラインＳＬ２の一端が終端抵抗Ｒ１を介して接地電位に接続されることによって、ストリップラインＳＬ２の他端から出力検出電圧Ｖdetが生成される。上述の第１出力整合回路は、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２の数Ωの出力インピーダンスとストリップラインＳＬ１の他端に接続される５０Ωの送信アンテナの入力インピーダンスの整合を実行する。すなわち、上述した第１出力整合回路の入力インピーダンスが数Ωに設定されることによって、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２の出力インピーダンスと第１出力整合回路の入力インピーダンスが整合する。その結果、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２の出力と第１出力整合回路の入力との間でのＲＦ信号の反射を、十分低減することが可能となる。更に、容量Ｃ１５と方向性結合器を含んだ上述の第１出力整合回路の出力インピーダンスが５０Ωに設定されることによって、第１出力整合回路の出力インピーダンスと５０Ωの送信アンテナの入力インピーダンスが整合する。その結果、第１出力整合回路の出力と送信アンテナの入力との間のＲＦ信号の反射を、十分低減することが可能となる。

第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１のコレクタ電極から生成される第２初段ＲＦ増幅信号は、結合容量Ｃ８を介して、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２のベース電極に供給される。尚、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２のエミッタ電極が接地電位に接続されることによって、トランジスタＱ２２はエミッタ接地増幅トランジスタとして機能する。

第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１のコレクタ電極から生成される第３初段ＲＦ増幅信号は、結合容量Ｃ９を介して、第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２のベース電極に供給される。尚、第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２のエミッタ電極が接地電位に接続されることによって、トランジスタＱ３２はエミッタ接地増幅トランジスタとして機能する。

尚、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１のコレクタ電極と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１のコレクタ電極とはパッド端子Ｐａｄ３に共通接続されて、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２のコレクタ電極と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２のコレクタ電極とはパッド端子Ｐａｄ８に共通接続されている。

更に、パッド端子Ｐａｄ７とパッド端子Ｐａｄ８の間に接続されたインダクタＬ５と、パッド端子Ｐａｄ８と接地電位の間に接続された容量Ｃ１１と、パッド端子Ｐａｄ８と接地電位の間に接続された容量Ｃ１２と第２スイッチＳＷ２とは、第２出力整合回路を構成する。すなわち、この第２出力整合回路は、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の数十Ωの共通出力インピーダンスと上述した第１出力整合回路の数Ωの入力インピーダンスの間の整合を実行する。すなわち、第２出力整合回路の入力インピーダンスが数十Ωに設定されることによって、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の共通出力インピーダンスと第２出力整合回路の入力インピーダンスとが整合する。その結果、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の共通出力と第２出力整合回路の入力の間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。更に第２出力整合回路の出力インピーダンスが数Ωに設定され、第２出力整合回路の出力インピーダンスと第１出力整合回路の入力インピーダンスとが整合する。その結果、第２出力整合回路の出力と第１出力整合回路の入力との間でのＲＦ信号の反射を、十分に低減することが可能となる。

図１に示したＲＦ電力増幅器の第２出力整合回路は、上述したようにインダクタＬ５と容量Ｃ１１、Ｃ１２と第２スイッチＳＷ２とによって構成されている。

インダクタＬ５の一端は第１最終段増幅器Ａｍｐ１２の出力端子と第１出力整合回路の入力端子と第２出力整合回路の出力端子とに接続され、インダクタＬ５の他端は第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の共通出力端子と第２出力整合回路の入力端子に接続されている。更に、第２出力整合回路は、パッド端子Ｐａｄ７とパッド端子Ｐａｄ８の間に接続されたインダクタＬ５と、パッド端子Ｐａｄ８と接地電位の間に接続された容量Ｃ１１と、パッド端子Ｐａｄ８と接地電位の間に接続された容量Ｃ１２と第２スイッチＳＷ２とによって構成されている。

《ハイパワーモード(ＨＰＭ)による増幅》
図１に示したＲＦ電力増幅器がハイパワーモード(ＨＰＭ)での電力増幅を実行する場合には、例えば携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路(ＲＦＩＣ)とベースバンドプロセッサとのいずれかから高電力モード信号ＨＰＭが生成される。高電力モード信号ＨＰＭに応答して、適切なベースバイアス電圧が、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２の各ベース電極に供給される。一方、高電力モード信号ＨＰＭに応答して、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２との各ベース電極に供給されるベースバイアス電圧は、トランジスタＱ２１、Ｑ２２、Ｑ３１、Ｑ３２のしきい値電圧以下の例えばゼロボルトに設定される。

従って、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２とは、適切なベースバイアス電圧によって活性状態に制御される。一方、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２は、しきい値電圧以下のベースバイアス電圧によって非活性状態に制御される。

その結果、パッド端子Ｐａｄ１に供給されるＲＦ送信信号Ｐinは、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２とによって増幅される。すなわち、最大の素子サイズを有するトランジスタＱ１２を含んだ第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第１初段増幅器Ａｍｐ１１によって構成されてハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有する第１増幅経路によってＲＦ送信信号Ｐinが増幅されることによって、ＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutが第１出力整合回路と方向性結合器とを介して生成される。

《メディアムパワーモード(ＭＰＭ)による増幅》
図１に示したＲＦ電力増幅器がメディアムパワーモード(ＭＰＭ)での電力増幅を実行する場合には、例えば携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路(ＲＦＩＣ)とベースバンドプロセッサとのいずれかから中間電力モード信号ＭＰＭが生成される。中間電力モード信号ＭＰＭに応答して、適切なベースバイアス電圧が、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の各ベース電極に供給される。一方、中間電力モード信号ＭＰＭに応答して、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２の各ベース電極に供給されるベースバイアス電圧は、トランジスタＱ１１、Ｑ１２、Ｑ３１、Ｑ３２のしきい値電圧以下の例えばゼロボルトに設定される。

従って、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２は、適切なベースバイアス電圧によって活性状態に制御される。一方、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２は、しきい値電圧以下のベースバイアス電圧によって非活性状態に制御される。

その結果、パッド端子Ｐａｄ１に供給されるＲＦ送信信号Ｐinは、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１のトランジスタＱ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２によって増幅される。すなわち、中間の素子サイズを有するトランジスタＱ２２を含んだ第２最終段増幅器Ａｍｐ２２と第２初段増幅器Ａｍｐ２１によって構成されてメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路によってＲＦ送信信号Ｐinが増幅されることによって、ＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutが第２出力整合回路と第１出力整合回路と方向性結合器とを介して生成される。

