JP5821876B2 - 電力増幅モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電力増幅モジュールに関する。

携帯電話等の移動体通信機においては、基地局へ送信する無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号の電力を増幅するために電力増幅モジュールが用いられる。このような電力増幅モジュールには、ＲＦ信号を増幅する増幅回路の他に、該増幅回路を構成するトランジスタを動作点にバイアスするためのバイアス回路が含まれている（例えば、特許文献１）。

特開平１１−３３０８６６号公報

図２５は、増幅回路及びバイアス回路の一般的な構成を示す図である。増幅回路２５０１は、ベースに入力されるＲＦ信号（ＲＦ_IN）を増幅し、増幅されたＲＦ信号（ＲＦ_OUT）を出力する。バイアス回路２５０２は、増幅回路２５０１を構成するトランジスタ２５０３を動作点にバイアスするためのものであり、エミッタフォロワ型の構成となっている。図２５に示すように、一般的に、バイアス回路２５０２を構成するトランジスタ２５０４のベース側には、所定レベルに制御された定電圧Ｖ_REFが印加される一方、該トランジスタ２５０４のコレクタ側には、バッテリ電圧Ｖ_BAT等の電源電圧が直接印加されることが多い。

ところで、携帯電話機等の移動体通信機においては、通信速度を向上させるために、電力増幅モジュールには高い線形性が求められる。しかしながら、移動体通信機におけるバッテリ電圧Ｖ_BATは、例えば、３Ｖ弱から５Ｖ程度の範囲で大きく変動することがある。このようなバッテリ電圧Ｖ_BATがトランジスタ２５０４のコレクタ側に印加されると、バッテリ電圧Ｖ_BATの変動によってバイアス回路２５０２のバイアス出力が変動する。そして、バイアス出力の変動に伴って増幅回路２５０１のゲインが変動し、線形性の低下を招くこととなる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電力増幅モジュールにおける線形性を高めることを目的とする。

本発明の一側面に係る電力増幅モジュールは、入力信号を増幅して出力する増幅回路と、該増幅回路を動作点にバイアスするためのエミッタフォロワ型のバイアス回路とを有する無線周波数増幅回路と、第１の基準電圧から、バイアス回路を構成するトランジスタのベース側に印加される第１の定電圧と、該トランジスタのコレクタ側に印加される第２の定電圧とを生成する定電圧生成回路と、を備える。

本発明によれば、電力増幅モジュールにおける線形性を高めることが可能となる。

本発明の一実施形態である電力増幅モジュールを含む送信ユニットの構成例を示す図である。 電力増幅モジュールの構成の一例を示す図である。 定電圧生成回路の構成の一例を示す図である。 ＲＦ増幅回路の構成の一例を示す図である。 定電圧生成回路の構成の他の一例を示す図である。 温度Ｔと電圧Ｖ_Tとの関係の一例を示す図である。 温度特性補償回路の構成の一例を示す図である。 電流Ｉ_Tの変化の一例を示す図である。 基準電圧Ｖ_Tを二次の変化特性で変化させる場合の、温度特性補償回路の構成の一例を示す図である。 電流Ｉ_t3と電流Ｉ₃との関係の一例を示す図である。 電流Ｉ_ht0の変化の一例を示す図である。 電流Ｉ_ht1と電流Ｉ_Tとの関係の一例を示す図である。 二次の変化特性で変化する電圧Ｖ_Tの一例を示す図である。 基準電圧Ｖ_Tを二次の変化特性で変化させる場合の、温度特性補償回路の構成の他の一例を示す図である。 電流Ｉ_ht2の変化の一例を示す図である。 電流Ｉ_ht2と電流Ｉ_Tとの関係の一例を示す図である。 温度特性補償回路の構成の他の一例を示す図である。 正の温度特性及び負の温度特性を説明するための図である。 二次補正回路における温度特性の一例を示す図である。 ｎ次の変化特性で変化する電圧Ｖ_Tの一例を示す図である。 増幅段が二段で構成された電力増幅モジュールの構成の一例を示す図である。 増幅段が二段で構成された電力増幅モジュールにおいて、各段に供給される定電圧が個別に制御される構成の一例を示す図である。 各段に供給される定電圧を個別に制御する場合における、定電圧生成回路の構成の一例を示す図である。 マルチバンドに対応した電力増幅モジュールの構成の一例を示す図である。 増幅回路及びバイアス回路の一般的な構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態である電力増幅モジュールを含む送信ユニットの構成例を示す図である。送信ユニット１００は、例えば、携帯電話等の移動体通信機において、音声やデータなどの各種信号を基地局へ送信するために用いられる。なお、移動体通信機は基地局から信号を受信するための受信ユニットも備えるが、ここでは説明を省略する。

図１に示すように、送信ユニット１００は、変調部１０１、送信電力制御部１０２、電力増幅モジュール１０３、フロントエンド部１０４、及びアンテナ１０５を含んで構成される。

変調部１０１は、ＨＳＵＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｐｅｄ Ｕｐｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）やＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）等の変調方式に基づいて入力信号を変調し、無線送信を行うための高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成する。ＲＦ信号は、例えば、数百ＭＨｚから数ＧＨｚ程度である。

送信電力制御部１０２は、送信電力制御信号に基づいて、ＲＦ信号の電力を調整して出力する。送信電力制御信号は、例えば、基地局から送信される適応電力制御（ＡＰＣ：Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）信号に基づいて生成される。例えば、基地局は、移動体通信機からの受信信号を測定することにより、移動体通信機における送信電力を適切なレベルに調整するためのコマンドとして、ＡＰＣ信号を移動体通信機に送信することができる。

