TWI469508B - 電力放大器 - Google Patents

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TWI469508B TW101135489A TW101135489A TWI469508B TW I469508 B TWI469508 B TW I469508B TW 101135489 A TW101135489 A TW 101135489A TW 101135489 A TW101135489 A TW 101135489A TW I469508 B TWI469508 B TW I469508B
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Description

電力放大器
本發明係關於行動電話等的移動體通訊用的電力放大器。
目前，以CDMA(Code Division Multiple Access(分碼多重擷取系統))為首的行動電話用電力放大器，廣泛使用GaAs-HBT(砷化鎵異質接面雙極電晶體)電力放大器(例如，參照專利文件1)。此電力放大器，在基地局比較密集的都市部，主要以中低輸出動作。因此，中低輸出動作時的動作效率提高，對於行動電話機的通話時間延長是有效的。因此，除了高輸出動作(28dBm左右)時，還有中低輸出動作(0~17 dBm左右)時的動作效率改善變得重要起來。用於改善中低輸出動作時的動作效率，眾所周知的方法係DC/DC轉換器根據輸出電力降低放大元件的集極電壓。
第9圖係顯示放大元件的輸出電力與歪斜的關係圖。第10圖係顯示放大元件的輸出電力與動作效率的關係圖。集極電壓下降(Vc_High→Vc_Mid)時，效率變佳，而歪斜特性惡化。又，輸出電力越小，歪斜特性越佳，但動作效率下降。於是，降低集極電壓，在滿足歪斜特性規格的範圍內抑制輸出電力，藉此改善動作效率。
[先行專利文件] [專利文件]
[專利文件1]專利第2004-343244號公開公報
因為中低輸出的歪斜特性越佳越可以改善動作效率，所以要求低集極電壓時中低輸出的歪斜特性改善。一般，眾所周知藉由使偏壓電路的電容最適當化，改善GaAs-HBT電力放大器的中低輸出(低集極電壓時)的歪斜特性。不過，通常，由於偏壓電路的電容設計為高輸出(高集極電壓時)的歪斜特性變佳，與低集極電壓時的最適當值不一定一致，因此，習知的電力放大器中，由於中低輸出時放大用電晶體的集極電壓的影響，有歪斜特性惡化的問題。
本發明，係用以解決上述的課題而形成的，所以目的在於得到可以改善中低輸出的歪斜特性之電力放大器。
本發明的特徵在於包括放大元件，具有輸入輸入信號的基極、施加集極電壓的集極以及射極；以及偏壓電路，供給偏壓電流至上述放大元件的上述基極；其中上述偏壓電路包括第1電晶體，具有用以輸入參考電壓的第1控制端子，用以輸入電源電壓的第1端子以及連接至上述放大元件的上述基極的第2端子；以及電容調整電路，當上述放大元件的上述集極電壓變低時，增加上述第1電晶體的上述第1控制端子及上述第1端子中至少一方與接地點之 間的電容值。
根據本發明，可以改善中低輸出的歪斜特性。
有關本發明實施例的電力放大器，參照圖面說明。相同或對應的構成要素附以相同的符號，會省略重複的說明。
[第一實施例]
第1圖係顯示根據本發明第一實施例的電力放大器圖。此電力放大器係根據HBT(異質接面雙極電晶體)與FET(場效電晶體)在同一基板上形成的BiFET製程所形成的2段放大器。GaAs-HBT電力放大器與偏壓電路在同一GaAs晶片上整合。點線框內係GaAs晶片，點線框外的電路元件係在模組基板上以晶片零件、線路形成。
放大輸入信號的初段放大元件Tr1、以及放大Tr1的輸出信號的後段放大元件Tr2，在同一GaAs基板上形成。Tr1、Tr2係GaAs-HBT。輸入信號輸入至Tr1的基極，對集極施加集極電壓，射極接地。Bias1係對Tr1的基極供給偏壓電流之初段偏壓電路，而Bias2係對Tr2的基極供給偏壓電流之後段偏壓電路。
