專利名稱：Rf功率放大電路和使用該電路的rf功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RF功率放大電路和使用該RF功率放大電路的RF功率模塊，尤其涉及對(duì)減輕包含多級(jí)放大器的RF功率放大電路的低功率及中間功率時(shí)的功率附加效率(PAE)的降低有效的技術(shù)。
背景技術(shù)：
以 GSM(Global System for Mobile Communications)及 GPRS(General PacketRadio Service)等為代表的移動(dòng)通信系統(tǒng)大致全世界都在使用，預(yù)計(jì)今后也將繼續(xù)利用。在GSM及GPRS等移動(dòng)通信系統(tǒng)中，要求根據(jù)基站和便攜終端設(shè)備之間的通信距離來控制便攜終端設(shè)備的發(fā)送輸出功率。該發(fā)送輸出的功率控制通過用控制電壓對(duì)搭載于便攜終端設(shè)備的RF功率放大電路的功率增益進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)。下述專利文獻(xiàn)I記述了ー種使無線通信系統(tǒng)的RF功率放大電路的多級(jí)放大級(jí)的各級(jí)的晶體管的柵極偏壓響應(yīng)輸出功率控制電壓而變化的技木。下述專利文獻(xiàn)2與下述專利文獻(xiàn)I同樣，記述了ー種使無線通信系統(tǒng)的RF功率放大電路的多級(jí)放大級(jí)的各級(jí)的晶體管的柵極偏壓響應(yīng)輸出功率控制電壓而變化的技木。發(fā)生多級(jí)放大級(jí)的各級(jí)的N溝道MOS晶體管的柵極偏壓的偏壓電路包含各N溝道MOS晶體管、和電流鏡連接的偏壓用晶體管。通過將偏壓用晶體管的柵極和漏極連接，偏壓用晶體管連接成ニ極管。從P溝道MOS晶體管的漏極，向各偏壓用晶體管供給偏置電流。P溝道MOS晶體管的源極連接于電源電壓，另一方面，P溝道MOS晶體管的柵極通過運(yùn)算放大器的輸出端子的電壓來控制。P溝道MOS晶體管的偏置電流通過連接于運(yùn)算放大器的非反相輸入端子的電阻的電壓降來控制。該電阻的電壓降通過供給到運(yùn)算放大器的反相輸入端子的輸出功率控制電壓來控制。下述專利文獻(xiàn)3記述有如下技木為了提高低功率時(shí)的功率效率，根據(jù)輸出電平控制信號(hào)，將根據(jù)輸出電平控制信號(hào)而被控制的、被供給電源電壓的RF功率放大器的多級(jí)放大器的末級(jí)放大級(jí)的晶體管的柵極偏壓階躍轉(zhuǎn)換，使低功率時(shí)的偏壓比高功率時(shí)的偏壓低。另外，在下述專利文獻(xiàn)2所述的RF功率放大電路中，偏置電流設(shè)定用的P溝道MOS晶體管的漏極電流供給到平方根電路的輸入端子，由該平方根電路的輸出端子生成的平方根轉(zhuǎn)換后的輸出電流供給到偏置電流設(shè)定用的電阻。因而，RF功率放大電路的多級(jí)放大級(jí)各級(jí)的晶體管的偏置電流成為與輸出功率控制電壓的平方成正比的值，因此可以緩和發(fā)送輸出功率響應(yīng)輸出功率控制電壓變化的急劇變化。專利文獻(xiàn)I :(日本)特開2004-193846號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :(日本)特開2006-270670號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3 :(日本)特開2005-217558號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在GSM及GPRS等移動(dòng)通信系統(tǒng)中，在數(shù)字調(diào)制方式中使用GMSK(Gaussianfiltered Minimum Shift Keying :高斯濾波最小頻移鍵控)，在復(fù)用方式中使用TDMA (TimeDivision Multiple Access :時(shí)分多址)。因而,數(shù)字調(diào)制的信號(hào)需要以規(guī)定周期的矩形脈沖的形式從搭載于便攜終端設(shè)備的RF功率放大器向基站輸出。另外，RF功率放大器將發(fā)送信號(hào)輸出時(shí)的脈沖的形狀、及脈沖的上升/下降時(shí)的調(diào)制頻譜的形狀，其容許值根據(jù)移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)而標(biāo)準(zhǔn)化。可知，當(dāng)在功率増益相對(duì)于控制電壓的變化率曲線上存在不連續(xù)點(diǎn)時(shí)，就成為脫離該標(biāo)準(zhǔn)的脈沖形狀、及在調(diào)制頻譜上發(fā)生無用信號(hào)。為避免這種情況，有效的方法是，相對(duì)于控制電壓的増加，使RF功率放大器的功率増益連續(xù)地單調(diào)增加。根據(jù)上述專利文獻(xiàn)3所述的RF功率放大器，可以提高低功率時(shí)的功率效率，但末級(jí)放大級(jí)的晶體管的偏壓被不連續(xù)地階躍轉(zhuǎn)換。其結(jié)果是，由本發(fā)明者等的研究表明，在上述專利文獻(xiàn)
