特許 5983968 電力増幅回路及び電力増幅モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5983968

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】電力増幅回路及び電力増幅モジュール

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/32 20060101AFI20160823BHJP

   H03F 3/24 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   H03F1/32

   H03F3/24

【請求項の数】11

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-550044(P2014-550044)

(86)(22)【出願日】2013年7月1日

(86)【国際出願番号】JP2013068049

(87)【国際公開番号】WO2014083876

(87)【国際公開日】20140605

【審査請求日】2015年5月13日

(31)【優先権主張番号】特願2012-262761(P2012-262761)

(32)【優先日】2012年11月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100126480

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 睦

(72)【発明者】

【氏名】長谷 昌俊

【審査官】 柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−００４９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３０６２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５９３２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｆ １／３２

Ｈ０３Ｆ ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のバイアス電圧に応じたゲインで第１の信号を増幅して第２の信号を出力する第１の増幅素子と、
第２のバイアス電圧のレベルに応じたゲインで前記第２信号を増幅して第３の信号を出力する第２の増幅素子と、
前記第１の増幅素子と同等のゲイン特性を有し、第３のバイアス電圧のレベルに応じたゲインで前記第１信号を増幅して第４の信号を出力する第３の増幅素子と、
前記第４の信号のレベルの上昇に伴って低下する前記第２のバイアス電圧を生成する可変バイアス電圧生成回路と、
を備える電力増幅回路。

【請求項2】

請求項１に記載の電力増幅回路であって、
前記第３の増幅素子のサイズは、前記第２の増幅素子のサイズより小さい、
電力増幅回路。

【請求項3】

請求項１または２に記載の電力増幅回路であって、
複数の前記第２の増幅素子を備え、
前記可変バイアス電圧生成回路は、前記複数の第２の増幅素子のうちの少なくとも１つのために前記バイアス電圧を生成する、
電力増幅回路。

【請求項4】

請求項３に記載の電力増幅回路であって、
前記可変バイアス電圧生成回路は、前記複数の第２の増幅素子のうちの最終段の増幅素子のために前記バイアス電圧を生成する、
電力増幅回路。

【請求項5】

請求項３に記載の電力増幅回路であって、
前記可変バイアス電圧生成回路は、前記複数の第２の増幅素子のうちの１つの増幅素子のために第１のレベルの前記第２のバイアス電圧を生成し、前記複数の第２の増幅素子のうちの他の１つの増幅素子のために第２のレベルの前記第２のバイアス電圧を生成する電圧調整回路を含む、
電力増幅回路。

【請求項6】

請求項１〜５の何れか一項に記載の電力増幅回路であって、
前記可変バイアス電圧生成回路は、
前記第３の増幅素子の出力信号のレベルの上昇に伴って低下する電圧を生成する抵抗を含み、
前記抵抗によって生成される前記電圧に応じた前記第２のバイアス電圧を生成する、
電力増幅回路。

【請求項7】

請求項１〜６の何れか一項に記載の電力増幅回路であって、
前記第２のバイアス電圧に基づいて前記第２の増幅素子のバイアス電流を生成する第１のバイアス電流生成回路をさらに備える、
電力増幅回路。

【請求項8】

請求項７に記載の電力増幅回路であって、
所定レベルの前記第３のバイアス電圧に基づいて前記第３の増幅素子のバイアス電流を生成する第２のバイアス電流生成回路をさらに備える、
電力増幅回路。

【請求項9】

請求項１〜８の何れか一項に記載の電力増幅回路であって、
前記可変バイアス電圧生成回路は、
前記第３の増幅素子の出力信号の交流成分を減衰させるフィルタ回路を含み、
前記フィルタ回路の出力信号に基づいて前記第２のバイアス電圧を生成する、
電力増幅回路。

【請求項10】

請求項９に記載の電力増幅回路を備える電力増幅モジュールであって、
前記フィルタ回路は、コンデンサを含み、
前記コンデンサは、前記第１〜第３の増幅素子を含む半導体集積回路とは別に形成されている、
電力増幅モジュール。