IN係RF信號輸入端子，OUT係RF信號輸出端子，R1~R4係電阻，C1~C4係電容，以及L1~L2係電感。L3~L8係具有特定電氣波長的線路，作用為電感器。Vc係集極電源端子，Vc1係Tr1用的集極電源端子，Vc2係Tr2用的 集極電源端子，Vcb係Bias1、Bias2的電源端子，以及Vref係施加參考電壓至Bias1、Bias2的端子。
第2圖係顯示根據本發明第一實施例的偏壓電路圖。此偏壓電路係供給偏壓電流至第1圖的初段放大元件Tr1的基極之初段偏壓電路Bias1。但是，後段偏壓電路Bias2的構成也相同。
對電晶體Trb1的基極，經由Vref端子及電阻Rb1輸入參考電壓。Trb1的集極，經由Vcb端子輸入電源電壓。Trb1的射極，經由Vbo1端子連接至初段放大元件Tr1的基極。Trb1的射極與接地點之間，連接電阻Rb2。Trb1的基極與接地點之間，串聯連接短路基極與集極的Trb2、Trb3。
電容調整電路1具有電晶體FET1、FET2、電阻Rb3~Rb6、電容Cref、Ccb以及控制電路2。電晶體FET1、FET2係GaAs-FET，其臨界電壓係-0.2~-1.0V。
FET1的汲極經由Rb3連接至Trb1的基極。Cref在FET1的源極與接地點之間連接。FET2的汲極經由Rb4連接至Trb1的集極。Ccb在FET2的源極與接地點之間連接。控制電路2，分別經由Rb5、Rb6供給控制電壓Vctrl1、Vctrl2至FET1、FET2的閘極。
Rb3、Rb4分別在FET1、FET2通/斷(ON/OFF)之際有緩慢阻抗變化的作用，設計與Cref、Ccb的組合為最合適的阻抗。
第3圖係顯示集極電壓與控制電壓的關係圖。集極電 壓比既定的臨界值Vth低時，控制電壓為High(高)，而集極電壓比既定的臨界值Vth高時，控制電壓為Low(低)。因此，控制電路2，當放大元件Tr1的集極電壓比既定的臨界值Vth低時，導通FET1、FET2。但是，不必同時導通FET1、FET2。因此，電容調整電路1，當放大元件Tr1的集極電壓變低時，分別增加Trb1的基極及集極與接地點之間的電容值。
接著，比較說明本實施例的效果與比較例。第4圖係顯示根據比較例的偏壓電路圖。比較例中，不存在調整電容值的電容調整電路1，只存在固定電容值的電容Cref、Ccb。
第5圖係顯示第一實施例與比較例的歪斜特性圖。比較例中，由於設計Cref、Ccb的電容值係為了高輸出(高集極電壓時)的歪斜特性變佳，與低集極電壓時的最適當值不一定一致。因此，比較例中，中低輸出時由於集極電壓的影響，歪斜特性(ACLR)惡化。另一方面，第一實施例中，根據集極電壓，因為電容值可以最適當化，可以改善中低輸出的歪斜特性。
[第二實施例]
第6圖係顯示根據本發明第二實施例的偏壓電路圖。本實施例中，第一實施例的電容調整電路1的電容轉換部為多段。具體而言，置換第一實施例的FET為並聯連接n個(n為2以上的整數)的FET_1…FET_n。Cref、Ccb、FET2、Rb3~Rb6也同樣分別置換為n個的構成。
因此，電容調整電路1，根據放大元件Tr1的集極電壓，多段變化電容值。因此，比起第一實施例，對於集極電壓的變動，更周密地最適當化電容值，可以維持低歪斜特性。
[第三實施例]
第7圖.係顯示根據本發明第三實施例的偏壓電路圖。取代第一實施例的電晶體FET1與電容Cref，使用固定電容C1與可變電容元件Cv1，並取代電晶體FET2與電容Ccb，使用固定電容C2與可變電容元件Cv2。可變電容元件Cv1、Cv2係變容二極體等。C1與Cv1串聯連接，而C2與Cv2串聯連接。