3所述的RF功率放大器中，具有在斜升(ramp up)時(shí)及斜降(ramp down)時(shí)發(fā)生亂真信號(hào)之類的問題。本發(fā)明者等在本發(fā)明之前就從事搭載于便攜終端設(shè)備的RF功率放大電路的研究、開發(fā)。圖2是表示在本發(fā)明之前由本發(fā)明者等研究的三級(jí)放大級(jí)的RF功率放大電路的構(gòu)成的圖。在圖2所示的RF功率放大電路中，供給到輸入端子103的RF發(fā)送輸入信號(hào)Pin由各級(jí)放大器105、106、107放大，由輸出端子104生成RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout。為了進(jìn)行各級(jí)放大器105、106、107的輸入輸出阻抗的轉(zhuǎn)換從而降低阻抗不匹配造成的發(fā)送信號(hào)的反射損耗，在各放大晶體管105、106、107上連接有由無源元件構(gòu)成的匹配電路(MN) 108、109、110。電源電壓Vdd由電源電壓供給端子101、101A、101B、101C供給。多級(jí)放大級(jí)的RF功率放大器的功率増益通過如下途徑來進(jìn)行線性電壓電流轉(zhuǎn)換器118將供給到端子102的輸出功率控制電壓Vapc轉(zhuǎn)換為電流，并將該轉(zhuǎn)換電流供給到ニ極管連接的偏壓晶體管112、
113、114，在放大晶體管105、106、107上設(shè)定無功電流(偏置電流)的值。另外，為了減輕高電平的RF放大信號(hào)流入低阻抗的ニ極管連接的偏壓晶體管112、113、114，在ニ極管連接的偏壓晶體管112、113、114上連接有電阻115、116、117。接著，對(duì)圖2所示的三級(jí)放大級(jí)的RF功率放大電路的RF發(fā)送輸出功率的控制功能進(jìn)行說明。RF發(fā)送輸出功率的控制利用各放大晶體管105、106、107的放大增益依賴于各無功電流(偏置電流)值的性質(zhì)并用下述的機(jī)構(gòu)來執(zhí)行。首先，當(dāng)輸出功率控制電壓Vapc施加于電壓電流轉(zhuǎn)換器118的輸入端子102時(shí)，由分壓電阻129、130生成的分壓電壓供給到運(yùn)算放大器128的反相輸入端子。于是，由運(yùn)算放大器128、P溝道MOS晶體管126、電阻127構(gòu)成的電路工作，使得與分電壓成正比的電流流入P溝道MOS晶體管126和電阻127的串聯(lián)電路。P溝道MOS晶體管126、122、N溝道MOS晶體管124、125、和P溝道MOS晶體管123、119、120、121分別構(gòu)成電流鏡電路，流到P溝道MOS晶體管126的電流的磁鏡比倍增的電流流到ニ極管連接的偏壓晶體管112、113、114。各偏壓晶體管112、113、114和各放大晶體管105、106、107也構(gòu)成電流鏡電路，各磁鏡比倍增的電流流到各放大晶體管105、106、107，從而設(shè)定無功電流(偏置電流)的值。上述的多個(gè)電流鏡電路的各電路的磁鏡比通常按照如下方式來選定在輸出功率控制電壓Vapc成為最大時(shí)，各無功電流(偏置電流)成為通過圖2所示的三級(jí)放大級(jí)的RF功率放大電路可以得到移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的最大輸出功率Pout (max)的那樣的無功電流(偏置電流)。圖3是表示流到圖2所示的在本發(fā)明之前由本發(fā)明者等研究的、RF功率放大電路的3級(jí)放大級(jí)的各放大級(jí)的各放大晶體管105、106、107的無功電流(偏置電流)的電流密度Jq對(duì)輸出功率控制電壓Vapc的依賴性的圖。另外，在圖3中，縱軸表示流到各放大晶體管的無功電流(偏置電流)的電流密度Jq的值，橫軸表示輸出功率控制電壓Vapc的值，無功電流(偏置電流)的電流密度Jq的最大值Jq_max對(duì)應(yīng)于輸出功率控制電壓Vapc的最大值Vapc (max)而流到各放大晶體管。如圖3所示，響應(yīng)于同一輸出功率控制電壓Vapc的值而分別流到第一級(jí)的放大晶·體管105、第二級(jí)的放大晶體管106和第三級(jí)的放大晶體管107的無功電流(偏置電流)的電流密度Jq的值成為同一值。另ー方面，在由多級(jí)放大級(jí)構(gòu)成的RF功率放大電路中，第一級(jí)的放大晶體管105采用較小的器件尺寸，第二級(jí)的放大晶體管106采用中間的器件尺寸，末級(jí)即第三級(jí)的放大晶體管107采用較大的器件尺寸。即，在RF功率放大電路中，各放大級(jí)的放大晶體管的器件尺寸從初級(jí)放大級(jí)經(jīng)由中間放大級(jí)到末級(jí)放大級(jí)對(duì)應(yīng)于各RF輸入信號(hào)的信號(hào)電平的增加而增加，RF功率放大電路的功率附加效率(PAE =Power Added Efficiency)得以改善。如果初級(jí)放大級(jí)及中間放大級(jí)的放大晶體管具有末級(jí)放大級(jí)的放大晶體管那樣大的器件尺寸，則與各RF輸入信號(hào)的較小的信號(hào)電平相比，過大的無功電流(偏置電流)會(huì)流到初級(jí)放大級(jí)及中間放大級(jí)的放大晶體管，RF功率放大電路的功率附加效率(PAE)降低。RF功率放大電路的第一級(jí)的放大晶體管105、第二級(jí)的放大晶體管106和第三級(jí)的放大晶體管107的各器件尺寸按照在RF功率放大電路生成標(biāo)準(zhǔn)的最大輸出功率Pout (max)時(shí)各放大級(jí)的功率效率成為最大的方式來設(shè)定。通過適當(dāng)設(shè)定RF功率放大電路的各放大級(jí)的放大晶體管的各器件尺寸、和各無功電流(偏置電流)的電流密度Jq的值，來將生成最大輸出功率Pout (max)時(shí)的各放大級(jí)的阻抗不匹配造成的信號(hào)損耗最小化，將各放大級(jí)的功率效率最大化。這樣，通過按RF功率放大電路的初級(jí)、中級(jí)、末級(jí)的順序使各放大級(jí)的放大晶體管的器件尺寸増加并最佳化，能夠改善生成最大輸出功率Pout (max)時(shí)的RF功率放大電路的功率附加效率(PAE)。