電力増幅モジュール１０３は、送信電力制御部１０２から出力されるＲＦ信号（ＲＦ_IN）の電力を、基地局に送信するために必要なレベルまで増幅し、増幅信号（ＲＦ_OUT）を出力する。

フロントエンド部１０４は、増幅信号に対するフィルタリングや、基地局から受信する受信信号とのスイッチングなどを行う。フロントエンド部１０４から出力される増幅信号は、アンテナ１０５を介して基地局に送信される。

図２は、電力増幅モジュール１０３の構成の一例を示す図である。図２に示すように、電力増幅モジュール１０３は、定電圧生成回路２０１、ＲＦ増幅回路２０２、及び整合回路（ＭＮ：Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ）２０３を含んでいる。また、ＲＦ増幅回路２０２は、バイアス回路２１１、増幅回路２１２、及び整合回路２１３を含んでいる。

図２に示す構成では、定電圧生成回路２０１及びＲＦ増幅回路２０２は、異なる基板に形成されている。例えば、定電圧生成回路２０１は、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いて構成され、ＲＦ増幅回路２０２は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等のバイポーラトランジスタを用いて構成することができる。ＲＦ増幅回路２０２にＨＢＴを用いる場合、ＨＢＴを構成する基板の材料には、例えば、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ等を用いることができる。なお、定電圧生成回路２０１及びＲＦ増幅回路２０２が同一の基板に形成されていてもよい。

定電圧生成回路２０１は、バッテリ電圧Ｖ_BATから、バイアス回路２１１に供給される定電圧Ｖ_REFB，Ｖ_REFCを生成する。

バイアス回路２１１は、定電圧生成回路２０１から供給される定電圧Ｖ_REFB，Ｖ_REFCを用いて、増幅回路２１２を構成するトランジスタを動作点にバイアスする。

増幅回路２１２は、入力されるＲＦ信号（ＲＦ_IN）を増幅し、増幅信号ＲＦ_OUTを出力する。なお、増幅回路２１２の前後に設けられた整合回路２１３，２０３は、入出力のインピーダンスを整合させるためのものであり、例えば、キャパシタやインダクタを用いて構成される。

電力増幅モジュール１０３を構成する、定電圧生成回路２０１及びＲＦ増幅回路２０２の構成例について説明する。

図３は、定電圧生成回路２０１の構成の一例を示す図である。図３に示すように、定電圧生成回路２０１は、バンドギャップ回路３０１、オペアンプ３０２，３０３、抵抗３０４〜３０７、及びキャパシタ３０８を用いて構成することができる。

バンドギャップ回路３０１は、バッテリ電圧Ｖ_BAT等の電源電圧から、温度や電源電圧の変動に依存しないバンドギャップ基準電圧Ｖ_BGを生成する。基準電圧Ｖ_BGは、例えば、１．２Ｖ程度である。

オペアンプ３０２及び抵抗３０４，３０５は、非反転増幅回路を構成しており、基準電圧Ｖ_BGを抵抗３０４，３０５の抵抗値に応じたゲインで増幅し、定電圧Ｖ_REFBを生成する。同様に、オペアンプ３０３及び抵抗３０６，３０７は、非反転増幅回路を構成しており、基準電圧Ｖ_BGを抵抗３０６，３０７の抵抗値に応じたゲインで増幅し、定電圧Ｖ_REFCを生成する。

ここで、オペアンプ３０２，３０３を構成するトランジスタは、例えば、ＭＯＳＦＥＴとすることができる。なお、オペアンプ３０２，３０３を構成するトランジスタを、バイポーラトランジスタとすることもできる。

キャパシタ３０８は、ＲＦ増幅回路２０２から戻ってくる電流の影響を抑制するためのデカップリング容量である。

図４は、ＲＦ増幅回路２０２の構成の一例を示す図である。前述したように、ＲＦ増幅回路２０２は、バイアス回路２１１、増幅回路２１２、及び整合回路２１３を含んでいる。

バイアス回路２１１は、トランジスタ４０１、抵抗４０２〜４０４、及びダイオード４０５，４０６を含んで構成することができる。ここで、トランジスタ４０１は、例えば、ＨＢＴ等のバイポーラトランジスタである。図４に示すように、定電圧生成回路２０１から供給される定電圧Ｖ_REFB及び定電圧Ｖ_REFCは、それぞれ、トランジスタ４０１のベース側及びコレクタ側に印加される。

具体的には、抵抗４０２の一端に定電圧Ｖ_REFBが印加される。抵抗４０２の他端は、直列に接続されたダイオード４０５，４０６に接続されるとともに、抵抗４０３の一端に接続されている。そして、抵抗４０３の他端が、トランジスタ４０１のベースに接続されている。また、トランジスタ４０１のコレクタには定電圧Ｖ_REFCが印加されている。そして、トランジスタ４０１のエミッタが抵抗４０４の一端に接続され、抵抗４０４の他端が増幅回路２１２へのバイアス出力として増幅回路２１２に接続されている。

増幅回路２１２は、トランジスタ４１１、抵抗４１２、及びインダクタ４１３を含んで構成することができる。ここで、トランジスタ４１１は、例えば、ＨＢＴ等のバイポーラトランジスタである。