控制電路2，分別供給控制電壓至C1與Cv1的連接點以及C2與Cv2的連接點。因此，電容調整電路1根據放大元件Tr1的集極電壓類比變化電容值。因此，比起第一實施例，對於集極電壓的變動，更周密地最適當化電容值，可以維持低歪斜特性。又，也可以調整固定電容C1、C2的製造不均。
第8圖係顯示根據本發明第三實施例的偏壓電路的變形例圖。C1與Cv1並聯連接，而C2與Cv2並聯連接。其他的構成與第7圖的偏壓電路相同，可以得到同樣的效果。
1‧‧‧電容調整電路
2‧‧‧控制電路
Bias1、Bias2‧‧‧偏壓電路
C1-C4‧‧‧電容
Cref、Ccb‧‧‧電容
Cv1、Cv2‧‧‧可變電容元件
FET1、FET2‧‧‧電晶體(第2電晶體)
IN‧‧‧RF信號輸入端子
L1-L2‧‧‧電感
L3-L8‧‧‧電感
OUT‧‧‧RF信號輸出端子
R1-R4‧‧‧電阻
Rb1-Rb6‧‧‧電阻
Tr1、Tr2‧‧‧放大元件
Trb1‧‧‧電晶體(第1電晶體)
Trb3‧‧‧電晶體
Vc‧‧‧集極電源端子
Vc1‧‧‧Tr1用的集極電源端子
Vc2‧‧‧Tr2用的集極電源端子
Vcb‧‧‧電源端子
Vref‧‧‧施加參考電壓至Bias1、Bias2的端子
Vth‧‧‧臨界值
Vbo1‧‧‧端子
Vctrl1、Vctrl2‧‧‧控制電壓
[第1圖]係顯示根據本發明第一實施例的電力放大器圖； [第2圖]係顯示根據本發明第一實施例的偏壓電路圖；[第3圖]係顯示集極電壓與控制電壓的關係圖；[第4圖]係顯示根據比較例的偏壓電路圖；[第5圖]係顯示第一實施例與比較例的歪斜特性圖；[第6圖]係顯示根據本發明第二實施例的偏壓電路圖；[第7圖]係顯示根據本發明第三實施例的偏壓電路圖；[第8圖]係顯示根據本發明第三實施例的偏壓電路的變形例圖；[第9圖]係顯示放大元件的輸出電力與歪斜的關係圖；以及[第10圖]係顯示放大元件的輸出電力與動作效率的關係圖；
1‧‧‧電容調整電路
2‧‧‧控制電路
Cref、Ccb‧‧‧電容
FET1、FET2‧‧‧電晶體(第2電晶體)
Rb1-Rb6‧‧‧電阻
Trb1‧‧‧電晶體(第1電晶體)
Trb3‧‧‧電晶體
Vc1‧‧‧Tr1用的集極電源端子
Vcb‧‧‧電源端子
Vbo1‧‧‧端子
Vref‧‧‧施加參考電壓的端子
Vctrl1、Vctrl2‧‧‧控制電壓

Claims (5)

  1. 一種電力放大器，包括：放大元件，具有輸入輸入信號的基極、施加集極電壓的集極以及射極；以及偏壓電路，供給偏壓電流至上述放大元件的上述基極；其特徵在於：上述偏壓電路包括：第1電晶體，具有用以輸入參考電壓的第1控制端子，用以輸入電源電壓的第1端子以及連接至上述放大元件的上述基極的第2端子；以及電容調整電路，當上述放大元件的上述集極電壓變低時，增加上述第1電晶體的上述第1控制端子及上述第1端子中至少一方與接地點之間的電容值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電力放大器，其中上述電容調整電路包括：第2電晶體，具有第2控制端子、連接至上述第1電晶體的上述第1控制端子或上述第1端子的第3端子、以及第4端子；電容，在上述第4端子與接地點之間連接；以及控制電路，供給控制電壓至上述第2電晶體的上述第2控制端子。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電力放大器，其中上述控制電路，當上述放大元件的上述集極電壓比既定的臨界值低時，導通上述第2電晶體。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的電力放大器，其中上述電容調整電路係多段變化上述電容值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電力放大器，其中上述電容調整電路係類比變化上述電容值。
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