功率放大电路的制作方法

本公开涉及功率放大电路。

背景技术

在便携式电话等移动通信终端中，使用了对向基站发送的RF(Radio Frequency，射频)信号进行放大的功率放大电路。功率放大电路具备对RF信号进行放大的晶体管、对晶体管的偏置点进行控制的偏置电路。而且，已知具备用于对该偏置电压进行控制的保护电路的功率放大电路。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：US6580321B1

近年来，伴随着前端的电路结构的复杂化，功率放大电路的负载损耗增大，因此对于功率放大电路要求高输出化。高输出的功率放大电路在负载变动时，电流以及电压的振幅根据负载的相位变动而大幅变动。在专利文献1记载的功率放大电路中，通过插入保护电路对偏置电压进行控制，由此改善了耐功率特性。但是，在专利文献1记载的功率放大电路中，对于输出匹配连接钳位二极管，从该钳位二极管的给定的二极管的阳极对RF信号进行检波，因此不具有方向性，所以有可能受到反射波的影响。

技术实现要素：

发明要解决的课题

因此，本公开的目的在于，抑制反射波的影响，并在负载变动时抑制功率增益。

用于解决课题的手段

本发明的一个方面涉及的功率放大电路，具备：第1放大器，将被供给的第1RF信号放大并输出第2RF信号；第2放大器，将被供给的所述第2RF信号放大并输出第3RF信号；偏置电路，向所述第1放大器或者所述第2放大器供给偏置电流或者电压；和偏置调整电路，基于所述第1RF信号、所述第2RF信号或者所述第3RF信号对所述偏置电流或者电压进行调整，所述偏置调整电路包含：第1二极管，在阳极被输入表示基于所述第1RF信号、所述第2RF信号或者所述第3RF信号的任一者的信号的控制信号，阴极与接地连接，所述偏置电路包含：偏置晶体管，基于所述第1二极管的所述阳极的电压来输出所述偏置电流或者电压。

发明效果

根据本公开，能够提供一种可抑制反射波的影响并能够在负载变动时抑制功率增益的功率放大电路。

附图说明

图1是示出包含本实施方式涉及的功率放大电路的功率放大模块的结构的概要的图。

图2是示出本实施方式涉及的功率放大电路的结构的一例的图。

图3是表示经过时间t和电流Isub_c的关系的曲线图。

图4是表示经过时间t和电压Vc1的关系的曲线图。

图5是示出输入功率和电压Vc2的关系的曲线图。

图6是示出输入功率和增益的关系的曲线图。

图7是示出变形例涉及的功率放大电路的结构的一例的图。

图8是示出变形例涉及的功率放大电路的结构的一例的图。

图9是示出变形例涉及的功率放大电路的结构的一例的图。

图10是示出变形例涉及的功率放大电路的结构的一例的图。

图11是示出变形例涉及的功率放大电路的结构的一例的图。

图12是示出变形例涉及的功率放大电路的结构的一例的图。

符号说明

1…功率放大模块，10…功率放大电路，20、30…放大器，40…电源电路，50、60…偏置电路，51、61…电源端子，70…偏置调整电路，80～82…匹配电路。

具体实施方式

以下，参照各图对本公开的各实施方式进行说明。在此，相同符号的电路元件示出相同的电路元件，省略重复的说明。

＝＝＝功率放大模块1的结构＝＝＝

图1是示出包含本实施方式涉及的功率放大电路10的功率放大模块1的结构的概要的图。功率放大模块1例如搭载于便携式电话等移动通信设备，将输入信号RFin的功率放大至为了发送到基站所需要的水平，并将其作为放大信号RFout而输出。输入信号RFin例如是通过RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit，射频集成电路)等根据给定的通信方式而被调制的无线频率(RF：Radio Frequency)信号。输入信号RFin的通信标准例如包含2G(第2代移动通信系统)、3G(第3代移动通信系统)、4G(第4代移动通信系统)、5G(第5代移动通信系统)、LTE(Long Term Evolution，长期演进)-FDD(Frequency Division Duplex，频分双工)、LTE-TDD(Time Division Duplex，时分双工)、LTE-Advanced或LTE-Advanced Pro等，频率例如为数百MHz～数十GHz程度。另外，输入信号RFin的通信标准以及频率不限于这些。