図４に示すように、抵抗４１２の一端には、ＲＦ信号（ＲＦ_IN）が整合回路２１３及び抵抗４１２を介して入力されるとともに、バイアス回路２１１のバイアス出力が接続されている。そして、抵抗４１２の他端が、トランジスタ４１１のベースに接続されている。また、インダクタ４１３の一端にはバッテリ電圧Ｖ_BATが印加され、インダクタ４１３の他端が、トランジスタ４１１のコレクタに接続されている。そして、トランジスタ４１１のコレクタから、増幅信号ＲＦ_OUTが整合回路２０３を介して出力される。なお、インダクタ４１３の一端に印加される電圧は、バッテリ電圧Ｖ_BATではなく、例えばＤＣＤＣコンバータによって生成された所定レベルの電源電圧Ｖ_CCであってもよい。

図４に示したように、バイアス回路２１１においては、トランジスタ４０１のベース側に定電圧Ｖ_REFBが印加され、トランジスタ４０１のコレクタ側に定電圧Ｖ_REFCが印加されている。定電圧Ｖ_REFCは、バッテリ電圧Ｖ_BATが変動しても変化しないため、トランジスタ４０１のコレクタ側にバッテリ電圧Ｖ_BATが印加される場合と比較して、バイアス回路２１１のバイアス出力の変動を抑制することができる。これにより、増幅回路２１２のゲインの変動を抑制し、電力増幅モジュール１０３の線形性を高めることができる。

また、図４に示す構成では、バッテリ電圧Ｖ_BATがトランジスタ４０１のコレクタ側に印加されていない。そのため、増幅回路２１２の出力レベルが大きく、トランジスタ４０１のコレクタに大電流が流れる際に、該電流が定電圧生成回路２０１に戻ることがない。従って、定電圧生成回路２０１とＲＦ増幅回路２０２との間のデカップリング容量を小さくすることが可能となる。従って、図３に示したように、デカップリング容量であるキャパシタ３０８を定電圧生成回路２０１のチップに内蔵させることができる。

図５は、定電圧生成回路２０１の構成の他の一例を示す図である。なお、図３に示した構成と同等の要素には同一の番号を付して説明を省略する。図５に示すように、定電圧生成回路２０１Ａは、図３に示した構成に加えて、温度特性補償回路５０１を含むことができる。

温度特性補償回路５０１は、バイアス回路２１１のバイアス出力の温度による変化を抑制するための回路である。バイアス回路２１１を図４に示した構成とする場合、バイアス出力は、ダイオード４０５，４０６の順方向電圧の温度特性の影響を受けることがある。具体的には、低温時に、ダイオード４０５，４０６の順方向電圧が上昇すると、Ｖ_REFBが固定である場合、トランジスタ４０１のベース電流が減少し、結果的に、バイアス回路２１１から出力されるバイアス電流も減少してしまう。

そこで、温度特性補償回路５０１は、ダイオード４０５，４０６の順方向電圧の温度特性に応じて変化する基準電圧Ｖ_Tを生成する。図６は、温度Ｔと基準電圧Ｖ_Tとの関係の一例を示す図である。なお、図６では、温度Ｔと基準電圧Ｖ_Tとの関係が直線で示されているが、温度Ｔと基準電圧Ｖ_Tとの関係はこれに限られず、例えば曲線であってもよい。

図７は、温度特性補償回路５０１の構成の一例を示す図である。図７に示すように、温度特性補償回路５０１は、定電流生成回路７０１、調整電流生成回路７０２、及び電流電圧変換回路７０３を含んで構成することができる。定電流生成回路７０１は、温度によらず一定の電流を生成する回路である。調整電流生成回路７０２は、温度に応じて変化する調整電流を生成する回路である。そして、電流電圧生成回路７０３は、定電流生成回路７０１によって生成される定電流と、調整電流生成回路７０２によって生成される調整電流とに応じて変化する電流Ｉ_Tを電圧Ｖ_Tに変換する回路である。

図７に示すように、定電流生成回路７０１は、オペアンプ７１１、トランジスタ（Ｐ型ＭＯＳトランジスタ）７１２，７１３、及び抵抗７１４を含んでいる。オペアンプ７１１は、非反転入力端子にバンドギャップ基準電圧Ｖ_BGが印加され、反転入力端子がトランジスタ７１２と抵抗７１４との接続点に接続され、出力端子がトランジスタ７１２，７１３のゲートに接続されている。

また、調整電流生成回路７０２は、オペアンプ７２１、トランジスタ（Ｐ型ＭＯＳトランジスタ）７２２，７２３、トランジスタ（Ｎ型ＭＯＳトランジスタ）７２４，７２５、抵抗７２６、及びダイオード７２６を含んでいる。オペアンプ７２１は、非反転入力端子にバンドギャップ基準電圧Ｖ_BGが印加され、反転入力端子がトランジスタ７２２と抵抗７２６との接続点に接続され、出力端子がトランジスタ７２２，７２３のゲートに接続されている。トランジスタ７２４は、トランジスタ７２３と直列にダイオード接続されるとともに、トランジスタ７２５と電流ミラー接続されている。トランジスタ７２５のドレインは、定電流生成回路７０１のトランジスタ７１３のドレインと接続されている。抵抗７２６は、一端が、トランジスタ７２２のドレインと接続され、他端が、ダイオード７２７を介して接地されている。なお、ダイオード７２７の温度特性は、ダイオード４０５，４０６の温度特性と同等である。

電流電圧生成回路７０３は、抵抗７３１を含んでいる。抵抗７３１は、一端が、定電流生成回路７０１のトランジスタ７１３のドレインと、調整電流生成回路７０２のトランジスタ７２５のドレインとに接続され、他端が接地されている。

