專利名稱：高頻功率放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被有效地應(yīng)用到用以放大并輸出高頻信號(hào)的高頻功率放大器電路中的技術(shù)。更具體地，本發(fā)明涉及被有效地應(yīng)用到開環(huán)高頻功率放大器電路中的技術(shù)，該電路依據(jù)輸出請(qǐng)求電平來控制放大晶體管的工作電源電壓(電源電壓)以控制輸出功率。例如，本發(fā)明涉及有效地用于高頻功率放大器電路的技術(shù)，其中這種高頻功率放大器電路可用于便攜式電話和包括了該電路的電子部件(功率模塊)。
背景技術(shù)：
通常，諸如便攜式電話之類的無線通信裝置(移動(dòng)通信裝置)中的發(fā)送輸出部具有高頻功率放大器電路(功率放大器)，用以放大經(jīng)調(diào)制的發(fā)送信號(hào)。傳統(tǒng)的無線通信裝置采用APC(自動(dòng)功率控制)電路來按照基站提供的發(fā)送請(qǐng)求電平控制高頻功率放大器電路的增益。該APC電路檢測(cè)來自高頻功率放大器電路或天線的輸出功率，并基于檢測(cè)到的信號(hào)以及來自基帶電路等的輸出電平指示信號(hào)而生成發(fā)送輸出控制信號(hào)。該傳統(tǒng)的無線通信裝置被配置為控制高頻功率放大器電路的偏置電壓，以便使從APC電路輸出的控制電壓提供通話所需的輸出功率(例如，參見專利文獻(xiàn)1)。
常規(guī)的用于便攜式電話的通信系統(tǒng)包括GSM(用于移動(dòng)通信的全球系統(tǒng))。該GSM系統(tǒng)采用被稱為GMSK(高斯最小相移鍵控)的相位調(diào)制系統(tǒng)，該相位調(diào)制系統(tǒng)依據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)來移動(dòng)載波相位。基于GSM的通信系統(tǒng)只需要按照所請(qǐng)求的輸出電平來放大并輸出經(jīng)相位調(diào)制的信號(hào)。通常，基于GSM的便攜式電話通常固定輸入信號(hào)的振幅，允許偏置電路按照請(qǐng)求輸出電平來控制高頻功率放大器電路中的放大設(shè)備的無效電流，并反饋控制該輸出功率。這種控制系統(tǒng)通常被稱為閉環(huán)系統(tǒng)。
然而，在上述閉環(huán)系統(tǒng)中，需要為輸出功率控制系統(tǒng)提供APC電路。而APC電路的提供增加了電路規(guī)模并降低了封裝密度。為了解決這個(gè)問題，公開了這樣一種系統(tǒng)(參見專利文獻(xiàn)2)，該系統(tǒng)控制放大設(shè)備(功率FET)的工作電源電壓(電源電壓)，以使輸出電平基于用以指示該輸出電平的信號(hào)而改變或使該輸出電平與該用以指示該輸出電平的信號(hào)成比例地改變。以這種方式，該系統(tǒng)線性地操作該放大設(shè)備以確保來自該高頻功率放大器電路的線性輸出。這種系統(tǒng)被稱為開環(huán)系統(tǒng)，并具有能夠提供比閉環(huán)系統(tǒng)更小的電路規(guī)模的優(yōu)點(diǎn)。
專利文獻(xiàn)1日本未審查專利公開No.2000-151310專利文獻(xiàn)2日本未審查專利公開No.2003-243994發(fā)明內(nèi)容在根據(jù)傳統(tǒng)的開環(huán)高頻功率放大器電路的功率控制下，偏置電壓被施加到該放大設(shè)備的控制端(柵極或基極端)，并被設(shè)置為使該放大設(shè)備工作于飽和區(qū)。所使用的電源控制系統(tǒng)通過使施加到該放大設(shè)備的漏極端或集電極端上的電源電壓與用以指示發(fā)送輸出電平的信號(hào)Vramp成比例地改變來控制輸出功率電平(功率)。用于向該放大設(shè)備提供偏置電壓的偏置電路包括用于生成具有給定振幅的電流的電流生成電路；用于將所生成的電流轉(zhuǎn)換為電壓的電路等。最后，提供電阻分壓或電流鏡像以向放大設(shè)備的控制端提供偏置。
然而，在根據(jù)傳統(tǒng)開環(huán)高頻功率放大器電路的功率控制下，盡管向放大設(shè)備的控制端提供了恒定的偏置電壓，但其輸出功率仍隨著溫度的變化而變化。具體地，溫度越高、輸出功率越低。
一種可能的原因是作為放大設(shè)備的晶體管中的飽和電壓的溫度相關(guān)性。飽和電壓隨著溫度的變化而變化。特別是在低輸出期間，放大設(shè)備的電源電壓接近于飽和電壓。飽和電壓的影響變得更加顯著。另外，較高的飽和電壓是由較高的溫度引起的，因此，如圖4所示，高溫度下的低輸出導(dǎo)致與輸出功率Pout的預(yù)期特性具有較大的偏離。在圖4中，實(shí)線A描繪了室溫下輸出功率Pout的特性，即、假設(shè)沒有溫度相關(guān)性的時(shí)候。點(diǎn)劃線B描繪了在85°的溫度下輸出功率Pout的特性。