功率放大模块1例如具备功率放大电路10以及电源电路40。

功率放大电路10具备放大器20、30、偏置电路50、60、偏置调整电路70以及匹配电路80～82。

放大器20、30分别对输入的RF信号进行放大并输出。初级(驱动级)的放大器20对从输入端子经由匹配电路80而输入的输入信号RFin(第1RF信号)进行放大，并输出RF信号RF1(第2RF信号)。后级(功率级)的放大器30对从放大器20经由匹配电路81而供给的RF信号RF1进行放大，并输出RF信号RF2(第3RF信号)。RF信号RF2经由匹配电路82作为放大信号RFout而输出。放大器20、30分别由例如异质结双极晶体管(Heteroiunction Bipolar Transistor)等晶体管构成。另外，放大器20、30也可以由场效应晶体管(Metal-oxide-semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)构成来取代HBT。在该情况下，只要将集电极、基极、发射极分别改读为漏极、栅极、源极即可。另外，以下，只要没有特别记载，就以晶体管由HBT构成的情况为例进行说明。

偏置电路50、60分别向放大器20、30供给偏置电流或者偏置电压。

偏置调整电路70基于RF信号RF1对从偏置电路60向晶体管Q2供给的偏置电流或者偏置电压进行调整。

关于放大器30、偏置电路60以及偏置调整电路70的结构的详情将在后面叙述。

匹配电路(MN：Matching Network，匹配网络)80使设置在前级的电路(未图示)和放大器20的阻抗匹配。匹配电路81使放大器20和放大器30的阻抗匹配。匹配电路82使放大器30和设置在后级的电路(未图示)的阻抗匹配。匹配电路80～82分别构成为包含例如电感器以及电容器。

电源电路40生成根据RF信号的包络线而控制的可变电源电压Vcc1、Vcc2，分别供给到放大器20、30。像这样，功率放大模块1按照所谓的包络线跟踪(ET：Envelope Tracking)方式进行动作。功率放大模块1通过按照ET方式，从而与按照例如平均功率跟踪(APT：Average Power Tracking)方式的情况相比，功率效率提高。另外，电源电路40可以包含于功率放大模块1，也可以不包含于功率放大模块1。

＝＝功率放大电路10的结构＝＝

图2是示出本实施方式涉及的功率放大电路10的结构的一例的图。

放大器20、30分别具备晶体管Q1、Q2。在晶体管Q1中，在集电极被供给可变电源电压Vcc1，在基极通过匹配电路80被供给输入信号RFin(第1RF信号)，发射极被接地。而且，从晶体管Q1的集电极输出对输入信号RFin进行了放大的RF信号RF1(第2RF信号)。在晶体管Q2中，在集电极被供给可变电源电压Vcc2(即，与可变电源电压Vcc1相应的电压)，在基极通过匹配电路81被供给RF信号RF1，发射极被接地。而且，从晶体管Q2的集电极输出对RF信号RF1进行了放大的RF信号RF2(第3RF信号)。

偏置电路50将对晶体管Q1的偏置点进行控制的偏置电流或者偏置电压通过电阻器R1供给到晶体管Q1的基极。具体地，偏置电路50具备二极管D51、D52、晶体管Q50、电容器C50和电源端子51。

二极管D51和二极管D52被串联连接。二极管D51、D52也可以分别由例如进行了二极管连接的双极晶体管构成。所谓二极管连接，是将双极晶体管的基极和集电极连接。进行了二极管连接的双极晶体管作为与二极管等效的双极元件而进行动作。将进行了二极管连接的双极晶体管的两个端子之中在正向偏置时电位高的一方称为“阳极”，将电位低的一方称为“阴极”。不过，二极管D51、D52也可以由PN结二极管构成来取代进行了二极管连接的双极晶体管。

在二极管D51的阳极，从电源端子51被供给恒定的电压或者恒定的电流，并且通过电容器C50与接地连接。二极管D52的阳极与二极管D51的阴极连接，二极管D52的阴极被接地。另外，也可以不设置电容器C50。

晶体管Q50在集电极被供给电池电压Vbat(电源电压)，基极与二极管D51的阳极连接。此外，晶体管Q50的发射极通过电阻器R1与晶体管Q1的基极连接。由此，向晶体管Q1的基极供给偏置电流。

偏置电路60将对晶体管Q2的偏置点进行控制的偏置电流或者偏置电压通过电阻器R2供给到晶体管Q2的基极。具体地，偏置电路60具备二极管D61、D62、晶体管Q60、电容器C60和电源端子61。以下，为了方便说明，设偏置电路60向晶体管Q2供给偏置电流。

二极管D61(第3二极管)和二极管D62(第2二极管)被串联连接。二极管D61、D62也可以分别由例如进行了二极管连接的双极晶体管构成。另外，二极管D61、D62也可以由PN结二极管构成来取代进行了二极管连接的双极晶体管。

