JP2020053927A - 電力増幅器 - Google Patents

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将夫 近藤
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Abstract

【課題】出力の上昇に伴う利得の低下を低減することの可能な電力増幅器を提供する。【解決手段】電力増幅器１００Ａにおいて、無線周波数信号を増幅して出力するトランジスタ群ＴＲ１０と、トランジスタ群ＴＲ２０と、バイアス電流を供給するトランジスタＴＲ５と、電圧供給回路ＴＣ１のダイオードの温度が高いほどトランジスタ群ＴＲ１０のベースに低い電圧を供給するトランジスタＴＲ３を含む電圧供給回路ＴＣ１と、を備える。トランジスタＴＲ３は、トランジスタ群ＴＲ１０との間に他の電子素子を介在させることなく配置され、且つ、トランジスタＴＲ３は、トランジスタＴＲ３とトランジスタ群ＴＲ１との距離が電圧供給回路ＴＣ１とトランジスタ群との距離より小さくなるように配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、電力増幅器に関する。
携帯電話等の移動体通信機においては、基地局へ送信する無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency）信号の電力を増幅するために電力増幅回路が用いられる。
例えば、特許文献１には、ドライバ段増幅器と、当該ドライバ段増幅器にバイアス電流を供給するバイアス回路とを備える電力増幅回路が記載されている。バイアス回路は、バイアス電流をドライバ段増幅器に供給するエミッタフォロア回路トランジスタと、電源及びグランドの間に直列に接続され且つドライバ段増幅器に熱的に結合された２つのダイオードを有する電圧供給回路とを含む。
電圧供給回路が有する２つのダイオードは、エミッタフォロア回路トランジスタのベースに対して当該２つのダイオードの温度に応じた電圧を供給する。そのため、環境温度やドライバ段増幅器の温度が上昇すると、当該２つのダイオードがエミッタフォロア回路トランジスタのベースに印加する電圧が低下する。そして、エミッタフォロア回路トランジスタがドライバ段増幅器に供給するバイアス電流が減少する。このように、当該電力増幅回路は、環境温度やドライバ段増幅器の温度変化を小さくする温度補償機能を有する。
米国特許出願公開第２０１８／２６５８２号明細書
ところで、例えばエンベロープ・トラッキング制御のように、電力増幅器の出力の大きさに応じて電源電圧の大きさを制御する技術が知られている。正常なエンベロープ・トラッキング制御を行わせるためには、高出力で電源電圧を高くするほど利得が大きくなるようにする必要がある。しかしながら、一般に電源電圧が高くなると、電力付加効率が低下して損失が増加するため、自己発熱による増幅段トランジスタの温度上昇が大きくなる。そして、増幅段トランジスタの温度が過度に上昇すると増幅段の利得が低下する。従来技術ではそれが元で、高電源電圧の場合により低い電源電圧の場合と比較して利得が同等以下になってしまう問題があった。
高出力で自己発熱により増幅段トランジスタの温度が上昇した場合、上述した温度補償機能を有する回路は、温度上昇に伴う増幅段トランジスタのコレクタ電流の増加を抑制する。コレクタ電流の増加が抑制されると、増幅段トランジスタの温度上昇に伴う利得低下がより顕著になるため、更に利得が低下する。さらに、上述の温度補償機能を有する回路を増幅段トランジスタに近接して配置した場合は、そのコレクタ電流抑制効果がより大きくなるため、利得低下の傾向がさらに強くなる問題があった。
そこで、本発明は、出力信号の電力の増加に伴う利得の低下を低減することの可能な電力増幅器を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る電力増幅器は、無線周波数信号を増幅して出力する複数の単位トランジスタが並列に接続された第１トランジスタ群と、第１トランジスタ群の出力信号を増幅して出力する複数の単位トランジスタが並列に接続された第２トランジスタ群と、第１トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給する第３トランジスタと、少なくとも１つの第１ダイオード又は第１１トランジスタを含み、当該第１ダイオード又は第１１トランジスタの温度が高いほど第３トランジスタのベースに低い電圧を供給する第１電圧供給回路と、を備え、第３トランジスタは、第１トランジスタ群又は第２トランジスタ群との間に他の電子素子を介在させることなく配置され、且つ、第３トランジスタは、第３トランジスタと第１トランジスタ群との最小距離が第１電圧供給回路と第１トランジスタ群との最小距離より小さく、又は、第３トランジスタと第２トランジスタ群との最小距離が第１電圧供給回路と第２トランジスタ群との最小距離より小さくなるように配置される。
この態様によれば、第３トランジスタは第１電圧供給回路よりも強く第１トランジスタ群又は第２トランジスタ群と熱的に結合でき、出力の上昇に伴う利得の低下を低減することが可能となる。
本発明によれば、出力の上昇に伴う利得の低下を低減することの可能な電力増幅器を提供することができる。
第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａの構成の概要を示す図である。 第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａのレイアウトの一例を示す図である。 第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。 トランジスタＴＲ３がトランジスタ群ＴＲ１０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されている場合の一例を示す図である。 トランジスタＴＲ３がトランジスタ群ＴＲ１０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されている場合の他の一例を示す図である。 ドライバ段増幅器の出力電力Ｐｄｏｕｔ（ｄＢｍ）とコレクタ電流Ｉｃｄ（Ａ）との関係を示す図である。 パワー段の出力電力Ｐｏｕｔ（ｄＢｍ）と、ドライバ段及びパワー段の合計の利得（ｄＢ）との関係を示す図である。 第２実施形態に係る電力増幅器１００Ｂのレイアウトの一例を示す図である。 第２実施形態に係る電力増幅器１００Ｂを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。 ドライバ段増幅器の出力電力Ｐｄｏｕｔ（ｄＢｍ）とコレクタ電流Ｉｃｄ（Ａ）との関係を示す図である。 パワー段の出力電力Ｐｏｕｔ（ｄＢｍ）と、ドライバ段及びパワー段の合計の利得（ｄＢ）との関係を示す図である。 第３実施形態に係る電力増幅器１００Ｃのレイアウトの一例を示す図である。 第３実施形態に係る電力増幅器１００Ｃを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。 第４実施形態に係る電力増幅器１００Ｄを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。 第５実施形態に係る電力増幅器１００Ｅの構成の概要を示す図である。 電力増幅器１００Ｅを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。 第６実施形態に係る電力増幅器１００Ｆの構成の概要を示す図である。 電力増幅器１００Ｆを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。 電力増幅器１００Ｇを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。 第１、第２実施形態に係る電圧供給回路（温度補償回路）ＴＣ１に関して、図１に示されたものとは別の形式の回路の概略を示す図である。 第１、第２実施形態に係る電圧供給回路（温度補償回路）ＴＣ１に関して、図１に示されたものとは別の形式の回路の概略を示す図である。 第１、第２実施形態に係る電圧供給回路（温度補償回路）ＴＣ１に関して、図１に示されたものとは別の形式の回路の概略を示す図である。 第１、第２実施形態に係る電圧供給回路（温度補償回路）ＴＣ１に関して、図１に示されたものとは別の形式の回路の概略を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