需要防止輸出功率因放大設(shè)備的溫度相關(guān)性而改變。為此，提供了溫度檢測(cè)電路。另外，基帶電路具有表示溫度與輸出電平指示信號(hào)Vramp之間的關(guān)系的表數(shù)據(jù)，其中該輸出電平指示信號(hào)Vramp是從該基帶電路提供給高頻IC的信號(hào)。一種可用于溫度補(bǔ)償?shù)拇胧┦遣捎糜糜谠摶鶐щ娐返能浖戆凑諟囟鹊母淖兌淖冚敵鲭娖街甘拘盘?hào)Vramp。然而，這種措施增加了開發(fā)基帶電路的軟件的用戶(安裝工廠)的負(fù)擔(dān)。
因此本發(fā)明的目的是要提供一種盡管周圍環(huán)境溫度發(fā)生變化、但能防止輸出功率(功率)改變的技術(shù)，即，降低高頻功率放大器電路中的輸出功率的溫度相關(guān)性的技術(shù)，該高頻功率放大器電路將恒定的偏置電壓施加到放大設(shè)備的控制端，并按照輸出請(qǐng)求電平來控制工作電源電壓(電源電壓)，從而控制輸出功率。
本發(fā)明的另一目的是要提供一種輸出功率控制技術(shù)，能夠降低高頻功率放大器電路中的輸出功率的溫度相關(guān)性而不增加安裝工廠的負(fù)擔(dān)，其中該高頻功率放大器電路將恒定的偏置電壓施加到放大設(shè)備的控制端，并按照輸出請(qǐng)求電平來控制工作電源電壓(電源電壓)，從而控制輸出功率。
本發(fā)明的這些和其它的目的以及新的特征通過參考下面的描述和所附的權(quán)利要求將會(huì)變得容易理解。
下面描述了在本說明書中揭示的本發(fā)明的典型手段的概述。
一種高頻功率放大器電路包括放大設(shè)備，該放大設(shè)備的控制端(柵極或基極端)被提供以偏置電壓。該高頻功率放大器電路保持恒定的偏置電壓，以使該放大設(shè)備工作于飽和區(qū)。高頻功率放大器電路按照輸出請(qǐng)求電平來控制提供給該放大設(shè)備的工作電源電壓，以便控制輸出功率。用以按照輸出請(qǐng)求電平來控制該放大設(shè)備的工作電源電壓工作電源電壓控制電路中設(shè)置有具有溫度相關(guān)性的設(shè)備。工作電源電壓控制電路被配置為相應(yīng)于設(shè)備的溫度特性來生成工作電源電壓，并將其提供給放大設(shè)備。由工作電源電壓控制電路生成的工作電源電壓至少被施加到最后一級(jí)的放大設(shè)備上。當(dāng)高頻功率放大器電路被配置為包括多個(gè)串聯(lián)的放大設(shè)備的多個(gè)級(jí)時(shí)，該工作電源電壓可以被施加到所有放大設(shè)備上。
用以生成施加到放大設(shè)備上的工作電源電壓的電路可包括差分放大器和晶體管。例如，差分放大器的一個(gè)輸入端接收用以指定輸出電平的信號(hào)，而另一端被施加從偏移生成電路所生成的給定失調(diào)電壓。該晶體管輸出由該差分放大器的輸出來驅(qū)動(dòng)的電流。該偏移生成電路可具有一個(gè)有溫度相關(guān)性的設(shè)備。該設(shè)備的溫度特性可用于使差分放大器的偏置電壓移相。
當(dāng)溫度變化改變了工作在飽和區(qū)的放大設(shè)備的飽和電壓時(shí)，輸出功率會(huì)偏離期望值。即使在這種情況下，上述方式改變施加到放大設(shè)備上的工作電源電壓以補(bǔ)償該偏離。因此，也可以抑制由于溫度變化而導(dǎo)致的輸出功率的變化。高頻功率放大器電路自動(dòng)地控制放大設(shè)備的工作電源電壓不隨溫度而改變。不需使用基帶軟件即可得到溫度補(bǔ)償，以按照溫度的變化來改變提供給高頻IC的輸出電平指示信號(hào)Vramp。這就可以降低輸出功率的溫度相關(guān)性而不會(huì)增加安裝工廠的負(fù)擔(dān)。
下面概述了在本說明書中揭示的本發(fā)明的代表性方式所具有的效果。
本發(fā)明可以不管周圍環(huán)境溫度的變化而防止高頻功率放大器電路中的輸出功率改變，其中該高頻功率放大器電路將恒定的偏置電壓施加到放大設(shè)備的控制端，并按照輸出請(qǐng)求電平來控制工作電源電壓從而控制輸出功率。由于不再需要基于軟件的溫度補(bǔ)償，就可以降低輸出功率的溫度相關(guān)性而不會(huì)增加安裝工廠的負(fù)擔(dān)。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器電路的一個(gè)實(shí)施例的電路配置圖；圖2(A)、2(B)和2(C)是這樣的圖表，其中圖2(A)是示出溫度與構(gòu)成了根據(jù)實(shí)施例的工作電源電壓控制部的偏移提供電路中的節(jié)點(diǎn)N2處的電勢(shì)V2之間的關(guān)系的圖表，圖2(B)是示出溫度與流過MOSFET Q1和Q2的電流I1和I2之間的關(guān)系的圖表，以及圖2(C)是示出溫度與施加到電源電路的差分放大器AMP0的非反相輸入端上的失調(diào)電壓Voff之間的關(guān)系的圖表；圖3是示出從電源電路輸出的工作電源電壓Vldo與輸出電平指示信號(hào)Vramp之間的關(guān)系的圖表；圖4是示出在偏移提供電路沒有溫度補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的低輸出期間、輸出電平指示信號(hào)Vramp和輸出功率Pout之間的關(guān)系的圖表；圖5是示出當(dāng)雙極性晶體管被用作放大晶體管時(shí)的偏移提供電路的一個(gè)配置實(shí)例的電路圖；圖6是示出偏置電路的另一個(gè)電路實(shí)例的電路配置圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大部的更詳細(xì)的電路配置圖；圖8是示出根據(jù)便攜式電話系統(tǒng)的實(shí)施例而應(yīng)用高頻功率放大器電路的實(shí)例的方框圖；以及圖9是舉例說明適合EDGE的高頻功率放大器電路的配置的方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。
