JP2023150803A - 電力増幅回路 - Google Patents

Abstract

【課題】増幅器の破壊を抑制することが可能な電力増幅回路を提供する。【解決手段】電力増幅回路は、電圧供給源から供給される第１電圧によって動作し、第１信号を増幅して増幅信号を出力する第１増幅器と、バイアス制御電流が供給されるベース又はゲートと、第１抵抗素子を通じて前記第１増幅器にバイアスを供給するエミッタ又はソースと、を有するバイアス用トランジスタと、前記増幅信号と前記第１電圧に基づく第２信号とに基づいて前記バイアス制御電流の一部を接地に流す保護回路と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電力増幅回路に関する。

ドライバアンプとパワーアンプとを備える構成において、ドライバアンプから出力される信号の電圧に応じてドライバアンプのバイアスを制御する無線機がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４―９０２９９号公報

特許文献１に記載の無線機では、ドライバアンプからパワーアンプへの入力電力のモニタ値、或いは、パワーアンプの出力電力のモニタ値に基づいてパワーアンプのゲイン変動の有無が判定される。具体的には、パワーアンプへの入力電力のモニタ値に基づいてパワーアンプのゲイン変動が有ることが判定された場合、ドライバアンプのバイアス電圧を制御するドライバ制御部に、パワーアンプの出力電力のモニタ値を出力してドライバアンプのバイアス電圧の制御を実行する。一方、パワーアンプへの入力電力のモニタ値に基づいてパワーアンプのゲイン変動が無いと判定された場合には、パワーアンプの出力電力のモニタ値に基づいて、パワーアンプのゲイン変動の有無が判定される。パワーアンプのゲイン変動が有ることが判定された場合には、パワーアンプのバイアス電圧が制御される。

しかしながら、例えば、ドライバアンプの駆動電圧が変動したときに、ドライバアンプの出力電力も変動する。特許文献１に記載の無線機では、ドライバアンプの出力電力が過大になった場合、ドライバアンプ又はパワーアンプが破壊されることがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、増幅器の破壊を抑制することが可能な電力増幅回路を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る電力増幅回路は、電圧供給源から供給される第１電圧によって動作し、第１信号を増幅して増幅信号を出力する第１増幅器と、バイアス制御電流が供給されるベース又はゲートと、第１抵抗素子を通じて前記第１増幅器にバイアスを供給するエミッタ又はソースと、を有するバイアス用トランジスタと、前記増幅信号と前記第１電圧に基づく第２信号とに基づいて前記バイアス制御電流の一部を接地に流す保護回路と、を備える。

また、本発明の他の一側面に係る電力増幅回路は、負荷に電力を供給する第１増幅器と、バイアス制御電流が供給されるベース又はゲートと、第１抵抗素子を通じて前記第１増幅器にバイアスを供給するエミッタ又はソースと、を有するバイアス用トランジスタと、前記負荷の変化に基づく第３信号に基づいて前記バイアス制御電流の一部を接地に流す保護回路と、を備える。

本発明によれば、増幅器の破壊を抑制することが可能な電力増幅回路を提供することが可能となる。

図１は、電力増幅回路１０１の回路図である。 図２は、電圧レベルシフト回路３０１の一例である電圧レベルシフト回路３０１ａの回路図である。 図３は、電圧レベルシフト回路３０１の一例である電圧レベルシフト回路３０１ｂの回路図である。 図４は、電圧レベルシフト回路３０１の一例である電圧レベルシフト回路３０１ｃの回路図である。 図５は、増幅信号ＲＦ１のＲＦ振幅が小さい場合におけるトランジスタ２５１のベース電圧Ｖｂ２５１及びエミッタ電圧Ｖｅ２５１の時間変化の一例を示す図である。 図６は、増幅信号ＲＦ１のＲＦ振幅が大きい場合におけるトランジスタ２５１のベース電圧Ｖｂ２５１及びエミッタ電圧Ｖｅ２５１の時間変化の一例を示す図である。 図７は、電力増幅回路１０２の回路図である。 図８は、出力端子３２から後段の回路をみたときの反射係数Γの絶対値に対するノードＮ４における電圧の振幅変化Ａ１の一例を示す図である。 図９は、出力端子３２から後段の回路をみたときの反射係数Γの絶対値に対するドライバ段増幅器５０の出力電力変化Ｐ１の一例を示す図である。 図１０は、電力増幅回路１０３の回路図である。 図１１は、電力増幅回路１０４の回路図である。 図１２は、電力増幅回路１０５の回路図である。 図１３は、電力増幅回路１０６の回路図である。 図１４は、電力増幅回路１０７の回路図である。 図１５は、電力増幅回路１０８の回路図である。

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、重複する説明を極力省略する。

［第１実施形態］
第１実施形態に係る電力増幅回路１０１について説明する。図１は、電力増幅回路１０１の回路図である。図１に示すように、電力増幅回路１０１は、入力端子３１に供給される入力信号ＲＦｉｎ（第１信号）を増幅して、出力信号ＲＦｏｕｔを出力端子３２から出力する２段の増幅回路である。入力信号ＲＦｉｎは、例えばＲＦ（Radio Frequency）信号である。出力端子３２の後段には、アンテナ等の負荷（図示しない）が接続される。

電力増幅回路１０１は、入力整合回路２０と、段間整合回路２１と、インダクタ２６と、ドライバ段増幅器５０と、パワー段増幅器５２と、ドライバ段バイアス供給回路１５１と、抵抗素子１５６と、パワー段バイアス供給回路１６１と、保護回路２０１と、キャパシタ２１１（第２キャパシタ）と、抵抗素子２１２と、電圧レベルシフト回路３０１（電圧シフト回路）と、を備える。

ドライバ段増幅器５０は、入力端子５０ａと、出力端子５０ｂと、増幅トランジスタ５０ｃ（第１増幅器）と、キャパシタ５０ｄと、抵抗素子５０ｅ（第１抵抗素子）と、を含む。パワー段増幅器５２は、入力端子５２ａと、出力端子５２ｂと、増幅トランジスタ５２ｃ（第２増幅器）と、キャパシタ５２ｄと、抵抗素子５２ｅ及び５２ｆと、を含む。ドライバ段バイアス供給回路１５１は、バイアス用トランジスタ１５２と、参照電圧生成回路１５４と、を含む。保護回路２０１は、トランジスタ２５１（第１トランジスタ）及び２５２（第２トランジスタ）と、キャパシタ２５３（第１キャパシタ）と、抵抗素子２５４及び２５５と、を含む。

本実施形態においては、増幅トランジスタ５０ｃ及び５２ｃ、バイアス用トランジスタ１５２並びにトランジスタ２５１及び２５２などのトランジスタは、例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のバイポーラトランジスタによって構成される。なお、当該トランジスタは、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の他のトランジスタによって構成されていてもよい。その場合、ベース、コレクタ、及びエミッタを、それぞれ、ゲート、ドレイン、及びソースに読み替えればよい。

ドライバ段増幅器５０は、入力整合回路２０を通じて入力端子３１から入力端子５０ａに供給される入力信号ＲＦｉｎを増幅し、増幅信号ＲＦ１を出力端子５０ｂから出力する。

詳細には、電源電圧供給端子１７５（電圧供給源及び低インピーダンスノード）は、ドライバ段増幅器５０における増幅トランジスタ５０ｃを動作させるための電源電圧ＶＣＣ１（第１電圧）を供給する。出力端子５０ｂは、インダクタ２６を通じて電源電圧供給端子１７５に接続される。例えば、電力増幅回路１０１においてエンベロープトラッキング（Envelope tracking）の制御が行われる場合、電源電圧ＶＣＣ１は変化する。

増幅トランジスタ５０ｃは、出力端子５０ｂに接続されたコレクタと、キャパシタ５０ｄを通じて入力端子５０ａに接続されたベースと、接地に接続されたエミッタと、を有する。

ドライバ段バイアス供給回路１５１は、抵抗素子５０ｅを通じて増幅トランジスタ５０ｃのベースにバイアスを供給する。詳細には、ドライバ段バイアス供給回路１５１は、バイアス用トランジスタ１５２と、参照電圧生成回路１５４と、を含む。

バイアス用トランジスタ１５２は、バッテリー電圧供給端子１７２に接続されたコレクタと、ノードＮ２に接続されたベースと、抵抗素子５０ｅを通じて増幅トランジスタ５０ｃのベースに接続されたエミッタと、を有する。

抵抗素子１５６は、電流供給端子１７１に接続された第１端と、ノードＮ１に接続された第２端と、を有する。参照電圧生成回路１５４は、ノードＮ１を通じてノードＮ２に接続された第１端と、接地に接続された第２端と、を有する。参照電圧生成回路１５４は、例えば、直列接続された複数のダイオードを含む。電流供給端子１７１から供給される電流が当該複数のダイオードに流れることによって、接地に対して略一定の参照電圧がノードＮ１に生成される。この参照電圧によってバイアス用トランジスタ１５２がオン状態となり、ノードＮ１からバイアス用トランジスタ１５２のベースと保護回路２０１とに向けてバイアス制御電流Ｉｂが流れる。

