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(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】
(24)【登録日】2023-08-04
(45)【発行日】2023-08-15
(54)【発明の名称】高周波電力増幅器
(51)【国際特許分類】
H03F 1/30 20060101AFI20230807BHJP
H03F 3/24 20060101ALI20230807BHJP
【ＦＩ】
H03F1/30
H03F3/24
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2018241882
(22)【出願日】2018-12-25
(65)【公開番号】P2020107921
(43)【公開日】2020-07-09
【審査請求日】2021-12-15
(73)【特許権者】
【識別番号】520133916
【氏名又は名称】ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109210
【弁理士】
【氏名又は名称】新居 広守
(74)【代理人】
【識別番号】100137235
【弁理士】
【氏名又は名称】寺谷 英作
(74)【代理人】
【識別番号】100131417
【弁理士】
【氏名又は名称】道坂 伸一
(72)【発明者】
【氏名】島松 裕一郎
(72)【発明者】
【氏名】前田 栄作
(72)【発明者】
【氏名】野崎 雄介
(72)【発明者】
【氏名】福泉 勝
【審査官】志津木 康
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－１４０６３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１２１１２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－３０９００８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２０１６９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０７６７８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１７５８１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１４０５１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２１９９６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１２１８９１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００３／０１１７２０８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０３Ｆ１／００－３／７２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
高周波電力増幅器であって、
入力信号が入力される入力端子と、
トランジスタにより増幅された信号を出力する出力端子と、
前記入力端子に接続された第１電極を、少なくとも有する前記トランジスタと、
リファレンス電圧源に接続され、増幅された前記信号の状態を判定するためのコンパレータと、
前記第１電極に接続され、前記コンパレータの出力により可変されるバイアスを前記第１電極にかけるバイアス回路と、
増幅された前記信号の振幅を示す検波電圧を出力する検波回路と、
前記検波電圧を伝達する出力線に接続された第１の抵抗と、
前記第１の抵抗とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、
前記高周波電力増幅器の電源電圧を検出し、前記電源電圧に応じた電流を、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点から入力する電源検出回路と、を備え、
前記コンパレータは、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との前記接続点に接続される
高周波電力増幅器。
【請求項2】
前記トランジスタは、更に、前記出力端子に接続された第２電極を備え、前記高周波電力増幅器は、前記第２電極と電源との間に接続される負荷インピーダンス素子を備える
請求項１に記載の高周波電力増幅器。
【請求項3】
前記検波回路は、前記出力端子に接続される請求項１に記載の高周波電力増幅器。
【請求項4】
前記検波回路は、前記バイアス回路のバイアス出力線に接続される請求項１に記載の高周波電力増幅器。
【請求項5】
高周波電力増幅器であって、
入力信号が入力される入力端子と、
トランジスタにより増幅された信号を出力する出力端子と、
前記入力端子に接続された第１電極と、前記出力端子に接続された第２電極とを、少なくとも有する前記トランジスタと、
リファレンス電圧源に接続され、増幅された前記信号の状態を判定するためのコンパレータと、
前記第１電極に接続され、前記コンパレータの出力により可変されるバイアスを前記第１電極にかけるバイアス回路と、
前記第２電極と電源との間に接続される負荷インピーダンス素子と、
前記電源に接続された第１の抵抗と、
前記第１の抵抗とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、を備え、
前記高周波電力増幅器の温度を検出し、温度に応じた電流を、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点から入力する温度検出回路と、を備え、
前記コンパレータは、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との前記接続点に接続される
高周波電力増幅器。
【請求項6】
前記コンパレータは、ヒステリシス特性を備える請求項１～５のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。
【請求項7】
前記バイアス回路は、電流源と前記コンパレータの出力により可変されるスイッチとを直列に接続した直列回路を有する
請求項１～６のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。
【請求項8】
前記バイアス回路は、第１の電流源と前記コンパレータの出力により可変されるスイッチとを直列に接続した直列回路、および、前記直列回路と並列に接続された第２の電流源を有する
請求項１～６のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。
【請求項9】
前記バイアス回路は、第１のバイアス電圧源と前記コンパレータの出力により可変される第１のスイッチとを並列に接続した並列回路を有する請求項１～６のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。
【請求項10】
前記バイアス回路は、さらに、前記並列回路と直列に接続された第２のバイアス電圧源を有する請求項９に記載の高周波電力増幅器。
【請求項11】
前記負荷インピーダンス素子は、インダクタである請求項２に記載の高周波電力増幅器。
【請求項12】
前記負荷インピーダンス素子は、インダクタとコンダクタとを並列に接続した共振回路である請求項２に記載の高周波電力増幅器。
【請求項13】
高周波低雑音増幅器として用いられる請求項１～１２のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高周波電力増幅器に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、通常の電圧条件での特性劣化を伴なわずに、過電源電圧時の出力負荷変動に起因する電力増幅用トランジスタの破壊を防ぐ保護回路を有する電力増幅器を提案している。
