JP5234996B2 - Multiple power mode power amplifier with bias modulation option without bypass switch - Google Patents

Multiple power mode power amplifier with bias modulation option without bypass switch Download PDF

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Description

本発明は電力増幅器に係り、特に移動ハンドセット及びそのほかの電池式用途(例えば、携帯用無線装置、携帯情報端末(PDA)、ノートブックコンピュータなど)に用いられる無線高周波(RF)増幅器に関するものである。より詳しく、本発明はバイパススイッチング回路を使わず多様な出力電力レベルに対応して電力を増幅するのに適した高効率の複数電力モード用電力増幅器に関するものである。   The present invention relates to power amplifiers, and more particularly to wireless radio frequency (RF) amplifiers used in mobile handsets and other battery powered applications (eg, portable wireless devices, personal digital assistants (PDAs), notebook computers, etc.). . More particularly, the present invention relates to a highly efficient multi-power mode power amplifier suitable for amplifying power corresponding to various output power levels without using a bypass switching circuit.

無線通信サービス用の移動ハンドセット又は携帯電話(セルラーホーンともいう)は次第に小さくて軽くなっている。これは、より小さくて軽い移動ハンドセットの製造を容易にするため、通常移動ハンドセットのかなり大きい部分であるバッテリーのサイズも小さくなっていることを意味する。同時に電話及びそのバッテリーは小さくなっているが、移動ハンドセットの通話時間は延長させることが好ましい。分かるように、これは調和させ難い目標であって、装置の電力消耗が同一でバッテリーが小さくなると、電池の電荷量当たり装置の動作時間が短縮する。   Mobile handsets or mobile phones (also called cellular horns) for wireless communication services are becoming increasingly smaller and lighter. This means that the size of the battery, usually a much larger part of the mobile handset, has also been reduced to facilitate the manufacture of smaller and lighter mobile handsets. At the same time, the phone and its battery are getting smaller, but it is preferable to extend the talk time of the mobile handset. As can be seen, this is a difficult goal to harmonize, and as the power consumption of the device is the same and the battery is smaller, the operating time of the device per battery charge amount is reduced.

従来の移動ハンドセットにおいて、無線高周波(RF)電力増幅器は移動ハンドセットの全体システムの電力の大半を消費する。よって、低効率のRF電力増幅器は全体システムの効率を低下させ、バッテリーをより急速に消耗させるので、通話時間を短縮させる。こういう訳で、この分野での多くの研究がRF電力増幅の効率を向上させるのに集中している。RF電力増幅器がより効率的であれば、電力及びバッテリーの消耗を減少させ、結局バッテリー電荷量当たり装置の通話時間又は動作時間を増大させる。   In conventional mobile handsets, radio frequency (RF) power amplifiers consume most of the power of the entire mobile handset system. Thus, a low efficiency RF power amplifier reduces the overall system efficiency and drains the battery more quickly, thus reducing call time. For this reason, much research in this area has focused on improving the efficiency of RF power amplification. If the RF power amplifier is more efficient, it will reduce power and battery drain and eventually increase the talk time or operating time of the device per battery charge.

複数電力モード用電力増幅器はRF電力増幅器の効率を向上させるために実施されたこのような研究の結果として最近紹介された装置の一つである。この複数電力モード用電力増幅器は、所望の状況に対応して自分の電力ステージを動作させ、出力電力レベルに対応して幾つかの動作モードのなかで一つモードで動作するように構成される(例えば、特許文献1ないし10参照)。複数電力モード用電力増幅器のこのような動作のためにバイパススイッチング回路が使用されてきた。   The multiple power mode power amplifier is one of the devices recently introduced as a result of such studies conducted to improve the efficiency of RF power amplifiers. This multiple power mode power amplifier is configured to operate its own power stage in response to a desired situation and to operate in one of several operating modes in response to the output power level. (For example, see Patent Documents 1 to 10). Bypass switching circuits have been used for this operation of multiple power mode power amplifiers.

低出力電力が要求されると、電力ステージをバイパスさせるように送電路を調整することが好ましい。これにひきかえ、高出力電力が要求されると、高出力電力を供給するため電力ステージを通過させるように送電路を調整することが好ましい。所望の出力電力レベルに対応してモード遷移を選択的に行う従来の複数電力モード用電力増幅器(バイパススイッチを使用)を使用すると、低出力電力信号の伝送の際にDC電力消費を減らすことができる。   When low output power is required, it is preferable to adjust the transmission path to bypass the power stage. On the other hand, when high output power is required, it is preferable to adjust the power transmission path so as to pass the power stage in order to supply high output power. Using a conventional power amplifier for multiple power modes (using a bypass switch) that selectively performs mode transitions in response to a desired output power level can reduce DC power consumption when transmitting low output power signals. it can.

しかし、スイッチ(例えば、PINダイオード)を有する複数電力モード用電力増幅器は製造コストが比較的高いし、前記スイッチは負のゲイン(例えば、スイッチ当たり−1dBのゲイン)有し得るため効率を多少低下させる。また、複数電力モード用電力増幅器を実行するためには、互いに直列で接続された多数の電力ステージのなかで一つ以上の電力ステージを切り替えなければならなく、この切り換え動作のため、バイパススイッチング回路を制御するための複雑な論理制御回路が必要である。   However, multi-power mode power amplifiers with switches (eg, PIN diodes) are relatively expensive to manufacture, and the switches can have negative gains (eg, gain of -1 dB per switch), resulting in some reduction in efficiency. Let In order to execute the power amplifier for the multiple power mode, one or more power stages must be switched among a plurality of power stages connected in series with each other. A complex logic control circuit is required to control this.

前記バイパススイッチング回路でのスイッチング動作による電力損失により出力電力が減少し、出力電力の減少により複数電力モード用電力増幅器の効率が低下する。また、隣接チャネル電力比(adjacent channel power ratio:ACPR)がより悪くなるというほかの問題点がある。さらに、バイパススイッチング回路自体とこのバイパススイッチング回路を制御するために付け加わった複雑な論理制御回路のため、全体システムのサイズがより大きくなるので、従来の複数電力モード用電力増幅器は移動ハンドセットの小型化趨勢に逆行すると考えられる。また、全体システムのサイズが大きくなると、特にスイッチが高価の部品であるから価格競争力で不利である。   The output power is reduced due to the power loss due to the switching operation in the bypass switching circuit, and the efficiency of the power amplifier for the multiple power mode is reduced due to the reduction of the output power. There is another problem that the adjacent channel power ratio (ACPR) becomes worse. In addition, because the bypass switching circuit itself and the complex logic control circuit added to control the bypass switching circuit increase the overall system size, conventional power amplifiers for multiple power modes are miniaturized for mobile handsets. It is thought to go against the trend. Further, when the size of the entire system is increased, the switch is an expensive part, which is disadvantageous in price competitiveness.

図1はバイパススイッチ又はバイパススイッチ回路を用いる従来の複数電力モードの電力増幅を示す。図1に示す複数電力モード用電力増幅器は三つのバイパススイッチ回路を使って構成される。   FIG. 1 illustrates conventional multiple power mode power amplification using a bypass switch or bypass switch circuit. The power amplifier for multiple power mode shown in FIG. 1 is configured using three bypass switch circuits.

この電力増幅器が高電力モードで動作すると、第1スイッチ31及び第2スイッチ32が閉じるとともに第3スイッチ33が開くので、インピーダンスマッチング部を含むドライバ10の出力が電力ステージ22(又は電力増幅部)に入力される。これにひきかえ、電力増幅器が低電力モードで動作すると、第1スイッチ31及び第2スイッチ32が開くとともに第3スイッチ33が閉じるので、インピーダンスマッチング部を含むドライバ10の出力が電力ステージ22をバイパスする。   When this power amplifier operates in the high power mode, the first switch 31 and the second switch 32 are closed and the third switch 33 is opened, so that the output of the driver 10 including the impedance matching unit is the power stage 22 (or power amplification unit). Is input. In contrast, when the power amplifier operates in the low power mode, the first switch 31 and the second switch 32 are opened and the third switch 33 is closed, so that the output of the driver 10 including the impedance matching unit bypasses the power stage 22. .

図1に示す複数電力モード用電力増幅器は、全体システムのサイズが増加し、バイパススイッチ回路の電力損失により全体システムの電力損失が増加するという欠点がある。特に、電力ステージの出力端子に接続された第2スイッチ32の電力損失は高電力モードでの動作の効率及び直線性に大きな影響を与えるので、高い電力容量及び優れた損失特性を有するバイパススイッチ回路を使用しなければならないが、電力取扱能力が高く電力損失が極めて少ないバイパススイッチング回路を使用するためには高費用がかかる。   The power amplifier for the multiple power mode shown in FIG. 1 has a drawback that the size of the entire system increases and the power loss of the entire system increases due to the power loss of the bypass switch circuit. In particular, the power loss of the second switch 32 connected to the output terminal of the power stage has a large effect on the efficiency and linearity of the operation in the high power mode, so that the bypass switch circuit has a high power capacity and excellent loss characteristics. However, it is expensive to use a bypass switching circuit with high power handling capability and very low power loss.

例えば、典型的なスイッチは−1dBのゲインを有するPINダイオードであり得る。多重スイッチが直列になっているとき(すなわち、直列スイッチ)、ゲイン損失が積重なる。また、PINダイオードは通常増幅器と一体化されていないので、所要集積回路(IC)又はチップ又は部品の数を増加させ、これによりコストアップとなる。また、PINダイオード自体は回路内に含ませることに比較的高い費用がかかる。ほかのタイプのスイッチの例としては、リレー、ミクロ機械加工されたスイッチ、トランジスタスイッチ、PINダイオードスイッチ、及びショットキー(Schottky)ダイオードスイッチがある。   For example, a typical switch can be a PIN diode with a gain of -1 dB. When multiple switches are in series (ie, a series switch), gain loss accumulates. Also, since PIN diodes are usually not integrated with amplifiers, the number of required integrated circuits (ICs) or chips or components is increased, thereby increasing costs. Also, the PIN diode itself is relatively expensive to include in the circuit. Examples of other types of switches are relays, micromachined switches, transistor switches, PIN diode switches, and Schottky diode switches.

スイッチは能動素子又は受動素子から作ることができる。一般の能動素子にはPINダイオード、ショットキーダイオード、及びトランジスタがある。“能動”という用語は素子が適切に動作するのにDC供給及び電力消費が必要であることを意味する。   The switch can be made from active or passive elements. Common active devices include PIN diodes, Schottky diodes, and transistors. The term “active” means that a DC supply and power consumption are required for the device to operate properly.

また、スイッチは機械的リレーなどの受動素子を使用して実行することもできる。また、最近MEMS(マイクロ電気機械システム)技術の開発につれて、集積回路で使用し得る機械加工された機械的スイッチも可能になった。受動スイッチにおいては、電力消費が不要であるが、動作のために依然として制御DC信号が必要である。   The switch can also be implemented using passive elements such as mechanical relays. Also, with the recent development of MEMS (micro electro mechanical system) technology, machined mechanical switches that can be used in integrated circuits have become possible. Passive switches do not require power consumption, but still require a control DC signal for operation.

概して、これらスイッチは全てスイッチ又はスイッチ素子として分類することができ、これらは三つのはっきりした特徴を共有する。これらスイッチは信号に損失を付け加え、全体システムに費用を付け加える。また、このスイッチをターンオン及びターンオフさせるためには外部制御信号が必要である。   In general, these switches can all be classified as switches or switch elements, which share three distinct features. These switches add loss to the signal and add cost to the overall system. Also, an external control signal is required to turn this switch on and off.

図2はほかのバイパススイッチ回路を用いる従来の複数電力モード用電力増幅器を示す。図2に示す複数電力モード用電力増幅器はバイパス経路にSPDT(single-pole and double-throw)スイッチ及びシャント(shunt)スイッチ(非直列)を組み合わせてなる。   FIG. 2 shows a conventional multiple power mode power amplifier using another bypass switch circuit. The power amplifier for multiple power mode shown in FIG. 2 is configured by combining a single-pole and double-throw (SPDT) switch and a shunt switch (non-series) in the bypass path.

増幅すべき入力信号はスイッチ44のポール41に接続される。スイッチ44は入力信号をスロー42又はスロー43に接続するように動作し得る。スロー43は電力増幅ステージ45の入力に接続される。電力増幅ステージ45の出力は第1インピーダンス変換部47の第1側に接続される。第1インピーダンス変換部47の第2側は出力ノード50に接続される。スロー42は第2インピーダンス変換部46の第1側に接続される。第3インピーダンス変換部48は第1インピーダンス変換部47の第2側と出力ノード50に直接接続される第1側を有する。第3インピーダンス変換部48の第2側はスイッチ49により第2インピーダンス変換部46の第2側と接地間で切り替えられる。   An input signal to be amplified is connected to the pole 41 of the switch 44. Switch 44 may operate to connect the input signal to throw 42 or throw 43. The slow 43 is connected to the input of the power amplification stage 45. The output of the power amplification stage 45 is connected to the first side of the first impedance converter 47. The second side of the first impedance converter 47 is connected to the output node 50. The slow 42 is connected to the first side of the second impedance converter 46. The third impedance converter 48 has a second side of the first impedance converter 47 and a first side directly connected to the output node 50. The second side of the third impedance converter 48 is switched between the second side of the second impedance converter 46 and the ground by a switch 49.

スイッチ49の動作はスイッチ44の動作と合わせられる。前記インピーダンス変換部等は、高電力モードで、すなわち入力信号がスイッチ44を介して増幅ステージ45に接続されるとき、増幅ステージ45の出力が第1インピーダンス変換部47により正しい負荷インピーダンスと会うように選択されたインピーダンス値を有する。低電力モードで動作するとき、すなわちスイッチ44がスロー42に接続され、インピーダンス変換部46を介して入力信号を伝送するとき、前記入力信号は第2インピーダンス変換部46により正しい負荷インピーダンスと会う。   The operation of the switch 49 is combined with the operation of the switch 44. The impedance conversion unit or the like is configured so that the output of the amplification stage 45 meets the correct load impedance by the first impedance conversion unit 47 when the input signal is connected to the amplification stage 45 via the switch 44 in the high power mode. Having a selected impedance value; When operating in the low power mode, i.e., when the switch 44 is connected to the slow 42 and transmits the input signal through the impedance converter 46, the input signal meets the correct load impedance by the second impedance converter 46.

図2に示す電力増幅器は少なくとも二つのSPDTを使わなければならないため、スイッチの固有損失により特性が悪くなり、比較的高価のスイッチと大きな電力増幅ステージの使用により製造費用も高くなる。   Since the power amplifier shown in FIG. 2 must use at least two SPDTs, the characteristic is deteriorated due to the inherent loss of the switch, and the manufacturing cost is increased due to the use of a relatively expensive switch and a large power amplification stage.

図3Aはバイパススイッチ回路の使用する従来の複数電力モード用電力増幅器を示すもので、ここでスイッチ回路はλ/4バイパス伝送ラインの出力端子に接続される。図3Aに示す複数電力モード用電力増幅器はキャリア増幅器51を含むもので、λ/4バイパス伝送ライン52及びシャントスイッチ53からなされたバイパススイッチ回路により実行されるバイパスを有する。   FIG. 3A shows a conventional multiple power mode power amplifier used by a bypass switch circuit, where the switch circuit is connected to the output terminal of the λ / 4 bypass transmission line. The power amplifier for multiple power mode shown in FIG. 3A includes a carrier amplifier 51 and has a bypass executed by a bypass switch circuit made up of a λ / 4 bypass transmission line 52 and a shunt switch 53.

高電力モードにおいて、バイパススイッチ回路のシャントスイッチ53は接地に接続され、シャントスイッチ53を含むバイパススイッチング回路はλ/4バイパス伝送ライン52に接続されることにより、短絡したスタブ(stub)として動作し、キャリア増幅器から見て開回路をなす。   In the high power mode, the shunt switch 53 of the bypass switch circuit is connected to the ground, and the bypass switching circuit including the shunt switch 53 is connected to the λ / 4 bypass transmission line 52 to operate as a short-circuited stub. Open circuit as seen from the carrier amplifier.

低電力モードにおいて、バイパススイッチング回路のシャントスイッチ53はキャリア増幅器51の出力端子に接続され、λ/4バイパス伝送ライン52とともにバイパスとして動作する。   In the low power mode, the shunt switch 53 of the bypass switching circuit is connected to the output terminal of the carrier amplifier 51 and operates as a bypass together with the λ / 4 bypass transmission line 52.

図3Bはバイパススイッチ回路を使用する従来の複数電力モード用電力増幅器を示すもので、ここでスイッチ回路はλ/4バイパス伝送ラインの入力端子に接続される。   FIG. 3B shows a conventional multiple power mode power amplifier using a bypass switch circuit, where the switch circuit is connected to the input terminal of the λ / 4 bypass transmission line.

図3Bに示す複数電力モード用電力増幅器と図3Aに示す複数電力モード用電力増幅器間の違いはλ/4バイパス伝送ラインとバイパススイッチ回路の順序のみにある。   The difference between the multiple power mode power amplifier shown in FIG. 3B and the multiple power mode power amplifier shown in FIG. 3A is only in the order of the λ / 4 bypass transmission line and the bypass switch circuit.

図3A及び図3Bに示す複数電力モード用電力増幅器は一つのバイパススイッチ回路のみを含むため、全体システムのサイズが小さいという利点を有する。しかし、同時にλ/4バイパス伝送ラインの使用により帯域幅が制限され、長い伝送ラインを収容するための大きな面積を要求するという欠点を有する。   Since the power amplifier for multiple power mode shown in FIGS. 3A and 3B includes only one bypass switch circuit, it has an advantage that the size of the entire system is small. However, at the same time, the bandwidth is limited by the use of the λ / 4 bypass transmission line, which has the disadvantage of requiring a large area to accommodate a long transmission line.

