特許 6579310 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】6579310

(24)【登録日】2019年9月6日

(45)【発行日】2019年9月25日

(54)【発明の名称】電力増幅モジュール

(51)【国際特許分類】

   H03F 3/24 20060101AFI20190912BHJP

【ＦＩ】

   H03F3/24

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-120743(P2015-120743)

(22)【出願日】2015年6月16日

(65)【公開番号】特開2017-5640(P2017-5640A)

(43)【公開日】2017年1月5日

【審査請求日】2018年3月8日

(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】本多 悠里

【審査官】 工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第６２６５９４３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００７−２２１４９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｆ３／０４

Ｈ０３Ｆ３／１９５

Ｈ０３Ｆ３／２４

Ｈ０４Ｂ１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線周波数信号を増幅する増幅トランジスタと、
バイアス制御電圧に応じたバイアス電流を前記増幅トランジスタのベースに供給するバイアス回路と、
を備え、
前記バイアス回路は、
前記バイアス制御電圧に応じた第１の電流を生成する、所定の抵抗値を有する第１の抵抗器と、
前記第１の電流に応じた第２の電流がコレクタに供給される第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのベース電流に応じた第１の電圧を生成する、所定の抵抗値を有する第２の抵抗器と、
前記第１の電圧に応じた前記バイアス電流を出力する出力回路と、
一方の入力端子に前記バイアス制御電圧が供給され、他方の入力端子が前記第１の抵抗器の一端に接続されるオペアンプと、
前記第１の抵抗器の前記一端に前記第１の電流を供給する第１のＦＥＴと、
前記第１のＦＥＴと電流ミラー接続され、前記第２の電流を前記第１のトランジスタに供給する第２のＦＥＴと、
を備え、
前記第２の抵抗器は、一端が前記第１のトランジスタのベースと接続され、他端に前記第１の電圧を生成し、
前記出力回路は、第３の抵抗器及び第２のトランジスタを含み、
前記第３の抵抗器は、一端に前記第１の電圧が供給され、他端が前記増幅トランジスタのベースと接続され、
前記第２のトランジスタは、エミッタが前記第３の抵抗器の前記一端と接続され、ベースが前記オペアンプの出力端子と接続され、
前記第１及び第２の抵抗器は同一の集積回路上に形成され、
前記第１の電圧は、前記第１の抵抗器の抵抗値の増大に伴って下降し、前記第２の抵抗器の抵抗値の増大に伴って上昇する、
電力増幅モジュール。

【請求項2】

無線周波数信号を増幅する増幅トランジスタと、
バイアス制御電圧に応じたバイアス電流を前記増幅トランジスタのベースに供給するバイアス回路と、
を備え、
前記バイアス回路は、
前記バイアス制御電圧に応じた第１の電流を生成する、所定の抵抗値を有する第１の抵抗器と、
前記第１の電流に応じた第２の電流がコレクタに供給される第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのベース電流に応じた第１の電圧を生成する、所定の抵抗値を有する第２の抵抗器と、
前記第１の電圧に応じた前記バイアス電流を出力する出力回路と、
前記第１の抵抗器の一端に前記第１の電流を供給する第１のＦＥＴと、
前記第１のＦＥＴと電流ミラー接続され、前記第２の電流を前記第１のトランジスタに供給する第２のＦＥＴと、
を備え、
前記第２の抵抗器は、一端が前記第１のトランジスタのエミッタと接続され、他端が接地され、前記第１のトランジスタのベースに前記第１の電圧を生成し、
前記出力回路は、第３の抵抗器を含み、
前記第３の抵抗器は、一端に前記第１の電圧が供給され、他端が前記増幅トランジスタのベースと接続され、
前記第１及び第２の抵抗器は同一の集積回路上に形成され、
前記第１の電圧は、前記第１の抵抗器の抵抗値の増大に伴って下降し、前記第２の抵抗器の抵抗値の増大に伴って上昇する、
電力増幅モジュール。

【請求項3】

請求項２に記載の電力増幅モジュールであって、
前記バイアス回路は、一方の入力端子に前記バイアス制御電圧が供給され、他方の入力端子が前記第１の抵抗器の前記一端に接続されるオペアンプをさらに備え、
前記出力回路は、第２のトランジスタをさらに含み、
前記第２のトランジスタは、エミッタが前記第３の抵抗器の前記一端と接続され、ベースが前記オペアンプの出力端子と接続される、
電力増幅モジュール。