段間整合回路２１は、ドライバ段増幅器５０における出力端子５０ｂに接続された第１端と、パワー段増幅器５２における入力端子５２ａに接続された第２端と、を有する。段間整合回路２１は、ドライバ段増幅器５０とパワー段増幅器５２との間のインピーダンスを整合する。

パワー段バイアス供給回路１６１は、バッテリー電圧供給端子１７２から供給される電圧によって動作する。パワー段バイアス供給回路１６１は、制御信号供給端子１７３（制御電流源）から入力される制御電流によって制御される。パワー段バイアス供給回路１６１は、パワー段増幅器５２に供給するバイアス電圧を生成し、生成したバイアス電圧を出力端子１６１ａから出力する。

パワー段増幅器５２は、段間整合回路２１の第２端から入力端子５２ａに供給される増幅信号ＲＦ１を増幅し、出力信号ＲＦｏｕｔを出力端子５２ｂから出力する。

詳細には、パワー段増幅器５２におけるキャパシタ５２ｄは、入力端子５２ａを通じて段間整合回路２１の第２端に接続された第１端と、第２端と、を有する。

増幅トランジスタ５２ｃは、出力端子５２ｂを通じて出力端子３２に接続されたコレクタと、抵抗素子５２ｆを通じてキャパシタ５２ｄの第２端に接続されたベースと、接地に接続されたエミッタと、を有する。

抵抗素子５２ｅは、パワー段バイアス供給回路１６１の出力端子１６１ａに接続された第１端と、キャパシタ５２ｄの第２端に接続された第２端と、を有する。

電圧レベルシフト回路３０１は、電源電圧供給端子１７５と、保護回路２０１におけるトランジスタ２５１のベースとの間に接続される。電圧レベルシフト回路３０１は、電源電圧供給端子１７５から供給される電源電圧ＶＣＣ１をシフトさせてトランジスタ２５１のベースに供給する。

図２は、電圧レベルシフト回路３０１の一例である電圧レベルシフト回路３０１ａの回路図である。図２に示すように、電圧レベルシフト回路３０１ａは、Ｎ（Ｎは１以上の整数）個のトランジスタ３０２（第１ダイオード）を含む。

Ｎが１の場合、トランジスタ３０２は、電源電圧供給端子１７５に接続されたコレクタと、コレクタに接続されたベースと、トランジスタ２５１のベースに接続されたエミッタと、を有する。この場合、電源電圧ＶＣＣ１からトランジスタ３０２のベースエミッタ間の電圧（或いは、オン電圧）Ｖｂｅｓを差し引いた電圧が、後述のベース電圧Ｖｂ２５１として、トランジスタ２５１のベースに供給される。以下、トランジスタのコレクタと当該トランジスタのベースとの接続を、第１ダイオード接続と称することがある。

Ｎが２以上の場合、Ｎ個の第１ダイオード接続されたトランジスタ３０２が、エミッタがトランジスタ２５１のベース側になるように直列に接続される。この場合、電源電圧ＶＣＣ１から、電圧ＶｂｅｓにＮを乗じた電圧を差し引いた電圧が、後述のベース電圧Ｖｂ２５１として、トランジスタ２５１のベースに供給される。

図３は、電圧レベルシフト回路３０１の一例である電圧レベルシフト回路３０１ｂの回路図である。図３に示すように、電圧レベルシフト回路３０１ｂは、Ｎ個のトランジスタ３０２を含む。

Ｎが１の場合、トランジスタ３０２は、トランジスタ２５１のベースに接続されたコレクタと、ベースと、ベース及び電源電圧供給端子１７５に接続されたエミッタと、を有する。この場合、電源電圧ＶＣＣ１からトランジスタ３０２のコレクタベース間の電圧Ｖｃｂを差し引いた電圧が、後述のベース電圧Ｖｂ２５１として、トランジスタ２５１のベースに供給される。以下、トランジスタのエミッタと当該トランジスタのベースとの接続を、第２ダイオード接続と称することがある。

Ｎが２以上の場合、Ｎ個の第２ダイオード接続されたトランジスタ３０２が、コレクタがトランジスタ２５１のベース側になるように直列に接続される。この場合、電源電圧ＶＣＣ１から、電圧ＶｃｂにＮを乗じた電圧を差し引いた電圧が、後述のベース電圧Ｖｂ２５１として、トランジスタ２５１のベースに供給される。

図４は、電圧レベルシフト回路３０１の一例である電圧レベルシフト回路３０１ｃの回路図である。図４に示すように、電圧レベルシフト回路３０１ｃは、Ｎ個のダイオード３０３（第１ダイオード）を含む。

Ｎが１の場合、ダイオード３０３は、トランジスタ２５１のベースに接続されたカソードと、電源電圧供給端子１７５に接続されたアノードと、を有する。この場合、電源電圧ＶＣＣ１からダイオード３０３の順方向電圧を差し引いた電圧が、後述のベース電圧Ｖｂ２５１として、トランジスタ２５１のベースに供給される。

Ｎが２以上の場合、Ｎ個のダイオード３０３が、カソードがトランジスタ２５１のベース側になるように直列に接続される。この場合、電源電圧ＶＣＣ１から、順方向電圧にＮを乗じた電圧を差し引いた電圧が、後述のベース電圧Ｖｂ２５１として、トランジスタ２５１のベースに供給される。以下、電圧レベルシフト回路３０１によってシフトする電圧を、シフト電圧Ｖｓｆｔと称することがある。

図１に示すように、保護回路２０１は、増幅信号ＲＦ１と電源電圧ＶＣＣ１に基づく第２信号とに基づいてバイアス制御電流Ｉｂの一部を接地に流す。具体的には、第２信号は、トランジスタ２５１のベースに供給されるベース電圧Ｖｂ２５１である。保護回路２０１は、ベース電圧Ｖｂ２５１が、トランジスタ２５１のベースエミッタ間の電圧（或いは、オン電圧）Ｖｂｅの２倍の電圧、或いは、トランジスタ２５１及びトランジスタ２５２がともにオンする電圧である２Ｖｂｅより大きくなった場合において、増幅信号ＲＦ１の振幅が所定値より大きくなったとき、バイアス制御電流Ｉｂの一部を保護電流Ｉｐとして接地に流すことによってドライバ段増幅器５０及びパワー段増幅器５２を保護する。

詳細には、保護回路２０１におけるトランジスタ２５１は、ノードＮ２に接続されたコレクタと、電圧レベルシフト回路３０１の第２端に接続されたベースと、エミッタと、を有する。

抵抗素子２１２は、トランジスタ２５１のエミッタに接続された第１端と、第２端と、を有する。キャパシタ２１１は、抵抗素子２１２の第２端に接続された第１端と、パワー段増幅器５２の入力端子５２ａに接続された第２端と、を有する。キャパシタ２１１は、直流を遮断するために設けられる。

キャパシタ２５３は、トランジスタ２５１のベースに接続された第１端と、接地に接続された第２端と、を有する。

トランジスタ２５２は、ノードＮ２に接続されたコレクタと、抵抗素子２５５を通じてトランジスタ２５１のエミッタに接続されたベースと、抵抗素子２５４を通じて接地に接続されたエミッタと、を有する。

以下、保護回路２０１の動作について説明する。保護回路２０１は、通常動作時には動作しないことが好ましい。例えば、トランジスタ２５１及び２５２のオン電圧（具体的には、トランジスタ２５１及び２５２のベースエミッタ間の電圧）がＶｂｅとすると、２Ｖｂｅ＋Ｖｓｆｔを、通常動作時における電源電圧ＶＣＣ１の上限電圧よりも大きく設定しておくことで、通常動作時における電源電圧ＶＣＣ１は、２Ｖｂｅ＋Ｖｓｆｔ以下となる。これにより、通常動作時におけるトランジスタ２５１及び２５２をオフ状態に維持することができるので、保護回路２０１を動作させないようにすることができる。この場合、保護回路２０１は、ノードＮ２から接地へ保護電流Ｉｐを流さないので、バイアス制御電流Ｉｂは維持され、ドライバ段増幅器５０は通常動作する。

電力増幅回路１０１では、ＶＣＣ１＞２Ｖｂｅ＋Ｖｓｆｔとなると、トランジスタ２５１及び２５２をオフ状態からオン状態に遷移させて、保護回路２０１を動作状態にすることができる。

図５は、増幅信号ＲＦ１のＲＦ振幅が小さい場合におけるトランジスタ２５１のベース電圧Ｖｂ２５１及びエミッタ電圧Ｖｅ２５１の時間変化の一例を示す図である。なお、図５おいて、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。

