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JP2017112555A - Power amplification device and radio communication device - Google Patents

Power amplification device and radio communication device Download PDF

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JP2017112555A
JP2017112555A JP2015246923A JP2015246923A JP2017112555A JP 2017112555 A JP2017112555 A JP 2017112555A JP 2015246923 A JP2015246923 A JP 2015246923A JP 2015246923 A JP2015246923 A JP 2015246923A JP 2017112555 A JP2017112555 A JP 2017112555A
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Japan
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bias
transistor
power
circuit
emitter
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JP2015246923A
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忠正 村上
Tadamasa Murakami
忠正 村上
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Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electro Mechanics Co Ltd
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Abstract

【課題】簡易な回路構成で高い線形性と低消費電力を実現することが可能な電力増幅装置を提供する。【解決手段】電力増幅器１００は、増幅用トランジスタＴｒ１、ＲＦ信号の入力端と増幅用トランジスタのベース端子との間に設けられて直流成分を遮断するキャパシタＣ１と、増幅用トランジスタのベース端子にバイアスを印加する、ハイパワーモード用のバイアス回路であるＨＰＭバイアス回路１１０と、増幅用トランジスタのベース端子にバイアスを印加する、ローパワーモード用のバイアス回路であるＬＰＭバイアス回路１２０と、増幅用トランジスタの出力端子に接続される出力整合回路１３０とを含む。【選択図】図２PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power amplification device capable of realizing high linearity and low power consumption with a simple circuit configuration. A power amplifier 100 is biased to a transistor Tr1 for amplification, a capacitor C1 provided between an input terminal of an RF signal and a base terminal of the amplification transistor to cut off a DC component, and a base terminal of the amplification transistor. The HPM bias circuit 110, which is a bias circuit for high power mode, and the LPM bias circuit 120, which is a bias circuit for low power mode, which applies a bias to the base terminal of the amplification transistor, and the amplification transistor. It includes an output matching circuit 130 connected to an output terminal. [Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明は、電力増幅装置及び無線通信装置に関する。   The present invention relates to a power amplification device and a wireless communication device.

携帯電話やスマートフォン（Ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ）、タブレット（Ｔａｂｌｅｔ）端末等に代表される携帯型の通信装置は、通信装置間で無線通信を実行する際に、中継装置となる基地局との間で定常的に通信を実行する。通常、通信装置は、基地局との距離に応じて高周波信号の送信電力及び受信感度を調整しながら通信を行う。   A portable communication device represented by a mobile phone, a smart phone, a tablet (tablet) terminal, or the like steadily communicates with a base station serving as a relay device when performing wireless communication between the communication devices. Execute communication. Usually, the communication apparatus performs communication while adjusting the transmission power and reception sensitivity of the high-frequency signal according to the distance from the base station.

そして、携帯型の通信装置の飛躍的な普及に伴って、マイクロ波（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）帯の高周波電力増幅器への需要が高まっている。このような高周波電力増幅器への需要の高まりに伴って、高周波電力増幅器に対する低電圧動作化、高効率化、小型・軽量化の要望が一段と強くなっている。低電圧動作化、高効率化、小型・軽量化の実現を目的とした技術としては、例えば特許文献１〜３がある。   With the rapid spread of portable communication devices, there is an increasing demand for microwave high-frequency power amplifiers. As the demand for such high-frequency power amplifiers increases, there is a growing demand for high-frequency power amplifiers with low voltage operation, high efficiency, small size, and light weight. For example, Patent Documents 1 to 3 include techniques aimed at realizing low voltage operation, high efficiency, and small size and light weight.

また、携帯型の通信装置に搭載される電力増幅器は、内蔵される電池の継続使用時間をより長くするために、消費電力を抑えることが要求されると同時に、隣接チャネル漏洩電力比（Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｌｅａｋａｇｅ Ｒａｔｉｏ；ＡＣＬＲ）を抑えるために高い線形動作も要求される。また電力増幅器は、基地局と通信装置との距離に依存して出力信号の電力を変動させるが、出力信号の電力が小さい場合には、低電源電圧動作や付加回路を工夫するなどして、高い線形性を保ちつつ、より低い消費電力で動作する技術もある（例えば非特許文献１参照）。   In addition, a power amplifier mounted on a portable communication device is required to reduce power consumption in order to extend the continuous use time of a built-in battery, and at the same time, adjacent channel leakage power ratio (Adjacent Channel) High linear operation is also required to suppress leakage ratio (ACLR). Also, the power amplifier varies the power of the output signal depending on the distance between the base station and the communication device. There is also a technology that operates with lower power consumption while maintaining high linearity (see, for example, Non-Patent Document 1).