図７に示す構成において、抵抗７１４の抵抗値をＲ₀とすると、トランジスタ７１２に流れる電流Ｉ₀はＶ_BG／Ｒ₀（定電流）となる。そして、トランジスタ７１３に流れる電流Ｉ₁は、ｋ₁×Ｉ₀（定電流）となる。なお、ｋ₁は、トランジスタ７１２，７１３のサイズ比に応じた係数である。

また、抵抗７２６の抵抗値をＲ₁、ダイオード７２７の順方向電圧をＶ_Fとすると、トランジスタ７２２に流れる電流Ｉ_t0は、（Ｖ_BG−Ｖ_F）／Ｒ₁となる。そして、トランジスタ７２３に流れる電流I_t1は、ｋ₂×Ｉ_t0となる。なお、ｋ₂は、トランジスタ７２２，７２３のサイズ比に応じた係数である。さらに、トランジスタ７２５に流れる電流は、Ｉ_t2＝ｋ₃×Ｉ_t1となる。なお、ｋ₃は、トランジスタ７２４，７２５のサイズ比に応じた係数である。ここで、Ｖ_Fは温度に応じて変化するから、電流Ｉ_t0〜Ｉ_t2も温度に応じて変化することとなる。

図８は、電流Ｉ_Tの変化の一例を示す図である。ダイオード７２７の順方向電圧Ｖ_Fが、温度の上昇に応じて低くなることとすると、電流Ｉ_t2は、温度の上昇に応じて増加することとなる。なお、電流Ｉ_t2は、抵抗７３１に流れる電流Ｉ_Tとは向きが逆であるため、図８において、電流Ｉ_t2は負の温度特性で示されている。そして、抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉ_Tは、電流Ｉ₁から電流Ｉ_t2を引いたものであるため、図８に示すように、温度の上昇に応じて減少することとなる。このような電流Ｉ_Tが抵抗７３１によって電圧に変換されることにより、図６に示したように、温度の上昇に応じて低くなる基準電圧Ｖ_Tを生成することができる。すなわち、ダイオード４０５，４０６の順方向電圧の温度特性に応じて変化する基準電圧Ｖ_Tを生成することができる。

図５に戻り、定電圧生成回路２０１Ａでは、このように生成される基準電圧Ｖ_Tに基づいて定電圧Ｖ_REFB，Ｖ_REFCが生成される。従って、定電圧Ｖ_REFB，Ｖ_REFCは、ダイオード４０５，４０６の順方向電圧の温度特性に応じて変化することとなる。これにより、温度変化によってダイオード４０５，４０６の順方向電圧が変動しても、定電圧Ｖ_REFBも連動して変化するため、トランジスタ４０１のベース電流の変化が抑制され、バイアス出力の変動を抑制することができる。

図７には、基準電圧Ｖ_Tを一次（直線）の変化特性で変化させるための構成の一例を示したが、基準電圧Ｖ_Tの変化特性は二次以上であってもよい。図９は、基準電圧Ｖ_Tを二次の変化特性で変化させる場合の、温度特性補償回路５０１の構成の一例を示す図である。なお、図７に示した構成と同等の要素には同一の番号を付して説明を省略する。図９に示すように、温度特性補償回路５０１Ａは、図７に示した構成に加えて、二次補正回路９０１を含んでいる。

二次補正回路９０１は、トランジスタ（Ｐ型ＭＯＳトランジスタ）９１１〜９１３及びトランジスタ９１４（Ｎ型ＭＯＳトランジスタ）を含んでいる。トランジスタ９１１は、ゲートがオペアンプ７１１の出力端子に接続され、ドレインがトランジスタ９１４のドレインに接続されている。トランジスタ９１２は、ダイオード接続されるとともに、トランジスタ９１３と電流ミラー接続されている。また、トランジスタ９１２は、ドレインが、トランジスタ９１１のドレインと接続されている。トランジスタ９１３は、ドレインが抵抗７３１の一端に接続されている。トランジスタ９１４は、トランジスタ７２４と電流ミラー接続されている。

温度特性補償回路５０１Ａにおいて、トランジスタ９１４に流れる電流は、Ｉ_t3＝ｋ₄×Ｉ_t1となる。なお、ｋ₄は、トランジスタ７２４，９１４のサイズ比に応じた係数である。また、トランジスタ９１１に流れる電流は、Ｉ₃＝ｋ₅×Ｉ₀となる。なお、ｋ₅は、トランジスタ７１２，９１１のサイズ比に応じた係数である。そして、トランジスタ９１２に流れる電流は、Ｉ_ht0＝Ｉ_t3−Ｉ₃となる（ただし、Ｉ_ht0≧０）。また、トランジスタ９１３に流れる電流は、Ｉ_ht1＝ｋ₆×Ｉ_ht0となる。なお、ｋ₆は、トランジスタ９１２，９１３のサイズ比に応じた係数である。

図１０は、電流Ｉ_t3と電流Ｉ₃との関係の一例を示す図である。また、図１１は、電流Ｉ_ht0の変化の一例を示す図である。図１０に示す例では、定電流Ｉ₃は、２５℃における電流Ｉ_t3の値に設定されている。温度が２５℃より低い場合、定電流Ｉ₃が電流Ｉ_t3より大きいため、トランジスタ９１１は飽和動作となり、トランジスタ９１２には電流が流れない（Ｉ_ht0＝０）。一方、温度が２５℃より高い場合、定電流Ｉ₃が電流Ｉ_t3より小さいため、トランジスタ９１２には差分の電流Ｉ_ht0が流れる。したがって、図１１に示すように、電流Ｉ_ht0（＝Ｉ_t3−Ｉ₃）は、２５℃までゼロであり、２５℃以上では温度の上昇に伴って増加することとなる。