圖1示出了由根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器電路構(gòu)成的高頻功率放大器以及用于生成工作電源電壓和控制輸出功率的工作電源電壓控制電路(可變工作電源電壓生成電路)。
根據(jù)本實(shí)施例的高頻功率放大器的高頻功率放大器電路210由串聯(lián)的3個(gè)放大級(jí)211、212和213構(gòu)成，其中每個(gè)放大級(jí)都包括諸如FET和雙極性晶體管的放大設(shè)備。偏置電路(未示出)將設(shè)置偏置電壓Vb1、Vb2和Vb3施加到放大級(jí)211、212和213的控制端(柵極或基極端)。該設(shè)置偏置電壓Vb1、Vb2和Vb3被設(shè)置為允許放大級(jí)211、212和213的放大晶體管工作于飽和區(qū)的電平。通常地，該設(shè)置偏置電壓被設(shè)置為Vb1＜Vb2＜Vb3。
工作電源電壓控制電路220由電源電路221和偏移提供電路222構(gòu)成。電源電壓電路221具有差分放大器AMP0，其反相輸入端接收從基帶電路(未示出)提供的輸出電平指示信號(hào)Vramp。電源電壓電路依據(jù)Vramp生成上述放大級(jí)211、212和213的工作電源電壓Vdd。偏移提供電路222生成施加到差分放大器AMP0的非反相輸入端的失調(diào)電壓Voff。
電源電路221通過向放大級(jí)211、212和213提供對(duì)應(yīng)于輸出電平指示信號(hào)Vramp的工作電源電壓Vdd1來控制輸出功率Pout。為此，電源電路221包括差分放大器AMP0、輸出晶體管Q0、穩(wěn)定電容C1、電阻R1和R2、電阻R0和電容C0。差分放大器AMP0利用其反相輸入端來接收輸出電平指示信號(hào)Vramp。輸出晶體管Q0由P溝道MOSFET(金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管)構(gòu)成，其中該MOSFET的源極端連接到電源電壓Vdd1、漏極端連接到輸出端OUT而柵極端接收來自差分放大器AMP0的輸出。穩(wěn)定電容C1被連接到輸出端OUT。電阻R1和R2被串聯(lián)在Q0的漏極端和接地點(diǎn)之間。電阻R0和電容C0連接在輸出端OUT和差分放大器AMP0的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間，并被用于相位補(bǔ)償。在這些設(shè)備中，穩(wěn)定電容C1以及用于相位補(bǔ)償?shù)碾娮鑂0和電容C0被連接在其上形成有差分放大器AMP0的半導(dǎo)體芯片之外。
位于電阻R1和R2之間的連接節(jié)點(diǎn)N1處的電勢(shì)被施加到差分放大器AMP0的非反相輸入端。差分放大器AMP0驅(qū)動(dòng)輸出MOSFET Q0，以使位于電阻R1和R2之間的連接節(jié)點(diǎn)N1處的電勢(shì)與輸出電平指示信號(hào)Vramp相匹配。以這種方式，輸出MOSFET Q0的漏極電壓與輸出電平指示信號(hào)Vramp成比例，并由于導(dǎo)通電阻而低于電源電壓Vdd1一個(gè)電壓降。漏極電壓由穩(wěn)定電容C1來平滑，并作為工作電源電壓Vldo而被提供給放大級(jí)211至213。
下面將描述位于電阻R1和R2之間的連接節(jié)點(diǎn)N1處的電勢(shì)被提供給差分放大器AMP0的非反相輸入端的原因。也就是，即使基帶電路試圖將輸出功率重置為“0”，由于制造偏差等輸出電平指示信號(hào)Vramp也不可能被完全重置為0V。這就導(dǎo)致電源電路221輸出更高電平的該工作電源電壓Vldo，并使放大級(jí)211至213進(jìn)行放大。提供偏移來避免出現(xiàn)這種情況。
偏移提供電路222包括設(shè)置電壓電路CVG、差分放大器AMP1、P溝道MOSFET Q1和P溝道MOSFET Q2。該設(shè)置電壓電路CVG類似于用于生成不依賴于電源電壓及溫度的恒壓Vc的帶隙基準(zhǔn)電路。差分放大器AMP1使用其非反相輸入端經(jīng)由用于阻抗變換的緩沖器BFF從設(shè)置電壓電路CVG接收一個(gè)恒壓。P溝道MOSFET Q1的源極端連接到電源電壓Vreg，其漏極端通過電阻R5連接到接地點(diǎn)，而其柵極端接收來自差分放大器AMP1的輸出電勢(shì)。P溝道MOSFET Q2的柵極端接收與Q1的柵極電壓相同的電壓。偏移提供電路222和電源電路221中的電阻R2構(gòu)成一個(gè)偏移生成電路。