特開平０８−０３７４３３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-037433 特開２００７−３０６５４３号公報JP 2007-306543 A 特開２０００−２０９０３８号公報JP 2000-209038 A

Bernd Schleicher et. al., “CurrentConsumption Benefit of Adjustable Bias in Low-Power Mode of WCDMA PowerAmplifiers” Proceedings of the 43rd European MicrowaveConference, 2013, pp545-548Bernd Schleicher et. Al., “CurrentConsumption Benefit of Adjustable Bias in Low-Power Mode of WCDMA PowerAmplifiers” Proceedings of the 43rd European MicrowaveConference, 2013, pp545-548

非特許文献１で開示された構成では、出力信号電力が高い時の動作モード（ハイパワーモード：ＨＰＭ）と出力信号電力が低い時の動作モード（ローパワーモード；ＬＰＭ）とに対して、それぞれの信号増幅経路を設けて消費電力の高効率化を図っている。しかし、非特許文献１で開示された構成では、それぞれの信号増幅経路をもうけることによりＩＣのサイズが大きくなることと、スイッチが必要になることとにより、通常、携帯電話用の増幅回路で用いられるＧａＡｓ ＨＢＴプロセスではなく、より製造値段が高いＢｉＨＥＭＴプロセスでＩＣを製造する必要があり、コストが大きく上昇する。という問題があった。   In the configuration disclosed in Non-Patent Document 1, the operation mode when the output signal power is high (high power mode: HPM) and the operation mode when the output signal power is low (low power mode; LPM), respectively. The signal amplification path is provided to increase the power consumption efficiency. However, in the configuration disclosed in Non-Patent Document 1, since the size of the IC is increased by providing each signal amplification path and a switch is required, it is usually used in an amplifier circuit for a mobile phone. The IC needs to be manufactured not by the GaAs HBT process, but by the BiHEMT process having a higher manufacturing cost, and the cost is greatly increased. There was a problem.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、簡易な回路構成で高い線形性と低消費電力を実現することが可能な、新規かつ改良された電力増幅装置及び無線通信装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a new and improved technique capable of realizing high linearity and low power consumption with a simple circuit configuration. Another object of the present invention is to provide a power amplifying device and a wireless communication device.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ベース端子に入力される信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタの出力側に設けられる整合回路に印加される電源電圧と、少なくとも２以上の動作モードに応じて前記増幅用トランジスタのベース端子に印加されるバイアスと、に応じて変化する前記増幅トランジスタの出力の非線形性を補償するバイアス回路を備えることを特徴とする、電力増幅装置が提供される。   In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, an amplification transistor that amplifies and outputs a signal input to a base terminal, and a power source applied to a matching circuit provided on the output side of the amplification transistor A bias circuit that compensates for nonlinearity of the output of the amplification transistor that varies according to a voltage and a bias applied to the base terminal of the amplification transistor according to at least two or more operation modes; A power amplifying device is provided.

前記バイアス回路は、前記増幅トランジスタのベース端子にエミッタがそれぞれ接続される、エミッタサイズの異なる複数のバイアストランジスタを備えていてもよい。   The bias circuit may include a plurality of bias transistors having different emitter sizes, each having an emitter connected to a base terminal of the amplification transistor.

前記電源電圧が第１モードに応じた第１電圧値の場合は前記複数のバイアストランジスタの一方のみがエミッタ電流を出力し、前記電源電圧が第２モードに応じた前記第１電圧値とは異なる第２電圧値の場合は前記複数のバイアストランジスタの他方のみがエミッタ電流を出力してもよい。   When the power supply voltage is a first voltage value corresponding to the first mode, only one of the plurality of bias transistors outputs an emitter current, and the power supply voltage is different from the first voltage value corresponding to the second mode. In the case of the second voltage value, only the other of the plurality of bias transistors may output an emitter current.

また上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記電力増幅装置を備えることを特徴とする、無線通信装置が提供される。   In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, there is provided a wireless communication apparatus comprising the power amplifying apparatus.

以上説明したように本発明によれば、簡易な回路構成で高い線形性と低消費電力を実現することが可能な、新規かつ改良された電力増幅装置及び無線通信装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a new and improved power amplification device and wireless communication device capable of realizing high linearity and low power consumption with a simple circuit configuration.

非特許文献１で開示された電力増幅器を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the power amplifier disclosed by the nonpatent literature 1. 本発明の実施の形態に係る電力増幅器１００の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the power amplifier 100 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電力増幅器１００を備える無線通信装置１０００の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the radio | wireless communication apparatus 1000 provided with the power amplifier 100 which concerns on one Embodiment of this invention. 出力と電流Ｉｃｃとの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between an output and the electric current Icc. 出力とＡＣＬＲとの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between an output and ACLR.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

＜１．本発明の一実施形態＞
［背景］
まず、本発明の実施の形態に至った背景について説明する。上述したように、携帯電話やスマートフォン、タブレット端末等に代表される携帯型の通信装置は、通信装置間で無線通信を実行する際に、中継装置となる基地局との間で定常的に通信を実行する。通常、通信装置は、基地局との距離に応じて高周波信号の送信電力及び受信感度を調整しながら通信を行う。 <1. One Embodiment of the Present Invention>
[background]
First, the background that led to the embodiment of the present invention will be described. As described above, portable communication devices typified by mobile phones, smartphones, tablet terminals, and the like regularly communicate with a base station serving as a relay device when performing wireless communication between the communication devices. Execute. Usually, the communication apparatus performs communication while adjusting the transmission power and reception sensitivity of the high-frequency signal according to the distance from the base station.

そして、携帯型の通信装置の飛躍的な普及に伴って、マイクロ波帯の高周波電力増幅器への需要が高まっている。このような高周波電力増幅器への需要の高まりに伴って、高周波電力増幅器に対する低電圧動作化、高効率化、小型・軽量化の要望が一段と強くなっている（例えば特許文献１〜３等参照）。   With the rapid spread of portable communication devices, the demand for microwave high-frequency power amplifiers is increasing. With the increase in demand for such high-frequency power amplifiers, there is an increasing demand for low-voltage operation, high efficiency, small size and light weight for high-frequency power amplifiers (see, for example, Patent Documents 1 to 3). .

