特開 2026-164248 差動電力増幅器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】

(43)【公開日】

(54)【発明の名称】差動電力増幅器

(51)【国際特許分類】

   

   

   

   

【ＦＩ】

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】

(21)【出願番号】

(22)【出願日】

(71)【出願人】

【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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】澤山 唯人

(72)【発明者】

【氏名】小田 倫也

【テーマコード（参考）】

【Ｆターム（参考）】

5J500AA01

5J500AA12

5J500AA21

5J500AA41

5J500AC61

5J500AF15

5J500AH29

5J500AH33

5J500AH35

5J500AH38

5J500AK45

5J500AT03

(57)【要約】

【課題】複数の差動増幅回路を用いた構成において、バンドごとの通過特性を最適化することができる差動電力増幅器を実現する。
【解決手段】差動電力増幅器は、複数の差動増幅回路を含み、第１差動増幅回路１が増幅動作を行い、かつ、第２差動増幅回路２が増幅動作を行わない第１モードと、第１差動増幅回路１と第２差動増幅回路２とが共に増幅動作を行う第２モードと、を有する。一方端が第１差動増幅回路１の出力端子Ｐ１と接続される第１インダクタＬ１と、第１インダクタＬ１の他方端に接続される第１出力端子ＯＵＴＰ１と、第１出力端子ＯＵＴＰ１と接地電位ＧＮＤとの間に直列接続されるキャパシタＣ及び第２インダクタＬ２と、第２差動増幅回路２の出力端子Ｐ２に接続される第２出力端子ＯＵＴＰ２と、第１差動増幅回路１の出力端子Ｐ１と第２差動増幅回路２の出力端子Ｐ２との間に設けられるスイッチ回路５と、を備え、スイッチ回路５は、第１モードでオフに制御され、第２モードでオンに制御される。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項】

複数の差動増幅回路を含み、
第１差動増幅回路が増幅動作を行い、かつ、第２差動増幅回路が増幅動作を行わない第１モードと、
前記第１差動増幅回路と前記第２差動増幅回路とが共に増幅動作を行う第２モードと、
を有し、
一方端が前記第１差動増幅回路の出力端子と接続される第１インダクタと、
前記第１インダクタの他方端に接続される第１出力端子と、
前記第１出力端子と接地電位との間に直列接続されるキャパシタ及び第２インダクタと、
前記第２差動増幅回路の出力端子に接続される第２出力端子と、
前記第１差動増幅回路の出力端子と前記第２差動増幅回路の出力端子との間に設けられるスイッチ回路と、
を備え、
前記スイッチ回路は、前記第１モードでオフに制御され、前記第２モードでオンに制御される、
差動電力増幅器。

【請求項】

請求項１に記載の差動電力増幅器であって、
前記キャパシタ及び前記第２インダクタは、前記第１モードにおいて第１ノッチフィルタを構成し、
前記キャパシタ、前記第１インダクタ、及び前記第２インダクタは、前記第２モードにおいて第２ノッチフィルタを構成する、
差動電力増幅器。

【請求項】

請求項２に記載の差動電力増幅器であって、
前記第１ノッチフィルタの共振周波数は、前記第１モードにおける基本波のｎ倍波に対応した周波数（但し、ｎ≧３）を含む所定の周波数範囲内に含まれている、
差動電力増幅器。

【請求項】

請求項２又は３に記載の差動電力増幅器であって、
前記第２ノッチフィルタの共振周波数は、前記第２モードにおける基本波の（ｎ－ｍ）倍波に対応した周波数（但し、ｎ＞ｍ≧１、ｎ－ｍ≧２）を含む所定の周波数範囲内に含まれている、
差動電力増幅器。

【請求項】

請求項２から４の何れか一項に記載の差動電力増幅器であって、
前記第１インダクタは、前記第１差動増幅回路の出力端子と前記第１ノッチフィルタとの間の配線インダクタンス成分である、
差動電力増幅器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【】

本開示は、差動電力増幅器に関する。

【背景技術】

【】

携帯電話などの移動体通信分野において、複数の差動増幅回路を組み合わせた電力増幅回路が開示されている。下記特許文献１には、複数の差動増幅回路の出力を合成することにより、広帯域な周波数特性を実現することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【】

【特許文献】特開２０１０－１４１６７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【】

上記特許文献１には、差動増幅での高調波成分を減衰させる構成については記載されていない。また、複数のバンドに対応する場合、バンドごとの通過特性を最適化する必要がある。

【】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の差動増幅回路を用いた構成において、バンドごとの通過特性を最適化することができる差動電力増幅器を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【】