【請求項11】

請求項１０に記載の電力増幅モジュールであって、
前記半導体集積回路は、多層基板上に実装され、
前記コンデンサは、前記多層基板の層間容量により形成されている、
電力増幅モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力増幅回路及び電力増幅モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話等の移動体通信機においては、基地局へ送信する信号の電力を増幅するために電力増幅回路（パワーアンプ）が用いられる（例えば、特許文献１）。近年、携帯電話においては、高速なデータ通信の規格である、ＨＳＵＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｕｐｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）やＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄなどの変調方式が採用されてきている。このような通信規格では、通信速度を向上させるために、位相や振幅のずれを小さくすることが重要となる。すなわち、電力増幅回路に高い線形性が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−３７４５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、このような電力増幅回路では、増幅素子の非線形性により、電力増幅回路の線形性に影響が生じることがある。例えば、増幅素子であるトランジスタの制御電極に印加されるバイアス電圧を一定に制御する場合、電力増幅回路の線形性を保つためには、トランジスタのベース電流Ｉ_ＢＥも一定であることが理想的である。しかしながら、実際には、トランジスタの非線形性により、出力電力のレベルが高い領域、すなわち電力増幅回路への入力信号のレベルが高い領域において、トランジスタのベース電流Ｉ_ＢＥが増加してしまうことがある。そして、トランジスタのベース電流Ｉ_ＢＥが増加すると、電力増幅回路のゲインが上昇し、線形性の低下を招くこととなる。

【0005】

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

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係る電力増幅回路は、入力信号及びバイアス電圧のレベルに応じたゲインで入力信号を増幅して出力する第１の増幅素子と、第１の増幅素子と同等のゲイン特性を有し、入力信号を増幅して出力する第２の増幅素子と、第２の増幅素子の出力信号のレベルの上昇に伴って低下するバイアス電圧を生成する可変バイアス電圧生成回路と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、電力増幅回路における線形性を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態である電力増幅回路を含む送信ユニットの構成例を示す図である。

【図2】電力増幅回路の構成の一例を示す図である。

【図3】図２に示した電力増幅回路の回路構成の一例を示す図である。

【図4A】送信電力のレベルとバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ４との関係の一例を示す図である。

【図4B】送信電力のレベルと模擬用のパワーアンプのゲインとの関係の一例を示す図である。

【図4C】送信電力のレベルとバイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}との関係の一例を示す図である。

【図4D】送信電力のレベルとバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ２，Ｉ_ＢＥ３との関係の一例を示す図である。

【図4E】送信電力のレベルと電力増幅用のパワーアンプのゲインとの関係の一例を示す図である。

【図5】全段のパワーアンプのためのバイアス電圧を制御する場合の電力増幅回路３０の構成例を示す図である。

【図6】図５に示した電力増幅回路の回路構成の一例を示す図である。

【図7】電力増幅回路を含む電力増幅モジュールの構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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回路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１０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。

【0010】

図１に示すように、送信ユニット１０は、変調部２０、送信電力制御部２５、電力増幅回路３０、フロントエンド部３５、及びアンテナ４０を含んで構成される。

【0011】

変調部２０は、ＨＳＵＰＡやＬＴＥ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）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。

【0012】

送信電力制御部２５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）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、適応電力制御信号を移動体通信機に送信することができる。

【0013】

電力増幅回路３０は、送信電力制御部２５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。

【0014】

フロントエンド部３５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３５から出力される増幅信号は、アンテナ４０を介して基地局に送信される。

【0015】

図２は、電力増幅回路３０の構成の一例を示す図である。図２に示すように、電力増幅回路３０は、パワーアンプ１００，１０２，１０４，１０６、整合回路（Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ）１１０，１１２，１１４，１１６、バイアス電圧生成回路１２０，１２２、可変バイアス電圧生成回路１２４、バイアス電流生成回路１３０，１３２，１３４，１３６、及びコンデンサ１４０を含んでいる。

【0016】

パワーアンプ１００，１０２，１０４は、三段の電力増幅回路を構成しており、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。ここで、パワーアンプ１００，１０２，１０４のゲインは、入力信号及びバイアス電圧のレベルに応じたものとなる。例えば、バイアス電圧が固定レベルである場合において、入力信号のレベルの上昇に伴ってバイアス電流（ベース電流Ｉ_ＢＥ）が増加すると、パワーアンプ１００，１０２，１０４のゲインは増大することとなる。また例えば、バイアス電圧が低下すると、バイアス電流（ベース電流Ｉ_ＢＥ）が減少し、パワーアンプ１００，１０２，１０４のゲインは減少することとなる。なお、パワーアンプ１００，１０２，１０４の入出力には、インピーダンスマッチングを行うための整合回路１１０，１１２，１１４，１１６が設けられている。