図１２は、電流Ｉ_ht1と電流Ｉ_Tとの関係の一例を示す図である。電流Ｉ_ht0が図１１に示すように変化する場合、電流Ｉ_ht1も同様に変化する。したがって、図１２に示すように、電流Ｉ_T（＝（Ｉ₁−Ｉ_t2）＋Ｉ_ht1）は、ある温度（例えば２５℃）において傾きが変化することとなる。すなわち、電流Ｉ_Tは、二次の変化特性で変化することとなる。したがって、電流Ｉ_Tに応じた電圧Ｖ_Tも、図１３に示すように、二次の変化特性で変化することとなる。これにより、ダイオード４０５，４０６の順方向電圧の温度特性に応じた基準電圧Ｖ_REFBの調整を、より高精度に行うことが可能となる。

なお、図１３には、電圧Ｖ_Tの変化の傾きが、ある温度を境にして小さくなる例を示したが、電圧Ｖ_Tの変化の傾きが、ある温度を境にして大きくなることとしてもよい。図１４は、基準電圧Ｖ_Tを二次の変化特性で変化させる場合の、温度特性補償回路５０１の構成の他の一例を示す図である。なお、図９に示した構成と同等の要素には同一の番号を付して説明を省略する。図１４に示すように、温度特性補償回路５０１Ｂは、図９に示した二次補正回路９０１の代わりに、二次補正回路１４０１を含んでいる。

二次補正回路１４０１は、二次補正回路９０１の構成に加えて、トランジスタ（Ｎ型ＭＯＳトランジスタ）１４１１，１４１２を含んでいる。トランジスタ１４１１は、ダイオード接続されるとともに、トランジスタ１４１２と電流ミラー接続されている。そして、トランジスタ１４１１は、ドレインがトランジスタ９１３のドレインと接続されている。また、トランジスタ１４１２は、ドレインが、抵抗７３１の一端と接続されている。

このような温度特性補償回路５０１Ｂにおいて、トランジスタ１４１２に流れる電流は、Ｉ_ht2＝ｋ₇×Ｉ_ht1となる。なお、ｋ₇は、トランジスタ１４１１，１４１２のサイズ比に応じた係数である。図１２に示したように、電流Ｉ_ht1は、ある温度（例えば２５℃）までゼロであり、ある温度（例えば２５℃）以上では温度の上昇に伴って増加する。したがって、図１５に示すように、電流Ｉ_ht2も電流Ｉ_ht1と同様に変化する。なお、電流Ｉ_ht2は、抵抗７３１に流れる電流Ｉ_Tとは向きが逆であるため、図１５において、電流Ｉ_ht2は負の温度特性で示されている。したがって、図１６に示すように、電流Ｉ_T（＝（Ｉ₁−Ｉ_t2）−Ｉ_ht2）は、ある温度（例えば２５℃）において傾きが大きくなることとなる。そして、電圧Ｖ_Tも電流Ｉ_Tと同様に変化することとなる。

さらに、複数の二次補正回路を組み合わせることにより、基準電圧Ｖ_Tを三次以上の変化特性で変化させることも可能である。図１７は、温度特性補償回路５０１の構成の他の一例を示す図である。なお、図７に示した構成と同等の要素には同一の番号を付して説明を省略する。図１７に示すように、温度特性補償回路５０１Ｃは、図７に示した構成に加えて、ｎ個の二次補正回路１７０１−ｍ（ｍ＝１・・・ｎ）を含んでいる。各二次補正回路１７０１−ｍ（ｍ＝１・・・ｎ）は、図９に示した二次補正回路９０１または図１４に示した二次補正回路１４０１と同等の構成となっている。

なお、図１８に示すように、ある温度（Ｔ_O）を境に、電流Ｉ_Tの向きを基準として、電流が増加する特性を正の温度特性、電流が減少する特性を負の温度特性という。すなわち、図９に示した二次補正回路９０１は、正の温度特性を有する調整電流を生成する回路であり、図１４に示した二次補正回路１４０１は、正の温度特性を有する調整電流を生成する回路である。

図１９は、二次補正回路１７０１−ｍ（ｍ＝１・・・ｎ）における温度特性の一例を示す図である。図１９に示すように、各二次補正回路１７０１−ｍ（ｍ＝１・・・ｎ）では、電流変化が生じる温度Ｔ_Om（ｍ＝１・・・ｎ）並びに温度特性の向き（正／負）及び傾きが、それぞれ設定されている。このような二次補正回路１７０１−ｍ（ｍ＝１・・・ｎ）を組み合わせることにより、図２０に示すように、基準電圧Ｖ_Tをｎ次の変化特性で変化させることができる。これにより、ダイオード４０５，４０６の順方向電圧の温度特性に応じた基準電圧Ｖ_REFBの調整を、より高精度に行うことが可能となる。

図２１は、電力増幅モジュール１０３の構成の他の一例を示す図である。なお、図２に示した構成と同等の要素には同一の番号を付して説明を省略する。図２１に示すように、電力増幅モジュール１０３Ａは、図２におけるＲＦ増幅回路２０２の代わりに、ＲＦ増幅回路２１０１を含んでいる。