【請求項4】

無線周波数信号を増幅する増幅トランジスタと、
バイアス制御電圧に応じたバイアス電流を前記増幅トランジスタのベースに供給するバイアス回路と、
を備え、
前記バイアス回路は、
前記バイアス制御電圧に応じた第１の電流を生成する、所定の抵抗値を有する第１の抵抗器と、
前記第１の電流に応じた第２の電流がコレクタに供給される第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのベース電流に応じた第１の電圧を生成する、所定の抵抗値を有する第２の抵抗器と、
前記第１のトランジスタの前記ベース電流を出力する第２のトランジスタと、
前記第１の電圧に応じた前記バイアス電流を出力する出力回路と、
前記第１の抵抗器の一端に前記第１の電流を供給する第１のＦＥＴと、
前記第１のＦＥＴと電流ミラー接続され、前記第２の電流を前記第１のトランジスタに供給する第２のＦＥＴと、
を備え、
前記第２の抵抗器は、一端が前記第２のトランジスタのベースと接続され、他端に前記第１の電圧を生成し、
前記出力回路は、第３のトランジスタ及び第３の抵抗器を含み、
前記第３のトランジスタは、ベースに前記第１の電圧が供給され、
前記第３の抵抗器は、一端が前記第３のトランジスタのエミッタと接続され、他端が前記増幅トランジスタのベースと接続され、
前記第１及び第２の抵抗器は同一の集積回路上に形成され、
前記第１の電圧は、前記第１の抵抗器の抵抗値の増大に伴って下降し、前記第２の抵抗器の抵抗値の増大に伴って上昇する、
電力増幅モジュール。

【請求項5】

請求項４に記載の電力増幅モジュールであって、
前記バイアス回路は、一方の入力端子に前記バイアス制御電圧が供給され、他方の入力端子が前記第１の抵抗器の前記一端に接続され、出力端子が前記第２の抵抗器の前記他端と接続されるオペアンプをさらに備える、
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。電力増幅モジュールでは、電力増幅用のトランジスタにバイアス電流を供給するためのバイアス回路が用いられる。

【0003】

例えば、特許文献１には、増幅トランジスタを含む化合物半導体集積回路と、当該増幅トランジスタにバイアス電流を出力するバイアス回路を含むシリコン半導体集積回路とを備える電力増幅モジュールが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−２２１４９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された構成では、バイアス回路において、電流源から出力される基準電流に基づいてバイアス電流が生成される。このような基準電流を生成するためには、一般的に抵抗器が用いられる。この抵抗器を、シリコン半導体集積回路に形成した場合、製造時に抵抗値が変動することがある。そして、抵抗値の変動は、バイアス電流の変動を招き、電力増幅モジュールの特性を変動させてしまう。また、抵抗値の変動を抑制するために、この抵抗器をチップ抵抗器とする構成も考えられるが、電力増幅モジュールの実装面積の増大を招く。

【0006】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、実装面積を増大させることなく、製造時における抵抗値のばらつきによって生じる電力増幅モジュールの特性変動を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面に係る電力増幅モジュールは、無線周波数信号を増幅する増幅トランジスタと、バイアス制御電圧に応じたバイアス電流を増幅トランジスタのベースに供給するバイアス回路と、を備え、バイアス回路は、バイアス制御電圧に応じた第１の電流を生成する、所定の抵抗値を有する第１の抵抗器と、第１の電流に応じた第２の電流がコレクタに供給される第１のトランジスタと、第１のトランジスタのベース電流に応じた第１の電圧を生成する、所定の抵抗値を有する第２の抵抗器と、第１の電圧に応じたバイアス電流を出力する出力回路と、を備え、第１の電圧は、第１の抵抗器の抵抗値の増大に伴って下降し、第２の抵抗器の抵抗値の増大に伴って上昇する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、実装面積を増大させることなく、製造時における抵抗値のばらつきによって生じる電力増幅モジュールの特性変動を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】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。

【図2】電力増幅モジュール１１２の一例である電力増幅モジュール１１２Ａの構成を示す図である。

【図3】電力増幅モジュール１１２の比較例である電力増幅モジュール３００の構成を示す図である。

【図4】電力増幅モジュール１１２Ａ及び電力増幅モジュール３００における、バイアス電流のばらつきを示すシミュレーション結果である。

【図5】電力増幅モジュール１１２の一例である電力増幅モジュール１１２Ｂの構成を示す図である。

【図6】電力増幅モジュール１１２の一例である電力増幅モジュール１１２Ｃの構成を示す図である。

【図7】電力増幅モジュール１１２Ｃ及び電力増幅モジュール３００における、バイアス電流のばらつきを示すシミュレーション結果である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