【0017】

バイアス電圧生成回路１２０は、所定レベルの電圧Ｖ_ＢＩＡＳに基づいて、パワーアンプ１００のための固定バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ１}を生成する。そして、バイアス電流生成回路１３０は、バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ１}に基づいて、パワーアンプ１００のバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ１を生成する。

【0018】

可変バイアス電圧生成回路１２４は、パワーアンプ１０２，１０４のための可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}を生成する。具体的には、可変バイアス電圧生成回路１２４は、パワーアンプ１０６の出力信号のレベルの上昇に伴って低下する可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}を生成する。なお、可変バイアス電圧生成回路１２４は、フィルタ回路１５０及び電圧調整回路１５２を含んでいる。フィルタ回路１５０は、パワーアンプ１０６の出力信号に含まれる交流成分（基本波成分及び高調波成分）を減衰させる。そして、電圧調整回路１５２は、フィルタ回路１５０の出力信号のレベルに応じた可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}を生成する。

【0019】

バイアス電流生成回路１３２は、バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}に基づいて、パワーアンプ１０２のバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ２を生成する。同様に、バイアス電流生成回路１３４は、バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ３}に基づいて、パワーアンプ１０４のバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ３を生成する。

【0020】

パワーアンプ１０６は、パワーアンプ１００，１０２，１０４において電力増幅を行うトランジスタ（増幅素子）と同等のゲイン特性でサイズの小さいトランジスタを含んで構成される。パワーアンプ１０６は、整合回路１１０及びコンデンサ１４０を介して入力される信号の増幅を行う。つまり、パワーアンプ１０６は、パワーアンプ１００，１０２，１０４の動作を模擬する回路である。なお、パワーアンプ１０６のサイズは、パワーアンプ１００，１０２，１０４と同程度であってもよいが、小さいサイズとすることにより、チップサイズや消費電力の増大を抑制することができる。

【0021】

バイアス電圧生成回路１２２は、所定レベルの電圧Ｖ_ＢＩＡＳに基づいて、パワーアンプ１０６のための固定バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ４}を生成する。そして、バイアス電流生成回路１３６は、バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ４}に基づいて、パワーアンプ１０６のバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ４を生成する。

【0022】

図３は、図２に示した電力増幅回路３０の回路構成の一例を示す図である。図３に示す構成では、パワーアンプ１００は、トランジスタ２００、コイル２１０、及びコンデンサ２２０を含んでいる。トランジスタ２００は、例えば、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）や電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の増幅素子である。以後、本実施形態で用いられるトランジスタはＨＢＴであることとして説明するが、ＦＥＴ等の他のトランジスタを用いることも可能である。パワーアンプ１０２も同様に、トランジスタ２０２、コイル２１２、及びコンデンサ２２２を含んでいる。また、パワーアンプ１０４は、トランジスタ２０４、コイル２１４、及びコンデンサ２２４を含んでいる。

【0023】

バイアス電圧生成回路１２０は、ダイオード接続されたトランジスタ２３０，２３２、及び抵抗２４０を含んでいる。トランジスタ２３０，２３２には、電圧Ｖ_ＢＩＡＳが抵抗２４０を介して印加されている。そして、バイアス電圧生成回路１２０は、抵抗２４０とトランジスタ２３０のコレクタとの間に生じる、固定レベルのバイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ１}を、バイアス電流生成回路１３０に出力する。

【0024】

バイアス電流生成回路１３０は、トランジスタ２５０及びコンデンサ２６０を含んでいる。バイアス電流生成回路１３０は、トランジスタ２５０のベースに印加されるバイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ１}に基づいてバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ１を生成し、該バイアス電流を、抵抗３００を介してトランジスタ２００のベースに供給する。

【0025】

バイアス電圧生成回路１２２は、ダイオード接続されたトランジスタ２３４，２３６、及び抵抗２４２を含んでいる。トランジスタ２３４，２３６には、電圧Ｖ_ＢＩＡＳが抵抗２４２を介して印加されている。そして、バイアス電圧生成回路１２２は、抵抗２４２とトランジスタ２３４のコレクタとの間に生じる、固定レベルのバイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ４}を、バイアス電流生成回路１３６に出力する。