【0003】
また、特許文献２は、入力信号レベルの増加等で電界効果トランジスタで構成した電力増幅器のドレイン電流が増大し、破壊に達するのを未然に保護する保護回路を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０００－３４１０５２号公報
【文献】特開平９－１９９９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
スマートフォン等の無線通信機器において、アンテナから固定局までに送信するために必要となる高周波電力増幅器が搭載されている。
【0006】
高周波電力増幅器は、スマートフォンのアンテナの近くに搭載されており、金属などの遮蔽物が近づくことにより、破壊が起こることがある。高周波電力増幅器の出力端子に取り付けられているアンテナに遮蔽物が近づくと、高周波電力増幅器の出力端子のインピーダンスは大きく変動する。この変動により、高周波電力増幅器の性能が劣化すると同時に、高周波電力増幅器のトランジスタが異常発振することにより、出力された信号がアンテナで反射され、出力振幅が大きくなり、破壊に至る場合がある。これを回避するために、遮蔽物の影響を受けにくい、電気的には一方向しか信号を通過させない、アイソレータを使用する方法がある。しかし、１ｄＢ程度の損失を持っているため、高周波電力増幅器の出力を上げる必要があり、また、アイソレータは磁石などで構成されており、小型化、軽量化が難しくなる。
【0007】
また、近年、５Ｇサービスに向けてマルチバンド化が進み、スマートフォン等の無線通信機器の搭載部品が増加することが予測され、安全に使用できる信頼性に加えて、低コスト、軽量化、高速大容量通信を可能とする無線通信機器が求められている。このため、高周波電力増幅器は、さまざまな使用状況においても破壊されにくい保護回路を搭載するだけでなく、高出力化、また幅広い電源電圧範囲で動作することが要求されている。
【0008】
しかしながら、特許文献１において、保護回路が動作し、最終段トランジスタの破壊を防止するための検出電圧は、電源電圧に依存する。特許文献１の高周波電力増幅器において（Ａ）上限動作電源電圧での出力信号の波形、および、（Ｂ）下限動作電源電圧での出力信号の波形は、例えば図１４のようになると考えられる。下限動作電源電圧のとき、上限動作電源電圧のときと比較して、検出電圧が低下するため、最終段トランジスタの出力である電圧は制限されてしまう。このため、下限動作電源電圧のとき、高周波電力増幅器は、高出力化を実現することができないという問題がある。
【0009】
また、特許文献２の高周波電力増幅器において（Ａ）動作範囲の下限温度での出力信号の波形、および、（Ｂ）動作範囲の上限温度での出力信号の波形は、例えば図１５のようになると考えられる。特許文献２において、動作範囲の上限温度のとき、高周波電力増幅器の出力振幅電圧は、下限温度のときと比較して、小さくなる。このため、動作範囲の上限温度のとき、高周波電力増幅器の出力電圧が破壊電圧に達しなくても、保護がかかり、電源電圧範囲を拡大することができないという問題がある。
【0010】
本発明は、上記の課題を解決するためのもので、高出力化と、電源電圧範囲を拡大することを可能にし、保護機能を有する、高周波電力増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するため本発明の一態様に係る高周波電力増幅器は、入力信号が入力される入力端子と、トランジスタにより増幅された信号を出力する出力端子と、前記入力端子に接続された第１電極を、少なくとも有する前記トランジスタと、リファレンス電圧源に接続され、増幅された前記信号の状態を判定するためのコンパレータと、前記第１電極に接続され、前記コンパレータの出力により可変されるバイアスを前記第１電極にかけるバイアス回路と、増幅された前記信号の振幅を示す検波電圧を出力する検波回路と、前記検波電圧を伝達する出力線に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、前記高周波電力増幅器の電源電圧を検出し、前記電源電圧に応じた電流を、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点から入力する電源検出回路と、を備え、前記コンパレータは、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との前記接続点に接続される。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、高出力化を可能にし、保護機能を有する、高周波電力増幅器が構成できる。また、本発明の他方の形態では、電源電圧範囲を拡大することを可能にし、保護機能を有する、高周波電力増幅器が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0015】
（実施の形態１）
〔構成〕
図１Ａに本発明の実施の形態を説明するための高周波電力増幅器の構成を示す。
同図の高周波電力増幅器は、入力端子１０１、トランジスタ１０２、出力端子１０３、負荷インピーダンス素子１０４、検波回路１０５、電源検出回路１０６、抵抗１０７、抵抗１０８、リファレンス電圧源１０９、コンパレータ１１０、およびバイアス回路１１１を備える。
〔構成〕
図１Ａに本発明の実施の形態を説明するための高周波電力増幅器の構成を示す。
同図の高周波電力増幅器は、入力端子１０１、トランジスタ１０２、出力端子１０３、負荷インピーダンス素子１０４、検波回路１０５、電源検出回路１０６、抵抗１０７、抵抗１０８、リファレンス電圧源１０９、コンパレータ１１０、およびバイアス回路１１１を備える。
【0016】
この高周波電力増幅器においては第１～第３電極を有するトランジスタ１０２が用いられる。この「トランジスタ１０２」として、電界効果トランジスタとバイポーラトランジスタとのいずれを用いても良い。上記の第１電極は、ゲートまたはベースに相当する。第２電極は、ソースおよびドレインの一方、または、エミッタおよびコレクタの一方に相当する。第３電極は、ソースおよびドレインの他方、または、エミッタおよびコレクタの他方に相当する。本実施の形態１および後述する実施の形態２では、バイポーラトランジスタを用いる構成を例示する。また、電源電圧または電源端子は、ＶＣＣと表記する。
【0017】
実施の形態１の構成について、図１Ａで説明する。
【0018】
入力端子１０１は、入力信号が入力され、トランジスタ１０２の第１電極としてのベースに接続される。
【0019】
トランジスタ１０２は、入力端子１０１に接続された第１電極、出力端子１０３に接続された第２電極、および、グランドに接続された第３電極を有する。同図では、第２電極としてのコレクタが負荷インピーダンス素子１０４、検波回路１０５、及び出力端子１０３に接続されている。第３電極としてのエミッタがグランドに接続されている。
【0020】
出力端子１０３は、トランジスタ１０２により増幅された信号を出力する。この信号は、以下、出力信号または出力電圧ＶＯＵＴとも呼ばれる。
【0021】
負荷インピーダンス素子１０４は、例えば、インダクタ、あるいはインダクタとコンダクタの並列接続による共振回路である。
【0022】
検波回路１０５は、出力端子１０３の出力振幅電圧ＶＡを検波電圧Ｖｄｅｔに変換して、抵抗１０７へ出力する。検波電圧Ｖｄｅｔは、出力信号の振幅値でもよいし、ピークピーク値でもよいし、実効値でもよく、出力振幅電圧ＶＡ（つまり出力電圧ＶＯＵＴの振幅）に対応していればよい。
【0023】
電源検出回路１０６は、電流源を含み、電源電圧ＶＣＣに応じて電流源の電流量を制御する。この電流源の電流は、抵抗１０７と抵抗１０８の共通する点Ｖ１から電源検出回路１０６に入力される。共通する点Ｖ１は、直列に接続された抵抗１０７と抵抗１０８との接続点である。
【0024】