図１に示すように、送信ユニット１００は、ベースバンド部１１０、ＲＦ部１１１、電力増幅モジュール１１２、フロントエンド部１１３、及びアンテナ１１４を備える。

【0012】

ベースバンド部１１０は、ＨＳＵＰＡやＬＴＥ等の変調方式に基づいて、音声やデータなどの入力信号を変調し、変調信号を出力する。本実施形態では、ベースバンド部１１０から出力される変調信号は、振幅および位相をＩＱ平面上で表したＩＱ信号（Ｉ信号及びＱ信号）として出力される。ＩＱ信号の周波数は、例えば、数ＭＨｚから数１０ＭＨｚ程度である。

【0013】

ＲＦ部１１１は、ベースバンド部１１０から出力されるＩＱ信号から、無線送信を行うためのＲＦ信号（ＲＦ_IN）を生成する。ＲＦ信号は、例えば、数百ＭＨｚから数ＧＨｚ程度である。

【0014】

電力増幅モジュール１１２は、ＲＦ部１１１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。

【0015】

フロントエンド部１１３は、増幅信号（ＲＦ_OUT）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１１３から出力される増幅信号は、アンテナ１１４を介して基地局に送信される。

【0016】

図２は、電力増幅モジュール１１２の一例である電力増幅モジュール１１２Ａを示す図である。図２に示すように、電力増幅モジュール１１２Ａは、ＧａＡｓ等により形成される化合物半導体集積回路２００、及びシリコンにより形成されるシリコン半導体集積回路２１０を含む。

【0017】

化合物半導体集積回路２００は、トランジスタＴＲ０，ＴＲ１，ＴＲ２、キャパシタＣ０、抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、及びインダクタＬ０を含む。

【0018】

シリコン半導体集積回路２１０は、オペアンプＯＰ、電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｆ１，Ｆ２、及び抵抗器Ｒ４を含む。

【0019】

電力増幅モジュール１１２Ａでは、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２、ＦＥＴ（Ｆ１，Ｆ２）、オペアンプＯＰ、及び抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３により、バイアス回路２２０Ａが構成される。

【0020】

トランジスタＴＲ０（増幅トランジスタ）は、例えば、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である。トランジスタＴＲ０のコレクタには、インダクタＬ０を介して電源電圧Ｖ_CCが供給される。トランジスタＴＲ０のベースには、キャパシタＣ０を通じてＲＦ信号（ＲＦ_IN）が入力される。トランジスタＴＲ０のエミッタは、接地される。トランジスタＴＲ０は、ＲＦ信号（ＲＦ_IN）を増幅した増幅信号（ＲＦ_OUT）をコレクタから出力する。

【0021】

バイアス回路２２０Ａは、トランジスタＴＲ０のベースにバイアス電流を供給する。バイアス回路２２０Ａの構成の詳細について説明する。前提条件として、抵抗器の抵抗値のばらつきを補償するため、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２は、同一の集積回路上に形成されており、抵抗器Ｒ１の抵抗値のばらつきと、抵抗器Ｒ２の抵抗値のばらつきは、同様である。例えば、ある集積回路に形成された抵抗器Ｒ１の抵抗値（Ｒ１−１）及び抵抗器Ｒ２の抵抗値（Ｒ２−１）と、別の集積回路に形成された抵抗器Ｒ１の抵抗値（Ｒ１−２）及び抵抗器Ｒ２の抵抗値（Ｒ２−２）とを比較した場合、Ｒ１−１＜Ｒ１−２であれば、Ｒ２−１＜Ｒ２−２である。

【0022】

オペアンプＯＰは、非反転入力端子にバイアス制御電圧Ｖ_CONTが供給され、反転入力端子が抵抗器Ｒ１の第１の端子に接続され、出力端子が抵抗器Ｒ４の第１の端子に接続される。