ＲＦ増幅回路２１０１は、２段の増幅回路２１０２，２１０３を含んでいる。増幅回路２１０２，２１０３のそれぞれの構成は、図４に示した増幅回路２１２と同等である。また、ＲＦ増幅回路２１０１は、増幅回路２１０２，２１０３用のバイアス回路２１０４，２１０５を含んでいる。バイアス回路２１０４，２１０５のそれぞれの構成は、図４に示したバイアス回路２１１と同等である。そして、バイアス回路２１０４，２１０５には、図４に示したバイアス回路２１１と同様に、定電圧Ｖ_REFB，Ｖ_REFCが供給されている。また、ＲＦ増幅回路２１０１は、入出力のインピーダンスを整合させるための整合回路２１０６，２１０７を含んでいる。

図２１に示すように、増幅回路を２段の構成とすることにより、ＲＦ増幅回路のゲインを大きくすることができる。ＲＦ増幅回路のゲインを大きくすると、バイアス出力の変動の影響も大きくなるが、図２１に示す構成では、バイアス回路２１０４，２１０５に供給される電圧が定電圧Ｖ_REFB，Ｖ_REFCであるため、バイアス出力の変動が抑制される。これにより、増幅回路２１０２，２１０３のゲインの変動を抑制し、電力増幅モジュール１０３Ａの線形性を高めることができる。

図２２は、電力増幅モジュール１０３の構成の他の一例を示す図である。なお、図２１に示した構成と同等の要素には同一の番号を付して説明を省略する。図２２に示すように、電力増幅回路１０３Ｂは、図２１における定電圧生成回路２０１及びＲＦ増幅回路２１０１の代わりに、定電圧生成回路２２０１及びＲＦ増幅回路２２０２を含んでいる。

ＲＦ増幅回路２２０２の内部構成は、バイアス回路２１０４，２１０５に供給される定電圧が異なる点を除き、図２１に示したＲＦ増幅回路２１０１と同等である。具体的には、バイアス回路２１０４を構成するトランジスタのベース側には定電圧Ｖ_REFB1が印加され、該トランジスタのコレクタ側には定電圧Ｖ_REFC1が印加される。また、バイアス回路２１０５を構成するトランジスタのベース側には定電圧Ｖ_REFB2が印加され、該トランジスタのコレクタ側には定電圧Ｖ_REFC2が印加される。

定電圧生成回路２２０１は、バイアス回路２１０４，２１０５に供給するための定電圧Ｖ_REFB1，Ｖ_REFC1，Ｖ_REFB2，Ｖ_REFC2を生成する。図２３は、定電圧生成回路２２０１の構成の一例を示す図である。図２３に示すように、定電圧生成回路２２０１は、バンドギャップ回路３０１、オペアンプ２３００１〜２３０４、抵抗２３０５〜２３１２、及びキャパシタ２３１３，２３１４を含んで構成されている。なお、バンドギャップ回路３０１は、図３に示したバンドキャップ回路３０１と同等である。

図２３に示す構成において、オペアンプ２３０１，２３０２、抵抗２３０５〜２３０８、及びキャパシタ２３１３は、定電圧Ｖ_REFB1，Ｖ_REFC1を生成する定電圧生成回路を構成している。また、図２３に示す構成において、オペアンプ２３０３，２３０４、抵抗２３０９〜２３１２、及びキャパシタ２３１４は、定電圧Ｖ_REFB2，Ｖ_REFC2を生成する定電圧生成回路を構成している。定電圧Ｖ_REFB1，Ｖ_REFC1，Ｖ_REFB2，Ｖ_REFC2の生成動作は、図３に示した定電圧生成回路２０１と同等であるため説明を省略する。

このような定電圧生成回路２２０１では、抵抗２３０５〜２３１２の抵抗値を調整することにより、バイアス回路２１０４の動作に適した定電圧Ｖ_REFB1，Ｖ_REFC1と、バイアス回路２１０５の動作に適した定電圧Ｖ_REFB2，Ｖ_REFC2を個別に生成することができる。つまり、増幅回路２１０２，２１０３のそれぞれに適したバイアス出力を供給するために、定電圧Ｖ_REFB1，Ｖ_REFC1，Ｖ_REFB2，Ｖ_REFC2を個別に制御することができる。これにより、ＲＦ増幅回路の設計自由度を向上させることができる。そして、バイアス回路２１０４，２１０５に供給される電圧が定電圧であるため、増幅回路２１０２，２１０３のゲインの変動を抑制し、電力増幅モジュール１０３Ｂの線形性を高めることができる。

図２４は、電力増幅モジュール１０３の構成の他の一例を示す図である。電力増幅モジュール１０３Ｃは、マルチバンドに対応した構成となっている。具体的には、電力増幅モジュール１０３Ｃは、高周波数帯域（Ｈｉｇｈ Ｂａｎｄ）及び低周波数帯域（（Ｌｏｗ Ｂａｎｄ）の２つのバンドに対応した構成となっている。なお、ここで述べた高周波数帯域は、例えば、１．４ＧＨｚ以上の周波数帯域であり、低周波数帯域は、例えば、７００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ未満の周波数帯域である。

図２４に示すように、電力増幅モジュール１０３Ｃは、定電圧生成回路２４０１、高周波数帯域用ＲＦ増幅回路２４０２、及び低周波数帯域用ＲＦ増幅回路２４０３を含んで構成されている。

定電圧生成回路２４０１は、高周波数帯域用定電圧生成回路２４１１及び低周波数帯域用定電圧生成回路２４１２を含んで構成される。高周波数帯域用定電圧生成回路２４１１は、高周波数帯域用ＲＦ増幅回路２４０２用の定電圧Ｖ_REFBH，Ｖ_VREFCHを生成する。また、低周波数帯域用定電圧生成回路２４１２は、低周波数帯域用ＲＦ増幅回路２４０３用の定電圧Ｖ_REFBL，Ｖ_VREFCLを生成する。