抵抗１０７と抵抗１０８からなる直列回路は、検波回路１０５からの検波電圧Ｖｄｅｔを分圧する。分圧値は、検波電圧Ｖｄｅｔに比例し、トランジスタ１０２により増幅された出力信号の状態を判定するためにコンパレータ１１０で用いられる。
【0025】
コンパレータ１１０は、プラス側の入力にリファレンス電圧源１０９が接続され、マイナス側の入力に、点Ｖ１が接続され、またグランドに対して抵抗１０８が接続されている。コンパレータ１１０の出力には、トランジスタ１０２のベースに供給するためのバイアス回路１１１が接続される。また、コンパレータ１１０に、プラス側の入力に点Ｖ１が接続され、マイナス側の入力にリファレンス電圧源１０９が接続されてもよい。また、コンパレータ１１０はヒステリシス特性を備えており、ノイズ等により検出電圧が変動したときの誤動作を防止することができる。
【0026】
バイアス回路１１１は、トランジスタ１０２の第１電極に接続され、コンパレータ１１０の出力により可変されるバイアスを第１電極にかける。具体的には、バイアス回路１１１は、第１電極にバイアス電流ＩＢＩＡＳを供給、または、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを印加する。
【0027】
また、図２Ａ～図２Ｄにバイアス回路１１１の第１～第４構成例を示している。図２Ａは、電流源２０２とコンパレータ１１０の出力により可変されるスイッチ２０１を直列に接続した直列回路で構成されている。図２Ｂは、電流源２０２とコンパレータ１１０の出力により可変されるスイッチ２０１ａを直列に接続した直列回路と電流源２０３と並列に接続した並列回路で構成されている。図２Ｃは、バイアス電圧源２０４とコンパレータ１１０の出力により可変されるスイッチ２０１ａを並列に接続した並列回路で構成されている。
【0028】
【0029】
〔動作〕
本実施の形態１および後述する実施の形態２では、電源電圧ＶＣＣの下限動作電源電圧をＶＣＣ＿Ｌ、上限をＶＣＣ＿Ｈ、また動作範囲の下限温度をＴ＿Ｌ、上限をＴ＿Ｈとする。
本実施の形態１および後述する実施の形態２では、電源電圧ＶＣＣの下限動作電源電圧をＶＣＣ＿Ｌ、上限をＶＣＣ＿Ｈ、また動作範囲の下限温度をＴ＿Ｌ、上限をＴ＿Ｈとする。
【0030】
まず、図１Ａにおいて、トランジスタ１０２の破壊電圧を超えることによる破壊を防止することを可能にする、高周波電力増幅器の保護機能について説明する。入力端子１０１から入力された信号は、トランジスタ１０２により増幅され、出力端子１０３へ出力される。出力された信号の一部が検波回路１０５へ入り、検波回路１０５は入力された出力端子１０３の出力振幅電圧ＶＡに応じて検波電圧Ｖｄｅｔを出力する。検波回路１０５の検波電圧Ｖｄｅｔは、抵抗１０７と抵抗１０８によって分圧される。金属等の遮蔽物の接近により、出力端子１０３のインピーダンスが変動したとき、トランジスタ１０２の出力信号である出力電圧ＶＯＵＴは上昇する。これにより、検波回路１０５の出力である検波電圧Ｖｄｅｔが上昇し、抵抗１０８にかかる電圧、つまりコンパレータ１１０のマイナス側の入力の電圧が上昇する。コンパレータ１１０のマイナス側の入力の電圧が、リファレンス電圧源１０９より上昇すると、コンパレータ１１０の出力が反転し、バイアス回路１１１の電流、もしくは電圧が可変される。これにより、トランジスタ１０２のベースへ供給される電流もしくは、電圧が可変され、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ１０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
【0031】
次に、図１Ａにおいて、高周波電力増幅器の高出力化について説明する。
【0032】
高周波電力増幅器の出力電圧ＶＯＵＴは、電源電圧ＶＣＣと出力振幅電圧により決定され、電源電圧ＶＣＣが低下するにつれて、低下する。出力振幅電圧は、出力電圧ＶＯＵＴが最大値となる、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈで制限される。
【0033】
図３の（Ａ）に上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈのとき、図３の（Ｂ）に下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌのときのトランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴの波形例を示す。図３の（Ａ）に示すように、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が、トランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸとなる。一方、図３の（Ｂ）に示すように、下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌのとき、電源電圧ＶＣＣが下がる分、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が、トランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸによりも低くなる。このため、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに到達しない電圧範囲内において、出力振幅電圧ＶＡを上げてもトランジスタ１０２の破壊は起こらないが、保護機能は、出力振幅電圧ＶＡを検出して動作するため、出力振幅電圧ＶＡが上昇すると保護機能が動作してしまう。これを回避するため、本実施の形態１では、電源検出回路１０６を搭載している。以降に効果を説明する。
【0034】
前述した保護機能で説明したように、出力端子１０３の出力振幅電圧ＶＡに応じて検波電圧Ｖｄｅｔが出力され、抵抗１０８には、抵抗１０７と抵抗１０８で分圧された電圧がかかる。抵抗１０８は、抵抗１０７から流れてきた電流から、電源検出回路１０６へ流れ込む電流を差し引いた電流が流れる。これにより、電源検出回路１０６へ流し込む電流が増加するほど、抵抗１０８にかかる電圧は減少するため、コンパレータ１１０の出力が反転するための検波回路１０５の検波電圧を高く設定することができる。よって電源電圧ＶＣＣが低い場合に、電源検出回路１０６へ流し込む電流を増加させることで、出力振幅電圧ＶＡの範囲は大きく取ることができ、高周波電力増幅器の高出力化が可能となる。
【0035】
図１Ａにおいて、詳しい効果について説明する。リファレンス電圧源１０９の電圧をＶＲＥＦ、抵抗１０７、抵抗１０８の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、抵抗１０７、抵抗１０８の電流値をそれぞれＩ１、Ｉ２とし、電源検出回路１０６へ流し込む電流をＩ３とする。また、検波電圧ＶＤＥＴは、
で与えられるとし、Ｋは係数である。また、図４に、横軸を出力振幅電圧ＶＡ、縦軸を検波電圧ＶＤＥＴにしたときのグラフを示す。図１Ａから、
が導かれる。これらの式より、出力振幅電圧ＶＡは、
となる。この式より、電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３の増加に伴い、トランジスタ１０２の保護機能を検出する電圧である、出力振幅電圧ＶＡは大きく取ることができる。
【数1】
【数2】
【数3】
【0036】
出力振幅電圧ＶＡが最小となる出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮは、電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３が０［Ａ］のときであり、
