專利名稱：高頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在用于發(fā)送和接收高頻信號(hào)的裝置中使用的高頻功率放大器。
背景技術(shù)：
近來，在數(shù)字系統(tǒng)(例如，UMTS通用移動(dòng)發(fā)送標(biāo)準(zhǔn))的蜂窩電話終端中，其性能提高和尺寸減小已經(jīng)成為重要因素，因此要求在這種蜂窩電話終端中使用的用于放大高功率輸出的功率的高頻功率放大器在尺寸上緊湊，并且能夠提供高效率和低失真。
功率放大器是占用蜂窩電話終端的一半功耗的部分，因此，為了延長(zhǎng)蜂窩電話終端的通話時(shí)間，能夠以高效率來操作功率放大器是絕對(duì)必要的。作為功率放大器效率的指標(biāo)，使用功率附加效率(PAE功率附加效率(PowerAdded Efficiency))。
通常，功率放大器的輸出功率在大約+30dBm到-50dBm的寬范圍內(nèi)擴(kuò)展。特別是，在輸出功率最大的+30dBm附近，功率放大器的功耗最大，因此，功率放大器能夠提供高功率附加效率是有必要的。
另一方面，表示功率放大器的輸出功率的使用頻率的功率放大器的概率密度函數(shù)(PDF概率密度函數(shù))在+21dBm至+11dBm的范圍內(nèi)最高，而作為相對(duì)低的功率輸出的+16dBm的附近提供了峰值。在此范圍內(nèi)，盡管功耗不那么高，但是由于使用頻率高，因此在此范圍內(nèi)提高功率附加效率也是重要的。
有鑒于此，在專利參考文獻(xiàn)1、2等中，提出了一種傳統(tǒng)的高頻功率放大器，其可以在這樣的低功率輸出時(shí)間內(nèi)將功率附加效率設(shè)置為高。在專利參考文獻(xiàn)1中公開的高頻功率放大器中，在高功率輸出時(shí)間內(nèi)，偏置電路和偏置電流控制電路將基極電流提供給RF放大器的功率放大晶體管的基極，而在低功率輸出時(shí)間內(nèi)，切換偏置電流控制電路，以由此切斷從偏置電流控制電路提供的基極電流的分量，從而僅從偏置電路將基極電流提供給RF放大器的功率放大晶體管的基極，由此減小功率放大晶體管的集電極電流，以由此將功率附加效率設(shè)置為高。
圖15示出了在傳統(tǒng)的高頻功率放大器100中使用的電路的示例，在所述高頻功率放大器100中，偏置電路和偏置電流控制電路并聯(lián)連接到RF放大器。在圖15中，將直流偏置電壓DC從偏置電路102和偏置電流控制電路103施加到RF放大器101的功率放大晶體管的基極，并且將高頻信號(hào)RF通過電容器C101輸入到RF放大器101的功率放大晶體管的基極。通過電容器102輸出要從RF放大器101的功率放大晶體管的集電極輸出的放大信號(hào)。
在圖15所示的電路配置中，在高功率輸出時(shí)間內(nèi)，為了能夠?qū)㈦娏魈峁┙oRF放大器101的功率放大晶體管的基極，偏置電路102的參考電壓施加端Vref被設(shè)置為等于或高于2.5V的電壓，并且還為了能夠?qū)㈦娏鲝钠秒娏骺刂齐娐?03也提供給RF放大器101的功率放大晶體管的基極，偏置電流控制電路103的控制電壓施加端Vcon被設(shè)置在2.8～3.3V的范圍內(nèi)。
另一方面，在低功率輸出時(shí)間內(nèi)，在偏置電路102的參考電壓施加端Vref仍然被設(shè)置為等于或高于2.5V的電壓的同時(shí)，偏置電流控制電路103的控制電壓施加端Vcon被設(shè)置在0～0.5V的范圍內(nèi)，由此關(guān)斷在偏置電流控制電路103中使用的二極管D103，并且在偏置電流控制電路103中使用的有源偏置晶體管HBT2的集電極電壓變得高于偏置端Vcon的電壓，從而切斷有源晶體管HBT的發(fā)射極電流，即到RF放大器101的功率放大晶體管的基極電流。
因此，通過僅從偏置電路102將基極電流提供給RF放大器101的功率放大晶體管，可以減小集電極電流，并且可以將功率附加效率設(shè)置為高。
專利參考文獻(xiàn)1日本專利公開2003-347850專利參考文獻(xiàn)2日本專利公開2004-40500然而，當(dāng)在用于發(fā)送和接收高頻信號(hào)的裝置中使用上述構(gòu)造的傳統(tǒng)高頻功率放大器100時(shí)，存在著這樣的顧慮，即當(dāng)該裝置的周圍溫度變化時(shí)，在該裝置中可能招致以下影響。
例如，在UMTS系統(tǒng)的蜂窩電話系統(tǒng)中，通過擴(kuò)散信號(hào)譜并且將特定符號(hào)賦予擴(kuò)散后的信號(hào)譜上的數(shù)據(jù)來進(jìn)行通信。因此，當(dāng)在基站中接收要分別從同一小區(qū)內(nèi)的各個(gè)蜂窩電話終端發(fā)送的信號(hào)時(shí)，它們必須是恒定的輸入。
換言之，即使在蜂窩電話終端的運(yùn)動(dòng)或其無線電狀態(tài)的改變均未發(fā)生、但是其周圍溫度變化的時(shí)候，要從在蜂窩電話終端中使用的高頻功率放大器發(fā)送的輸出也必須是恒定的。具體地說，在-10℃至+55℃的周圍溫度范圍內(nèi)，相對(duì)于從基站接收的信號(hào)信息的輸出設(shè)置值，來自蜂窩電話終端的輸出功率必須等于或小于±1dB。
圖16示出了上述構(gòu)造的傳統(tǒng)高頻功率放大器100的、相對(duì)于周圍溫度變化的在空閑(idle)時(shí)間內(nèi)的高功率輸出模式和低功率輸出模式的集電極電流特性。為了減小相對(duì)于溫度變化的高頻功率放大器100的輸出功率的變化，減小空閑時(shí)間內(nèi)的集電極電流的變化(variation)是非常重要的。為了在-10℃至+55℃的周圍溫度范圍內(nèi)使輸出功率等于或小于±1dB，必須將空閑時(shí)間內(nèi)的集電極電流的變化控制為±20％或更小。
因此，如圖16所示，在高功率輸出模式下，在空閑時(shí)間內(nèi)的集電極電流的變化被設(shè)置在180mA(在-10℃時(shí))至220mA(+55℃)的范圍內(nèi)，以便將集電極電流的變化大致控制到相對(duì)于+25℃時(shí)的200mA為-10％～+10％的范圍。
換言之，當(dāng)周圍溫度變化時(shí)，通過使用分別在偏置電路102中提供的電阻器Rb和二極管D101、D102的正向電壓Vf的溫度補(bǔ)償電路，來補(bǔ)償RF放大器101的功率放大晶體管的基極-發(fā)射極間電壓Vbe的變化以及有源偏置晶體管HBT1、HBT2的基極-發(fā)射極間電壓Vbe的變化，以由此控制RF放大器101的功率放大晶體管的基極電流的變化。
現(xiàn)在，圖17示出了當(dāng)在級(jí)聯(lián)型兩級(jí)功率放大器的后級(jí)中使用上述傳統(tǒng)高頻功率放大器100時(shí)，相對(duì)于周圍溫度變化的、在高功率輸出模式(28dBm)下和在低功率輸出模式(16dBm)下的輸出功率(功率增益)特性。
在-10℃至+55℃的周圍溫度范圍內(nèi)，在高功率輸出模式下，如上所述，因?yàn)榧姌O電流的變化被控制為±20％或小于±20％，所以高頻功率放大器100的輸出功率從27.3dBm變化到28.3dBm，也就是說，可以將輸出功率控制為±1dB或小于±1dB。因此，即使不從外部調(diào)節(jié)輸出功率，也可以防止蜂窩電話終端的通話質(zhì)量變差。
另一方面，在低功率輸出模式下，從偏置電流控制電路103中的有源偏置晶體管HBT2到RF放大器101中的功率放大晶體管的基極電流被切斷；并且，RF放大器的功率放大晶體管的基極-發(fā)射極間電壓Vbe以及有源偏置晶體管HBT1的基極-發(fā)射極間電壓Vbe由于溫度導(dǎo)致的電壓變化與高功率輸出模式下的電壓變化不同，而由于分別在偏置電路102中提供的電阻器Rb和二極管D101、D102的正向電壓Vf導(dǎo)致的溫度補(bǔ)償電路的補(bǔ)償電壓寬度與高功率輸出模式下的補(bǔ)償電壓寬度相同，這使得不可能提供足夠的溫度補(bǔ)償。