（１）回路構成
（１−１）全体
図１は、第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａの構成の概要を示す図である。図１に示される電力増幅器１００Ａは、例えば、携帯電話等の移動体通信機に搭載され、無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号の電力を基地局に送信するために必要なレベルまで増幅する回路である。電力増幅器１００Ａは、例えば、２Ｇ（第２世代移動通信システム）、３Ｇ（第３世代移動通信システム）、４Ｇ（第４世代移動通信システム）、５Ｇ（第５世代移動通信システム）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）−ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）、ＬＴＥ−ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、又はＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏ等の通信規格の送信信号を増幅する。ＲＦ信号の周波数は、例えば数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚ程度である。なお、電力増幅器１００Ａが増幅する信号の通信規格及び周波数はこれらに限られない。
具体的には、電力増幅器１００Ａは、例えば、トランジスタ群ＴＲ１０、ＴＲ２０、バイアス回路ＢＣ１、ＢＣ２、整合回路ＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３、インダクタＬ１、Ｌ２、キャパシタＣ１、Ｃ２を備える。
（１−２）トランジスタ群ＴＲ１０及びＴＲ２０
トランジスタ群ＴＲ１０、ＴＲ２０はそれぞれ、入力されるＲＦ信号を増幅して出力する。具体的には、トランジスタ群ＴＲ１０（第１トランジスタ群）は、複数の単位トランジスタが並列に接続されて初段（ドライバ段）の増幅器を構成し、入力端子から整合回路ＩＭ１を経由して入力されるＲＦ信号を増幅して出力する。また、トランジスタ群ＴＲ２０（第２トランジスタ群）は、複数の単位トランジスタが並列に接続されて後段（パワー段）の増幅器を構成し、トランジスタ群ＴＲ１０から供給されるＲＦ信号を増幅して出力する。トランジスタ群ＴＲ１０、ＴＲ２０はそれぞれ、例えば、ＧａＡｓ等により構成される化合物半導体のヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の複数のバイポーラトランジスタの並列接続により構成される。
トランジスタ群ＴＲ１０は、コレクタにインダクタＬ１を経由して電源電圧Ｖｃｃが供給され、ベースにＲＦ信号及び後述するトランジスタＴＲ３から供給されたバイアス電流が供給され、エミッタが接地に接続される。これにより、トランジスタ群ＴＲ１０は、ＲＦ信号を増幅しコレクタから増幅したＲＦ信号を出力する。図１の表記ではトランジスタ群ＴＲ１０は１つのトランジスタで記載されているが、複数の単位トランジスタが並列接続されて１つのトランジスタとして働いている。
トランジスタ群ＴＲ２０は、コレクタにインダクタＬ２を経由して電源電圧Ｖｃｃが供給され、ベースにトランジスタ群ＴＲ１０から供給されたＲＦ信号及び後述するトランジスタＴＲ５から供給されたバイアス電流が供給され、エミッタが接地に接続される。これにより、トランジスタ群ＴＲ２０は、トランジスタ群ＴＲ１０から供給されたＲＦ信号を増幅しコレクタから増幅したＲＦ信号を出力する。図１の表記ではトランジスタ群ＴＲ２は１つのトランジスタで記載されているが、複数の単位トランジスタが並列接続されて１つのトランジスタとして働いている。
（１−３）バイアス回路
（１−３−１）バイアス回路ＢＣ１
バイアス回路ＢＣ１は、初段（ドライバ段）の増幅器であるトランジスタ群ＴＲ１０のベースにバイアス電流を供給する。バイアス回路ＢＣ１は、例えば、トランジスタＴＲ３、電圧供給回路ＴＣ１（第１電圧供給回路）、及び抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３を含む。電圧供給回路ＴＣ１は、例えば、ダイオードＴＣ１１（第１ダイオード）及びＴＣ１２（第１ダイオード）を含む。
トランジスタＴＲ３（第３トランジスタ）は、コレクタに電圧Ｖｂａｔが供給され、ベースが抵抗素子Ｒ１２を経由してダイオードＴＣ１１のアノードに接続され、エミッタが抵抗素子Ｒ１１を経由してトランジスタ群ＴＲ１０のベースに接続される。トランジスタＴＲ３は、エミッタからトランジスタ群ＴＲ１０のベースにバイアス電流を供給する。このはたらきを有するトランジスタは、一般にエミッタフォロアトランジスタとも称される。
ダイオードＴＣ１１は、アノードに抵抗素子Ｒ１３を経由してバイアス制御電圧Ｖｒｅｆが供給され、カソードがダイオードＴＣ１２のアノードに接続される。ダイオードＴＣ１２は、アノードがダイオードＴＣ１１のカソードに接続され、カソードが接地される。これにより、ダイオードＴＣ１１のアノードに所定レベルの電圧（例えば、２．６Ｖ程度）が生成される。
抵抗素子Ｒ１１は、一端がトランジスタＴＲ３のエミッタに接続され、他端がトランジスタ群ＴＲ１０のベースに接続される。抵抗素子Ｒ１２は、一端がトランジスタＴＲ３のベースに接続され、他端がダイオードＴＣ１１のアノードに接続される。抵抗素子Ｒ１３は、一端にバイアス制御電圧Ｖｒｅｆが供給され、他端がダイオードＴＣ１１のアノードに接続される。
なお、バイアス回路ＢＣ１中の各ノードとグランドとの間、及び各ノード間に、電圧を安定させるための容量を配置することも可能であるが、本図では省略している。ダイオードＴＣ１１及びＴＣ１２の温度が上昇すると、電圧Ｖｒｅｆからそれらに流れる電流が増え、抵抗Ｒ１３による電圧降下が増えて、トランジスタＴＲ３のベース電位が低下する。これによって温度上昇によるＴＲ３のコレクタ電流増加が抑制される。従って、電圧供給回路ＴＣ１は一般に温度補償回路とも称される。
（１−３−２）バイアス回路ＢＣ２
バイアス回路ＢＣ２は、後段（パワー段）の増幅器であるトランジスタ群ＴＲ２０のベースにバイアス電流を供給する。バイアス回路ＢＣ２は、例えば、トランジスタＴＲ５、電圧供給回路ＴＣ３（第３電圧供給回路）、及び抵抗素子Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３を含む。電圧供給回路ＴＣ３は、例えば、ダイオードＴＣ３１（第３ダイオード）及びＴＣ３２（第３ダイオード）を含む。
トランジスタＴＲ５（第５トランジスタ）は、コレクタに電圧Ｖｂａｔが供給され、ベースが抵抗素子Ｒ３２を経由してダイオードＴＣ３１のアノードに接続され、エミッタが抵抗素子Ｒ３１を経由してトランジスタ群ＴＲ２０のベースに接続される。トランジスタＴＲ５は、エミッタからトランジスタ群ＴＲ２０のベースにバイアス電流を供給する。
ダイオードＴＣ３１は、アノードに抵抗素子Ｒ３３を経由してバイアス制御電圧Ｖｒｅｆが供給され、カソードがダイオードＴＣ３２のアノードに接続される。ダイオードＴＣ３２は、アノードがダイオードＴＣ３１のカソードに接続され、カソードが接地される。これにより、ダイオードＴＣ３１のコレクタに所定レベルの電圧（例えば、２．６Ｖ程度）が生成される。
