CN110034731B - 功率放大电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使增益色散扩展的功率放大电路。功率放大电路(10A)具备：第一晶体管(Q1)，具有被供给RF信号的基极和被供给与RF信号的电平相应的可变电源电压(Vcc)的集电极，第一晶体管(Q1)对RF信号进行放大；偏置电路(20)，具有对第一晶体管(Q1)的基极供给偏置电流(Ibias)的第二晶体管(Q20)；以及偏置调整电路(40)，可变电源电压(Vcc)越低，使从第二晶体管(Q20)的发射极供给的电流越减少，由此使供给到第一晶体管(Q1)的基极的偏置电流(Ibias)越减少。

Description

功率放大电路
技术领域
本发明涉及功率放大电路。
背景技术
在便携式电话等移动通信终端中，使用将发送到基站的RF(Radio Frequency，射频)信号放大的功率放大电路。功率放大电路具备将RF信号放大的晶体管和对晶体管供给偏置电流的偏置电路。作为这种偏置电路，例如，像在专利文献1记载的那样，已知有具备射极跟随器晶体管和恒定电压生成电路的偏置电路，射极跟随器晶体管对晶体管供给偏置电流，恒定电压生成电路用于生成供给到该射极跟随器晶体管的集电极的恒定电压(例如，专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-171170号公报
此外，为了使功率放大电路的效率提高，已知有根据RF信号的电平对电源电压进行控制的包络跟踪(ET)控制。在ET控制中，根据RF信号的电平，对电源电压的值进行控制，使得功率附加效率(PAE)等效率提高。此时，相对于供给到晶体管的电源电压的变化的、增益的变化的大小(增益色散)越大，越能够确保增益的平坦度，并且越能够采用效率高的电源电压值。因此，在ET控制中，优选功率放大电路的增益色散大。
发明内容
发明要解决的课题
因此，本发明的目的在于，提供一种与电源电压的变化匹配地使增益色散扩展的功率放大电路。
用于解决课题的技术方案
本发明的一个方式涉及的功率放大电路具备：第一晶体管，具有被供给RF信号的基极和被供给与RF信号的电平相应的可变电源电压的集电极，所述第一晶体管对RF信号进行放大；偏置电路，具有对所述第一晶体管的基极供给偏置电流的第二晶体管；以及偏置调整电路，所述可变电源电压越低，使从所述第二晶体管的发射极供给的电流越减少，从而使供给到所述第一晶体管的基极的所述偏置电流越减少。
发明效果
根据本发明，能够提供一种与电源电压的变化匹配地使增益色散扩展的功率放大电路。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式涉及的功率放大电路10A的电路图。
图2是比较例的功率放大电路100的电路图。
图3是示出偏置电流Ibias的仿真结果的图。
图4A是示出第一实施方式涉及的功率放大电路10A中的输出功率与增益的关系的图。
图4B是示出比较例的功率放大电路100中的输出功率与增益的关系的图。
图5是本发明的第二实施方式涉及的功率放大电路10B的电路图。
图6是示出其他的偏置电流Ibias的仿真结果的图。
附图标记说明
10A、10B、100：功率放大电路，20：第一偏置电路，30：第二偏置电路，40：偏置调整电路，Q1、Q20、Q30：晶体管，R1、R20、R30：电阻元件，C1、C20：电容元件，D21、D22：二极管，L1：扼流电感器。
具体实施方式
参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。另外，在各图中，标注了同一附图标记的部位具有同一或同样的结构。
[第一实施方式]
图1是本发明的第一实施方式涉及的功率放大电路10A的电路图。在便携式电话等移动通信终端中，功率放大电路10A将输入信号RFin的功率放大至发送到基站所需的电平，并将此作为放大信号，作为输出信号RFout进行输出。输入信号RFin例如是通过RFIC(RadioFrequency Integrated Circuit，射频集成电路)等根据给定的通信方式进行了调制的RF信号。