また、携帯型の通信装置に搭載される電力増幅器は、内蔵される電池の継続使用時間をより長くするために、消費電力を抑えることが要求されると同時に、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ）を抑えるために高い線形動作も要求される。また電力増幅器は、基地局と通信装置との距離に依存して出力信号の電力を変動させるが、出力信号の電力が小さい場合には、低電源電圧動作や付加回路を工夫するなどして、高い線形性を保ちつつ、より低い消費電力で動作する技術もある（例えば非特許文献１参照）。   In addition, power amplifiers mounted on portable communication devices are required to reduce power consumption in order to extend the continuous use time of a built-in battery, and at the same time, adjacent channel leakage power ratio (ACLR) In order to suppress this, high linear operation is also required. Also, the power amplifier varies the power of the output signal depending on the distance between the base station and the communication device, but when the power of the output signal is small, devise low power supply voltage operation and additional circuit, etc. There is also a technology that operates with lower power consumption while maintaining high linearity (see, for example, Non-Patent Document 1).

非特許文献１で開示された構成では、出力信号電力が高い時の動作モード（ハイパワーモード：ＨＰＭ）と出力信号電力が低い時の動作モード（ローパワーモード：ＬＰＭ）とに対して、それぞれの信号増幅経路を設けて消費電力の高効率化を図っている。   In the configuration disclosed in Non-Patent Document 1, the operation mode when the output signal power is high (high power mode: HPM) and the operation mode when the output signal power is low (low power mode: LPM), respectively. The signal amplification path is provided to increase the power consumption efficiency.

図１は、非特許文献１で開示された電力増幅器を示す説明図である。非特許文献１で開示された電力増幅器は、図１に示したようにハイパワーモード用のバイアスとローパワーモード用のバイアスとを備え、ハイパワーモードとローパワーモードとで入力端側と出力端側とに設けられたスイッチを切り替えることで、ハイパワーモード時にはハイパワーモード用のトランジスタで増幅させ、ローパワーモード時にはローパワーモード用のトランジスタで増幅させている。   FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a power amplifier disclosed in Non-Patent Document 1. The power amplifier disclosed in Non-Patent Document 1 includes a bias for a high power mode and a bias for a low power mode as shown in FIG. 1, and the input end side and the output in the high power mode and the low power mode. By switching the switch provided on the end side, the high power mode transistor amplifies the high power mode transistor, and the low power mode transistor amplifies the low power mode transistor.

しかし、しかし、非特許文献１で開示された構成では、それぞれの信号増幅経路をもうけることによりＩＣのサイズが大きくなることと、スイッチが必要になることとにより、通常、携帯電話用の増幅回路で用いられるＧａＡｓ ＨＢＴプロセスではなく、より製造値段が高いＢｉＨＥＭＴプロセスでＩＣを製造する必要があり、コストが大きく上昇する。という問題があった。   However, in the configuration disclosed in Non-Patent Document 1, since the size of the IC is increased by providing each signal amplification path and a switch is required, an amplifier circuit for a mobile phone is usually used. In this case, it is necessary to manufacture the IC by the BiHEMT process, which has a higher manufacturing cost, instead of the GaAs HBT process used in the manufacturing process, which greatly increases the cost. There was a problem.

そこで本件発明者は、上述したような背景に鑑み、簡易な回路構成で高い線形性と低消費電力を実現することが可能な電力増幅器に関する技術について鋭意検討を行った。その結果、で本件発明者は、以下で説明するように、信号を増幅するトランジスタのベースに対して、特性が異なる複数のバイアス回路を通じてバイアスを印加することで、簡易な回路構成で高い線形性と低消費電力を実現することが可能な電力増幅器を考案するに至った。   Therefore, in view of the background as described above, the present inventor has intensively studied a technique related to a power amplifier capable of realizing high linearity and low power consumption with a simple circuit configuration. As a result, as described below, the present inventors apply a bias to a base of a transistor that amplifies a signal through a plurality of bias circuits having different characteristics, thereby achieving high linearity with a simple circuit configuration. And came up with a power amplifier capable of realizing low power consumption.

以上、本発明の実施の形態の背景について説明した。続いて、本発明の実施の形態に係る電力増幅器の構成例について説明する。   The background of the embodiment of the present invention has been described above. Subsequently, a configuration example of the power amplifier according to the embodiment of the present invention will be described.