本開示の一側面の差動電力増幅器は、複数の差動増幅回路を含み、第１差動増幅回路が増幅動作を行い、かつ、第２差動増幅回路が増幅動作を行わない第１モードと、前記第１差動増幅回路と前記第２差動増幅回路とが共に増幅動作を行う第２モードと、を有し、一方端が前記第１差動増幅回路の出力端子と接続される第１インダクタと、前記第１インダクタの他方端に接続される第１出力端子と、前記第１出力端子と接地電位との間に直列接続されるキャパシタ及び第２インダクタと、前記第２差動増幅回路の出力端子に接続される第２出力端子と、前記第１モードにおいて、前記第１差動増幅回路の出力端子と前記第２差動増幅回路の出力端子とを開放し、前記第２モードにおいて、前記第１差動増幅回路の出力端子と前記第２差動増幅回路の出力端子とを接続するスイッチ回路と、を備える。

【発明の効果】

【】

本開示によれば、複数の差動増幅回路を用いた構成において、バンドごとの通過特性を最適化することができる差動電力増幅器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【】

【図】図１Ａは、実施形態に係る差動電力増幅器の構成例における第１モードでの動作例を示す図である。

【図】図１Ｂは、実施形態に係る差動電力増幅器の構成例における第２モードでの動作例を示す図である。

【図】図２Ａは、第１モードにおけるフィルタ回路を説明するための図である。

【図】図２Ｂは、第２モードにおけるフィルタ回路を説明するための図である。

【図】図３Ａは、実施形態に係る差動電力増幅器の第１モードにおける周波数－利得特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図】図３Ｂは、実施形態に係る差動電力増幅器の第２モードにおける周波数－利得特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【】

以下に、実施形態に係る差動電力増幅器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各実施形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能である。実施形態２以降では実施形態１と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

【】

図１Ａは、実施形態に係る差動電力増幅器の構成例における第１モードでの動作例を示す図である。図１Ｂは、実施形態に係る差動電力増幅器の構成例における第２モードでの動作例を示す図である。実施形態１に係る差動電力増幅器１００は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第１差動増幅回路１、第２差動増幅回路２、スイッチ回路５、及びフィルタ回路６を備えている。

【】

実施形態に係る差動電力増幅器１００における第１モードは、例えば５Ｇ（第５世代移動通信システム）で定義される周波数帯（バンド）の信号を増幅対象信号とした効率重視モードであり、第１差動増幅回路１が増幅動作を行い、かつ、第２差動増幅回路２が増幅動作を行わない。なお、第１モードにおける入力信号は、５Ｇに限らず４Ｇ（第４世代移動通信システム）や６Ｇ（第６世代移動通信システム）で定義される周波数帯（バンド）の信号であっても良い。

【】

実施形態に係る差動電力増幅器１００における第２モードは、例えば２Ｇ（第２世代移動通信システム）で定義される周波数帯（バンド）の信号を増幅対象信号とした出力パワー重視モードであり、第１差動増幅回路１と第２差動増幅回路２とが共に増幅動作を行う。

【】

本開示において、第１モードにおける出力信号ＲＦＯＵＴ１は、第１出力端子ＯＵＴＰ１から出力される。また、本開示において、第２モードにおける出力信号ＲＦＯＵＴ２は、第２出力端子ＯＵＴＰ２から出力される。

【】

第１差動増幅回路１は、第１差動信号を増幅する２つの増幅器１１，１２及び第１バラントランス３を含む。増幅器１１は、入力信号ＲＦＩＮ１Ｐを増幅する。増幅器１２は、入力信号ＲＦＩＮ１Ｎを増幅する。

【】

第２差動増幅回路２は、第２差動信号を増幅する２つの増幅器２１，２２及び第２バラントランス４を含む。増幅器２１は、入力信号ＲＦＩＮ２Ｐを増幅する。増幅器２２は、入力信号ＲＦＩＮ２Ｎを増幅する。

【】

増幅器１１，１２，２１，２２は、例えば、バイポーラトランジスタで構成されていても良いし、例えば、ＦＥＴで構成されていても良い。増幅器１１，１２，２１，２２をバイポーラトランジスタで構成する場合、例えばＨＢＴが例示される。増幅器１１，１２，２１，２２の構成により本開示が限定されるものではない。

【】

第１バラントランス３は、入力側巻線３１及び出力側巻線３２を含む。

【】

入力側巻線３１は、第１差動増幅回路１の出力ＯＵＴ１Ｐと出力ＯＵＴ１Ｎとの間に接続されている。入力側巻線３１の中点にはセンタータップが設けられ、このセンタータップに電源電圧ＶＣＣ１が印加される。

【】

第１バラントランス３の入力側巻線３１と出力側巻線３２とは、電磁界結合されている。これにより、第１差動増幅回路１の増幅器１１，１２から出力された平衡出力信号ＯＵＴ１Ｐ，ＯＵＴ１Ｎは、第１バラントランス３によって平衡－不平衡変換され、第１不平衡信号ＲＦ１として出力端子Ｐ１から出力される。