図５に示すように、トランジスタ２５１のベースは、キャパシタ２５３を通じて接地されているので、トランジスタ２５１のベース電圧Ｖｂ２５１は、時間変化せず、略一定である。

トランジスタ２５１のエミッタには、キャパシタ２１１及び抵抗素子２１２を通じて増幅信号ＲＦ１のＲＦ振幅が入力される。ＲＦ振幅が小さい場合におけるトランジスタ２５１のエミッタ電圧Ｖｅ２５１の時間平均は、平均電圧Ｖａ１となる。

図６は、増幅信号ＲＦ１のＲＦ振幅が大きい場合におけるトランジスタ２５１のベース電圧Ｖｂ２５１及びエミッタ電圧Ｖｅ２５１の時間変化の一例を示す図である。なお、図６の見方は、図５と同様である。

図６に示すように、トランジスタ２５１のエミッタ電圧Ｖｅ２５１は、ベース電圧Ｖｂ２５１からＶｂｅを差し引いた電圧Ｖｃより下がらないので、増幅信号ＲＦ１のＲＦ振幅が大きい場合、エミッタ電圧Ｖｅ２５１の時間変化の波形は、電圧Ｖｃより低い電圧部分が欠けた形状となる。このため、増幅信号ＲＦ１のＲＦ振幅が大きい場合におけるエミッタ電圧Ｖｅ２５１の平均電圧Ｖａ２は、図５に示す平均電圧Ｖａ１より大きくなる。

つまり、増幅信号ＲＦ１のＲＦ振幅が大きくなると、トランジスタ２５２のベース電圧が上昇し、トランジスタ２５２のコレクタ電流が大きくなる。これにより、バイアス制御電流Ｉｂの一部を保護電流Ｉｐとして接地に流すことができるので、ドライバ段増幅器５０の出力パワーレベルを下げることができる。したがって、電源電圧ＶＣＣ１が、２Ｖｂｅ＋Ｖｓｆｔより大きい場合において、増幅信号ＲＦ１のＲＦ振幅が大きくなるとき、バイアス制御電流Ｉｂの一部を保護回路２０１によって保護電流Ｉｐとして接地に流すことができるので、ドライバ段増幅器５０及びパワー段増幅器５２が破壊される可能性を低減することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る電力増幅回路１０２について説明する。第２実施形態以降では第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。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

図７は、電力増幅回路１０２の回路図である。図７に示すように、第２実施形態に係る電力増幅回路１０２は、パワー段がパワー段差動対５５（第１差動対）となっている点で第１実施形態に係る電力増幅回路１０１と異なる。

電力増幅回路１０２は、図１に示す電力増幅回路１０１と比べて、段間整合回路２１及びインダクタ２６の代わりにバラン４１（第１バラン）を備え、バラン４２（第２バラン）と、パワー段増幅器５３と、キャパシタ７２及び７３と、パワー段バイアス供給回路１６２と、をさらに備える。

パワー段増幅器５３は、入力端子５３ａと、出力端子５３ｂと、増幅トランジスタ５３ｃ（第３増幅器）と、キャパシタ５３ｄと、抵抗素子５３ｅ及び５３ｆと、を含む。

バラン４１は、インダクタ４１ａ（第１インダクタ）、４１ｂ（第２インダクタ）及び４１ｃ（第３インダクタ）を含む。バラン４２は、インダクタ４２ａ（第４インダクタ）、４２ｂ（第５インダクタ）及び４２ｃ（第６インダクタ）を含む。

パワー段増幅器５３及びパワー段バイアス供給回路１６２の構成は、パワー段増幅器５２及びパワー段バイアス供給回路１６１とそれぞれ同様である。

バラン４１は、ドライバ段増幅器５０から出力されるシングルエンド信号すなわち増幅信号ＲＦ１を、差動信号である増幅信号ＲＦｐ２及びＲＦｍ２に変換する。バラン４１及びキャパシタ７２は、ドライバ段増幅器５０とパワー段差動対５５との間のインピーダンスを整合する。

詳細には、バラン４１におけるインダクタ４１ａは、ドライバ段増幅器５０における出力端子５０ｂに接続された第１端と、電源電圧供給端子１７５に接続された第２端と、を有する。

インダクタ４１ｂは、パワー段増幅器５２の入力端子５２ａに接続された第１端と、ノードＮ４となっている第２端と、を有し、インダクタ４１ａと電磁界的に結合する。保護回路２０１におけるトランジスタ２５１のエミッタは、抵抗素子２１２及びキャパシタ２１１を通じてノードＮ４に接続される。

インダクタ４１ｃは、インダクタ４１ｂの第２端すなわちノードＮ４に接続された第１端と、パワー段増幅器５３の入力端子５３ａに接続された第２端と、を有し、インダクタ４１ａと電磁界的に結合する。インダクタ４１ｃは、インダクタ４１ｂのインダクタンスと略同じインダクタンスを有する。

つまり、インダクタ４１ａは、１次側インダクタである。インダクタ４１ｂ及び４１ｃは、２次側インダクタである。そして、ノードＮ４は、２次側インダクタの中点となっている。

なお、ここでいう「中点」は、２次側インダクタの一端から中点までの距離が２次側インダクタの他端から中点までの距離と等しい点に限らない。「中点」は、２次側インダクタの一端から中点までの距離と２次側インダクタの他端から中点までの距離とが異なるような点であってもよい。すなわち、インダクタ４１ｃは、インダクタ４１ｂのインダクタンスと異なるインダクタンスを有してもよい。

キャパシタ７２は、パワー段増幅器５２の入力端子５２ａに接続された第１端と、パワー段増幅器５３の入力端子５３ａに接続された第２端と、を有する。

パワー段差動対５５は、パワー段増幅器５２及び５３を含む。パワー段増幅器５２は、増幅信号ＲＦｐ２を増幅して増幅信号ＲＦｐ３を出力する。パワー段増幅器５３は、増幅信号ＲＦｍ２を増幅して増幅信号ＲＦｍ３を出力する。

パワー段増幅器５３におけるキャパシタ５３ｄは、入力端子５３ａに接続された第１端と、第２端と、を有する。

増幅トランジスタ５３ｃは、出力端子５３ｂに接続されたコレクタと、抵抗素子５３ｆを通じてキャパシタ５３ｄの第２端に接続されたベースと、接地に接続されたエミッタと、を有する。抵抗素子５３ｅは、パワー段バイアス供給回路１６２の出力端子１６２ａに接続された第１端と、キャパシタ５３ｄの第２端に接続された第２端と、を有する。

バラン４２は、パワー段増幅器５２及び５３からそれぞれ出力される増幅信号ＲＦｐ３及びＲＦｍ３を、シングルエンド信号である出力信号ＲＦｏｕｔに変換する。バラン４２及びキャパシタ７３は、パワー段差動対５５と出力端子３２の後段の回路すなわち負荷との間のインピーダンスを整合する。

詳細には、キャパシタ７３は、パワー段増幅器５２の出力端子５２ｂに接続された第１端と、パワー段増幅器５３の出力端子５３ｂに接続された第２端と、を有する。

バラン４２におけるインダクタ４２ｂは、パワー段増幅器５２の出力端子５２ｂに接続された第１端と、ノードＮ５となっている第２端と、を有する。ノードＮ５には、電源電圧供給端子１７６からパワー段増幅器５２及び５３の電源電圧が供給される。

インダクタ４２ｃは、インダクタ４２ｂの第２端すなわちノードＮ５に接続された第１端と、パワー段増幅器５３の出力端子５３ｂに接続された第２端と、を有する。インダクタ４２ｃは、インダクタ４２ｂのインダクタンスと略同じインダクタンスを有する。

インダクタ４２ａは、出力端子３２に接続された第１端と、接地に接続された第２端と、を有し、インダクタ４２ｂ及び４２ｃと電磁界的に結合する。

つまり、インダクタ４２ｂ及び４２ｃは、１次側インダクタである。インダクタ４２ａは、２次側インダクタである。そして、ノードＮ５は、１次側インダクタの中点となっている。

なお、ここでいう「中点」は、２次側インダクタの一端から中点までの距離が２次側インダクタの他端から中点までの距離と等しい点に限らない。「中点」は、２次側インダクタの一端から中点までの距離と２次側インダクタの他端から中点までの距離とが異なるような点であってもよい。すなわち、インダクタ４２ｃは、インダクタ４２ｂのインダクタンスと異なるインダクタンスを有してもよい。

以下、電力増幅回路１０２の動作について説明する。図８は、出力端子３２から後段の回路すなわち負荷をみたときの反射係数Γの絶対値に対するノードＮ４における電圧の振幅変化Ａ１の一例を示す図である。なお、図８において、横軸は反射係数Γの絶対値を示し、縦軸はバラン４１のノードＮ４における電圧の振幅を示す。