在二极管D61的阳极，从电源端子61被供给恒定的电压或者恒定的电流，并且通过电容器C60与接地连接。二极管D62的阳极与二极管D61的阴极连接，二极管D62的阴极被接地。另外，也可以不设置电容器C60。

此外，二极管D62的阳极通过电阻器R73与二极管D74的阳极连接。

晶体管Q60(偏置晶体管)在集电极被供给电池电压Vbat(电源电压)，基极与二极管D61的阳极连接。此外，晶体管Q60的发射极通过电阻器R2与晶体管Q2的基极连接。由此，向晶体管Q2的基极供给偏置电流。

偏置调整电路70基于RF信号RF1(第2RF信号)对从偏置电路60向晶体管Q2供给的偏置电流进行调整。偏置调整电路70例如利用晶体管的所谓自偏置效应来调整从偏置电路60向晶体管Q2供给的偏置电流。在此，所谓晶体管的自偏置效应，例如是指若输入至集电极的RF功率振幅增加，则晶体管伪导通，从而瞬时电压波形产生波谷的现象。即，偏置调整电路70进行动作，使得随着RF信号RF1增大而抑制从偏置电路60向晶体管Q2供给的偏置电流。即，偏置调整电路70防止由输入过大的RF信号RF1所引起的、晶体管Q2的破坏。

偏置调整电路70例如具备电容器C71、电阻器R72、电阻器R73、二极管D74(第1二极管)。二极管D74例如是进行了二极管连接的双极晶体管。二极管D74中，阴极与接地连接，阳极通过电阻器R73与二极管D62的阳极连接。此外，二极管D74的阳极通过电阻器R72与电容器C71的一端连接。电容器C71的另一端与晶体管Q1的集电极连接。即，在二极管D74的阳极，通过电阻器72被供给RF信号RF1。在此，电阻器R72、R73具有用于基于功率放大电路10的特性而产生希望的偏置电流的电阻值。另外，二极管D74也可以是PN结二极管。

＝＝功率放大电路10的动作＝＝

参照图3、图4对功率放大电路10的动作进行说明。

以下，为了方便说明，将流过电阻器R72的电流设为Isub_c，将从晶体管Q60的发射极输出的电流设为Ief_pwr。即，电流Ief_pw是向晶体管Q2的基极供给的偏置电流。以下，有时将电流Ief_pwr称为“偏置电流”。此外，以下，有时将二极管D74的阳极的电压设为Vc1，将二极管D62的阳极的电压设为Vc2，将晶体管Q60的基极电压设为Vb进行说明。此外，设电阻器R72的电阻值充分小。

图3是表示经过时间t和电流Isub_c的关系的一例的曲线图。在图3中，横轴示出经过时间t，纵轴示出电流Isub_c。图3的符号301示出给定的大小的RF信号RF1下的表示电流Isub_c和经过时间t的关系的曲线图。符号302示出比符号301所示的RF信号RF1大的RF信号RF1下的表示电流Isub_c和经过时间t的关系的曲线图。

图4是表示经过时间t和电压Vc1的关系的一例的曲线图。在图4中，横轴示出经过时间t，纵轴示出电压Vc1。图4的符号401示出基于给定的大小的RF信号RF1的表示二极管D74的阳极的电压Vc1和经过时间t的关系的曲线图。符号402示出基于比符号401所示的RF信号RF1大的RF信号RF1的表示二极管D74的阳极的电压Vc1和经过时间t的关系的曲线图。另外，图3的横轴(经过时间t)对应于图4的横轴(经过时间t)。

图5是示出输入功率(RF信号RF1)和电压Vc2的关系的曲线图。在图5中，横轴示出输入功率，纵轴示出电压Vc2。图5的符号501示出不设置偏置调整电路70的情况下的表示输入功率和电压Vc2的关系的曲线图。符号502示出设置了偏置调整电路70的情况下的表示输入功率和电压Vc2的关系的曲线图。

图6是示出输入功率(RF信号RF1)和增益的关系的曲线图。在图6中，横轴示出输入功率，纵轴示出增益。图6的符号601示出不设置偏置调整电路70的情况下的表示输入功率和增益的关系的曲线图。符号602示出设置了偏置调整电路70的情况下的表示输入功率和增益的关系的曲线图。