【】

第２バラントランス４は、入力側巻線４１及び出力側巻線４２を含む。

【】

入力側巻線４１は、第２差動増幅回路２の出力ＯＵＴ２Ｐと出力ＯＵＴ２Ｎとの間に接続されている。入力側巻線４１の中点にはセンタータップが設けられ、このセンタータップに電源電圧ＶＣＣ２が印加される。

【】

第２バラントランス４の入力側巻線４１と出力側巻線４２とは、電磁界結合されている。これにより、第２差動増幅回路２の増幅器２１，２２から出力された平衡出力信号ＯＵＴ２Ｐ，ＯＵＴ２Ｎは、第２バラントランス４によって平衡－不平衡変換され、第２不平衡信号ＲＦ２として出力端子Ｐ２から出力される。

【】

図１Ａ及び図１Ｂに示す例において、スイッチ回路５は、例えば、１対１接続のマルチプレクサであり、第１差動増幅回路１の出力端子Ｐ１と第２差動増幅回路２の出力端子Ｐ２との間に設けられている。スイッチ回路５は、外部制御回路（不図示）から入力されるモード制御信号ＣＯＮＴによりオンオフ制御される。図１Ａ及び図１Ｂに示すスイッチ回路５の構成は一例であって、スイッチ回路５の構成により本開示が限定されるものではない。

【】

フィルタ回路６は、キャパシタＣ、第１インダクタＬ１、第２インダクタＬ２を含む。第１インダクタＬ１は、一方端が第１差動増幅回路１の出力端子Ｐ１と接続され、他方端が第１出力端子ＯＵＴＰ１と接続される。キャパシタＣ及び第２インダクタＬ２は、第１出力端子ＯＵＴＰ１と接地電位ＧＮＤとの間に直列接続される。

【】

図２Ａは、第１モードにおけるフィルタ回路を説明するための図である。図２Ｂは、第２モードにおけるフィルタ回路を説明するための図である。

【】

実施形態に係る差動電力増幅器１００において、スイッチ回路５は、図１Ａ及び図２Ａに示すように、第１モードにおいてオフに制御され、第１差動増幅回路１の出力端子Ｐ１と第２差動増幅回路２の出力端子Ｐ２とを開放する。これにより、図２Ａに示すように、キャパシタＣ及び第２インダクタＬ２によって第１ノッチフィルタ６Ａが構成される。

【】

また、スイッチ回路５は、図１Ｂ及び図２Ｂに示すように、第２モードにおいてオンに制御され、第１差動増幅回路１の出力端子Ｐ１と第２差動増幅回路２の出力端子Ｐ２とを接続する。図２Ｂでは、キャパシタＣ、第１インダクタＬ１、及び第２インダクタＬ２の実際の配置を破線で示している。キャパシタＣ、第１インダクタＬ１、及び第２インダクタＬ２は、第２モードにおいてスイッチ回路５がオンに制御されたことにより、第１差動増幅回路１の出力端子Ｐ１及び第２差動増幅回路２の出力端子Ｐ２と、第１出力端子ＯＵＴＰ１との間に、図２Ｂに実線で示す第２ノッチフィルタ回路６Ｂが等価的に構成されているものと見做せる。

【】

本開示において、第１インダクタＬ１は、第１差動増幅回路１の出力端子Ｐ１と第１ノッチフィルタ６Ａとの間の配線インダクタンス成分で構成される。第１ノッチフィルタ６Ａと第２ノッチフィルタ６Ｂとでは、配線インダクタ成分である第１インダクタＬ１の見え方が異なっている。

【】

具体的に、図１Ａに示すように、第１モードにおいて、第１インダクタＬ１は、第１差動増幅回路１の出力端子Ｐ１と第１ノッチフィルタ６Ａとの間の第１不平衡信号ＲＦ１の経路上に存在する配線インダクタンス成分であり、第１ノッチフィルタ６Ａには含まれない。

【】

一方、図２Ｂに示すように、第２モードにおいて、第１インダクタＬ１は、スイッチ回路５がオン制御されることによって同電位となる第１不平衡信号ＲＦ１と第２不平衡信号ＲＦ２との合成信号の経路と接地電位ＧＮＤとの間に構成される第２ノッチフィルタ６Ｂに含まれる。

【】

このように、第１差動増幅回路１の出力端子Ｐ１と第１ノッチフィルタ６Ａとの間の配線インダクタンス成分で構成される第１インダクタＬ１は、第１モードにおける第１ノッチフィルタ６Ａには含まれず、第２モードにおける第２ノッチフィルタ６Ｂには含まれる。このため、第１モードにおける第１ノッチフィルタ６Ａと第２モードにおける第２ノッチフィルタ６Ｂとでは、ノッチフィルタとしての減衰極の周波数が異なっている。