根據(jù)本實(shí)施例的偏移提供電路222可以將FET用于放大級(jí)211至213。圖1中的晶體管Q1等效于由差分放大部和輸出級(jí)構(gòu)成的差分放大器中的輸出級(jí)晶體管。優(yōu)選地使用由差分放大部和輸出級(jí)構(gòu)成的普通差分放大器作為差分放大器AMP1，并將其輸出施加到晶體管Q1的柵極端。
圖1中的偏移提供電路222將Q1的漏極電壓反饋給差分放大器AMP1的反相輸入端。然后差分放大器AMP1驅(qū)動(dòng)MOSFET Q1，以使Q1的漏極電壓與非反相輸入端上的輸入電壓相匹配。P溝道MOSFETQ2使用其柵極端接收與Q1的柵極電壓相同的電壓。MOSFET Q2被設(shè)計(jì)為確保其相對(duì)于Q1的大小比為1∶m。假設(shè)Q1被提供以電流I1。那么Q2就被提供以電流I2，即m倍的I1(＝m I1)。
電阻R3和R4以及PN結(jié)二極管D1被串聯(lián)在緩沖器BFF的輸出端和接地點(diǎn)之間。PN結(jié)二極管D1的正向電壓Vf具有負(fù)溫度特性。位于電阻R3和R4之間的連接節(jié)點(diǎn)N2的電勢(shì)被施加到差分放大器AMP1的非反相輸入端。在根據(jù)本實(shí)施例的偏移提供電路222中，利用下面的等式來獲得V2、即位于電阻R3和R4之間的連接節(jié)點(diǎn)N2的電勢(shì)。該電勢(shì)被施加到差分放大器AMP1的非反相輸入端。而且，在下面的等式中，假設(shè)Va是緩沖器BFF的輸出電壓，r3和r4表示電阻R3和R4的電阻值，VF表示二極管D1的正向電壓，以及T是溫度變量。
V2＝{r4/(r3+r4)}·(Va-VF)+VF＝{r4/(r3+r4)}·Va-{r4/(r3+r4)}·VF+VF＝{r4/(r3+r4)}·Va-{r3/(r3+r4)}·VF...(1)將該等式對(duì)溫度變量T取微分，而修改成下面的等式(2)。
V2/T＝Va/T+VF/T ...(2)二極管D1的正向電壓VF顯示了負(fù)溫度特性。偏移提供電路222包括PN結(jié)二極管D1，該二極管D1的正向電壓Vf顯示了負(fù)溫度特性。因此，連接節(jié)點(diǎn)N2的電勢(shì)V2隨著溫度的升高而降低，如圖2(A)所示。由于該電勢(shì)施加到差分放大器AMP1的非反相輸入端上，因此流經(jīng)MOSFET Q1和Q2的電流I1和I2隨著溫度的升高而降低，如圖2(B)所示。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置電阻R3和R4之間的電阻比，能夠?qū)⒐?jié)點(diǎn)N2的電勢(shì)V2的溫度系數(shù)調(diào)整到一個(gè)所期望的值。
向電源電路221的電阻R2提供具有上述溫度相關(guān)性的Q2漏極電流I2。當(dāng)失調(diào)電壓Voff被施加到差分放大器AMP0的非反相輸入端時(shí)，失調(diào)電壓Voff隨著溫度的升高而下降，如圖2(C)所示。結(jié)果，電源電路221輸出工作電源電壓Vldo。如圖3所示，在溫度升高的同時(shí)，與輸出電平指示信號(hào)Vramp成比例的工作電源電壓Vldo會(huì)從相對(duì)低的電平開始升高。在溫度降低的同時(shí)，與輸出電平指示信號(hào)Vramp成比例的工作電源電壓Vldo會(huì)從相對(duì)高的電平開始下降。也就是，升高溫度可以提高相同Vramp的工作電源電壓Vldo。
相反地，當(dāng)FET被用作放大級(jí)211至213的放大設(shè)備時(shí)，飽和電壓表示正溫度特性。也就是，確保在工作電源電壓Vldo和飽和電壓之間有一個(gè)近似恒定的差而不用顧及溫度的變化。結(jié)果，就可以從以電源電路221所提供的工作電源電壓Vldo進(jìn)行工作的高頻功率放大器電路210中獲得與溫度相關(guān)性無關(guān)的輸出功率。從用于對(duì)電池電壓進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換的切換調(diào)整器或諸如串聯(lián)調(diào)整器之類的電源調(diào)整器中提供該偏移提供電路222的電源電壓。
圖5示出了偏移提供電路222的一個(gè)配置實(shí)例。在這種情況下，放大級(jí)211至213的放大晶體管是雙極性晶體管，其飽和電流具有與FET相反的溫度特性。圖5中的偏移提供電路222只有下面的描述與圖1是不同的。根據(jù)圖1的實(shí)施例，晶體管R4和二極管D1被串聯(lián)在差分放大器AMP1的非反相輸入端和接地點(diǎn)之間。根據(jù)圖5的實(shí)施例，電阻R3和二極管D1被串聯(lián)在前級(jí)緩沖器BFF的輸出端和差分放大器AMP1的非反相輸入端之間。