図4はほかのバイパススイッチ回路を使用する従来の複数電力モード用電力増幅器を示す。この電力増幅器は入力ステージトランジスタ62と、出力増幅器ステージトランジスタ65と、二つの並列ダイオードからなる直列スイッチ66と、スイッチングトランジスタ68とを含む。   FIG. 4 shows a conventional multiple power mode power amplifier using another bypass switch circuit. The power amplifier includes an input stage transistor 62, an output amplifier stage transistor 65, a series switch 66 composed of two parallel diodes, and a switching transistor 68.

高電力モードにおいて、スイッチングトランジスタ68はオフ状態であり、直列スイッチ66は開いている。したがって、入力ステージトランジスタ62の出力は出力ステージトランジスタ65と、入力インピーダンスを15 ohmのインピーダンスに変換する第1インピーダンスマッチング部63とに入力される。   In the high power mode, the switching transistor 68 is off and the series switch 66 is open. Therefore, the output of the input stage transistor 62 is input to the output stage transistor 65 and the first impedance matching unit 63 that converts the input impedance to an impedance of 15 ohms.

低電力モードにおいて、出力ステージトランジスタ65のベースバイアスがオフ状態、スイッチングトランジスタ68がオン状態であるので、スイッチ66が閉じる。第2インピーダンスマッチング部64は負荷インピーダンスを25 ohmのインピーダンスに変換する。第2インピーダンスマッチング部64はスイッチ66のオンの際に出力ステージトランジスタ65の入力インピーダンスより小さいインピーダンスを有するが、スイッチ66のオンの際には出力ステージトランジスタ65の入力インピーダンスより大きいインピーダンスを有する。したがって、第2インピーダンスマッチング部64はバイパスとして動作する。   In the low power mode, since the base bias of the output stage transistor 65 is off and the switching transistor 68 is on, the switch 66 is closed. The second impedance matching unit 64 converts the load impedance into an impedance of 25 ohms. The second impedance matching unit 64 has an impedance smaller than the input impedance of the output stage transistor 65 when the switch 66 is turned on, but has an impedance larger than the input impedance of the output stage transistor 65 when the switch 66 is turned on. Therefore, the second impedance matching unit 64 operates as a bypass.

米国特許第5,152,004号明細書US Pat. No. 5,152,004 米国特許第5,175,871号明細書US Pat. No. 5,175,871 米国特許第5,276,912号明細書US Pat. No. 5,276,912 米国特許第5,530,923号明細書US Pat. No. 5,530,923 米国特許第5,661,434号明細書US Pat. No. 5,661,434 米国特許第5,758,269号明細書US Pat. No. 5,758,269 米国特許第5,909,643号明細書US Pat. No. 5,909,643 米国特許第6,060,949号明細書US Pat. No. 6,060,949 米国特許第6,069,526号明細書US Pat. No. 6,069,526 米国特許第6,356,150号明細書US Pat. No. 6,356,150

したがって、本発明は以上のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的はより効率的な電力増幅器、特にスイッチを全く使わない複数電力モード用電力増幅器を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and an object thereof is to provide a more efficient power amplifier, particularly a power amplifier for a multiple power mode that does not use any switch.

前記のような目的を達成するため、本発明は、バイパススイッチを用いる従来の複数電力モード電力増幅器と関係がある電力損失、サイズ増大、費用増加などの問題点を避けるように、スイッチを含んでいないバイパス回路で多様なレベルの電力を増幅させる複数電力モード用電力増幅器を提供する。その上、本発明の複数電力モード用電力増幅器は低電力モードでDC電力を減らすので、電力増幅器の電力付加効率(PAE)特性が向上し、本発明の複数電力モード用電力増幅器を備えた携帯用電子装置の動作時間(例えば、移動ハンドセットの通話時間)が延長できる。   To achieve the above objective, the present invention includes a switch so as to avoid problems such as power loss, increased size, and increased cost associated with conventional multiple power mode power amplifiers using bypass switches. Provided is a power amplifier for a multiple power mode that amplifies various levels of power with a bypass circuit. In addition, since the power amplifier for multiple power mode of the present invention reduces DC power in the low power mode, the power added efficiency (PAE) characteristic of the power amplifier is improved, and the power amplifier having the power amplifier for multiple power mode of the present invention is provided. The operating time of the electronic device (for example, the talk time of the mobile handset) can be extended.

一具体例において、本発明の複数電力モード用電力増幅器は高電力モードで従来の複数電力モード用電力増幅器と関係がある電力損失を最小にするため、ドライバとして可変ゲイン増幅器を使用するので、高電力モードでのPAE特性が向上し、高電力モードでの悪い直線性が解決できる。また、本発明の複数電力モード用電力増幅器を備えた移動ハンドセット又は電話において音質の改良及びサイズ縮小が得られる。   In one embodiment, the multiple power mode power amplifier of the present invention uses a variable gain amplifier as a driver to minimize power loss associated with conventional multiple power mode power amplifiers in the high power mode. PAE characteristics in the power mode are improved, and poor linearity in the high power mode can be solved. In addition, improvement in sound quality and reduction in size can be obtained in a mobile handset or telephone equipped with the power amplifier for multiple power modes of the present invention.

本発明の一具体例はバイパススイッチを使用する従来の複数電力モード用電力増幅器の前述した問題点を解決し、電力ステージをバイパスする経路と最適地点で接続された電力ステージを通過する経路を形成するとともに電力ステージをバイパスする経路上に最適のインピーダンス変換器を提供することにより、バイパススイッチを使用しなくても多様なレベルの電力を増幅させ得る高効率の複数電力モード用電力増幅器を提供する。   One embodiment of the present invention solves the above-mentioned problems of a conventional power amplifier for multiple power modes using a bypass switch, and forms a path that bypasses the power stage and a path that passes through the power stage connected at the optimum point. In addition, by providing an optimum impedance converter on a path that bypasses the power stage, a high-efficiency multi-power mode power amplifier that can amplify various levels of power without using a bypass switch is provided. .

一具体例において、本発明は、入力電力を増幅させるドライバに直列で接続された第1インピーダンスマッチング部と前記第1インピーダンスマッチング部に接続された第2インピーダンスマッチング部を介してドライバにより増幅された電力を受け、前記電力を再び増幅させ、この増幅された電力を出力する電力ステージと、第1電力モードと第2電力モードに相当する印加電圧を制御するため、前記電力ステージに接続された印加電圧制御回路と、前記印加電圧制御回路の動作に応じて、前記第1インピーダンスマッチング部を介して前記ドライバにより増幅された電力を受けるインピーダンス変換器と、前記印加電圧制御回路の動作に応じて、前記電力ステージにより増幅された電力を受けるため、前記電力ステージに直列で接続された第3インピーダンスマッチング部と、前記第3インピーダンスマッチング部又は前記インピーダンス変換器から伝達された電力を前記印加電圧制御回路の動作に応じて出力ステージに伝達するため、前記第3インピーダンスマッチング部及び前記インピーダンス変換器に接続された第4インピーダンスマッチング部とを含む高効率の複数電力モード用電力増幅器を提供する。   In one embodiment, the present invention is amplified by a driver through a first impedance matching unit connected in series to a driver that amplifies input power and a second impedance matching unit connected to the first impedance matching unit. A power stage that receives power, amplifies the power again, and outputs the amplified power, and an application connected to the power stage to control applied voltages corresponding to the first power mode and the second power mode According to the operation of the voltage control circuit, the applied voltage control circuit, an impedance converter that receives the power amplified by the driver via the first impedance matching unit, and according to the operation of the applied voltage control circuit, In order to receive the power amplified by the power stage, it is connected in series to the power stage. A third impedance matching unit; and the third impedance matching unit and the impedance to transmit the power transmitted from the third impedance matching unit or the impedance converter to an output stage according to the operation of the applied voltage control circuit. A high-efficiency multi-power mode power amplifier including a fourth impedance matching unit connected to a converter is provided.

一実施形態によると、前記電力ステージは前記第2インピーダンスマッチング部に接続され、前記第2電力モードにおいて、前記電力ステージは前記第2インピーダンスマッチング部を介して前記ドライバにより増幅された電力を受け、この電力を再び増幅させる。   According to an embodiment, the power stage is connected to the second impedance matching unit, and in the second power mode, the power stage receives the power amplified by the driver via the second impedance matching unit, This power is amplified again.

一実施形態において、前記第1電力モードで前記電力ステージがオフされ、前記第2電力モードで前記電力ステージがオンされるようにするため、前記印加電圧制御回路は前記電力ステージに印加された電圧を調整する。   In one embodiment, the applied voltage control circuit includes a voltage applied to the power stage so that the power stage is turned off in the first power mode and the power stage is turned on in the second power mode. Adjust.

一実施形態において、前記インピーダンス変換器は前記第2インピーダンスマッチング部、前記電力ステージ及び前記第3インピーダンスマッチング部に平行なブランチで接続され、前記第1電力モードにおいて、前記インピーダンス変換器は前記ドライバにより増幅された電力を前記第1インピーダンスマッチング部を介して受け、この電力を前記第4インピーダンスマッチング部に出力する。また、特定の実施形態において、前記インピーダンス変換器は帯域フィルタの構造を有する。ほかの実施形態において、前記インピーダンス変換器は帯域通過フィルタ、帯域拒否フィルタ、低域通過フィルタ、又は高域通過フィルタなどの帯域選択フィルタのいずれである。   In one embodiment, the impedance converter is connected in a branch parallel to the second impedance matching unit, the power stage, and the third impedance matching unit, and in the first power mode, the impedance converter is driven by the driver. The amplified power is received through the first impedance matching unit, and this power is output to the fourth impedance matching unit. In a specific embodiment, the impedance converter has a band-pass filter structure. In another embodiment, the impedance converter is any of a band selection filter such as a band pass filter, a band reject filter, a low pass filter, or a high pass filter.

一実施形態において、前記第3インピーダンスマッチング部は前記インピーダンス変換器を介して伝達された電力が前記電力ステージへ漏洩することを防止する。   In one embodiment, the third impedance matching unit prevents power transmitted through the impedance converter from leaking to the power stage.

一実施形態において、前記第4インピーダンスマッチング部は前記第1電力モードで前記インピーダンス変換器から電力を受け、前記第4インピーダンスマッチング部は前記第2電力モードで前記第3インピーダンスマッチング部から電力を受ける。   In one embodiment, the fourth impedance matching unit receives power from the impedance converter in the first power mode, and the fourth impedance matching unit receives power from the third impedance matching unit in the second power mode. .

一実施形態において、前記第1インピーダンスマッチング部を通過した電力が前記第4インピーダンスマッチング部に伝達されるようにする経路は、前記第1インピーダンスマッチング部から前記電力ステージ側に見たときのインピーダンスと前記第1インピーダンスマッチング部から前記インピーダンス変換器側に見たときのインピーダンスとを比較することにより決定される。   In one embodiment, the path through which the power that has passed through the first impedance matching unit is transmitted to the fourth impedance matching unit is the impedance when viewed from the first impedance matching unit to the power stage side. It is determined by comparing the impedance when viewed from the first impedance matching unit to the impedance converter side.

一実施例において、前記第1インピーダンスマッチング部から前記インピーダンス変換器側に見たときのインピーダンスは、前記第2電力モードで前記第1インピーダンスマッチング部とともに、前記ドライバと前記電力ステージ間にインターステージマッチング部の一部を形成する。   In one embodiment, the impedance when viewed from the first impedance matching unit to the impedance converter side is interstage matching between the driver and the power stage together with the first impedance matching unit in the second power mode. Part of the part is formed.

ほかの具体例において、高効率の複数電力モード用電力増幅器は、可変ゲイン増幅器を使用して入力信号のゲインを可変的に増幅させるドライバと、前記ドライバに直列で接続された第1インピーダンスマッチング部及び前記第1インピーダンスマッチング部に接続された第2インピーダンスマッチング部を介して前記ドライバにより増幅された電力を受け、この電力を再び増幅させ、この増幅された電力を出力する電力ステージと、前記第1電力モード及びヂ2電力モードに相当する印加電圧を制御するため、前記電力ステージに接続される印加電圧制御部と、前記印加電圧制御回路の動作に応じて前記ドライバにより増幅された電力を前記第1インピーダンスマッチング部を介して受けるインピーダンス変換器と、前記印加電力制御回路の動作に応じて前記電力ステージにより増幅された電力を受けるため、前記電力ステージに直列で接続される第3インピーダンスマッチング部と、前記第3インピーダンスマッチング部又は前記インピーダンス変換器から伝達された電力を前記印加電圧制御回路の動作に応じて出力ステージに伝達するため、前記第3インピーダンスマッチング部及び前記インピーダンス変換器に接続される第4インピーダンスマッチング部とを含む。   In another specific example, a high-efficiency multiple power mode power amplifier includes a driver that variably amplifies the gain of an input signal using a variable gain amplifier, and a first impedance matching unit connected in series to the driver And a power stage that receives the power amplified by the driver via the second impedance matching unit connected to the first impedance matching unit, amplifies the power again, and outputs the amplified power, In order to control the applied voltage corresponding to the 1 power mode and the di 2 power mode, the applied voltage control unit connected to the power stage and the power amplified by the driver according to the operation of the applied voltage control circuit are Impedance converter received via first impedance matching unit, and applied power control circuit In order to receive the power amplified by the power stage according to the operation, the third impedance matching unit connected in series to the power stage, and the power transmitted from the third impedance matching unit or the impedance converter In order to transmit to the output stage according to the operation of the applied voltage control circuit, the third impedance matching unit and a fourth impedance matching unit connected to the impedance converter are included.

一実施形態において、前記電力ステージは前記第2インピーダンスマッチング部に直列で接続され、前記第2電力モードにおいて、前記電力ステージは前記ドライバにより増幅された電力を前記第2インピーダンスマッチング部を介して受け、この電力を再び増幅させる。   In one embodiment, the power stage is connected in series to the second impedance matching unit, and in the second power mode, the power stage receives the power amplified by the driver through the second impedance matching unit. This power is amplified again.

一実施形態において、前記印加電圧制御回路は、前記ドライバに入力された信号のゲインが前記第1電力モード及び前記第2電力モードに応じていろいろに増幅されるように前記ドライバを制御する。前記印加電圧制御回路は、前記第1電力モードで前記電力ステージがオフされ、前記第2電力モードで前記電力ステージがオンされるように、前記電力ステージに印加された電圧を調整する。   In one embodiment, the applied voltage control circuit controls the driver so that a gain of a signal input to the driver is variously amplified according to the first power mode and the second power mode. The applied voltage control circuit adjusts a voltage applied to the power stage so that the power stage is turned off in the first power mode and the power stage is turned on in the second power mode.

前記増幅器は二つ以上の電力モードを有し得る。例えば、前記増幅器は、多様な電力量を使用するいくつかの異なる電力モードなど、三つ、四つ、五つ、六つ又はそれ以上のモードを有し得る。   The amplifier may have more than one power mode. For example, the amplifier may have three, four, five, six or more modes, such as several different power modes using various amounts of power.

一実施形態において、前記インピーダンス変換器は前記第2インピーダンスマッチング部、前記電力ステージ及び前記第3インピーダンスマッチング部を含む回路ブランチに並列で接続され、前記第1電力モードにおいて、前記インピーダンス変換器は前記ドライバにより増幅された電力を前記第1インピーダンスマッチング部を介して受け、この電力を前記第4インピーダンスマッチング部に出力する。前記インピーダンス変換器は帯域通過フィルタの構造を有する。ほかの実施形態において、前記インピーダンス変換器は、帯域通過フィルタ、帯域拒否フィルタ、低域通過フィルタ、又は高域通過フィルタなどの帯域選択フィルタのいずれであり得る。   In one embodiment, the impedance converter is connected in parallel to a circuit branch including the second impedance matching unit, the power stage, and the third impedance matching unit, and in the first power mode, the impedance converter is The power amplified by the driver is received via the first impedance matching unit, and this power is output to the fourth impedance matching unit. The impedance converter has a bandpass filter structure. In other embodiments, the impedance converter can be any band selection filter such as a band pass filter, a band reject filter, a low pass filter, or a high pass filter.

一実施形態において、前記第3インピーダンスマッチング部は前記インピーダンス変換器を介して伝達された電力が前記電力ステージに漏洩することを防止する。   In one embodiment, the third impedance matching unit prevents power transmitted through the impedance converter from leaking to the power stage.

一実施形態において、前記第4インピーダンスマッチング部は前記第1電力モードで前記インピーダンス変換器から電力を受け、前記第4インピーダンスマッチング部は前記第2電力モードで前記第3インピーダンスマッチング部から電力を受ける。   In one embodiment, the fourth impedance matching unit receives power from the impedance converter in the first power mode, and the fourth impedance matching unit receives power from the third impedance matching unit in the second power mode. .

一実施形態において、電力が前記第1インピーダンスマッチング部を通過して前記第4インピーダンスマッチング部に伝達されるようにする経路は、前記第1インピーダンスマッチング部から前記電力ステージ側に見たときのインピーダンスと前記第1インピーダンスマッチング部から前記インピーダンス変換器側に見たときのインピーダンスとを比較することにより決定される。   In one embodiment, a path through which power passes through the first impedance matching unit and is transmitted to the fourth impedance matching unit is an impedance when viewed from the first impedance matching unit to the power stage side. And the impedance when viewed from the first impedance matching unit to the impedance converter side.

一実施形態において、前記第1インピーダンスマッチング部から前記インピーダンス変換器側に見たときのインピーダンスは、前記第2電力モードで前記第1インピーダンスマッチング部とともに、前記ドライバと前記電力ステージ間にインターステージマッチング部の一部を形成する。   In one embodiment, the impedance when viewed from the first impedance matching unit to the impedance converter side is interstage matching between the driver and the power stage together with the first impedance matching unit in the second power mode. Part of the part is formed.