【0023】

抵抗器Ｒ４は、第１の端子がオペアンプＯＰの出力端子と接続され、第２の端子がトランジスタＴＲ２のベースと接続される。

【0024】

抵抗器Ｒ１（第１の抵抗器）は、第１の端子がオペアンプＯＰの反転入力端子と接続され、第２の端子が接地される。

【0025】

ＦＥＴ（Ｆ１）（第１のＦＥＴ）は、ソースに電源電圧Ｖ_CCが供給され、ドレインが抵抗器Ｒ１の第１の端子と接続される。ＦＥＴ（Ｆ１）のゲートは、ＦＥＴ（Ｆ２）のゲートと接続される。ＦＥＴ（Ｆ２）（第２のＦＥＴ）は、ソースに電源電圧Ｖ_CCが供給され、ドレインがトランジスタＴＲ１のコレクタと接続される。ＦＥＴ（Ｆ２）のゲートは、自身のドレインと、ＦＥＴ（Ｆ１）のゲートと接続される。即ち、ＦＥＴ（Ｆ１，Ｆ２）は電流ミラー接続されている。

【0026】

トランジスタＴＲ１（第１のトランジスタ）は、コレクタがＦＥＴ（Ｆ２）のドレインと接続され、エミッタが接地される。トランジスタＴＲ１のベースは、抵抗器Ｒ２の第１の端子に接続される。

【0027】

抵抗器Ｒ２（第２の抵抗器）は、第１の端子がトランジスタＴＲ１のベースと接続され、第２の端子が抵抗器Ｒ３の第１の端子及びトランジスタＴＲ２のエミッタと接続される。

【0028】

トランジスタＴＲ２（第２のトランジスタ）は、コレクタに電源電圧Ｖ_CCが供給され、エミッタが抵抗器Ｒ２の第２の端子及び抵抗器Ｒ３の第１の端子と接続される。トランジスタＴＲ２のベースは、抵抗器Ｒ４の第２の端子と接続される。

【0029】

抵抗器Ｒ３（第３の抵抗器）は、第１の端子が抵抗器Ｒ２の第２の端子及びトランジスタＴＲ２のエミッタと接続される。抵抗器Ｒ３の第２の端子は、トランジスタＴＲ０のベースと接続される。

【0030】

電力増幅モジュール１１２Ａにおけるバイアス回路２２０Ａの動作について説明する。

【0031】

オペアンプＯＰは、反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧と等しくなるように動作する。従って、抵抗器Ｒ１の第１の端子の電圧は、バイアス制御電圧Ｖ_CONTとなる。抵抗器Ｒ１の抵抗値をＲ１とすると、抵抗器Ｒ１に流れる電流Ｉ１（第１の電流）は、次式（１）となる。
Ｉ１＝Ｖ_CONT／Ｒ１ ・・・（１）

【0032】

ＦＥＴ（Ｆ１，Ｆ２）は電流ミラー接続されているため、ＦＥＴ（Ｆ１，Ｆ２）のサイズ比を１：Ａとすると、ＦＥＴ（Ｆ２）に流れる電流Ｉ２（第２の電流）は、次式（２）となる。
Ｉ２＝（Ａ×Ｖ_CONT）／Ｒ１ ・・・（２）

【0033】

トランジスタＴＲ１の電流増幅率をｈＦＥとすると、トランジスタＴＲ１のベース電流Ｉ３は、次式（３）となる。
Ｉ３＝Ｉ２／ｈＦＥ＝（Ａ×Ｖ_CONT）／（Ｒ１×ｈＦＥ） ・・・（３）

【0034】

飽和電流をＩ_S、熱電圧をＶ_T、ボルツマン係数をｋ、絶対温度をＴ、トランジスタＴＲ１のベース・エミッタ間電圧をＶ_BEとすると、トランジスタＴＲ１のコレクタ電流Ｉ２は、次式（４）で表すことができる。
Ｉ２＝Ｉ_Sｅｘｐ（ｑ（Ｖ_BE−Ｖ_T）／ｋＴ） ・・・（４）

【0035】

抵抗器Ｒ２の抵抗値をＲ２とすると、抵抗器Ｒ２の第２の端子に生成される電圧Ｖ１（第１の電圧）は、次式（５）となる。
Ｖ１＝Ｖ_BE＋Ｒ２×Ｉ３＝Ｖ_BE＋（Ｒ２×Ａ×Ｖ_CONT）／（Ｒ１×ｈＦＥ） ・・・（５）