以下，对伴随着本实施方式的功率放大电路10的RF信号RF1增大而从晶体管Q60向晶体管Q2供给的偏置电流减少的原理进行说明。

若从晶体管Q1输出了RF信号RF1，则如图3的符号301那样流动电流Isub_c。与之相伴，如图4的符号401那样，在二极管D74的阳极产生与电流Isub_c反相的电压Vc1。

在RF信号RF1增大了的情况下，如图3的符号302那样电流Isub_c增大。与之相伴，如图4的符号402所示，二极管D74的阳极的电压Vc1产生波谷。

这是由于二极管D74的自偏置效应而产生的。具体来说，若向二极管D74的阳极输入的RF功率振幅增大，则二极管D74欲拓宽动态范围，从而电压Vc1的功率波形产生波谷。

即，如图5的符号502那样，与未设置偏置调整电路70的情况(符号501)相比较，二极管D74的阳极的电压Vc1的平均电压下降。

由此，通过电阻器R73与二极管D74的阳极连接的二极管D62的阳极的电压Vc2下降。而且，通过二极管D61与二极管D62的阳极连接的晶体管Q60的基极电压Vb下降。若晶体管Q60的基极电压Vb下降，则从晶体管Q60的发射极输出的电流Ief_pwr减少。即，晶体管Q2的偏置电流减少。

换言之，二极管D74的阳极的电压Vc1的平均电压下降，因此电流从二极管D62的阳极通过电阻器R73流向二极管D74的阳极。即，电流Icont下的向晶体管Q60的基极供给的电流减少，因此从晶体管Q60向晶体管Q2供给的偏置电流减少。

由此可知，偏置调整电路70能够伴随着RF信号RF1的信号变大而使晶体管Q2的偏置电流即电流Ief_pwr减少。换言之，如图6的符号602那样，与未设置偏置调整电路70的情况(符号601)相比较，能够抑制功率放大电路10的增益。由此，即使在功率放大电路10被输入较大的RF信号，也能够抑制功率放大电路10的增益，因此能够避免其损坏。

＝＝变形例涉及的功率放大电路＝＝

图7至图12是示出变形例涉及的功率放大电路10A、10B、10C、10D、10E、10F的结构的一例的图。另外，在本变形例中，省略关于与上述的实施方式共同的事项的记述，仅对不同点进行说明。特别是，对于基于同样的结构的同样的作用效果不再逐次提及。

如图7所示，功率放大电路10A与功率放大电路10相比较，偏置调整电路70基于RF信号RF1对偏置电路50的偏置电流进行调整。偏置调整电路70的二极管D74的阳极通过电阻器R73与二极管D52的阳极连接。由此，偏置调整电路70能够迅速地调整向驱动级的晶体管Q1供给的偏置电流，因此能够防止功率放大电路10A的损坏。另外，在图7中，省略了向晶体管Q2供给偏置电流的偏置电路60。

如图8所示，功率放大电路10B与功率放大电路10相比较，具有与晶体管Q2的集电极连接的耦合器75。所谓耦合器75，例如为定向耦合器。在偏置调整电路70B，通过耦合器75被输入RF信号RF2。由此，偏置调整电路70B能够排除晶体管Q2的集电极中的反射信号的影响，通过输入晶体管Q2的RF信号RF2从而调整偏置电路60的偏置电流。

如图9所示，功率放大电路10C与功率放大电路10相比较，偏置调整电路70基于输入信号RFin对偏置电路50的偏置电流进行调整。偏置调整电路70的二极管D74的阳极通过电阻器R73与二极管D52的阳极连接。此外，二极管D74的阳极通过电阻器R72与电容器C71的一端连接。电容器C71的另一端与晶体管Q1的基极连接。即，在二极管D74的阳极，通过电阻器72被供给基于输入信号RFin的电流Isub_c。由此，偏置调整电路70能够迅速地调整向驱动级的晶体管Q1供给的偏置电流，因此能够防止功率放大电路的损坏。另外，在图9中，省略了向晶体管Q2供给偏置电流的偏置电路60。

如图10所示，功率放大电路10D与功率放大电路10相比较，具有被串联连接的多个二极管D75。在偏置调整电路70中，在多个二极管D75被输入RF信号RF1，从多个二极管的任意一个二极管的阳极供给基于RF信号RF1的电流Isub_c。由此，偏置调整电路70D能够基于RF信号RF1的信号电平而迅速地调整偏置电流。

如图11所示，功率放大电路10E与功率放大电路10相比较，在偏置电路60E中，设置了基极与二极管D62的阳极连接、集电极与晶体管Q60的发射极连接且发射极与接地连接的晶体管Q61。由此，偏置电路60E能够高效地供给偏置电流或者电压。