一具体例において、携帯用電子装置用に構成された複数電力モード用電力増幅器は電力を供給するためのドライバを含む。電力ステージトランジスタは入力ノード及び出力ノードを含む。前記電力ステージトランジスタの入力ノードは、高電力モードで前記ドライバから電力を受けるため、前記ドライバに連結される。インピーダンス変換器は入力ノードと出力ノードを含むもので、前記電力ステージトランジスタに並列ブランチで設けられる。前記インピーダンス変換器の入力ノードは低電力モードで前記ドライバから電力を受けるように構成される。   In one embodiment, a multiple power mode power amplifier configured for a portable electronic device includes a driver for supplying power. The power stage transistor includes an input node and an output node. An input node of the power stage transistor is coupled to the driver for receiving power from the driver in a high power mode. The impedance converter includes an input node and an output node, and is provided in a parallel branch to the power stage transistor. The input node of the impedance converter is configured to receive power from the driver in a low power mode.

ほかの具体例において、携帯用電子装置は電源と前記電源に接続された電力増幅器とを含む。前記電力増幅器は、電力を供給するドライバと、入力ノードと出力ノードを含むものであって、前記入力ノードが前記ドライバから電力を受けるため前記ドライバに接続され高電力モードで前記ドライバから電力を受けるように構成される電力ステージトランジスタと、入力ノードと出力ノードを含み前記電力ステージトランジスタに並列ブランチで設けられるもので、前記入力ノードが低電力モードで前記ドライバから電力を受けるように構成されるインピーダンス変換器とを含む。   In another embodiment, the portable electronic device includes a power source and a power amplifier connected to the power source. The power amplifier includes a driver for supplying power, an input node, and an output node, and the input node is connected to the driver to receive power from the driver and receives power from the driver in a high power mode. A power stage transistor configured as described above and an input node and an output node provided in parallel branches to the power stage transistor, wherein the input node is configured to receive power from the driver in a low power mode Including a converter.

ほかの具体例において、携帯電話用に構成された複数電力モード用電力増幅器は、電力を供給するドライバと、入力ノードと出力ノードを含むものであって、前記入力ノードが前記ドライバに連結され高電力モード中に前記ドライバから電力を受けるようになる電力ステージトランジスタと、前記ドライバにより出力された電力を受けるため前記ドライバに連結される第1インピーダンスマッチング部と、前記第1インピーダンスマッチング部と前記電力ステージトランジスタ間に設けられる第2インピーダンスマッチング部と、入力ノードと出力ノードを含み前記電力ステージトランジスタに並列ブランチで設けられるものであって、前記入力ノードが低電力モード動作中に前記第1インピーダンスマッチング部から電力を受けるようになるインピーダンス変換器と、第1側と第2側を有するものであって、前記第1側が前記電力ステージトランジスタの前記出力ノードに連結されるようになる第3インピーダンスマッチング部と、前記第3インピーダンスマッチング部の前記第2側と前記インピーダンス変換器の前記出力ノードに連結される第4インピーダンスマッチング部とを含む。   In another specific example, a power amplifier for a multiple power mode configured for a mobile phone includes a driver that supplies power, an input node, and an output node, wherein the input node is coupled to the driver and is high-powered. A power stage transistor that receives power from the driver during a power mode; a first impedance matching unit coupled to the driver to receive power output by the driver; the first impedance matching unit and the power A second impedance matching unit provided between the stage transistors; and an input node and an output node. The power stage transistor is provided in a parallel branch, wherein the input node is in the low power mode operation. To receive power from the club An impedance converter; a third impedance matching unit having a first side and a second side, wherein the first side is connected to the output node of the power stage transistor; and the third impedance matching. And a fourth impedance matching unit connected to the output node of the impedance converter.

さらにほかの具体例において、複数電力モード用電力増幅器は、高電力モード中に第1及び第2インピーダンスマッチング部を介してドライバから第1電力を受け、前記第1電力より大きい第2電力を出力するように構成される電力ステージトランジスタと、前記電力ステージトランジスタに連結され、前記高電力モード中に前記電力ステージトランジスタに第1信号を印加して前記電力ステージトランジスタをターンオンさせ、低電力モード中に前記電力ステージトランジスタに第2信号を印加して前記電力ステージトランジスタをターンオフさせるように構成される印加電圧制御回路と、前記低電力モード中に前記第1インピーダンスマッチング部を介して前記ドライバから、前記第2電力より小さい第3電力を受けるように構成されるインピーダンス変換器と、前記電力ステージトランジスタに直列で連結され、前記高電力モード中に前記電力ステージトランジスタにより出力された前記第2電力を受けるように構成される第3インピーダンスマッチング部と、前記第3インピーダンスマッチング部に直列で連結され、前記第3インピーダンスマッチング部から第2電力を受けるか又は前記インピーダンス変換器から第3電力を受け、この受けた第2又は第3電力を出力ステージに伝達する第4インピーダンスとを含む。   In still another specific example, the power amplifier for the multiple power mode receives the first power from the driver through the first and second impedance matching units during the high power mode and outputs a second power larger than the first power. A power stage transistor configured to be coupled to the power stage transistor and applying a first signal to the power stage transistor during the high power mode to turn on the power stage transistor and during the low power mode An applied voltage control circuit configured to apply a second signal to the power stage transistor to turn off the power stage transistor; and from the driver via the first impedance matching unit during the low power mode; Configured to receive a third power less than the second power An impedance converter, a third impedance matching unit coupled in series with the power stage transistor and configured to receive the second power output by the power stage transistor during the high power mode; and The second power is connected in series to the impedance matching unit, receives the second power from the third impedance matching unit or receives the third power from the impedance converter, and transmits the received second or third power to the output stage. 4 impedance.

以上のように、本発明は、携帯電話などの無線送信機又は受信機においてスイッチなしで複数モードを有する増幅回路を使用する。本発明は、スイッチなしで複数モードを有する増幅回路を使用するので、携帯用無線装置の伝送時間を延長させる。本発明は、スイッチなしで複数モードを有する増幅回路を使用するので、携帯用無線装置のバッテリ寿命を延長させる。本発明は、受信アンテナまでの距離に応じて低電力モード又は高電力モードで動作するように、スイッチなしで二つ以上のモードを有する増幅回路を使用するので、効率を向上させ、電力消耗を減らす。本発明は、スイッチを使用しなくても、低電力モードから高電力モードに、又は高電力モードから低電力モードに可変させるため、電力ステージのインピーダンスを可変させる。本発明は、スイッチなしで増幅器の一電力モードからほかの電力モードに変えるように、インピーダンス部を使用する。   As described above, the present invention uses an amplifier circuit having a plurality of modes without a switch in a wireless transmitter or receiver such as a mobile phone. Since the present invention uses an amplifier circuit having a plurality of modes without a switch, the transmission time of the portable wireless device is extended. The present invention uses an amplifier circuit having multiple modes without a switch, thus extending the battery life of the portable wireless device. The present invention uses an amplifier circuit having two or more modes without a switch so as to operate in a low power mode or a high power mode depending on the distance to the receiving antenna, thereby improving efficiency and reducing power consumption. cut back. The present invention varies the impedance of the power stage in order to vary from the low power mode to the high power mode or from the high power mode to the low power mode without using a switch. The present invention uses the impedance section to change from one power mode of the amplifier to another power mode without a switch.

また、本発明は、増幅器へのバイアシングを可変させて電力消耗を減らすバイアス変調回路を提供する。これは増幅器をスイッチングしてオフさせる技術とは異なるものである。増幅器のバイアシングを変えることにより、その動作モードが変わってクラスAよりはクラスBに近いクラスABで動作する。このような技術により、低電力モードでの電力消耗がバイアス変調回路のない増幅器モジュールよりも減少する。   The present invention also provides a bias modulation circuit that reduces power consumption by varying biasing to the amplifier. This is different from the technique of switching off the amplifier. By changing the biasing of the amplifier, the operation mode is changed and the class AB is closer to the class B than the class A. With such a technique, power consumption in the low power mode is reduced compared to an amplifier module without a bias modulation circuit.

本発明のほかの目的、特徴及び利点は以降の詳細な説明と添付図面から明らかに理解できる。   Other objects, features and advantages of the present invention can be clearly understood from the following detailed description and the accompanying drawings.

バイパススイッチを用いる従来の複数電力モード用電力増幅器を示す図である。It is a figure which shows the conventional power amplifier for multiple power modes using a bypass switch. ほかのバイパススイッチを用いる従来の複数電力モード用電力増幅器を示す図である。It is a figure which shows the conventional power amplifier for multiple power modes using another bypass switch. λ/4バイパス伝送ラインの出力端子に接続されたバイパススイッチを用いる従来の複数電力モード用電力増幅器を示す図である。It is a figure which shows the conventional power amplifier for multiple power modes using the bypass switch connected to the output terminal of (lambda) / 4 bypass transmission line. λ/4バイパス伝送ラインの入力端子に接続されたバイパススイッチを用いる従来の複数電力モード用電力増幅器を示す図である。It is a figure which shows the conventional power amplifier for multiple power modes using the bypass switch connected to the input terminal of (lambda) / 4 bypass transmission line. ほかのバイパススイッチを用いる従来の複数電力モード用電力増幅器を示す図である。It is a figure which shows the conventional power amplifier for multiple power modes using another bypass switch. 本発明の一具体例による、バイパススイッチ回路なしで電力モード遷移構造を用いる高効率の複数電力モード用電力増幅器を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a highly efficient multiple power mode power amplifier using a power mode transition structure without a bypass switch circuit, according to one embodiment of the present invention. バイパススイッチのない電力モード遷移構造を詳細に説明する図5の高効率の複数電力モード用電力増幅器を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the high-efficiency multi-power mode power amplifier of FIG. 5 for explaining in detail a power mode transition structure without a bypass switch. 本発明の一具体例による複数電力モード用電力増幅器の高電力モード及び低電力モードに相当するゲイン特性を示すグラフである。6 is a graph illustrating gain characteristics corresponding to a high power mode and a low power mode of a power amplifier for a plurality of power modes according to an example of the present invention. 本発明の一実施例による複数電力モード用電力増幅器の高電力モード及び低電力モードに相当する電力付加効率(PAE)特性を示すグラフである。3 is a graph illustrating power added efficiency (PAE) characteristics corresponding to a high power mode and a low power mode of a power amplifier for a multiple power mode according to an embodiment of the present invention. 複数電力モード用電力増幅器の二つのステージを有する実施形態のより詳細な回路図を示す。FIG. 4 shows a more detailed circuit diagram of an embodiment having two stages of a power amplifier for multiple power modes. ドライバが可変ゲイン増幅器(VGA)又はプレディストータ回路である場合の複数電力モード用電力増幅器のほかの具体例を示す図である。It is a figure which shows the other specific example of the power amplifier for multiple power modes in case a driver is a variable gain amplifier (VGA) or a predistorter circuit. 三つのステージ、二つのドライバ及び一つの電力ステージを有する複数電力モード用電力増幅器のほかの具体例を示す図である。It is a figure which shows the other specific example of the power amplifier for multiple power modes which has three stages, two drivers, and one power stage. ドライバのなかで一つのドライバが可変ゲイン増幅器又はプレディストータ回路である場合の三つのステージを有する複数電力モード用電力増幅器のほかの具体例を示す図である。It is a figure which shows the other specific example of the power amplifier for multiple power modes which has three stages in case one driver is a variable gain amplifier or a predistorter circuit among drivers. インピーダンス変換部がメイン電力ステージのみをバイパスする、三つのステージを有する複数電力モード用電力増幅器のほかの具体例を示す図である。It is a figure which shows the other specific example of the power amplifier for multiple power modes which has three stages in which an impedance converter bypasses only a main power stage. 図12の増幅回路のより詳細な回路図を示す。FIG. 13 shows a more detailed circuit diagram of the amplifier circuit of FIG. ドライバのなかで一つのドライバが可変ゲイン増幅器又はプレディストータ回路である場合の図12の増幅回路のほかの具体例を示す図である。It is a figure which shows the other specific example of the amplifier circuit of FIG. 12 in case one driver is a variable gain amplifier or a predistorter circuit among drivers. 第1インピーダンスマッチング部及び第2インピーダンスマッチング部に対するいろいろな相違した回路構成を示す図である。It is a figure which shows the various different circuit structure with respect to a 1st impedance matching part and a 2nd impedance matching part. 第3インピーダンスマッチング部及び第4インピーダンスマッチング部に対するいろいろな相違した回路構成を示す図である。It is a figure which shows the various different circuit structure with respect to a 3rd impedance matching part and a 4th impedance matching part. インピーダンス変換部に対するいろいろな異なる回路構成を示す図である。It is a figure which shows the various different circuit structure with respect to an impedance converter. 図14の増幅回路の実施形態のより詳細な回路図を示す。Fig. 15 shows a more detailed circuit diagram of the embodiment of the amplifier circuit of Fig. 14; 電圧制御回路のいろいろな相違した回路構成を示す図である。It is a figure which shows the various different circuit structure of a voltage control circuit. CMOS技術を用いて構成した本発明の二つのステージを有する複数モード増幅回路を示す図である。It is a figure which shows the multi-mode amplifier circuit which has the two stages of this invention comprised using CMOS technology. CMOS技術を用いて構成した本発明の三つのステージを有する複数モード増幅回路を示す図である。It is a figure which shows the multi-mode amplifier circuit which has the three stages of this invention comprised using CMOS technology. MESFET技術を用いて構成した本発明の二つのステージを有する複数モード増幅回路を示す図である。It is a figure which shows the multi-mode amplifier circuit which has the two stages of this invention comprised using the MESFET technique. MESFET技術を用いて構成した本発明の三つのステージを有する複数モード増幅回路を示す図である。It is a figure which shows the multi-mode amplifier circuit which has the three stages of this invention comprised using the MESFET technique. バイアス変調回路構成を有する図5の増幅回路の実施形態を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of the amplifier circuit of FIG. 5 having a bias modulation circuit configuration. 増幅バイアス変調を有する図12の三つのステージを有する増幅器構成の一具体例を示す図である。FIG. 13 illustrates a specific example of an amplifier configuration having the three stages of FIG. 12 with amplification bias modulation. 本発明の減少したバイアス供給概念を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a reduced bias supply concept of the present invention. 本発明の減少したバイアス供給概念を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a reduced bias supply concept of the present invention. 図26Bの構成のより詳細な回路図である。FIG. 26B is a more detailed circuit diagram of the configuration of FIG. 26B. ドライバステージ制御回路構成の四つの例を示す図である。It is a figure which shows four examples of a driver stage control circuit structure. バイアス電圧を変更するため増幅器ドライバに接続された電圧制御回路を示す図である。FIG. 3 shows a voltage control circuit connected to an amplifier driver for changing the bias voltage. 設計段階で第2ドライバのトランジスタへのバイアス供給電流を微細にチューニングするためにR1又はR2がどのように使用できるかを示すグラフである。6 is a graph showing how R1 or R2 can be used to finely tune the bias supply current to the transistor of the second driver at the design stage. 設計段階で第2ドライバのトランジスタへのバイアス供給電流を微細にチューニングするためにR1又はR2がどのように使用できるかを示すグラフである。6 is a graph showing how R1 or R2 can be used to finely tune the bias supply current to the transistor of the second driver at the design stage. 電流変化対出力電力のグラフである。6 is a graph of current change versus output power. 効率(PAE)対出力電力のグラフである。FIG. 6 is a graph of efficiency (PAE) versus output power. ACPR対出力電力のグラフである。It is a graph of ACPR versus output power. ゲイン対出力電力のグラフである。It is a graph of gain versus output power.

以下、本発明の具体例による高効率の複数電力モード用電力増幅器について添付図面を参照して詳細に説明する。本明細書において、第1電力モードは低電力モードと呼び、第2電力モードは高電力モードと呼ぶ。   Hereinafter, a high-efficiency multiple power mode power amplifier according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification, the first power mode is referred to as a low power mode, and the second power mode is referred to as a high power mode.

図5は本発明の一具体例による、バイパススイッチ回路なしで電力モード遷移構造を使用する高効率の複数電力モード用電力増幅器を示す。言い換えれば、この増幅器は回路構成に何のスイッチ又はスイッチ素子も含んでいない。前述したように、スイッチの例としてはリレー、ミクロ機械加工されたスイッチ、トランジスタスイッチ、PINダイオードスイッチ、及びショットキーダイオードスイッチを含む。   FIG. 5 illustrates a high efficiency multi-power mode power amplifier using a power mode transition structure without a bypass switch circuit, according to one embodiment of the present invention. In other words, the amplifier does not include any switches or switch elements in the circuit configuration. As described above, examples of switches include relays, micromachined switches, transistor switches, PIN diode switches, and Schottky diode switches.

本発明は何のスイッチも使用しなく、そのスイッチを制御するために設けられる外部制御回路がなく、スイッチを有することによる費用及び損失の増加がない。これにより、複数モード増幅器などの回路をコンパクトで簡単に且つ費用面で効果的な方式で満たすことができる。また、損失がないというのは性能(すなわち、直線性及び効率)が最大化できることを意味する。複数モード増幅器に対して説明したが、本発明の技術は増幅器以外のタイプの回路にも適用することができる。   The present invention does not use any switch, there is no external control circuit provided to control the switch, and there is no increase in cost and loss due to having the switch. This allows circuits such as multimode amplifiers to be filled in a compact, simple and cost effective manner. Also, no loss means that performance (ie, linearity and efficiency) can be maximized. Although described for a multimode amplifier, the techniques of the present invention can be applied to other types of circuits.