【0026】

バイアス電流生成回路１３６は、トランジスタ２５６及びコンデンサ２６６を含んでいる。バイアス電流生成回路１３６は、トランジスタ２５６のベースに印加されるバイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ４}に基づいてバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ４を生成し、該バイアス電流を、抵抗３０６を介してトランジスタ２０６のベースに供給する。

【0027】

パワーアンプ１０６は、トランジスタ２０６を含んでいる。トランジスタ２０６は、トランジスタ２００，２０２，２０４と同等のゲイン特性でサイズの小さい増幅素子である。トランジスタ２０６のベースには、整合回路１１０から出力される信号がコンデンサ１４０を介して入力されている。トランジスタ２０６のコレクタには、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが抵抗２７０を介して印加され、トランジスタ２０６のエミッタは接地されている。トランジスタ２０６は、ベースに入力される信号を増幅した出力信号として、コレクタ電流Ｉ_ＣＥ４を生成する。

【0028】

なお、トランジスタのサイズとは、ＨＢＴなどのバイポーラ接続型トランジスタではエミッタ電極の面積であり、ＭＯＳＦＥＴなどのＦＥＴではゲート電極の電極幅である。また、パワーアンプにおいては出力段に近いトランジスタほどサイズを大きく設計するが、トランジスタ２０６のサイズを多段接続されたパワーアンプを構成するトランジスタ２００，２０２，２０４の中で最も小さいトランジスタ２００よりも小さくすることで、電力増幅回路３０を低消費電力化および小型化することができる。

【0029】

可変バイアス電圧生成回路１２４は、抵抗２７０、フィルタ回路１５０、及び電圧調整回路１５２を含んでいる。抵抗２７０は、パワーアンプ１０６の出力信号（コレクタ電流Ｉ_ＣＥ４）のレベルの上昇に伴って低下する電圧Ｖ_ＯＵＴ４を生成する。

【0030】

フィルタ回路１５０は、抵抗２８０及びコンデンサ２８２を含むローパスフィルタを構成している。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、例えば、１５０ＭＨｚ程度であり、フィルタ回路１５０は、パワーアンプ１０６の出力信号に含まれる交流成分（基本波成分及び高調波成分）、すなわち、電圧Ｖ_ＯＵＴ４に含まれる交流成分を減衰させることができる。なお、ローパスフィルタの構成は、抵抗２８０及びコンデンサ２８２に限られず、例えば、抵抗２８０の代わりにコイルを用いることとしてもよい。また、フィルタ回路１５０は、ローパスフィルタに限られず、帯域除去フィルタ等であってもよい。

【0031】

電圧調整回路１５２は、抵抗２９０，２９２を含んでいる。電圧調整回路１５２は、フィルタ回路１５０の出力信号からバイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}を生成し、それぞれ、トランジスタ２５２，２５４のベースに印加する。なお、抵抗２９０，２９２の抵抗値は、パワーアンプ１０２，１０４のゲインに応じて任意に定めることができる。

【0032】

バイアス電流生成回路１３２は、トランジスタ２５２及びコンデンサ２６２を含んでいる。バイアス電流生成回路１３２は、トランジスタ２５２のベースに印加される可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}に基づいてバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ２を生成し、該バイアス電流を、抵抗３０２を介してトランジスタ２０２のベースに供給する。

【0033】

バイアス電流生成回路１３４は、トランジスタ２５４及びコンデンサ２６４を含んでいる。バイアス電流生成回路１３４は、トランジスタ２５４のベースに印加される可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ３}に基づいてバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ３を生成し、該バイアス電流を、抵抗３０４を介してトランジスタ２０４のベースに供給する。

【0034】

図３に示した構成に基づいて、電力増幅回路３０の動作について説明する。パワーアンプ１００，１０２，１０４は、三段の増幅回路を構成しており、入力信号ＲＦ_ＩＮを増幅し、増幅信号ＲＦ_ＯＵＴを出力する。この入力信号ＲＦ_ＩＮは、整合回路１１０及びコンデンサ１４０を介してパワーアンプ１０６にも入力されている。パワーアンプ１０６を構成するトランジスタ２０６は、ベースに入力される信号を増幅した出力信号（コレクタ電流Ｉ_ＣＥ４）を生成する。