高周波数帯域用定電圧生成回路２４１１及び低周波数帯域用定電圧生成回路２４１２には、周波数帯域を選択するための選択信号Ｖ_SELが入力されている。そして、選択信号Ｖ_SELが、高周波数帯域の選択を示している場合（例えば、ハイレベルである場合）、高周波数帯域用定電圧生成回路２４１１は、図３に示した定電圧生成回路２０１と同様に、定電圧Ｖ_REFBH，Ｖ_VREFCHを生成する。この場合、低周波数帯域用定電圧生成回路２４１２は、定電圧Ｖ_REFBL，Ｖ_VREFCLを例えば接地電位とする。

一方、選択信号Ｖ_SELが、低周波数帯域の選択を示している場合（例えば、ローレベルである場合）、低周波数帯域用定電圧生成回路２４１２は、図３に示した定電圧生成回路２０１と同様に、定電圧Ｖ_REFBL，Ｖ_VREFCLを生成する。この場合、高周波数帯域用用定電圧生成回路２４１１は、定電圧Ｖ_REFBH，Ｖ_VREFCHを例えば接地電位とする。

なお、高周波数帯域用定電圧生成回路２４１１及び低周波数帯域用定電圧生成回路２４１２の構成は、選択信号Ｖ_SELに応じて動作する点を除いて定電圧生成回路２０１と同等であるため説明を省略する。

高周波数帯域用ＲＦ増幅回路２４０２は、高周波数帯域のＲＦ信号（ＲＦ_INH）を増幅する。その結果、増幅されたＲＦ信号（ＲＦ_OUTH）は、整合回路２４２１を介して出力する。高周波数帯域ＲＦ増幅回路２４０２の内部構成は、図４に示したＲＦ増幅回路２０２と同等であり、バイアス回路２４３１及び増幅回路２４３２を含んでいる。バイアス回路２４３１及び増幅回路２４３２の構成は、図４に示したバイアス回路２１１及び増幅回路２１２と同等であるため説明を省略する。高周波数帯域用ＲＦ増幅回路２４０２では、バイアス回路２４３１を構成するトランジスタのベース側に定電圧Ｖ_REFBHが印加され、該トランジスタのコレクタ側に定電圧Ｖ_REFCHが印加される。

低周波数帯域用ＲＦ増幅回路２４０３は、低周波数帯域のＲＦ信号（ＲＦ_INL）を増幅し、増幅されたＲＦ信号（ＲＦ_OUTL）を整合回路２４４１を介して出力する。低周波数帯域用ＲＦ増幅回路２４０３の内部構成は、図４に示したＲＦ増幅回路２０２と同等であり、バイアス回路２４５１及び増幅回路２４５２を含んでいる。バイアス回路２４５１及び増幅回路２４５２の構成は、図４に示したバイアス回路２１１及び増幅回路２１２と同等であるため説明を省略する。低周波数帯域用ＲＦ増幅回路２４０３では、バイアス回路２４５１を構成するトランジスタのベース側に定電圧Ｖ_REFBLが印加され、該トランジスタのコレクタ側に定電圧Ｖ_REFCLが印加される。

このように、マルチバンドに対応した電力増幅モジュール１０３Ｃであっても、ＲＦ増幅回路のバイアス回路２４０２，２４０３に供給される電圧が定電圧であるため、ＲＦ増幅回路のゲイン変動を抑制し、電力増幅モジュール１０３Ｃの線形性を高めることができる。

なお、バイアス回路を構成するトランジスタのコレクタ側にバッテリ電圧Ｖ_BATが印加される一般的な構成においては、選択されていない周波数帯域のＲＦ増幅回路においても、バイアス回路においてリーク電流が発生して増幅回路が動作し、選択されている周波数帯域のＲＦ増幅回路に影響を及ぼすおそれがある。

一方、電力増幅モジュール１０３Ｃにおいては、定電圧生成回路２４０１は、選択されていない周波数帯域のＲＦ増幅回路に供給される定電圧を例えば接地電位にすることができる。これにより、選択されていない周波数帯域のＲＦ増幅回路において、バイアス回路の動作を完全に停止せることが可能となる。

以上、本実施の形態について説明した。本実施形態によれば、例えば、図３及び図４に示したように、バイアス回路を構成するトランジスタのベース側に印加される電圧と、該トランジスタのコレクタ側に印加される電圧とが、ともに定電圧であるため、バイアス出力の変動を抑制することができる。これにより、増幅回路のゲインの変動が抑制され、電力増幅モジュールの線形性を高めることができる。

また、本実施形態によれば、バイアス回路に供給される定電圧を、バンドギャップ基準電圧から生成することができる。これにより、バイアス回路に供給される定電圧の変動を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、例えば、図５〜図７に示したように、バイアス回路を構成するトランジスタのベース側に接続されたダイオードの温度特性に応じて、バイアス回路に供給される定電圧のレベルを変化させることができる。これにより、温度変化によるバイアス出力の変動を抑制することができる。

さらに、本実施形態によれば、バイアス回路に供給される定電圧を、二次以上の変化特性で変化させることが可能である。これにより、温度変化によるバイアス出力の変動の抑制をより高精度に行うことができる。

また、本実施形態によれば、増幅回路を多段の構成とする場合においても、各段の増幅回路用のバイアス回路に供給される電圧を定電圧とすることができる。これにより、増幅回路を多段としてＲＦ増幅回路のゲインを大きくした場合であっても、ＲＦ増幅回路のゲインの変動が抑制され、電力増幅モジュールの線形性を高めることができる。