《ローパワーモード(ＬＰＭ)による増幅》
図１に示したＲＦ電力増幅器がローパワーモード(ＬＰＭ)での電力増幅を実行する場合には、例えば携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路(ＲＦＩＣ)とベースバンドプロセッサとのいずれかから低電力モード信号ＬＰＭが生成される。低電力モード信号ＬＰＭに応答して、適切なベースバイアス電圧が、第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２の各ベース電極に供給される。一方、低電力モード信号ＬＰＭに応答して、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２と第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の各ベース電極に供給されるベースバイアス電圧は、トランジスタＱ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２のしきい値電圧以下の例えばゼロボルトに設定される。

従って、第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２とは、適切なベースバイアス電圧によって活性状態に制御される。一方、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２と第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２とは、しきい値電圧以下のベースバイアス電圧によって非活性状態に制御される。

その結果、パッド端子Ｐａｄ１に供給されるＲＦ送信信号Ｐinは、第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２とによって増幅される。すなわち、最小の素子サイズを有するトランジスタＱ３２を含んだ第３最終段増幅器Ａｍｐ３２と第３初段増幅器Ａｍｐ３１とによって構成されローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行して最小ゲインを有する第３増幅経路によってＲＦ送信信号Ｐinが増幅されることによって、ＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutが第２出力整合回路と第１出力整合回路と方向性結合器とを介して生成される。

《第２出力整合回路の動作》
図６は、図１に示したＲＦ電力増幅器に含まれた第２出力整合回路の動作を説明するためのスミスチャートを示す図である。

尚、図６では、動作の理解を容易とするために、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の共通出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡは、実際の数十Ωよりも大きな値とされている。

図６では抵抗値がゼロ(０)の点と抵抗値が無限大(∞)の点とを結ぶ直線上に、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡと第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の比較的大きな共通出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡとが示されている。第１最終段増幅器Ａｍｐ１２の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡは、抵抗値がゼロ(０)の点より若干右側に位置している。第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の比較的大きな共通出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡは抵抗値が５０Ωの点の右側に示されているが、実際は抵抗値が２５Ωの点と抵抗値が５０Ωの点との間の点に実際には位置するものである。

更に、図６には、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２の比較的小さな出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＭＡと略等しいインピーダンスに整合された第１出力整合回路の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮも示されている。

従って、図１に示したＲＦ電力増幅器がメディアムパワーモード(ＭＰＭ)またはローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行する場合、すなわち第１最終段増幅器Ａｍｐ１２が非活性状態に制御されて、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２または第３最終段増幅器Ａｍｐ３２が活性状態に制御される場合には、第２出力整合回路は以下に説明するインピーダンス整合動作を実行する必要がある。

すなわち、第２出力整合回路は、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の共通出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと第１出力整合回路の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮとの間でインピーダンス整合動作を実行する必要がある。

従って、インダクタＬ５による移動量ωＬ５と容量Ｃ１１による移動量ωＣ１１との合計による移動先は、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の共通出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致する必要がある。この一致によって、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の共通出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと第１出力整合回路の入力インピーダンスＺｉｎ＿ＭＮとは、第２出力整合回路によって略無損失で整合されることが可能となる。

一方、高バンドの送信周波数ｆ_HBを有するＲＦ送信信号Ｐinを図１に示したＲＦ電力増幅器の第２最終段増幅器Ａｍｐ２２または第３最終段増幅器Ａｍｐ３２によって増幅する場合には、大きな角周波数ωに対応して、移動量ωＣ１１が大きいので、第２出力整合回路の容量値は第１容量Ｃ１１のみで決定される。その結果、図６に示したように、第１容量Ｃ１１のみを使用して、インダクタＬ５による移動量ωＬ５と容量Ｃ１１による移動量ωＣ１１との合計による移動先を、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の共通出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。

一方、低バンドの送信周波数ｆ_LBを有するＲＦ送信信号Ｐinを図１に示したＲＦ電力増幅器の第２最終段増幅器Ａｍｐ２２または第３最終段増幅器Ａｍｐ３２によって増幅する場合には、小さな角周波数ωに対応して、移動量ωＣ１１が小さいので、第２出力整合回路の容量値は第１容量Ｃ１１と第２容量Ｃ１２の並列容量で決定される。その結果、図６に示すように、第１容量Ｃ１１と第２容量Ｃ１２の並列容量を使用して、インダクタＬ５による移動量ωＬ５と並列容量Ｃ１１＋Ｃ１２による移動量ω(Ｃ１１＋Ｃ１２)との合計による移動先を、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２および第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の共通出力インピーダンスＺｏｕｔ＿ＳＡと一致させることが可能となる。

尚、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器の第２出力整合回路では、第１容量Ｃ１１は略６ｐＦの容量値に設定され、第２容量Ｃ１２は略２ｐＦの容量値に設定されて、インダクタＬ５は略３ｎＨのインダクタンスに設定される。

《３つの増幅動作モード》
図２は、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器によって実行されるハイパワーモード(ＨＰＭ)とメディアムパワーモード(ＭＰＭ)とローパワーモード(ＬＰＭ)による増幅動作を説明する図である。

図２の横軸と縦軸は、図１に示したＲＦ電力増幅器の第１出力整合回路のストリップラインＳＬ１の他端から生成されるＲＦ送信増幅出力信号Ｐoutの大きさと最終増幅段のトランジスタのコレクタ電流Ｉccの大きさとを示している。

上述のように、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器では、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の中間素子サイズは第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２の最小素子サイズに近い比較的小さな素子サイズとなる。従って、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２を含みメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路での消費電流と消費電力の削減効果を、改善することが可能となる。

《安定性の向上のための信号制御回路》
図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器は、図８に示した本発明に先立って本発明者等によって検討されたＲＦ電力増幅器の増幅動作の不安定性を解消するために、安定性向上のための信号制御回路を構成する容量Ｃ１６と第３スイッチＳＷ３を具備したものである。

すなわち、図１の本発明の実施の形態１のＲＦ電力増幅器は、中間ゲインの増幅動作を実行する第２増幅経路の第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のＲＦ出力信号のインダクタンスＬ５、第１最終段増幅器Ａｍｐ１２および第１初段増幅器Ａｍｐ１１の寄生容量、結合容量Ｃ７、Ｃ３、Ｃ４Ａを介する第２増幅経路の第２初段増幅器Ａｍｐ２１の入力端子への帰還量を低減する信号制御回路Ｃ１６、ＳＷ３を具備したものである。

