TWI485980B - 電力放大器 - Google Patents

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Description

電力放大器
本發明係關於用於行動電話等的電力放大器。
因為電力放大器在行動電話的消耗電力中佔大的比例，所以為了降低消耗電力，提高電力放大器的效率很重要。於是，使用電力放大器，以開關切換高輸出模式與低輸出模式(例如，參照專利文件1)。
[先行專利文件]
[專利文件1]平成7年第336168號專利公開公報
習知的電力放大器中，低輸出用的輸出整合電路的各點之估計輸出阻抗的軌跡通過低阻抗區域。於是，因為多數的電流流動，由於電感器、電容器以及開關的寄生電阻而損耗大。又，對於電感器、電容器等的元件偏移、頻率特性，是敏感的。
本發明係為了解決上述的課題而形成的，因此其目的係得到對於元件偏移、頻率特性遲鈍且低損耗的電力放大器。
根據本發明的電力放大器，其特徵在於包括：輸入端 子，輸入輸入信號；第1放大元件，放大上述輸入信號；第2放大元件，放大上述第1放大元件的輸出信號；輸出端子，輸出上述第2放大元件的輸出信號；第1整合電路，連接在上述第2放大元件的輸出與上述輸出端子之間；第1開關，連接在上述第1放大元件的輸出與第2放大元件的輸入之間；第2開關，一端連接至上述第1放大元件的輸出；以及第2整合電路，一端連接至上述第2開關的另一端，而另一端直接連接至上述第2放大元件的輸出。
根據本發明，可以得到對於元件偏移、頻率特性遲鈍且低損耗的電力放大器。
參照圖面說明有關本發明實施例的電力放大器。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之電路圖。經由整合電路M1，放大元件Tr1的輸入(基極)連接至輸入端子IN。放大元件Tr1的輸出(集極)與放大元件Tr2的輸入(基極)之間，連接開關SW1與整合電路M2。放大元件Tr2的輸出(集極)與輸出端子OUT之間連接電感L1與整合電路M3。
開關SW2的一端連接至放大元件Tr1的輸出。整合電路M4的一端連接至開關SW2的另一端，整合電路M4的另 一端直接連接至放大元件Tr2的輸出。分別經由電感L2、L3，從電源Vcc供給集極電壓至放大元件Tr1、Tr2。
整合電路M3由電感L4與電容C1、C2、C3構成。整合電路M4由電感L5、L6、電容C3與開關SW3構成。高輸出用的整合電路M3，為了極力降低損耗，未包含成為損耗的開關SW3。
又，實際上，雖然有對放大元件Tr1、Tr2的基極供給基極電流的基極偏壓電路、控制開關SW1~SW3、放大元件Tr1、Tr2的通/斷(ON/OFF)的控制電路等，但在圖中省略。
接著說明動作。高增益．高輸出模式中，以控制電路分別設定開關SW1為導通(ON)，開關SW2、SW3為關斷(OFF)，以及電晶體Tr1、Tr2為導通(ON)。首先，放大元件Tr1放大從輸入端子IN輸入的輸入信號。其次，第2放大元件Tr2放大放大元件Tr1的輸出信號。之後，放大元件Tr2的輸出信號，經由高輸出用的整合電路M3，從輸出端子OUT輸出。
另一方面，低增益．低輸出模式中，以控制電路分別設定開關SW2、SW3為導通(ON)，開關SW1為關斷(OFF)，電晶體Tr1為導通(ON)，以及電晶體Tr2為關斷(OFF)。首先，放大元件Tr1放大從輸入端子IN輸入的輸入信號。之後，放大元件Tr1的輸出信號，經由低輸出用的整合電路M3、M4，從輸出端子OUT輸出。