但是，由本發(fā)明者等的研究表明，在RF功率放大電路生成低于最大輸出功率Pout (max)的輸出功率Pout時(shí)，發(fā)生功率附加效率(PAE)降低。該低功率時(shí)及中間功率時(shí)的功率附加效率(PAE)降低的原因如下所述。S卩，當(dāng)由RF功率放大電路生成的輸出功率Pout比最大輸出功率Pout (max)低吋，第一級(jí)和第二級(jí)即前級(jí)放大級(jí)的阻抗不匹配造成的信號(hào)損耗增加，因此第三級(jí)即末級(jí)放大級(jí)的輸入電壓振幅Vmin降低。此時(shí)，第三級(jí)即末級(jí)放大級(jí)的無功電流(偏置電流)的值也降低，但第三級(jí)即末級(jí)放大級(jí)的輸入電壓振幅Vmin的降低更為顯著。因而，在低功率時(shí)及中間功率時(shí)，第三級(jí)即末級(jí)放大級(jí)的功率效率降低，因此RF功率放大電路的功率附加效率(PAE)降低。該機(jī)理更為詳細(xì)地說明如下所述。RF功率放大電路的第一級(jí)、第二級(jí)和第三級(jí)的各放大晶體管在無功電流(偏置電流)的電流密度Jq下、進(jìn)行生成正循環(huán)和負(fù)循環(huán)的輸出信號(hào)振幅的電流密度Jcm的A級(jí)エ作時(shí)的各放大晶體管的功率效率n可以由下述式(I)給出。(數(shù)學(xué)式I)
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另ー方面，當(dāng)設(shè)各放大晶體管的互導(dǎo)和輸入電壓振幅分別為gm和Vmin時(shí)，各放大晶體管的輸出信號(hào)振幅的電流密度Jcm可以由下述式(2)給出。(數(shù)學(xué)式2)jcwVmbl - V2 ガ ノ ？ な通過將上述(2)式代入上述(I)式，可以得到下述(3)式。(數(shù)學(xué)式3)
B*V 2Tf --
入由上述(3)式可知，當(dāng)其輸入電壓振幅Vmin的降低比第三級(jí)即末級(jí)放大級(jí)的無功電流(偏置電流)的電流密度Jq的降低顯著時(shí)，第三級(jí)即末級(jí)放大級(jí)的放大晶體管的功率效率n降低。本發(fā)明是如上所述的本發(fā)明之前的本發(fā)明者等的研究結(jié)果。因而，本發(fā)明的目的在于，減輕包含多級(jí)放大級(jí)的RF功率放大電路的低功率及中間功率時(shí)的功率附加效率(PAE)的降低。另外，本發(fā)明的另一目的在于，減輕RF功率放大電路的電源電壓降低時(shí)的發(fā)送輸出功率的降低。本發(fā)明的所述以及其他目的和新特征根據(jù)本說明書的記述及附圖大概就會(huì)明白了。對(duì)本申請(qǐng)所公示的第一發(fā)明中的代表性的特征進(jìn)行簡(jiǎn)單說明，如下所述。即,本發(fā)明的代表性的RF功率放大電路(313)具備前級(jí)放大器(310)、和后級(jí)放大器(311)、和控制部(312)。所述前級(jí)放大器(310)的輸入端子可響應(yīng)于RF發(fā)送輸入信號(hào)(Pin)，所述后級(jí)放大器(311)的輸入端子可響應(yīng)于在所述前級(jí)放大器(310)的輸出端子上生成的放大信號(hào)。所述控制部(312)通過響應(yīng)于功率控制電壓(Vapc)對(duì)所述前級(jí)放大器(310)的無功電流和所述后級(jí)放大器(311)的無功電流進(jìn)行控制，可控制所述前級(jí)放大器(310)的増益和所述后級(jí)放大器(311)的増益(參照?qǐng)DI)。響應(yīng)于所述功率控制電壓(Vapc)，所述前級(jí)放大器(310)的所述無功電流和所述增益按照第一連續(xù)函數(shù)(2ndAmp)連續(xù)變化，所述后級(jí)放大器(311)的所述無功電流和所述增益按照第二連續(xù)函數(shù)(3rdAmp)連續(xù)變化。所述第二連續(xù)函數(shù)(3rdAmp)為比所述第一連續(xù)函數(shù)(2ndAmp)高一次以上的函數(shù)。(參照?qǐng)D4)對(duì)本申請(qǐng)所公示的第二發(fā)明中的代表性的特征進(jìn)行簡(jiǎn)單說明，如下所述。S卩，本發(fā)明的代表性的RF功率放大電路具備放大器(Ql)和控制部(1100、1101)。所述放大器(Ql)的輸入端子響應(yīng)于RF發(fā)送輸入信號(hào)，由所述放大器(Ql)的輸出端子生成RF發(fā)送輸出信號(hào)。
所述控制部(1100、1101)包含第一控制部(1100)和第二控制部(1101)。所述第一控制部(1100)可響應(yīng)于供給到第一控制輸入端子的輸出功率控制電壓(Vapc),并由第一控制輸出端子生成第一輸出電流(Iin)。所述第二控制部(1101)可響應(yīng)于供給到第二控制輸入端子的所述第一控制部(1100)的所述第一輸出電流(Iin)，并由第二控制輸出端子生成用于確定所述放大器的放大晶體管(Ql)的無功電流的第二輸出電流(Isqr)。所述輸出功率控制電壓(Vapc)的最大值(Vapc (max))設(shè)定為規(guī)定的電壓值，由所述第一控制部(1100)的所述第一控制輸出端子生成的所述第一輸出電流(Iin)的最大值(IIN(max))設(shè)定為規(guī)定的電流值。所述第二控制部(1101)包含響應(yīng)于所述第一控制部(1100)的所述第一輸出電流(Iin)生成所述第二輸出電流(Isqk)的多個(gè)MOS晶體管(Ml M4)(參照?qǐng)D13)。