抵抗素子Ｒ３１は、一端がトランジスタＴＲ５のエミッタに接続され、他端がトランジスタ群ＴＲ２０のベースに接続される。抵抗素子Ｒ３２は、一端がトランジスタＴＲ５のベースに接続され、他端がダイオードＴＣ３１のアノードに接続される。抵抗素子Ｒ３３は、一端にバイアス制御電圧Ｖｒｅｆが供給され、他端がダイオードＴＣ３１のアノードに接続される。
なお、バイアス回路ＢＣ２中の各ノードとグランドとの間、及び各ノード間に、電圧を安定させるための容量を配置することも可能であるが、本図では省略している。ダイオードＴＣ３１及びＴＣ３２の温度が上昇すると、電圧Ｖｒｅｆからそれらに流れる電流が増え、抵抗Ｒ３３による電圧降下が増えて、トランジスタＴＲ５のベース電位が低下する。
（１−４）その他の構成
インダクタＬ１，Ｌ２はそれぞれ、一端に電源電圧Ｖｃｃが供給され、他端がトランジスタ群ＴＲ１０、ＴＲ２０のコレクタに接続される。インダクタＬ１，Ｌ２は、それぞれ、交流成分が電源電圧Ｖｃｃ側に漏出することを抑制するためのチョークインダクタである。
整合回路ＩＭ１は、前段に設けられる回路（不図示）とトランジスタ群ＴＲ１０のインピーダンスを整合させる。整合回路ＩＭ２は、トランジスタ群ＴＲ１０とトランジスタ群ＴＲ２０とのインピーダンスを整合させる。整合回路ＩＭ２は、トランジスタ群ＴＲ２０と後段に設けられる回路（不図示）とのインピーダンスを整合させる。
キャパシタＣ１，Ｃ２はそれぞれ、トランジスタ群ＴＲ１０、ＴＲ２０の入力に設けられる。キャパシタＣ１，Ｃ２は、ＲＦ信号に含まれる直流成分を遮断し、交流成分を通過させるカップリングコンデンサである。
（２）各部の位置関係
次に、図２〜４を用いて、第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａが備える各部の位置関係について説明する。
図２は、第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａのレイアウトの一例を示す図である。なお、図２に示す図は概略であり、電力増幅器１００Ａの全ての構成を示しているものではない。また、図３は、第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。なお、図３に示す図は模式図であり、電力増幅器１００Ａの各部の配置を正確に示すものではない。
トランジスタ群ＴＲ１０及びＴＲ２０はそれぞれ、複数の単位トランジスタから構成されている。ここで、単位トランジスタとは、トランジスタを構成する最小限の構成をいう。図３において「ＴＲ１」と表記された矩形のブロックは、トランジスタ群ＴＲ１０を構成する単位トランジスタであり、「ＴＲ２」と表記された矩形のブロックは、トランジスタ群ＴＲ２０を構成する単位トランジスタである。
図２及び３に示すとおり、トランジスタＴＲ３は、トランジスタ群ＴＲ１０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されている。より具体的には、トランジスタＴＲ３は、トランジスタ群ＴＲ１０の間に（平面図視において、トランジスタ群ＴＲ１０を構成する複数の単位トランジスタＴＲ１のうちの２つの間に）配置されている。また、トランジスタＴＲ３とトランジスタ群ＴＲ１０との最小距離は、電圧供給回路ＴＣ１とトランジスタ群ＴＲ１０との最小距離より小さい。
また、図２及び３に示すとおり、トランジスタＴＲ５は、トランジスタ群ＴＲ２０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されている。より具体的には、トランジスタＴＲ５は、トランジスタ群ＴＲ２０の間に（平面図視において、トランジスタ群ＴＲ２０を構成する複数の単位トランジスタＴＲ２のうちの２つの間に）配置されている。また、トランジスタＴＲ５とトランジスタ群ＴＲ２０との最小距離は、電圧供給回路ＴＣ２とトランジスタ群ＴＲ２０との最小距離より小さい。
ここで、「介在させることなく配置」の具体例について説明する。以下では、トランジスタ群ＴＲ１０及びトランジスタＴＲ３の場合を例に「介在させることなく配置」について説明するが、トランジスタ群ＴＲ１０及びトランジスタＴＲ３を他の素子に置き換えても同様の説明が成りたつ。
図４Ａは、トランジスタＴＲ３がトランジスタ群ＴＲ１０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されている場合の一例を示す図である。図４Ａの点線は、トランジスタ群ＴＲ１０とトランジスタＴＲ３とを最短距離で結ぶ線Ｌ（以下、「最短線Ｌ」という。）を表している。
図４Ａに示すとおり、最短線Ｌ上には、他の電子素子ＥＣは接触していない。このとき、トランジスタＴＲ３は、トランジスタ群ＴＲ１０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されているといえる。反対に、最短線Ｌ上に他の電子素子ＥＣが少しでも接触している場合、トランジスタＴＲ３は、トランジスタ群ＴＲ１０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されていないといえる。
図４Ｂは、トランジスタＴＲ３がトランジスタ群ＴＲ１０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されている場合の他の一例を示す図である。上述した図４Ａは、トランジスタ群ＴＲ１０及びトランジスタＴＲ３の位置関係によって、最短線Ｌが一本の直線に定まる例である。一方、図４Ｂには、トランジスタ群ＴＲ１０及びトランジスタＴＲ３の位置関係によって、最短線Ｌが一本の直線には定まらず、最短線Ｌの集合がある面（以下、「最短面Ｓ」という。）を構成する例である。
図４Ｂの点線で囲まれた斜線矩形領域は、最短線Ｌの集合が構成する最短面Ｓを表している。図４Ｂに示すとおり、最短面Ｓ上には、他の電子素子ＥＣは接触していない。このとき、トランジスタＴＲ３は、トランジスタ群ＴＲ１０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されているといえる。反対に、最短面Ｓ上に他の電子素子ＥＣが少しでも接触している場合、トランジスタＴＲ３は、トランジスタ群ＴＲ１０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されていないといえる。
電圧供給回路（温度補償回路）は，上述した電圧供給回路ＴＣ１の形式以外にも、図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃ、及び図１９Ｄ等に示す形式が知られており、これらを電圧供給回路ＴＣ１、ＴＣ３の代わりに用いることもできる。図１９Ａ〜図１９Ｄでは、回路中の各ノードとグランドとの間、及び各ノード間に、電圧を安定させるための容量を配置することも可能であるが省略している。また、各ノードとグランドとの間、及び各ノード間に、電圧変化を調整するための抵抗を配置することも可能であるが、必須の場合を除いて省略している。
図１９Ａに示す電圧供給回路（温度補償回路）は、上述した電圧供給回路ＴＣ１が備えるダイオードＴＣ１１及びＴＣ１２の代わりに、トランジスタＴＣ５１及びＴＣ５２（第１１トランジスタ）を備える。トランジスタＴＣ５１及びＴＣ５２は、コレクタとベースを接続する構成であり、ダイオード接続されている。
図１９Ｂ、図１９Ｃに示す電圧供給回路（温度補償回路）では、増幅段の自己発熱によってトランジスタＴＣ６１又はＴＣ７１の温度が上昇すると、電圧ＶｒｅｆからトランジスタＴＣ６１又はＴＣ７１に流れる電流が増え、抵抗素子Ｒ６１又は抵抗素子Ｒ７１、Ｒ７２による電圧降下が増えて、エミッタフォロアトランジスタＴＲ３のベース電位が低下する。