［構成例］
図２は、本発明の実施の形態に係る電力増幅器１００の構成例を示す説明図である。図２に示した電力増幅器１００は、携帯型の通信装置に搭載されるものであり、出力信号電力が高い時の動作モード（ハイパワーモード：ＨＰＭ）と出力信号電力が低い時の動作モード（ローパワーモード：ＬＰＭ）との２つの動作モードに対応して、入力されるＲＦ信号を増幅する増幅器である。以下、図２を用いて本発明の実施の形態に係る電力増幅器１００の構成例について説明する。 [Configuration example]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example of the power amplifier 100 according to the embodiment of the present invention. The power amplifier 100 shown in FIG. 2 is mounted on a portable communication apparatus, and operates in an operation mode when the output signal power is high (high power mode: HPM) and an operation mode when the output signal power is low ( The amplifier amplifies an input RF signal corresponding to two operation modes (low power mode: LPM). Hereinafter, a configuration example of the power amplifier 100 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図２に示したように、本発明の実施の形態に係る電力増幅器１００は、増幅用トランジスタＴｒ１、ＲＦ信号の入力端と増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子との間に設けられて直流成分を遮断するキャパシタＣ１と、増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子にバイアスを印加する、ＨＰＭ用のバイアス回路であるＨＰＭバイアス回路１１０と、増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子にバイアスを印加する、ＬＰＭ用のバイアス回路であるＬＰＭバイアス回路１２０と、増幅用トランジスタＴｒ１の出力端子に接続される出力整合回路１３０と、を含んで構成される。   As shown in FIG. 2, the power amplifier 100 according to the embodiment of the present invention is provided between the amplifying transistor Tr1 and the RF signal input terminal and the base terminal of the amplifying transistor Tr1, and cuts off the DC component. An HPM bias circuit 110 that is a bias circuit for HPM that applies a bias to the base terminal of the amplifying transistor Tr1, and an LPM bias circuit that applies a bias to the base terminal of the amplifying transistor Tr1. An LPM bias circuit 120 and an output matching circuit 130 connected to the output terminal of the amplifying transistor Tr1 are included.

増幅用トランジスタＴｒ１は、例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電界効果トランジスタ（ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などで構成されうる。   The amplifying transistor Tr1 can be configured by, for example, a bipolar transistor, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) field effect transistor, or the like.

ＨＰＭバイアス回路１１０は、増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子にバイアスを印加する回路であり、バイアストランジスタＴｒ１１と、キャパシタＣ１１と、を含んで構成される。ＨＰＭバイアス回路１１０のその他の構成は任意であり、印加するバイアスに応じて構成が適宜決定される。   The HPM bias circuit 110 is a circuit that applies a bias to the base terminal of the amplifying transistor Tr1, and includes a bias transistor Tr11 and a capacitor C11. The other configuration of the HPM bias circuit 110 is arbitrary, and the configuration is appropriately determined according to the bias to be applied.

バイアストランジスタＴｒ１１のエミッタ端子は、図示しない安定化用抵抗を介して増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子と接続される。またキャパシタＣ１１は、ＲＦ出力信号の線形性を向上させるためにバイアストランジスタＴｒ１１のベース端子に接続されている。   The emitter terminal of the bias transistor Tr11 is connected to the base terminal of the amplifying transistor Tr1 via a stabilizing resistor (not shown). The capacitor C11 is connected to the base terminal of the bias transistor Tr11 in order to improve the linearity of the RF output signal.

ＬＰＭバイアス回路１２０は、増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子にバイアスを印加する回路であり、バイアストランジスタＴｒ２１と、キャパシタＣ２１と、を含んで構成される。ＬＰＭバイアス回路１２０のその他の構成は任意であり、印加するバイアスに応じて構成が適宜決定される。   The LPM bias circuit 120 is a circuit that applies a bias to the base terminal of the amplifying transistor Tr1, and includes a bias transistor Tr21 and a capacitor C21. The other configuration of the LPM bias circuit 120 is arbitrary, and the configuration is appropriately determined according to the bias to be applied.

バイアストランジスタＴｒ２１のエミッタ端子は、図示しない安定化用抵抗を介して増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子と接続される。またキャパシタＣ２１は、ＲＦ出力信号の線形性を向上させるためにバイアストランジスタＴｒ２１のベース端子に接続されている。   The emitter terminal of the bias transistor Tr21 is connected to the base terminal of the amplifying transistor Tr1 via a stabilizing resistor (not shown). The capacitor C21 is connected to the base terminal of the bias transistor Tr21 in order to improve the linearity of the RF output signal.

出力整合回路１３０は、インピーダンス整合のための回路であり、例えば、コイル（ｃｏｉｌ）などのインダクタ（ｉｎｄｕｃｔｏｒ）と、キャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）との組み合わせによりインピーダンス（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を整合させる回路や、抵抗を用いてインピーダンスを整合させる回路など、インピーダンス整合を行うことが可能な任意の構成の回路が挙げられる。   The output matching circuit 130 is a circuit for impedance matching, for example, a circuit for matching impedance (electrical impedance) by a combination of an inductor such as a coil and a capacitor, and a resistor. A circuit having an arbitrary configuration capable of performing impedance matching, such as a circuit for matching impedance by using, can be given.

ＨＰＭバイアス回路１１０及びＬＰＭバイアス回路１２０は、出力整合回路１３０に印加される電源電圧と、それぞれの動作モードに応じて増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子に印加されるバイアスと、に応じて変化する非線形性を補償する回路である。このように変化する非線形性を補償するために、例えば、バイアストランジスタＴｒ１１とバイアストランジスタＴｒ２１とのエミッタサイズは異なっている。   The HPM bias circuit 110 and the LPM bias circuit 120 are non-linear that changes according to the power supply voltage applied to the output matching circuit 130 and the bias applied to the base terminal of the amplifying transistor Tr1 according to each operation mode. It is a circuit for compensating the characteristics. In order to compensate for such non-linearity changing, for example, the emitter sizes of the bias transistor Tr11 and the bias transistor Tr21 are different.