接著，與比較例相比較，說明本實施例的效果。第2 圖係根據比較例的電力放大器所示的電路圖。比較例中，整合電路M4的另一端，經由電感L1，連接至放大元件Tr2的輸出。
第3圖係顯示從本發明第一實施例的高輸出用的整合電路M3的各點(A~F)估計之輸出阻抗的史密斯圖(Smith Chart)。具體而言，在特性阻抗50Ω的史密斯圖上，從各點估計之輸出側所希望的頻率中，阻抗的繪製圖。此高輸出用的整合電路M3的各點的阻抗，在比較例中也相同。
第4圖顯示從比較例的低輸出用的整合電路M3、M4的各點(A~E、G、H)估計之輸出阻抗的史密斯圖。比較例中，因為整合電路M4的另一端經由電感L1連接至放大元件Tr2的輸出，由於放大元件Tr2的寄生電容Cpara與電感L1，寄生電容Cpara的影響變大。結果，E點的阻抗變得更低。於是，因為多數的電流流動，由於電感器及電容器的寄生電阻、開關SW3的寄生電阻所產生的損耗變大。又，因為阻抗的軌跡通過低阻抗區域，對於電感、電容等的元件偏移、頻率特性，變得敏感。
另一方面，第5圖係顯示從本發明第一實施例的低輸出用的整合電路M3、M4的各點(A~E、G、H)估計之輸出阻抗的史密斯圖。第一實施例中，因為整合電路M4的另一端直接連接至放大元件Tr2的輸出，成為只有放大元件Tr2的寄生電容Cpara，其影響變小。於是，F點中，不會見到如同比較例更加降低之阻抗。結果，阻抗的軌跡沒通過低阻抗區域。於是，由於電感器及電容器的寄生電阻、開關 SW3的寄生電阻所產生的損耗變小。又，對於電感、電容等的元件偏移、頻率特性，變得遲鈍。
[第二實施例]
第6圖係顯示根據本發明第二實施例的後段放元件之電路圖。電路放大器的構成及動作與第一實施例相同。
16個小尺寸的電晶體Tr2a~Tr2p並聯連接。各電晶體Tr2a~Tr2p的集極(輸出)之間連接配線Ln1~Ln20。電晶體Tr2a~Tr2p的基極(輸入)連接至放大元件Tr2的輸入。
配線Ln1~Ln5串聯連接，構成第1串聯配線，其一端經由電感L1，連接至整合電路M3，另一端連接至整合電路M4。於是，第1串聯配線的另一端對於一端係配置在放大元件Tr2的輸入側。配線Ln6~Ln20也相同。
第7圖係顯示從本發明第二實施例的整合電路M3、M4的各點(A~H)估計之輸出阻抗的史密斯圖。因為配線Ln1~Ln20與電晶體Tr2a~Tr2p的寄生電容形成分佈常數配線，寄生電容的影響變更少。因此，從整合電路M4的電感L6估計之阻抗往史密斯圖的內側位移，成為高阻抗。因此，對於元件偏移、頻率特性，變得更遲鈍，損耗變更低。
[第三實施例]
第8圖係顯示根據本發明第三實施例的後段放大元件之電路圖。只說明不同於第二實施例的構成。配線Ln6~Ln10串聯連接構成第2串聯配線，其一端經由電感L1，連接至整合電路M3，而另一端未連接至整合電路M4。配線 Ln11~Ln20也相同。
第9圖係顯示從本發明第三實施例的整合電路的M3、M4的各點(A~H)估計之輸出阻抗的史密斯圖。由於只有配線Ln1~Ln5所構成的第1串聯配線連接至整合電路M4，配線Ln1~Ln20的寄生電感變得比第二實施例還大，電晶體Tr2a~Tr2p的寄生電容的影響變更少。因此，從整合電路M4的電感L6估計之阻抗往史密斯圖的內側位移，成為高阻抗。因此，對於元件偏移、頻率特性，變得更遲鈍，損耗變更低。
[第四實施例]