功率放大电路10A具备晶体管Q1(第一晶体管)、第一偏置电路20、偏置调整电路40、扼流电感器L1、电容元件C1、以及电阻元件R1。晶体管Q1例如是异质结双极晶体管。晶体管Q1构成将发射极接地的发射极接地放大器，在晶体管Q1的基极，通过电容元件C1被供给输入信号RFin，输出信号RFout从其集电极输出。在晶体管Q1的集电极，通过抑制RF信号向电源侧的泄漏的扼流电感器L1连接用于供给可变电源电压Vcc的端子50。在端子50连接有未图示的可变电源电压Vcc。可变电源电压Vcc是与RF信号的电平相应的电压。即，在功率放大电路10A中，进行包络跟踪(ET)控制。可变电源电压Vcc例如从ET电源电路(未图示)进行供给。
第一偏置电路20通过电阻元件R1将第一偏置电流I20供给到晶体管Q1的基极。第一偏置电路20具备晶体管Q20(第二晶体管)和二极管D21、D22。在晶体管Q20的集电极被供给电源电压Vbat。晶体管Q20的基极与二极管D21的阳极连接，并且通过电容元件C20与接地连接。此外，晶体管Q20的发射极通过电阻元件R1与晶体管Q1的基极连接。二极管D21的阳极通过电阻元件R20与电源端子21连接。在电源端子21，从控制IC等被供给偏置控制电压或偏置控制电流。二极管D22的阳极与二极管D21的阴极连接。二极管D22的阴极与接地连接。另外，二极管D21、D22例如是进行了二极管连接的双极晶体管。但是，二极管D21、D22并不限于进行了二极管连接的双极晶体管，例如也可以是PN结二极管。
偏置调整电路40根据可变电源电压Vcc对供给到晶体管Q1的基极的作为第一偏置电流I20的偏置电流Ibias进行调整。具体地，可变电源电压Vcc越低，偏置调整电路40使从晶体管Q20的发射极供给的第一偏置电流I20越减少，由此使供给到晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias越减少。偏置调整电路40具备电阻元件R40。电阻元件R40的一端与晶体管Q20的发射极连接。电阻元件R40的另一端通过端子50与可变电源电压Vcc连接。因此，在电阻元件R40的另一端被供给与可变电源电压Vcc相应的电压。在电阻元件R40，流过作为从晶体管Q20的发射极供给的电流的一部分的调整电流I40。另外，电阻元件R40的另一端也可以不与端子50连接，只要被供给与可变电源电压Vcc相应的电压即可，例如，也可以通过低通滤波器电路等与晶体管Q1的集电极连接。
接着，对功率放大电路10A的动作进行说明。随着可变电源电压Vcc下降，通过端子50，电阻元件R40的另一端的电压下降，并且调整电流I40增加。这样，第一偏置电流I20减少，其结果是，供给到晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias减少，因此晶体管Q1的增益减少。
图2是比较例的功率放大电路100的电路图。比较例的功率放大电路100与第一实施方式涉及的功率放大电路10A的不同点在于，不具备偏置调整电路40。比较例的功率放大电路100不具备偏置调整电路40，因此供给到晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias不根据可变电源电压Vcc而被调整。
图3是示出偏置电流Ibias的仿真结果的图。在图3中，横轴是可变电源电压Vcc(V)，纵轴是偏置电流Ibias(A)。在图3中，实线示出第一实施方式涉及的功率放大电路10A的偏置电流Ibias的仿真结果，虚线示出比较例的功率放大电路100的偏置电流Ibias的仿真结果。
如图3所示，可知在比较例的功率放大电路100中，直至可变电源电压Vcc下降至0.4V附近为止，偏置电流Ibias的减少幅度小。认为这是因为，比较例的功率放大电路100不具备偏置调整电路40，因此伴随着可变电源电压Vcc的减少，偏置电流Ibias以大致恒定的比例减少。另一方面，如图3所示，可知在第一实施方式涉及的功率放大电路10A中，随着可变电源电压Vcc从大约4.5V下降至大约0.4V，偏置电流Ibias比比较例的功率放大电路100中的减少幅度减少得大。认为这是因为，如上所述，随着可变电源电压Vcc下降，流入到电阻元件R40的调整电流I40增加，供给到晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias相对减少。根据以上，可以说，与比较例的功率放大电路100相比较，在第一实施方式涉及的功率放大电路10A中，若可变电源电压Vcc变小，则偏置电流Ibias减少得更大。