図８に示すように、例えば、出力端子３２に接続された負荷のインピーダンスが５０オームのとき、反射係数Γの絶対値がゼロとなる。一方、負荷のインピーダンスが５０オームからずれると、反射係数Γの絶対値は、大きくなる。

一般的に、差動アンプのバランは、負荷のインピーダンスが５０オームのときに対称となるように設計される。バラン４１が対称に動作する場合、ノードＮ４では、差動信号が互いに打ち消し合う。すなわち、反射係数Γの絶対値がゼロのとき、ノードＮ４における電圧振幅は、ゼロである。

負荷のインピーダンスが５０オームからずれたとき、バランは非対称となる。バラン４１が非対称に動作する場合、ノードＮ４では、差動信号同士の打ち消しが不完全となる。この場合、振幅変化Ａ１に示すように、反射係数Γの絶対値に応じて、ノードＮ４における電圧振幅が大きくなる。つまり、ノードＮ４からＲＦ信号ＲＦｕ１（第３信号）が出力されるので、保護回路２０１が動作する。

図９は、出力端子３２から後段の回路すなわち負荷をみたときの反射係数Γの絶対値に対するドライバ段増幅器５０の出力電力変化Ｐ１の一例を示す図である。なお、図９において、横軸は反射係数Γの絶対値を示し、縦軸はドライバ段増幅器５０から出力される電力を示す。

図９に示すように、負荷のインピーダンスが５０オームからずれ、電源電圧ＶＣＣ１が、２Ｖｂｅ＋Ｖｓｆｔより大きくなり、かつ、増幅信号ＲＦ１のＲＦ振幅が大きくなったとき、保護回路２０１が動作する。保護回路２０１が動作すると、出力電力変化Ｐ１に示すように、ドライバ段増幅器５０の出力電力が低減される。この結果、ドライバ段増幅器５０並びにパワー段増幅器５２及び５３が保護される。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る電力増幅回路１０３について説明する。図１０は、電力増幅回路１０３の回路図である。図１０に示すように、第３実施形態に係る電力増幅回路１０３は、電源電圧ＶＣＣ１のレベルに関わらず、保護回路が動作する点で第２実施形態に係る電力増幅回路１０２と異なる。

電力増幅回路１０３は、図７に示す電力増幅回路１０２と比べて、保護回路２０１の代わりに保護回路２０２を備える。保護回路２０２は、図７に示す保護回路２０１と比べて、抵抗素子２５６（第２抵抗素子）及び２５７をさらに含む。

抵抗素子２５６は、ノードＮ２に接続された第１端と、第２端と、を有する。抵抗素子２５７は、ノードＮ２に接続された第１端と、第２端と、を有する。

トランジスタ２５１は、抵抗素子２５７の第２端に接続されたコレクタと、抵抗素子２５６の第２端及びキャパシタ２５３の第１端に接続されたベースと、抵抗素子２１２及びキャパシタ２１１を通じてバラン４１におけるノードＮ４に接続されたエミッタと、を有する。

トランジスタ２５２は、抵抗素子２５７の第２端に接続されたコレクタと、抵抗素子２５５を通じてトランジスタ２５１のエミッタに接続されたベースと、抵抗素子２５４を通じて接地に接続されたエミッタと、を有する。

図７に示す電力増幅回路１０２では、電源電圧ＶＣＣ１が、２Ｖｂｅ＋Ｖｓｆｔより大きくなると、保護回路２０１がオフ状態からオン状態へ遷移し、急激に電流が流れることがある。このとき、増幅器の特性劣化が大きくなる可能性がある。

これに対して、図１０に示す電力増幅回路１０３では、トランジスタ２５１のベースには、抵抗素子１５６及び２５６を通じて電流供給端子１７１から常にバイアス電流が供給されるので、保護回路２０２は、常にオン状態となっている。

これにより、保護回路２０２において急激に電流が流れることを抑制することができるので、増幅器の特性劣化を抑制することができる。

したがって、電力増幅回路１０３では、電源電圧ＶＣＣ１のレベルに関わらず、負荷のインピーダンスが５０オームからずれ、かつ、増幅信号ＲＦ１のＲＦ振幅が大きくなったとき、保護回路２０２が動作する。

［第４実施形態］
第４実施形態に係る電力増幅回路１０４について説明する。図１１は、電力増幅回路１０４の回路図である。図１１に示すように、第４実施形態に係る電力増幅回路１０４は、保護回路におけるトランジスタ２５１のバイアスが制御信号供給端子１７３から供給される点で第３実施形態に係る電力増幅回路１０３と異なる。

電力増幅回路１０４は、図１０に示す電力増幅回路１０３と比べて、保護回路２０２の代わりに保護回路２０３を備える。保護回路２０３は、図１０に示す保護回路２０２と比べて、抵抗素子２５５、２５６及び２５７を含まない。

トランジスタ２５１は、第１ダイオード接続されており、制御信号供給端子１７３及びキャパシタ２５３の第１端に接続されたコレクタ及びベースと、抵抗素子２１２及びキャパシタ２１１を通じてバラン４１におけるノードＮ４に接続されたエミッタと、を有する。

トランジスタ２５２は、ノードＮ２に接続されたコレクタと、トランジスタ２５１のエミッタに接続されたベースと、抵抗素子２５４を通じて接地に接続されたエミッタと、を有する。

図１０に示す電力増幅回路１０３では、バイアス用トランジスタ１５２並びにトランジスタ２５１及び２５２が電流供給端子１７１からバイアスされる構成となっている。このため、ドライバ段増幅器５０のベースバイアスを高くするために電流供給端子１７１から供給される電流を大きくすると、トランジスタ２５１及び２５２のコレクタ電流も増えてしまい、保護回路２０２の動作とドライバ段増幅器５０のバイアスとを独立に調整することが困難であった。

これに対して、図１１に示す電力増幅回路１０４では、バイアス用トランジスタ１５２にバイアスを供給する電流供給端子１７１と、トランジスタ２５１及び２５２にバイアスを供給する制御信号供給端子１７３とを別系統にすることで、保護回路２０３の動作とドライバ段増幅器５０のバイアスとを独立に調整することができる。

なお、トランジスタ２５１のコレクタは、電流供給端子１７１及び制御信号供給端子１７３とは別の新たな制御端子に接続される構成であってもよい。このような構成により、保護回路２０３の動作とパワー段増幅器５２のバイアスとを独立に調整することができる。しかしながら、新たな制御端子を設けることでチップサイズが大きくなることがあるため、図１１に示すように、トランジスタ２５１のコレクタが制御信号供給端子１７３に接続される構成では、チップサイズを小さくすることができるので、好ましい。

［第５実施形態］
第５実施形態に係る電力増幅回路１０５について説明する。図１２は、電力増幅回路１０５の回路図である。図１２に示すように、第５実施形態に係る電力増幅回路１０５は、トランジスタ２５１及び２５２のコレクタ電流がともに電流供給端子１７１から供給される点で第４実施形態に係る電力増幅回路１０４と異なる。

電力増幅回路１０５は、図１１に示す電力増幅回路１０４と比べて、保護回路２０３の代わりに保護回路２０４を備える。保護回路２０４は、図１１に示す保護回路２０３と比べて、抵抗素子２５６及び２５７をさらに含む。

抵抗素子２５６は、制御信号供給端子１７３に接続された第１端と、第２端と、を有する。抵抗素子２５７は、ノードＮ２に接続された第１端と、第２端と、を有する。

トランジスタ２５１は、抵抗素子２５７の第２端に接続されたコレクタと、抵抗素子２５６の第２端及びキャパシタ２５３の第１端に接続されたベースと、抵抗素子２１２及びキャパシタ２１１を通じてバラン４１におけるノードＮ４に接続されたエミッタと、を有する。

トランジスタ２５２は、抵抗素子２５７の第２端に接続されたコレクタと、トランジスタ２５１のエミッタに接続されたベースと、抵抗素子２５４を通じて接地に接続されたエミッタと、を有する。

［第６実施形態］
第６実施形態に係る電力増幅回路１０６について説明する。図１３は、電力増幅回路１０６の回路図である。図１３に示すように、第６実施形態に係る電力増幅回路１０６は、トランジスタ２５１のエミッタが抵抗素子２１２及びキャパシタ２１１を通じてバラン４２におけるノードＮ５に接続される点で第４実施形態に係る電力増幅回路１０４と異なる。

例えば、出力端子３２に接続された負荷のインピーダンスが５０オームのとき、バラン４２が対称に動作する。このとき、ノードＮ５では、差動信号が互いに打ち消し合うので、ノードＮ５における電圧振幅は、ゼロである。