【0036】

式（３）、（４）及び（５）より、電圧Ｖ１は、次式（６）で表すことができる。
Ｖ１＝Ｖ_T＋（ｋＴ／ｑ）×ｌｎ｛（Ａ×Ｖ_CONT）／（Ｒ１×Ｉ_S）｝＋（Ｒ２×Ａ×Ｖ_CONT）／（Ｒ１×ｈＦＥ） ・・・（６）

【0037】

式（６）において、右辺第１項Ｖ_Tは一定である。

【0038】

また、式（６）において、右辺第２項（ｋＴ／ｑ）×ｌｎ｛（Ａ×Ｖ_CONT）／（Ｒ１×Ｉ_S）｝は対数であるため、製造時におけるＲ１の数値変動の影響は無視できる。

【0039】

また、式（６）において、右辺第３項（Ｒ２×Ａ×Ｖ_CONT）／（Ｒ１×ｈＦＥ）は、分母にＲ１、分子にＲ２を含む。従って、製造ばらつきによるＲ１，Ｒ２の変動は打ち消される。

【0040】

よって、バイアス回路２２０Ａでは、抵抗値の変動の影響を受けない安定した電圧Ｖ１を生成することができる。これにより、トランジスタＴＲ０に供給されるバイアス電流の変動を抑制することができる。また、抵抗値の変動を抑制するためにチップ抵抗器を用いる場合と比較して、実装面積の増大を抑制することができる。

【0041】

図３は、電力増幅モジュール１１２の比較例である電力増幅モジュール３００の構成を示す図である。なお、電力増幅モジュール１１２Ａと同等の要素には同等の符号を付して説明を省略する。

【0042】

電力増幅モジュール３００は、バイアス回路３１０を備える。バイアス回路３１０は、トランジスタＴＲ１１，ＴＲ１２，ＴＲ１３及び抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２を含む。

【0043】

抵抗器Ｒ１１は、第１の端子にバイアス制御電圧Ｖ_CONTが供給される。抵抗器Ｒ１１の第２の端子は、トランジスタＴＲ１１のコレクタ及びトランジスタＴＲ１３のベースに接続される。

【0044】

トランジスタＴＲ１１は、コレクタとベースが接続され、ダイオードを構成している。以後、この構成をダイオード接続と呼ぶ。トランジスタＴＲ１１は、コレクタが、抵抗器Ｒ１１の第２の端子と接続され、エミッタがトランジスタＴＲ１２のコレクタと接続される。

【0045】

トランジスタＴＲ１２は、ダイオード接続されている。トランジスタＴＲ１２は、コレクタが、トランジスタＴＲ１１のエミッタと接続され、エミッタが接地される。

【0046】

トランジスタＴＲ１３は、コレクタに電源電圧Ｖ_CCが供給され、エミッタが抵抗器Ｒ１２の第１の端子と接続される。トランジスタＴＲ１３のベースは、抵抗器Ｒ１１の第２の端子と接続される。

【0047】

抵抗器Ｒ１２は、第１の端子がトランジスタＴＲ１３のエミッタと接続され、第２の端子がトランジスタＴＲ０のベースと接続される。

【0048】

バイアス回路３１０は、バイアス制御電圧Ｖ_CONTに応じたバイアス電流をトランジスタＴＲ０のベースに供給する。なお、バイアス回路３１０では、製造ばらつきにより抵抗器Ｒ１１の抵抗値が変動すると、トランジスタＴＲ１３のベース電圧が変動する。そして、トランジスタＴＲ１３のベース電圧の変動により、トランジスタＴＲ０に供給されるバイアス電流が変動する。

【0049】

図４は、電力増幅モジュール１１２Ａ及び電力増幅モジュール３００における、バイアス電流のばらつきを示すシミュレーション結果である。図４において、横軸は、トランジスタＴＲ０のコレクタ電流を示す。また、縦軸は、バイアス電流の設計値を１．０とし、製造ばらつきによる抵抗値の変動を±１０％とした場合のバイアス電流の変動を示す。

【0050】

図４に示すように、コレクタ電流０．４Ａ以上の領域において、電力増幅モジュール１１２Ａにおけるバイアス電流の変動は、電力増幅モジュール３００におけるバイアス電流の変動よりも小さくなっている。従って、このシミュレーション結果からも、電力増幅モジュール１１２Ａでは、トランジスタＴＲ０に供給されるバイアス電流の変動を抑制可能であることがわかる。