となる。出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮは、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈにおける出力振幅電圧ＶＡである。ここで、トランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧を、ＶＣＥ＿ＭＡＸとすると、トランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧を超えない電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸまで、電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３を最大まで増加させ、出力振幅電圧ＶＡを最大とする出力振幅電圧の最大電圧ＶＡ＿ＭＡＸは、
となり、そのときの電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３が最大となるときの電流Ｉ３＿ＭＡＸは、
となる。
【数4】
【数5】
【数6】
【0037】
図５に、横軸を電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３、縦軸を出力振幅電圧ＶＡにしたときのグラフを示す。電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３は０［Ａ］のとき、出力振幅電圧ＶＡは、出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮとなり、最大電流Ｉ３＿ＭＡＸで、出力振幅電圧の最大電圧ＶＡ＿ＭＡＸとなる。
【0038】
また、図６に、横軸を電源電圧ＶＣＣ、縦軸を電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３にしたときのグラフを示す。上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈでは、電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３は０［Ａ］となり、下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌでは、最大値Ｉ３＿ＭＡＸとなる。
【0039】
図７に、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴの波形を示す。図７の（Ａ）は、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈにおける出力信号の波形例を示す。出力振幅電圧ＶＡは、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈで動作するときに決定され、最小となり、出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮとなる。図７の（Ｂ）は、下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌにおける出力信号の波形例を示す。実線の波形は、出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮで動作している波形例である。点線の波形は、出力振幅電圧の最大電圧ＶＡ＿ＭＡＸで動作している波形例である。トランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸを超えない電圧まで、電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３を増加させることで、出力振幅電圧の最大電圧ＶＡ＿ＭＡＸを取ることができる。
【0040】
よって、電源検出回路１０６がない場合は、下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌにおいて、出力振幅電圧ＶＡが固定され、高出力化をできなかったが、電源検出回路１０６を搭載し、電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３を制御することにより、最適な出力振幅電圧ＶＡに設定することができるため、高周波電力増幅器の高出力化を実現することができる。
【0041】
次に、バイアス回路１１１の具体的な構成例について説明する。
【0042】
図２Ａ～図２Ｄに、バイアス回路１１１の第１～第４構成例を示す。図２Ａにおいて、スイッチ２０１は、コンパレータ１１０からの出力により可変され、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴがトランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに達したときに、スイッチ２０１はグランドにショートされる。これにより、トランジスタ１０２のベースへ供給するバイアス電流ＩＢＩＡＳは、遮断されることで、入力信号がトランジスタ１０２で電力増幅されなくなる。これにより、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ１０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
【0043】
図２Ｂは、図２Ａのバイアス電流ＩＢＩＡＳを遮断する構成に対して、バイアス電流ＩＢＩＡＳを減少させる構成である。図２Ｂにおいて、スイッチ２０１ａは、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴがトランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに達したときに、スイッチ２０１ａはオフされ、トランジスタ１０２のベースへ供給するバイアス電流ＩＢＩＡＳは、電流源２０２と電流源２０３との合成電流から、電流源２０３の電流へ減少することで、電力増幅利得が低下し、出力振幅電圧ＶＡが抑制される。これにより、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ１０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
【0044】
図２Ｃにおいて、スイッチ２０１ａは、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴがトランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに達したときに、スイッチ２０１ａはオフされ、トランジスタ１０２のベースへ供給するバイアス電圧ＶＢＩＡＳは、グランドに接地されることで、入力信号がトランジスタ１０２で電力増幅されなくなる。これにより、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ１０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
【0045】
図２Ｄは、図２Ｃのバイアス電圧ＶＢＩＡＳを遮断する構成に対して、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを減圧させる構成である。図２Ｄにおいて、スイッチ２０１ａは、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴがトランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに達したときに、スイッチ２０１ａはオフされ、トランジスタ１０２のベースへ供給するバイアス電圧ＶＢＩＡＳは、バイアス電圧源２０４とバイアス電圧源２０５の合成電圧からバイアス電圧源２０５の電圧へ減圧することで、電力増幅利得が低下し、出力振幅電圧ＶＡが抑制される。これにより、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ１０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
【0046】