図5に示す高効率の複数電力モード用電力増幅器は、入力電力を増幅させるドライバ100と、前記ドライバ100により増幅された電力を前記ドライバに接続された第1インピーダンスマッチング部130と前記第1インピーダンスマッチング部130に接続された第2インピーダンスマッチング部140とを介して受け、前記電力を再増幅させ、再増幅された電力を出力する電力ステージ120と、低電力モード及び高電力モードに対応して印加電圧を制御するため、前記電力ステージ120に接続される印加電圧制御回路90と、前記印加電圧制御回路90の動作により、前記ドライバ100により増幅された電力を前記第1インピーダンスマッチング部130を介して受け、電力を第4インピーダンスマッチング部160に伝達するインピーダンス変換器170と、前記電力ステージ120により増幅された電力を第4インピーダンスマッチング部160に伝達するため、前記電力ステージ120に直列で接続される第3インピーダンスマッチング部150と、前記第3インピーダンスマッチング部150又はインピーダンス変換器170から伝達された電力を前記印加電圧制御回路90の動作により出力ノード240に伝達するため、前記第3インピーダンスマッチング部150及び前記インピーダンス変換器170に接続される第4インピーダンスマッチング部160とを含む。   The high-efficiency multi-power mode power amplifier shown in FIG. 5 includes a driver 100 that amplifies input power, a first impedance matching unit 130 that connects the power amplified by the driver 100 to the driver, and the first impedance. A power stage 120 that receives the power through the second impedance matching unit 140 connected to the matching unit 130, re-amplifies the power, and outputs the re-amplified power, and corresponds to the low power mode and the high power mode. In order to control the applied voltage, the applied voltage control circuit 90 connected to the power stage 120 and the operation of the applied voltage control circuit 90 cause the power amplified by the driver 100 to pass through the first impedance matching unit 130. And transmit power to the fourth impedance matching unit 160. A third impedance matching unit 150 connected in series to the power stage 120 to transmit the power amplified by the impedance converter 170 and the power stage 120 to the fourth impedance matching unit 160; The fourth impedance connected to the third impedance matching unit 150 and the impedance converter 170 to transmit the power transmitted from the unit 150 or the impedance converter 170 to the output node 240 by the operation of the applied voltage control circuit 90. And a matching unit 160.

後述するように、一具体例において、前記電力ステージ120はその電力ステージを通過する電力流を調整する一つ以上のトランジスタを含む。また、電力ステージ120は高電力モード動作中にドライバ100から受けた電力を増幅させることもできる。したがって、電力ステージ120は“電力増幅ステージ”又は“電力ステージトランジスタ”とも言える。一具体例において、前記電力ステージは一つ以上のトランジスタを含む。それ以上の詳細な内容は以下で説明する。信号経路の信号を増幅させるトランジスタは電力ステージトランジスタと呼び得る。   As will be described below, in one embodiment, the power stage 120 includes one or more transistors that regulate the power flow through the power stage. The power stage 120 can also amplify the power received from the driver 100 during the high power mode operation. Therefore, the power stage 120 can also be referred to as a “power amplification stage” or a “power stage transistor”. In one embodiment, the power stage includes one or more transistors. Further details are described below. A transistor that amplifies the signal in the signal path may be referred to as a power stage transistor.

印加電圧制御回路90は、電力ステージ120に印加された電圧を低電力モード及び高電力モードに対応して外部制御信号入力により調整する。出力電力は電力ステージ120でなく、最適化された第1インピーダンスマッチング部130及び最適化されたインピーダンス変換器170を通過することにより低電力モードで減少するから、電力ステージ120のトランジスタ120がオフされるように印加電圧制御回路90は電力ステージ120に印加される電圧を調整する。   The applied voltage control circuit 90 adjusts the voltage applied to the power stage 120 by inputting an external control signal corresponding to the low power mode and the high power mode. Since the output power decreases in the low power mode by passing through the optimized first impedance matching unit 130 and the optimized impedance converter 170 instead of the power stage 120, the transistor 120 of the power stage 120 is turned off. Thus, the applied voltage control circuit 90 adjusts the voltage applied to the power stage 120.

これにひきかえ、高電力モードにおいて、出力電力は第1インピーダンスマッチング部130、第2インピーダンスマッチング部140、及び電力ステージ120を通過することにより増大するため、印加電圧制御回路90は電力ステージ120のトランジスタの動作に適した電圧を印加する。これにより電力消費が増加する。   In contrast, in the high power mode, the output power increases by passing through the first impedance matching unit 130, the second impedance matching unit 140, and the power stage 120. A voltage suitable for the operation is applied. This increases power consumption.

低電力モードにおいて、ドライバ100は入力電力を増幅させ、増幅された電力を最適化された第1インピーダンスマッチング部130を介してインピーダンス変換器170に伝達する。これにひきかえ、高電力モードにおいては、ドライバ100は入力電力を増幅させ、増幅された電力を最適化された第1インピーダンスマッチング部130及び最適化された第2インピーダンスマッチング部140を介して電力ステージ120に伝達する。   In the low power mode, the driver 100 amplifies the input power and transmits the amplified power to the impedance converter 170 through the optimized first impedance matching unit 130. In contrast, in the high power mode, the driver 100 amplifies the input power, and the power stage passes through the first impedance matching unit 130 and the optimized second impedance matching unit 140 that optimize the amplified power. 120.

低電力モードでの電力ステージ120は印加電圧制御回路90によりターンオフされるが、高電力モードにおいては、電力ステージ120がターンオンされ、ドライバ100により増幅され電力ステージ120に入力される信号を増幅させる。   The power stage 120 in the low power mode is turned off by the applied voltage control circuit 90. In the high power mode, the power stage 120 is turned on, and the signal input to the power stage 120 is amplified by the driver 100.

第1インピーダンスマッチング部130は低電力モード及び高電力モードに対応して最適に動作するように最適化された回路である。第1インピーダンスマッチング部130は、動作モードに対応してドライバ100により増幅された入力電力をインピーダンス変換器170又は電力ステージ120に伝達する。   The first impedance matching unit 130 is a circuit optimized to operate optimally corresponding to the low power mode and the high power mode. The first impedance matching unit 130 transmits the input power amplified by the driver 100 corresponding to the operation mode to the impedance converter 170 or the power stage 120.

第2インピーダンスマッチング部140は低電力モード及び高電力モードに対応して最適に動作するように最適化された回路である。低電力モードにおいて、第2インピーダンスマッチング部140は、ドライバ100により増幅され第1インピーダンスマッチング部130を介して伝達された電力をインピーダンス変換器170に伝送するが、高電力モードにおいては電力ステージ120に伝送する。高電力モードにおいて、第2インピーダンスマッチング回路は、ドライバから電力を効率よく電力ステージに伝達するインターステージマッチング回路としても機能する。このために第2インピーダンスマッチング部は第1インピーダンスマッチング部とインピーダンス変換器とともに働いて電力マッチングをなす。   The second impedance matching unit 140 is a circuit optimized to operate optimally in accordance with the low power mode and the high power mode. In the low power mode, the second impedance matching unit 140 transmits the power amplified by the driver 100 and transmitted through the first impedance matching unit 130 to the impedance converter 170. In the high power mode, the second impedance matching unit 140 transmits the power to the power stage 120. To transmit. In the high power mode, the second impedance matching circuit also functions as an interstage matching circuit that efficiently transmits power from the driver to the power stage. For this purpose, the second impedance matching unit works with the first impedance matching unit and the impedance converter to perform power matching.

インピーダンス変換器170は低電力モード又は高電力モードに適切に対応してインピーダンスを変換するインピーダンス変換回路である。低電力モードにおいて、インピーダンス変換器170は電力ステージ120をバイパスする経路を形成するので、ドライバ100の出力はノード76を介して電力増幅器の出力ノード240に伝達される。   The impedance converter 170 is an impedance conversion circuit that converts the impedance appropriately corresponding to the low power mode or the high power mode. In the low power mode, impedance converter 170 forms a path that bypasses power stage 120 so that the output of driver 100 is communicated via node 76 to output node 240 of the power amplifier.

図6はバイパススイッチング回路のない電力モード遷移構造をより詳細に説明するため、図5に示した高効率の複数電力モード用電力増幅器を示す。   FIG. 6 shows the high-efficiency multi-power mode power amplifier shown in FIG. 5 in order to explain the power mode transition structure without a bypass switching circuit in more detail.

ドライバ100の出力電力は接合部72に到達する。接合部72において、電力モードに対応して第1インピーダンスマッチング部130を介して経路が分かれる。   The output power of the driver 100 reaches the junction 72. In the junction 72, a path is divided through the first impedance matching unit 130 corresponding to the power mode.

低電力モードにおいて、印加電圧制御回路90により印加された電圧によりオフされ、第1インピーダンスマッチング部130(図5参照)から見た電力ステージ120の入力インピーダンス(ZINT−H)は第1インピーダンスマッチング部130から見た電力ステージ120をバイパスする経路の入力インピーダンス(ZINT−L)より大きい。入力インピーダンス(ZINT−H)は入力インピーダンス(ZINT−L)より極めて又はかなり大きい。一実施形態において、ZINT−HはZINT−Lよりおよそ2倍ないし3倍大きい範囲にある。一実施形態において、ZINT−HはZINT−Lのおよそ3倍より小さい。一実施形態において、ZINT−HはZINT−Lの2倍大より大きいが、ZINT−Lのおよそ3倍より小さい。   In the low power mode, the input impedance (ZINT-H) of the power stage 120 viewed from the first impedance matching unit 130 (see FIG. 5) is turned off by the voltage applied by the applied voltage control circuit 90, and the first impedance matching unit It is larger than the input impedance (ZINT-L) of the path bypassing the power stage 120 as viewed from 130. The input impedance (ZINT-H) is much or considerably larger than the input impedance (ZINT-L). In one embodiment, ZINT-H is in the range of approximately 2 to 3 times greater than ZINT-L. In one embodiment, ZINT-H is less than approximately 3 times ZINT-L. In one embodiment, ZINT-H is greater than twice as large as ZINT-L, but less than approximately three times as large as ZINT-L.

インピーダンス変換器170の設計は、低電力モードで第1インピーダンスマッチング部130から見たインピーダンスレベルを低めるように第3インピーダンスマッチング部150及び第4インピーダンスマッチング部160とともに最適化される。したがって、ドライバ100により増幅されて接合部72に伝達された電力信号が最適化されるので、インピーダンス変換器170に入力される電力量は電力ステージ120に入力される電力量より極めて又はかなり大きい。出力電力信号は出力ノード240に伝達されるが、第3インピーダンスマッチング部150及び第4インピーダンスマッチング部160とともに第2インピーダンスマッチング部170のインピーダンス変換作用により電力ステージへの電力漏洩を最少化する。   The design of the impedance converter 170 is optimized together with the third impedance matching unit 150 and the fourth impedance matching unit 160 so as to lower the impedance level viewed from the first impedance matching unit 130 in the low power mode. Therefore, since the power signal amplified by the driver 100 and transmitted to the junction 72 is optimized, the amount of power input to the impedance converter 170 is significantly or considerably larger than the amount of power input to the power stage 120. The output power signal is transmitted to the output node 240, but the power leakage to the power stage is minimized by the impedance conversion action of the second impedance matching unit 170 together with the third impedance matching unit 150 and the fourth impedance matching unit 160.

高電力モードにおいて、印加電圧制御回路90により印加された電圧により制御されて電力ステージ120がオンされ、、第1インピーダンスマッチング部130から見た電力ステージ120の入力インピーダンス(ZINT−H)は第1インピーダンスマッチング部130から見た電力ステージ120をバイパスする経路の入力インピーダンス(ZINT−L)より小さい。インピーダンス変換器170は、高電力モードで電力ステージ120のZINT−Hより遥かに大きいバイパス経路のZINT−Lを増大させるため、第3インピーダンスマッチング部150及び第4インピーダンスマッチング部160とともに最適に設計される。第2インピーダンスマッチング部140は第1インピーダンスマッチング部130から見たインピーダンスレベルを上げるとともに高電力モードでインターステージマッチングをなすように設計される。したがって、ドライバ100により増幅されて接合部72に伝達された殆どの電力は電力ステージ120により増幅されて電力増幅器の出力ノード240に伝達される一方、最適化された第3インピーダンスマッチング部150及び最適化された第4インピーダンスマッチング部160によりインピーダンス170への電力漏洩を最小化する。   In the high power mode, the power stage 120 is turned on under the control of the voltage applied by the applied voltage control circuit 90, and the input impedance (ZINT-H) of the power stage 120 viewed from the first impedance matching unit 130 is the first. It is smaller than the input impedance (ZINT-L) of the path bypassing the power stage 120 as viewed from the impedance matching unit 130. The impedance converter 170 is optimally designed with the third impedance matching unit 150 and the fourth impedance matching unit 160 to increase the ZINT-L of the bypass path that is much larger than the ZINT-H of the power stage 120 in the high power mode. The The second impedance matching unit 140 is designed to increase the impedance level viewed from the first impedance matching unit 130 and perform interstage matching in the high power mode. Therefore, most of the power amplified by the driver 100 and transmitted to the junction 72 is amplified by the power stage 120 and transmitted to the output node 240 of the power amplifier, while the optimized third impedance matching unit 150 and the optimal The power leakage to the impedance 170 is minimized by the converted fourth impedance matching unit 160.

第1インピーダンスマッチング部130から見て電力ステージ120をバイパスする経路の入力インピーダンス(ZINT−L)は高電力モードで第1インピーダンスマッチング部130及び第2インピーダンスマッチング部140とともにドライバ100と電力ステージ120間にインターステージマッチング部を形成するので、ドライバ100の出力電力は電力反射なしで電力ステージ120によく伝達される。   The input impedance (ZINT-L) of the path bypassing the power stage 120 when viewed from the first impedance matching unit 130 is between the driver 100 and the power stage 120 together with the first impedance matching unit 130 and the second impedance matching unit 140 in the high power mode. Therefore, the output power of the driver 100 is well transmitted to the power stage 120 without power reflection.

高電力モードにおいて、入力インピーダンス(ZINT−L)は入力インピーダンス(ZINT−H)より極めて又はかなり大きい。一実施形態において、ZINT−LはZINT−Hよりおよそ2倍大きい。一実施形態において、ZINT−LはZINT−Hよりおよそ3倍大きい。一実施形態において、ZINT−LはZINT−Hの2倍より大きい。一実施形態において、ZINT−LはZINT−Hの3倍より大きい。一実施形態において、ZINT−LはZINT−Hよりおよそ2倍ないし3倍大きい範囲にある。一実施形態において、ZINT−LはZINT−Hのおよそ3倍より小さい。一実施形態において、ZINT−LはZINT−Hより少なくとも2倍大きいが、ZINT−Hのおよそ3倍より小さい。   In the high power mode, the input impedance (ZINT-L) is much or considerably larger than the input impedance (ZINT-H). In one embodiment, ZINT-L is approximately twice as large as ZINT-H. In one embodiment, ZINT-L is approximately three times larger than ZINT-H. In one embodiment, ZINT-L is greater than twice ZINT-H. In one embodiment, ZINT-L is greater than 3 times ZINT-H. In one embodiment, ZINT-L is in the range of approximately 2 to 3 times greater than ZINT-H. In one embodiment, ZINT-L is less than approximately 3 times ZINT-H. In one embodiment, ZINT-L is at least twice as large as ZINT-H, but less than about 3 times ZINT-H.

低電力モードにおいて、電力ステージはオフ状態と呼ばれる状態にあり、高電力モードにおいて、電力ステージはオン状態と呼ばれる状態にある。オン状態において、電力ステージはオフ状態でより極めて大きい電力を消費する。また、一実施形態において、電力ステージへの入力インピーダンスはオン状態に比べてオフ状態でおよそ2倍大きい。一実施形態において、電力ステージへの入力インピーダンスはオン状態に比べてオフ状態でおよそ2倍より大きい。   In the low power mode, the power stage is in a state called an off state, and in the high power mode, the power stage is in a state called an on state. In the on state, the power stage consumes much more power than in the off state. Also, in one embodiment, the input impedance to the power stage is approximately twice as large in the off state as in the on state. In one embodiment, the input impedance to the power stage is approximately twice as large in the off state as compared to the on state.

図7Aは本発明の一具体例による複数電力モード用電力増幅器の高電力モード及び低電力モードに相当するゲイン特性を示すグラフである。   FIG. 7A is a graph showing gain characteristics corresponding to a high power mode and a low power mode of a power amplifier for multiple power modes according to an embodiment of the present invention.

低電力モードにおいて、印加電圧制御回路90により制御されて電力ステージ120はオフされるので、ドライバ100の出力は電力ステージ120により増幅され、ドライバ100の出力はインピーダンス変換器170を介して出力ノード240に伝達される。したがって、ゲイン特性はドライバ100の出力が電力ステージ120により増幅されるときの特性とは異なる。点線は電力ステージがオンであるときのゲインを示す反面、実線は電力ステージがオフであるときのゲインを示す。低電力モードにおいて、DC電力は電力ステージ120により消費されないので、電力付加効率(power added efficiency:PAE)特性に優れている。PAEは((Pout-Pin)/Pdc)である。図7Bにおいて、電力ステージがオンであるときのPAEが点線で示されており、電力ステージがオフであるとき、PAEは実線である。本発明の技術を用いると、増幅器が低電力モードで優れたPAEを有する。   In the low power mode, the power stage 120 is turned off under the control of the applied voltage control circuit 90, so that the output of the driver 100 is amplified by the power stage 120, and the output of the driver 100 is output to the output node 240 via the impedance converter 170. Is transmitted to. Therefore, the gain characteristic is different from the characteristic when the output of the driver 100 is amplified by the power stage 120. The dotted line indicates the gain when the power stage is on, while the solid line indicates the gain when the power stage is off. In the low power mode, DC power is not consumed by the power stage 120, and thus has excellent power added efficiency (PAE) characteristics. PAE is ((Pout-Pin) / Pdc). In FIG. 7B, the PAE when the power stage is on is indicated by a dotted line, and when the power stage is off, the PAE is a solid line. Using the technique of the present invention, the amplifier has excellent PAE in low power mode.