【0051】

図５は、電力増幅モジュール１１２の一例である電力増幅モジュール１１２Ｂの構成を示す図である。なお、電力増幅モジュール１１２Ａと同等の要素には同等の符号を付して説明を省略する。

【0052】

電力増幅モジュール１１２Ｂは、電力増幅モジュール１１２Ａのバイアス回路２２０Ａの代わりにバイアス回路２２０Ｂを備える。

【0053】

バイアス回路２２０Ｂでは、抵抗器Ｒ２の第１の端子がトランジスタＴＲ１のエミッタと接続され、抵抗器Ｒ２の第２の端子が接地されている。バイアス回路２２０Ｂの他の構成は、バイアス回路２２０Ａと同一である。

【0054】

バイアス回路２２０Ｂにおいて、トランジスタＴＲ１のベースに生成される電圧Ｖ１は、次式（７）となる。
Ｖ１＝Ｖ_BE＋Ｉ２×Ｒ２＝Ｖ_BE＋（Ｒ２×Ａ×Ｖ_CONT）／Ｒ１ ・・・（７）

【0055】

式（４）及び（７）より、電圧Ｖ１は、次式（８）で表すことができる。
Ｖ１＝Ｖ_T＋（ｋＴ／ｑ）×ｌｎ｛（Ａ×Ｖ_CONT）／（Ｒ１×Ｉ_S）｝＋（Ｒ２×Ａ×Ｖ_CONT）／Ｒ１ ・・・（８）

【0056】

式（８）によれば、電力増幅モジュール１１２Ｂでは、電力増幅モジュール１１２Ａの場合と同様に、製造ばらつきによる抵抗値の変動によらず安定した電圧Ｖ１を生成することができる。これにより、トランジスタＴＲ０に供給されるバイアス電流の変動を抑制することができる。

【0057】

図６は、電力増幅モジュール１１２の一例である電力増幅モジュール１１２Ｃの構成を示す図である。なお、電力増幅モジュール１１２Ａと同等の要素には同等の符号を付して説明を省略する。

【0058】

電力増幅モジュール１１２Ｃは、電力増幅モジュール１１２Ａのバイアス回路２２０Ａの代わりにバイアス回路２２０Ｃを備える。

【0059】

バイアス回路２２０Ｃは、バイアス回路２２０Ａの構成に加えて、トランジスタＴＲ３を備える。トランジスタＴＲ３は、例えば、ＨＢＴ等のバイポーラトランジスタである。

【0060】

トランジスタＴＲ２は、コレクタに電源電圧Ｖ_CCが供給され、エミッタがトランジスタＴＲ１のベースと接続される。トランジスタＴＲ２のベースは、抵抗器Ｒ２の第１の端子と接続される。

【0061】

抵抗器Ｒ２は、第１の端子がトランジスタＴＲ２のベースと接続され、第２の端子が抵抗器Ｒ４の第２の端子及びトランジスタＴＲ３のベースと接続される。

【0062】

トランジスタＴＲ３（第３のトランジスタ）は、コレクタに電源電圧Ｖ_CCが供給され、エミッタが抵抗器Ｒ３の第１の端子と接続される。トランジスタＴＲ３のベースは、抵抗器Ｒ２の第２の端子及び抵抗器Ｒ４の第２の端子と接続される。

【0063】

バイアス回路２２０Ｃの他の構成は、バイアス回路２２０Ａと同一である。

【0064】

トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のベース・エミッタ間電圧をＶ_BE、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の電流増幅率をｈＦＥとすると、抵抗器Ｒ２の第２の端子に生成される電圧Ｖ１は、次式（９）となる。
Ｖ１＝２×Ｖ_BE＋（Ｉ３×Ｒ２）／ｈＦＥ ・・・（９）

【0065】

式（３）、（４）及び（９）より、電圧Ｖ１は、次式（１０）で表すことができる。
Ｖ１＝２×Ｖ_T＋（ｋＴ／ｑ）×［２×ｌｎ｛（Ａ×Ｖ_CONT）／（Ｒ１×Ｉ_S）｝＋ｌｎ（１／ｈＦＥ）］＋（Ｒ２×Ａ×Ｖ_CONT）／（Ｒ１×ｈＦＥ²） ・・・（１０）

【0066】

式（１０）によれば、電力増幅モジュール１１２Ｃでは、電力増幅モジュール１１２Ａの場合と同様に、製造ばらつきによる抵抗値の変動によらず安定した電圧Ｖ１を生成することができる。これにより、トランジスタＴＲ０に供給されるバイアス電流の変動を抑制することができる。