因此，RF放大器101的功率放大晶體管的基極電流的變化增大，并且如圖16所示，空閑時(shí)間內(nèi)的集電極電流在9mA(在-10℃時(shí))至110mA(在55℃時(shí))的范圍內(nèi)變化，使得相對(duì)于84mA，集電極電流變化具有處于-89％～+31％的范圍內(nèi)的寬度，所述寬度大于±20％的寬度。
因此，如圖17所示，對(duì)于-10℃至+55℃的周圍溫度范圍，在低功率輸出模式下，高頻功率放大器101的輸出功率在室溫附近為16.0dBm，但是它在+55℃時(shí)減小為大約15.0dBm，并且在-10℃時(shí)進(jìn)一步減小為12.0dBm。也就是說，在-10℃至+55℃的周圍溫度范圍內(nèi)，在低功率輸出模式下，高頻功率放大器100的輸出功率以其大大超過16dBm±1dBm的范圍的方式變化。
如上所述，當(dāng)從在蜂窩電話終端中使用的高頻功率放大器輸出的發(fā)送隨著周圍溫度的變化而顯著變化時(shí)，在基站處的接收信號(hào)的電平與其它剩余蜂窩電話終端的所述電平不同，并且由于向相鄰信道的功率泄漏，信號(hào)不能被正確地解調(diào)，導(dǎo)致通話質(zhì)量變差。
為了避免這一問題，通常，采用一種將蜂窩電話終端構(gòu)造為具有可解決這種問題的輸出調(diào)節(jié)功能的方法。然而，當(dāng)功率放大器的溫度特性由于這樣的輸出功率而顯著變化時(shí)，有必要專門提供溫度補(bǔ)償表，其導(dǎo)致蜂窩電話終端中的存儲(chǔ)器的增大。作為其結(jié)果，引起了可能增大蜂窩電話終端的裝載面積及其成本的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在消除在傳統(tǒng)的高頻功率放大器中發(fā)現(xiàn)的上述問題。因此，本發(fā)明的目的是提供一種高頻功率放大器，即使在溫度變化時(shí)，該高頻功率放大器也能夠在其輸出功率的寬范圍上實(shí)現(xiàn)高效操作。
根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器是用于對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行功率放大的、具有溫度補(bǔ)償功能的高頻功率放大器，包括功率放大晶體管，其具有接地的發(fā)射極；高功率輸出偏置電路，用于將與高功率輸出相對(duì)應(yīng)的高功率輸出電流提供給功率放大晶體管；以及低功率輸出偏置電路，用于將與低功率輸出相對(duì)應(yīng)的低功率輸出電流提供給功率放大晶體管。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，彼此分離地提供高功率輸出偏置電路和低功率輸出偏置電路，并且將與輸出功率相對(duì)應(yīng)的偏置電流提供給功率放大晶體管，從而能夠根據(jù)輸出功率來將功率放大晶體管的集電極電流控制為最小。因此，即使當(dāng)溫度變化時(shí)，也可以在輸出功率的寬范圍上實(shí)現(xiàn)高效操作。
根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器還包括具有能夠接收高頻信號(hào)的一個(gè)電極和連接到功率放大晶體管的基極的另一電極的電容器；以及具有連接到功率放大晶體管的集電極的一個(gè)電極和能夠輸出高頻信號(hào)的另一電極的電容器。在這樣構(gòu)造的高頻功率放大器中，高功率輸出偏置電路具有連接到第一參考電壓施加端的第一電極、連接到偏置電壓施加端的第二電極、以及連接到功率放大晶體管的基極的第三電極；并且，低功率輸出偏置電路具有連接到第二參考電壓施加端的第四電極、連接到偏置電壓施加端的第五電極、以及連接到功率放大晶體管的基極的第六電極。
在根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器中，高輸出偏置電路包括用于補(bǔ)償高功率輸出電流的溫度的第一溫度補(bǔ)償電路、以及用于將溫度補(bǔ)償后的高功率輸出電流提供給功率放大晶體管的基極的第一偏置晶體管；并且，低功率輸出偏置電路包括用于補(bǔ)償?shù)凸β瘦敵鲭娏鞯臏囟鹊牡诙囟妊a(bǔ)償電路、以及用于將溫度補(bǔ)償后的低功率輸出電流提供給功率放大晶體管的基極的第二偏置晶體管。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，通過切換第一和第二參考電壓施加端的電壓，對(duì)于高功率輸出時(shí)間，可以利用第一偏置晶體管來操作功率放大晶體管，對(duì)于高功率輸出時(shí)間期間的溫度變化的時(shí)間，可以利用第一溫度補(bǔ)償電路來補(bǔ)償功率放大晶體管的空閑電流的溫度，對(duì)于低功率輸出時(shí)間，可以利用第二偏置晶體管來操作功率放大晶體管，并且對(duì)于低功率輸出時(shí)間期間的溫度變化的時(shí)間，可以利用第二溫度補(bǔ)償電路來補(bǔ)償功率放大晶體管的空閑電流的溫度。也就是說，由于可以控制溫度變化時(shí)的功率放大晶體管的集電極電流的變化，因此可以提供一種高頻功率放大器，其幾乎不依賴于溫度變化，而是可以容易地提供沒有輸出功率變化的穩(wěn)定的輸出功率特性。
在根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器中，在低功率輸出時(shí)間內(nèi)將利用第二偏置晶體管操作的功率放大晶體管的空閑電流小于在高功率輸出時(shí)間內(nèi)將利用第一偏置晶體管操作的功率放大晶體管的空閑電流。
在根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器中，當(dāng)高功率輸出的溫度變化時(shí)將利用第一溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)等于當(dāng)?shù)凸β瘦敵龅臏囟茸兓瘯r(shí)將利用第二溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器中，第一溫度補(bǔ)償電路包括連接在第一參考電壓施加端和第一偏置晶體管的基極之間的電阻器、以及彼此串聯(lián)連接的第一和第二二極管，每個(gè)二極管具有連接到第一偏置晶體管的基極的陽極以及接地的陰極；第一偏置晶體管具有連接到偏置電壓施加端的集電極以及連接到功率放大晶體管的基極的發(fā)射極；第二溫度補(bǔ)償電路包括連接在第二參考電壓施加端和第二偏置晶體管的基極之間的電阻器、以及彼此串聯(lián)連接的第三和第四二極管，每個(gè)二極管具有連接到第二偏置晶體管的基極的陽極以及接地的陰極；并且，第二偏置晶體管具有連接到偏置電壓施加端的集電極以及連接到功率放大晶體管的基極的發(fā)射極；在根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器中，以下兩個(gè)變化系數(shù)中的至少一個(gè)較小，即當(dāng)輸出功率為高輸出功率并且參考電壓變化時(shí)，將利用第一溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)；以及，當(dāng)輸出功率為低輸出功率并且參考電壓變化時(shí)，將利用第二溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，由于對(duì)第一和第二溫度補(bǔ)償電路中的至少一個(gè)的參考電壓的依賴性小，因此可以提高高頻功率放大器相對(duì)于參考電壓變化的穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器還包括具有能夠接收高頻信號(hào)的一個(gè)電極和連接到功率放大晶體管的基極的另一電極的電容器；以及具有連接到功率放大晶體管的集電極的一個(gè)電極和能夠輸出高頻信號(hào)的另一電極的電容器。在該高頻功率放大器中，高輸出偏置電路具有連接到第一參考電壓施加端的一個(gè)電極以及連接到功率放大晶體管的基極的另一電極；并且，低功率輸出偏置電路具有連接到第二參考電壓施加端的一個(gè)電極以及連接到功率放大晶體管的基極的另一電極。