所述第二控制部(1101)的所述多個(gè)MOS晶體管(Ml M4)響應(yīng)所述第一控制部(1100)的設(shè)定為所述規(guī)定的最大值(IIN(max))的所述第一輸出電流(Iin)，在其亞閾值區(qū)エ作(參照?qǐng)D14、圖15)。因而，所述第二控制部(1101)的所述多個(gè)MOS晶體管在源扱/柵極間電壓比閾值電壓低的亞閾值區(qū)工作。因而，所述第二控制部(1101)可在較低的電源電壓(Vdd)下工作，可以減輕RF功率放大電路的電源電壓降低時(shí)的發(fā)送輸出功率的降低。對(duì)通過本申請(qǐng)所公示的第一發(fā)明中代表性的特征得到的效果進(jìn)行簡(jiǎn)單說明，如下所述。即，能夠減輕包含多級(jí)放大級(jí)的RF功率放大電路的低功率及中間功率時(shí)的功率附加效率(PAE)的降低。對(duì)通過本申請(qǐng)所公示的第二發(fā)明中代表性的特征得到的效果進(jìn)行簡(jiǎn)單說明，如下所述。S卩，能夠減輕RF功率放大電路的電源電壓降低時(shí)的發(fā)送輸出功率的降低。


圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖2是表示在本發(fā)明之前由本發(fā)明者等研究的三級(jí)放大級(jí)的RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)圖。圖3是表示流到圖2所示的在本發(fā)明之前由本發(fā)明者等研究的、RF功率放大電路的三級(jí)放大級(jí)的各放大級(jí)的放大晶體管的無功電流的電流密度對(duì)輸出功率控制電壓的依賴性的圖。圖4是表示圖I所示的RF功率放大電路的第一級(jí)放大器、第二級(jí)放大器和第三級(jí)放大器的各無功電流的電流密度相對(duì)于輸出功率控制電壓的特性圖。圖5是表示變形的實(shí)施方式即本發(fā)明的實(shí)施方式3-2的RF功率放大電路的構(gòu)成的方框圖。圖6是表示具體的實(shí)施方式即本發(fā)明的實(shí)施方式3-3的RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖7是表示圖6所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-3的RF功率放大電路的電流-電流連續(xù)函數(shù)生成電路所包含的電流平方電路的結(jié)構(gòu)圖。圖8是表示圖6所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-3的RF功率放大電路的電流-電流連續(xù)函數(shù)生成電路所包含的電流三次方電路的結(jié)構(gòu)圖。圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3-4的RF功率模塊的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖10是表示圖I所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路和圖2所示的在本發(fā)明之前由本發(fā)明者等研究的RF功率放大電路的輸出功率控制電壓對(duì)RF發(fā)送輸出信號(hào)的特性圖?！D11是表示圖I所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路和圖2所示的在本發(fā)明之前由本發(fā)明者等研究的RF功率放大電路的RF發(fā)送輸出信號(hào)對(duì)功率附加效率的特性圖。圖12是表示在圖6所示的實(shí)施方式中將RF功率放大電路所包含的作為放大晶體管和偏壓用晶體管的N溝道MOS晶體管置換為HBT等NPN型雙極晶體管時(shí)的本發(fā)明另ー實(shí)施方式的RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖13是表示第二著眼點(diǎn)的發(fā)明的實(shí)施方式4-1的RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖14是對(duì)MOS晶體管的亞閾值特性進(jìn)行說明的圖。圖15是表示在輸出功率控制電壓Vapc為規(guī)定值的范圍內(nèi)、圖13的電流平方轉(zhuǎn)換電路1101所包含的4個(gè)MOS晶體管Ml M4可在亞閾值區(qū)工作的情況的模擬結(jié)果圖。圖16是表示在包含圖13所示的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路1100和電流平方轉(zhuǎn)換電路1101的第二著眼點(diǎn)的發(fā)明的實(shí)施方式4-1的RF功率放大電路中、在電源電壓Vdd為3. 5伏和2. 9伏時(shí)、后級(jí)放大器(第三級(jí))的無功電流的模擬結(jié)果圖。圖17是表示在包含圖13所示的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路1100和電流平方轉(zhuǎn)換電路1101的第二著眼點(diǎn)的發(fā)明的實(shí)施方式4-1的RF功率放大電路中、在電源電壓Vdd為3. 5伏和2. 9伏時(shí)、后級(jí)放大器(第三級(jí))的輸出端子的發(fā)送輸出功率Pout的模擬結(jié)果圖。圖18是表示第二著眼點(diǎn)的發(fā)明的實(shí)施方式4-2的RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)圖。