負荷のインピーダンスが５０オームからずれたとき、バラン４２が非対称に動作する。このとき、ノードＮ５では、差動信号同士の打ち消しが不完全となり、反射係数Γの絶対値に応じて、ノードＮ５における電圧振幅が大きくなる。つまり、ノードＮ５からＲＦ信号ＲＦｕ２（第３信号）が出力されるので、保護回路２０３が動作する。

［第７実施形態］
第７実施形態に係る電力増幅回路１０７について説明する。図１４は、電力増幅回路１０７の回路図である。図１４に示すように、第７実施形態に係る電力増幅回路１０７は、ドライバ段も差動対となっている点で第４実施形態に係る電力増幅回路１０４と異なる。

電力増幅回路１０７は、図１１に示す電力増幅回路１０４と比べて、入力整合回路２０及びドライバ段バイアス供給回路１５１の代わりにバラン４０（第３バラン）及びドライバ段バイアス供給回路１５５を備え、ドライバ段増幅器５１をさらに備える。

バラン４０は、インダクタ４０ａ（第７インダクタ）、４０ｂ（第８インダクタ）及び４０ｃ（第９インダクタ）を含む。ドライバ段増幅器５１は、入力端子５１ａと、出力端子５１ｂと、増幅トランジスタ５１ｃ（第４増幅器）と、キャパシタ５１ｄと、抵抗素子５１ｅと、を含む。

ドライバ段バイアス供給回路１５５は、図１１に示すドライバ段バイアス供給回路１５１と比べて、バイアス用トランジスタ１５３をさらに含む。ドライバ段増幅器５１の構成は、ドライバ段増幅器５０と同様である。

バラン４０は、入力端子３１から供給されるシングルエンド信号すなわち入力信号ＲＦｉｎを、差動信号である信号ＲＦｐｉｎ及びＲＦｍｉｎに変換する。バラン４０は、入力端子３１の前段の回路とドライバ段増幅器５０及び５１との間のインピーダンスを整合する。

詳細には、バラン４０におけるインダクタ４０ａは、入力端子３１に接続された第１端と、接地に接続された第２端と、を有する。インダクタ４０ｂは、ドライバ段増幅器５０の入力端子５０ａに接続された第１端と、ノードＮ３となっている第２端と、を有し、インダクタ４０ａと電磁界的に結合する。保護回路２０３におけるトランジスタ２５１のエミッタは、抵抗素子２１２及びキャパシタ２１１を通じてノードＮ３に接続される。

インダクタ４０ｃは、インダクタ４０ｂの第２端すなわちノードＮ３に接続された第１端と、ドライバ段増幅器５１の入力端子５１ａに接続された第２端と、を有し、インダクタ４０ａと電磁界的に結合する。インダクタ４０ｃは、インダクタ４０ｂのインダクタンスと略同じインダクタンスを有する。

つまり、インダクタ４０ａは、１次側インダクタである。インダクタ４０ｂ及び４０ｃは、２次側インダクタである。そして、ノードＮ３は、２次側インダクタの中点となっている。

なお、ここでいう「中点」は、２次側インダクタの一端から中点までの距離が２次側インダクタの他端から中点までの距離と等しい点に限らない。「中点」は、２次側インダクタの一端から中点までの距離と２次側インダクタの他端から中点までの距離とが異なるような点であってもよい。すなわち、インダクタ４０ｃは、インダクタ４０ｂのインダクタンスと異なるインダクタンスを有してもよい。

ドライバ段差動対５４（第２差動対）は、ドライバ段増幅器５０及び５１を含む。ドライバ段増幅器５０は、信号ＲＦｐｉｎを増幅して増幅信号ＲＦｐ１を出力する。ドライバ段増幅器５１は、信号ＲＦｍｉｎを増幅して増幅信号ＲＦｍ１を出力する。

ドライバ段増幅器５１におけるキャパシタ５１ｄは、入力端子５１ａに接続された第１端と、第２端と、を有する。

増幅トランジスタ５１ｃは、出力端子５１ｂに接続されたコレクタと、キャパシタ５１ｄの第２端に接続されたベースと、接地に接続されたエミッタと、を有する。抵抗素子５１ｅは、第１端と、キャパシタ５１ｄの第２端に接続された第２端と、を有する。

ドライバ段バイアス供給回路１５５におけるバイアス用トランジスタ１５３は、バッテリー電圧供給端子１７２に接続されたコレクタと、ノードＮ２に接続されたベースと、ドライバ段増幅器５１における抵抗素子５１ｅの第１端に接続されたエミッタと、を有する。

バラン４１及びキャパシタ７２は、ドライバ段差動対５４とパワー段差動対５５との間のインピーダンスを整合する。

詳細には、バラン４１におけるインダクタ４１ｂは、ドライバ段増幅器５０の出力端子５０ｂに接続された第１端と、ノードＮ４となっている第２端と、を有する。ノードＮ４には、電源電圧供給端子１７５からドライバ段増幅器５０及び５１の電源電圧が供給される。

インダクタ４１ｃは、インダクタ４１ｂの第２端すなわちノードＮ４に接続された第１端と、ドライバ段増幅器５１の出力端子５１ｂに接続された第２端と、を有する。

インダクタ４１ａは、パワー段増幅器５２の入力端子５２ａに接続された第１端と、パワー段増幅器５３の入力端子５３ａに接続された第２端と、を有し、インダクタ４１ｂ及び４１ｃと電磁界的に結合する。

つまり、インダクタ４１ｂ及び４１ｃは、１次側インダクタである。インダクタ４１ａは、２次側インダクタである。そして、ノードＮ４は、１次側インダクタの中点となっている。

例えば、出力端子３２に接続された負荷のインピーダンスが５０オームのとき、バラン４０が対称に動作する。このとき、ノードＮ３では、差動信号が互いに打ち消し合うので、ノードＮ３における電圧振幅は、ゼロである。

負荷のインピーダンスが５０オームからずれたとき、バラン４０が非対称に動作する。このとき、ノードＮ３では、差動信号同士の打ち消しが不完全となり、反射係数Γの絶対値に応じて、ノードＮ３における電圧振幅が大きくなる。つまり、ノードＮ３からＲＦ信号ＲＦｕ３（第３信号）が出力されるので、保護回路２０３が動作する。

［第８実施形態］
第８実施形態に係る電力増幅回路１０８について説明する。図１５は、電力増幅回路１０８の回路図である。図１５に示すように、第８実施形態に係る電力増幅回路１０８は、クランプ回路を備える点で第６実施形態に係る電力増幅回路１０６と異なる。

電力増幅回路１０８は、図１３に示す電力増幅回路１０６と比べて、クランプ回路８１（第１クランプ回路）及び８２（第２クランプ回路）をさらに備える。クランプ回路８１は、Ｍ（Ｍは１以上の整数）個のダイオード８１ａ（第２ダイオード）を含む。クランプ回路８２は、Ｍ個のダイオード８２ａ（第３ダイオード）を含む。

Ｍが１の場合、クランプ回路８１におけるダイオード８１ａは、パワー段増幅器５２の出力端子５２ｂに接続されたアノードと、接地に接続されたカソードと、を有する。クランプ回路８１において、ダイオード８１ａと接地との間にノードＮ６が設けられる。

クランプ回路８２におけるダイオード８２ａは、パワー段増幅器５３の出力端子５３ｂに接続されたアノードと、接地に接続されたカソードと、を有する。クランプ回路８２において、ダイオード８２ａと接地との間にノードＮ７が設けられる。

Ｍが２以上の場合、クランプ回路８１におけるＭ個のダイオード８１ａは、パワー段増幅器５２の出力端子５２ｂと接地との間において、アノードがパワー段増幅器５２の出力端子５２ｂ側になるように直列に接続される。

クランプ回路８１において、パワー段増幅器５２の出力端子５２ｂ側から数えて、Ｋ（１以上（Ｍ－１）以下の整数）番目のダイオード８１ａと（Ｋ＋１）番目のダイオード８１ａとの間にノードＮ６が設けられる。

クランプ回路８２におけるＭ個のダイオード８２ａは、パワー段増幅器５３の出力端子５３ｂと接地との間において、アノードがパワー段増幅器５３の出力端子５３ｂ側になるように直列に接続される。

クランプ回路８２において、パワー段増幅器５３の出力端子５３ｂ側から数えて、Ｋ番目のダイオード８２ａと（Ｋ＋１）番目のダイオード８２ａとの間にノードＮ７が設けられる。

トランジスタ２５１のエミッタは、抵抗素子２１２及びキャパシタ２１１を通じてノードＮ６及びＮ７に接続される。

例えば、出力端子３２に接続された負荷のインピーダンスが５０オームのとき、バラン４２が対称に動作する。バラン４２が対称に動作していても、増幅信号ＲＦｐ３及びＲＦｍ３の振幅が大きいとき、ノードＮ６及びＮ７では、電圧振幅が発生する。つまり、ノードＮ６及びＮ７からＲＦ信号ＲＦｕ４（第３信号）が出力されるので、保護回路２０３が動作する。