第10圖係顯示根據本發明第四實施例的電力放大器之電路圖。整合電路M4的另一端，連接至電感L1與整合電路M3的連接點。電感L7，在放大元件Tr2的輸出與電源Vcc之間，與電感L3並聯連接。開關SW4與電感L3並聯連接，且串聯連接至電感L7。其他的構成與第一實施例相同。
接著說明關於動作。高增益．高輸出模式中，以控制電路分別設定開關SW1導通，開關SW2、SW3、SW4關斷，以及電晶體Tr1、Tr2導通。首先，放大元件Tr1放大從輸入端子IN輸入的輸入信號。其次，第2放大元件Tr2放大放大元件Tr1的輸出信號。之後，放大元件Tr2的輸出信號，經由高輸出用的整合電路M3從輸出端子OUT輸出。
另一方面，低增益．低輸出模式中，以控制電路分別設定開關SW2、SW3、SW4導通，SW1關斷，電晶體Tr1導 通，以及電晶體Tr2關斷。首先，放大元件Tr1放大從輸入端子IN輸入的輸入信號。之後，放大元件Tr1的輸出信號，經由低輸出用的整合電路M3、M4從輸出端子OUT輸出。
接著，說明本實施例的效果。首先，從本發明第四實施例的高輸出用的整合電路M3的各點(A~F)估計之輸出阻抗與第一實施例(第3圖的史密斯圖)相同。
第11圖係顯示從本發明第四實施例的低輸出用的整合電路M3、M4的各點(A~E、G、H)估計之輸出阻抗的史密斯圖。低增益．低輸出模式中，開關SW4導通，電感L7連接至放大元件Tr2的集極。此電感L7減低放大元件Tr2的寄生電容Cpara的影響。因此，E點的阻抗，在寄生電容Cpara的影響下，雖然暫時往低阻抗側移動，但由於經由開關SW4連接電感L7，往高阻抗側移動。結果，阻抗的軌跡幾乎不通過低阻抗區域。因此，由於電感器及電容器的寄生電阻、開關SW3的寄生電阻所引起的損耗變小。又，對於電感器及電容器等元件偏移、頻率特性，變得遲鈍。
上述實施例雖然說明有關2段放大器，但不限於此，2段以上的多段放大器的話，可以得到同樣的效果。又，放大元件Tr1、Tr2例如是HBT(雙極性異質結電晶體)，也可以是其他雙極電晶體、MOSFET(金屬氧化半導體場效電晶體)等的FET(場效電晶體)。
又，整合電路M3雖以L、C、L、C、C所構成，但不限於此，可以一部分使用電容器、電感器。也可以以傳輸線構成電感器。又，雖然使用LC電路作為整合電路M4，但 如果是可以實現放大元件Tr1的估計輸出阻抗的電路的話，也可以是其他的構成。又，模式切換時，雖然使用開關SW2與開關SW3兩個，也可以不使用其中一個。
第三、四實施例中放大元件Tr2的構成以4個×4列構成，也可以是其他的構成。又，第四實施例中，雖然只有連接一條配線至整合電路4，但也可以連接複數條。
C1、C2、C3‧‧‧電容
IN‧‧‧輸入端子
Cpara‧‧‧寄生電容
L1、L2、L4、L5、L6‧‧‧電感
L3‧‧‧電感(第1電感)
L7‧‧‧電感(第2電感)
Ln1-Ln5‧‧‧配線(第1配線)
Ln6-Ln20‧‧‧配線(第2配線)
M1、M2‧‧‧整合電路
M3‧‧‧整合電路(第1整合電路)
M4‧‧‧整合電路(第2整合電路)
OUT‧‧‧輸出端子
SW1‧‧‧開關(第1開關)
SW2‧‧‧開關(第2開關)
SW3‧‧‧開關
SW4‧‧‧開關(第3開關)
Tr1‧‧‧放大元件(第1放大元件)
Tr2‧‧‧放大元件(第2放大元件)
Tr2a-Tr2d‧‧‧電晶體(第1電晶體)
Tr2e-Tr2p‧‧‧電晶體(第2電晶體)
Vcc‧‧‧電源