これにひきかえ、高電力モードにおいては、ドライバ100は電力ステージ120により増幅されて出力ノード240に到達するので、電力ゲインがドライバ100の出力に付加され、PAE特性は一般に高出力電力レベルを有する電力ステージ120による。   In contrast, in the high power mode, the driver 100 is amplified by the power stage 120 and reaches the output node 240, so that a power gain is added to the output of the driver 100, and the PAE characteristic is generally a power having a high output power level. According to stage 120.

したがって、図7Aに示すように、低電力モードでゲイン特性は比較的低く(すなわち、Aのゲイン)、高電力モードでゲイン特性は比較的高い(すなわち、Bのゲイン)。   Therefore, as shown in FIG. 7A, the gain characteristic is relatively low in the low power mode (that is, gain of A), and the gain characteristic is relatively high in the high power mode (that is, gain of B).

図7Bは本発明の一具体例による複数電力モード用電力増幅器の高電力モード及び低電力モードに相当するPAE特性を示すグラフである。   FIG. 7B is a graph showing PAE characteristics corresponding to a high power mode and a low power mode of a power amplifier for multiple power modes according to an embodiment of the present invention.

図7Bに示すように、電力ステージ120によるDC消費を除去することができるため、低電力モードでのPAE特性(実線参照)は優れている。高電力モードにおいて、電力ステージ120の出力は第3インピーダンスマッチング部150及び第4インピーダンスマッチング部160を介して出力ノード240に伝達され、第3インピーダンスマッチング部150、第4インピーダンスマッチング部160及びインピーダンス変換器170はスイッチを使用しないので、電力ステージ120の出力が損失なしで出力ノード240に伝達され、高電力モードでのPAE特性が優れている。   As shown in FIG. 7B, since the DC consumption by the power stage 120 can be eliminated, the PAE characteristic (see the solid line) in the low power mode is excellent. In the high power mode, the output of the power stage 120 is transmitted to the output node 240 through the third impedance matching unit 150 and the fourth impedance matching unit 160, and the third impedance matching unit 150, the fourth impedance matching unit 160, and the impedance conversion. Since the device 170 does not use a switch, the output of the power stage 120 is transmitted to the output node 240 without loss, and the PAE characteristic in the high power mode is excellent.

図8は図5の複数電力モード用電力増幅器の特定実施形態のより詳細な回路図を示す。図5の第1インピーダンスマッチング回路130の特定回路実施形態は図8のボックス130内に示されている。図5の第2インピーダンスマッチング回路140の特定回路実施形態は図8のボックス140内に示されている。図5の第3インピーダンスマッチング回路150の特定回路実施形態は図8のボックス150内に示されている。図5の第4インピーダンスマッチング回路160の特定回路実施形態は図8のボックス160内に示されている。図5のインピーダンス変換回路170の特定回路実施形態は図8のボックス170内に示されている。図5のドライバ回路100の特定回路実施形態は図8のボックス100内に示されている。図5の電力ステージ回路120の特定回路実施形態は図8のボックス120内に示されている。図5の印加電圧制御回路90の特定回路実施形態は図8のボックス90内に示されている。   FIG. 8 shows a more detailed circuit diagram of a specific embodiment of the multiple power mode power amplifier of FIG. A specific circuit embodiment of the first impedance matching circuit 130 of FIG. 5 is shown in box 130 of FIG. A specific circuit embodiment of the second impedance matching circuit 140 of FIG. 5 is shown in box 140 of FIG. A specific circuit embodiment of the third impedance matching circuit 150 of FIG. 5 is shown in box 150 of FIG. A specific circuit embodiment of the fourth impedance matching circuit 160 of FIG. 5 is shown in box 160 of FIG. A specific circuit embodiment of the impedance transformation circuit 170 of FIG. 5 is shown in box 170 of FIG. A specific circuit embodiment of the driver circuit 100 of FIG. 5 is shown in box 100 of FIG. A specific circuit embodiment of the power stage circuit 120 of FIG. 5 is shown in box 120 of FIG. A specific circuit embodiment of the applied voltage control circuit 90 of FIG. 5 is shown in box 90 of FIG.

また、図8は、反射波を防止するか又は最少にするため、入力にインピーダンスを提供するのに使用される、図5には示されていない入力マッチング回路80を示す。これは単に入力マッチング回路の一例であるばかりで、そのほかの多くの回路構成も用いられる。   FIG. 8 also shows an input matching circuit 80 not shown in FIG. 5 that is used to provide impedance to the input to prevent or minimize reflected waves. This is merely an example of an input matching circuit, and many other circuit configurations are also used.

入力信号は入力マッチング回路80へのノード70で電力モード増幅器に接続される。入力マッチング回路80内において、インダクタ9003がノード70とノード9006間に接続され、キャパシタ9009がノード9006とノード9011間に接続され、キャパシタ9013がノード9006と基準電圧ライン、つまり接地間に接続される。   The input signal is connected to the power mode amplifier at node 70 to input matching circuit 80. In the input matching circuit 80, the inductor 9003 is connected between the node 70 and the node 9006, the capacitor 9009 is connected between the node 9006 and the node 9011, and the capacitor 9013 is connected between the node 9006 and the reference voltage line, that is, the ground. .

図8の実施形態はバイポーラ接合トランジスタ(BJT)を使用する。しかし、ほかの具体例において、本発明はヘテロ構造バイポーラトランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタ、電界効果トランジスタ(FET)、MESFET、JFET、BiCMOS、トライオード、相補形金属酸化膜半導体(CMOS)トランジスタ技術、金属酸化膜半導体トランジスタ、p形金属酸化膜半導体トランジスタ、n形金属酸化膜半導体トランジスタ、高電子移動度トランジスタ、又は金属半導体電界効果トランジスタ、及びその類似素子、及びそのほかのタイプの能動素子を適宜組み合わせて使用することもできる。これら素子はシリコン、ガリウム砒素、シリコン絶縁体、又はシリコンゲルマニウムを含む半導体技術を用いて製造し得る。また、ナノテクノロジーを用いて一つ以上の素子を製造することもできる。さらに、図示の特定形のBJTはnpn形素子である。しかし、変化が必要ならば、この回路構成はpnp形素子も使用し得ることが分かる。さらにほかの例として、NMOS(又はn−チャネルMOSFET)又はPMOS(又はp−チャネルMOSFET)素子も使用し得る。CMOS生産技術は単一集積回路用のNMOS及びPMOS素子形の製造ができるようにする。   The embodiment of FIG. 8 uses a bipolar junction transistor (BJT). However, in other embodiments, the present invention is heterostructure bipolar transistor, heterojunction bipolar transistor, MOS transistor, field effect transistor (FET), MESFET, JFET, BiCMOS, triode, complementary metal oxide semiconductor (CMOS) transistor technology. Metal oxide semiconductor transistor, p-type metal oxide semiconductor transistor, n-type metal oxide semiconductor transistor, high electron mobility transistor, metal semiconductor field effect transistor, and similar elements, and other types of active elements as appropriate It can also be used in combination. These devices can be manufactured using semiconductor technologies including silicon, gallium arsenide, silicon insulator, or silicon germanium. One or more elements can also be manufactured using nanotechnology. Further, the specific type of BJT shown is an npn type element. However, it can be seen that this circuit configuration can also use pnp-type elements if changes are required. As yet another example, NMOS (or n-channel MOSFET) or PMOS (or p-channel MOSFET) devices may also be used. CMOS production technology allows the fabrication of NMOS and PMOS device types for single integrated circuits.

ドライバ100は、ベースがノード9011に接続されエミッタが基準電圧(具体的な具体例においては接地)に接続される、ドライバトランジスタとも呼ばれるBJTトランジスタQ5を有する。BJCトランジスタQ5のコレクタはドライバの出力でありながら第1インピーダンスマッチング部130の入力であるノード9015に接続される。ドライバに対して示した回路構成は単に使用可能なドライバ回路の例であるばかりで、ほかの増幅器設計も使用できる。ドライバ100はエミッタ共通形増幅回路である。使用可能なほかの増幅回路構造はベース接地(common base)、カスケード(cascade)及びカスコード(cascode)を含む。これら増幅回路は図8に示すから或いは説明した相違したバイアス回路及び電圧又は電流を要求することもでき、その回路を適切に変化させることもできる。   Driver 100 has a BJT transistor Q5, also called a driver transistor, whose base is connected to node 9011 and whose emitter is connected to a reference voltage (ground in a specific example). The collector of the BJC transistor Q5 is connected to the node 9015 that is the input of the first impedance matching unit 130 while being the output of the driver. The circuit configuration shown for the driver is merely an example of a usable driver circuit, and other amplifier designs can be used. The driver 100 is a common emitter type amplifier circuit. Other amplifier circuit structures that can be used include common base, cascade and cascode. These amplifier circuits can require different bias circuits and voltages or currents as shown or described in FIG. 8, and the circuits can be varied appropriately.

二つの電圧源、つまり第1電圧及び第2電圧を介してDC電力がBJTトランジスタ(Q5)に供給される。第2電圧はトランジスタ9017及び抵抗又はインピーダンス9019を介してノード9011に供給される。第2電圧と基準電圧間にはキャパシタ又はキャパシタンス9021が接続される。トランジスタ9017のベース電極はノード9023に接続される。第1電圧とノード9023間にはレジスタ9025が接続される。ノード9023と基準電圧間には二つのダイオードが接続される。二つのダイオードを示したが、バイアス電圧を供給するため、ほかの数の(電圧降下用)ダイオードも使用することができる。より多くのダイオードを提供すると電圧降下が大きくなる。   DC power is supplied to the BJT transistor (Q5) through two voltage sources, ie, a first voltage and a second voltage. The second voltage is supplied to the node 9011 through the transistor 9017 and the resistor or impedance 9019. A capacitor or capacitance 9021 is connected between the second voltage and the reference voltage. A base electrode of the transistor 9017 is connected to the node 9023. A resistor 9025 is connected between the first voltage and the node 9023. Two diodes are connected between the node 9023 and the reference voltage. Although two diodes are shown, other numbers (for voltage drops) of diodes can be used to provide a bias voltage. Providing more diodes increases the voltage drop.

特定の具体例において、電圧はおよそ2.85Vである。第1電圧は電圧安定器などの電圧源から複数電力モード増幅回路に供給される比較的一定の電圧であり得る。前述したように、前記回路構成の応用は、バッテリから電力が供給される移動又はセルラーホーンなどのバッテリ式装置にある。このような応用においては、バッテリ条件に応じて一つ以上の電圧源の特定のレベルが変わり得る。新しく充電されたとき、バッテリは通常高い電圧レベルを提供し、特定バッテリ技術又は化学成分(例えば、ニッケルメタル水素バッテリ、ニッケルカドミウムバッテリ、リチウムイオンバッテリ、鉛蓄電池)に応じて、この電圧レベルはバッテリーが枯渇するにつれて次第に降下する。特定の具体例において、第2電圧はバッテリ状態に対応するレベルを有する電圧源である。例えば、バッテリが完全に充電されたとき、第2電圧は4.2Vであり、バッテリがほぼ枯渇するか又は全く枯渇したとき、第2電圧はおよそ3.2Vである。図8の増幅回路はバッテリの全ての電圧条件で適切に動作しなければならない。一般に、正常動作中に現われる最低電圧レベルで最悪の動作条件が与えられるが、これはバッテリがほぼ枯渇したときに発生する。   In a particular embodiment, the voltage is approximately 2.85V. The first voltage may be a relatively constant voltage supplied from a voltage source such as a voltage stabilizer to the multiple power mode amplifier circuit. As mentioned above, the application of the circuit configuration is in battery powered devices such as mobile or cellular horns powered by a battery. In such applications, the particular level of one or more voltage sources can vary depending on battery conditions. When newly charged, the battery usually provides a high voltage level, which depends on the specific battery technology or chemical component (eg, nickel metal hydride battery, nickel cadmium battery, lithium ion battery, lead acid battery). Descends gradually as it depletes. In certain embodiments, the second voltage is a voltage source having a level corresponding to the battery condition. For example, when the battery is fully charged, the second voltage is 4.2V, and when the battery is nearly or completely exhausted, the second voltage is approximately 3.2V. The amplifier circuit of FIG. 8 must operate properly in all battery voltage conditions. In general, the worst operating condition is given at the lowest voltage level that appears during normal operation, which occurs when the battery is almost depleted.

第1インピーダンスマッチング部130はノード9015とノード72間に接続される。図8の実施形態において、第1インピーダンスマッチング部はノード9015と第2電圧間に接続された伝送ライン9028と、第2電圧と基準電圧間に接続されたキャパシタ9030と、ノード9015とノード72間に接続されたキャパシタ9032とを含む。   The first impedance matching unit 130 is connected between the node 9015 and the node 72. In the embodiment of FIG. 8, the first impedance matching unit includes a transmission line 9028 connected between the node 9015 and the second voltage, a capacitor 9030 connected between the second voltage and the reference voltage, and between the node 9015 and the node 72. And a capacitor 9032 connected to.

伝送ラインは単に直列インダクタ及びシャントキャパシタのラダーネットワーク(ladder network)として設計できる線又はワイヤであり得る。伝送ラインの特性は線又はワイヤの長さ及び幅によるが、これは設計変数である。一具体例において、伝送ラインは電線長さが媒体内の案内波長の1/10以上である線である。この波長は通常特定の媒体に応じて変わる。例えば、媒体が空気対半導体であれば波長が違うであろう。半導体媒体と2GHzの信号に対して、伝送ラインはおよそ10μm以上の線長を有し得る。この伝送ラインの幅はおよそ5μm以上であり得る。   The transmission line can simply be a wire or wire that can be designed as a ladder network of series inductors and shunt capacitors. The characteristics of a transmission line depend on the length and width of the line or wire, which is a design variable. In one specific example, the transmission line is a wire whose wire length is 1/10 or more of the guide wavelength in the medium. This wavelength usually varies depending on the particular medium. For example, if the medium is air versus semiconductor, the wavelength will be different. For semiconductor media and 2 GHz signals, the transmission line can have a line length of approximately 10 μm or more. The width of this transmission line can be approximately 5 μm or more.

ほかの具体例において、伝送ラインは電線長が媒体内の案内波長の1/20以上である線である。ほかの具体例において、伝送ラインは電線長が媒体内の案内波長の1/30である線である。ほかの具体例において、伝送ラインは電線長が媒体内の案内波長の1/50である線である。ほかの具体例において、伝送ラインは電線長が媒体内の案内波長の1/100である線である。   In another embodiment, the transmission line is a line whose wire length is 1/20 or more of the guide wavelength in the medium. In another embodiment, the transmission line is a line whose wire length is 1/30 of the guide wavelength in the medium. In another embodiment, the transmission line is a line whose wire length is 1/50 of the guide wavelength in the medium. In another embodiment, the transmission line is a line whose wire length is 1/100 of the guide wavelength in the medium.

ノード72とノード74間には第2インピーダンスマッチング部140が接続される。図8の実施形態において、第2インピーダンスマッチング部は、ノード72と基準電圧間に接続されたインダクタ9037と、ノード72とノード74間に接続されたキャパシタ9039を含む。この回路又は本発明のどんな回路のインダクタはインダクタンス装置を提供するためのどんな技術によっても構成できる。インダクタンス装置の例又はインダクタの実施形態はワイヤボンディング、伝送ライン、マイクロストリップライン、ストリップライン、同軸ケーブル、又は共面導波管を含む。これらのいずれか又はこれらの組合せを使用して、回路図にインダクタ記号で示すものなどの本発明のインダクタンスを構成し得る。   A second impedance matching unit 140 is connected between the node 72 and the node 74. In the embodiment of FIG. 8, the second impedance matching unit includes an inductor 9037 connected between the node 72 and the reference voltage, and a capacitor 9039 connected between the node 72 and the node 74. The inductor of this circuit or any circuit of the present invention can be constructed by any technique for providing an inductance device. Examples of inductance devices or inductor embodiments include wire bonding, transmission lines, microstrip lines, strip lines, coaxial cables, or coplanar waveguides. Any of these or a combination thereof may be used to construct the inductance of the present invention, such as that shown in the circuit diagram with an inductor symbol.

ノード72とノード76間にはインピーダンス変換回路170が接続される。図8の実施形態において、インピーダンス変換回路は、ノード72とノード9042間に接続されたキャパシタ9042と、ノード9044と基準電圧間に接続されたキャパシタ9046と、ノード9044とノード76間に接続されたインダクタ9048とを含む。   An impedance conversion circuit 170 is connected between the nodes 72 and 76. In the embodiment of FIG. 8, the impedance transformation circuit is connected between node 7244 and node 9042, capacitor 9042 connected between node 9044 and reference voltage, node 9044 connected between node 9044 and node 76. An inductor 9048.

ノード74とノード9116間には電力ステージが接続される。電力ステージはベースがノード74に接続されたBJTトランジスタQ6と、ノード9116に接続されたコレクタと、基準電圧に接続されたエミッタとを含む増幅回路である。ドライバ100と同様に、電力ステージ120はエミッタ共通形増幅回路である。使用可能なほかの増幅回路構造は共通ベース、カスケード及びカスコードを含む。これら増幅回路はいろいろなバイアス回路と図8に示すか又は説明した電圧又は電流を要求することができ、この回路を適切に変えることもできる。また、電力ステージ120はドライバ100からのほかのタイプの増幅回路であり得る。   A power stage is connected between node 74 and node 9116. The power stage is an amplifier circuit including a BJT transistor Q6 whose base is connected to node 74, a collector connected to node 9116, and an emitter connected to a reference voltage. Similar to driver 100, power stage 120 is a common emitter amplifier circuit. Other amplifier circuit structures that can be used include common base, cascade and cascode. These amplifier circuits can require various bias circuits and the voltages or currents shown or described in FIG. 8, and the circuits can be modified appropriately. The power stage 120 can also be other types of amplifier circuits from the driver 100.