負荷のインピーダンスが５０オームからずれたとき、バラン４２が非対称に動作する。バラン４２が非対称に動作するとき、ノードＮ６及びＮ７では、電圧振幅が発生する。つまり、ノードＮ６及びＮ７からＲＦ信号ＲＦｕ４が出力されるので、保護回路２０３が動作する。

また、パワー段差動対５５並びにクランプ回路８１及び８２が半導体基板に形成され、かつ、バラン４２がモジュール基板に形成されることが多い。このため、図１３に示す電力増幅回路１０６では、モジュール基板におけるノードＮ５から半導体基板におけるトランジスタ２５１のエミッタへの配線が簡易ではない。

これに対して、電力増幅回路１０８では、半導体基板内において、ノードＮ６及びＮ７からトランジスタ２５１のエミッタへの配線を簡易に形成することができる。

なお、保護回路２０１～２０４では、抵抗素子２５４が設けられる構成について説明したが、これに限定するものではない。抵抗素子２５４が設けられず、トランジスタ２５２のエミッタが接地に直接接続される構成であってもよい。

また、保護回路２０１及び２０２では、抵抗素子２５５が設けられる構成について説明したが、これに限定するものではない。抵抗素子２５５が設けられず、トランジスタ２５２のベースがトランジスタ２５１のエミッタに直接接続される構成であってもよい。

また、保護回路２０２及び２０４では、抵抗素子２５７が設けられる構成について説明したが、これに限定するものではない。抵抗素子２５７が設けられず、トランジスタ２５１のコレクタ及びトランジスタ２５２のコレクタベースがバイアス用トランジスタ１５２のベースに直接接続される構成であってもよい。

また、電力増幅回路１０３、１０４及び１０５では、バラン４１におけるインダクタ４１ａの第２端が電源電圧供給端子１７５に接続される構成について説明したが、これに限定するものではない。インダクタ４１ａの第２端は、低インピーダンスに見えるノードであれば、接地等に接続される構成であってもよい。

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。電力増幅回路１０１及び１０２では、増幅トランジスタ５０ｃは、電源電圧供給端子１７５から供給される電源電圧ＶＣＣ１によって動作し、入力信号ＲＦｉｎを増幅して増幅信号ＲＦ１を出力する。バイアス用トランジスタ１５２は、バイアス制御電流Ｉｂが供給されるベースと、抵抗素子５０ｅを通じて増幅トランジスタ５０ｃにバイアスを供給するエミッタと、を有する。保護回路２０１は、増幅信号ＲＦ１と電源電圧ＶＣＣ１に基づくベース電圧Ｖｂ２５１とに基づいてバイアス制御電流Ｉｂの一部である保護電流Ｉｐを接地に流す。

このような構成により、電源電圧ＶＣＣ１が変動して高くなり、かつ、増幅信号ＲＦ１の出力電力が大きくなったときに、バイアス制御電流Ｉｂの一部を保護電流Ｉｐとして接地に流すことができるので、バイアス用トランジスタ１５２のベースに供給される電流を小さくすることができる。これにより、増幅トランジスタ５０ｃに供給されるバイアスを小さくすることができるので、増幅トランジスタ５０ｃの出力電力を小さくし、増幅トランジスタ５０ｃ及び増幅トランジスタ５０ｃの後段に接続された増幅器の出力電力が過大になることを抑制することができる。したがって、増幅器の破壊を抑制することができる。

また、電力増幅回路１０１及び１０２における保護回路２０１では、トランジスタ２５１は、キャパシタ２５３を通じて接地に接続されたベースと、キャパシタ２１１を通じて増幅信号ＲＦ１が入力されるエミッタと、を有する。トランジスタ２５２は、バイアス用トランジスタ１５２のベースに接続されたコレクタと、トランジスタ２５１のエミッタに接続されたベースと、接地に接続されたエミッタと、を有する。

このような構成により、キャパシタ２５３によってトランジスタ２５１のベースの電圧を略一定に保つことができる。トランジスタ２５１のエミッタの平均電圧は、増幅信号ＲＦ１の振幅の大きさに応じて大きくなる。増幅信号ＲＦ１の振幅が大きくなったとき、トランジスタ２５１のエミッタの平均電圧が高くなり、トランジスタ２５２をオン状態にすることができるので、トランジスタ２５２のコレクタから接地に保護電流Ｉｐを流すことができる。つまり、増幅信号ＲＦ１の出力電力が大きくなったときにトランジスタ２５２をオン状態にし、バイアス用トランジスタ１５２のベースに供給されるバイアス制御電流Ｉｂの一部を保護電流Ｉｐとして接地に流す回路を実現することができる。

また、電力増幅回路１０２～１０８では、増幅トランジスタ５０ｃは、負荷に電力を供給する。バイアス用トランジスタ１５２は、バイアス制御電流Ｉｂが供給されるベースと、抵抗素子５０ｅを通じて増幅トランジスタ５０ｃにバイアスを供給するエミッタと、を有する。保護回路２０１～２０４は、負荷の変化に基づくＲＦ信号ＲＦｕ１、ＲＦｕ２、ＲＦｕ３又はＲＦｕ４に基づいてバイアス制御電流Ｉｂの一部である保護電流Ｉｐを接地に流す。

例えば、差動対が負荷に電力を供給する場合において、負荷が変動したとき、差動信号のバランスが崩れ、差動対を構成する一方の増幅器の出力電力が過大になることがある。上記の構成により、負荷が変動し、差動対を構成する一方の増幅器の出力電力が過大になったときに、バイアス制御電流Ｉｂの一部を保護電流Ｉｐとして接地に流すことができるので、バイアス用トランジスタ１５２のベースに供給される電流を小さくすることができる。これにより、増幅トランジスタ５０ｃに供給されるバイアスを小さくすることができるので、増幅トランジスタ５０ｃの出力電力を小さくし、増幅トランジスタ５０ｃ及び増幅トランジスタ５０ｃの後段に接続された差動対の出力電力が過大になることを抑制することができる。したがって、増幅器の破壊を抑制することができる。

また、電力増幅回路１０２では、増幅トランジスタ５０ｃは、電源電圧供給端子１７５から供給される電源電圧ＶＣＣ１によって動作する。保護回路２０１は、電源電圧ＶＣＣ１に基づくベース電圧Ｖｂ２５１にさらに基づいて保護電流Ｉｐを接地に流す。

このような構成により、電源電圧ＶＣＣ１が変動して高くなり、かつ、増幅信号ＲＦ１の出力電力が大きくなったときに、バイアス制御電流Ｉｂの一部を保護電流Ｉｐとして接地に流すことができるので、バイアス用トランジスタ１５２のベースに供給される電流を小さくすることができる。これにより、増幅トランジスタ５０ｃに供給されるバイアスを小さくすることができるので、増幅トランジスタ５０ｃの出力電力を小さくし、増幅トランジスタ５０ｃ及び増幅トランジスタ５０ｃの後段に接続された差動対の出力電力が過大になることを抑制することができる。したがって、増幅器の破壊を抑制することができる。

また、電力増幅回路１０２～１０８における保護回路２０１～２０４では、トランジスタ２５１は、キャパシタ２５３を通じて接地に接続されたベースと、キャパシタ２１１を通じてＲＦ信号ＲＦｕ１、ＲＦｕ２、ＲＦｕ３又はＲＦｕ４が入力されるエミッタと、を有する。トランジスタ２５２は、バイアス用トランジスタ１５２のベースに接続されたコレクタと、トランジスタ２５１のエミッタに接続されたベースと、接地に接続されたエミッタと、を有する。

このような構成により、キャパシタ２５３によってトランジスタ２５１のベースの電圧を略一定に保つことができる。トランジスタ２５１のエミッタの平均電圧は、ＲＦ信号ＲＦｕ１、ＲＦｕ２、ＲＦｕ３又はＲＦｕ４の振幅の大きさに応じて大きくなる。負荷のインピーダンスが変化し、ＲＦ信号ＲＦｕ１、ＲＦｕ２、ＲＦｕ３又はＲＦｕ４の振幅が大きくなったとき、トランジスタ２５１のエミッタの平均電圧が高くなり、トランジスタ２５２をオン状態にすることができるので、トランジスタ２５２のコレクタから接地に保護電流Ｉｐを流すことができる。つまり、負荷のインピーダンスが変化したときにトランジスタ２５２をオン状態にし、バイアス用トランジスタ１５２のベースに供給されるバイアス制御電流Ｉｂの一部を保護電流Ｉｐとして接地に流す回路を実現することができる。

また、電力増幅回路１０１及び１０２では、増幅トランジスタ５０ｃは、電源電圧供給端子１７５から供給される電源電圧ＶＣＣ１によって動作する。保護回路２０１におけるトランジスタ２５１のベースは、電源電圧供給端子１７５に接続される。