在根據(jù)本實(shí)施例的偏移提供電路222中，利用下面的等式來獲得V2、即電阻R3和R4之間的連接節(jié)點(diǎn)N2的電勢(shì)。該電勢(shì)被輸入到差分放大器AMP1的非反相輸入端。
V2＝r4(Va-VF)/(r3+r4)＝{r4/(r3+r4)}·Va-{r4/(r3+r4)}·VF ...(3)將該等式對(duì)溫度變量T取微分，而修改成下面的等式(4)。
V2/T＝Va/T-VF/T ...(4)二極管D1的正向電壓VF顯示了負(fù)溫度特性。因此，等式(4)清晰地示出升高溫度就會(huì)提高節(jié)點(diǎn)N2的電勢(shì)V2、即差分放大器AMP1的非反相輸入端的輸入電壓。這與圖1的實(shí)施例是相反的。結(jié)果，電源電路221輸出工作電源電壓Vldo。降低溫度會(huì)使與輸出電平指示信號(hào)Vramp成比例的工作電源電壓Vldo從相對(duì)低電平的Vramp開始升高。與圖3相反，升高溫度會(huì)使與輸出電平指示信號(hào)Vramp成比例的工作電源電壓Vldo從相對(duì)高電平的Vramp開始升高。
相反地，當(dāng)雙極性晶體管被用作放大級(jí)211至213的放大設(shè)備時(shí)，飽和電壓顯示了負(fù)溫度特性。也就是，升高溫度會(huì)使飽和電流降低增益，降低溫度會(huì)使飽和電流提高增益。當(dāng)電源電路221提供的工作電源電壓Vldo隨溫度而變化時(shí)，高頻功率放大器電路210會(huì)提供沒有溫度相關(guān)性的輸出功率特性。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大部的更詳細(xì)的配置。
根據(jù)本實(shí)施例的高頻功率放大器電路210具有3個(gè)功率放大FET211、212和213。后續(xù)的FET 212和213的柵極端與前面的FET 211和212的漏極端相連接?？傮w上，高頻功率放大器電路210被配置為3級(jí)放大器電路。將偏置電路230所提供的偏置電壓Vb1、Vb2和Vb3(Vb1＜Vb2＜Vb3)施加到每一級(jí)的FET 211、212和213的柵極端。與這些電壓相應(yīng)的漏極電流被施加到FET 211、212和213。
將工作電源電壓控制電路220的工作電源電壓Vldo通過電感L1、L2和L3而施加到每一級(jí)的FET 211、212和213的漏極端，其中的工作電源電壓控制電路220按圖1所示來配置。在第一級(jí)的FET 211的柵極端和輸入端In之間設(shè)置阻抗匹配電路241和用于切斷直流的電容設(shè)備C11。高頻信號(hào)Pin通過這些電路和設(shè)備而被輸入到FET 211的柵極端。
在第一級(jí)的FET 211的漏極端與第二級(jí)的FET 212的柵極端之間連接阻抗匹配電路242和用于切斷直流的電容設(shè)備C12。在第二級(jí)的FET 212的漏極端與最后一級(jí)的FET 213的柵極端之間連接阻抗匹配電路243和用于切斷直流的電容設(shè)備C13。最后一級(jí)的FET 213的漏極端通過阻抗匹配電路244和電容設(shè)備C14而被連接到輸出端OUT。通過切斷高頻輸入信號(hào)Pin中的直流分量和放大高頻輸入信號(hào)Pin中的交流分量而輸出信號(hào)Pout。
偏置電路230不受特別限制，由電阻R11至R16構(gòu)成。偏置電路230構(gòu)成了一個(gè)電阻分壓電路，用于以給定的電阻比對(duì)設(shè)置電壓Vcnt進(jìn)行分壓，以生成柵極偏置電壓Vb1、Vb2和Vb3。圖7中的電阻分壓電路不是精確的電路，而只是試圖表達(dá)電路的概念。本發(fā)明不限于圖7所示的電路。構(gòu)成偏置電路230的電阻R11至R16可與高頻放大器電路210的FET 211、212和213以及工作電源電壓控制電路220(除了穩(wěn)定電容C0以及用于相位補(bǔ)償?shù)碾娮鑂0和電容C0)一起，被制成一個(gè)半導(dǎo)體芯片上的半導(dǎo)體集成電路。
根據(jù)該實(shí)施例，半導(dǎo)體芯片被用來形成高頻功率放大器電路210的放大FET 211、212和213，工作電源電壓控制電路220以及偏置電路230。該半導(dǎo)體芯片與外部設(shè)備一起被安裝在絕緣襯底上以便被配置成一個(gè)模塊(下面將其稱為RF功率模塊)，其中的外部設(shè)備例如是穩(wěn)定電容C1以及用于切斷直流的電容C11至C14。在本說明書中，模塊意味著多個(gè)半導(dǎo)體芯片以及可以象電子部件那樣被處理的部件的整體。實(shí)際上，多個(gè)半導(dǎo)體芯片和分散的部件都可以通過在諸如陶瓷襯底之類的絕緣襯底表面或內(nèi)部進(jìn)行布線印刷，而被安裝在該絕緣襯底上。這些部件通過上述印刷布線或焊線而互相連接，以便實(shí)現(xiàn)給定的功能。