【0067】

図７は、電力増幅モジュール１１２Ｃ及び電力増幅モジュール３００における、バイアス電流のばらつきを示すシミュレーション結果である。図７において、横軸は、トランジスタＴＲ０のコレクタ電流を示す。また、縦軸は、バイアス電流の設計値を１．０とし、製造ばらつきによる抵抗値の変動を±１０％とした場合のバイアス電流の変動を示す。

【0068】

図７に示すように、コレクタ電流０．２Ａ以上の領域において、電力増幅モジュール１１２Ｃにおけるバイアス電流の変動は、電力増幅モジュール３００におけるバイアス電流の変動よりも小さくなっている。従って、このシミュレーション結果からも、電力増幅モジュール１１２Ｃでは、トランジスタＴＲ０に供給されるバイアス電流の変動を抑制可能であることがわかる。

【0069】

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本実施形態の電力増幅モジュール１１２Ａによれば、バイアス回路２２０Ａは、バイアス制御電圧Ｖ_CONTに応じた電流Ｉ１を生成する抵抗器Ｒ１と、電流Ｉ１に応じた電流Ｉ２がコレクタに供給されるトランジスタＴＲ１と、トランジスタＴＲ１のベース電流に応じた電圧Ｖ１を生成する抵抗器Ｒ２と、電圧Ｖ１に応じたバイアス電流を出力する出力回路とを備え、電圧Ｖ１は、抵抗器Ｒ１の抵抗値の増大に伴って下降し、抵抗器Ｒ２の抵抗値の増大に伴って上昇する。

【0070】

具体的には、例えば、製造ばらつきにより抵抗器Ｒ１の抵抗値が大きくなると、電流Ｉ１が小さくなる。電流Ｉ１が小さくなると、電流Ｉ２も小さくなる。電流Ｉ２が小さくなると、トランジスタＴＲ１のベース電流も小さくなる。抵抗器Ｒ２の抵抗値が固定であれば、ベース電流が小さくなると電圧Ｖ１も小さくなるが、抵抗器Ｒ１と同様の製造ばらつきにより抵抗器Ｒ２の抵抗値も大きくなるため、電圧Ｖ１の変動が抑制される。

【0071】

特に、トランジスタＴＲ０のコレクタ電流が大きくなればなるほど、製造ばらつきによる電流変動が小さくなる。そのため、複数段の増幅器を有する構成では、出力段の増幅器において、電力増幅モジュール１１２の構成を採用することが効果的である。

【0072】

これにより、製造ばらつきによる電力増幅モジュールの特性変動を抑制することが可能となる。電力増幅モジュール１１２Ｂ，１１２Ｃにおいても、同様である。

【0073】

また、電力増幅モジュール１１２Ｂでは、抵抗器Ｒ２がトランジスタＴＲ１のエミッタに接続されている。トランジスタＴＲ１のエミッタ電流は、トランジスタＴＲ１のベース電流のｈＦＥ倍である。そのため、電力増幅モジュール１１２ＡのようにトランジスタＴＲ１のベースに抵抗器Ｒ２を接続する場合と比較して、抵抗器Ｒ２の抵抗値を小さくすることが可能となる。

【0074】

また、電力増幅モジュール１１２Ｃでは、式（１０）において、抵抗値Ｒ１，Ｒ２の変動の影響を受ける右辺第２項に１／ｈＦＥが含まれているため、電力増幅モジュール１１２Ａ，１１２Ｂと比較して、抵抗器Ｒ１，Ｒ２の抵抗値の変動の影響が小さい。従って、電力増幅モジュール１１２Ａ，１１２Ｂよりも、製造ばらつきによる電力増幅モジュールの特性変動をさらに抑制することが可能となる。

【0075】

以上説明した各実施形態は、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。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0076】

１００ 送信ユニット
１１０ ベースバンド部
１１１ ＲＦ部
１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ 電力増幅モジュール
１１３ フロントエンド部
１１４ アンテナ
２００ 化合物半導体集積回路
２１０ シリコン半導体集積回路
２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ バイアス回路
ＴＲ０，ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３ トランジスタ
Ｌ０ インダクタ
Ｃ０ キャパシタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 抵抗器
Ｆ１，Ｆ２ ＦＥＴ
ＯＰ オペアンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】