图4A是示出第一实施方式涉及的功率放大电路10A中的输出功率与增益的关系的图，图4B是示出比较例的功率放大电路100中的输出功率与增益的关系的图。在图4A以及图4B中，横轴是输出功率Pout(dBm)，纵轴是增益(dB)。在图4A中，附图标记301、302、303、304、305、306、307示出将可变电源电压Vcc分别设为4.5V、3.5V、3.0V、2.0V、1.5V、1.0V、0.5V时的输出功率与增益的关系。此外，在图4B中，附图标记401、402、403、404、405、406、407示出将可变电源电压Vcc分别设为4.5V、3.5V、3.0V、2.0V、1.5V、1.0V、0.5V时的输出功率与增益的关系。
如图4A所示，对于功率放大电路10A，在输出功率为0dBm附近，可变电源电压Vcc为4.5V的情况下的增益301为大约31.4dB，可变电源电压Vcc为0.5V的情况下的增益307为大约21.9dB。因此，对于功率放大电路10A，在输出功率为0dBm附近，可变电源电压Vcc从4.5V变化至0.5V的情况下的增益的变化为大约9.5dB(31.4dB-21.9dB)。此外，如图4B所示，对于功率放大电路100，在输出功率为0dBm附近，可变电源电压Vcc为4.5V的情况下的增益401为大约31.4dB，可变电源电压Vcc为0.5V的情况下的增益407为大约27.7dB。因此，对于功率放大电路100，在输出功率为0dBm附近，可变电源电压Vcc从4.5V变化至0.5V的情况下的增益的变化为大约3.7dB(31.4dB-27.7dB)。根据以上，功率放大电路10A中的相对于可变电源电压Vcc的变化的增益的变化比功率放大电路100中的相对于可变电源电压Vcc的变化的增益的变化大。即，可以说，功率放大电路10A与功率放大电路100相比较，增益色散扩展。
[第二实施方式]
图5是本发明的第二实施方式涉及的功率放大电路10B的电路图。以下，对功率放大电路10B中的与功率放大电路10A不同的部分进行说明，对于与功率放大电路10A相同的部分，适当地省略说明。
功率放大电路10B不具备功率放大电路10A具备的偏置调整电路40。除此以外，还具备第二偏置电路30。此外，在功率放大电路10B具备的第一偏置电路20包含的电源端子21，被供给与可变电源电压Vcc相应的电压。
第二偏置电路30通过电阻元件R1将第二偏置电流I30供给到晶体管Q1的基极。第二偏置电路30具备晶体管Q30(第三晶体管)和二极管D31、D32。在晶体管Q30的集电极被供给电源电压Vbat。晶体管Q30的基极与二极管D31的阳极连接，并且通过电容元件C30与接地连接。此外，晶体管Q30的发射极通过电阻元件R1与晶体管Q1的基极连接。二极管D31的阳极通过电阻元件R30与电源端子31连接。在电源端子31，从控制IC等被供给偏置控制电压或偏置控制电流。二极管D32的阳极与二极管D31的阴极连接。二极管D32的阴极与接地连接。另外，二极管D31、D32例如是进行了二极管连接的双极晶体管。但是，二极管D31、D32并不限于进行了二极管连接的双极晶体管，例如也可以是PN结二极管。
接着，对功率放大电路10B的动作进行说明。在可变电源电压Vcc为晶体管Q20的导通所需的电压以上的范围，随着可变电源电压Vcc下降，通过电源端子21，晶体管Q20的基极的电压下降。这样，第一偏置电流I20减少，其结果是，作为将第一偏置电流I20和第二偏置电流I30相加的电流的被供给到晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias减少，因此晶体管Q1的增益减少。在可变电源电压Vcc不足晶体管Q20导通所需的电压的范围，晶体管Q20截止，第一偏置电流I20变为0。
图6是示出其他的偏置电流Ibias的仿真结果的图。在图6中，横轴是可变电源电压Vcc(V)，纵轴是偏置电流Ibias(A)。在图6中，实线示出第二实施方式涉及的功率放大电路10B的偏置电流Ibias的仿真结果，虚线示出比较例的功率放大电路100的偏置电流Ibias的仿真结果。