根據(jù)該實(shí)施例的電感L1至L3是由連接在半導(dǎo)體芯片焊盤之間的鍵合線來制成的。另外，電感也可以由例如形成在模塊襯底上的微帶線來制成。優(yōu)選地使用單獨(dú)形成的半導(dǎo)體設(shè)備作為第三級(jí)的放大FET213。這樣可使工作電源電壓控制電路220幾乎不受到從最后一級(jí)的放大FET 213生成的噪聲的干擾。可使用外部設(shè)備作為電阻R11至R16。
圖6示出了偏置電路230的另一實(shí)例。
根據(jù)本實(shí)施例，在放大FET 213的柵極端經(jīng)由電阻Rb3設(shè)置有基于電流鏡連接的偏置晶體管Qb3。電流生成電路231將偏置電流Ib3提供給晶體管Qb3。作為無效電流，與晶體管Qb3和Qa3之間的尺寸比成比例的漏極電流被提供給放大FET 213。前級(jí)放大晶體管具有基于電流鏡連接的偏置晶體管(Qb1和Qb2)。這些晶體管還被提供以來自電流生成電路231的偏置電流Ib1和Ib2。偏置電路230由電流生成電路231以及偏置晶體管Qb1、Qb2和Qb3構(gòu)成。
電流生成電路231包括差分放大器AMP2，其非反相輸入端接收設(shè)置電壓Vcnt；MOSFET Q30，其柵極端接收來自差分放大器AMP2的輸出；與Q30串聯(lián)的電阻R30；以及MOSFET Q31、Q32和Q33，用于接收與Q30相同的柵極電壓。Q30和R30之間的連接節(jié)點(diǎn)N3的電勢(shì)被反饋到差分放大器AMP2的反相輸入端。以這種方式，MOSFET Q30被驅(qū)動(dòng)，以使連接節(jié)點(diǎn)N3的電勢(shì)與Vcnt相匹配。Q31、Q32和Q33被提供以與該設(shè)置電壓Vcnt成比例的電流。
該電流作為偏置電流Ib1、Ib2和Ib3被提供到與放大設(shè)備211、212和213進(jìn)行電流鏡連接的偏置晶體管Qb1、Qb2和Qb3。在晶體管Q30和Q31、Q32及Q33之間、211和Qb1之間，212和Qb2之間以及213和Qb3之間定義給定的尺寸比。以這種方式，可以將大小與該設(shè)置電壓Vcnt成比例的電流提供給放大設(shè)備211、212和213。通常，電流的大小為Ib1＜Ib2＜Ib3。
圖8示出了將根據(jù)本實(shí)施例的高頻功率放大器應(yīng)用到便攜式電話系統(tǒng)中的一個(gè)實(shí)例。盡管不考慮特殊限制，但該實(shí)例被配置為能夠基于GSM和DCS系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送和接收的雙頻帶無線通信系統(tǒng)。
在圖8中，附圖標(biāo)記ANT表示用以發(fā)送和接收信號(hào)無線電波的天線。附圖標(biāo)記100表示前端模塊。附圖標(biāo)記200表示采用了依據(jù)上述實(shí)施例的高頻功率放大器的RF功率模塊。附圖標(biāo)記300表示基帶電路，該基帶電路將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，并生成調(diào)制選擇信號(hào)MODE、頻帶選擇信號(hào)BAND和發(fā)送開始信號(hào)TXON。附圖標(biāo)記400表示調(diào)制解調(diào)LSI，其進(jìn)行下變換以解調(diào)所接收的信號(hào)，生成基帶信號(hào)，并調(diào)制發(fā)送信號(hào)。附圖標(biāo)記FLT1和FLT2表示從接收信號(hào)中除去噪聲或干擾波的濾波器。
在這些部件中，例如，濾波器FLT1是用于GSM的電路。濾波器FLT2是用于DCS的電路?；鶐щ娐?00可以由多個(gè)LSI和IC芯片來構(gòu)成，例如DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)、微處理器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。盡管未在圖7中示出，但RF功率模塊200具有2個(gè)擁有相似配置的高頻功率放大器電路210a和210b。高頻功率放大器電路210a放大使用頻率在880至915MHz之間的GSM發(fā)送信號(hào)。高頻功率放大器電路210b放大使用頻率在1710至1785MHz之間的DCS發(fā)送信號(hào)。
該實(shí)例所使用的RF功率模塊200采用2個(gè)偏置電路230和2個(gè)工作電源電壓控制電路220，它們中的每一個(gè)都是為該高頻功率放大器電路210a和210b而提供的。部分部件可以共享，也可以設(shè)為公共電路。輸出電平指示信號(hào)Vramp可以通過調(diào)制解調(diào)LSI 400而被提供給RF功率模塊200。
前端模塊100包括阻抗匹配電路121和122、低通濾波器131和132、開關(guān)電路141和142、電容151和152以及分波器160。阻抗匹配電路121和122連接到RF功率模塊200的發(fā)送輸出端以匹配阻抗。低通濾波器131和132衰減高頻。開關(guān)電路141和142在發(fā)送和接收之間進(jìn)行切換。電容器151和152從接收信號(hào)中除去交流分量。分波器160將信號(hào)分為900MHz頻帶GSM信號(hào)和1.8GHz頻帶DCS信號(hào)。這些電路和設(shè)備都安裝在一個(gè)陶瓷襯底上并被配置為一個(gè)模塊。基帶電路300為在發(fā)送與接收之間進(jìn)行切換的開關(guān)電路141和142提供選擇信號(hào)CNT1和CNT2。