バイアストランジスタＴｒ１１とバイアストランジスタＴｒ２１としては、例えば、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタが挙げられる。なお、本発明の実施形態に係るバイアストランジスタＴｒ１１とバイアストランジスタＴｒ２１は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタに限られず、例えば、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタや、ヘテロ接合バイポーラトランジスタであってもよい。また、本発明の実施形態に係るバイアストランジスタＴｒ１１とバイアストランジスタＴｒ２１は、例えば、電界効果トランジスタであってもよい。   Examples of the bias transistor Tr11 and the bias transistor Tr21 include PNP-type bipolar transistors. The bias transistor Tr11 and the bias transistor Tr21 according to the embodiment of the present invention are not limited to PNP bipolar transistors, and may be, for example, NPN bipolar transistors or heterojunction bipolar transistors. Further, the bias transistor Tr11 and the bias transistor Tr21 according to the embodiment of the present invention may be, for example, a field effect transistor.

以上、図２を用いて本発明の実施の形態に係る電力増幅器１００の構成例について説明した。続いて、本発明の実施の形態に係る電力増幅器１００の動作例について説明する。   The configuration example of the power amplifier 100 according to the embodiment of the present invention has been described above with reference to FIG. Subsequently, an operation example of the power amplifier 100 according to the embodiment of the present invention will be described.

［動作例］
電力増幅器１００は、ＨＰＭバイアス端子とＬＰＭバイアス端子に対して、外部からそれぞれ適切なＤＣ電圧あるいはＤＣ電流を与えることにより、バイアストランジスタＴｒ１１及びバイアストランジスタＴｒ２１のエミッタ電流を調整する。バイアストランジスタＴｒ１１及びバイアストランジスタＴｒ２１のエミッタ電流を調整することで、ＨＰＭ及びＬＰＭにおける適切なバイアス電圧を、増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子に与えることができる。 [Operation example]
The power amplifier 100 adjusts the emitter currents of the bias transistor Tr11 and the bias transistor Tr21 by applying appropriate DC voltage or DC current from the outside to the HPM bias terminal and the LPM bias terminal, respectively. By adjusting the emitter currents of the bias transistor Tr11 and the bias transistor Tr21, an appropriate bias voltage in the HPM and LPM can be applied to the base terminal of the amplifying transistor Tr1.

なお、電力増幅器１００を備えた通信機器がＨＰＭとＬＰＭとのどちらで動作するかは、例えば基地局から受信した電波の強度に基づいて決定しうる。すなわち、基地局から受信した電波の強度を算出して、通信機器が基地局から近ければＬＰＭで、基地局から遠ければＨＰＭで、それぞれ動作しうる。   Note that whether the communication device including the power amplifier 100 operates with HPM or LPM can be determined based on, for example, the strength of the radio wave received from the base station. That is, the intensity of the radio wave received from the base station is calculated, and the communication device can operate at LPM if the communication device is close to the base station and at HPM if the communication device is far from the base station.

電力増幅器１００を備えた通信機器は、電力増幅器１００を動作させる際のバイアスの一例として、ＨＰＭにおいてはバイアストランジスタＴｒ１１のみエミッタ電流を流し、バイアストランジスタＴｒ２１のエミッタ電流は流さないようにして、逆に、ＬＰＭにおいてはバイアストランジスタＴｒ２１のみエミッタ電流を流し、バイアストランジスタＴｒ１１のエミッタ電流は流さないという設定で動作させることが可能である。   As an example of a bias when operating the power amplifier 100, a communication device including the power amplifier 100 is configured such that only the bias transistor Tr11 flows in the HPM and the emitter current of the bias transistor Tr21 does not flow. In the LPM, it is possible to operate in such a setting that only the bias transistor Tr21 passes the emitter current and the bias transistor Tr11 does not pass the emitter current.

もちろん、バイアストランジスタＴｒ１１、Ｔｒ２１のいずれか一方にのみエミッタ電流を流すのではなく、例えばＨＰＭにおいてはバイアストランジスタＴｒ１１、Ｔｒ２１の両方にエミッタ電流を流し、ＬＰＭにおいてはバイアストランジスタＴｒ２１にのみエミッタ電流を流すような動作が行われても良い。   Of course, the emitter current is not supplied only to one of the bias transistors Tr11 and Tr21. For example, in HPM, the emitter current is supplied to both the bias transistors Tr11 and Tr21. In the LPM, the emitter current is supplied only to the bias transistor Tr21. Such an operation may be performed.

図２のＨＰＭバイアス回路１１０及びＬＰＭバイアス回路１２０を増幅用トランジスタＴｒ１に接続することにより、増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子の電圧はＲＦ入力信号の強度が大きくなってもほぼ一定である。従って、図２に示した電力増幅器１００は、高い線形動作が可能となる。   By connecting the HPM bias circuit 110 and the LPM bias circuit 120 of FIG. 2 to the amplifying transistor Tr1, the voltage of the base terminal of the amplifying transistor Tr1 is substantially constant even when the strength of the RF input signal increases. Therefore, the power amplifier 100 shown in FIG. 2 can perform a high linear operation.