このような構成により、電源電圧ＶＣＣ１に応じてトランジスタ２５１をオン状態又はオフ状態にすることができる。したがって、増幅トランジスタ５０ｃに供給される電源電圧ＶＣＣ１が大きくなったときに、保護回路２０１を動作させ、また、電源電圧ＶＣＣ１が小さくなったときに、保護回路２０１を停止させることができる。

また、電力増幅回路１０１及び１０２では、電圧レベルシフト回路３０１は、保護回路２０１におけるトランジスタ２５１のベースと電源電圧供給端子１７５との間に接続され、電源電圧ＶＣＣ１をシフトさせる。

このような構成により、電源電圧ＶＣＣ１が、トランジスタ２５１のベースエミッタ間の電圧Ｖｂｅと、トランジスタ２５２のベースエミッタ間の電圧Ｖｂｅと、電圧レベルシフト回路３０１のシフト電圧Ｖｓｆｔとの和より大きくなったときに保護回路２０１を動作させることができる。したがって、シフト電圧Ｖｓｆｔを適宜設定することにより、保護回路２０１の動作開始電圧を調整することができる。

また、電力増幅回路１０１及び１０２では、電圧レベルシフト回路３０１は、１つ以上の第１ダイオードを含む。

このような構成により、第１ダイオードの個数を適宜設定する簡易な方法で、シフト電圧Ｖｓｆｔを調整することができる。

また、電力増幅回路１０３における保護回路２０２では、トランジスタ２５１のベースは、バイアス用トランジスタ１５２のベースに接続される。

このような構成により、電源電圧ＶＣＣ１に関わらず保護回路２０２を動作させることができるので、保護回路２０２において急激に電流が流れることを抑制することができる。これにより、増幅器の特性劣化を抑制することができる。

また、電力増幅回路１０３では、抵抗素子２５６は、トランジスタ２５１のベースと、バイアス用トランジスタ１５２のベースとの間に接続される。

このような構成により、抵抗素子２５６の抵抗値を適宜設定する簡易な方法で、トランジスタ２５１のベースに供給される電圧を調整することができる。

また、電力増幅回路１０４～１０８では、増幅トランジスタ５２ｃは、増幅トランジスタ５０ｃの後段に設けられる。パワー段バイアス供給回路１６１は、制御信号供給端子１７３から供給される電流によって制御され、増幅トランジスタ５２ｃにバイアスを供給する。そして、トランジスタ２５１のベースは、制御信号供給端子１７３に接続される。

例えば、トランジスタ２５１のバイアスが電流供給端子１７１から供給される場合、増幅トランジスタ５０ｃのベースバイアスを高くするために電流供給端子１７１から供給される電流を大きくすると、トランジスタ２５１及び２５２のコレクタ電流も増えてしまう。このため、保護回路の動作と増幅トランジスタ５０ｃのバイアスとを独立に調整することが困難であった。上記の構成により、バイアス用トランジスタ１５２にバイアスを供給する電流供給端子１７１と、トランジスタ２５１及び２５２にバイアスを供給する制御信号供給端子１７３とを別系統にすることで、保護回路の動作と増幅トランジスタ５０ｃのバイアスとを独立に調整することができる。

また、電力増幅回路１０２～１０５では、パワー段差動対５５は、増幅トランジスタ５２ｃ及び５３ｃを含み、増幅トランジスタ５０ｃの後段に設けられる。バラン４１は、増幅トランジスタ５０ｃとパワー段差動対５５との間に設けられる。バラン４１では、インダクタ４１ａは、ドライバ段増幅器５０の出力端子５０ｂに接続された第１端と、電源電圧供給端子１７５に接続された第２端と、を有する。インダクタ４１ｂは、パワー段増幅器５２の入力端子５２ａに接続された第１端と、ＲＦ信号ＲＦｕ１を出力する第２端と、を有し、インダクタ４１ａと電磁界的に結合する。インダクタ４１ｃは、インダクタ４１ｂの第２端に接続された第１端と、パワー段増幅器５３の入力端子５３ａに接続された第２端と、を有し、インダクタ４１ａと電磁界的に結合する。

一般的に、負荷のインピーダンスが例えば５０オームのとき、バラン４１が対称に動作し、インダクタ４１ｂの第２端すなわちインダクタ４１ｃの第１端では、差動信号が互いに打ち消し合う。このため、ＲＦ信号ＲＦｕ１の電圧振幅は、ゼロである。一方、負荷のインピーダンスが５０オームからずれたとき、バラン４１が非対称に動作し、インダクタ４１ｂの第２端では、差動信号同士の打ち消しが不完全となる。この場合、ＲＦ信号ＲＦｕ１の電圧振幅が大きくなる。つまり、インダクタ４１ｂの第２端から出力されるＲＦ信号ＲＦｕ１の振幅が大きくなるので、保護回路を動作させることができる。

また、電力増幅回路１０６では、パワー段差動対５５は、増幅トランジスタ５２ｃ及び５３ｃを含み、増幅トランジスタ５０ｃの後段に設けられる。バラン４２は、パワー段差動対５５の後段に設けられる。バラン４２では、インダクタ４２ａは、出力端子３２に接続された第１端と、接地に接続された第２端と、を有する。インダクタ４２ｂは、パワー段増幅器５２の出力端子５２ｂに接続された第１端と、ＲＦ信号ＲＦｕ２を出力する第２端と、を有し、インダクタ４２ａと電磁界的に結合する。インダクタ４２ｃは、インダクタ４２ｂの第２端に接続された第１端と、パワー段増幅器５３の出力端子５３ｂに接続された第２端と、を有し、インダクタ４２ａと電磁界的に結合する。

一般的に、負荷のインピーダンスが例えば５０オームのとき、バラン４２が対称に動作し、インダクタ４２ｂの第２端すなわちインダクタ４２ｃの第１端では、差動信号が互いに打ち消し合う。このため、ＲＦ信号ＲＦｕ２の電圧振幅は、ゼロである。一方、負荷のインピーダンスが５０オームからずれたとき、バラン４２が非対称に動作し、インダクタ４２ｂの第２端では、差動信号同士の打ち消しが不完全となる。この場合、ＲＦ信号ＲＦｕ２の電圧振幅が大きくなる。つまり、インダクタ４２ｂの第２端から出力されるＲＦ信号ＲＦｕ２の振幅が大きくなるので、保護回路を動作させることができる。

また、電力増幅回路１０７では、増幅トランジスタ５１ｃは、増幅トランジスタ５０ｃとドライバ段差動対５４を形成する。バラン４０は、ドライバ段差動対５４の前段に設けられる。バラン４０では、インダクタ４０ａは、入力端子３１に接続された第１端と、接地に接続された第２端と、を有する。インダクタ４０ｂは、ドライバ段増幅器５０の入力端子５０ａに接続された第１端と、ＲＦ信号ＲＦｕ３を出力する第２端と、を有し、インダクタ４０ａと電磁界的に結合する。インダクタ４０ｃは、インダクタ４０ｂの第２端に接続された第１端と、ドライバ段増幅器５１の入力端子５１ａに接続された第２端と、を有し、インダクタ４０ａと電磁界的に結合する。

一般的に、負荷のインピーダンスが例えば５０オームのとき、バラン４０が対称に動作し、インダクタ４０ｂの第２端すなわちインダクタ４０ｃの第１端では、差動信号が互いに打ち消し合う。このため、ＲＦ信号ＲＦｕ３の電圧振幅は、ゼロである。一方、負荷のインピーダンスが５０オームからずれたとき、バラン４０が非対称に動作し、インダクタ４０ｂの第２端では、差動信号同士の打ち消しが不完全となる。この場合、ＲＦ信号ＲＦｕ３の電圧振幅が大きくなる。つまり、インダクタ４０ｂの第２端から出力されるＲＦ信号ＲＦｕ３の振幅が大きくなるので、保護回路を動作させることができる。

また、電力増幅回路１０８では、パワー段差動対５５は、増幅トランジスタ５２ｃ及び５３ｃを含み、増幅トランジスタ５０ｃの後段に設けられる。クランプ回路８１は、パワー段増幅器５２の出力端子５２ｂと接地との間に設けられ、１つ以上のダイオード８１ａを含む。クランプ回路８２は、パワー段増幅器５３の出力端子５３ｂと接地との間に設けられ、１つ以上のダイオード８２ａを含む。ＲＦ信号ＲＦｕ４は、ダイオード８１ａのカソード及びダイオード８２ａのカソードから出力される。