圖19是表示第二著眼點(diǎn)的發(fā)明的實(shí)施方式4-3的由多級(jí)放大器結(jié)構(gòu)的RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)圖。圖20是表示第二著眼點(diǎn)的發(fā)明的實(shí)施方式4-4的RF功率模塊的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖21是表示在本發(fā)明之前由本發(fā)明者等研究的、實(shí)現(xiàn)響應(yīng)輸出功率控制電壓Vapc而以比前級(jí)放大器的無功電流及増益高一次以上連續(xù)函數(shù)對(duì)后級(jí)放大器的無功電流及增益進(jìn)行控制的功率控制方式的RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)圖。圖22是表示在使用圖21的RF功率放大電路結(jié)構(gòu)和圖7的電流平方電路結(jié)構(gòu)的情況下、在電源電壓為Vdd為3. 5伏和2. 9伏時(shí)后級(jí)放大器(第三級(jí))的無功電流的模擬結(jié)果圖。圖23是表示在使用圖21的RF功率放大電路結(jié)構(gòu)和圖7的電流平方電路結(jié)構(gòu)的情況下、在電源電壓為Vdd為3. 5伏和2. 9伏時(shí)后級(jí)放大器(第三級(jí))的輸出端子的發(fā)送輸出功率Pout的模擬結(jié)果圖。符號(hào)說明301電流-電壓線性轉(zhuǎn)換部302 304電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部305電流-電流平方轉(zhuǎn)換部306電流-電流三次方轉(zhuǎn)換部307電流-電流平方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部 308電流-電流三次方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部309第一級(jí)放大器310第二級(jí)放大器311第三級(jí)放大器312無功電流控制部313功率放大器Pin RF發(fā)送輸入信號(hào)Pout RF發(fā)送輸出信號(hào)Vapc輸出功率控制電壓1100 電壓-電流轉(zhuǎn)換電路1101電流平方轉(zhuǎn)換電路Vdd電源電壓Vapc輸出功率控制電壓Iapc輸出功率控制電流Iin電壓-電流轉(zhuǎn)換電路1100的輸出電流Isqe電流平方轉(zhuǎn)換電路1101的輸出電流I0偏置電流Ql末級(jí)放大級(jí)的MOS晶體管Q2偏壓用的MOS晶體管1120電源電壓供給端子1121輸入端子1112 電阻1113U114 分壓電阻OPl運(yùn)算放大器MlO M13電壓-電流轉(zhuǎn)換電路1100的MOS晶體管Ml M4、M30、M31電流平方轉(zhuǎn)換電路1101的MOS晶體管
具體實(shí)施例方式I、關(guān)于第一著眼點(diǎn)的發(fā)明的實(shí)施方式的概要首先，對(duì)本申請(qǐng)所公開的第一著眼點(diǎn)的發(fā)明的代表性實(shí)施方式說明概要。在代表性實(shí)施方式的概要說明中，附帯括弧參照的附圖的參照符號(hào)只不過是對(duì)帶有該參照符號(hào)的構(gòu)成要素的概念所包含的元件進(jìn)行例示。(I)本發(fā)明的代表性的RF功率放大電路(313)的特征為具備前級(jí)放大器(310)、后級(jí)放大器(311)、和控制部(312)。上述前級(jí)放大器(310)的輸入端子可響應(yīng)于RF發(fā)送輸入信號(hào)(Pin)，上述后級(jí)放大器(311)的輸入端子可響應(yīng)于在上述前級(jí)放大器(310)的輸出端子上生成的放大信號(hào)。上述控制部(312)通過響應(yīng)于供給到控制輸入端子的功率控制電壓(Vapc)對(duì)上述前級(jí)放大器(310)的無功電流和上述后級(jí)放大器(311)的無功電流進(jìn)行控制，可控制上述前級(jí)放大器(310)的増益和上述后級(jí)放大器(311)的増益(參照?qǐng)DI)。響應(yīng)于上述功率控制電壓(Vapc)，上述前級(jí)放大器(310)的上述無功電流和上述增益按照第一連續(xù)函數(shù)(2ndAmp)連續(xù)變化，上述后級(jí)放大器(311)的上述無功電流和上述增益按照第二連續(xù)函數(shù)(3rdAmp)連續(xù)變化。 上述第二連續(xù)函數(shù)(3rdAmp)為比上述第一連續(xù)函數(shù)(2ndAmp)高一次以上的函數(shù)。根據(jù)上述實(shí)施方式，能夠減輕包含多級(jí)放大級(jí)的RF功率放大電路的低功率及中間功率時(shí)的功率附加效率(PAE)的降低。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，特征為上述后級(jí)放大器(311)的放大晶體管的器件尺寸設(shè)定為比上述前級(jí)放大器(310)的放大晶體管的器件尺寸大。響應(yīng)于規(guī)定電平的上述功率控制電壓(Vapc)，上述后級(jí)放大器(311)的上述無功電流的電流密度設(shè)定為比上述前級(jí)放大器(310)的上述無功電流的電流密度低(參照?qǐng)D4)。根據(jù)上述優(yōu)選的實(shí)施方式，在RF功率放大電路生成低功率及中間功率的RF發(fā)送輸出信號(hào)時(shí)，能夠減輕因前級(jí)放大級(jí)的阻抗不匹配造成的信號(hào)損耗增大而后級(jí)放大級(jí)的輸入電壓振幅的降低比后級(jí)放大級(jí)的無功電流密度的降低顯著。