また、負荷インピーダンス素子１０４は、インダクタであってもよく、あるいはインダクタとコンダクタの並列接続による共振回路であってもよい。インダクタとコンダクタの並列接続のとき、高周波電力増幅器は、インダクタのみで構成したときと比較して、特定の周波数においてより高い出力振幅電圧ＶＡを得ることができる。
【0047】
また検波回路１０５において、その入力はトランジスタ１０２からの出力振幅電圧ＶＡに限定せず、トランジスタ１０２からの出力電流または出力電圧を検出し、前記所望の効果が得られる検波電圧を出力してもよい。
【0048】
また同様に検波回路１０５において、その入力はトランジスタ１０２からの出力振幅電圧ＶＡに限定せず、図１Ｂに示されるようなトランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴまたは電流値を制御するバイアス回路１１１からのバイアス電流またはバイアス電圧を検出し、前記所望の効果が得られる検波電圧を出力してもよい。
【0049】
また、本実施の形態１は、高周波低雑音増幅器へ適用することにより、高出力化を可能にし、保護機能を有する、高周波低雑音増幅器を実現することができる。
【0050】
以上説明してきたように実施の形態１の高周波電力増幅器は、入力信号が入力される入力端子と、トランジスタにより増幅された信号を出力する出力端子と、前記入力端子に接続された第１電極を、少なくとも有する前記トランジスタと、リファレンス電圧源に接続され、増幅された前記信号の状態を判定するためのコンパレータと、前記第１電極に接続され、前記コンパレータの出力により可変されるバイアスを前記第１電極にかけるバイアス回路と、を備える。
【0051】
これによれば、高周波電力増幅器は、保護機能を有しながらも、高出力化と、電源電圧範囲の拡大を可能にする。
【0052】
ここで、前記トランジスタは、更に、前記出力端子に接続された第２電極を備え、前記高周波電力増幅器は、前記第２電極と電源との間に接続される負荷インピーダンス素子を備えてもよい。
【0053】
ここで、増幅された前記信号の振幅を示す検波電圧を出力する検波回路と、前記検波電圧を伝達する出力線に接続された第1の抵抗と、前記第１の抵抗とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、を備えてもよい。
【0054】
これによれば、コンパレータは、増幅された前記信号の振幅を示す検波電圧に比例する分圧値と、リファレンス電圧とを比較することにより、バイアス回路によるバイアスを切り替える。これにより、保護機能を有しながらも、高出力化を可能にする。
【0055】
ここで、前記検波回路は、前記出力端子に接続されてもよい。
【0056】
これによれば、検波回路は、出力端子の出力振幅電圧ＶＡから直接的に検波電圧に生成することができる。
【0057】
ここで、前記検波回路は、前記バイアス回路のバイアス出力線に接続されてもよい。
【0058】
これによれば、検波回路は、バイアス出力線のバイアス電圧またはバイアス電流から、間接的に検波電圧を生成することができる。
【0059】
ここで、前記コンパレータは、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点に接続されてもよい。
【0060】
これによれば、電源検出回路は、電源電圧に応じて第１の抵抗と第２の抵抗との接続点の電位を、調整することができるので、保護機能を有しながらも、高出力化を容易にすることができる。
【0061】
ここで、前記高周波電力増幅器の電源電圧を検出し、電源電圧に応じた電流を、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点から入力する電源検出回路を備えてもよい。
【0062】
これによれば、第１の抵抗と第２の抵抗との接続点の電位は、電源検出回路が入力する電流によって電源電圧に応じて調整されるので、保護機能を有しながらも、高出力化を容易にすることができる。
【0063】
ここで、前記コンパレータは、ヒステリシス特性を備えてもよい。
【0064】
これによれば、ノイズ等によりコンパレータの入力が変動したときの誤動作を抑制することができる。
【0065】
ここで、前記バイアス回路は、電流源と前記コンパレータの出力により可変されるスイッチとを直列に接続した直列回路を有してもよい。
【0066】
ここで、前記バイアス回路は、第１の電流源と前記コンパレータの出力により可変されるスイッチとを直列に接続した直列回路、および、前記直列回路と並列に接続された第２の電流源を有してもよい。
【0067】
ここで、前記バイアス回路は、第１のバイアス電圧源と前記コンパレータの出力により可変される第１のスイッチとを並列に接続した並列回路を有してもよい。
【0068】
ここで、前記バイアス回路は、さらに、前記並列回路と直列に接続された第２のバイアス電圧源を有してもよい。
【0069】
ここで、前記負荷インピーダンス素子は、インダクタであってもよい。
【0070】
ここで、前記負荷インピーダンス素子は、インダクタとコンダクタとを並列に接続した共振回路であってもよい。
【0071】
ここで、前記高周波電力増幅器は、高周波低雑音増幅器として用いてもよい。
【0072】
また、本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器は、入力信号が入力端子に入力され、トランジスタにより増幅された信号が出力端子に出力される、高周波電力増幅器であって、ゲートが入力端子に接続され、コレクタが出力端子に接続されたトランジスタと、上記トランジスタのコレクタと電源との間に接続された負荷インピーダンス素子と、上記出力端子に接続された検波回路と、上記検波回路が上記出力端子に接続されない他方に接続された第１の抵抗と、上記第１の抵抗が上記検波回路に接続されない他方とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、入力の片方がリファレンス電圧源に接続され、入力の他方が上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の共通する点に接続されたコンパレータと、上記トランジスタのベースとの間に接続され、上記コンパレータの出力により可変されるバイアス回路と、上記コンパレータの入力の他方に接続された電源検出回路と、を備えている。
【0073】
この構成によれば、高出力化を可能にし、保護機能を有する、高周波電力増幅器が構成できる。
【0074】
なお、上記コンパレータは、ヒステリシス特性を備えることがより好ましい。これにより、ノイズ等により検出電圧が変動したときの誤作動を防止することができる。
【0075】
なお、上記バイアス回路は、第１の電流源と上記コンパレータの出力により可変されるスイッチ１とを直列に接続した第１の直列回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、上記トランジスタのベースへ供給するバイアス電流を遮断することができる。
【0076】
また、上記バイアス回路は、上記第１の直列回路と第２の電流源とを並列に接続した第１の並列回路に構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、上記トランジスタのベースへ供給するバイアス電流を減少させることができる。
【0077】
また、上記バイアス回路は、第１のバイアス電圧源と上記コンパレータの出力により可変される第１のスイッチとを並列に接続した第２の並列回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、第１のバイアス電圧源の両端をショートさせ、上記トランジスタのベース電圧をグランドに接地することができる。
【0078】
さらに、上記バイアス回路は、上記第２の並列回路と第２のバイアス電圧源とを直列に接続した第２の直列回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、第１のバイアス電圧源の両端をショートさせ、上記トランジスタのベース電圧を減圧させることができる。