在根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器中，高功率輸出偏置電路包括用于補(bǔ)償高功率輸出電流的溫度的第一溫度補(bǔ)償電路、以及用于將溫度補(bǔ)償后的高功率輸出電流提供給功率放大晶體管的基極的第一偏置晶體管；并且，低功率輸出偏置電路包括用于補(bǔ)償?shù)凸β瘦敵鲭娏鞯臏囟鹊牡诙囟妊a(bǔ)償電路、以及用于將溫度補(bǔ)償后的低功率輸出電流提供給功率放大晶體管的基極的第二偏置晶體管。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，通過切換第一和第二參考電壓施加端的電壓，對(duì)于高功率輸出時(shí)間，可以利用第一偏置晶體管來操作功率放大晶體管，對(duì)于高功率輸出時(shí)間期間的溫度變化的時(shí)間，可以利用第一溫度補(bǔ)償電路來補(bǔ)償功率放大晶體管的空閑電流的溫度，對(duì)于低功率輸出時(shí)間，可以利用第二偏置晶體管來操作功率放大晶體管，并且對(duì)于低功率輸出時(shí)間期間的溫度變化的時(shí)間，可以利用第二溫度補(bǔ)償電路來補(bǔ)償功率放大晶體管的空閑電流的溫度。
在根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器中，在低功率輸出時(shí)間內(nèi)將利用第二偏置晶體管操作的功率放大晶體管的空閑電流小于在高功率輸出時(shí)間內(nèi)將利用第一偏置晶體管操作的功率放大晶體管的空閑電流。
在根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器中，當(dāng)高功率輸出的溫度變化時(shí)將利用第一溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)等于當(dāng)?shù)凸β瘦敵龅臏囟茸兓瘯r(shí)將利用第二溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器中，通過將電壓施加到第一和第二參考電壓施加端來控制功率放大晶體管的驅(qū)動(dòng)。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，由于可以將要控制的電壓系統(tǒng)的數(shù)目減少為兩個(gè)，因而可以減小電路規(guī)模。因此，可以減小將此高頻放大器合并在其中的蜂窩電話終端的實(shí)際安裝面積和成本?？梢院?jiǎn)化高頻功率放大器的控制，消除對(duì)于在蜂窩電話終端中提供控制校正表的需要，這使得有可能減小蜂窩電話終端的存儲(chǔ)器的大小。
根據(jù)本發(fā)明，即使對(duì)于溫度變化的時(shí)間，通過在功率放大器的輸出功率的寬范圍上根據(jù)高功率輸出時(shí)間和低功率輸出時(shí)間來控制偏置電路，也可以提供高功率附加效率。通過將溫度補(bǔ)償電路分別添加到高功率輸出偏置電路和低功率輸出偏置電路，可以控制在溫度變化時(shí)間內(nèi)的功率放大晶體管的集電極電流的變化，因此，可以提供這樣的功率放大器，其沒有輸出功率的變化，幾乎不依賴于溫度，而是可以容易地提供穩(wěn)定的輸出功率特性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器10的電路配置的電路圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器10的電路配置(偏置電路的細(xì)節(jié))的電路圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器10的電路配置(溫度補(bǔ)償電路的細(xì)節(jié))的電路圖。
圖4是圖3所示的高頻功率放大器10的功率附加效率特性示例的圖形表示。
圖5是當(dāng)使用圖3所示的高頻功率放大器10的各個(gè)偏置電路時(shí)空閑電流的溫度特性示例的圖形表示。
圖6是在圖3所示的高頻功率放大器10中在周圍溫度和輸出功率之間的關(guān)系的圖形表示。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高頻功率放大器20的電路配置的電路圖(示出當(dāng)該電路配置被應(yīng)用到低功率輸出偏置電路的時(shí)候)。
圖7B是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高頻功率放大器20的電路配置的電路圖(示出當(dāng)該電路配置被應(yīng)用到高功率輸出偏置電路的時(shí)候)。
圖7C是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高頻功率放大器20的電路配置的電路圖(示出當(dāng)該電路配置被應(yīng)用到低/高功率輸出偏置電路的時(shí)候)。
圖8是當(dāng)使用圖3所示的高頻功率放大器10的各個(gè)偏置電路時(shí)空閑電流對(duì)參考電壓VREF1、VREF2的依賴性示例的圖形表示。
圖9是在圖3所示的高頻功率放大器10的參考電壓VREF1、VREF2和輸出功率之間的關(guān)系的圖形表示。
圖10是當(dāng)使用圖3所示的高頻功率放大器10的各個(gè)偏置電路時(shí)空閑電流對(duì)參考電壓VREF1、VREF2的依賴性示例的圖形表示。
圖11是在圖7A所示的高頻功率放大器20的參考電壓VREF1、VREF2和輸出功率之間的關(guān)系的圖形表示。
圖12是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的高頻功率放大器30的電路配置的電路圖。
圖13是當(dāng)使用圖3所示的高頻功率放大器10時(shí)電壓的控制定時(shí)和要控制的高頻信號(hào)的示例的視圖。
圖14是當(dāng)使用圖12所示的高頻功率放大器30時(shí)電壓的控制定時(shí)和要控制的高頻信號(hào)的的示例的視圖。
圖15是傳統(tǒng)的高頻功率放大器100的電路配置的電路圖。
圖16是當(dāng)切換圖15所示的高頻功率放大器100的偏置電流控制電路時(shí)空閑電流的溫度特性的圖形表示。
圖17是在圖15所示的高頻功率放大器100的周圍溫度和輸出功率之間的關(guān)系的圖形表示。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例圖1至3分別是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有溫度補(bǔ)償功能的高頻功率放大器10的電路配置示例的示圖?，F(xiàn)在，將參照?qǐng)D1至6來給出對(duì)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器10的結(jié)構(gòu)和操作的描述。
在圖1中，高頻功率放大器10包括RF放大器11、高功率輸出偏置電路B1、低功率輸出偏置電路B2、以及電容器C1、C2。高頻信號(hào)通過電容器C1連接到RF放大器11的功率放大晶體管Q0的基極。參考電壓施加端VREF1和參考電壓施加端VREF2分別通過高功率輸出偏置電路B1以及通過低功率輸出偏置電路B2而連接到RF放大器11的功率放大晶體管Q0的基極。偏置電壓VDC公共地連接到各個(gè)偏置電路B1和B2。功率放大晶體管Q0的集電極通過電容器C2輸出高頻信號(hào)，而晶體管Q0的發(fā)射極被接地。