図１に示したように、信号制御回路を構成する容量Ｃ１６の一端はハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有する第１増幅経路の第１初段増幅器Ａｍｐ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２との段間接続ノードに接続され、容量Ｃ１６の他端はパッド端子Ｐａｄ１０に接続されている。具体的な例では、容量Ｃ１６の一端が接続される段間接続ノードは、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のコレクタ電極と結合容量Ｃ７の一端との共通接続ノードであり、結合容量Ｃ７の他端は第１最終段増幅器Ａｍｐ１２のトランジスタＱ１２のベース電極に接続されている。

パッド端子Ｐａｄ１０は信号制御回路を構成する第３スイッチＳＷ３の一端に接続され、第３スイッチＳＷ３の他端は交流的接地電位に接続されている。第３スイッチＳＷ３の他端の交流的接地電位は、直流的接地電位、もしくは電源電圧Ｖcc、もしくは低インピーダンスで接地電位と電源電圧Ｖccの間の中間電圧とすることが可能である。

信号制御回路を構成する第３スイッチＳＷ３は図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器がメディアムパワーモード(ＭＰＭ)での電力増幅を実行する際にオン状態に制御され、ＲＦ電力増幅器がハイパワーモード(ＨＰＭ)およびローパワーモード(ＬＰＭ)の電力増幅を実行する際には第３スイッチＳＷ３はオフ状態に制御される。

その結果、この信号制御回路を構成する容量Ｃ１６と第３スイッチＳＷ３は、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器がメディアムパワーモード(ＭＰＭ)での電力増幅を実行する際に、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のＲＦ出力端子から第２初段増幅器Ａｍｐ２１の入力端子への帰還信号を交流的接地電位にバイパスする機能を有する。従って、バイパスによって第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のＲＦ出力端子から第２初段増幅器Ａｍｐ２１の入力端子への帰還量が低減されるので、不安定な発振動作を防止できるのでＲＦ電力増幅器の増幅動作の安定性を改善することが可能となる。

更に、図１に示した本発明の実施の形態１の変形形態では、安定性の向上のための信号制御回路は、以下のように構成されることができる。

最初の信号制御回路は、第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の出力部もしくは第２最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力部において、増幅動作の不安定性の原因となる帰還ループの信号伝達を減衰もしくは遮断する方式である。しかし、この方式は、増幅動作の不安定性を解消するものではあるが、第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の出力部もしくは第２最終段増幅器Ａｍｐ２２の出力部における挿入損失(Insertion Loss)が大きいと言う問題を有する。

次の信号制御回路は、第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の入力部もしくは第２最終段増幅器Ａｍｐ２２の入力部において、増幅動作の不安定性の原因となる帰還ループの信号伝達を減衰もしくは遮断する方式である。しかし、この方式も、増幅動作の不安定性を解消するものではあるが、第３最終段増幅器Ａｍｐ３２の入力部もしくは第２最終段増幅器Ａｍｐ２２の入力部において若干の挿入損失が発生する言う問題を有する。

従って、本発明の最良の実施の形態は、図１に示した本発明の実施の形態１において説明したように第１初段増幅器Ａｍｐ１１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２との段間接続ノードに信号制御回路Ｃ１６、ＳＷ３を配置することで、増幅動作の不安定性の原因となる帰還ループの信号伝達を減衰もしくは実質的に遮断する方式である。

図１に示した本発明の実施の形態１の変形形態では、ＲＦ電力増幅器がローパワーモード(ＬＰＭ)およびメディアムパワーモード(ＭＰＭ)での電力増幅を実行する際に第３スイッチＳＷ３はオン状態に制御され、ＲＦ電力増幅器がハイパワーモード(ＨＰＭ)の電力増幅を実行する際には第３スイッチＳＷ３はオフ状態に制御される。その結果、この信号制御回路を構成する容量Ｃ１６と第３スイッチＳＷ３は、この変形形態によるＲＦ電力増幅器がローパワーモード(ＬＰＭ)およびメディアムパワーモード(ＭＰＭ)での電力増幅を実行する際には、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のＲＦ出力端子から第２初段増幅器Ａｍｐ２１の入力端子への帰還信号を交流的接地電位にバイパスする機能を有する。

図１に示した本発明の実施の形態１の具体的形態では、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２と第３スイッチＳＷ３は、プリント配線基板(ＰＣＢ)２の主表面に搭載されるＣＭＯＳ型シリコン半導体集積回路のＮチャネルＭＯＳトランジスタによってそれぞれ構成される。このＣＭＯＳ型シリコン半導体集積回路には、携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路(ＲＦＩＣ)とベースバンドプロセッサとのいずれかから高電力モード信号ＨＰＭと中電力モード信号ＭＰＭと低電力モード信号ＬＰＭとが供給される。更にこのＣＭＯＳ型シリコン半導体集積回路には、携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路(ＲＦＩＣ)とベースバンドプロセッサとのいずれかからマルチバンドの高バンド送信周波数ｆ_HBを選択する高バンド選択信号と低バンド送信周波数ｆ_LBを選択する低バンド選択信号とが供給される。

ＣＭＯＳ型シリコン半導体集積回路の内部のＣＭＯＳコントローラは、高電力モード信号ＨＰＭと中電力モード信号ＭＰＭと低電力モード信号ＬＰＭと高バンド選択信号と高バンド選択信号に応答して、ＣＭＯＳ型シリコン半導体集積回路の内部に形成された第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２と第３スイッチＳＷ３の３個のＮチャネルＭＯＳトランジスタのオン・オフ制御を実行する。

ＣＭＯＳ型シリコン半導体集積回路の内部のＣＭＯＳコントローラは、高電力モード信号ＨＰＭと中電力モード信号ＭＰＭと低電力モード信号ＬＰＭに応答して、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１の内部に形成された増幅器Ａｍｐ１１、Ａｍｐ１２、Ａｍｐ２１、Ａｍｐ２２、Ａｍｐ３１、Ａｍｐ３２の各トランジスタのベース電極への適切なベースバイアス電圧の供給可否を制御する。

更にＣＭＯＳ型シリコン半導体集積回路の内部のＣＭＯＳコントローラは、スタンバイモード信号ＳＢＭに応答して、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１の内部の増幅器Ａｍｐ１１、Ａｍｐ１２、Ａｍｐ２１、Ａｍｐ２２、Ａｍｐ３１、Ａｍｐ３２の各トランジスタのベース電極に供給されるベースバイアス電圧を各トランジスタのしきい値電圧以下の例えばゼロボルトに設定する。従って、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１の内部の増幅器Ａｍｐ１１、Ａｍｐ１２、Ａｍｐ２１、Ａｍｐ２２、Ａｍｐ３１、Ａｍｐ３２の全ては非活性状態に制御されて、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１はスタンバイモードＳＢＭの低消費電力状態に制御される。