在另ー優(yōu)選的實(shí)施方式中，特征為響應(yīng)于上述功率控制電壓(Vapc)，上述前級(jí)放大器(309)的上述無功電流和上述增益按照作為第一連續(xù)函數(shù)(IstAmp)的線性特性連續(xù)變化，響應(yīng)于上述功率控制電壓(Vapc)，上述后級(jí)放大器(310、311)的上述無功電流和上述增益按照作為第二連續(xù)函數(shù)(2ndAmp、3rdAmp)的平方特性或三次方特性連續(xù)變化(參照?qǐng)D4)。在另ー優(yōu)選的實(shí)施方式中，特征為上述控制部(610、620、630)響應(yīng)于上述功率控制電壓(Vapc)，生成按照上述線性特性連續(xù)變化的第一偏置電流、和按照上述平方特性或三次方特性連續(xù)變化的第二偏置電流。上述RF功率放大電路(313)還具備第一偏壓用晶體管(631)和第二偏壓用晶體管(632,633)。上述第一偏壓用晶體管￠31)與上述前級(jí)放大器的上述放大晶體管￠41)連接成電流鏡，上述第二偏壓用晶體管(632、633)與上述后級(jí)放大器的上述放大晶體管(642、643)連接成電流鏡。由上述控制部出10、620、630)生成的上述第一偏置電流和上述第二偏置電流分別供給到上述第一偏壓用晶體管￠31)和上述第二偏壓用晶體管出32、633)(參照?qǐng)D6)。
在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，特征為上述控制部出10、620)由包含CMOS晶體管的單片集成電路構(gòu)成(參照?qǐng)D6)。在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，特征為上述前級(jí)放大器的上述放大晶體管￠41)、上述后級(jí)放大器的上述放大晶體管出42、643)、上述第一偏壓用晶體管￠31)、和上述第二偏壓用晶體管(632、633)由MOS晶體管構(gòu)成(參照?qǐng)D6)。在具體的一個(gè)實(shí)施方式中，特征為上述前級(jí)放大器的上述放大晶體管￠41)、上述后級(jí)放大器的上述放大晶體管出42、643)、上述第一偏壓用晶體管￠31)、和上述第二偏壓用晶體管(632、633)由雙極晶體管構(gòu)成(參照 圖12)。在更具體的一個(gè)實(shí)施方式中，特征為上述MOS晶體管為L(zhǎng)DMOS晶體管。進(jìn)而，在更具體的一個(gè)實(shí)施方式中，特征為上述雙極晶體管為異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。(2)本發(fā)明的另ー觀點(diǎn)的代表性實(shí)施方式的RF功率模塊,其特征為具備將第一頻帶的RF發(fā)送輸入信號(hào)(Pin GSM)放大的第一RF功率放大電路(911)、將第二頻帶的RF發(fā)送輸入信號(hào)(Pin DCS)放大的第二 RF功率放大電路(921)、和輸出功率控制部(930、915)。上述輸出功率控制部(930、915)包含第一功率檢波器(932)、第二功率檢波器(933)、誤差放大器(934)。上述第一功率檢波器(932)檢測(cè)由上述第一 RF功率放大電路(911)的輸出端子生成的第一 RF發(fā)送信號(hào)的電平，上述第二功率檢波器(933)檢測(cè)由上述第二 RF功率放大電路(921)的輸出端子生成的第二 RF發(fā)送信號(hào)的電平，上述誤差放大器(934)響應(yīng)外部控制電壓(Vramp)與上述第一功率檢波器(932)及上述第二功率檢波器(933)的檢波輸出電壓(Vdet)之差，生成功率控制電壓(Vapc)(參照?qǐng)D9)。上述第一 RF功率放大電路(911)和上述第二 RF功率放大電路(921)的各RF功率放大電路(313)具有前級(jí)放大器(310)、后級(jí)放大器(311)、控制部(312)。上述前級(jí)放大器(310)的輸入端子可響應(yīng)于RF發(fā)送輸入信號(hào)(Pin)，上述后級(jí)放大器(311)的輸入端子可響應(yīng)于在所述前級(jí)放大器(310)的輸出端子上生成的放大信號(hào)。上述控制部(312)通過響應(yīng)于供給到控制輸入端子的上述功率控制電壓(Vapc)對(duì)上述前級(jí)放大器(310)的無功電流和上述后級(jí)放大器(311)的無功電流進(jìn)行控制，可控制上述前級(jí)放大器(310)的増益和上述后級(jí)放大器(311)的増益(參照?qǐng)DI)。響應(yīng)于上述功率控制電壓(Vapc)，上述前級(jí)放大器(310)的上述無功電流和上述增益按照第一連續(xù)函數(shù)(2ndAmp)連續(xù)變化，上述后級(jí)放大器(311)的上述無功電流和上述增益按照第二連續(xù)函數(shù)(3rdAmp)連續(xù)變化，上述第二連續(xù)函數(shù)(3rdAmp)為比上述第一連續(xù)函數(shù)(2ndAmp)高一次以上的函數(shù)(參照?qǐng)D4)。根據(jù)上述實(shí)施方式，能夠減輕包含多級(jí)放大級(jí)的RF功率放大電路的低功率及中間功率時(shí)的功率附加效率(PAE)的降低。2、關(guān)于第二著眼點(diǎn)的發(fā)明的實(shí)施方式的概要首先，對(duì)本申請(qǐng)所公示的第二著眼點(diǎn)的發(fā)明的代表性實(shí)施方式說明概要。在代表性實(shí)施方式的概要說明中，附帯括弧參照的附圖的參照符號(hào)只不過是對(duì)帶有該參照符號(hào)的構(gòu)成要素的概念所包含的元件進(jìn)行例示。