圖2示出了圖1所示的高頻功率放大器10的各個(gè)偏置電路B1、B2的細(xì)節(jié)。高功率輸出偏置電路B1由溫度補(bǔ)償電路T1和偏置晶體管Q1組成，所述溫度補(bǔ)償電路T1包含串聯(lián)連接的電阻器R1和兩個(gè)二極管D1、D2。參考電壓VREF1被施加到電阻器R1，二極管D2的陰極被接地，偏置晶體管Q1的基極連接到電阻器R1和二極管D1之間的連接點(diǎn)，偏置電壓VDC的電壓被施加到偏置晶體管Q1的集電極，偏置晶體管Q1的發(fā)射極連接到功率放大晶體管Q0。
低功率輸出偏置電路21由溫度補(bǔ)償電路T2和偏置晶體管Q2組成，所述溫度補(bǔ)償電路T2包含串聯(lián)連接的電阻器R2和兩個(gè)二極管D3、D4。參考電壓VREF2被施加到電阻器R2，二極管D4的陰極被接地，偏置晶體管Q2的基極連接到電阻器R2和二極管D3之間的連接點(diǎn)，偏置電壓VDC的電壓被施加到偏置晶體管Q2的集電極，偏置晶體管Q2的發(fā)射極連接到功率放大晶體管Q0。
在這里，偏置電壓VDC的電壓被施加到偏置晶體管Q1、Q2的集電極，這些集電極彼此直接相連，而偏置晶體管Q1、Q2的發(fā)射極連接到功率放大晶體管Q0，并且這些發(fā)射極彼此直接相連。
圖3示出了在圖2所示的高頻功率放大器10中提供的溫度補(bǔ)償電路T1和T2中包含的各個(gè)二極管D1、D2、D3和D4的特定示例?？梢酝ㄟ^利用導(dǎo)線在晶體管Q3、Q4、Q5和Q6的基極和集電極之間短路來構(gòu)造二極管D1、D2、D3和D4。
在這里，高功率輸出偏置電路B1和低功率輸出偏置電路B2在電路配置上相似，而偏置電路B1和B2將電流發(fā)送到功率放大晶體管Q0的基極的能力被設(shè)置為彼此不同。例如，在本實(shí)施例中，將偏置晶體管Q2的發(fā)射極尺寸設(shè)置為偏置晶體管Q1的發(fā)射極尺寸的1/4，并且將在溫度補(bǔ)償電路T2中提供的電阻器R2的電阻值設(shè)置為與溫度補(bǔ)償電路T1的電阻器R1的10倍一樣大，由此，當(dāng)與要從偏置電路B1發(fā)送的空閑電流相比時(shí)，可以將要從偏置電路B2發(fā)送到功率放大晶體管Q0的基極的空閑電流調(diào)節(jié)為大約1/8。附帶地說，溫度補(bǔ)償電路T1和T2的晶體管Q3、Q4、Q5和Q6在發(fā)射極尺寸上分別相同。
通過使用如上述構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，根據(jù)第一實(shí)施例的高頻功率放大器10可以解決以下兩個(gè)問題。
首先，高功率輸出偏置電路B1、低功率輸出偏置電路B2和電容器C1連接到RF放大器11的功率放大晶體管Q0的基極。因?yàn)楦鶕?jù)高功率輸出或低功率輸出而通過偏置電路B1和B2來提供與輸出功率相對(duì)應(yīng)的基極電流，因此，在低功率輸出時(shí)間內(nèi)，可以減小功率放大晶體管Q0的集電極電流，從而可以在輸出功率的寬范圍內(nèi)以高功率附加效率來操作功率放大晶體管Q0。
其次，在高功率輸出偏置電路B1中提供溫度補(bǔ)償電路T1，并且在低功率輸出偏置電路B2中提供溫度補(bǔ)償電路T2。因?yàn)楦鶕?jù)高功率輸出或低功率輸出而通過溫度補(bǔ)償電路T1和T2來提供與周圍溫度變化相對(duì)應(yīng)的基極電流，因此可以減小功率放大晶體管Q0的集電極電流的溫度變化。由此，可以在輸出功率的寬范圍內(nèi)以及在寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定地輸出發(fā)送功率。
在圖3所示的結(jié)構(gòu)的情況下，為了在高功率輸出時(shí)間內(nèi)能夠?qū)㈦娏鲝母吖β瘦敵銎秒娐稡1的偏置晶體管Q1提供給RF放大器11的功率放大晶體管Q0的基極，將高功率輸出偏置電路B1的參考電壓VREF1設(shè)置為等于或高于2.5V，并且將偏置電壓VDC設(shè)置為等于或高于1.8V，由此允許與高功率輸出相對(duì)應(yīng)的大電流(例如，在空閑時(shí)間內(nèi)為3mA左右)流到功率放大晶體管Q0的基極。
在那時(shí)，將低功率輸出偏置電路B2的參考電壓VREF2設(shè)置為0V的電壓，并且晶體管Q5和Q6被關(guān)斷，以由此切斷從低功率輸出偏置電路B2的偏置晶體管Q2流出的電流，其中所述晶體管Q5和Q6是在溫度補(bǔ)償電路T2中提供的，并且利用導(dǎo)線而在其基極和集電極之間被短路。
另一方面，在低功率輸出時(shí)間內(nèi)，在將用于與高輸出偏置電路B 1共同使用的偏置電壓VDC設(shè)置為等于或高于1.8V的電壓的同時(shí)，將低功率輸出偏置電路B2的參考電壓VREF2設(shè)置為等于或高于2.5V的電壓，并且將與低功率輸出相對(duì)應(yīng)的小電流(例如，在空閑時(shí)間內(nèi)為大約400μA)提供給功率放大晶體管Q0的基極。
在那時(shí)，將高功率輸出偏置電路B1的參考電壓VREF1設(shè)置為0V的電壓，并且晶體管Q3和Q4被關(guān)斷，以由此切斷從高功率輸出偏置電路B1的偏置晶體管Q1流出的電流，其中所述晶體管Q3和Q4是在溫度補(bǔ)償電路T1中提供的，并且利用導(dǎo)線而在其基極和集電極之間被短路。因此，通過僅從具有低電流供應(yīng)能力的低功率輸出偏置電路T2提供RF放大器11的功率放大晶體管Q0的基極電流，可以減小集電極電流，從而可以將功率附加效率設(shè)置為高。
現(xiàn)在，圖4示出了當(dāng)在級(jí)聯(lián)型兩級(jí)功率放大器的后級(jí)中使用根據(jù)本發(fā)明的上述第一實(shí)施例的高頻功率放大器10時(shí)、相對(duì)于輸出功率的功率附加效率特性。在高功率輸出的21dBm～28dBm的范圍內(nèi)，將電流從高功率輸出偏置電路B1提供給功率放大晶體管Q0，以便執(zhí)行高頻功率放大。當(dāng)輸出功率是28dBm的45％時(shí)，功率附加效率提供峰值，并且當(dāng)輸出功率接近21dBm時(shí)，所述功率附加效率降低。通過在輸出功率降低到21dBm時(shí)將高功率輸出偏置電路B1切換到低功率輸出偏置電路B2，可以減小功率放大晶體管Q0的集電極電流，從而可以將功率附加效率從15％提高到30％。
在低功率輸出的-50dBm～21dBm的范圍內(nèi)，將電流從低功率輸出偏置電路B2提供給功率放大晶體管Q0，以便執(zhí)行高頻功率放大。當(dāng)輸出功率為21dBm的30％時(shí)，功率附加效率提供峰值，并且當(dāng)輸出功率接近-50dBm時(shí)，所述功率附加效率降低。
特別是，在蜂窩電話終端中非常頻繁地使用的16dBm附近，功率附加效率提供25％，因此，當(dāng)與圖4所示的傳統(tǒng)高頻功率放大器101的功率附加效率20％相比時(shí)，功率附加效率可被提高多達(dá)大約5％。
其原因如下即，在傳統(tǒng)的高頻功率放大器101中，基本上只減小用于向功率放大晶體管提供電流的偏置晶體管(有源偏置晶體管HBT2)的發(fā)射極尺寸；而在本實(shí)施例中，由于以下兩個(gè)作用不僅減小所述偏置晶體管的發(fā)射極尺寸、還增大溫度補(bǔ)償電路T2的電阻器R2的電阻值以由此減小偏置晶體管Q2的基極電流，因而可以大大減小功率放大晶體管Q0的集電極電流，從而可以提高功率附加效率。
現(xiàn)在，圖5示出了在高功率輸出模式下和在低功率輸出模式下，根據(jù)本發(fā)明的上述第一實(shí)施例的高頻放大器10的、相對(duì)于周圍溫度變化的空閑時(shí)間內(nèi)的集電極電流的特性。如已經(jīng)描述過的那樣，在-10℃至+55℃的周圍溫度范圍內(nèi)，為了將輸出功率設(shè)置為等于或低于±1dB，將空閑時(shí)間內(nèi)的集電極電流的變化控制為等于或低于±20％是絕對(duì)必要的。