図１９Ｄに示す電圧供給回路（温度補償回路）では、増幅段の自己発熱によってトランジスタＴＣ８１の温度が上昇すると、トランジスタＴＣ８３のベース電位が低下し、それによってエミッタフォロアトランジスタＴＲ３のベースに接続されたダイオードのアノードとカソードの電位が低下することにより、エミッタフォロアトランジスタＴＲ３のベース電位が低下する。
電圧供給回路（温度補償回路）は、上記が全てではなく、温度上昇によってエミッタフォロアトランジスタのベースに印加する電圧が低下する電圧供給回路であれば、適用できる可能性がある。
（３）効果
図５及び６を用いて第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａの効果を説明する。
図５は、ドライバ段の出力電力Ｐｄｏｕｔ（ｄＢｍ）とコレクタ電流Ｉｃｄ（Ａ）との関係を示す図である。図５において、符号１００Ａは第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａを示し、符号１０００はドライバ段とバイアス回路とが熱的に結合していない電力増幅器１０００を示し、符号１００１はドライバ段とバイアス回路の電圧供給回路（温度補償回路）とが熱的に結合している電力増幅器１００１を示す。
ドライバ段の出力電力Ｐｄｏｕｔが増加すると、ドライバ段のコレクタ電流Ｉｃｄは増加する。これは、コレクタ電圧振幅の拡大によるバイアス電圧の増加と、自己発熱によるドライバ段及びバイアス回路のエミッタフォロアトランジスタの温度上昇の２つの要因による。
電力増幅器１００１の場合は、バイアス回路の温度補償回路ダイオードとドライバ段が熱的に結合しているため、温度補償回路のバイアス回路電流、すなわちドライバ段コレクタ電流Ｉｃｄを抑制する効果が強まる。よって、バイアス回路とドライバ段とが熱的に結合していない電力増幅器１０００と比較して、出力電力Ｐｄｏｕｔ増加に伴うコレクタ電流Ｉｃｄの増加は小さくなる。
一方、第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａでは、上述したとおり、ドライバ段バイアス回路のエミッタフォロアトランジスタＴＲ３とドライバ段のトランジスタ群ＴＲ１０とが熱的に結合している。出力電力Ｐｄｏｕｔの増加に伴いトランジスタ群ＴＲ１０の自己発熱により温度が上昇すると、トランジスタＴＲ３の温度も上昇する。その結果、コレクタ電流Ｉｃｄの増加を促進する効果が生じるため、バイアス回路とドライバ段とが熱的に結合していない電力増幅器１０００と比較して、出力電力Ｐｄｏｕｔ増加に伴うコレクタ電流Ｉｃｄの増加は大きくなる。
図６は、パワー段の出力電力Ｐｏｕｔ（ｄＢｍ）と、ドライバ段及びパワー段の合計の利得（ｄＢ）との関係を示す図である。図６において、符号１００Ａは第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａを示し、符号１０００はドライバ段とバイアス回路とが熱的に結合していない電力増幅器１０００を示し、符号１００１はドライバ段とバイアス回路の電圧供給回路（温度補償回路）とが熱的に結合している電力増幅器１００１を示す。
一般に、自己発熱によるトランジスタ自体の電流駆動能力低下の効果が顕著になる場合を除いて、トランジスタの利得はコレクタ電流が増加するほど増加する。そのため、図５においてドライバ段のコレクタ電流Ｉｃｄが大きいほど、図６においてドライバ段及びパワー段の合計の利得の上昇の度合いが大きくなっている。そして、電力増幅器１００Ａは、電力増幅器１０００及び１００１と比較して、高出力における利得の低下の度合いが小さい。
［第２実施形態］
第２実施形態では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図７は、第２実施形態に係る電力増幅器１００Ｂのレイアウトの一例を示す図である。図８は、第２実施形態に係る電力増幅器１００Ｂを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。なお、図７に示す図は概略であり、電力増幅器１００Ｂの全ての構成を示しているものではない。また、図８に示す図は模式図であり、電力増幅器１００Ｂの各部の配置を正確に示すものではない。
図７及び８に示すとおり、トランジスタＴＲ３は、トランジスタ群ＴＲ２０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されている。より具体的には、トランジスタＴＲ３は、トランジスタ群ＴＲ２０の間に（平面図視において、トランジスタ群ＴＲ２０を構成する単位トランジスタＴＲ２によって挟まれた領域に）配置されている。また、トランジスタＴＲ３とトランジスタ群ＴＲ２０との最小距離は、電圧供給回路ＴＣ１とトランジスタ群ＴＲ２０との最小距離より小さい。
図９は、ドライバ段の出力電力Ｐｄｏｕｔ（ｄＢｍ）とコレクタ電流Ｉｃｄ（Ａ）との関係を示す図である。図９は、図５に示した図に、第２実施形態に係る電力増幅器１００Ｂを加えた図である。また、図１０は、パワー段の出力電力Ｐｏｕｔ（ｄＢｍ）と、ドライバ段及びパワー段の合計の利得（ｄＢ）との関係を示す図である。図１０は、図６に示したグラフに、第２実施形態に係る電力増幅器１００Ｂを加えた図である。
図９及び１０において、符号１００Ａは第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａを、符号１０００は電力増幅器１０００を、符号１００１は電力増幅器１００１を、符号１００Ｂは第２実施形態に係る電力増幅器１００Ｂをそれぞれ示す。
上述のとおり、第２実施形態に係る電力増幅器１００Ｂでは、ドライバ段バイアス回路のエミッタフォロア回路トランジスタＴＲ３とパワー段のトランジスタ群ＴＲ２０とが熱的に結合している。出力増加に伴うトランジスタ群ＴＲ２０の自己発熱による温度上昇は、ドライバ段のトランジスタ群ＴＲ１０よりも大きい。そのため、トランジスタ群ＴＲ２０と熱的に結合したトランジスタＴＲ３の温度上昇も、第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａの場合と比較してより大きくなる。その結果、図９に示すとおり、コレクタ電流Ｉｃｄもより大きく増加し、出力電力Ｐｄｏｕｔ増加に伴うコレクタ電流Ｉｃｄの増加の度合いがさらに大きくなっている。また、図１０に示すとおり、高出力における利得の低下の度合いがさらに小さくなっている。
パワー段バイアス回路のエミッタフォロア回路トランジスタＴＲ５をパワー段のトランジスタ群ＴＲ２０に熱結合させることによっても、高出力での利得の低下を改善する効果はある。しかし、電力増幅器１００Ｂのドライバ段のエミッタフォロア回路トランジスタＴＲ３をパワー段のトランジスタ群ＴＲ２０に熱結合させる場合と比較して効果が小さい。先に述べたように、高出力において増幅段のコレクタ電流、すなわち利得を上昇させる要因として、自己発熱による増幅段トランジスタ、エミッタフォロアトランジスタの温度上昇と、ＲＦ信号の電圧振幅拡大によるバイアス電圧の増加の２つがある。ドライバ段ではその２つの要因は共に小さく、パワー段では共に大きくなっている。２つの要因は、お互いに効果を相殺する。すなわち、電圧振幅拡大によるバイアス電圧の増加で利得が大きくなっている場合には、自己発熱による温度上昇があったとしてもそれによる更なる利得増加は少ない。従って、パワー段にパワー段のエミッタフォロア回路トランジスタを熱結合させてもそれによる利得増加は少ない。電力増幅回器１００Ｂの場合のように、ＲＦ信号の電圧振幅拡大によるバイアス電圧の増加が小さいドライバ段のエミッタフォロア回路のトランジスタを自己発熱による温度上昇の大きいパワー段に熱結合させることにより、最も効果的に利得を増加させることができる。
［第３実施形態］