さらに、増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子の電圧がほぼ一定の場合、ＲＦ入力信号が大きくなると増幅用トランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間のコンダクタンスが変動し非線形動作を引き起こそうとする。そこで、その増幅用トランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間のコンダクタンスの変動分を、バイアストランジスタＴｒ１１、Ｔｒ２１が補償する。増幅用トランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間のコンダクタンスの変動分を、バイアストランジスタＴｒ１１、Ｔｒ２１が補償することにより、図２に示した電力増幅器１００は高い線形性が保たれる。また、その補償の度合いは、それぞれのバイアストランジスタＴｒ１１、Ｔｒ２１のサイズやバイアス条件によって異なる。   Further, when the voltage at the base terminal of the amplifying transistor Tr1 is substantially constant, when the RF input signal increases, the conductance between the base and the emitter of the amplifying transistor Tr1 fluctuates and tries to cause a non-linear operation. Therefore, the bias transistors Tr11 and Tr21 compensate for the variation in the conductance between the base and the emitter of the amplifying transistor Tr1. The bias transistors Tr11 and Tr21 compensate for the variation in conductance between the base and emitter of the amplifying transistor Tr1, so that the power amplifier 100 shown in FIG. 2 maintains high linearity. The degree of compensation varies depending on the size and bias conditions of the bias transistors Tr11 and Tr21.

通常、ＬＰＭにおいてはＨＰＭよりも消費電力の大幅な削減が求められ、増幅用トランジスタにかかる電源電圧とバイアス電流はＨＰＭよりも大きく変化させて、すなわち下げて動作させる。このため、例えば上で述べたバイアスの一例の条件で動作させた場合、高い線形性を保つためにバイアストランジスタが十分に補償するための最適なバイアストランジスタのサイズは大きく異なる。   Usually, in the LPM, a significant reduction in power consumption is required as compared with the HPM, and the power supply voltage and the bias current applied to the amplifying transistor are changed more greatly than the HPM, that is, the power is lowered. For this reason, for example, when operated under the above-described conditions of the bias, the optimum bias transistor size for the bias transistor to sufficiently compensate in order to maintain high linearity differs greatly.

本実施の形態に係る電力増幅器１００は、ＨＰＭ用、ＬＰＭ用にそれぞれＨＰＭバイアス回路１１０及びＬＰＭバイアス回路１２０を設けて、非線形の補償が十分に行われるようバイアストランジスタのサイズをそれぞれ最適化できるようにしたものである。結果として、図２に示したような簡易な回路追加のみでＬＰＭにおける高い線形性と低消費電力の実現が可能となる。   The power amplifier 100 according to the present embodiment is provided with an HPM bias circuit 110 and an LPM bias circuit 120 for HPM and LPM, respectively, so that the size of the bias transistor can be optimized so that nonlinear compensation is sufficiently performed. It is a thing. As a result, it is possible to realize high linearity and low power consumption in the LPM only by adding a simple circuit as shown in FIG.

続いて、本発明の一実施形態に係る電力増幅器１００を備える無線通信装置の構成例について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る電力増幅器１００を備える無線通信装置１０００の構成例を示す説明図である。   Subsequently, a configuration example of a wireless communication apparatus including the power amplifier 100 according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the wireless communication apparatus 1000 including the power amplifier 100 according to the embodiment of the present invention.

図３に示した無線通信装置１０００は、シンセサイザ１０１０と、変調回路１０２０と、高周波増幅器１０３０、１０７０と、フィルタ１０４０、１０８０と、アイソレータ１０５０と、デュプレクサ１０６０と、復調回路１０９０と、アンテナ１１００と、を含んで構成される。   3 includes a synthesizer 1010, a modulation circuit 1020, high-frequency amplifiers 1030 and 1070, filters 1040 and 1080, an isolator 1050, a duplexer 1060, a demodulation circuit 1090, an antenna 1100, It is comprised including.

シンセサイザ１０１０は、変調回路１０２０での送信信号の変調や、復調回路１０９０での受信信号の復調に用いられる信号を出力する。変調回路は、供給される送信信号を所定の送信周波数の送信信号に変換する。高周波増幅器１０３０は、変調回路１０２０の出力信号を増幅する。フィルタ１０４０は、例えばバンドパスフィルタで構成され、高周波増幅器１０３０で増幅された高周波信号から、送信波帯域の信号を抽出する。アイソレータ１０５０は、フィルタ１０４０の出力信号をデュプレクサ１０６０へ一方向で供給する。   The synthesizer 1010 outputs a signal used for modulation of the transmission signal in the modulation circuit 1020 and demodulation of the reception signal in the demodulation circuit 1090. The modulation circuit converts the supplied transmission signal into a transmission signal having a predetermined transmission frequency. High frequency amplifier 1030 amplifies the output signal of modulation circuit 1020. The filter 1040 is composed of, for example, a band pass filter, and extracts a signal in the transmission wave band from the high frequency signal amplified by the high frequency amplifier 1030. The isolator 1050 supplies the output signal of the filter 1040 to the duplexer 1060 in one direction.

デュプレクサ１０６０は、アイソレータ１０５０の出力端子に接続される端子、高周波増幅器１０７０の入力端子に接続される端子、アンテナ１１００に接続される端子の３端子を有する。   The duplexer 1060 has three terminals: a terminal connected to the output terminal of the isolator 1050, a terminal connected to the input terminal of the high-frequency amplifier 1070, and a terminal connected to the antenna 1100.