【0079】
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間に第２のスイッチを備えていることがより好ましい。この構成によれば、保護機能を動作させないときに、第２のスイッチをオフさせることにより、上記第１の抵抗および上記第２の抵抗に流れる電流を遮断することができる。
【0080】
上記負荷インピーダンス素子は、インダクタであることがより好ましい。この構成によれば、高周波電力増幅器は、高い出力振幅電圧ＶＡを得ることができる。
【0081】
また、上記負荷インピーダンス素子は、インダクタとコンダクタとを並列に接続した共振回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、高周波電力増幅器は、特定の周波数において、インダクタのみで構成したときと比較して、より高い出力振幅電圧ＶＡを得ることができる。
【0082】
また、記載の高周波電力増幅器のいずれかにおいて構成される、高周波低雑音増幅器であってもよい。この構成によれば、高出力化を可能にし、保護機能を有する、低雑音増幅器を実現することができる。
【0083】
（実施の形態２）
図８に本発明の実施の形態を説明するための高周波電力増幅器の構成を示す。実施の形態１は、高周波電力増幅器の出力振幅電圧ＶＡを検出して、下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌにおいて高出力化を可能にする、保護機能を有する、高周波電力増幅器の提案について説明した。実施の形態２では、電源を検出することで、動作範囲の上限温度において電源電圧範囲拡大を可能とする、保護機能を有する、高周波電力増幅器の提案について説明する。また、バイアス回路、及び負荷インピーダンス素子の構成、動作については、実施の形態１と同じであるため、省略する。
図８に本発明の実施の形態を説明するための高周波電力増幅器の構成を示す。実施の形態１は、高周波電力増幅器の出力振幅電圧ＶＡを検出して、下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌにおいて高出力化を可能にする、保護機能を有する、高周波電力増幅器の提案について説明した。実施の形態２では、電源を検出することで、動作範囲の上限温度において電源電圧範囲拡大を可能とする、保護機能を有する、高周波電力増幅器の提案について説明する。また、バイアス回路、及び負荷インピーダンス素子の構成、動作については、実施の形態１と同じであるため、省略する。
【0084】
〔構成〕
実施の形態２の構成について、図８で説明する。入力端子８０１は、トランジスタ８０２のベースに接続され、トランジスタ８０２は、エミッタがグランドに接続され、コレクタが負荷インピーダンス素子８０４、抵抗８０７、及び出力端子８０３に接続されている。温度検出回路８０６は、電流源を含み、温度に応じて電流源の電流量を制御する。この電流源の電流は、抵抗８０７と抵抗８０８の共通する点Ｖ１から温度検出回路８０６に入力される。共通する点Ｖ１は、直列に接続された抵抗１０７と抵抗１０８との接続点である。コンパレータ８１０は、プラス側の入力にリファレンス電圧源８０９が接続され、マイナス側の入力に、点Ｖ１が接続され、またグランドに対して抵抗８０８が接続されている。コンパレータ８１０の出力には、トランジスタ８０２のベースに供給するためのバイアス回路８１１が接続された。また、コンパレータ８１０に、プラス側の入力に点Ｖ１が接続され、マイナス側の入力にリファレンス電圧源８０９が接続されてもよい。また、コンパレータ１１０はヒステリシス特性を備えており、ノイズ等により検出電圧が変動したときの誤動作を防止することができる。
実施の形態２の構成について、図８で説明する。入力端子８０１は、トランジスタ８０２のベースに接続され、トランジスタ８０２は、エミッタがグランドに接続され、コレクタが負荷インピーダンス素子８０４、抵抗８０７、及び出力端子８０３に接続されている。温度検出回路８０６は、電流源を含み、温度に応じて電流源の電流量を制御する。この電流源の電流は、抵抗８０７と抵抗８０８の共通する点Ｖ１から温度検出回路８０６に入力される。共通する点Ｖ１は、直列に接続された抵抗１０７と抵抗１０８との接続点である。コンパレータ８１０は、プラス側の入力にリファレンス電圧源８０９が接続され、マイナス側の入力に、点Ｖ１が接続され、またグランドに対して抵抗８０８が接続されている。コンパレータ８１０の出力には、トランジスタ８０２のベースに供給するためのバイアス回路８１１が接続された。また、コンパレータ８１０に、プラス側の入力に点Ｖ１が接続され、マイナス側の入力にリファレンス電圧源８０９が接続されてもよい。また、コンパレータ１１０はヒステリシス特性を備えており、ノイズ等により検出電圧が変動したときの誤動作を防止することができる。
【0085】
〔動作〕
まず、図８において、トランジスタ８０２の破壊電圧を超えることによる破壊を防止することを可能にする、高周波電力増幅器の保護機能について説明する。入力端子８０１から入力された信号は、トランジスタ８０２により増幅され、出力端子８０３へ出力される。電源電圧ＶＣＣは、抵抗８０７と抵抗８０８によって分圧される。電源電圧ＶＣＣが上昇することにつれて、抵抗８０８にかかる電圧、つまりコンパレータ８１０のマイナス側の入力の電圧が上昇する。コンパレータ８１０のマイナス側の入力の電圧が、リファレンス電圧源８０９より上昇すると、コンパレータ８１０の出力が反転し、バイアス回路８１１の電流、もしくは電圧が可変される。これにより、トランジスタ８０２のベースへ供給される電流もしくは、電圧が可変され、トランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ８０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
まず、図８において、トランジスタ８０２の破壊電圧を超えることによる破壊を防止することを可能にする、高周波電力増幅器の保護機能について説明する。入力端子８０１から入力された信号は、トランジスタ８０２により増幅され、出力端子８０３へ出力される。電源電圧ＶＣＣは、抵抗８０７と抵抗８０８によって分圧される。電源電圧ＶＣＣが上昇することにつれて、抵抗８０８にかかる電圧、つまりコンパレータ８１０のマイナス側の入力の電圧が上昇する。コンパレータ８１０のマイナス側の入力の電圧が、リファレンス電圧源８０９より上昇すると、コンパレータ８１０の出力が反転し、バイアス回路８１１の電流、もしくは電圧が可変される。これにより、トランジスタ８０２のベースへ供給される電流もしくは、電圧が可変され、トランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ８０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
【0086】