因此，如圖5所示，將高功率輸出模式下的空閑時(shí)間內(nèi)的集電極電流的變化設(shè)置在180mA(在-10℃時(shí))至220mA(在+55℃時(shí))的范圍內(nèi)，以由此將集電極電流的變化控制在相對(duì)于+25℃時(shí)的200mA為大約-10％至+10％的范圍內(nèi)。
也就是說，即使在周圍溫度變化時(shí)，也會(huì)通過使用分別在高功率輸出偏置電路B1中提供的電阻器R1和晶體管Q3、Q4的正向電壓Vf的溫度補(bǔ)償電路T1，來補(bǔ)償RF放大器11的功率放大晶體管Q0的基極-發(fā)射極間電壓Vbe的變化、以及偏置晶體管Q1的基極-發(fā)射極間電壓Vbe的變化，從而控制RF放大器11的功率放大晶體管Q0的基極電流的變化。
現(xiàn)在，圖6示出了當(dāng)在級(jí)聯(lián)型兩級(jí)功率放大器的后級(jí)中使用根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的上述高頻功率放大器10時(shí)，在高功率輸出模式(28dBm)下以及在低功率輸出模式(16dBm)下，相對(duì)于周圍溫度變化的輸出功率(功率增益)的特性。
當(dāng)周圍溫度處于-10℃至+55℃的范圍中時(shí)，在高功率輸出模式下，如上所述，由于集電極電流的變化被控制為等于或低于±20％，因此高頻功率放大器10的輸出功率在27.3dBm至28.3dBm的范圍內(nèi)變化，因而可以將輸出功率的變化控制為等于或小于±1dB。因此，即使不從功率放大器外部調(diào)節(jié)輸出功率，也可以防止蜂窩電話終端的通話質(zhì)量變差。
在低功率輸出模式下，如圖5所示，在空閑時(shí)間內(nèi)的集電極電流的變化被設(shè)置在21mA(在-10℃時(shí))至29mA(+55℃)的范圍內(nèi)，由此將集電極電流的變化控制在相對(duì)于+25℃時(shí)的25mA為-15％至+15％的范圍內(nèi)。
也就是說，即使當(dāng)周圍溫度變化時(shí)，也會(huì)通過使用分別在高功率輸出偏置電路B1中提供的電阻器R2和晶體管Q5、Q6的正向電壓Vf的溫度補(bǔ)償電路T2，來補(bǔ)償RF放大器11的功率放大晶體管Q0的基極-發(fā)射極間電壓Vbe的變化、以及偏置晶體管Q2的基極-發(fā)射極間電壓Vbe的變化，從而控制RF放大器11的功率放大晶體管Q0的基極電流的變化。
因此，如圖6所示，當(dāng)周圍溫度在-10℃至+55℃的范圍內(nèi)變化時(shí)，在低功率輸出模式下，如上所述，由于集電極電流的變化被控制為等于或低于±20％，因此高頻功率放大器10的輸出功率在16.5dBm至15.5dBm的范圍內(nèi)變化，從而可以將輸出功率的變化控制為等于或小于±1dB。因此，即使不從功率放大器外部調(diào)節(jié)輸出，也可以防止蜂窩電話終端的通話質(zhì)量變差。
在傳統(tǒng)的高頻功率放大器101和本發(fā)明的高頻功率放大器10之間由于周圍溫度導(dǎo)致的輸出功率的變化特性的較大差異的原因如下。也就是說，在傳統(tǒng)的高頻功率放大器101中，切換用于向功率放大晶體管提供電流的偏置晶體管的發(fā)射極尺寸，以由此減小集電極電流，并且，以下述的方式使用由電阻器Rb和二極管D101、D102組成的溫度補(bǔ)償電路102所提供的補(bǔ)償電壓，即使其發(fā)射極尺寸較大。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的本實(shí)施例，與偏置晶體管的發(fā)射極尺寸的減小相對(duì)應(yīng)地增大在溫度補(bǔ)償電路T2中提供的電阻器R2的電阻值，以由此在使用當(dāng)前的功率放大器之前調(diào)節(jié)通過電阻器R2和晶體管Q5、Q6的正向電壓Vf提供的溫度補(bǔ)償電壓。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器，由于在功率放大器的輸出功率的寬范圍上根據(jù)高功率輸出時(shí)間和低功率輸出時(shí)間來控制偏置電路，因此可以獲得高功率附加效率；并且，通過將溫度補(bǔ)償電路分別添加到高功率輸出偏置電路和低功率輸出偏置電路，可以控制功率放大晶體管的集電極電流的變化。因此，無論輸出功率的變化如何，都易于提供幾乎不依賴于溫度并且穩(wěn)定的輸出功率特性，由此在使用根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器的蜂窩電話終端中，高質(zhì)量的通話是有可能的。
當(dāng)功率放大器的溫度特性以這一方式根據(jù)輸出功率穩(wěn)定地變化時(shí)，消除了對(duì)于在蜂窩電話終端中專門提供溫度補(bǔ)償表的需要，這使得有可能減小蜂窩電話終端的存儲(chǔ)器。作為其結(jié)果，能夠預(yù)期可以減小蜂窩電話終端的實(shí)際裝載面積及其成本的較高可能性。
第二實(shí)施例在根據(jù)上述第一實(shí)施例的高頻功率放大器10中討論的結(jié)構(gòu)中，分別使用溫度補(bǔ)償電路T1來對(duì)應(yīng)高功率輸出偏置電路B1，并且使用溫度補(bǔ)償電路T2來對(duì)應(yīng)低功率輸出偏置電路B2。通過將電阻器(R1和R2)和級(jí)聯(lián)連接的兩級(jí)晶體管(Q3、Q4和Q5、Q6)串聯(lián)連接來配置這些溫度補(bǔ)償電路T1和T2，同時(shí)將參考電壓VREF1和VREF2分別施加到溫度補(bǔ)償電路T1和T2。
然而，由于所述參考電壓是由利用Si-IC制成的DA轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的，因此實(shí)際上，所述參考電壓被提供有±3％的量級(jí)的變化。在這里，假設(shè)將參考電壓VREF設(shè)置為2.8V的電壓，則推測(cè)它在2.716V至2.884V的范圍內(nèi)變化。在參考電壓VREF的2.716V至2.884V的變化范圍內(nèi)，為了將輸出功率控制在±1dB內(nèi)，將空閑時(shí)間內(nèi)的集電極電流的變化控制為等于或小于±20％是絕對(duì)必要的。
在使用上述溫度補(bǔ)償電路T1和T2的高頻功率放大器10的情況下，將參考電壓VREF從在電阻器(R1和R2)與級(jí)聯(lián)連接的兩級(jí)晶體管(Q3、Q4和Q5、Q6)之間的連接點(diǎn)提供給偏置晶體管(Q1和Q2)的基極。
因此，在高功率輸出模式下，如圖8所示，由于參考電壓VREF1和VREF2的變化導(dǎo)致的空閑時(shí)間內(nèi)的集電極電流的變化被控制在相對(duì)于180mA(VREF1＝2.716V)至220mA(VREF1＝2.884V)的范圍以及相對(duì)于VREF1＝2.8V時(shí)的200mA大約為-10％至+10％的范圍內(nèi)；然而，在低功率輸出模式下，集電極電流在20mA(VREF2＝2.716V)至30mA(VREF2＝2.884V)的范圍內(nèi)變化，也就是說，它在相對(duì)于VREF2＝2.8V時(shí)的25mA大約為-20％至+20％的范圍內(nèi)變化。
現(xiàn)在，圖9示出了當(dāng)在級(jí)聯(lián)連接的兩級(jí)功率放大器的后級(jí)中使用根據(jù)第一實(shí)施例的上述高頻功率放大器10時(shí)，在高功率輸出模式(28dBm)下以及在低功率輸出模式(16dBm)下，相對(duì)于參考電壓VREF1和VREF2的變化的輸出功率(功率增益)特性。當(dāng)偏置電壓在2.716V至2.884V的范圍內(nèi)變化時(shí)，在高功率輸出模式下，由于集電極電流的變化被控制在±10％內(nèi)，因此允許高頻功率放大器10的輸出功率在27.5dBm至28.5dBm的范圍內(nèi)變化，使得可以容易地將輸出功率控制在±1dB內(nèi)。