高周波増幅器１０７０は、アンテナ１１００で受信され、デュプレクサ１０６０から出力される信号を増幅する。フィルタ１０８０は、例えばバンドパスフィルタで構成され、高周波増幅器１０７０の出力信号から送信波帯域の信号を抽出する。復調回路１０９０は、フィルタ１０８０で抽出された信号と、シンセサイザ１０１０から供給される局部発振信号と、を混合することで信号を復調する。   High frequency amplifier 1070 amplifies a signal received by antenna 1100 and output from duplexer 1060. The filter 1080 is composed of, for example, a band pass filter, and extracts a signal in the transmission wave band from the output signal of the high frequency amplifier 1070. The demodulation circuit 1090 demodulates the signal by mixing the signal extracted by the filter 1080 and the local oscillation signal supplied from the synthesizer 1010.

本発明の一実施形態に係る電力増幅器１００を備える無線通信装置は係る例に限定されるものではない。マイクロ波帯の信号を増幅する高周波電力増幅器が用いられるものであれば図３に示したもの以外にも適用が可能である。本発明の一実施形態に係る電力増幅器１００を備える無線通信装置は、低電圧動作化、高効率化、小型・軽量化を図ることが可能となる。   The wireless communication apparatus including the power amplifier 100 according to an embodiment of the present invention is not limited to such an example. As long as a high-frequency power amplifier that amplifies a signal in the microwave band is used, the present invention can be applied other than that shown in FIG. A wireless communication apparatus including the power amplifier 100 according to an embodiment of the present invention can achieve low voltage operation, high efficiency, small size, and light weight.

続いて、本発明の一実施形態に係る電力増幅器１００の効果を説明する。例えば、２ＧＨｚ帯の周波数の信号を送信する際に、電力増幅器１００の効果を説明する。   Next, effects of the power amplifier 100 according to an embodiment of the present invention will be described. For example, the effect of the power amplifier 100 will be described when a signal with a frequency of 2 GHz band is transmitted.

例えば、バイアストランジスタＴｒ２１のエミッタサイズを、バイアストランジスタＴｒ１１のエミッタサイズの倍にして、ＨＰＭで動作させる際にはＨＰＭバイアス端子及びＬＰＭバイアス端子の両方から電流を供給し、ＬＰＭで動作させる際にはＬＰＭバイアス端子のみから電流を供給する。   For example, when the emitter size of the bias transistor Tr21 is double the emitter size of the bias transistor Tr11, when operating with HPM, current is supplied from both the HPM bias terminal and the LPM bias terminal, and when operating with LPM. Current is supplied only from the LPM bias terminal.

一例として、バイアストランジスタＴｒ１１のエミッタサイズを５４０ｕｍ２、バイアストランジスタＴｒ２１のエミッタサイズを１０８０ｕｍ２とする。キャパシタＣ１１、Ｃ２１の容量は、それぞれ１０ｐＦ、４．５ｐＦとする。また、ＨＰＭで動作させる際にはＨＰＭバイアス端子及びＬＰＭバイアス端子の両方から０．３ｍＡの電流を供給し、ＬＰＭで動作させる際にはＬＰＭバイアス端子のみから０．２６ｍＡの電流を供給する。また、増幅用トランジスタＴｒ１のエミッタサイズを４０００ｕｍ２程度とする。 As an example, the emitter size of the bias transistor Tr11 is 540 um 2 , and the emitter size of the bias transistor Tr21 is 1080 um 2 . The capacitances of the capacitors C11 and C21 are 10 pF and 4.5 pF, respectively. Further, when operating at HPM, a current of 0.3 mA is supplied from both the HPM bias terminal and the LPM bias terminal, and when operating at LPM, a current of 0.26 mA is supplied only from the LPM bias terminal. Further, the emitter size of the amplifying transistor Tr1 and 4000Um 2 approximately.

図４は、バイアストランジスタＴｒ２１のエミッタサイズを、バイアストランジスタＴｒ１１のエミッタサイズと同じにした場合と、バイアストランジスタＴｒ１１のエミッタサイズの倍にした場合とにおける、出力と電流Ｉｃｃとの関係を示す説明図である。また図５は、同様に、バイアストランジスタＴｒ２１のエミッタサイズを、バイアストランジスタＴｒ１１のエミッタサイズと同じにした場合と、バイアストランジスタＴｒ１１のエミッタサイズの倍にした場合とにおける、上述した条件における出力とＡＣＬＲとの関係を示す説明図である。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between the output and the current Icc when the emitter size of the bias transistor Tr21 is the same as the emitter size of the bias transistor Tr11 and when the emitter size is double the emitter size of the bias transistor Tr11. It is. Similarly, FIG. 5 shows the output and ACLR under the above-described conditions when the emitter size of the bias transistor Tr21 is the same as the emitter size of the bias transistor Tr11 and when the emitter size is double the emitter size of the bias transistor Tr11. It is explanatory drawing which shows the relationship.

なお、図４、５とも、破線がバイアストランジスタＴｒ２１のエミッタサイズを、バイアストランジスタＴｒ１１のエミッタサイズと同じにした場合の特性であり、実線が、バイアストランジスタＴｒ２１のエミッタサイズを、バイアストランジスタＴｒ１１のエミッタサイズの倍にした場合における特性である。   4 and 5, the broken line indicates the characteristics when the emitter size of the bias transistor Tr21 is the same as the emitter size of the bias transistor Tr11. The solid line indicates the emitter size of the bias transistor Tr21 and the emitter size of the bias transistor Tr11. This is the characteristic when the size is doubled.