尚、ＲＦ信号処理半導体集積回路(ＲＦＩＣ)もしくはベースバンドプロセッサからモノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１に供給される高電力モード信号ＨＰＭと中電力モード信号ＭＰＭと低電力モード信号ＬＰＭとスタンバイモード信号ＳＢＭは、２ビットによる４状態のデジタル制御信号によって指定されることが可能である。

［実施の形態２］
《ＲＦ電力増幅器の具体的な構成》
図３は、携帯電話端末に搭載可能な本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器の具体的な構成を示す図である。

図３に示したように、本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器は、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１とＲＦパワーモジュールのプリント配線基板(ＰＣＢ)２とを含んでいる。

モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１は、第１初段増幅器Ａｍｐ１１と第２初段増幅器Ａｍｐ２１と第３初段増幅器Ａｍｐ３１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２Ａ、Ａｍｐ１２Ｂと第２最終段増幅器Ａｍｐ２２と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２と容量Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ４Ａ、Ｃ４Ｂ、Ｃ７Ａ、Ｃ７Ｂ、Ｃ７Ｃ、Ｃ８〜Ｃ１２、Ｃ１６とインダクタＬ１を含んでいる。容量Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ４Ａ、Ｃ４Ｂ、Ｃ７Ａ、Ｃ７Ｂ、Ｃ７Ｃ、Ｃ８〜Ｃ１２、Ｃ１６は、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１のＧａＡｓ等の化合物半導体基板の主表面に半導体製造プロセスによって製造される金属・絶縁体・金属(ＭＩＭ)の積層構造容量によって構成される。インダクタＬ１は、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１のＧａＡｓ等の化合物半導体基板の主表面に半導体製造プロセスにより製造される金属のスパイラルインダクタによって構成される。

第１初段増幅器Ａｍｐ１１と第２初段増幅器Ａｍｐ２１と第３初段増幅器Ａｍｐ３１と第１最終段増幅器Ａｍｐ１２と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２とは、それぞれＮＰＮ型のヘテロ接合バイポーラトランジスタＱ１１、Ｑ２１、Ｑ３１、Ｑ１２、Ｑ２２、Ｑ３２を含んでいる。２個並列の第１最終段増幅器Ａｍｐ１２Ａ、Ａｍｐ１２Ｂの２個のトランジスタＱ１２Ａ、Ｑ１２Ｂは２個合計で最大の素子サイズ(エミッタ面積)を有する一方、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の素子サイズは第１最終段増幅器Ａｍｐ１２Ａ、Ａｍｐ１２Ｂの２個のトランジスタＱ１２Ａ、Ｑ１２Ｂの２個合計で最大の素子サイズよりも小さく設定されている。また、第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２の素子サイズは、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２の素子サイズよりも小さく設定されている。

パッド端子Ｐａｄ１のＲＦ送信信号Ｐinは、容量Ｃ１、Ｃ３を介して第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のベース電極に供給される。第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のコレクタ電極は、パッド端子Ｐａｄ４を介して負荷のＲＦチョークコイルとして機能するインダクタＬ２に接続される。従って、２個合計で最大の素子サイズを有するトランジスタＱ１２Ａ、Ｑ１２Ｂを含んだ２個並列の第１最終段増幅器Ａｍｐ１２Ａ、Ａｍｐ１２ＢとトランジスタＱ１１を含んだ第１初段増幅器Ａｍｐ１１は、ハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有する第１増幅経路を構成する。すなわち、第１増幅経路では、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１のコレクタ電極から生成される第１初段ＲＦ増幅信号は、結合容量Ｃ７Ｃ、Ｃ７Ａ、Ｃ７Ｂを介して２個並列の第１最終段増幅器Ａｍｐ１２Ａ、Ａｍｐ１２Ｂの２個のトランジスタＱ１２Ａ、Ｑ１２Ｂの２個のベース電極に供給される。また２個並列の第１最終段増幅器Ａｍｐ１２Ａ、Ａｍｐ１２Ｂの２個のトランジスタＱ１２Ａ、Ｑ１２Ｂの２個のコレクタ電極は、２個のパッド端子Ｐａｄ６、Ｐａｄ７に接続されている。

特に、ハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行する場合には、パッド端子Ｐａｄ１１に適切なベースバイアス電圧が印加され、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と２個並列の第１最終段増幅器Ａｍｐ１２Ａ、Ａｍｐ１２Ｂの２個のトランジスタＱ１２Ａ、Ｑ１２Ｂは活性状態に制御される。それ以外の場合には、パッド端子Ｐａｄ１１にはトランジスタのしきい値電圧以下の例えばゼロボルトのベースバイアス電圧が印加され、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と２個並列の第１最終段増幅器Ａｍｐ１２Ａ、Ａｍｐ１２Ｂの２個のトランジスタＱ１２Ａ、Ｑ１２Ｂは非活性状態に制御される。その結果、第１初段増幅器Ａｍｐ１１のトランジスタＱ１１と２個並列の第１最終段増幅器Ａｍｐ１２Ａ、Ａｍｐ１２Ｂの２個のトランジスタＱ１２Ａ、Ｑ１２Ｂとは、ハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有する第１増幅経路を構成する。

パッド端子Ｐａｄ１のＲＦ送信信号Ｐinは、容量Ｃ１、Ｃ４Ａ、Ｃ４Ｂを介して、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１のベース電極と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１のベース電極に供給される。第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１のコレクタ電極と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１のコレクタ電極とは、パッド端子Ｐａｄ３を介して負荷のＲＦチョークコイルとして機能するインダクタＬ３に接続される。

第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１のコレクタ電極または第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１のコレクタ電極から生成される第２初段ＲＦ増幅信号または第３初段ＲＦ増幅信号は、結合容量Ｃ８、Ｃ９を介して２個並列の第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２のベース電極と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２のベース電極に供給される。

特に、メディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行する場合には、パッド端子Ｐａｄ１２とパッド端子Ｐａｄ１３に適切なベースバイアス電圧が印加され、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２とは活性状態に制御される。その結果、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２は、メディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有する第２増幅経路を構成する。

特に、ローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行する場合には、パッド端子Ｐａｄ１２にはトランジスタのしきい値電圧以下の例えばゼロボルトのベースバイアス電圧が印加され、パッド端子Ｐａｄ１３に適切なベースバイアス電圧が印加される。従って、第２初段増幅器Ａｍｐ２１のトランジスタＱ２１と第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２とは非活性状態に制御され、第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２とは活性状態に制御される。その結果、第３初段増幅器Ａｍｐ３１のトランジスタＱ３１と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２は、ローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行して最小ゲインを有する第３増幅経路を構成する。