另一方面，在低功率輸出模式下，集電極電流的變化是±20％，并且高頻功率放大器10的輸出功率在15.0dBm至17.0dBm的范圍內(nèi)變化。因此，當(dāng)考慮到高頻功率放大器10中的特有變化和溫度變化時(shí)，在某些情況下，可能難以將輸出功率控制在±1dB內(nèi)。
有鑒于此，在第二實(shí)施例中，將在下面描述一種高頻功率放大器，其被構(gòu)造為使得提供幾乎不依賴于參考電壓VREF的溫度補(bǔ)償電路，以便對(duì)應(yīng)于所述偏置電路。
圖7A～7C分別示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高頻功率放大器20的電路配置的示例。具體地說，圖7A是提供幾乎不依賴于參考電壓VREF的溫度補(bǔ)償電路以便對(duì)應(yīng)于低功率輸出偏置電路的電路配置的電路圖；圖7B是提供幾乎不依賴于參考電壓VREF的溫度補(bǔ)償電路以便對(duì)應(yīng)于高功率輸出偏置電路的電路配置的電路圖；以及圖7C是提供幾乎不依賴于參考電壓VREF的溫度補(bǔ)償電路以便對(duì)應(yīng)于高功率輸出/低功率輸出偏置電路的電路配置的電路圖。
現(xiàn)在，作為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高頻功率放大器20的代表，將在下面給出對(duì)于高頻功率放大器(圖7A)的結(jié)構(gòu)和操作的描述，在所述高頻功率放大器中，與低功率輸出偏置電路相關(guān)聯(lián)地使用幾乎不依賴于參考電壓VREF的溫度補(bǔ)償電路。
在圖7A中，高頻功率放大器20包括RF放大器11、電容器C1和C2、高功率輸出偏置電路B1、以及低功率輸出偏置電路B3。如可以從圖7A看到的那樣，根據(jù)第二實(shí)施例的高頻功率放大器20的結(jié)構(gòu)與根據(jù)第一實(shí)施例的高頻功率放大器10(圖3)的結(jié)構(gòu)不同之處在于它使用低功率輸出偏置電路B3，所述低功率輸出偏置電路B3包括幾乎不依賴于參考電壓VREF的溫度補(bǔ)償電路T3。功率放大器20的其它剩余部分與功率放大器10相同。
低功率輸出偏置電路B3由偏置晶體管Q2和溫度補(bǔ)償電路T3組成，而溫度補(bǔ)償電路T3由電阻器R3、R4和R5以及晶體管Q7、Q8組成。電阻器R3和R4彼此串聯(lián)連接；并且晶體管Q7的基極連接到電阻器R3和R4之間的連接點(diǎn)上。參考電壓VREF2連接到電阻器R3；并且其發(fā)射極接地的晶體管Q8的集電極以及偏置晶體管Q2的基極分別連接到電阻器R4。晶體管Q7的集電極連接到偏置晶體管Q2的集電極和偏置電壓端VDC，并且晶體管Q7的發(fā)射極連接到晶體管Q8的基極和接地電阻器R5。
在這里，盡管溫度補(bǔ)償電路T3具有與根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器10的溫度補(bǔ)償電路T2相等的電流供應(yīng)能力，但是提供給偏置晶體管Q2的基極的電壓的敏感度由于參考電壓VREF2而被設(shè)置為低于溫度補(bǔ)償電路T2。
例如，在本實(shí)施例中，將電阻器R3和R5的每一個(gè)的電阻值設(shè)置為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電阻器R2的電阻值的一半，并且將電阻器R4的電阻值設(shè)置為電阻器R3的電阻值的1/10。通過將電阻器R4插入到電阻器R3和晶體管Q8的集電極之間，并且還通過將電壓從電阻器R3和R4的連接點(diǎn)提供給晶體管Q7的基極，可以通過電阻器R3和R4的電阻劃分(division)來將偏置晶體管Q2的基極中的電壓變化調(diào)節(jié)為參考電壓VREF的變化的1/10。附帶地說，在補(bǔ)償電路T3中提供的晶體管Q7和Q8分別具有與在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的溫度補(bǔ)償電路T2中提供的晶體管Q9和Q10相同的發(fā)射極尺寸。
溫度補(bǔ)償電路T3的溫度補(bǔ)償與根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器10的溫度補(bǔ)償相同。如圖5所示，在低功率輸出模式下，在空閑時(shí)間期間的集電極電流的變化被設(shè)置在21mA(在-10℃時(shí))至29mA(在+55℃時(shí))的范圍內(nèi)，并且集電極電流的變化被控制在相對(duì)于+25℃時(shí)的25mA為-15％至+15％的范圍內(nèi)。
也就是說，即使當(dāng)周圍溫度變化時(shí)，也利用溫度補(bǔ)償電路T3來補(bǔ)償RF放大器11的功率放大晶體管Q0的基極-發(fā)射極間電壓Vbe的變化以及偏置晶體管Q2的基極-發(fā)射極間電壓Vbe的變化，所述溫度補(bǔ)償電路T3不僅使用在低功率輸出偏置電路B3中提供的晶體管Q7和Q8的基極-發(fā)射極間電壓Vbe，還使用電阻器R4中的電壓降的量，由此控制RF放大器11的功率放大晶體管Q0的基極電流的變化。
根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，參考電壓VREF2通過晶體管Q7和Q8將電壓從電阻器R3和R4的連接點(diǎn)提供給偏置晶體管Q2的基極。這可以降低參考電壓VREF2的電源電壓敏感度，因此，如圖10所示，在低功率輸出模式下，由參考電壓VREF1和VREF2導(dǎo)致的空閑時(shí)間期間的集電極電流的這種變化可被大大減小到相對(duì)于24.5mA(VREF2＝2.716V)至25.5mA(VREF2＝2.884V)的范圍以及相對(duì)于VREF2＝2.8V時(shí)的25mA大約為-2％～+2％的范圍。
附帶地說，在高功率輸出模式下，由于設(shè)置了與根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器10相同的偏置電路B1，因此所述變化被控制在相對(duì)于180mA(VREF1＝2.716V)至220mA(VREF1＝2.884V)的范圍以及相對(duì)于VREF1＝2.8V時(shí)的200mA大約為-10％至+10％的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在，圖11示出了當(dāng)在級(jí)聯(lián)連接的兩級(jí)功率放大器的后級(jí)中使用高頻功率放大器20時(shí)，在高功率輸出模式(28dBm)下以及在低功率輸出模式(16dBm)下，相對(duì)于由參考電壓VREF1和VREF2引起的變化的、根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的上述高頻功率放大器20的輸出功率(功率增益)特性。當(dāng)偏置電壓在2.716V至2.884V的范圍內(nèi)變化時(shí)，在低功率輸出模式下，集電極電流的變化為±2％，并且高頻功率放大器20的輸出功率在15.9dBm至17.1dBm的范圍內(nèi)變化。因此，即使當(dāng)考慮高頻功率放大器20的特有變化和溫度變化時(shí)，也肯定可以將輸出功率控制在±1dB內(nèi)。
附帶地說，在高功率輸出模式下，由于設(shè)置了與根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器10相同的偏置電路B1，并且還由于集電極電流的變化被控制在±10％內(nèi)，因此允許高頻功率放大器20的輸出功率在27.5dBm至28.5dBm的范圍內(nèi)變化，從而可以容易地將輸出功率控制在±1dB內(nèi)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高頻功率放大器，提供幾乎不依賴于參考電壓VREF的溫度補(bǔ)償電路，以便對(duì)應(yīng)于低功率輸出偏置電路。這可以提供一種高頻功率放大器，所述高頻功率放大器不僅可以在功率放大器的輸出功率的寬范圍上提供高功率附加效率，還可以提供幾乎不依賴于溫度以及幾乎不依賴于參考電壓VREF的變化的輸出功率特性，而不管輸出功率的變化如何。這可以在蜂窩電話終端中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的通話。