第３実施形態では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図１１は、第３実施形態に係る電力増幅器１００Ｃのレイアウトの一例を示す図である。なお、図１１に示す図は概略であり、電力増幅器１００Ｃの全ての構成を示しているものではない。また、図１２は、第３実施形態に係る電力増幅器１００Ｃを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。なお、図１２に示す図は模式図であり、電力増幅器１００Ｃの各部の配置を正確に示すものではない。
図１１及び１２に示すとおり、第３実施形態に係る電力増幅器１００Ｃでは、トランジスタＴＲ３は、トランジスタ群ＴＲ２０に隣接して（平面図視において、トランジスタ群ＴＲ２０を構成する複数の単位トランジスタＴＲ２を配列した領域に隣接して）配置されている。
［第４実施形態］
第４実施形態では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図１３は、第４実施形態に係る電力増幅器１００Ｄを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。なお、図１３に示す図は模式図であり、電力増幅器１００Ｄの各部の配置を正確に示すものではない。
図１３に示すとおり、トランジスタＴＲ３は、トランジスタ群ＴＲ２０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されている。より具体的には、トランジスタＴＲ３は、トランジスタＴＲ２の間に（平面図視において、トランジスタ群ＴＲ２０を構成する複数の単位トランジスタＴＲ２のうちの２つによって挟まれた領域に）配置されている。
更に、電圧供給回路ＴＣ３は、トランジスタ群ＴＲ２０との間に他の電子素子を介在させることなく配置されている。より具体的には、電圧供給回路ＴＣ３は、トランジスタ群ＴＲ２０の間に（平面図視において、トランジスタ群ＴＲ２０を構成する複数の単位トランジスタＴＲ２のうちの２つによって挟まれた領域に）配置されている。
電力増幅器１００Ｄの出力が増加すると、トランジスタ群ＴＲ２０の温度が自己発熱により上昇する。その熱がトランジスタ群ＴＲ２０の近傍に配置されたトランジスタＴＲ３及び電圧供給回路ＴＣ３に伝わり、それらの温度も上昇する。トランジスタＴＲ３の温度上昇の結果、ドライバ段のコレクタ電流が増加し、その利得も増加する。これにより、出力増加に伴う電力増幅器の利得の低下が補償される。
一方、電圧供給回路ＴＣ３の温度上昇の結果、パワー段のコレクタ電流が減少しその利得が低下する。しかしながら、上述したとおり、バイアス回路のパワー段への熱的結合の有無による利得の増減は、ドライバ段の場合よりも小さい。したがって、この場合の利得の低下は、ドライバ段の利得の増加より小さく、電力増幅器全体として利得は増加する。
一方、電圧供給回路ＴＣ３の温度上昇によるパワー段のコレクタ電流の抑制により、パワー段が熱暴走して破壊することが防止される。すなわち、第４実施形態に係る電力増幅器１００Ｄによると、熱暴走による破壊を防止しながら、高出力での利得の低下を抑制することが可能となる。
［第５実施形態］
第５実施形態では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図１４は、第５実施形態に係る電力増幅器１００Ｅの構成の概要を示す図である。図１４に示すとおり、電力増幅器１００Ｅは、制御回路２００と、ベースバンドＩＣ３００とを更に備える。また、図１４に示すとおり、電力増幅器１００Ｅのバイアス回路ＢＣ１は、トランジスタ群ＴＲ１０へのバイアス電流の供給経路を２系統含む。電力増幅器１００Ｅは、例えば、高出力の場合にＥＴ（Ｅｎｖｅｌｏｐｅ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）モードで動作し、低出力の場合にＡＰＴ（Ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ）モードで動作する。
バイアス回路ＢＣ１は、電力増幅器１００Ａが備える構成に加えて、トランジスタＴＲ４と、電圧供給回路ＴＣ２（第２電圧供給回路）と、抵抗素子Ｒ２１、２２、２３とを更に含む。電圧供給回路ＴＣ２は、ダイオードＴＣ２１（第２ダイオード）及びＴＣ２２（第２ダイオード）を含む。
トランジスタＴＲ４（第４トランジスタ）は、コレクタに電圧Ｖｂａｔが供給され、ベースが抵抗素子Ｒ２２を経由してダイオードＴＣ２１のアノードに接続され、エミッタが抵抗素子Ｒ２１を経由してトランジスタ群ＴＲ１０のベースに接続される。トランジスタＴＲ４は、エミッタからトランジスタ群ＴＲ１０のベースにバイアス電流を供給する。
ダイオードＴＣ２１は、カソードがダイオードＴＣ２２のアノードに接続される。ダイオードＴＣ２２は、アノードがダイオードＴＣ２１のカソードに接続され、カソードが接地される。これにより、ダイオードＴＣ２１のアノードに所定レベルの電圧（例えば、２．６Ｖ程度）が生成される。
抵抗素子Ｒ２１は、一端がトランジスタＴＲ４のエミッタに接続され、他端がトランジスタ群ＴＲ１０のベースに接続される。抵抗素子Ｒ２２は、一端がトランジスタＴＲ４のベースに接続され、他端がダイオードＴＣ２１のアノードに接続される。抵抗素子Ｒ２３は、一端にバイアス制御電圧Ｖｒｅｆが供給され、他端がダイオードＴＣ２１のアノードに接続される。
図１４に示すとおり、電力増幅器１００Ｅでは、ダイオードＴＣ１１のアノードには抵抗素子１３を経由して、ダイオードＴＣ２１のアノードには抵抗素子Ｒ２３を経由して、それぞれ制御回路２００から制御信号が供給される。制御回路２００には、ベースバンドＩＣ３００から動作情報を示す信号が供給される。
図１５は、電力増幅器１００Ｅを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。なお、図１５に示す図は模式図であり、電力増幅器１００Ｅの各部の配置を正確に示すものではない。
図１５に示すとおり、第１系統についてはトランジスタＴＲ３がトランジスタ群ＴＲ１０と熱的に結合し、第２系統については電圧供給回路ＴＣ２がトランジスタ群ＴＲ１０に熱的に結合している。また、第１系統のバラスト抵抗である抵抗素子Ｒ１１と第２系統のバラスト抵抗である抵抗素子Ｒ２１は異なる値に設定されている。それぞれのエミッタフォロア回路のバイアス制御電圧Ｖｒｅｆに相当する端子は、制御回路に接続されており、ベースバンドＩＣからの動作モード情報に基づいて、一方にＨｉｇｈ、もう一方にＬｏｗの電位が供給される。
ＥＴモードで動作する場合は、トランジスタＴＲ３にＨｉｇｈ電位が供給されて活性化し、トランジスタＴＲ４にＬｏｗ電位が供給されて非活性化する。トランジスタＴＲ３をトランジスタ群ＴＲ１０と熱的に結合させた第１系統のエミッタフォロア回路が活性化することにより、電力増幅器１００Ｅは、上述した第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａと同様の効果を有する。
一方、ＡＰＴモードで動作する場合は、トランジスタＴＲ３にＬｏｗ電位が供給されて非活性化し、トランジスタＴＲ４にＨｉｇｈ電位が供給されて活性化する。電圧供給回路ＴＣ２をトランジスタ群ＴＲ１０と熱的に結合させた第２系統のエミッタフォロア回路が活性化することにより、環境温度の上昇や自己発熱により増幅段のトランジスタの温度が上昇した場合に、ドライバ段に流れるバイアス電流の増加が抑制され、温度変化による電力増幅器の性能変化を抑制する従来技術と同様な効果を有する。すなわち、動作モードによって活性化するエミッタフォロア回路を切り換えることにより、それぞれのモードで必要な効果を得ることができる。電圧供給回路ＴＣ２のドライバ段への熱的結合は、ＡＰＴモードを適用する出力の設計の仕方や電圧供給回路ＴＣ２の回路の種類によっては、必ずしも必要ではない。