更に、図３に示した本発明の実施の形態２によるＲＦ電力増幅器においては、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器と全く同様に、信号制御回路Ｃ１６、ＳＷ３は第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のＲＦ出力端子から第２初段増幅器Ａｍｐ２１の入力端子への帰還量を低減するので、不安定な発振動作を防止することが可能となる。すなわち、不安定な発振動作を防止するために、信号制御回路の第３スイッチＳＷ３がオン状態に制御される。

尚、パッド端子Ｐａｄ４とパッド端子Ｐａｄ１０との間に直列接続された２個の容量Ｃ７Ｃ、Ｃ１６は、信号制御回路の第３スイッチＳＷ３がオン状態に制御された際に、電源電圧ＶccからインダクタＬ２を介してパッド端子Ｐａｄ１０の接地電位に大きな短絡電流が流れるのを防止する機能を持つものである。

尚、パッド端子Ｐａｄ１０、Ｐａｄ１１、Ｐａｄ１２の印加電圧は、エミッタフォロワやソースフォロワ等のボルテージフォロワを介してＲＦ増幅トランジスタのベース電極に供給されることが可能である。

［実施の形態３］
《デュアルバンド送信を可能とするＲＦ電力増幅器》
図４は、携帯電話端末に搭載可能な本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器のデュアルバンド送信を可能とするための構成を示す図である。

図４に示す本発明の実施の形態３による電力増幅器は、ハイバンド第１増幅器１５１Ｈと、ハイバンド第２増幅器１５２Ｈと、ハイバンド第１出力整合回路１５３Ｈと、ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈとを含んでいる。

ハイバンド第１増幅器１５１Ｈは、上述した本発明の実施の形態１と本発明の実施の形態２で説明した最大の素子サイズを有するトランジスタを含んだ第１最終段増幅器を少なくとも含むことによってハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有する第１増幅経路によって構成されている。

ハイバンド第２増幅器１５２Ｈは、上述した本発明の実施の形態１と本発明の実施の形態２で説明した第２増幅経路と第３増幅経路との並列経路によって構成されている。第２増幅経路は、中間の素子サイズを有するトランジスタを含んだ第２最終段増幅器を少なくとも含むことによってメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有するものである。第３増幅経路は、最小の素子サイズを有するトランジスタを含んだ第３最終段増幅器を少なくとも含むことによってローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有するものである。

ハイバンド第１出力整合回路１５３Ｈは、上述した本発明の実施の形態１と本発明の実施の形態２で説明したストリップラインＳＬ１、ＳＬ２と容量Ｃ１３、Ｃ１４とを含む第１出力整合回路と同一の構成のものである。

ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈは、上述した本発明の実施の形態１と本発明の実施の形態２で説明したインダクタＬ５と容量Ｃ１１、Ｃ１２と第２スイッチＳＷ２とによって構成された第２出力整合回路と同一の構成のものである。

ＷＣＤＭＡ方式のバンド１とバンド２とバンド４を含むハイバンド３Ｇ入力信号が第１ＲＦ信号入力端子１０１Ｈに供給されるので、ハイバンド３Ｇ入力信号はハイバンド第１増幅器１５１Ｈまたはハイバンド第２増幅器１５２Ｈによって増幅されて、第１ＲＦ信号出力端子１０２ＨからＷＣＤＭＡ方式のバンド１とバンド２とバンド４を含むハイバンド３Ｇ出力信号が生成される。尚、ＷＣＤＭＡ方式のバンド１の送信周波数は１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚであり、ＷＣＤＭＡ方式のバンド２の送信周波数は１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚであり、ＷＣＤＭＡ方式のバンド４の送信周波数は１７１０ＭＨｚ〜１７５５ＭＨｚである。

次に、図４に示した本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器は、ローバンド第１増幅器１５１Ｌと、ローバンド第２増幅器１５２Ｌと、ローバンド第１出力整合回路１５３Ｌと、ローバンド第２出力整合回路１５４Ｌとを含んでいる。

ローバンド第１増幅器１５１Ｌは、上述した本発明の実施の形態１と本発明の実施の形態２で説明した最大の素子サイズを有するトランジスタを含んだ第１最終段増幅器を少なくとも含むことによってハイパワーモード(ＨＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有する第１増幅経路によって構成されている。

ローバンド第２増幅器１５２Ｌは、上述した本発明の実施の形態１と本発明の実施の形態２で説明した第２増幅経路と第３増幅経路との並列経路によって構成されている。第２増幅経路は、中間の素子サイズを有するトランジスタを含んだ第２最終段増幅器を少なくとも含むことによってメディアムパワーモード(ＭＰＭ)の増幅動作を実行して中間ゲインを有するものである。第３増幅経路は、最小の素子サイズを有するトランジスタを含んだ第３最終段増幅器を少なくとも含むことによってローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行して最大ゲインを有するものである。

ローバンド第１出力整合回路１５３Ｌは、上述した本発明の実施の形態１と本発明の実施の形態２で説明したストリップラインＳＬ１、ＳＬ２と容量Ｃ１３、Ｃ１４とを含む第１出力整合回路と同一の構成のものである。

ローバンド第２出力整合回路１５４Ｌは、上述した本発明の実施の形態１と本発明の実施の形態２で説明したインダクタＬ５と容量Ｃ１１、Ｃ１２と第２スイッチＳＷ２とによって構成された第２出力整合回路と同一の構成のものである。

ＷＣＤＭＡ方式のバンド５とバンド８を含むローバンド３Ｇ入力信号が第２ＲＦ信号入力端子１０１Ｌに供給されるので、ローバンド３Ｇ入力信号はローバンド第１増幅器１５１Ｌまたはローバンド第２増幅器１５２Ｌによって増幅されて、第２ＲＦ信号出力端子１０２ＬからＷＣＤＭＡ方式のバンド５とバンド８を含むローバンド３Ｇ出力信号が生成される。尚、ＷＣＤＭＡ方式のバンド５の送信周波数は８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚであり、ＷＣＤＭＡ方式のバンド８の送信周波数は８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚである。

更に図４に示した本発明の実施の形態３によるＲＦ電力増幅器は、バイアス整合制御回路１５０を含んでいる。バイアス整合制御回路１５０には、携帯電話端末に搭載されるＲＦ信号処理半導体集積回路(ＲＦＩＣ)とベースバンドプロセッサとのいずれかから、イネーブル信号ＥＮＡと第１モード信号ＭＯＤＥ１と第２モード信号ＭＯＤＥ２と第１バンド選択信号ＢＳ１と第２バンド選択信号ＢＳ２と第３バンド選択信号ＢＳ３とが供給される。