(I)本發(fā)明的代表性實(shí)施方式的RF功率放大電路，其特征為具備放大器(Ql)和控制部(1100,1101)。上述放大器(Ql)的輸入端子可響應(yīng)于RF發(fā)送輸入信號(hào)，由上述放大器(Ql)的輸出端子生成RF發(fā)送輸出信號(hào)。上述控制部(1100、1101)包含第一控制部(1100)和第二控制部(1101)。上述第一控制部(1100)可響應(yīng)于供給到第一控制輸入端子的輸出功率控制電壓(Vapc),并由第一控制輸出端子生成第一輸出電流(Iin)。上述第二控制部(1101)可響應(yīng)于供給到第二控制輸入端子的上述第一控制部 (1100)的上述第一輸出電流(Iin)，并由第二控制輸出端子生成用于確定上述放大器的放大晶體管(Ql)的無功電流的第二輸出電流(Isqk)。上述輸出功率控制電壓(Vapc)的最大值(Vapc(max))設(shè)定為規(guī)定的電壓值，由此，由上述第一控制部(1100)的上述第一控制輸出端子生成的上述第一輸出電流(Iin)的最大值(IIN(max))設(shè)定為規(guī)定的電流值。上述第二控制部(1101)包含響應(yīng)于上述第一控制部(1100)的上述第一輸出電流(Iin)而生成上述第二輸出電流(Isqk)的多個(gè)MOS晶體管(Ml M4)(參照?qǐng)D13)。上述第二控制部(1101)的上述多個(gè)MOS晶體管(Ml M4)響應(yīng)于上述第一控制部(1100)的設(shè)定為上述規(guī)定的最大值(IIN(max))的上述第一輸出電流(Iin)，在其亞閾值區(qū)工作(參照?qǐng)D14、圖15)。根據(jù)上述實(shí)施方式，上述第二控制部(1101)的上述多個(gè)MOS晶體管在源扱/柵極間電壓比閾值電壓低的亞閾值區(qū)工作。因而，上述第二控制部(1101)可在較低的電源電壓(Vdd)下工作，可以減輕RF功率放大電路的電源電壓降低時(shí)的發(fā)送輸出功率的降低。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，特征為上述放大器(Ql)為多級(jí)放大器的后級(jí)放大器。上述多級(jí)放大器包含向上述后級(jí)放大器供給RF放大信號(hào)的前級(jí)放大器(Q715、716)。響應(yīng)于上述輸出功率控制電壓(Vapc)，上述前級(jí)放大器(Q715、716)的無功電流按照第一連續(xù)函數(shù)連續(xù)變化，上述后級(jí)放大器(Ql)的上述無功電流按照第二連續(xù)函數(shù)連
續(xù)變化。上述第二連續(xù)函數(shù)為比上述第一連續(xù)函數(shù)高一次以上的函數(shù)。根據(jù)上述優(yōu)選的實(shí)施方式，能夠減輕包含多級(jí)放大級(jí)的RF功率放大電路的低功率及中間功率時(shí)的功率附加效率(PAE)的降低。在另ー優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述后級(jí)放大器的放大晶體管(Ql)的器件尺寸設(shè)定為比所述前級(jí)放大器的放大晶體管(Q715、716)的器件尺寸大。進(jìn)而，在另ー優(yōu)選的實(shí)施方式中，特征為上述第二控制部(1101)的上述多個(gè)MOS晶體管(Ml M4)包含第一 MOS晶體管(Ml)、第二 MOS晶體管(M2)、第三MOS晶體管(M3)、和第四MOS晶體管(M4)。上述第一 MOS晶體管(Ml)的柵極和漏極連接著，上述第二 MOS晶體管(M2)的柵極和漏極連接著。
上述第一控制部(1100)的上述第一輸出電流(Iin)可供給到上述第一MOS晶體管(Ml)的漏扱/源極電流路徑和上述第二 MOS晶體管(M2)的漏扱/源極電流路徑的串聯(lián)連接處。在上述第二 MOS晶體管(M2)的柵極上連接有可使大致恒定的偏置電流(Itl)流動(dòng)的上述第三MOS晶體管(M3)的柵極，在上述第三MOS晶體管(M3)的柵極上連接有可使上述第二輸出電流(Isqk)流動(dòng)的上述第四MOS晶體管(M4)的柵極。上述第二輸出電流(Isqk)為與上述第一輸出電流(Iin)的平方成正比的電流(參照?qǐng)D19)。在另ー優(yōu)選的實(shí)施方式中，特征為上述RF功率放大電路還具備第一偏壓用晶體管(Q709、Q710)和第二偏壓用晶體管(Q2)。上述第一偏壓用晶體管(Q709、Q710)與上述前級(jí)放大器的上述放大晶體管(Q715、Q716)連接成電流鏡，上述第二偏壓用晶體管(Q2)與上述后級(jí)放大器的上述放大晶體管(Ql)連接成電流鏡。用于使上述前級(jí)放大器(Q715、Q716)的上述無功電流按照上述第一連續(xù)函數(shù)連續(xù)變化的第一偏置電流供給到所述第一偏壓用晶體管(Q709、Q710)。用于使上述后級(jí)放大器(Ql)的上述無功電流按照上述第二連續(xù)函數(shù)連續(xù)變化的第二偏置電流供給到上述第二偏壓用晶體管(Q2)(參照?qǐng)D18、圖19)。在具體的一個(gè)實(shí)施方式中，特征為上述控制部(1100、1101)由包含CMOS晶體管的單片集成電路構(gòu)成。在另ー具體的一個(gè)實(shí)施方式中，特征為上述前級(jí)放大器的上述放大晶體管(Q715、Q716)、上述后級(jí)放大器的上述放大晶體管(Ql)、和上述第一偏壓用晶體管(Q709、Q710)、上述第二偏壓用晶體管(Q2)由MOS晶體管構(gòu)成(參照?qǐng)D19)。在另ー具體的一個(gè)實(shí)施方式中，特征為上述前級(jí)放大器的上述放大晶體管(Q715、Q716)、上述后級(jí)放大器的上述放大晶體管(Q1)、上述第一偏壓用晶體管(Q709、Q710)、和上述第二偏壓用晶體管(Q2)由雙極晶體管構(gòu)成(參照?qǐng)D18)。