エミッタフォロア回路の系統は、２系統に限らず、３系統以上であってもよい。系統毎にバラスト抵抗の抵抗値を異なるように設定してもよい。また、増幅段と熱的に結合していない系統が含まれていてもよい。それらは、電力増幅器の動作モードや出力モードをさらに細かく切り分ける場合に用いられ、それぞれのモードに最適な設計がなされている。
［第６実施形態］
第６実施形態では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図１６は、第６実施形態に係る電力増幅器１００Ｆの構成の概要を示す図である。図１６に示すとおり、電力増幅器１００Ｆは、制御回路２０１と、ベースバンドＩＣ３０１とを更に備える。また、図１６に示すとおり、電力増幅器１００Ｆのバイアス回路ＢＣ２は、トランジスタ群ＴＲ２０へのバイアス電流の供給経路を２系統含む。電力増幅器１００Ｆは、例えば、高出力の場合にＥＴ（Ｅｎｖｅｌｏｐｅ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）モードで動作し、低出力の場合にＡＰＴ（Ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ）モードで動作する。
バイアス回路ＢＣ２は、電力増幅器１００Ａが備える構成に加えて、トランジスタＴＲ６と、電圧供給回路ＴＣ４（第４電圧供給回路）と、抵抗素子Ｒ４１、４２、４３とを更に含む。電圧供給回路ＴＣ４は、ダイオードＴＣ４１（第４ダイオード）及びＴＣ４２（第４ダイオード）を含む。
トランジスタＴＲ６（第６トランジスタ）は、コレクタに電圧Ｖｂａｔが供給され、ベースが抵抗素子Ｒ４２を経由してダイオードＴＣ４１のアノードに接続され、エミッタが抵抗素子Ｒ４１を経由してトランジスタ群ＴＲ２０のベースに接続される。トランジスタＴＲ６は、エミッタからトランジスタ群ＴＲ２０のベースにバイアス電流を供給する。
ダイオードＴＣ４１は、カソードがダイオードＴＣ４２のアノードに接続される。ダイオードＴＣ４２は、アノードがダイオードＴＣ４１のカソードに接続され、カソードが接地される。これにより、ダイオードＴＣ４１のアノードに所定レベルの電圧（例えば、２．６Ｖ程度）が生成される。
抵抗素子Ｒ４１は、一端がトランジスタＴＲ６のエミッタに接続され、他端がトランジスタ群ＴＲ２０のベースに接続される。抵抗素子Ｒ４２は、一端がトランジスタＴＲ６のベースに接続され、他端がダイオードＴＣ４１のアノードに接続される。抵抗素子Ｒ４３は、一端にバイアス制御電圧Ｖｒｅｆが供給され、他端がダイオードＴＣ４１のアノードに接続される。
図１６に示すとおり、電力増幅器１００Ｆでは、ダイオードＴＣ３１のアノードには抵抗素子３３を経由して、ダイオードＴＣ４１のアノードには抵抗素子Ｒ４３を経由して、それぞれ制御回路２０１から制御信号が供給される。制御回路２０１には、ベースバンドＩＣ３０１から動作情報を示す信号が供給される。
図１７は、電力増幅器１００Ｆを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。なお、図１７に示す図は模式図であり、電力増幅器１００Ｆの各部の配置を正確に示すものではない。
図１７に示すとおり、第１系統についてはトランジスタＴＲ５がトランジスタ群ＴＲ２０と熱的に結合し、第２系統については電圧供給回路ＴＣ４がトランジスタ群ＴＲ２０に熱的に結合している。また、第１系統のバラスト抵抗である抵抗素子Ｒ３１と第２系統のバラスト抵抗である抵抗素子Ｒ４１は異なる値に設定されている。それぞれのエミッタフォロア回路のバイアス制御電圧Ｖｒｅｆに相当する端子は、制御回路に接続されており、ベースバンドＩＣからの動作モード情報に基づいて、一方にＨｉｇｈ、もう一方にＬｏｗの電位が供給される。
ＥＴモードで動作する場合は、トランジスタＴＲ５にＨｉｇｈ電位が供給されて活性化し、トランジスタＴＲ６にＬｏｗ電位が供給されて非活性化する。トランジスタＴＲ５をトランジスタ群ＴＲ２０と熱的に結合させた第１系統のエミッタフォロア回路が活性化することにより、電力増幅器１００Ｆは、上述した第１実施形態に係る電力増幅器１００Ａと同様の効果を有する。
一方、ＡＰＴモードで動作する場合は、トランジスタＴＲ５にＬｏｗ電位が供給されて非活性化し、トランジスタＴＲ６にＨｉｇｈ電位が供給されて活性化する。電圧供給回路ＴＣ４をトランジスタ群ＴＲ２０と熱的に結合させた第２系統のエミッタフォロア回路が活性化することにより、環境温度の上昇や自己発熱により増幅段のトランジスタの温度が上昇した場合に、パワー段に流れるバイアス電流の増加が抑制され、温度変化による電力増幅器の性能変化を抑制する従来技術と同様な効果を有する。すなわち、動作モードによって活性化するエミッタフォロア回路を切り換えることにより、それぞれのモードで必要な効果を得ることができる。電圧供給回路ＴＣ４のパワー段への熱的結合は、ＡＰＴモードを適用する出力の設計の仕方や電圧供給回路ＴＣ４の回路の種類によっては、必ずしも必要ではない。
エミッタフォロア回路の系統は、２系統に限らず、３系統以上であってもよい。系統毎にバラスト抵抗の抵抗値を異なるように設定してもよい。また、増幅段と熱的に結合していない系統が含まれていてもよい。それらは、電力増幅器の動作モードや出力モードをさらに細かく切り分ける場合に用いられ、それぞれのモードに最適な設計がなされている。
［第７実施形態］
第７実施形態では第５実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。
第７実施形態に係る電力増幅器１００Ｇの回路構成は、図１４を用いて説明した第５実施形態に係る電力増幅器１００Ｅの回路構成と同様である。
図１８は、電力増幅器１００Ｇを構成する各ブロックの平面的な配置を模式的に示す図である。なお、図１８に示す図は模式図であり、電力増幅器１００Ｇの各部の配置を正確に示すものではない。
図１８に示すとおり、第１系統についてはトランジスタＴＲ３がトランジスタ群ＴＲ２０と熱的に結合し、第２系統については電圧供給回路ＴＣ２がトランジスタ群ＴＲ２０に熱的に結合している。
電力増幅器の出力が増加した場合、ドライバ段と比較してパワー段の方が自己発熱による温度上昇が大きい。その結果、図５及び６により説明した理由により、第７実施形態は第３実施形態と同様であるがより顕著な効果を有する。電圧供給回路ＴＣ２のパワー段への熱的結合は、ＡＰＴモードを適用する出力の設計に仕方や電圧供給回路ＴＣ２の種類によっては、必ずしも必要ではない。
エミッタフォロア回路の系統は、２系統に限らず、３系統以上であってもよい。系統毎にバラスト抵抗の抵抗値を異なるように設定してもよい。また、増幅段と熱的に結合していない系統が含まれていてもよい。それらは、電力増幅器の動作モードや出力モードをさらに細かく切り分ける場合に用いられ、それぞれのモードに最適な設計がなされている。
以上、本発明の様々な実施形態について説明した。本発明の一態様に係る電力増幅器は、無線周波数信号を増幅して出力する複数の単位トランジスタが並列に接続された第１トランジスタ群と、第１トランジスタ群の出力信号を増幅して出力する複数の単位トランジスタが並列に接続された第２トランジスタ群と、第１トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給する第３トランジスタと、少なくとも１つの第１ダイオード又は第１１トランジスタを含み、当該第１ダイオード又は第１１トランジスタの温度が高いほど第３トランジスタのベースに低い電圧を供給する第１電圧供給回路と、を備え、第３トランジスタは、第１トランジスタ群又は第２トランジスタ群との間に他の電子素子を介在させることなく配置され、且つ、第３トランジスタは、第３トランジスタと第１トランジスタ群との最小距離が第１電圧供給回路と第１トランジスタ群との最小距離より小さく、又は、第３トランジスタと第２トランジスタ群との最小距離が第１電圧供給回路と第２トランジスタ群との最小距離より小さくなるように配置される。