図４に示したように、電流Ｉｃｃは、バイアストランジスタＴｒ２１のエミッタサイズの違いによる変化は見られない。一方図５に示したように、ＡＣＬＲは、バイアストランジスタＴｒ２１のエミッタサイズの違いによる変化が顕著に表れる。すなわち、バイアストランジスタＴｒ２１のエミッタサイズを、バイアストランジスタＴｒ１１のエミッタサイズの倍にすると、同じ出力におけるＡＣＬＲを抑えることができる。ＡＣＬＲを抑えることで、上述した条件で構成された電力増幅器１００は、高い線形性と低消費電力を実現することが可能となる。   As shown in FIG. 4, the current Icc does not change due to the difference in the emitter size of the bias transistor Tr21. On the other hand, as shown in FIG. 5, the ACLR changes remarkably due to the difference in the emitter size of the bias transistor Tr21. That is, when the emitter size of the bias transistor Tr21 is doubled the emitter size of the bias transistor Tr11, ACLR at the same output can be suppressed. By suppressing the ACLR, the power amplifier 100 configured under the above-described conditions can achieve high linearity and low power consumption.

＜２．まとめ＞
以上説明したように本発明の実施の形態によれば、出力整合回路１３０に印加される電源電圧と、それぞれの動作モードに応じて増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子に印加されるバイアスと、に応じて変化する非線形性を補償するバイアス回路を複数備えた、電力増幅器１００が提供される。かかる電力増幅器１００のバイアス回路は、それぞれ、エミッタサイズが異なるバイアストランジスタを備える。 <2. Summary>
As described above, according to the embodiment of the present invention, according to the power supply voltage applied to the output matching circuit 130 and the bias applied to the base terminal of the amplifying transistor Tr1 according to each operation mode. A power amplifier 100 is provided that includes a plurality of bias circuits that compensate for non-linearities that vary with time. Each of the bias circuits of the power amplifier 100 includes bias transistors having different emitter sizes.

このように、出力整合回路１３０に印加される電源電圧と、それぞれの動作モードに応じて増幅用トランジスタＴｒ１のベース端子に印加されるバイアスと、に応じて変化する非線形性を補償するバイアス回路を複数備えることで、かかる電力増幅器１００は、簡易な回路構成で高い線形性と低消費電力を実現することが可能となる。   In this way, the bias circuit that compensates for the nonlinearity that changes according to the power supply voltage applied to the output matching circuit 130 and the bias applied to the base terminal of the amplifying transistor Tr1 according to each operation mode. By providing a plurality, the power amplifier 100 can realize high linearity and low power consumption with a simple circuit configuration.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

１００ ：電力増幅器
１１０ ：ＨＰＭバイアス回路
１２０ ：ＬＰＭバイアス回路
１３０ ：出力整合回路
Ｃ１ ：キャパシタ
Ｃ１１ ：キャパシタ
Ｃ２１ ：キャパシタ
Ｔｒ１ ：増幅用トランジスタ
Ｔｒ１１ ：バイアストランジスタ
Ｔｒ２１ ：バイアストランジスタ
100: Power amplifier 110: HPM bias circuit 120: LPM bias circuit 130: Output matching circuit C1: Capacitor C11: Capacitor C21: Capacitor Tr1: Amplifying transistor Tr11: Bias transistor Tr21: Bias transistor

Claims (4)

ベース端子に入力される信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタの出力側に設けられる整合回路に印加される電源電圧と、少なくとも２以上の動作モードに応じて前記増幅用トランジスタのベース端子に印加されるバイアスと、に応じて変化する前記増幅トランジスタの出力の非線形性を補償するバイアス回路を備えることを特徴とする、電力増幅装置。 An amplification transistor that amplifies and outputs a signal input to the base terminal;
The amplification transistor that changes according to a power supply voltage applied to a matching circuit provided on the output side of the amplification transistor and a bias applied to a base terminal of the amplification transistor according to at least two operation modes A power amplifying apparatus comprising: a bias circuit that compensates for nonlinearity of the output of the power supply. 前記バイアス回路は、前記増幅トランジスタのベース端子にエミッタがそれぞれ接続される、エミッタサイズの異なる複数のバイアストランジスタを備えることを特徴とする、請求項１に記載の電力増幅装置。   The power amplifying apparatus according to claim 1, wherein the bias circuit includes a plurality of bias transistors having different emitter sizes, each having an emitter connected to a base terminal of the amplifier transistor. 前記電源電圧が第１モードに応じた第１電圧値の場合は前記複数のバイアストランジスタの一方のみがエミッタ電流を出力し、前記電源電圧が第２モードに応じた前記第１電圧値とは異なる第２電圧値の場合は前記複数のバイアストランジスタの他方のみがエミッタ電流を出力することを特徴とする、請求項２に記載の電力増幅装置。   When the power supply voltage is a first voltage value corresponding to the first mode, only one of the plurality of bias transistors outputs an emitter current, and the power supply voltage is different from the first voltage value corresponding to the second mode. 3. The power amplifying apparatus according to claim 2, wherein in the case of the second voltage value, only the other of the plurality of bias transistors outputs an emitter current. 4. 請求項１に記載の電力増幅装置を備えることを特徴とする、無線通信装置。
A wireless communication device comprising the power amplifying device according to claim 1.
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