根據(jù)上述實(shí)施例的對(duì)工作電源電壓控制電路220的使用不限制于只包含相位調(diào)制分量的GMSK調(diào)制發(fā)送信號(hào)。工作電源電壓控制電路220還可以用于適合EDGE(用于GSM改進(jìn)的增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率)的高頻功率放大器電路，該高頻功率放大器電路用于放大包括相位調(diào)制分量和振幅調(diào)制分量的8-PSK調(diào)制發(fā)送信號(hào)。
圖9示出了適合EDGE的高頻功率放大器電路的一個(gè)配置實(shí)例。根據(jù)該實(shí)施例，相位-振幅分離電路430被設(shè)置于高頻功率放大器電路210的前級(jí)。相位-振幅分離電路430從包括相位調(diào)制分量和振幅調(diào)制分量的發(fā)送信號(hào)中，分離出相位調(diào)制分量和振幅調(diào)制分量。選擇開關(guān)SW1被設(shè)置于工作電源電壓控制電路220的前級(jí)。選擇開關(guān)SW1選擇來自基帶電路的輸出電平指示信號(hào)Vramp或包含由相位-振幅分離電路430分離出的振幅分量的信號(hào)VAM。
模式信號(hào)MODE表示從基帶電路提供的GSM或EDGE模式。GSM模式放大GMSK調(diào)制發(fā)送信號(hào)。EDGE模式放大8-PSK調(diào)制發(fā)送信號(hào)。當(dāng)模式信號(hào)MODE表示GSM模式時(shí)，開關(guān)SW1選擇Vramp，并將其提供給工作電源電壓控制電路220。當(dāng)模式信號(hào)MODE表示EDGE模式時(shí)，開關(guān)SW1選擇包含由相位-振幅分離電路430分離出的振幅分量的信號(hào)VAM，并將信號(hào)VAM提供到工作電源電壓控制電路220。
因此，在GSM模式下，工作電源電壓控制電路220生成與Vramp成比例的工作電源電壓Vldo，并將Vldo提供給高頻功率放大器電路210。在EDGE模式下，工作電源電壓控制電路220生成與包含振幅分量的信號(hào)VAM相對(duì)應(yīng)的工作電源電壓Vldo，并將Vldo提供到高頻功率放大器電路210。在EDGE模式下，位于相位-振幅分離電路430前級(jí)的電路生成包含與輸出電平指示信號(hào)Vramp相對(duì)應(yīng)的振幅的發(fā)送信號(hào)。所生成的發(fā)送信號(hào)作為輸入信號(hào)IN被提供給相位-振幅分離電路430。只包含相位調(diào)制分量的信號(hào)Pin被輸入到高頻功率放大器電路210。因此，高頻功率放大器電路210依據(jù)隨振幅分量VAM而變化的工作電源電壓Vldo來放大并輸出該輸入信號(hào)Pin。
雖然上面描述了發(fā)明人所作出的本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例，但是可以清楚地理解，本發(fā)明并不僅限于此，它可以在本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)進(jìn)行各種不同的具體化。雖然在實(shí)施例中連接了三級(jí)放大FET，但是例如優(yōu)選地可以連接兩級(jí)或四級(jí)或更多的級(jí)。雖然實(shí)施例使用了MOSFET作為功率放大設(shè)備211至213，但優(yōu)選地可以使用其它晶體管，例如雙極性晶體管、砷化鎵MESFET、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)以及HEMT(高電子遷移率晶體管)。
上述描述將發(fā)明人所作出的本發(fā)明應(yīng)用到本發(fā)明的背景或技術(shù)領(lǐng)域中的功率模塊中，并構(gòu)成能夠基于2個(gè)通信系統(tǒng)GSM和DCS進(jìn)行發(fā)送和接收的雙模式無線通信系統(tǒng)。但本發(fā)明并不僅限于此，它也可以應(yīng)用于其它通信系統(tǒng)或GSM和DCS之一。此外，本發(fā)明可用于構(gòu)成無線通信系統(tǒng)的功率模塊中，其中該無線通信系統(tǒng)可用在能夠基于三個(gè)或多個(gè)通信系統(tǒng)，例如除GSM和DCS之外還有在1850至1915MHz頻帶范圍內(nèi)的PCS(個(gè)人通信系統(tǒng))，來進(jìn)行發(fā)送和接收的多模式便攜式電話和移動(dòng)電話中。而且，本發(fā)明可應(yīng)用在用于無線LAN的高頻功率放大器電路和功率模塊中。
權(quán)利要求