【0035】

トランジスタ２０６は、トランジスタ２００，２０２，２０４と同様に、送信電力のレベル（入力信号ＲＦ_ＩＮのレベル）が高い領域において非線形なゲイン特性を有する。そのため、図４Ａに示すように、送信電力のレベル（入力信号ＲＦ_ＩＮのレベル）が高い領域において、バイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ４が上昇する。これに伴い、図４Ｂに示すように、パワーアンプ１０６のゲインが増大し、パワーアンプ１０６の出力信号（コレクタ電流Ｉ_ＣＥ４）のレベルが上昇することとなる。

【0036】

可変バイアス電圧生成回路１２４は、抵抗２７０によって、パワーアンプ１０６の出力信号を電圧Ｖ_ＯＵＴ４に変換する。なお、電圧Ｖ_ＯＵＴ４は、出力信号のレベルの上昇に伴って低下する。フィルタ回路１５０は、電圧Ｖ_ＯＵＴ４から交流成分（基本波成分及び高調波成分）を減衰させて直流成分を抽出する。そして、電圧調整回路１５２は、抵抗２９０，２９２により、フィルタ回路１５０の出力から可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}を生成し、バイアス電流生成回路１３２，１３４に供給する。なお、可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}は、パワーアンプ１０６の出力信号（コレクタ電流Ｉ_ＣＥ４）のレベルの上昇に伴って低下する電圧となる。

【0037】

図４Ｃは、送信電力のレベルとバイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}との関係の一例を示す図である。図４Ｄは、送信電力のレベルとバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ２，Ｉ_ＢＥ３との関係の一例を示す図である。また、図４Ｅは、送信電力のレベルと電力増幅用のパワーアンプのゲインとの関係の一例を示す図である。図４Ｃ〜図４Ｅにおいて、実線は、バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}が可変である場合を示し、破線は、バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}が固定である場合を示している。

【0038】

図４Ｃに示すように、可変バイアス電圧生成回路１２４は、送信電力のレベル（入力信号ＲＦ_ＩＮのレベル）が高い領域において、可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}を低くすることができる。そのため、図４Ｄに示すように、送信電力のレベル（入力信号ＲＦ_ＩＮのレベル）が高い領域において、パワーアンプ１０２，１０４のためのバイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ２，Ｉ_ＢＥ３の上昇を抑制することができる。そして、バイアス電流（ベース電流）Ｉ_ＢＥ２，Ｉ_ＢＥ３の上昇が抑制されることにより、図４Ｅに示すように、送信電力のレベル（入力信号ＲＦ_ＩＮのレベル）が高い領域において、パワーアンプ１０２，１０４のゲインが増大することを抑制することができる。これにより、電力増幅回路３０における線形性を高めることが可能となる。

【0039】

なお、図２及び図３では、電力増幅回路３０の一例として、三段のパワーアンプによる構成を示したが、パワーアンプの段数はこれに限られず、一段や二段であってもよいし、四段以上であってもよい。また、図２及び図３で示した構成では、二段目及び三段目のパワーアンプ１０２，１０４のためのバイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}を制御することとしたが、制御対象のバイアス電圧はこれに限られない。例えば、パワーアンプ１０４のためのバイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ３}のみを制御することとしてもよいし、全段のパワーアンプ１００，１０２，１０４のためのバイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ１}，Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}を制御することとしてもよい。

【0040】

図５は、全段のパワーアンプのためのバイアス電圧を制御する場合の電力増幅回路３０の構成例を示す図である。図２に示した構成との違いは、バイアス電圧生成回路１２０の代わりに、可変バイアス電圧生成回路４００の電圧調整回路４１０が、パワーアンプ１００のための可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ１}を生成する点である。なお、電圧調整回路４１０は、図２の構成と同様に、パワーアンプ１０２，１０４のための可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}も生成する。