第１モード信号ＭＯＤＥ１と第２モード信号ＭＯＤＥ２との２ビットによって、高電力モード信号ＨＰＭと中電力モード信号ＭＰＭと低電力モード信号ＬＰＭとスタンバイモード信号ＳＢＭの４状態の任意の状態が指定される。上述したように高電力モード信号ＨＰＭと中電力モード信号ＭＰＭと低電力モード信号ＬＰＭとスタンバイモード信号ＳＢＭとは、ハイパワーモード(ＨＰＭ)とメディアムパワーモード(ＭＰＭ)とローパワーモード(ＬＰＭ)とスタンバイモード(ＳＢＭ)とをそれぞれ指定する。

すなわち、第１モード信号ＭＯＤＥ１と第２モード信号ＭＯＤＥ２の２ビットに応答して、バイアス整合制御回路１５０からハイバンド第１増幅器イネーブル信号としてのメインバイアスMain Biasとハイバンド第２増幅器イネーブル信号としてのサブバイアスSub Biasとが生成されて、ハイバンド第１増幅器１５１Ｈとハイバンド第２増幅器１５２Ｈとにそれぞれ供給される。更に第１モード信号ＭＯＤＥ１と第２モード信号ＭＯＤＥ２の２ビットに応答して、バイアス整合制御回路１５０からローバンド第１増幅器イネーブル信号としてのメインバイアスMain Biasとローバンド第２増幅器イネーブル信号としてのサブバイアスSub Biasとが生成されて、ローバンド第１増幅器１５１Ｌとローバンド第２増幅器１５２Ｌとにそれぞれ供給される。

最初に、バイアス整合制御回路１５０に供給される第１バンド選択信号ＢＳ１の１ビットがローレベル“Ｌ”(ローバンドLow Bandに対応)の場合を想定する。この場合には、第２ＲＦ信号入力端子１０１Ｌに供給されるＷＣＤＭＡ方式のバンド５とバンド８を含むローバンド３Ｇ入力信号を増幅するためのローバンド第１増幅器１５１Ｌとローバンド第２増幅器１５２Ｌとローバンド第１出力整合回路１５３Ｌとローバンド第２出力整合回路１５４Ｌとが活性化される。

反対に、バイアス整合制御回路１５０に供給される第１バンド選択信号ＢＳ１の１ビットがハイレベル“Ｈ”(ハイバンドHigh Bandに対応)の場合を想定する。この場合には、第１ＲＦ信号入力端子１０１Ｈに供給されるＷＣＤＭＡ方式のバンド１とバンド２とバンド４を含むハイバンド３Ｇ入力信号を増幅するためのハイバンド第１増幅器１５１Ｈとハイバンド第２増幅器１５２Ｈとハイバンド第１出力整合回路１５３Ｈとハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈとが活性化される。

第１バンド選択信号ＢＳ１と第２バンド選択信号ＢＳ２と第３バンド選択信号ＢＳ３とに応答して、バイアス整合制御回路１５０からローバンド第２出力整合回路１５４Ｌに、ＷＣＤＭＡ方式のバンド５の選択信号Ｂ５と、ＷＣＤＭＡ方式のバンド８の選択信号Ｂ８とが供給される。

すなわち、バイアス整合制御回路１５０に供給される第１バンド選択信号ＢＳ１の１ビットがローレベル“Ｌ”(ローバンドLow Bandに対応)の場合には、第２バンド選択信号ＢＳ２と第３バンド選択信号ＢＳ３との２ビットによってローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの周波数特性は下記のように設定される。

すなわち、第３バンド選択信号ＢＳ３の１ビットは無関係であり、第２バンド選択信号ＢＳ２の１ビットがハイレベル“Ｈ”の場合には、低周波数側のＷＣＤＭＡ方式のバンド５の送信周波数８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚにローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの周波数特性が最適化される。具体的な例によれば、ローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの容量値が第１容量Ｃ１１と第２容量Ｃ１２の並列容量Ｃ１１＋Ｃ１２で決定される。

また第２バンド選択信号ＢＳ２の１ビットがローレベル“Ｌ”の場合には、高周波数側のＷＣＤＭＡ方式のバンド８の送信周波数８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚにローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの周波数特性が最適化される。具体的な例によれば、ローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの容量値が第１容量Ｃ１１の単独容量Ｃ１１で決定される。

一方、第１バンド選択信号ＢＳ１と第２バンド選択信号ＢＳ２と第３バンド選択信号ＢＳ３とに応答して、バイアス整合制御回路１５０からハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈには、ＷＣＤＭＡ方式のバンド１の選択信号Ｂ１とＷＣＤＭＡ方式のバンド２の選択信号Ｂ２とＷＣＤＭＡ方式のバンド４の選択信号Ｂ４とが供給される。

すなわち、バイアス整合制御回路１５０に供給される第１バンド選択信号ＢＳ１の１ビットがハイレベル“Ｈ”(ハイバンドhigh Bandに対応)の場合には、第２バンド選択信号ＢＳ２と第３バンド選択信号ＢＳ３の２ビットによってハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの周波数特性は下記のように設定される。

すなわち、第２バンド選択信号ＢＳ２がローレベル“Ｌ”であり第３バンド選択信号ＢＳ３がローレベル“Ｌ”である場合には、高周波のＷＣＤＭＡ方式のバンド１の送信周波数１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚにハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの周波数特性が最適化される。具体的な一例によれば、ローバンド第２出力整合回路１５４Ｌの容量値が、第１容量Ｃ１１の単独容量Ｃ１１で決定される。

次に、第２バンド選択信号ＢＳ２がハイレベル“Ｈ”であり第３バンド選択信号ＢＳ３がローレベル“Ｌ”である場合には、高周波数のＷＣＤＭＡ方式のバンド２の送信周波数１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚにハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの周波数特性が最適化される。具体的な一例によれば、ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの可変容量回路５２の容量値が、第１容量Ｃ１１の単独容量Ｃ１１で決定される。

最後に第２バンド選択信号ＢＳ２がハイレベル“Ｈ”であり第３バンド選択信号ＢＳ３がハイレベル“Ｈ”である場合には、低周波のＷＣＤＭＡ方式のバンド４の送信周波数１７１０ＭＨｚ〜１７５５ＭＨｚにハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの周波数特性が最適化される。具体的な一例によれば、ハイバンド第２出力整合回路１５４Ｈの可変容量回路５２の容量値が、第１容量Ｃ１１と第２容量Ｃ１２の並列容量Ｃ１１＋Ｃ１２で決定される。