また、本実施形態によれば、増幅回路を多段の構成とする場合において、各段の増幅回路用のバイアス回路に供給される定電圧を個別に生成することができる。これにより、ＲＦ増幅回路の設計自由度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、電力増幅モジュールをマルチバンドに対応した構成とする場合においても、各周波数帯域のＲＦ増幅回路のバイアス回路に供給される電圧が定電圧であるため、ＲＦ増幅回路のゲイン変動を抑制し、電力増幅モジュールの線形性を高めることができる。

さらに、本実施形態によれば、選択されていない周波数帯域のＲＦ増幅回路に供給される定電圧を例えば接地電位にすることができる。これにより、選択されていない周波数帯域のＲＦ増幅回路において、バイアス回路の動作を完全に停止せ、選択されている周波数帯域のＲＦ増幅回路への影響を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、定電圧生成回路とＲＦ増幅回路とを別の基板上に形成することができる。これにより、ＲＦ増幅回路を、例えばＨＢＴを用いて構成する場合において、定電圧生成回路を、例えばＨＢＴよりも安いＭＯＳＦＥＴを用いて構成することが可能となる。従って、電力増幅モジュールの製造コストを低減させることが可能となる。

なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。

例えば、本実施形態では、１段又は２段の増幅回路を含むＲＦ増幅回路を示したが、増幅回路の段数は１段又は２段に限られず、３段以上であってもよい。

また例えば、本実施形態では、マルチバンドに対応した電力増幅モジュールとして、高周波数帯域及び低周波数帯域の２つの周波数帯域を選択可能な電力増幅モジュールを示したが、選択可能な周波数帯域は３つ以上であってもよい。

１００ 送信ユニット
１０１ 変調部
１０２ 送信電力制御部
１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ 電力増幅回路
１０４ フロントエンド部
１０５ アンテナ
２０１，２２０１，２４０１ 定電圧生成回路
２０２，２１０１，２２０２ ＲＦ増幅回路
２０３，２１３，２１０６，２１０７，２４２１，２４４１ 整合回路
２１１，２１０４，２１０５，２４３１，２４５１，１２０２ バイアス回路
２１２，２１０２，２１０３，２４３２，２４５２，１２０１ 増幅回路
３０１ バンドギャップ回路
３０２，３０３，７１１，７２１，２３０１〜２３０４ オペアンプ
３０４〜３０７，４０２〜４０４，４１２，７１４，７２６，７３１，２３０５〜２３１２ 抵抗
３０８，２３１３，２３１４ キャパシタ
４０１，４１１，７１２，７１３，７２２〜７２５，９１１〜９１４，１４１１，１４１２，１２０３，１２０４ トランジスタ
４０５，４０６， ダイオード
４１３ インダクタ
５０１ 温度特性補償回路
７０１ 定電流生成回路
７０２ 調整電流生成回路
７０３ 電流電圧変換回路
９０１，１４０１，１７０１−ｍ（ｍ＝１・・・ｎ） 二次補正回路
２４０２ 高周波数帯域用ＲＦ増幅回路
２４０３ 低周波数帯域用ＲＦ増幅回路
２４１１ 高周波数帯域用定電圧生成回路
２４１２ 低周波数帯域用定電圧生成回路

Claims (6)

1. 入力信号を増幅して出力する増幅回路と、エミッタから該増幅回路にバイアス電流を出力するトランジスタを含むバイアス回路とを有する無線周波数増幅回路と、
   第１の基準電圧から、前記トランジスタのベース側に接続されるダイオードの温度特性に応じて変化する第２の基準電圧を生成する温度特性補償回路と、
   前記第２の基準電圧から、前記トランジスタのベース側に印加される第１の電圧と、該トランジスタのコレクタ側に印加される第２の電圧とを生成する電圧生成回路と、
   を備える電力増幅モジュール。
2. 請求項１に記載の電力増幅モジュールであって、
   電源電圧から前記第１の基準電圧を生成するバンドギャップ回路をさらに含む、電力増幅モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の電力増幅モジュールであって、
   前記温度特性補償回路は、
   定電流を生成する定電流生成回路と、
   温度に応じて変化する調整電流を生成する調整電流生成回路と、
   前記定電流及び前記調整電流から得られる出力電流を前記第２の基準電圧に変換する電流電圧変換回路と、
   を含む、電力増幅モジュール。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の電力増幅モジュールであって、
   前記温度特性補償回路は、前記第２の基準電圧を、二次以上の変化特性で変化させる、電力増幅モジュール。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の電力増幅モジュールであって、
   前記増幅回路は、前記入力信号を増幅して出力する第１の増幅回路と、前記第１の増幅回路からの出力信号を増幅して出力する第２の増幅回路とを含み、
   前記トランジスタは、エミッタから前記第１の増幅回路にバイアス電流を出力する第１のトランジスタと、エミッタから前記第２の増幅回路にバイアス電流を出力する第２のトランジスタとを含み、
   前記ダイオードは、前記第１のトランジスタのベース側に接続される第１のダイオードと、前記第２のトランジスタのベース側に接続される第２のダイオードとを含み、
   前記第１の電圧が、前記第１のトランジスタのベース側と、前記第２のトランジスタのベース側とに印加され、
   前記第２の電圧が、前記第１のトランジスタのコレクタ側と、前記第２のトランジスタのコレクタ側とに印加される、
   電力増幅モジュール。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の電力増幅モジュールであって、
   前記無線周波数増幅回路と前記電圧生成回路とが、異なる基板に形成されている、
   電力増幅モジュール。

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