【0041】

図６は、図５に示した電力増幅回路３０の回路構成の一例を示す図である。図３に示した構成との違いは、電圧調整回路４１０が、フィルタ回路１５０と抵抗２９０，２９２の間に、抵抗４２０を備える点である。そして、電圧調整回路４１０は、抵抗４２０のフィルタ回路１５０側の端子に生じる電圧を、可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ１}として、バイアス電流生成回路１３０に供給する。したがって、可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ１}は、可変バイアス電圧Ｖ_{ＢＩＡＳ２}，Ｖ_{ＢＩＡＳ３}と同様に、送信電力のレベル（入力信号ＲＦ_ＩＮのレベル）が高い領域において低くなるように制御される。

【0042】

図７は、電力増幅回路３０を含む電力増幅モジュール（複合モジュール）の構成の一例を示す図である。電力増幅モジュール５００は、多層基板５１０を用いて構成されている。多層基板５１０の主面上には、電力増幅回路３０を集積化した半導体集積回路５２０が実装されている。なお、電力増幅回路３０を構成する全ての素子を集積化する必要はなく、一部の素子は半導体集積回路５２０の外部に設けてもよい。例えば、フィルタ回路１５０を構成するコンデンサ２８２は、サイズが大きくなることがあるため、多層基板５１０の主面上にチップコンデンサ５３０として形成してもよい。また、多層基板５１０の隣接する層間の電極対５４０により形成される層間容量を、コンデンサ２８２として用いてもよい。

【0043】

以上、本実施形態の電力増幅回路及び電力増幅モジュールについて説明した。本実施形態によれば、電力増幅用のパワーアンプ（増幅用パワーアンプ）の動作を模擬するパワーアンプ（模擬パワーアンプ）の出力信号のレベルの上昇に伴って、増幅用パワーアンプのためのバイアス電圧を低下させることができる。つまり、増幅用パワーアンプに固定バイアス電圧を供給した場合にゲインが増大する領域において、バイアス電圧を低下させることによってゲインの増大を抑制することができる。これにより、電力増幅回路における線形性を高めることが可能となる。

【0044】

そして、本実施形態の電力増幅回路によれば、模擬パワーアンプのサイズを増幅用パワーアンプのサイズより小さくすることにより、チップサイズや消費電力の増大を抑制することができる。

【0045】

また、本実施形態の電力増幅回路によれば、電力増幅回路が複数段のパワーアンプによって構成される場合において、最終段のパワーアンプや、最終段に近いパワーアンプのためのバイアス電圧を制御することにより、電力増幅回路全体でのゲインの変動を効果的に抑制することができる。

【0046】

また、本実施形態の電力増幅回路によれば、電力増幅回路が複数段のパワーアンプによって構成される場合において、各パワーアンプのためのバイアス電圧のレベルを、各パワーアンプのゲインに応じたレベルとすることができる。

【0047】

また、本実施形態の電力増幅回路によれば、フィルタ回路によって模擬パワーアンプの出力信号の交流成分を減衰させることにより、交流成分によるバイアス電圧の変動を抑制することができる。

【0048】

また、本実施形態の電力増幅モジュールによれば、電力増幅回路におけるフィルタを構成するコンデンサを、電力増幅用のパワーアンプの半導体集積回路とは別に形成することができる。例えば、半導体集積回路を多層基板上に実装し、多層基板上に実装されるチップコンデンサや、多層基板の層間容量を、フィルタを構成するコンデンサとして用いることができる。これにより、半導体集積回路のサイズの増大を抑制することができる。

【0049】

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。

【符号の説明】

【0050】

１０ 送信ユニット
２０ 変調部
２５ 送信電力制御部
３０ 電力増幅回路
３５ フロントエンド部
４０ アンテナ
１００，１０２，１０４，１０６ パワーアンプ
１１０，１１２，１１４，１１６ 整合回路
１２０，１２２ バイアス電圧生成回路
１２４，４００ 可変バイアス電圧生成回路
１３０，１３２，１３４，１３６ バイアス電流生成回路
１４０ コンデンサ
１５０ フィルタ回路
１５２，４１０ 電圧調整回路
２００，２０２，２０４，２０６ トランジスタ
２１０，２１２，２１４ コイル
２２０，２２２，２２４ コンデンサ
２３０，２３２，２３４，２３６ トランジスタ
２４０，２４２ 抵抗
２５０，２５２，２５４，２５６ トランジスタ
２６０，２６２，２６４，２６６，２８２ コンデンサ
２７０，２８０，２９０，２９２，３００，３０２，３０４，３０６，４２０ 抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図5】

【図6】

【図7】