附帶地說，在上述第二實(shí)施例中，已經(jīng)描述了與低功率輸出偏置電路相關(guān)聯(lián)地提供幾乎不依賴于參考電壓VREF的溫度補(bǔ)償電路的結(jié)構(gòu)。然而，這不是限制性的，而是，根據(jù)高頻功率放大器的用途和溫度特性，可以與高功率輸出偏置電路相關(guān)聯(lián)地提供幾乎不依賴于參考電壓VREF的溫度補(bǔ)償電路，以及可以與高功率輸出/低功率輸出偏置電路相關(guān)聯(lián)地提供幾乎不依賴于參考電壓VREF的溫度補(bǔ)償電路。
第三實(shí)施例在針對(duì)根據(jù)上述第一實(shí)施例的高頻功率放大器10而描述的結(jié)構(gòu)中，與高功率輸出偏置電路B1相關(guān)聯(lián)地提供溫度補(bǔ)償電路T1，并且與低功率輸出偏置電路B2相關(guān)聯(lián)地提供溫度補(bǔ)償電路T2；將參考電壓VREF1和VREF2施加到這些溫度補(bǔ)償電路T1和T2；并且，將偏置電壓端VDC的電壓公共地施加到偏置晶體管Q1和Q2。在VDC端中流動(dòng)的電流隨著輸出功率增大而增大，并且在28dBm的輸出功率的時(shí)候，流動(dòng)大約5mA的電流。
然而，為了使高頻功率放大器10實(shí)際開始工作，必須根據(jù)如圖13所示的這種時(shí)序圖來控制所述控制電壓VREF1、VREF2和VDC。
也就是說，為了在其輸出功率的寬范圍內(nèi)以高效率并且以適當(dāng)?shù)臏囟忍匦圆僮鞲哳l功率放大器10，必須有3個(gè)控制電壓。首先，以1.5V或更高的電壓的形式施加偏置電壓端VDC的電壓。其后，在高功率輸出模式下，作為2.5V或更高的電壓施加控制電壓VREF1的電壓，并且作為0V的電壓施加電壓VREF2。在低功率輸出模式下，在將電壓VREF2切換為2.5V或更高的電壓并且將端子VREF1的電壓切換為0V的電壓之后，分別施加所述電壓VREF2和端子VREF1的電壓。
并且，在施加上述偏置電壓和參考電壓之后，輸入高頻信號(hào)RFIN，以由此操作高頻功率放大器10以進(jìn)行功率放大。這意味著高頻功率放大器10需要3個(gè)電壓控制系統(tǒng)。然而，這增加了可能增大蜂窩電話終端的實(shí)際裝載面積及其成本的顧慮。并且，蜂窩電話終端的控制被復(fù)雜化。這使得有必要在蜂窩電話終端中提供控制校正表，這隨即可引起必然增大蜂窩電話終端的存儲(chǔ)器的可能性。
有鑒于此，根據(jù)第三實(shí)施例，將在下面描述一種高頻功率放大器，其具有使用偏置電路的結(jié)構(gòu)，所述偏置電路可以減少用于施加控制電壓的系統(tǒng)數(shù)目。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的高頻功率放大器30的電路配置的示例的電路圖。將在下面描述在高功率輸出偏置電路和低功率輸出偏置電路中不使用偏置電壓端VDC而是僅使用參考電壓VREF1和VREF2的高頻功率放大器的結(jié)構(gòu)和操作。
在圖12中，高頻功率放大器30包括RF放大器11、電容器C1和C2、高功率輸出偏置電路B5、以及低功率輸出偏置電路B6。如可以從圖12看到的那樣，根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的高頻功率放大器30的結(jié)構(gòu)與根據(jù)第一實(shí)施例的高頻功率放大器10的結(jié)構(gòu)(圖3)不同之處在于取消了提供偏置電壓端VDC，并且使用僅能由參考電壓VREF1驅(qū)動(dòng)的高功率輸出偏置電路B5以及僅能由參考電壓VREF2驅(qū)動(dòng)的低功率輸出偏置電路B6。高頻功率放大器30的結(jié)構(gòu)的其余部分與高頻功率放大器10的結(jié)構(gòu)的其余部分相同。
高功率輸出偏置電路B5由偏置晶體管Q1和溫度補(bǔ)償電路T1組成，而溫度補(bǔ)償電路T1由電阻器R1以及串聯(lián)連接到電阻器R1的兩個(gè)晶體管Q3和Q4組成，并且所述晶體管Q3和Q4的基極和集電極通過導(dǎo)線而互相連接。將參考電壓VREF1施加到電阻器R1；將晶體管Q4的發(fā)射極接地；偏置晶體管Q1的基極連接到電阻器R1和晶體管Q3的集電極之間的連接點(diǎn)；電阻器R1連接到偏置晶體管Q1的集電極，并且將參考電壓VREF1施加到電阻器R1；偏置晶體管Q1的發(fā)射極連接到功率放大晶體管Q0。
低輸出偏置電路B6由偏置晶體管Q2和溫度補(bǔ)償電路T2組成，而溫度補(bǔ)償電路T2由電阻器R2以及串聯(lián)連接到電阻器R2的兩個(gè)晶體管Q5和Q6組成，并且所述晶體管Q5和Q6的基極和集電極通過導(dǎo)線而互相連接。將參考電壓VREF2施加到電阻器R2；將晶體管Q6的發(fā)射極接地；偏置晶體管Q2的基極連接到電阻器R2和晶體管Q5的集電極之間的連接點(diǎn)；電阻器R2連接到偏置晶體管Q2的集電極，并且將參考電壓VREF2施加到電阻器R2；偏置晶體管Q2的發(fā)射極連接到功率放大晶體管Q0。
在這里，偏置電路B5和B6在電流供應(yīng)能力上分別與根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器10的偏置電路相等。另一方面，在參考電壓VREF1和VREF2中使用的電源(DA轉(zhuǎn)換器)必須具有比功率放大器10要大在偏置晶體管Q1和Q2中流動(dòng)的電流量的電流容量。
例如，根據(jù)本實(shí)施例，要用于參考電壓端VREF1的電源(DA轉(zhuǎn)換器)必須具有5mA或更大的電流容量，因?yàn)樗挥糜诟吖β瘦敵?；并且，要用于參考電壓VREF2的電源(DA轉(zhuǎn)換器)必須具有1mA或更大的電流容量，因?yàn)樗挥糜诘凸β瘦敵觥?br> 附帶地說，在偏置電路B5和B6中提供的晶體管Q1～Q6和電阻器R1、R2在發(fā)射極尺寸和電阻值上分別與在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的偏置電路B1和B2中提供的晶體管Q1～Q6和電阻器R1、R2相等。
根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，由于可以只利用參考電壓VREF1和VREF2來進(jìn)行高功率輸出模式和低功率輸出模式的驅(qū)動(dòng)和切換，因此可以根據(jù)如圖14所示的這種時(shí)序圖來控制高頻功率放大器30。
也就是說，為了在其輸出功率的寬范圍內(nèi)以高效率并且以適當(dāng)?shù)臏囟忍匦詠聿僮鞲哳l功率放大器30，僅使用兩個(gè)偏置電壓。具體地說，在高功率輸出模式下，在將參考電壓VREF1切換為2.5V或更高的電壓之后施加該參考電壓VREF1，并且在將參考電壓VREF2切換為0V的電壓之后施加該參考電壓VREF2；在低功率輸出模式下，在施加參考電壓VREF1和參考電壓VREF2之前，在將參考電壓VREF2切換為2.5V或更高的電壓之后施加該參考電壓VREF2，并且在將參考電壓VREF1切換為0V的電壓之后施加該參考電壓VREF1。并且，在施加這些控制電壓之后，將高頻信號(hào)RFIN輸入到高頻功率放大器30中以進(jìn)行功率放大。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的高頻功率放大器，由于可以只準(zhǔn)備兩個(gè)用于控制所述電壓的系統(tǒng)，因此不僅可以減小蜂窩電話終端的實(shí)際安裝面積及其成本，還可以簡(jiǎn)化蜂窩電話終端的控制。這可以消除對(duì)于在蜂窩電話終端中提供控制校正表的需要，從而可以減小蜂窩電話終端的存儲(chǔ)器大小。