これにより、第３トランジスタは第１電圧供給回路よりも大きい度合いで増幅段の第１トランジスタ群又は第２トランジスタ群と熱的に結合でき、出力の上昇に伴う利得の低下を低減することが可能となる。
また、上述した電力増幅器では、第３トランジスタは、第１トランジスタ群又は第２トランジスタ群に隣接して配置されてもよい。
これにより、効果的に第３トランジスタは第１電圧供給回路よりも大きい度合いで増幅段の第１トランジスタ群又は第２トランジスタ群と熱的に結合でき、出力の上昇に伴う利得の低下を低減することが可能となる。
また、上述した電力増幅器では、第３トランジスタは、第１トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタのうちの２つの間又は第２トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタのうちの２つの間に配置されてもよい。
これにより、効果的に第３トランジスタは第１電圧供給回路よりも大きい度合いで増幅段の第１トランジスタ群又は第２トランジスタ群と熱的に結合でき、出力の上昇に伴う利得の低下を低減することが可能となる。
また、上述した電力増幅器では、第１トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給する第４トランジスタと、少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタを含み、当該第２ダイオード又は第２１トランジスタの温度が高いほど第４トランジスタのベースに低い電圧を供給する第２電圧供給回路と、を更に備え、第３トランジスタ及び第４トランジスタは、電力増幅器の動作モードに応じて選択的にいずれか一方のみが第１トランジスタのベースにバイアス電流を供給する。
これにより、電力増幅器の動作モードに適したバイアス電流をドライバ段のトランジスタ（第１トランジスタ）に供給することが可能となる。
また、上述した電力増幅器では、少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタは、第１トランジスタ群又は第２トランジスタ群との間に他の電子素子を介在させることなく配置され、且つ、少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタは、少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタと第１トランジスタ群との最小距離が第４トランジスタと第１トランジスタ群との最小距離より小さく、又は、少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタと第２トランジスタ群との距離が第４トランジスタと第２トランジスタ群との距離より小さくなるように配置される。
これにより、電力増幅器の動作モードに応じて、活性化するエミッタフォロア回路を切り替え、動作モードに適した熱的結合の系統を選択することができる。
また、上述した電力増幅器では、少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタは、第１トランジスタ群又は第２トランジスタ群に隣接して配置される。
これにより、電力増幅器の動作モードに応じて、活性化するエミッタフォロア回路を切り替え、動作モードに適した熱的結合の系統を選択することができる。
また、上述した電力増幅器では、少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタは、第１トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタうちの２つの間又は第２トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタうちの２つの間に配置される。
これにより、電力増幅器の動作モードに応じて、活性化するエミッタフォロア回路を切り替え、動作モードに適した熱的結合の系統を選択することができる。
また、本発明の他の一態様に係る電力増幅器は、無線周波数信号を増幅して出力する第１トランジスタ群と、第１トランジスタ群の出力信号を増幅して出力する第２トランジスタ群と、第２トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給する第５トランジスタと、少なくとも１つの第３ダイオード又は第３１トランジスタを含み、当該第３ダイオード又は第３１トランジスタの温度が高いほど第５トランジスタのベースに低い電圧を供給する第３電圧供給回路と、を備え、第５トランジスタは、第２トランジスタ群との間に他の電子素子を介在させることなく配置され、且つ、第５トランジスタは、第５トランジスタと第２トランジスタ群との最小距離が第３電圧供給回路と第２トランジスタ群との最小距離より小さくなるように配置される。
これにより、第５トランジスタは第３電圧供給回路よりも大きい度合いで増幅段のうち後段（パワー段）の第２トランジスタ群と熱的に結合でき、出力の上昇に伴う利得の低下をより効果的に低減することが可能となる。
また、上述した電力増幅器では、第５トランジスタは、第２トランジスタ群に隣接して配置されてもよい。
これにより、出力の上昇に伴う利得の低下をより効果的に低減することが可能となる。
また、上述した電力増幅器では、第５トランジスタは、第２トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタの間に配置されてもよい。
これにより、出力の上昇に伴う利得の低下をより効果的に低減することが可能となる。
また、上述した電力増幅器では、第２トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給する第６トランジスタと、少なくとも１つの第４ダイオード又は第４１トランジスタを含み、当該第４ダイオード又は第４１トランジスタの温度が高いほど第６トランジスタのベースに低い電圧を供給する第４電圧供給回路と、を更に備え、第５トランジスタ及び第６トランジスタは、電力増幅器の動作モードに応じて選択的にいずれか一方のみが第２トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給してもよい。
これにより、電力増幅器の動作モードに適したバイアス電流をパワー段のトランジスタ（第２トランジスタ）に供給することが可能となる。
また、上述した電力増幅器では、少なくとも１つの第４ダイオード又は第４１トランジスタは、第２トランジスタ群との間に他の電子素子を介在させることなく配置され、且つ、少なくとも１つの第４ダイオード又は第４１トランジスタは、少なくとも１つの第４ダイオード又は第４１トランジスタと第２トランジスタ群との最小距離が第６トランジスタと第２トランジスタとの最小距離よりも小さくなるように配置されてもよい。
これにより、電力増幅器の動作モードに応じて、活性化するエミッタフォロア回路を切り替え、動作モードに適した熱的結合の系統を選択することができる。
また、上述した電力増幅器では、少なくとも１つの第４ダイオード又は第４１トランジスタは、第２トランジスタ群に隣接して配置されてもよい。
これにより、電力増幅器の動作モードに応じて、活性化するエミッタフォロア回路を切り替え、動作モードに適した熱的結合の系統を選択することができる。
また、上述した電力増幅器では、少なくとも１つの第４ダイオード又は第４１トランジスタは、第２トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタのうちの２つの間に配置されてもよい。
これにより、電力増幅器の動作モードに応じて、活性化するエミッタフォロア回路を切り替え、動作モードに適した熱的結合の系統を選択することができる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