次に、高周波電力増幅器の電源電圧範囲の拡大について説明する。高周波電力増幅器の出力振幅電圧ＶＡは、高周波電力増幅器の温度に依存し、温度が上昇するにつれて、小さくなる。図９の（Ａ）に動作範囲の下限温度Ｔ＿Ｌのとき、図９の（Ｂ）に動作範囲の上限温度Ｔ＿Ｈのときのトランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴの波形例を示す。図９の（Ａ）に示すように、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈでのトランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が、トランジスタ８０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸとなる。一方、図９の（Ｂ）に示すように、温度が高くなり、出力振幅電圧ＶＡが小さくなる分、図９の（Ａ）と同じ上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈでのトランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が、トランジスタ８０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸによりも低くなる。このため、トランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに到達しない電圧範囲内において、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈを上げてもトランジスタ８０２の破壊は起こらないが、保護機能は、電源電圧ＶＣＣを検出して動作するため、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈが少しでも上昇すると保護機能が動作してしまう。これを回避するため、本実施の形態２では、温度検出回路８０６を搭載している。以降に効果を説明する。
【0087】
前述した保護機能で説明したように、図８において、電源電圧ＶＣＣは、抵抗８０７と抵抗８０８によって分圧される。抵抗８０８は、抵抗８０７から流れてきた電流から、温度検出回路８０６へ流れ込む電流を差し引いた電流が流れる。これにより、温度検出回路８０６へ流し込む電流が増加するほど、抵抗８０８にかかる電圧は減少するため、コンパレータ８１０の出力が反転するための電圧を高く設定することができる。よって温度が高い場合に、温度検出回路８０６へ流し込む電流を増加させることで、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈを上げることができ、高周波電力増幅器の電源電圧範囲の拡大が可能となる。
【0088】
図８において、詳しい効果について説明する。リファレンス電圧源１０９の電圧をＶＲＥＦ、抵抗８０７、抵抗８０８の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、各電流値をＩ１、Ｉ２とし、温度検出回路８０６へ流し込む電流をＩ３とする。また、出力振幅電圧ＶＡは、
で与えられるとし、Ｋは係数、ＶＡ０は定数である。また、図１０に、横軸を温度Ｔ、縦軸を出力振幅電圧ＶＡにしたときのグラフを示す。図８から、
が導かれる。これらの式より、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈは、
となる。この式より、温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３の増加に伴い、トランジスタ８０２の保護機能を検出する電圧である、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈを拡大することができる。
【数7】
【数8】
【数9】
【0089】
上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈが最小となる上限動作電源電圧の最小電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＩＮは、温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３が０［Ａ］のときであり、
となる。上限動作電源電圧の最小電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＩＮは、動作範囲の下限温度Ｔ＿Ｌにおける上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈである。トランジスタ８０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧を超えない電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸまで、温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３を最大まで増加させたとき、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈを最大とする上限動作電源電圧の最大電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＡＸは、
となり、そのときの温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３が最大となるときの最大電流Ｉ３＿ＭＡＸは、
となる。
【数10】
【数11】
【数12】
【0090】
図１１に、横軸を温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３、縦軸を上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈにしたときのグラフを示す。温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３は０［Ａ］のとき、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈは、上限動作電源電圧の最小電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＩＮとなり、最大電流Ｉ３＿ＭＡＸで、上限動作電源電圧の最大電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＡＸとなる。
【0091】
図１２に、横軸を温度Ｔ、縦軸を温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３にしたときのグラフを示す。動作範囲の下限温度Ｔ＿Ｌでは、温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３は０［Ａ］となり、動作範囲の上限温度Ｔ＿Ｈでは、最大電流Ｉ３＿ＭＡＸとなる。
【0092】
図１３に、トランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴの波形を示す。図１３の（Ａ）は、動作範囲の下限温度Ｔ＿Ｌにおける出力信号の波形例を示す。電源上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈは、上限動作電源電圧の最小電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＩＮで動作する。出力振幅電圧ＶＡは、動作範囲の下限温度Ｔ＿Ｌで動作するときの出力振幅電圧ＶＡで決定され、最大となり、出力振幅電圧の最大電圧ＶＡ＿ＭＡＸとなる。図１３の（Ｂ）は、動作範囲の上限温度Ｔ＿Ｈにおける出力信号の波形例を示す。実線の波形は、上限動作電源電圧の最小電圧ＶＣＣ＿ＨＭＩＮで動作している波形例である。動作範囲の上限温度Ｔ＿Ｈでは、出力振幅電圧ＶＡは、最小となり、出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮとなる。
【0093】
点線の波形は、上限動作電源電圧の最大電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＡＸで動作している波形例である。動作範囲の上限温度Ｔ＿Ｈで、出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮとなるため、トランジスタ８０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸを超えない電圧まで、温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３を増加させることで、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＡＸを取ることができる。