如图12所示，功率放大电路10F与功率放大电路10相比较，偏置电路60F具备晶体管Q62、电容器C63以及电阻器R64来取代二极管D61以及二极管D62。晶体管Q62通过电容器C63连接集电极和基极。在晶体管Q62的集电极，从电源端子61被供给恒定的电流。此外，晶体管Q62的集电极与晶体管Q60的基极连接。晶体管Q62的基极通过电阻器R64与晶体管Q60的发射极连接。由此，偏置电路60F能够高效地供给偏置电流或者电压。

此外，虽然未图示，但偏置调整电路70可以不设置电阻器R72、R73，也可以设置电阻器R72、R73的任意一者。由此，能够简化偏置调整电路70的结构。

进而，虽然未图示，但偏置调整电路70的二极管D74的阳极也可以不通过电阻器R73与二极管D62的阳极连接，例如阳极可以通过电阻器R73与二极管D61的阳极连接。

＝＝＝总结＝＝＝

本公开的例示性的实施方式涉及的功率放大电路10具备：晶体管Q1(第1放大器)，将被供给的输入信号RFin(第1RF信号)放大并输出RF信号RF1(第2RF信号)；晶体管Q2(第2放大器)，将被供给的RF信号RF1(第2RF信号)放大并输出RF信号RF2(第3RF信号)；偏置电路60，向晶体管Q1(第1放大器)或者晶体管Q2(第2放大器)供给偏置电流或者电压；和偏置调整电路70，基于输入信号RFin(第1RF信号)、RF信号RF1(第2RF信号)或者RF信号RF2(第3RF信号)对偏置电流或者电压进行调整，偏置调整电路70包含在阳极被输入基于输入信号RFin(第1RF信号)、RF信号RF1(第2RF信号)或者RF信号RF2(第3RF信号)的任一者的信号(控制信号)且阴极与接地连接的二极管D74(第1二极管)，偏置电路60包含基于二极管D74(第1二极管)的阳极的电压来输出偏置电流或者电压的晶体管Q60(偏置晶体管)。由此，能够抑制反射波的影响，并在功率放大电路10中在负载变动时抑制功率增益。

此外，偏置调整电路70还包含电阻器R72(第1电阻器)，在二极管D74(第1二极管)的阳极，通过电阻器R72(第1电阻器)被输入输入信号RFin、RF信号RF1或者RF信号RF2(信号)。由此，能够产生与功率放大电路10的特性相应的希望的偏置电流或者电压。

此外，偏置调整电路70还包含电阻器R73(第2电阻器)，二极管D74(第1二极管)的阳极的电压通过电阻器R73(第2电阻器)被供给至偏置电路60。由此，能够产生基于功率放大电路的特定的希望的偏置电流或者电压。

此外，偏置电路60还包含在阳极被供给二极管D74(第1二极管)的阳极的电压且阴极被接地的二极管D62(第2二极管)、和阴极与二极管D62(第2二极管)的阳极连接且在阳极被供给偏置控制电压或者电流的二极管D61(第3二极管)，晶体管Q60(偏置晶体管)的基极或者栅极与二极管D61(第3二极管)的阳极连接。由此，偏置电路60能够高效地供给偏置电流或者电压。

此外，偏置调整电路70还包含：电容器C71(电容器)，在一端被输入输入信号RFin(第1RF信号)、RF信号RF1(第2RF信号)或者RF信号RF2(第3RF信号)，从另一端输出信号。该电容器C71作为晶体管Q1的集电极电压的DC截止用而发挥作用。

此外，偏置调整电路70还包含：耦合器75，与晶体管Q2(第2放大器)的输出路径耦合，输出基于RF信号RF2(第3RF信号)的信号。通过由耦合器75排除反射波的影响，由此能够从功率级进行检波。

此外，偏置调整电路70还包含被串联连接的多个二极管，在多个二极管被输入RF信号RF1(第2RF信号)，从多个二极管的任意一个二极管的阳极输出基于RF信号RF1(第2RF信号)的信号。由此，功率放大电路10能够对由偏置调整电路70检波的电压水平进行调整。

以上说明的实施方式用于使本公开容易理解，并非用于对本公开进行限定地解释。本公开能够在不脱离其主旨的情况下被变更或改良，并且其等价物也包含于本公开。即，本领域技术人员对实施方式适当施加了设计变更的结构，只要具备本公开的特征，就也包含在本公开的范围内。实施方式所具备的元件及其配置等并非限定于例示的内容，能够适当变更。