在上述第一、第二和第三實(shí)施例中討論的高頻功率放大器的情況下，已經(jīng)描述了在級(jí)聯(lián)連接的兩級(jí)功率放大器的后級(jí)中使用它們中的每一個(gè)的情況。然而，這不是限制性的，而是，也可以在級(jí)聯(lián)連接的兩級(jí)功率放大器的前級(jí)中使用根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器。此外，也可以在級(jí)聯(lián)連接的n級(jí)功率放大器(n為整數(shù))的任一級(jí)中使用它。
另外，不僅可以在UMTS系統(tǒng)中，還可以在其它各種移動(dòng)電話系統(tǒng)(例如CDMA(IS-959)、GSM、EDGE、WCDMA、PCS、DCS、PDC、CDMA2000、PHS和W-LAN)中使用上述高頻功率放大器。
可以在使用雙極型晶體管的用于發(fā)送和接收高頻信號(hào)的裝置(例如蜂窩電話終端)中使用根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大器，并且，它特別適合于即使在溫度變化的情況下也要穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)高效操作并且在輸出功率的寬范圍上幾乎沒有輸出變化的情況。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行功率放大、具有溫度補(bǔ)償功能的高頻功率放大器，該放大器包括功率放大晶體管，其具有接地的發(fā)射極；高功率輸出偏置電路，其將與高頻功率放大器的高功率輸出相對(duì)應(yīng)的高功率輸出電流提供給功率放大晶體管；以及低功率輸出偏置電路，其將與高頻功率放大器的低功率輸出相對(duì)應(yīng)的低功率輸出電流提供給功率放大晶體管。
2.如權(quán)利要求1所述的放大器，還包括包含用于接收高頻信號(hào)的一個(gè)電極和連接到功率放大晶體管的基極的另一電極的電容器；以及具有連接到功率放大晶體管的集電極的一個(gè)電極和用于輸出高頻信號(hào)的另一電極的電容器，其中，所述高功率輸出偏置電路包含連接到第一參考電壓施加端的第一電極、連接到偏置電壓施加端的第二電極、以及連接到功率放大晶體管的基極的第三電極，并且其中，所述低功率輸出偏置電路包含連接到第二參考電壓施加端的第四電極、連接到偏置電壓施加端的第五電極、以及連接到功率放大晶體管的基極的第六電極。
3.如權(quán)利要求2所述的放大器，其中高功率輸出偏置電路包含用于補(bǔ)償高功率輸出電流的溫度的第一溫度補(bǔ)償電路、以及用于將溫度補(bǔ)償后的高功率輸出電流提供給功率放大晶體管的基極的第一偏置晶體管，并且低功率輸出偏置電路包含用于補(bǔ)償?shù)凸β瘦敵鲭娏鞯臏囟鹊牡诙囟妊a(bǔ)償電路、以及用于將溫度補(bǔ)償后的低功率輸出電流提供給功率放大晶體管的基極的第二偏置晶體管。
4.如權(quán)利要求3所述的放大器，其中，在低功率輸出時(shí)將利用第二偏置晶體管操作的功率放大晶體管的空閑電流比在高功率輸出時(shí)將利用第一偏置晶體管操作的功率放大晶體管的空閑電流小。
5.如權(quán)利要求4所述的放大器，其中，當(dāng)高功率輸出時(shí)的溫度變化時(shí)將利用第一溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)等于當(dāng)?shù)凸β瘦敵鰰r(shí)的溫度變化時(shí)將利用第二溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)。
6.如權(quán)利要求3所述的放大器，其中第一溫度補(bǔ)償電路包含連接在第一參考電壓施加端和第一偏置晶體管的基極之間的電阻器、以及彼此串聯(lián)連接的第一和第二二極管，每個(gè)二極管具有連接到第一偏置晶體管的基極的陽極以及接地的陰極；第一偏置晶體管包含連接到偏置電壓施加端的集電極、以及連接到功率放大晶體管的基極的發(fā)射極；第二溫度補(bǔ)償電路包含連接在第二參考電壓施加端和第二偏置晶體管的基極之間的電阻器、以及彼此串聯(lián)連接的第三和第四二極管，每個(gè)二極管具有連接到第二偏置晶體管的基極的陽極以及接地的陰極；并且第二偏置晶體管具有連接到偏置電壓施加端的集電極、以及連接到功率放大晶體管的基極的發(fā)射極。
7.如權(quán)利要求3所述的放大器，下述變化系數(shù)中的至少一個(gè)較小，即當(dāng)高頻功率放大器的輸出功率為高功率并且參考電壓變化時(shí)將利用第一溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)、以及當(dāng)所述輸出功率為低功率并且參考電壓變化時(shí)將利用第二溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的放大器，還包括包含用于接收高頻信號(hào)的一個(gè)電極和連接到功率放大晶體管的基極的另一電極的電容器；以及包含連接到功率放大晶體管的集電極的一個(gè)電極和用于接收高頻信號(hào)的另一電極的電容器，其中，高功率輸出偏置電路包含連接到第一參考電壓施加端的一個(gè)電極以及連接到功率放大晶體管的基極的另一電極，并且其中，低功率輸出偏置電路包含連接到第二參考電壓施加端的一個(gè)電極以及連接到功率放大晶體管的基極的另一電極。
9.如權(quán)利要求8所述的放大器，其中高功率輸出偏置電路包含用于補(bǔ)償高功率輸出電流的溫度的第一溫度補(bǔ)償電路、以及用于將溫度補(bǔ)償后的高功率輸出電流提供給功率放大晶體管的基極的第一偏置晶體管，并且低功率輸出偏置電路包含用于補(bǔ)償?shù)凸β瘦敵鲭娏鞯臏囟鹊牡诙囟妊a(bǔ)償電路、以及用于將溫度補(bǔ)償后的低功率輸出電流提供給功率放大晶體管的基極的第二偏置晶體管。
10.如權(quán)利要求9所述的放大器，其中，在低功率輸出時(shí)將利用第二偏置晶體管操作的功率放大晶體管的空閑電流比在高功率輸出時(shí)將利用第一偏置晶體管操作的功率放大晶體管的空閑電流小。
11.如權(quán)利要求10所述的放大器，其中，當(dāng)高功率輸出時(shí)的溫度變化時(shí)將利用第一溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)等于當(dāng)?shù)凸β瘦敵鰰r(shí)的溫度變化時(shí)將利用第二溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)墓β史糯缶w管的空閑電流的變化系數(shù)。
12.如權(quán)利要求8所述的放大器，其中，通過將電壓施加到第一和第二參考電壓施加端來控制功率放大晶體管的驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
一種用于對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行功率放大的具有溫度補(bǔ)償功能的高頻功率放大器，包括功率放大晶體管，其具有接地的發(fā)射極；高功率輸出偏置電路，其將與高頻功率放大器的高功率輸出相對(duì)應(yīng)的高功率輸出電流提供給功率放大晶體管；以及低功率輸出偏置電路，其將與高頻功率放大器的低功率輸出相對(duì)應(yīng)的低功率輸出電流提供給功率放大晶體管。
文檔編號(hào)H03F3/24GK101043202SQ20071008841
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者稻森正彥, 立岡一樹, 牧原弘和, 松田慎吾, 松井謙太, 榎本真悟, 小泉治彥 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社