例えば、負荷のインピーダンスが５０オームのとき、増幅トランジスタ５２ｃ及び５３ｃからそれぞれ出力される増幅信号ＲＦｐ３及びＲＦｍ３のバランスは保たれているが、増幅信号ＲＦｐ３及びＲＦｍ３の振幅が大きいとき、ダイオード８１ａのカソード及びダイオード８２ａのカソードでは、電圧振幅が発生する。つまり、ダイオード８１ａのカソード及びダイオード８２ａのカソードから出力されるＲＦ信号ＲＦｕ４の振幅が大きくなるので、保護回路を動作させることができる。また、負荷のインピーダンスが５０オームからずれたとき、増幅信号ＲＦｐ３及びＲＦｍ３のバランスが崩れ、ダイオード８１ａのカソード及びダイオード８２ａのカソードでは、電圧振幅が発生する。つまり、ダイオード８１ａのカソード及びダイオード８２ａのカソードから出力されるＲＦ信号ＲＦｕ４の振幅が大きくなるので、保護回路を動作させることができる。

なお、以上説明した各実施形態は、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。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、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、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

２０…入力整合回路
２１…段間整合回路
３１…入力端子
３２…出力端子
４０…バラン
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…インダクタ
４１…バラン
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ…インダクタ
４２…バラン
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ…インダクタ
５０、５１…ドライバ段増幅器
５２、５３…パワー段増幅器
５４…ドライバ段差動対
５５…パワー段差動対
８１、８２…クランプ回路
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８…電力増幅回路
１５１…ドライバ段バイアス供給回路
１５２、１５３…バイアス用トランジスタ
１５４…参照電圧生成回路
１５５…ドライバ段バイアス供給回路
１６１、１６２…パワー段バイアス供給回路
１７１…電流供給端子
１７２…バッテリー電圧供給端子
１７３１７４…制御信号供給端子
１７５、１７６…電源電圧供給端子
２０１、２０２、２０３、２０４…保護回路
３０１、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ…電圧レベルシフト回路

Claims (15)

1. 電圧供給源から供給される第１電圧によって動作し、第１信号を増幅して増幅信号を出力する第１増幅器と、
   バイアス制御電流が供給されるベース又はゲートと、第１抵抗素子を通じて前記第１増幅器にバイアスを供給するエミッタ又はソースと、を有するバイアス用トランジスタと、
   前記増幅信号と前記第１電圧に基づく第２信号とに基づいて前記バイアス制御電流の一部を接地に流す保護回路と、を備える、
   電力増幅回路。
2. 請求項１に記載の電力増幅回路であって、
   前記保護回路は、
   第１キャパシタを通じて前記接地に接続されたベース又はゲートと、第２キャパシタを通じて前記増幅信号が入力されるエミッタ又はソースと、を有する第１トランジスタと、
   前記バイアス用トランジスタの前記ベース又は前記ゲートに接続されたコレクタ又はドレインと、前記第１トランジスタの前記エミッタ又は前記ソースに接続されたベース又はゲートと、前記接地に接続されたエミッタ又はソースと、を有する第２トランジスタと、を含む、
   電力増幅回路。
3. 負荷に電力を供給する第１増幅器と、
   バイアス制御電流が供給されるベース又はゲートと、第１抵抗素子を通じて前記第１増幅器にバイアスを供給するエミッタ又はソースと、を有するバイアス用トランジスタと、
   前記負荷の変化に基づく第３信号に基づいて前記バイアス制御電流の一部を接地に流す保護回路と、を備える、
   電力増幅回路。
4. 請求項３に記載の電力増幅回路であって、
   前記第１増幅器は、電圧供給源から供給される第１電圧によって動作し、
   前記保護回路は、前記第１電圧に基づく第２信号にさらに基づいて前記一部を前記接地に流す、
   電力増幅回路。
5. 請求項３又は４に記載の電力増幅回路であって、
   前記保護回路は、
   第１キャパシタを通じて前記接地に接続されたベース又はゲートと、第２キャパシタを通じて前記第３信号が入力されるエミッタ又はソースと、を有する第１トランジスタと、
   前記バイアス用トランジスタの前記ベース又は前記ゲートに接続されたコレクタ又はドレインと、前記第１トランジスタの前記エミッタ又は前記ソースに接続されたベース又はゲートと、前記接地に接続されたエミッタ又はソースと、を有する第２トランジスタと、を含む、
   電力増幅回路。
6. 請求項２又は５に記載の電力増幅回路であって、
   前記第１増幅器は、電圧供給源から供給される第１電圧によって動作し、
   前記保護回路における前記第１トランジスタの前記ベース又は前記ゲートは、前記電圧供給源に接続される、
   電力増幅回路。
7. 請求項６に記載の電力増幅回路であって、
   前記電力増幅回路は、
   前記保護回路における前記第１トランジスタの前記ベース又は前記ゲートと前記電圧供給源との間に接続され、前記第１電圧をシフトさせる電圧シフト回路をさらに備える、
   電力増幅回路。
8. 請求項７に記載の電力増幅回路であって、
   前記電圧シフト回路は、
   １つ以上の第１ダイオードを含む、
   電力増幅回路。
9. 請求項２又は５に記載の電力増幅回路であって、
   前記保護回路における前記第１トランジスタの前記ベース又は前記ゲートは、前記バイアス用トランジスタの前記ベース又は前記ゲートに接続される、
   電力増幅回路。
10. 請求項９に記載の電力増幅回路であって、
    前記電力増幅回路は、
    前記保護回路における前記第１トランジスタの前記ベース又は前記ゲートと、前記バイアス用トランジスタの前記ベース又は前記ゲートとの間に接続された第２抵抗素子をさらに備える、
    電力増幅回路。
11. 請求項２又は５に記載の電力増幅回路であって、
    前記電力増幅回路は、
    前記第１増幅器の後段に設けられた第２増幅器と、
    制御電流源から供給される電流によって制御され、前記第２増幅器にバイアスを供給するバイアス供給回路と、をさらに備え、
    前記保護回路における前記第１トランジスタの前記ベース又は前記ゲートは、前記制御電流源に接続される、
    電力増幅回路。
12. 請求項３から５のいずれか一項に記載の電力増幅回路であって、
    前記電力増幅回路は、
    第２増幅器及び第３増幅器を含み、前記第１増幅器の後段に設けられた第１差動対と、
    前記第１増幅器と前記第１差動対との間に設けられた第１バランと、をさらに備え、
    前記第１バランは、
    前記第１増幅器の出力端子に接続された第１端と、低インピーダンスノードに接続された第２端と、を有する第１インダクタと、
    前記第２増幅器の入力端子に接続された第１端と、前記第３信号を出力する第２端と、を有し、前記第１インダクタと電磁界的に結合する第２インダクタと、
    前記第２インダクタの前記第２端に接続された第１端と、前記第３増幅器の入力端子に接続された第２端と、を有し、前記第１インダクタと電磁界的に結合する第３インダクタと、を含む、
    電力増幅回路。
13. 請求項３から５のいずれか一項に記載の電力増幅回路であって、
    前記電力増幅回路は、
    第２増幅器及び第３増幅器を含み、前記第１増幅器の後段に設けられた第１差動対と、
    前記第１差動対の後段に設けられた第２バランと、をさらに備え、
    前記第２バランは、
    前記電力増幅回路の出力端子に接続された第１端と、接地に接続された第２端と、を有する第４インダクタと、
    前記第２増幅器の出力端子に接続された第１端と、前記第３信号を出力する第２端と、を有し、前記第４インダクタと電磁界的に結合する第５インダクタと、
    前記第５インダクタの前記第２端に接続された第１端と、前記第３増幅器の出力端子に接続された第２端と、を有し、前記第４インダクタと電磁界的に結合する第６インダクタと、を含む、
    電力増幅回路。
14. 請求項３から５のいずれか一項に記載の電力増幅回路であって、
    前記電力増幅回路は、
    前記第１増幅器と第２差動対を形成する第４増幅器と、
    前記第２差動対の前段に設けられた第３バランと、をさらに備え、
    前記第３バランは、
    前記電力増幅回路の入力端子に接続された第１端と、接地に接続された第２端と、を有する第７インダクタと、
    前記第１増幅器の入力端子に接続された第１端と、前記第３信号を出力する第２端と、を有し、前記第７インダクタと電磁界的に結合する第８インダクタと、
    前記第８インダクタの前記第２端に接続された第１端と、前記第４増幅器の入力端子に接続された第２端と、を有し、前記第７インダクタと電磁界的に結合する第９インダクタと、を含む、
    電力増幅回路。
15. 請求項３から５のいずれか一項に記載の電力増幅回路であって、
    前記電力増幅回路は、
    第２増幅器及び第３増幅器を含み、前記第１増幅器の後段に設けられた第１差動対と、
    前記第２増幅器の出力端子と接地との間に設けられ、１つ以上の第２ダイオードを含む第１クランプ回路と、
    前記第３増幅器の出力端子と接地との間に設けられ、１つ以上の第３ダイオードを含む第２クランプ回路と、をさらに備え、
    前記第３信号は、前記第２ダイオードのカソード及び前記第３ダイオードのカソードから出力される、
    電力増幅回路。
    
    

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