１００Ａ〜Ｇ、１０００、１００１…電力増幅器、ＴＲ１０、
ＴＲ２０…トランジスタ群、ＴＲ１〜６、ＴＣ１１、ＴＣ１２、ＴＣ２１、ＴＣ２２、ＴＣ３１、ＴＣ３２、ＴＣ４１、ＴＣ４２、ＴＣ５１、ＴＣ５２、ＴＣ６１、ＴＣ７１、７２、ＴＣ８１〜８３…トランジスタ、Ｒ１１〜１３、Ｒ２１〜２３、Ｒ３１〜３３、Ｒ４１〜４３、Ｒ６１、Ｒ７１〜７３、Ｒ８１〜８４…抵抗素子、Ｃ１、Ｃ２…キャパシタ、ＢＣ１、ＢＣ２…バイアス回路、ＴＣ１〜４…電圧供給回路、ＩＭ１〜３…整合回路、Ｌ１、Ｌ２…インダクタ

Claims (14)

  1. 無線周波数信号を増幅して出力する複数の単位トランジスタが並列に接続された第１トランジスタ群と、
    前記第１トランジスタ群の出力信号を増幅して出力する複数の単位トランジスタが並列に接続された第２トランジスタ群と、
    前記第１トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給する第３トランジスタと、
    少なくとも１つの第１ダイオード又は第１１トランジスタを含み、当該第１ダイオード又は第１１トランジスタの温度が高いほど前記第３トランジスタのベースに低い電圧を供給する第１電圧供給回路と、を備え、
    前記第３トランジスタは、前記第１トランジスタ群又は前記第２トランジスタ群との間に他の電子素子を介在させることなく配置され、且つ、
    前記第３トランジスタは、前記第３トランジスタと前記第１トランジスタ群との最小距離が前記第１電圧供給回路と前記第１トランジスタ群との最小距離より小さく、又は、前記第３トランジスタと前記第２トランジスタ群との最小距離が前記第１電圧供給回路と前記第２トランジスタ群との最小距離より小さくなるように配置される、電力増幅器。
  2. 請求項１に記載の電力増幅器であって、
    前記第３トランジスタは、前記第１トランジスタ群又は前記第２トランジスタ群に隣接して配置される。
  3. 請求項１に記載の電力増幅器であって、
    前記第３トランジスタは、前記第１トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタの間に、又は前記第２トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタの間に配置される。
  4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の電力増幅器であって、
    前記第１トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給する第４トランジスタと、
    少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタを含み、当該第２ダイオード又は第２１トランジスタの温度が高いほど前記第４トランジスタのベースに低い電圧を供給する第２電圧供給回路と、を更に備え、
    前記第３トランジスタ及び前記第４トランジスタは、前記電力増幅器の動作モードに応じて選択的にいずれか一方のみが前記第１トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給する。
  5. 請求項４に記載の電力増幅器であって、
    前記少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタは、前記第１トランジスタ群又は前記第２トランジスタ群との間に他の電子素子を介在させることなく配置され、且つ、
    前記少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタと前記第１トランジスタ群との最小距離が前記第４トランジスタと前記第１トランジスタ群との最小距離より小さく、又は、前記少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタと前記第２トランジスタ群との最小距離が前記第４トランジスタと前記第２トランジスタ群との最小距離より小さくなるように配置される。
  6. 請求項５に記載の電力増幅器であって、
    前記少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタは、前記第１トランジスタ群又は前記第２トランジスタ群に隣接して配置される。
  7. 請求項５に記載の電力増幅器であって、
    前記少なくとも１つの第２ダイオード又は第２１トランジスタは、前記第１トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタの間に、又は前記第２トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタの間に配置される。
  8. 無線周波数信号を増幅して出力する第１トランジスタ群と、
    前記第１トランジスタ群の出力信号を増幅して出力する第２トランジスタ群と、
    前記第２トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給する第５トランジスタと、
    少なくとも１つの第３ダイオード又は第３１トランジスタを含み、当該第３ダイオード又は第３１トランジスタの温度が高いほど前記第５トランジスタのベースに低い電圧を供給する第３電圧供給回路と、を備え、
    前記第５トランジスタは、前記第２トランジスタ群との間に他の電子素子を介在させることなく配置され、且つ、
    前記第５トランジスタは、前記第５トランジスタと前記第２トランジスタ群との最小距離が前記第３電圧供給回路と前記第２トランジスタ群との最小距離より小さくなるように配置される、電力増幅器。
  9. 請求項８に記載の電力増幅器であって、
    前記第５トランジスタは、前記第２トランジスタ群に隣接して配置される。
  10. 請求項８に記載の電力増幅器であって、
    前記第５トランジスタは、前記第２トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタの間に配置される。
  11. 請求項８から１０のいずれか一項に記載の電力増幅器であって、
    前記第２トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給する第６トランジスタと、
    少なくとも１つの第４ダイオード又は第４１トランジスタを含み、当該第４ダイオード又は第４１トランジスタの温度が高いほど前記第６トランジスタのベースに低い電圧を供給する第４電圧供給回路と、を更に備え、
    前記第５トランジスタ及び前記第６トランジスタは、前記電力増幅器の動作モードに応じて選択的にいずれか一方のみが前記第２トランジスタ群のベースにバイアス電流を供給する。
  12. 請求項１１に記載の電力増幅器であって、
    前記少なくとも１つの第４ダイオード又は第４１トランジスタは、前記第２トランジスタ群との間に他の電子素子を介在させることなく配置され、且つ、
    前記少なくとも１つの第４ダイオード又は第４１トランジスタと前記第２トランジスタ群との最小距離が前記第６トランジスタと前記第２トランジスタとの最小距離よりも小さくなるように配置される。
  13. 請求項１２に記載の電力増幅器であって、
    前記少なくとも１つの第４ダイオード又は第４１トランジスタは、前記第２トランジスタ群に隣接して配置される。
  14. 請求項１２に記載の電力増幅器であって、
    前記少なくとも１つの第４ダイオード又は第４１トランジスタは、前記第２トランジスタ群を構成する複数の単位トランジスタの間に配置される。
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