【】

図３Ａは、実施形態に係る差動電力増幅器の第１モードにおける周波数－利得特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。図３Ｂは、実施形態に係る差動電力増幅器の第２モードにおける周波数－利得特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。図３Ａ及び図３Ｂに示す例において、実線は、フィルタ回路６を設けた実施形態に係る差動電力増幅器の各モードにおける周波数－利得特性のシミュレーション結果を示し、破線は、フィルタ回路６を設けていない場合の各モードにおける周波数－利得特性のシミュレーション結果を示している。

【】

実施形態に係る差動電力増幅器１００の構成では、キャパシタＣ、第１インダクタＬ１、及び第２インダクタＬ２を適切に設定することにより、各モードにおける周波数帯（バンド）の所定の高調波成分を効果的に減衰させることができる。これにより、各モードにおける出力信号ＲＦＯＵＴ１，ＲＦＯＵＴ２の特性を最適化することができる。

【】

具体的には、例えば、第１ノッチフィルタ６Ａの共振周波数は、第１モードにおける周波数帯（バンド）Ｂ１の基本波のｎ倍波成分（但し、ｎ≧３）を含む所定の周波数範囲ｆ１－ｆ２内に含まれ、かつ、第２ノッチフィルタ６Ｂの共振周波数は、第２モードにおける周波数帯（バンド）Ｂ２の基本波の（ｎ－ｍ）倍波成分（但し、ｎ＞ｍ≧１、ｎ－ｍ≧２）を含む所定の周波数範囲ｆ２－ｆ２内に含まれるように、キャパシタＣ、第１インダクタＬ１、及び第２インダクタＬ２を適切に設定することが可能である。

【】

より具体的には、例えば、図３Ａに示すように、第１ノッチフィルタ６Ａの共振周波数が第１モードにおける周波数帯（バンド）Ｂ１の基本波の３倍波に対応した周波数を含む所定の周波数範囲ｆ１－ｆ２内に含まれ、かつ、図３Ｂに示すように、第２ノッチフィルタ６Ｂの共振周波数が第２モードにおける周波数帯（バンド）Ｂ２の基本波の２倍波に対応した周波数を含む所定の周波数範囲ｆ３－ｆ４内に含まれるようにすることができる。

【】

このように、実施形態に係る差動電力増幅器１００の構成では、上述したように、フィルタ回路６を構成するキャパシタＣ、第１インダクタＬ１、及び第２インダクタＬ２を適切に設定することにより、第１モードにおける第１ノッチフィルタ６Ａの共振周波数と第２モードにおける第２ノッチフィルタ６Ｂの共振周波数とをそれぞれ設定することができる。

【】

また、キャパシタＣ及び第２インダクタＬ２は、第１モードにおける第１ノッチフィルタ６Ａ及び第２モードにおける第２ノッチフィルタ６Ｂの双方に共用可能である。

【】

これにより、第１モードにおける増幅対象信号（例えば、５Ｇで定義される周波数帯（バンド）の信号）と第２モードにおける増幅対象信号（例えば、２Ｇで定義される周波数帯（バンド）の信号）とでそれぞれフィルタ回路を設けることなく、第１モード及び第２モードにそれぞれ対応する周波数帯（バンド）ごとの通過特性を最適化することができ、差動電力増幅器１００の小型化に寄与することができる。

【】

また、第１インダクタＬ１は、第１差動増幅回路１の出力端子Ｐ１と第１ノッチフィルタ６Ａとの間の配線インダクタンス成分で構成することにより、差動電力増幅器１００のさらなる小型化が可能となる。

【】

なお、上記した実施形態は、本開示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。本開示は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本開示にはその等価物も含まれる。

【符号の説明】

【】

１ 第１差動増幅回路
２ 第２差動増幅回路
３ 第１バラントランス
４ 第２バラントランス
５ スイッチ回路
６ フィルタ回路
６Ａ 第１ノッチフィルタ
６Ｂ 第２ノッチフィルタ
１１，１２ 増幅器（第１差動増幅回路）
２１，２２ 増幅器（第２差動増幅回路）
３１ 入力側巻線（第１バラントランス）
３２ 出力側巻線（第１バラントランス）
４１ 入力側巻線（第２バラントランス）
４２ 出力側巻線（第２バラントランス）
１００ 差動電力増幅器
Ｃ キャパシタ
Ｌ１ 第１インダクタ
Ｌ２ 第２インダクタ
ＯＵＴＰ１ 第１出力端子
ＯＵＴＰ２ 第２出力端子
Ｐ１ 出力端子（第１差動増幅回路）
Ｐ２ 出力端子（第２差動増幅回路）

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】