電力ステージは電圧制御ノード9051での電圧に応じてターンオン又はターンオフできる。図8は印加電圧制御回路90の特定の実施形態を示す。類似機能を果たすほかの回路も使用できる。電圧制御ノードが第1レベル(例えば、およそ第1電圧のレベル又は2.85V)にあるとき、この増幅回路は低電力モードにあり得る。電圧制御ノードが第2レベル(例えば、およそ基準電圧のレベル又は接地又は0V)にあるとき、この回路は高電力モードにあり得る。低電力モードにあるとき、トランジスタQ6は高インピーダンスモードにあり、電流を殆ど引かない。高電力モードにあるとき、トランジスタQ6が動作して電流を引くことにより、その入力信号を増幅させることができる。一具体例において、高電力モードで、電力ステージはおよそ5〜15dBのゲインを提供する。しかし、的確なものは使用トランジスタ又は装置技術あるいは増幅回路がどんなにバイアスされるかによる。以下、CMOS及びMESFETなどのほかの技術を用いて構成する複数モード増幅器のほかの具体例を説明する。   The power stage can be turned on or off depending on the voltage at voltage control node 9051. FIG. 8 shows a specific embodiment of the applied voltage control circuit 90. Other circuits that perform similar functions can also be used. When the voltage control node is at a first level (eg, approximately the first voltage level or 2.85V), the amplifier circuit may be in a low power mode. The circuit may be in a high power mode when the voltage control node is at a second level (eg, approximately the level of the reference voltage or ground or 0V). When in low power mode, transistor Q6 is in high impedance mode and draws little current. When in the high power mode, the transistor Q6 operates and draws current, thereby amplifying the input signal. In one embodiment, in the high power mode, the power stage provides a gain of approximately 5-15 dB. However, the exact one depends on the transistor used or the device technology or how the amplifier circuit is biased. Hereinafter, other specific examples of the multi-mode amplifier configured using other technologies such as CMOS and MESFET will be described.

動作中、ノード9051での電圧レベルに応じて、第1電圧からの電流はノード9103を通過した後、(a)トランジスタ9105を介して基準電圧に進むか、又は(b)トランジスタ9108を介してノード74、そしてトランジスタQ6のベースに進む。低電力モードにあるとき、ノード9051は2.85Vであり、トランジスタ9105を経由する経路に比べて、比較的小さい電流がトランジスタ9108を通過し、トランジスタQ6がほぼ基準電圧又は0Vにあるので、電力ステージはオフされる。高電力モードにあるとき、ノード9051は基準電圧又は0Vであり、トランジスタ9108を経由する経路に比べて、比較的小さい電流がトランジスタ9105を通過し、トランジスタQ6のベースがおよそ1.0V及び1.4Vであるので、電力ステージが動作するか又はオンされる。   In operation, depending on the voltage level at node 9051, the current from the first voltage passes through node 9103 and then either (a) proceeds to the reference voltage through transistor 9105 or (b) through transistor 9108. Go to node 74 and then to the base of transistor Q6. When in the low power mode, node 9051 is 2.85V, a relatively small current passes through transistor 9108 compared to the path through transistor 9105, and transistor Q6 is at approximately the reference voltage or 0V. The stage is turned off. When in the high power mode, node 9051 is at the reference voltage or 0V, and a relatively small current passes through transistor 9105 compared to the path through transistor 9108, and the base of transistor Q6 is approximately 1.0V and 1. Since it is 4V, the power stage is activated or turned on.

第3インピーダンスマッチング部150はノード9116とノード76間に接続される。図8の実施形態において、第3インピーダンスマッチング部は、ノード76と第2電圧間に接続された伝送ライン9072と、第2電圧と基準レベル間に接続されたキャパシタ9074とを含む。特定の実施形態において、キャパシタ9074はおよそ100ピコファラドと比較的大きい。このキャパシタは第2電圧でRF又は仮想接地を提供し、第2電圧を安定させる。ノード9116と基準レベル間にはキャパシタ9119が接続される。ノード9116とノード76間にはインダクタ9122が接続される。   The third impedance matching unit 150 is connected between the nodes 9116 and 76. In the embodiment of FIG. 8, the third impedance matching unit includes a transmission line 9072 connected between the node 76 and the second voltage, and a capacitor 9074 connected between the second voltage and the reference level. In certain embodiments, capacitor 9074 is relatively large, approximately 100 picofarads. This capacitor provides RF or virtual ground at the second voltage to stabilize the second voltage. A capacitor 9119 is connected between node 9116 and the reference level. Inductor 9122 is connected between nodes 9116 and 76.

図8のMMICボックス内の一つ以上のほかの構成部品と同じ集積回路にはインダクタ9122が形成できる。特定の具体例において、インダクタ9122はノード9116とノード76での構成部品間のワイヤボンドラインを使用して形成される。また、インダクタ9122はインダクタコイルなどの受動部品を使用して形成できる。   An inductor 9122 can be formed on the same integrated circuit as one or more other components in the MMIC box of FIG. In certain embodiments, inductor 9122 is formed using wire bond lines between components at nodes 9116 and 76. The inductor 9122 can be formed using a passive component such as an inductor coil.

一具体例において、MMICボックス内に示す部品はオンチップであるが、これはこれら部品が同一半導体ダイ又は半導体ボディなどの単一集積回路に含まれることを意味する。単一集積回路上にできるだけ多くの構成部品を含ませると、費用が節減され、増幅器に必要な空間が減る。これは消費者がよりコンパクトな形態因子を望む携帯用電子機器にとって特に重要である。ほかの具体例において、MMICボックス内に示す一つ以上の部品は別個の部品又は違う集積回路を用いてオフチップでなり得る。ノード76と出力信号ノード240間には第4インピーダンスマッチング部160が接続される。図8の実施形態において、第4インピーダンスマッチング部はノード76とノード9084間に接続される伝送ライン9082と、ノード76と基準レベル間に連結されたキャパシタ9088と、ノード9084と出力信号240間に接続されたキャパシタ9090とを含む。一具体例において、キャパシタ9086は最適のキャパシタであって、本発明のある具体例においては省くこともできる。また、具体例によって、このキャパシタは寄生キャパシタンスを使用して構成できる。寄生キャパシタンスの実施例としては、ノードに付着した装置又は部品のサイズ又は多数の装置のため、ライン又はそのほかのコンダクタ(例えば、長い線長)のキャパシタンス、トランジスタゲートのキャパシタンス、及びノードでのキャパシタンスを含む。   In one embodiment, the components shown in the MMIC box are on-chip, meaning that these components are included in a single integrated circuit such as the same semiconductor die or semiconductor body. Inclusion of as many components as possible on a single integrated circuit saves money and reduces the space required for the amplifier. This is particularly important for portable electronic devices where consumers desire a more compact form factor. In other embodiments, one or more components shown in the MMIC box can be off-chip using separate components or different integrated circuits. A fourth impedance matching unit 160 is connected between the node 76 and the output signal node 240. In the embodiment of FIG. 8, the fourth impedance matching unit includes a transmission line 9082 connected between the node 76 and the node 9084, a capacitor 9088 connected between the node 76 and the reference level, and between the node 9084 and the output signal 240. And a connected capacitor 9090. In one embodiment, capacitor 9086 is an optimal capacitor and may be omitted in certain embodiments of the present invention. Also, by way of example, this capacitor can be constructed using parasitic capacitance. Examples of parasitic capacitances include the size of a device or component attached to a node or a large number of devices, such as the capacitance of a line or other conductor (eg, long line length), the capacitance of a transistor gate, and the capacitance at the node. Including.

図9はドライバ110が可変ゲイン増幅器(VGA)である場合の本発明のほかの具体例を示す。ゲイン制御回路91はドライバのゲインを制御するための信号を発生させる。図9の回路構成は類似して動作するもので、図5の回路構成と同じ利点を提供する。しかし、図9の実施形態はゲインがドライバ110を使用して変化できる場合の付加特徴を有する。   FIG. 9 shows another example of the present invention when the driver 110 is a variable gain amplifier (VGA). The gain control circuit 91 generates a signal for controlling the gain of the driver. The circuit configuration of FIG. 9 operates similarly and provides the same advantages as the circuit configuration of FIG. However, the embodiment of FIG. 9 has additional features where the gain can be changed using the driver 110.

この回路構造は特定の応用で可変ゲインが必要な場合に使用し得る。また、この回路は固定ゲイン用途にも使用できるが、この際ドライバ110のゲインは固定されている。これにより、違う部品を有する必要なしでこの回路をいろいろな用途に使用することができる。また、無線電話基準が変わり、いろいろなシステムに多様なゲインが要求されるので、本発明の可変ゲインバージョンは各規準に合う別個の部品の必要なしでいろいろなシステム仕様に対応するのに使用することができる。例えば、本発明の増幅器はヒューズ、レーザーカッティング、プログラマブルセル、又はそのほかの製造後の技術により電気的にプログラミングできる。   This circuit structure can be used when variable gain is required for a particular application. This circuit can also be used for fixed gain applications, but at this time, the gain of the driver 110 is fixed. This allows the circuit to be used in a variety of applications without having to have different components. Also, as radiotelephone standards change and different systems require different gains, the variable gain version of the present invention can be used to accommodate different system specifications without the need for separate components to meet each standard. be able to. For example, the amplifier of the present invention can be electrically programmed by fuses, laser cutting, programmable cells, or other post-fabrication techniques.

ほかの方法として、固定ゲインの応用において、ドライバ110はプレディストータ(predistorter)回路として機能し得る。プレディストータ回路はメインステージ増幅器のゲインロールオフ(gain roll off)を補償するため過度に強調する。一般に、電力が上昇するにしたがって、増幅器のゲインが低下する。メインステージ120でのこのゲイン低下を補償するため、ドライバ又はプレディストータ回路110は電力が上昇するにつれて自分のゲインを増大させるので、回路構成(増幅器110及び120)の総ゲインはより一定になって、特に高電力領域で増幅器の直線性を増大させる。したがって、プレディストータ110を使用するとき、この回路構成はより広い電力範囲に対して固定ゲインを提供する。   Alternatively, in fixed gain applications, driver 110 can function as a predistorter circuit. The predistorter circuit overemphasizes to compensate for the gain roll off of the main stage amplifier. In general, the gain of the amplifier decreases as the power increases. To compensate for this gain drop in the main stage 120, the driver or predistorter circuit 110 increases its gain as power increases, so the total gain of the circuit configuration (amplifiers 110 and 120) becomes more constant. This increases the linearity of the amplifier, particularly in the high power region. Thus, when using the predistorter 110, this circuitry provides a fixed gain for a wider power range.

図9は本発明の基本的な二つの増幅器の実施形態を提供する。第1ステージは固定ゲインあるいは可変ゲイン増幅ステージであり得る。後者はプレディストータとして使用できる。基本概念はDC電流の消耗を減らすため複数ステージ増幅器の一つ以上のステージをバイパスすることである。例えば、N−ステージ増幅器に対しては、何のスイッチも使用せずにバイパススイッチング回路を用いてN番目、(N−1)番目など第2ステージをバイパスすることができる。後のステージ(例えば、N番目)はより多いDC電流を消耗するためバイパスすることが好ましい。低電力モードのとき、電圧制御回路90はメインステージをターンオフする。インピーダンス変換部170はバイパス回路として機能する。核心アイディアはこの回路が何の高価のスイッチも含まなくてもバイパススイッチング回路として機能することであり、これはインピーダンスマッチング部1、2、3及び4を最適化することにより作られる。   FIG. 9 provides a basic two amplifier embodiment of the present invention. The first stage can be a fixed gain or variable gain amplification stage. The latter can be used as a predistorter. The basic concept is to bypass one or more stages of a multi-stage amplifier to reduce DC current consumption. For example, for an N-stage amplifier, the second stage such as the Nth and (N-1) th can be bypassed using a bypass switching circuit without using any switch. The later stage (eg, Nth) is preferably bypassed to consume more DC current. In the low power mode, the voltage control circuit 90 turns off the main stage. The impedance converter 170 functions as a bypass circuit. The core idea is that this circuit functions as a bypass switching circuit without any expensive switch, which is made by optimizing the impedance matching sections 1, 2, 3 and 4.

特定の実施形態において、本発明は第1ノードと第2ノード間に連結された第1回路ブランチであり、この第1回路ブランチはN個の直列状態の増幅ステージを有するが、ここでNは0以上の整数である。第2回路ブランチは第2ノードと第3ノード間に連結され、この第2回路ブランチはM個の直列状態の増幅ステージを有するが、ここで、Mは1以上の整数である。第3回路ブランチは第2ノードと第3ノード間に連結され、この第3回路ブランチはインピーダンス変換部を有する。回路の第1動作モード中、第2部ランチのM個の増幅ステージのなかで少なくとも一つの増幅ステージはオフ状態であるので、オン状態でより少ない電力を消耗し、第1部ランチのN個の増幅回路から出力される信号は第3回路ブランチを通過する。回路の第2動作モード中、第2回路ブランチのM個の増幅ステージはオン状態であり第1ブランチのN個の増幅ステージから出力される信号は第2回路ブランチを通過する。動作において、Nが0であるとともにMが1以上であると、バイパス回路は増幅器の全ての増幅ステージをバイパスするが、これは増幅があるか又はないことを意味する。   In a particular embodiment, the present invention is a first circuit branch coupled between a first node and a second node, the first circuit branch having N series of amplification stages, where N is It is an integer of 0 or more. The second circuit branch is connected between the second node and the third node, and the second circuit branch has M amplification stages in series, where M is an integer greater than or equal to one. The third circuit branch is connected between the second node and the third node, and the third circuit branch has an impedance converter. During the first operating mode of the circuit, at least one of the M amplification stages of the second part launch is in the off state, so that less power is consumed in the on state and N pieces of the first part launch are consumed. The signal output from the amplifier circuit passes through the third circuit branch. During the second operating mode of the circuit, the M amplification stages of the second circuit branch are in the on state, and the signals output from the N amplification stages of the first branch pass through the second circuit branch. In operation, if N is 0 and M is greater than 1, the bypass circuit bypasses all amplifier stages of the amplifier, which means that there is amplification or not.

図10は二つのドライバと一つの電力ステージを有する本発明のほかの具体例を示す。図5の実施形態に比べ、この増幅回路は電圧制御回路90により制御される第2ドライバ105と、第2インピーダンスマッチング部140とメイン電力ステージ120間に位置する第5インピーダンスマッチング部145をさらに含む。第1ドライバ100は図9のドライバ110のように固定ゲインを有するか又は可変ゲイン(又はプレディストータ)を有する。バイパスノード72には各ブランチに対するインピーダンスマッチング部(すなわち、第1インピーダンスマッチング部130、第2インピーダンスマッチング部140及びインピーダンス変換部170)がある。図11は第1ドライバ110がゲイン制御回路91により制御される可変ゲイン増幅器である構造を示す。この違いのほかに、この回路は図10の回路と類似して動作する。この三つのステージ増幅器の動作中、第3(最後及びメイン)ステージと第2ステージは共にバイパスされるので、第1ステージのみが常にターンオンされる。この場合、低電力モードにあるとき、電圧制御回路は第2ステージ及び第3ステージをターンオフさせる。   FIG. 10 shows another embodiment of the present invention having two drivers and one power stage. Compared with the embodiment of FIG. 5, the amplifier circuit further includes a second driver 105 controlled by the voltage control circuit 90, and a fifth impedance matching unit 145 located between the second impedance matching unit 140 and the main power stage 120. . The first driver 100 has a fixed gain or a variable gain (or predistorter) like the driver 110 of FIG. The bypass node 72 includes an impedance matching unit (that is, a first impedance matching unit 130, a second impedance matching unit 140, and an impedance conversion unit 170) for each branch. FIG. 11 shows a structure in which the first driver 110 is a variable gain amplifier controlled by a gain control circuit 91. Besides this difference, this circuit operates similarly to the circuit of FIG. During operation of the three stage amplifier, the third (last and main) and second stages are both bypassed, so that only the first stage is always turned on. In this case, when in the low power mode, the voltage control circuit turns off the second stage and the third stage.

図10の回路は最大三つのゲインステージを有するが、図5の回路は最大二つのゲインステージを有する。インピーダンス変換部170を有するバイパス経路は第2ドライバとメイン電力ステージをバイパスする。低電力モードにあるとき、第2ドライバとメイン電力ステージが共にオフされ最少電流を引く。高電力モードにあるとき、第2ドライバとメイン電力ステージがオンされてゲインを提供する。   While the circuit of FIG. 10 has a maximum of three gain stages, the circuit of FIG. 5 has a maximum of two gain stages. The bypass path having the impedance converter 170 bypasses the second driver and the main power stage. When in the low power mode, both the second driver and the main power stage are turned off and draw a minimum current. When in the high power mode, the second driver and the main power stage are turned on to provide gain.