以上、本発明者によってなされた発明を種々の実施の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。

例えば、図１に示した本発明の実施の形態１によるＲＦ電力増幅器において、第２最終段増幅器Ａｍｐ２２のトランジスタＱ２２のコレクタ電極と第３最終段増幅器Ａｍｐ３２のトランジスタＱ３２のコレクタ電極との間に、インダクタＬ５と容量Ｃ１１、Ｃ１２と第２スイッチＳＷ２とから構成された第２出力整合回路と同様な構成の第３出力整合回路することが可能である。その結果、ローパワーモード(ＬＰＭ)の増幅動作を実行して最小ゲインを有する第３増幅経路において、消費電流と消費電力とを削減することが可能となる。

また更に、本発明においては、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１と増幅トランジスタとは、ＧａＡｓ等の化合物半導体基板とヘテロ接合バイポーラトランジスタにのみ限定されるものではない。

他の一例としては、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１と増幅トランジスタとして、シリコン半導体基板とシリコン・ゲルマニュウム(ＳｉＧｅ)ヘテロ接合バイポーラトランジスタとを使用することが可能である。

更に他の一例として、モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)１と増幅トランジスタとして、シリコン半導体基板とＬＤ(Laterally Diffused)型のＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタとを使用することが可能である。このように、ＭＯＳトランジスタ等の電界効果トランジスタが使用される場合には、素子サイズはエミッタ面積ではなくゲート幅(Ｗ)／ゲート長(Ｌ)のレシオによって決定される。

また本発明において、第１増幅経路と第２増幅経路と第３増幅経路の各経路でのＲＦ増幅回路は、上述の２段構成の多段増幅器にのみ限定されるものではない。すなわち、上述の各経路でのＲＦ増幅回路は、３段またはそれよりも段数の多い多段増幅器を使用することが可能である。

更に、本発明のＲＦ電力増幅器は、ＷＣＤＭＡ方式にのみ限定されるものではなく、ＧＳＭ方式やＬＴＥ方式等の他の通信方式を使用する携帯電話端末に搭載されるＲＦ電力増幅器にも適用が可能である。

１…モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)
２…ＲＦパワーモジュールのプリント配線基板(ＰＣＢ)
Ａｍｐ１１…第１初段増幅器
Ａｍｐ２１…第２初段増幅器
Ａｍｐ３１…第３初段増幅器
Ａｍｐ１２…第１最終段増幅器
Ａｍｐ２２…第２最終段増幅器
Ａｍｐ３２…第３最終段増幅器
Ｃ１６、ＳＷ３…信号制御回路