1.一種具有工作電源電壓控制電路的高頻功率放大器電路，該高頻放大器電路使施加到放大設(shè)備的控制端上的偏置電壓保持恒定，并依據(jù)用來指示發(fā)送輸出電平的輸出電平指示信號(hào)來控制放大設(shè)備的工作電源電壓以控制輸出功率發(fā)送，其中，所述工作電源電壓控制電路輸出具有給定失調(diào)電壓的工作電源電壓，并在所述輸出電平指示信號(hào)表示為所述失調(diào)電壓或高于所述失調(diào)電壓時(shí)，依據(jù)所述輸出電平指示信號(hào)使所述放大設(shè)備工作在飽和區(qū)中，以及其中，生成所述失調(diào)電壓以便具有與所述放大設(shè)備的飽和電壓的溫度相關(guān)性相應(yīng)的溫度特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻功率放大器電路，其中所述工作電源電壓控制電路具有生成所述失調(diào)電壓的偏移提供電路，以利用設(shè)置在所述偏移提供電路中的元件的溫度特性來生成失調(diào)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的高頻功率放大器電路，其中，所述工作電源電壓控制電路包括差分放大器電路，其一個(gè)輸入端接收所述失調(diào)電壓而另一輸入端接收所述輸出電平指示信號(hào)；以及電源電路，具有由所述差分放大器電路驅(qū)動(dòng)的輸出晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻功率放大器電路，其中當(dāng)放大包含相位調(diào)制分量和振幅調(diào)制分量的發(fā)送信號(hào)時(shí)，所述發(fā)送信號(hào)的振幅調(diào)制分量被包含在提供給所述工作電源電壓控制電路的所述輸出電平指示信號(hào)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻功率放大器電路，其中所述放大設(shè)備是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且所述失調(diào)電壓被設(shè)置為隨溫度的升高而降低。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻功率放大器電路，其中所述放大設(shè)備是雙極性晶體管，并且所述失調(diào)電壓被設(shè)置為隨溫度升高而升高。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻功率放大器電路，其中所述失調(diào)電壓是通過利用PN結(jié)正向電壓的溫度特性而生成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻功率放大器電路，其中，所述偏移提供電路包括差分放大器電路和由所述差分放大器電路驅(qū)動(dòng)的晶體管，所述差分放大器的反相輸入端被提供以反饋電壓，而其非反相輸入端被提供以與所述PN結(jié)正向電壓相應(yīng)的電壓，其中所述晶體管的電流被施加到電阻上以生成所述失調(diào)電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的高頻功率放大器電路，其中兩個(gè)或更多的電阻設(shè)備被串聯(lián)在所述PN結(jié)上，并且所述兩個(gè)或更多的電阻設(shè)備的電阻比可用于調(diào)整所述失調(diào)電壓的溫度系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻功率放大器電路，其中所述工作電源電壓控制電路和所述放大設(shè)備被形成在同一半導(dǎo)體芯片上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠降低高頻功率放大器電路的輸出功率的溫度相關(guān)性的技術(shù)，其中該電路將恒定的偏置電壓提供給放大設(shè)備的控制端，并按照用于控制其輸出功率的輸出請(qǐng)求電平來控制工作電源電壓。高頻功率放大器電路包括放大設(shè)備，其控制端(柵極或基極端)被提供以偏置電壓。高頻功率放大器電路使該偏置電壓保持恒定以使放大設(shè)備工作于飽和區(qū)。高頻功率放大器電路依據(jù)輸出請(qǐng)求電平來控制提供給該放大設(shè)備的工作電源電壓，從而控制輸出功率。工作電源電壓控制電路設(shè)置有具有溫度相關(guān)性的設(shè)備(二極管)，該控制電路依據(jù)該輸出請(qǐng)求電平來控制該放大設(shè)備的工作電源電壓。該工作電源電壓控制電路被配置為生成與該設(shè)備的穩(wěn)定特性相應(yīng)的工作電源電壓，并將其提供給放大設(shè)備。
文檔編號(hào)H04B7/26GK1838530SQ200610068259
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
發(fā)明者古屋富男, 石本一彥, 田中弘之 申請(qǐng)人:株式會(huì)社瑞薩科技