より多いゲインステージがあるため、一般に図10の回路は図5の回路より多いゲインを有する。また、図10にはより多くのステージがあるため、設計自由度が増大して、その設計及び利用がより柔軟になる。これにより、ガリウム砒素対シリコンなどの技術で複数ノード増幅器を設計することができる。ガリウム砒素技術の増幅器は一般により高いゲインを提供するので、シリコンなどの技術によるゲインと同じゲインを得るのに少ない増幅ステージが必要である。   Because there are more gain stages, the circuit of FIG. 10 generally has more gain than the circuit of FIG. Further, since there are more stages in FIG. 10, the degree of freedom in design increases, and the design and use thereof become more flexible. This allows a multi-node amplifier to be designed with techniques such as gallium arsenide versus silicon. Since gallium arsenide technology amplifiers generally provide higher gain, fewer amplification stages are required to obtain the same gain as with technology such as silicon.

図12は増幅回路のほかの具体例を示す。本具体例は図10と類似し、本具体例にはゲインを上昇させるための三つの増幅ステージがある。しかし、インピーダンス変換部を有するバイパス経路は図10のように第2ドライバステージでなくメイン電力ステージのみをバイパスする。   FIG. 12 shows another specific example of the amplifier circuit. This example is similar to FIG. 10, and in this example, there are three amplification stages for increasing the gain. However, the bypass path having the impedance converter bypasses only the main power stage, not the second driver stage as shown in FIG.

この回路は、第2ドライバ及びメイン電力ステージの代わりにメイン電力ステージのみがバイパスされる。   This circuit bypasses only the main power stage instead of the second driver and the main power stage.

図13は図12の増幅回路のより詳細な回路図を示す。図12の各ブロックの詳細部は類似参照番号で示したボックス内に示す。この詳細部はブロック85及び105を除いて、図8で前述したものと類似する。本具体例において、第2ドライバ105の増幅回路はメインドライバの増幅回路と類似しているが、トランジスタのサイズが小さい。しかし、前述したように、ほかの増幅回路の設計及び構造を複数モード増幅器用のどんな組合せでも使用することができる。   FIG. 13 shows a more detailed circuit diagram of the amplifier circuit of FIG. The detailed part of each block in FIG. 12 is shown in a box indicated by a similar reference number. This detail is similar to that previously described in FIG. 8 except for blocks 85 and 105. In this specific example, the amplifier circuit of the second driver 105 is similar to the amplifier circuit of the main driver, but the transistor size is small. However, as mentioned above, other amplifier circuit designs and structures can be used in any combination for a multimode amplifier.

図14は前述した利点を提供するためドライバ110が可変ゲイン増幅器又はプレディストータである、図12と類似した増幅回路を示す。図14は図9で説明した概念と類似した概念に基づくものであるが、この概念は図14で三つのステージまで拡張される。   FIG. 14 shows an amplifier circuit similar to FIG. 12 in which the driver 110 is a variable gain amplifier or predistorter to provide the advantages described above. FIG. 14 is based on a concept similar to the concept described in FIG. 9, but this concept is extended to three stages in FIG.

図15は第1インピーダンスマッチング部ブロック130と第2インピーダンスマッチング部ブロック140に対するいろいろなほかの回路配列を示す。この回路のいずれも図5及び図8ないし図14で前述した複数モード増幅回路内の対応ブロック内に置き換えることができる。   FIG. 15 shows various other circuit arrangements for the first impedance matching block 130 and the second impedance matching block 140. Any of these circuits can be replaced with the corresponding block in the multi-mode amplifier circuit described above with reference to FIGS. 5 and 8-14.

例えば、構成15−1において、複数モード増幅回路のブロック130はボックス1605内に示すものと取り替えることができ、ブロック140はボックス1607内に示すものと取り替えることができる。ボックス1605及び1607内のこの回路組み合わせは前述したように第1インピーダンスマッチング部及び第2インピーダンスマッチング部の機能性を提供する。構成16−2〜16−9にはほかの回路組合せが示されている。本発明の複数増幅回路を形成するため、この回路のほかの具体例のいずれも使用し得る。図16は単に可能な回路組合せの例を示すばかりで、消耗的であることを意味するものではない。そのほかの組合せも可能である。   For example, in configuration 15-1, block 130 of the multimode amplifier circuit can be replaced with that shown in box 1605 and block 140 can be replaced with that shown in box 1607. This circuit combination in boxes 1605 and 1607 provides the functionality of the first impedance matching unit and the second impedance matching unit as described above. Configurations 16-2 to 16-9 show other circuit combinations. Any of the other embodiments of this circuit can be used to form the multiple amplifier circuit of the present invention. FIG. 16 merely shows examples of possible circuit combinations, and does not mean exhaustive. Other combinations are possible.

図17はインピーダンス変換部ブロック170に対するいろいろな異なる回路配列を示す。これら回路のいずれも図5及び図8ないし図14の増幅回路内の対応ブロック内に置き換えることができる。   FIG. 17 shows a variety of different circuit arrangements for the impedance converter block 170. Any of these circuits can be replaced by corresponding blocks in the amplifier circuits of FIGS. 5 and 8-14.

例えば、構成17−1において、複数モード増幅回路のブロック170はボックス1805内に示すものと取り替えることができる。ボックス1805内の回路は前述したインピーダンス変換部の機能性を提供する。構成17−2〜17−8にはそのほかの回路が示されている。これらほかの回路具体例のいずれも本発明の複数モード増幅回路を形成するのに使用し得る。図17は単に可能な回路の例を示すばかりで、消耗的であることを意味するものではない。そのほかの回路も可能である。   For example, in configuration 17-1, the block 170 of the multi-mode amplifier circuit can be replaced with that shown in box 1805. The circuitry in box 1805 provides the functionality of the impedance converter described above. Other circuits are shown in configurations 17-2 to 17-8. Any of these other circuit embodiments can be used to form the multimode amplifier circuit of the present invention. FIG. 17 merely shows an example of a possible circuit and does not mean exhaustive. Other circuits are possible.

図18は図14のより詳細な回路図を示す。しかし、図18の回路では第1インピーダンスマッチング回路130が省かれている。したがって、インピーダンス変換部170はノード72でドライバステージ増幅器Q5に直接接続される。また、単一インダクタを使用してインピーダンス変換部170が実現される。よって、純効果は部品数の減少であるので、増幅器モジュールの費用が低減される。   FIG. 18 shows a more detailed circuit diagram of FIG. However, the first impedance matching circuit 130 is omitted from the circuit of FIG. Accordingly, impedance converter 170 is directly connected to driver stage amplifier Q5 at node 72. Further, the impedance converter 170 is realized using a single inductor. Thus, the net effect is a reduction in the number of parts, thus reducing the cost of the amplifier module.

図18の例が示すように、本発明による増幅器を実施するため、本発明の概念を実現するように、インピーダンスマッチング部130、140、150、160を全て使用する必要はない。そのほかのインピーダンスマッチング部140、150、160及びインピーダンス変換部170を最適化することにより、インピーダンスマッチング部のなかで一つ以上を除去することができる。例えば、一実施形態において、第2インピーダンスマッチング部140を省くことができる。ほかの実施形態においては、第3インピーダンスマッチング部150を省くことができる。ほかの実施形態において、第4インピーダンスマッチング部160を省くことができる。さらにほかの具体例において、これらインピーダンスマッチング部のいずれかの組合せも省くことができる。   As the example of FIG. 18 shows, it is not necessary to use all of the impedance matching units 130, 140, 150, 160 to implement the inventive concept to implement the amplifier according to the present invention. By optimizing the other impedance matching units 140, 150, 160 and the impedance conversion unit 170, one or more of the impedance matching units can be removed. For example, in one embodiment, the second impedance matching unit 140 can be omitted. In other embodiments, the third impedance matching unit 150 can be omitted. In other embodiments, the fourth impedance matching unit 160 may be omitted. In still other specific examples, any combination of these impedance matching units can be omitted.

図19は電圧制御回路90に対するいろいろな異なる回路配列を示す。これら回路のいずれも図7及び図8ないし図14の増幅回路内の対応ブロック内に置き換えることができる。   FIG. 19 shows a variety of different circuit arrangements for the voltage control circuit 90. Any of these circuits can be replaced by corresponding blocks in the amplifier circuits of FIGS. 7 and 8-14.

例えば、構成19−1において、複数モード増幅回路のブロック90はボックス1905内に示すものと取り替えることができる。ボックス1905内の回路は前述したように電圧制御回路機能性を提供する。そのほかの回路が構成19−2〜19−4に示されている。本発明の複数増幅回路を形成するため、これらほかの回路具体例のいずれも使用することができる。図19は単に可能な回路の例を示すばかりで、消耗的であることを意味するものではない。そのほかの回路も可能である。   For example, in configuration 19-1, block 90 of the multimode amplifier circuit can be replaced with that shown in box 1905. The circuitry in box 1905 provides voltage control circuit functionality as described above. Other circuits are shown in configurations 19-2 to 19-4. Any of these other circuit embodiments can be used to form the multiple amplifier circuit of the present invention. FIG. 19 merely shows examples of possible circuits, and does not mean exhaustive. Other circuits are possible.

図20はCMOS技術を使用して構成した本発明の複数モード増幅回路を示す。これは図5に示すような二つのステージを有する実施形態である。この図は単に本発明の一具体例を示すばかりで、そのほかの具体例も可能である。例えば、図15ないし図17及び図19に示す回路に対するほかの回路構成のいずれも図20のブロックと置き換えることができる。   FIG. 20 shows a multimode amplifier circuit of the present invention constructed using CMOS technology. This is an embodiment having two stages as shown in FIG. This figure merely shows one embodiment of the present invention, and other embodiments are possible. For example, any of the other circuit configurations for the circuits shown in FIGS. 15 to 17 and 19 can be replaced with the block of FIG.

図21はCMOS技術を使用して構成した本発明の複数モード増幅回路を示す。これは図12に示すような三つのステージを有する実施形態である。この図は単に本発明の一具体例を示すばかりで、ほかの具体例も可能である。例えば、図15ないし図17及び図19に示す回路に対するほかの回路構成のいずれも図21のブロックと置き換えることができる。   FIG. 21 shows a multimode amplifier circuit of the present invention constructed using CMOS technology. This is an embodiment having three stages as shown in FIG. This figure merely shows one embodiment of the present invention, and other embodiments are possible. For example, any of the other circuit configurations for the circuits shown in FIGS. 15 to 17 and 19 can be replaced with the block of FIG.

図22はMESFET技術を使用して構成した本発明の複数モード増幅回路を示す。これは図5に示すような二つのステージを有する実施形態である。この図は単に本発明の一具体例を示すばかりで、ほかの具体例も可能である。例えば、図15ないし図17及び図19に示す回路に対するほかの回路構成のいずれも図22のブロックと置き換えることができる。   FIG. 22 shows a multimode amplifier circuit of the present invention constructed using MESFET technology. This is an embodiment having two stages as shown in FIG. This figure merely shows one embodiment of the present invention, and other embodiments are possible. For example, any of the other circuit configurations for the circuits shown in FIGS. 15 to 17 and 19 can be replaced with the block of FIG.

図23はMESFET技術を使用して構成した本発明の複数モード増幅回路を示す。これは図12に示すような三つのステージを有する実施形態である。この図は単に本発明の一具体例を示すばかりで、ほかの具体例も可能である。例えば、図15ないし図17及び図19に示す回路に対するほかの回路構成のいずれも図23のブロックと置き換えることができる。   FIG. 23 shows a multimode amplifier circuit of the present invention constructed using MESFET technology. This is an embodiment having three stages as shown in FIG. This figure merely shows one embodiment of the present invention, and other embodiments are possible. For example, any of the other circuit configurations for the circuits shown in FIGS. 15 to 17 and 19 can be replaced with the block of FIG.

図24はバイアス変調回路を有する図5の増幅回路の実施形態を示す。図24はバイアス変調回路の第2電圧制御回路95をさらに示す。本実施形態のバイアス変調回路は単一ブロックとして示したが、ほかの実施形態において、この回路は二つ以上のブロックに分けることができる。この回路の動作を制御するため、第2電圧制御回路95にはモード制御電圧(図示せず)が連結される。第2電圧制御回路95はドライバ100及び電力ステージ120に接続される。動作において、モード制御電圧は第2電圧制御回路95の動作を制御する。モード制御電圧に応じて、動作特性を変更し電力ステージ120をオン状態又はオフ状態にするため、第2電圧制御回路95はドライバ100のバイアスを変える。   FIG. 24 shows an embodiment of the amplifier circuit of FIG. 5 having a bias modulation circuit. FIG. 24 further shows a second voltage control circuit 95 of the bias modulation circuit. Although the bias modulation circuit of this embodiment is shown as a single block, in other embodiments the circuit can be divided into two or more blocks. In order to control the operation of this circuit, a mode control voltage (not shown) is connected to the second voltage control circuit 95. The second voltage control circuit 95 is connected to the driver 100 and the power stage 120. In operation, the mode control voltage controls the operation of the second voltage control circuit 95. In accordance with the mode control voltage, the second voltage control circuit 95 changes the bias of the driver 100 in order to change the operating characteristics and turn the power stage 120 on or off.

一具体例において、増幅器を構成するために使用されるドライバ100の電力消費を減らすためドライバ100のバイアスを変えるようにモード制御電圧及び第2電圧制御回路95が使用される。増幅器はクラスA、クラスAB、クラスB及びそのほかのクラスなどの設計又は多様な動作モードを有する。増幅器がクリップし始めるまで出力トランジスタがずっと電力を引くため、増幅器の完全クラスAの動作は非常に直線的な伝送曲線でありながら高い電力消費を表わす。したがって、クラスAの増幅器は低い歪み及び高い電力消費を有するので、多量の熱を発生させる。クラスBの増幅器は予備電流が0であり、信号があるとき電力を消費し始める。クラスBの増幅器は良い電力効率を有し、この形の増幅器は特にA形増幅に比べるとき、かなりの歪みを有する。   In one embodiment, the mode control voltage and second voltage control circuit 95 is used to change the bias of the driver 100 to reduce the power consumption of the driver 100 used to construct the amplifier. The amplifier has a design or various modes of operation such as Class A, Class AB, Class B and other classes. Because the output transistor draws much power until the amplifier begins to clip, the full class A operation of the amplifier represents high power consumption while being a very linear transmission curve. Thus, Class A amplifiers generate a large amount of heat because they have low distortion and high power consumption. Class B amplifiers have zero reserve current and begin to consume power when there is a signal. Class B amplifiers have good power efficiency and this type of amplifier has significant distortion, especially when compared to A-type amplification.

増幅器はクラスAとクラスB間のどこかで動作し得るが、これはクラスAB増幅器として知られる。クラスAB増幅器は入力サイクルの半分以上で全部より小さいサイクルに対して電流が流動する。本発明において、低電力モードで、増幅器が付加の電力を節減するが同時に良い出力特性を提供するようにドライバ100などの増幅器のバイアシングが変かし得る。回路内の増幅器の数に応じて、本発明の技術は電力消耗及びゲイン又は増幅程度を変化させるために使用し得る。   The amplifier can operate somewhere between class A and class B, which is known as a class AB amplifier. Class AB amplifiers conduct current for more than half of the input cycle and for smaller cycles. In the present invention, in low power mode, the biasing of an amplifier, such as driver 100, can be altered so that the amplifier saves additional power but at the same time provides good output characteristics. Depending on the number of amplifiers in the circuit, the techniques of the present invention can be used to vary power consumption and gain or degree of amplification.

例えば、図24の回路において、高電力モードで、電力ステージ120はオンであり、ドライバ100はオンである。低電力モードで、電力ステージ120はオフであり、ドライバ100はオンである。これは図5の増幅回路と類似している。しかし、図24において、第2電圧制御回路95は図5のものに比べて、ドライバ100のバイアシングをさらに変化させて(例えば、減らして)電力消耗を低めることができる。言い換えれば、ドライバ100は高電力モード及び低電力モードの両方でオンであるが、ドライバ100は高電力モードでより低電力モードで電力消耗が低い。これにより、電力がさらに節減される。本発明のこの特徴は付加の電力節減を得るように回路のどんな増幅器にも適用できる。   For example, in the circuit of FIG. 24, in the high power mode, the power stage 120 is on and the driver 100 is on. In the low power mode, the power stage 120 is off and the driver 100 is on. This is similar to the amplifier circuit of FIG. However, in FIG. 24, the second voltage control circuit 95 can further reduce (for example, reduce) the biasing of the driver 100 to reduce power consumption compared to that of FIG. In other words, the driver 100 is on in both the high power mode and the low power mode, but the driver 100 consumes less power in the low power mode than in the high power mode. This further saves power. This feature of the present invention can be applied to any amplifier in the circuit to obtain additional power savings.

本発明のバイアス変調回路は本発明で説明した全ての電力増幅モジュール構成、つまり二つのステージ、三つのステージ、四つのステージ、及びN個のステージを有する実施形態に加えることができる。図24は本発明の概念を説明するための単純な例として与えられたが、類似回路及び技術をそのほかの電力増幅モジュール構成にも適用することができる。例えば、図5、図8ないし図14、図18、図20ないし図23の電力増幅モジュール構成にバイアス変調回路を使用し得る。   The bias modulation circuit of the present invention can be added to all power amplification module configurations described in the present invention, ie, embodiments having two stages, three stages, four stages, and N stages. Although FIG. 24 is provided as a simple example to illustrate the concept of the present invention, similar circuitry and techniques can be applied to other power amplification module configurations. For example, a bias modulation circuit can be used in the power amplification module configurations of FIGS. 5, 8 to 14, 18, 20 to 23.

バイアス変調用の第2電圧制御回路95はモード制御信号を取り、低電力モードで第1ステージトランジスタへのバイアス電流を減らす。バイアス変調用の第2電圧制御回路95と電圧制御回路90の違いはバイアス制御変調回路がバイアスをターンオフさせないで低電力モードでのバイアス供給を減らすばかりであるという事実である。このように、第1ステージトランジスタへのバイアス供給は低電力モードで減少して、低電力モードでの効率を最大にする。この回路を加えると、低電力モードでの効率がさらに向上する。   The second voltage control circuit 95 for bias modulation takes the mode control signal and reduces the bias current to the first stage transistor in the low power mode. The difference between the second voltage control circuit 95 and the voltage control circuit 90 for bias modulation is the fact that the bias control modulation circuit only reduces the bias supply in the low power mode without turning off the bias. Thus, the bias supply to the first stage transistor is reduced in the low power mode to maximize efficiency in the low power mode. Adding this circuit further improves the efficiency in the low power mode.