[第1圖]係顯示根據本發明第一實施例的電力放大器之電路圖；[第2圖]係顯示根據比較例的電力放大器之電路圖；[第3圖]係顯示從本發明第一實施例的高輸出用的整合電路的各點估計之輸出阻抗的史密斯圖(Smith Chart)；[第4圖]係顯示從比較例的低輸出用的整合電路的各點估計之輸出阻抗的史密斯圖；[第5圖]係顯示從本發明第一實施例的低輸出用的整合電路的各點估計之輸出阻抗的史密斯圖；[第6圖]係顯示根據本發明第二實施例的後段放大元件之電路圖；[第7圖]係顯示從本發明第二實施例的整合電路的各點估計之輸出阻抗的史密斯圖；[第8圖]係顯示根據本發明第三實施例的後段放大器之電路圖；[第9圖]係顯示從本發明第三實施例的整合電路的各 點估計之輸出阻抗的史密斯圖；[第10圖]係顯示根據本發明第四實施例的電力放大器之電路圖；以及[第11圖]係顯示從本發明第四實施例的低輸出用的整合電路的各點估計之輸出阻抗的史密斯圖。
C1、C2、C3‧‧‧電容
IN‧‧‧輸入端子
L1、L2、L4、L5、L6‧‧‧電感
L3‧‧‧電感(第1電感)
M1、M2‧‧‧整合電路
M3‧‧‧整合電路(第1整合電路)
M4‧‧‧整合電路(第2整合電路)
OUT‧‧‧輸出端子
SW1‧‧‧開關(第1開關)
SW2‧‧‧開關(第2開關)
SW3‧‧‧開關
Vcc‧‧‧電源
Tr1‧‧‧放大元件(第1放大元件)
Tr2‧‧‧放大元件(第2放大元件)

Claims (3)

  1. 一種電力放大器，其特徵在於包括：輸入端子，輸入輸入信號；第1放大元件，放大上述輸入信號；第2放大元件，放大上述第1放大元件的輸出信號；輸出端子，輸出上述第2放大元件的輸出信號；第1整合電路，連接在上述第2放大元件的輸出與上述輸出端子之間；第1開關，連接在上述第1放大元件的輸出與第2放大元件的輸入之間；第2開關，一端連接至上述第1放大元件的輸出；以及第2整合電路，一端連接至上述第2開關的另一端，而另一端直接連接至上述第2放大元件的輸出，其中上述第2放大元件具有：並聯連接的複數的第1電晶體；以及在上述複數的第1電晶體的輸出之間連接的複數的第1配線；其中，上述複數的第1電晶體的輸入連接至上述第2放大元件的輸入；上述複數的第1配線串聯連接，構成第1串聯配線；上述第1串聯配線的一端連接至上述第1整合電路；上述第1串聯配線的另一端連接至上述第2整合電路；以及 上述第1串聯配線的另一端對於一端係配置於上述第2放大元件的輸入側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電力放大器，其中上述第2放大元件更具有：並聯連接的複數的第2電晶體；以及在上述複數的第2電晶體的輸出之間連接的複數的第2配線；其中，上述複數的第2電晶體的輸入連接至上述第2放大元件的輸入；上述複數的第2配線串聯連接，構成第2串聯配線；上述第2串聯配線的一端連接至上述第1整合電路；以及上述第2串聯配線的另一端連接至上述第2整合電路。
  3. 一種電力放大器，其特徵在於包括：輸入端子，輸入輸入信號；第1放大元件，放大上述輸入信號；第2放大元件，放大上述第1放大元件的輸出信號；輸出端子，輸出上述第2放大元件的輸出信號；整合電路，連接在上述第2放大元件的輸出與上述輸出端子之間；第1開關，連接在上述第1放大元件的輸出與第2放大元件的輸入之間；第2開關，一端連接至上述第1放大元件的輸出，另一端經由上述整合電路連接至上述輸出端子； 第1電感，連接在上述第2放大元件的輸出與電源之間；第2電感，與上述第1電感並聯連接；以及第3開關，與上述第1電感並聯連接，且與上述第2電感串聯連接。
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