Claims

信号入力端子と信号出力端子との間に並列に接続された第１増幅経路と第２増幅経路と、前記第１増幅経路に配置された第１増幅回路と、前記第２増幅経路に配置された第２増幅回路とを具備するＲＦ電力増幅器であって、
前記第１増幅回路の第１最終段増幅器は前記信号出力端子に出力電極が接続された第１最終段トランジスタを含み、前記第２増幅回路の第２最終段増幅器は前記信号出力端子に出力電極が接続された第２最終段トランジスタを含み、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が活性化され、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が非活性化されることによって、前記第１増幅回路の第１最終段増幅器の前記第１最終段トランジスタの前記出力電極から前記信号出力端子に第１ＲＦ出力信号が供給され、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化され、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化されることによって、前記第２増幅回路の第２最終段増幅器の前記第２最終段トランジスタの前記出力電極から前記信号出力端子に第２ＲＦ出力信号が供給され、
前記第２最終段トランジスタの素子サイズが前記第１最終段トランジスタの素子サイズよりも小さなサイズに設定されることによって、前記第１最終段トランジスタの前記出力電極から前記信号出力端子に供給される前記第１ＲＦ出力信号の電力よりも前記第２最終段トランジスタの前記出力電極から前記信号出力端子に供給される前記第２ＲＦ出力信号の電力が小さく設定され、
前記ＲＦ電力増幅器は、前記第１増幅回路の前記第１最終段増幅器に接続された信号制御回路を更に具備して、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化されて、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化される状態において、前記信号制御回路は、前記第１増幅経路に配置された前記第１増幅回路を帰還ループとする前記信号出力端子から前記信号入力端子への信号伝達を減衰もしくは実質的に遮断する
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項１において、
前記第２増幅回路の第２最終段増幅器の前記第２最終段トランジスタは、前記信号入力端子に供給されるＲＦ入力信号に応答する入力電極を有して、
前記帰還ループは、前記第２最終段トランジスタの前記出力電極と前記入力電極の間の帰還容量を含む
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項２において、
前記帰還容量は、前記第２最終段トランジスタの前記出力電極と前記入力電極の間の寄生容量である
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項３において、
前記第１増幅回路の第１最終段増幅器の前記第１最終段トランジスタは、前記信号入力端子に供給される前記ＲＦ入力信号に応答する入力電極を有して、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路は前記信号入力端子の前記ＲＦ入力信号がその入力端子に供給される第１初段増幅器を含み、前記第１最終段増幅器の前記第１最終段トランジスタの前記入力電極は前記第１初段増幅器の出力端子から生成される第１初段増幅信号に応答して、
前記第２増幅経路の前記第２増幅回路は前記信号入力端子の前記ＲＦ入力信号がその入力端子に供給される第２初段増幅器を含み、前記第２最終段増幅器の前記第２最終段トランジスタの前記入力電極は前記第２初段増幅器の出力端子から生成される第２初段増幅信号に応答する
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項４において、
前記信号制御回路は、前記第１増幅経路の前記第１初段増幅器と前記第１最終段増幅器との段間接続ノードに接続された
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項５において、
前記信号制御回路は、前記段間接続ノードと交流的接地電位との間に接続され、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化されて、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化される前記状態において、前記信号制御回路は、前記帰還ループを介しての前記信号出力端子から前記信号入力端子への伝達信号を前記交流的接地電位にバイパスする機能を有する
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項６において、
前記交流的接地電位は、直流的接地電位、電源電圧、前記直流的接地電位と前記電源電圧の間の中間電圧のいずれかである
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項７において、
前記ＲＦ電力増幅器は、第１出力整合回路と、第２出力整合回路とを更に具備して、
前記第１出力整合回路の入力端子は前記第１最終段増幅器の前記第１最終段トランジスタの前記出力電極に接続され、前記第２出力整合回路の入力端子は前記第２最終段増幅器の前記第２最終段トランジスタの前記出力電極に接続され、
前記第２出力整合回路の出力端子は前記第１出力整合回路の前記入力端子と接続され、前記第１出力整合回路の出力端子はアンテナと接続可能とされる。
前記第２出力整合回路の前記出力端子と前記第２出力整合回路の前記入力端子との間には誘導性リアクタンスが接続され、前記第２出力整合回路の前記入力端子と前記交流的接地電位との間には容量性リアクタンスが接続された
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項８において、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化されて、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化される前記状態において、第１周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅経路の前記第２増幅回路によって増幅される際には、前記第２出力整合回路の前記容量性リアクタンスは所定の値に設定可能とされ、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化されて、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化される前記状態において、前記第１周波数より低い第２周波数を有する前記ＲＦ入力信号が前記第２増幅経路の前記第２増幅回路によって増幅される際には、前記第２出力整合回路の前記容量性リアクタンスは前記所定の値よりも大きな値に設定可能とされる
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項９において、
前記ＲＦ電力増幅器は、前記信号入力端子と前記信号出力端子との間に前記第１増幅経路および前記第２増幅経路と並列に接続された第３増幅経路と、前記第３増幅経路に配置された第３増幅回路とを更に具備して、
前記第３増幅回路の第３最終段増幅器は、前記第２出力整合回路の前記入力端子に出力電極が接続された第３最終段トランジスタを含み、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路と前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が非活性化され、前記第３増幅経路の前記第３増幅回路が活性化されることによって、前記第３増幅回路の第３最終段増幅器の前記第３最終段トランジスタの前記出力電極から前記信号出力端子に第３ＲＦ出力信号が供給され、
前記第３最終段トランジスタの素子サイズが前記第２最終段トランジスタの前記素子サイズよりも小さなサイズに設定されことによって、前記第２最終段トランジスタの前記出力電極から前記信号出力端子に供給される前記第２ＲＦ出力信号の前記電力よりも前記第３最終段トランジスタの前記出力電極から前記信号出力端子に供給される前記第３ＲＦ出力信号の電力が小さく設定される
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項１０において、
前記ＲＦ電力増幅器は、複数の周波数帯域の送信を可能とするＲＦ電力増幅装置において前記複数の周波数帯域の高周波帯域の送信と低周波帯域の送信とをそれぞれ実行する高周波帯域ＲＦ電力増幅器と低周波帯域ＲＦ電力増幅器との少なくとも一方を構成する
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項１０において、
前記ＲＦ電力増幅器は、複数の周波数帯域の送信を可能とするＲＦ電力増幅装置において前記複数の周波数帯域の高周波帯域の送信と低周波帯域の送信とをそれぞれ実行する高周波帯域ＲＦ電力増幅器と低周波帯域ＲＦ電力増幅器の両方を構成する
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項１０において、
前記第１最終段トランジスタと前記第２最終段トランジスタと前記第３最終段トランジスタは、モノリシック集積回路の半導体チップに形成されたバイポーラトランジスタである
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
請求項１０において、
前記第１最終段トランジスタと前記第２最終段トランジスタと前記第３最終段トランジスタは、モノリシック集積回路の半導体チップに形成された電界効果トランジスタである
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器。
信号入力端子と信号出力端子との間に並列に接続された第１増幅経路と第２増幅経路と、前記第１増幅経路に配置された第１増幅回路と、前記第２増幅経路に配置された第２増幅回路とを具備するＲＦ電力増幅器の動作方法であって、
前記第１増幅回路の第１最終段増幅器は前記信号出力端子に出力電極が接続された第１最終段トランジスタを含み、前記第２増幅回路の第２最終段増幅器は前記信号出力端子に出力電極が接続された第２最終段トランジスタを含み、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が活性化され、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が非活性化されることによって、前記第１増幅回路の第１最終段増幅器の前記第１最終段トランジスタの前記出力電極から前記信号出力端子に第１ＲＦ出力信号が供給され、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化され、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化されることによって、前記第２増幅回路の第２最終段増幅器の前記第２最終段トランジスタの前記出力電極から前記信号出力端子に第２ＲＦ出力信号が供給され、
前記第２最終段トランジスタの素子サイズが前記第１最終段トランジスタの素子サイズよりも小さなサイズに設定されることによって、前記第１最終段トランジスタの前記出力電極から前記信号出力端子に供給される前記第１ＲＦ出力信号の電力よりも前記第２最終段トランジスタの前記出力電極から前記信号出力端子に供給される前記第２ＲＦ出力信号の電力が小さく設定され、
前記ＲＦ電力増幅器は、前記第１増幅回路の前記第１最終段増幅器に接続された信号制御回路を更に具備して、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化されて、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化される状態において、前記信号制御回路は、前記第１増幅経路に配置された前記第１増幅回路を帰還ループとする前記信号出力端子から前記信号入力端子への信号伝達を減衰もしくは実質的に遮断する
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器の動作方法。
請求項１５において、
前記第２増幅回路の第２最終段増幅器の前記第２最終段トランジスタは、前記信号入力端子に供給されるＲＦ入力信号に応答する入力電極を有して、
前記帰還ループは、前記第２最終段トランジスタの前記出力電極と前記入力電極の間の帰還容量を含む
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器の動作方法。
請求項１６において、
前記帰還容量は、前記第２最終段トランジスタの前記出力電極と前記入力電極の間の寄生容量である
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器の動作方法。
請求項１７において、
前記第１増幅回路の第１最終段増幅器の前記第１最終段トランジスタは、前記信号入力端子に供給される前記ＲＦ入力信号に応答する入力電極を有して、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路は前記信号入力端子の前記ＲＦ入力信号がその入力端子に供給される第１初段増幅器を含み、前記第１最終段増幅器の前記第１最終段トランジスタの前記入力電極は前記第１初段増幅器の出力端子から生成される第１初段増幅信号に応答して、
前記第２増幅経路の前記第２増幅回路は前記信号入力端子の前記ＲＦ入力信号がその入力端子に供給される第２初段増幅器を含み、前記第２最終段増幅器の前記第２最終段トランジスタの前記入力電極は前記第２初段増幅器の出力端子から生成される第２初段増幅信号に応答する
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器の動作方法。
請求項１８において、
前記信号制御回路は、前記第１増幅経路の前記第１初段増幅器と前記第１最終段増幅器との段間接続ノードに接続された
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器の動作方法。
請求項１９において、
前記信号制御回路は、前記段間接続ノードと交流的接地電位との間に接続され、
前記第１増幅経路の前記第１増幅回路が非活性化されて、前記第２増幅経路の前記第２増幅回路が活性化される前記状態において、前記信号制御回路は、前記帰還ループを介しての前記信号出力端子から前記信号入力端子への伝達信号を前記交流的接地電位にバイパスする機能を有する
ことを特徴とするＲＦ電力増幅器の動作方法。