図25は増幅バイアス変調を有する図12の三つのステージを有する増幅器構成の一具体例を示す。図12において、スイッチのないスイッチング電力増幅器は低電力モードにあるとき一つ以上のステージをターンオフさせる。例えば、図12の三つのステージを有する実施形態において、電圧制御回路90は低電力モードにあるとき最終ステージ(電力ステージ120)をターンオフさせる。図25の構成において、低電力モードで第2ドライバへの減少したバイアス供給電流(零入力電流)が印加できるように、第2ドライバ105に付加のバイアス変調回路が含まれる。言い換えれば、低電力モードでメイントランジスタがターンオフされ、さらに、第2ドライバのトランジスタが減少したバイアス電流レベル(クラスAB、クラスBに近い)でバイアスされる。このように、低電力モードの効率がさらに向上する。   FIG. 25 shows a specific example of an amplifier configuration having the three stages of FIG. 12 with amplification bias modulation. In FIG. 12, a switchless switching power amplifier turns off one or more stages when in a low power mode. For example, in the embodiment with three stages of FIG. 12, the voltage control circuit 90 turns off the final stage (power stage 120) when in the low power mode. In the configuration of FIG. 25, an additional bias modulation circuit is included in the second driver 105 so that a reduced bias supply current (zero input current) to the second driver can be applied in the low power mode. In other words, the main transistor is turned off in the low power mode, and the transistor of the second driver is biased at a reduced bias current level (close to class AB and class B). In this way, the efficiency of the low power mode is further improved.

図26A及び図26Bは本発明の減少したバイアス供給概念を示す。図26Aにおいて、制御信号(Vcntr)はメインステージ制御回路を効果的にターンオン又はターンオフさせるので、メインステージがオフ状態であるとき、総電力消耗を減らす。図26Bの構成において、モード制御信号(Vcntr)はメインステージバイアス制御回路90を使用してメインステージトランジスタをターンオフさせる。同時に、ドライバステージ制御回路96を使用してドライバトランジスタへのバイアス電流を減らす。前述したように、ブロック95内の回路構成は複数ブロックに分けられる。例えば、メインステージ制御回路はドライバステージ制御回路96とは異なるブロック内にあり得る。   26A and 26B illustrate the reduced biasing concept of the present invention. In FIG. 26A, the control signal (Vcntr) effectively turns the main stage control circuit on or off, thus reducing the total power consumption when the main stage is off. In the configuration of FIG. 26B, the mode control signal (Vcntr) uses the main stage bias control circuit 90 to turn off the main stage transistor. At the same time, the driver stage control circuit 96 is used to reduce the bias current to the driver transistor. As described above, the circuit configuration in the block 95 is divided into a plurality of blocks. For example, the main stage control circuit may be in a different block from the driver stage control circuit 96.

図27は図26Bのバイアス変調回路構成の特定実施形態のより詳細な回路図を示す。図27はボックス95内の制御回路の詳細部を示す。ボックス95は図26Aでのように回路90を有する。また、ボックス95内にはドライバ2のトランジスタへのバイアス電圧を減らす前述のバイアス変調回路があるので、低電力モードでの電力消耗をさらに減らす。二つの電圧レベル、つまりVref及びVCCがあるが、これは第1定電圧と第2定電圧とも示す。動作において、モード制御電圧(Vcntr)に応じて、メイントランジスタドライバはオン又はオフされ、第2ドライバトランジスタは特定の動作モード、つまり高バイアスモード又は低バイアスモードとなり、ここで高バイアスモードは低バイアスモードでより高電力の費用で増幅を増大させる。動作において、電圧(Vcntr)を上昇させると、第2ドライバでのバイアス電圧が低下する。電圧(Vcntr)を低下させると、第2ドライバでのバイアス電圧が上昇する。したがって、第2ドライバでのバイアス電圧はVcntrに対して負の関係を有する。しかし、ほかの実施形態において、Vcntrと第2ドライバ間の関係は正であり得るが、この際、Vcntrの上昇はバイアス電圧を上昇させ、Vcntrの低下はバイアス電圧を低下させる。また、図27の回路構成はボックス90及びボックス96の回路構成に用いられる共通Vcntr信号を示す。ほかの実施形態において、この信号は別個の信号である。   FIG. 27 shows a more detailed circuit diagram of a particular embodiment of the bias modulation circuit configuration of FIG. 26B. FIG. 27 shows the details of the control circuit in box 95. Box 95 has a circuit 90 as in FIG. 26A. Further, since the bias modulation circuit for reducing the bias voltage to the transistor of the driver 2 is provided in the box 95, the power consumption in the low power mode is further reduced. There are two voltage levels, namely Vref and VCC, which are also shown as the first constant voltage and the second constant voltage. In operation, depending on the mode control voltage (Vcntr), the main transistor driver is turned on or off, and the second driver transistor is in a specific operating mode, ie, high bias mode or low bias mode, where the high bias mode is low bias. Increase amplification at higher power costs in mode. In operation, when the voltage (Vcntr) is increased, the bias voltage at the second driver is decreased. When the voltage (Vcntr) is decreased, the bias voltage at the second driver is increased. Therefore, the bias voltage at the second driver has a negative relationship with Vcntr. However, in other embodiments, the relationship between Vcntr and the second driver can be positive, where increasing Vcntr increases the bias voltage and decreasing Vcntr decreases the bias voltage. 27 shows a common Vcntr signal used in the circuit configurations of the box 90 and the box 96. In other embodiments, this signal is a separate signal.

図28はドライバステージ制御回路構成の四つの例を示す。構成28−1は第2ドライバのバイアスを微細チューニングするため(Vcntrに接続されたインピーダンスのほかに)二つのレジスタ又はインピーダンスを有する。しかし、(Vcntrに接続されたインピーダンスのほかに)構成28−2及び構成28−3などの一つのレジスタ又はインピーダンスのみが必要であり得る。一般に、多数のダイオードは電圧又は電位差がより大きくなることを意味する。これら構成のいずれも図27の回路構成96と置き換えることができる。   FIG. 28 shows four examples of driver stage control circuit configurations. Configuration 28-1 has two resistors or impedances (in addition to the impedance connected to Vcntr) for fine tuning the bias of the second driver. However, only one resistor or impedance such as configuration 28-2 and configuration 28-3 may be required (in addition to the impedance connected to Vcntr). In general, a large number of diodes means a greater voltage or potential difference. Any of these configurations can replace the circuit configuration 96 of FIG.

図29Aはバイアス電圧を変えるため増幅回路に接続された電圧制御回路を示す。図29B及び図29Cは設計段階で第2ドライバトランジスタへのバイアス供給電流を微細にチューニングするためにR1又はR2をどのように使用し得るかを示すグラフである。設計中により小さいR1及びR2レジスタを使用することにより、第2ドライバの零入力電流が減少する。この曲線の極端な場合はR1及びR2が0であるときであるが、この際、第2ドライバのステージは低電力モードのメインステージトランジスタの場合のように殆どターンオフされる(メインステージトランジスタのバイアス制御回路90を参照)。   FIG. 29A shows a voltage control circuit connected to the amplifier circuit to change the bias voltage. 29B and 29C are graphs showing how R1 or R2 can be used to fine tune the bias supply current to the second driver transistor at the design stage. By using smaller R1 and R2 resistors during design, the quiescent current of the second driver is reduced. The extreme case of this curve is when R1 and R2 are 0, but at this time, the stage of the second driver is almost turned off as in the case of the main stage transistor in the low power mode (the bias of the main stage transistor). See control circuit 90).

図30は電流変化対出力電力のグラフを示す。このバイアス変調概念は、第2ドライバのバイアス電流を減らすことにより低電力モードでの総バイアス電流がさらに減少するようにする。電流減少は実際の低電力領域でより著しくて、CDMA基盤のハンドセットの通話時間を改良させる特定応用に有利である。グラフにおいて、実線は電力消耗を減らすためバイアス変調する電力増幅器モジュール(PAM)に対するものである。点線はスイッチングのみを行う(すなわち、メイン増幅器をターンオフさせるため)電力増幅器モジュールに対するものである。   FIG. 30 shows a graph of current change versus output power. This bias modulation concept further reduces the total bias current in the low power mode by reducing the bias current of the second driver. The current reduction is more significant in the actual low power region and is advantageous for certain applications that improve the talk time of CDMA based handsets. In the graph, the solid line is for a power amplifier module (PAM) that is bias modulated to reduce power consumption. The dotted line is for the power amplifier module that only performs switching (ie, to turn off the main amplifier).

図31は効率(PAE)対出力電力のグラフを示す。電流消耗が減少すると、低電力モードでの効率がさらに改良される。グラフにおいて、実線は電力消耗を減らすためバイアス変調を行う電力増幅器モジュールに対するものである。点線はスイッチングのみを行う(すなわち、メイン増幅器をターンオフさせるため)スイッチングのみを行う電力増幅器モジュールに対するものである。   FIG. 31 shows a graph of efficiency (PAE) versus output power. As the current consumption is reduced, the efficiency in the low power mode is further improved. In the graph, the solid line is for a power amplifier module that performs bias modulation to reduce power consumption. The dotted line is for a power amplifier module that only performs switching (ie, to turn off the main amplifier).

図32はACPR対出力電力のグラフを示す。低電力モードでのバイアス電流をさらに減らすことにより、当然に折衷の直線性が予測できる。しかし、この結果は依然として許容限界内にある。言い換えれば、直線性をシステム(例えば、CDMAシステム)の限界内に維持しながらより折衷して総電流消費を最小化しようとする。   FIG. 32 shows a graph of ACPR versus output power. By further reducing the bias current in the low power mode, it is naturally possible to predict a compromise linearity. However, this result is still within acceptable limits. In other words, it tries to minimize total current consumption by more compromise while maintaining linearity within the limits of the system (eg, CDMA system).

図33はゲイン対出力電力のグラフを示す。低電力モードでのバイアス電流をさらに減らすことにより、第2ドライバのステージへのバイアスがクラスABでなくてクラスBの場合にほぼ近い。クラスB増幅器において出力電力が増大するにつれてゲインが拡張されることは当然なものである。このグラフは低電力モードでのこのようなゲイン変化を明らかに示す。総零入力電流が10mAに減少したとき、ゲインはおよそ2dBであり得る。本発明の基本電力増幅器構成(バイアス変調なし)は22mAの総零入力電流を与える。   FIG. 33 shows a graph of gain versus output power. By further reducing the bias current in the low power mode, the bias to the stage of the second driver is almost similar to the case of class B instead of class AB. Of course, the gain expands as the output power increases in a class B amplifier. This graph clearly shows such a gain change in the low power mode. When the total quiescent current is reduced to 10 mA, the gain can be approximately 2 dB. The basic power amplifier configuration (no bias modulation) of the present invention provides a total quiescent current of 22 mA.

以上、本発明の具体例を本発明の例示のために説明したが、本発明を前述した特定形態に制限するか又は消耗的であるというのはない。前記の教示から多くの変形例及び修正例が可能である。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によって決められる。   Although specific examples of the present invention have been described for the purpose of illustrating the present invention, the present invention is not limited to the specific forms described above or is exhaustive. Many variations and modifications are possible from the above teachings. Accordingly, the scope of the invention is determined by the claims.

90 印加電圧制御回路
100 ドライバ
120 電力ステージ
130 第1インピーダンスマッチング部
140 第2インピーダンスマッチング部
150 第3インピーダンスマッチング部
160 第4インピーダンスマッチング部
170 インピーダンス変換器
90 Applied Voltage Control Circuit 100 Driver 120 Power Stage 130 First Impedance Matching Unit 140 Second Impedance Matching Unit 150 Third Impedance Matching Unit 160 Fourth Impedance Matching Unit 170 Impedance Converter

Claims (3)

入力ノードと第1ノード間に連結された、第1増幅手段からなる第1回路ブロックと、
前記第1ノードと第2ノード間に連結された、第2増幅手段からなる第2回路ブロックと、
前記第1ノードと第2ノード間に、前記第2回路ブロックに並列に連結された、インピーダンス変換手段からなる第3回路ブロックと、
前記第1及び第2増幅手段に制御信号を供給するための制御回路
を備える集積回路であって、
前記第3回路ブロックは、受動素子のみからなり、かつ、スイッチ素子を含まず、
前記制御回路は、前記集積回路の第1の動作モードの間、前記第2増幅手段に第1の一定レベルの第1制御信号を供給し、前記集積回路の第2動作モードの間、前記第2増幅手段に、前記第1の一定レベルとはレベルが異なる第2の一定レベルの第2制御信号を供給し、
前記第1動作モードでは、前記第2増幅手段は、前記第1制御信号が供給されている間、前記第1制御信号に応答してオフ状態にされ、これにより、該第2増幅手段の入力インピーダンスが前記第3回路ブロックの入力インピーダンスよりも大きくなることによって、前記入力ノードに供給された入力信号は前記第1回路ブロック及び前記第3回路ブロックを通過し、
前記第2動作モードでは、前記第2増幅手段は、前記第2制御信号が供給されている間、前記第2制御信号に応答してオン状態にされ、これにより、該第2増幅手段の入力インピーダンスが前記第3回路ブロックの入力インピーダンスよりも小さくなることによって、前記入力ノードに供給された前記入力信号は前記第1回路ブロック及び前記第2回路ブロックを通過し、
前記制御回路は、さらに、前記第1動作モードにおいて、前記第1制御信号に応答して、前記第1回路ブロックにおける電力消費量を低減するように第1増幅手段に供給されるバイアス電圧(以下、第1バイアス電圧という)を調整するための手段を備えることを特徴とする集積回路。
A first circuit block comprising a first amplifying means connected between the input node and the first node;
A second circuit block comprising second amplifying means connected between the first node and the second node;
A third circuit block comprising impedance conversion means connected in parallel to the second circuit block between the first node and the second node;
An integrated circuit comprising a control circuit for supplying a control signal to the first and second amplifying means,
The third circuit block includes only passive elements and does not include a switch element.
The control circuit supplies a first control signal of a first constant level to the second amplifying means during a first operation mode of the integrated circuit, and during the second operation mode of the integrated circuit, a second amplifying means, and supplying the second control signal of the first predetermined level and a second predetermined level which level is different,
In the first operation mode, the second amplifying means, while the first control signal is supplied, it is in the off state in response to said first control signal, thereby, the second amplifying means by Do make a marked than the input impedance is an input impedance of the third circuit block, the input signal supplied to the input node through the first circuit block and the third circuit block,
In the second operation mode, said second amplifying means, while the second control signal is supplied, is in the on-state in response to said second control signal, thereby, the second amplifying means by Rukoto a smaller than the input impedance of the input impedance is the third circuit block, the input signal supplied to the input node through the first circuit block and the second circuit block,
In the first operation mode, the control circuit is further responsive to the first control signal to supply a bias voltage (hereinafter referred to as first biasing means) to reduce power consumption in the first circuit block. An integrated circuit comprising means for adjusting the first bias voltage.
前記第1増幅手段は第1トランジスタを備え、該第1トランジスタのベースに印加されるバイアス電圧に応じて前記第1回路ブロックにおける電力消費量が変化し、前記第1バイアス電圧は、前記第1トランジスタの前記ベースに印加されるバイアス電圧であり、
前記第2増幅手段は第2トランジスタを備え、該第2トランジスタのベースに印加されるバイアス電圧(以下、第2バイアス電圧という)は、前記制御回路によって供給される前記制御信号のレベルに応じて決まり、前記第2バイアス電圧の電圧レベルに応じて、前記第2増幅手段のオン状態とオフ状態が切り替えられることを特徴とする請求項1に記載の集積回路。
The first amplifying unit includes a first transistor, and power consumption in the first circuit block changes according to a bias voltage applied to a base of the first transistor, and the first bias voltage is the first bias voltage. A bias voltage applied to the base of the transistor;
The second amplifying means includes a second transistor, and a bias voltage applied to the base of the second transistor (hereinafter referred to as a second bias voltage) depends on the level of the control signal supplied by the control circuit. 2. The integrated circuit according to claim 1, wherein the on-state and the off-state of the second amplifying means are switched according to the voltage level of the second bias voltage.
前記第1増幅手段が、N(以上の整数)個の直列増幅手段からなり、
前記第2増幅手段が、M(1以上の整数)個の直列増幅手段からなり、
前記第1動作モード中、前記第2増幅手段の前記M個の増幅手段のうちの少なくとも一つの増幅手段はオフ状態であって、前記第1増幅手段の前記N個の増幅手段から出力された信号は前記第3回路ブロックを通過し、
前記第2動作モード中、前記第2増幅手段の前記M個の増幅手段はオン状態であり、前記第1増幅手段の前記N個の増幅手段から出力された信号は前記第2回路ブロックを通過することを特徴とする請求項1に記載の集積回路。
The first amplifying means comprises N (integer greater than or equal to 1 ) serial amplifying means,
The second amplifying means comprises M (integer of 1 or more) serial amplifying means,
During the first operation mode, at least one of the M amplifying means of the second amplifying means is in an OFF state and is output from the N amplifying means of the first amplifying means. The signal passes through the third circuit block;
During the second operation mode, the M amplifying means of the second amplifying means are in an ON state, and a signal output from the N amplifying means of the first amplifying means passes through the second circuit block. The integrated circuit according to claim 1.
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