如图6所示，可知在比较例的功率放大电路100中，直至可变电源电压Vcc下降至0.4V附近为止，偏置电流Ibias大致恒定地以比较小的减少幅度减少。另一方面，如图6所示，可知在第二实施方式涉及的功率放大电路10B中，随着可变电源电压Vcc从大约4.5V下降至大约2.5V，偏置电流Ibias比比较例的功率放大电路100中的减少幅度减少得大。认为这是因为，如上所述，随着可变电源电压Vcc下降，晶体管Q20的基极的电压下降，第一偏置电流I20减少，其结果是，供给到晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias减少。进而，如图6所示，若可变电源电压Vcc从大约2.5V进一步下降，则偏置电流Ibias的减少幅度变得极小。认为这是因为，在可变电源电压Vcc小于大约2.5V的范围，晶体管Q20截止，因此第一偏置电流I20的变化变得对偏置电流Ibias的变化没有贡献。根据以上，可以说，与比较例的功率放大电路100相比较，在第二实施方式涉及的功率放大电路10B中，若可变电源电压Vcc变小，则偏置电流Ibias减少得更大。
以上，对本发明的例示性的实施方式进行了说明。另外，功率放大电路10A以及功率放大电路10B均可以仅应用于由驱动级放大器和功率级放大器构成的两级结构的放大模块中的驱动级放大器，或者仅应用于功率级放大器，或者应用于驱动级放大器和功率级放大器的双方。在应用于驱动级放大器和功率级放大器的双方的情况下，与仅应用于驱动级放大器或仅应用于功率级放大器的情况相比，增益色散的效果提高。此外，功率放大电路10A以及功率放大电路10B均可以应用于由三级以上的放大器构成的放大模块中的至少一个放大器。
如在第一实施方式中所示，功率放大电路10A具备：第一晶体管Q1，具有被供给RF信号的基极和被供给与RF信号的电平相应的可变电源电压Vcc的集电极，第一晶体管Q1对RF信号进行放大；偏置电路20，具有对第一晶体管Q1的基极供给第一偏置电流I20的第二晶体管Q20；以及偏置调整电路40，可变电源电压Vcc越低，使从第二晶体管Q20的发射极供给的电流越减少，由此使供给到第一晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias越减少。由此，若可变电源电压Vcc下降，则从第二晶体管Q20的发射极供给的电流减少。这样，供给到第一晶体管Q1的基极的偏置电流Ibias减少，因此第一晶体管Q1的增益减少。根据以上，功率放大电路10A的增益色散扩展。
此外，在功率放大电路10A中，偏置调整电路40可以具备电阻元件R40，电阻元件R40的一端与第二晶体管Q20的发射极连接，在另一端被供给与可变电源电压Vcc相应的电压。由此，能够容易地调整第一偏置电流I20的值。
此外，功率放大电路10A也可以还具备其他的偏置电路(第二偏置电路30)，该其他的偏置电路(第二偏置电路30)具有对第一晶体管Q1的基极供给其他的偏置电流(第二偏置电流I30)的第三晶体管Q30。由此，能够容易地调整偏置电流Ibias的值。
以上说明的实施方式用于使本发明容易理解，并非用于对本发明进行限定解释。实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状以及尺寸等并不限定于例示的各要素及其配置、材料、条件、形状以及尺寸等，能够适当地进行变更。此外，能够将在不同的实施方式中示出的结构彼此进行部分置换或组合。

Claims (4)

1.一种功率放大电路，其特征在于，具备：
第一晶体管，具有被供给RF信号的基极和被供给与所述RF信号的电平相应的可变电源电压的集电极，所述第一晶体管对所述RF信号进行放大；
偏置电路，具有对所述第一晶体管的基极供给偏置电流的第二晶体管；以及
偏置调整电路，所述可变电源电压越低，使从所述第二晶体管的发射极供给的电流越减少，由此使供给到所述第一晶体管的基极的所述偏置电流越减少。
2.根据权利要求1所述的功率放大电路，其特征在于，
所述偏置调整电路具备电阻元件，所述电阻元件的一端与所述第二晶体管的发射极连接，在另一端被供给与所述可变电源电压相应的电压。
3.根据权利要求1或2所述的功率放大电路，其特征在于，
还具备：其他的偏置电路，具有对所述第一晶体管的基极供给其他的偏置电流的第三晶体管。
4.根据权利要求3所述的功率放大电路，其特征在于，
所述第三晶体管的集电极和与所述RF信号电平相应的可变电压源连接，
将所述第二晶体管和所述第三晶体管各自的发射极电流相加而供给到所述第一晶体管的基极。
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