【0094】
よって、温度検出回路８０６がない場合は、動作範囲の下限温度Ｔ＿Ｌにおいて、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈが固定され、電源電圧範囲の拡大ができなかったが、温度検出回路８０６を搭載し、温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３を制御することにより、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈを設定することができるため、高周波電力増幅器の電源電圧範囲の拡大を実現することができる。
【0095】
また本実施の形態２にいて、電源電圧の検出のみに限らず、電源から高周波電力増幅器へ流入する電源電流値を検出してもよい。
【0096】
また、本実施の形態２は、高周波低雑音増幅器へ適用することにより、高出力化を可能にし、保護機能を有する、高周波低雑音増幅器を実現することができる。
【0097】
以上説明してきたように実施の形態２の高周波電力増幅器は、前記電源に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、を備え、前記コンパレータは、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点に接続される。
【0098】
これによれば、第１の抵抗と第２の抵抗との接続点の電位は、電源電圧に応じて調整されるので、保護機能を有しながらも、電源電圧範囲の拡大を容易にすることができる。ここで、前記高周波電力増幅器の温度を検出し、温度に応じた電流を、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点から入力する温度検出回路を備えてもよい。
【0099】
これによれば、第１の抵抗と第２の抵抗との接続点の電位は、さらに、温度検出回路が入力する電流によって温度に応じて調整されるので、保護機能を有しながらも、電源電圧範囲の拡大を容易にすることができる。
【0100】
また、本発明の他の形態に係る、高周波電力増幅器は、入力信号が入力端子に入力され、トランジスタにより増幅された信号が出力端子に出力される、高周波電力増幅器であって、入力信号が入力端子に入力され、トランジスタにより増幅された信号が出力端子に出力される、高周波電力増幅器であって、ゲートが入力端子に接続され、コレクタが出力端子に接続されたトランジスタと、上記トランジスタのコレクタと電源との間に接続された負荷インピーダンス素子と、上記電源に接続された第３の抵抗と、上記第３の抵抗が出力端子に接続されない他方とグランドとの間に接続された第４の抵抗と、入力の片方がリファレンス電圧源に接続され、入力の他方が上記第３の抵抗と上記第４の抵抗の共通する点に接続されたコンパレータと、上記トランジスタのベースとの間に接続され、上記コンパレータの出力により可変されるバイアス回路と、上記コンパレータの入力の他方に接続された温度検出回路と、を備えている。
【0101】
この構成によれば、電源電圧範囲を拡大することを可能にし、保護機能を有する、高周波電力増幅器が構成できる。
【0102】
なお、上記コンパレータは、ヒステリシス特性を備えることがより好ましい。これにより、ノイズ等により検出電圧が変動したときの誤作動を防止することができる。
【0103】
なお、上記バイアス回路は、第１の電流源と上記コンパレータの出力により可変される第１のスイッチとを直列に接続した第１の直列回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、上記トランジスタのベースへ供給するバイアス電流を遮断することができる。
【0104】
なお、上記バイアス回路は、上記第１の直列回路と第２の電流源とを並列に接続した第１の並列回路に構成されることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、上記トランジスタのベースへ供給するバイアス電流を減少させることができる。
【0105】
なお、上記バイアス回路は、第１のバイアス電圧源と上記コンパレータの出力により可変される第１のスイッチとを並列に接続した第２の並列回路で構成されてもいることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、第１のバイアス電圧源の両端をショートさせ、上記トランジスタのベース電圧をグランドに接地することができる。
【0106】
なお、上記バイアス回路は、上記第２の並列回路と第２のバイアス電圧源とを直列に接続した第２の直列回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、第１のバイアス電圧源の両端をショートさせ、上記トランジスタのベース電圧を減圧させることができる。
【0107】
なお、上記第３の抵抗と上記第４の抵抗との間に第２のスイッチを備えていることがより好ましい。この構成によれば、保護機能を動作させないときに、第２のスイッチをオフさせることにより、上記第３の抵抗および上記第４の抵抗に流れる電流を遮断することができる。
【0108】
なお、上記負荷インピーダンス素子は、インダクタであることがより好ましい。この構成によれば、高周波電力増幅器は、高い出力振幅電圧ＶＡを得ることができる。
【0109】
なお、上記負荷インピーダンス素子は、インダクタとコンダクタとを並列に接続した共振回路で構成されることがより好ましい。この構成によれば、高周波電力増幅器は、特定の周波数において、インダクタのみで構成したときと比較して、より高い出力振幅電圧ＶＡを得ることができる。
【0110】
なお、高周波電力増幅器のいずれかにおいて構成される、高周波低雑音増幅器であることがより好ましい。この構成によれば、電源電圧範囲の拡大を可能にし、保護機能を有する、低雑音増幅器を実現することができる。
【0111】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示として解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されるものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【0112】
本発明の高周波電力増幅器は、保護機能を有し、高出力化と、電源電圧範囲の拡大とを可能にすることができる。このため、スマートフォン等の小型無線通信機器、高出力を必要とする基地局向け無線通信機器、またあらゆる無線通信機器において、高周波電力増幅器は、有効である。
【符号の説明】
【0113】
１０１ 入力端子
１０２ トランジスタ
１０３ 出力端子
１０４ 負荷インピーダンス素子
１０５ 検波回路
１０６ 電源検出回路
１０７ 抵抗
１０８ 抵抗
１０９ リファレンス電圧源
１１０ コンパレータ
１１１ バイアス回路
２０１、２０１ａ スイッチ
２０２ 電流源
２０３ 電流源
２０４ バイアス電圧源
２０５ バイアス電圧源
８０１ 入力端子
８０２ トランジスタ
８０３ 出力端子
８０４ 負荷インピーダンス素子
８０６ 温度検出回路
８０７ 抵抗
８０８ 抵抗
８０９ リファレンス電圧源
８１０ コンパレータ
８１１ バイアス回路
１０２ トランジスタ
１０３ 出力端子
１０４ 負荷インピーダンス素子
１０５ 検波回路
１０６ 電源検出回路
１０７ 抵抗
１０８ 抵抗
１０９ リファレンス電圧源
１１０ コンパレータ
１１１ バイアス回路
２０１、２０１ａ スイッチ
２０２ 電流源
２０３ 電流源
２０４ バイアス電圧源
２０５ バイアス電圧源
８０１ 入力端子
８０２ トランジスタ
８０３ 出力端子
８０４ 負荷インピーダンス素子
８０６ 温度検出回路
８０７ 抵抗
８０８ 抵抗
８０９ リファレンス電圧源
８１０ コンパレータ
８１１ バイアス回路
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】