更具體的一個(gè)實(shí)施方式的特征為上述MOS晶體管為L(zhǎng)DMOS晶體管。另一更具體的一個(gè)實(shí)施方式的特征為上述雙極晶體管為異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。(2)本發(fā)明的另ー觀點(diǎn)的代表性實(shí)施方式的RF功率模塊的特征為具備將第一頻帶的RF發(fā)送輸入信號(hào)(Pin GSM)放大的第一 RF功率放大電路(1811)、將第二頻帶的RF發(fā)送輸入信號(hào)(Pin_DCS)放大的第二 RF功率放大電路(1821)、和輸出功率控制部(1830、1815)。上述輸出功率控制部(1830、1815)包含第一功率檢波器(1832)、第二功率檢波器(1833)、誤差放大器(1834)。上述第一功率檢波器(1832)檢測(cè)由上述第一 RF功率放大電路(1811)的輸出端子生成的第一 RF發(fā)送信號(hào)的電平。上述第二功率檢波器(1833)檢測(cè)由上述第二 RF功率放大電路(1821)的輸出端子生成的第二 RF發(fā)送信號(hào)的電平。上述誤差放大器(1834)根據(jù)外部控制電壓(Vramp)與上述第一功率檢波器(1832)及上述第二功率檢波器(1833)的檢波輸出電壓(Vdet)之差，生成輸出功率控制電壓(Vapc)(參照?qǐng)D20)。上述第一 RF功率放大電路(1811)和上述第二 RF功率放大電路(1821)的各RF功率放大電路具備放大器(Ql)和控制部(1100、1101)。上述放大器(Ql)的輸入端子可響應(yīng)于RF發(fā)送輸入信號(hào)，由上述放大器(Ql)的輸出端子生成RF發(fā)送輸出信號(hào)。上述控制部(1100、1101)包含第一控制部(1100)和第二控制部(1101)。上述第一控制部(1100)可響應(yīng)于供給到第一控制輸入端子的輸出功率控制電壓(Vapc),并由第一控制輸出端子生成第一輸出電流(Iin)。上述第二控制部(1101)可響應(yīng)于供給到第二控制輸入端子的上述第一控制部(1100)的所述第一輸出電流(Iin)，并由第二控制輸出端子生成用于確定上述放大器的放 大晶體管(Ql)的無功電流的第二輸出電流(Isqr)。上述輸出功率控制電壓(Vapc)的最大值(Vapc(max))設(shè)定為規(guī)定的電壓值，由此，由上述第一控制部(1100)的上述第一控制輸出端子生成的上述第一輸出電流(Iin)的最大值(IIN(max))設(shè)定為規(guī)定的電流值。上述第二控制部(1101)包含響應(yīng)于上述第一控制部(1100)的上述第一輸出電流(Iin)而生成上述第二輸出電流(Isqk)的多個(gè)MOS晶體管(Ml M4)(參照?qǐng)D13)。上述第二控制部(1101)的上述多個(gè)MOS晶體管(Ml M4)響應(yīng)于上述第一控制部(1100)的設(shè)定為上述規(guī)定的最大值(IIN(max))的上述第一輸出電流(Iin)，在其亞閾值區(qū)工作(參照?qǐng)D14、圖15)。根據(jù)上述實(shí)施方式，上述第二控制部(1101)的上述多個(gè)MOS晶體管(Ml M4)在源扱/柵極間電壓比閾值電壓低的亞閾值區(qū)工作。因而，上述第二控制部(1101)可在較低的電源電壓(Vdd)下工作，可以減輕RF功率放大電路的電源電壓降低時(shí)的發(fā)送輸出功率的降低。3、關(guān)于第一著眼點(diǎn)的發(fā)明的實(shí)施方式的詳細(xì)內(nèi)容接著，對(duì)第一著眼點(diǎn)的發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)地說明。另外，在用于對(duì)用于實(shí)施發(fā)明的最佳方式進(jìn)行說明的全部附圖中，在與上述的圖具有同一功能的器件上附帯同一符號(hào)，省略其重復(fù)說明。[實(shí)施方式3-1]《RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)》圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)的方框圖。在圖I所示的RF功率放大電路313上連接有無功電流控制部312。首先，RF功率放大電路313包含多級(jí)連接的第一級(jí)放大器309、第二級(jí)放大器310和第三級(jí)放大器311。向第一級(jí)放大器309的輸入端子供給RF發(fā)送輸入信號(hào)Pin,第一級(jí)放大器309的輸出端子的RF放大信號(hào)供給到第二級(jí)放大器310的輸入端子，第二級(jí)放大器310的輸出端子的RF放大信號(hào)供給到第三級(jí)放大器311的輸入端子，由第三級(jí)放大器311的輸出端子生成RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout。在該RF功率放大電路313中，也按照初級(jí)的第一級(jí)放大器309、中級(jí)的第二級(jí)放大器310、末級(jí)的第三放大器311的順序，增大各放大級(jí)的放大晶體管的器件尺寸。如果放大晶體管是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，則器件尺寸由溝道寬度(W)和溝道長(zhǎng)度(L)之比(W/L)決定，另一方面，如果放大晶體管是雙極晶體管，則器件尺寸由發(fā)射極面積(Ae)決定。
向無功電流控制部312供給輸出功率控制電壓Vapc，由無功電流控制部312生成的第一偏壓、第二偏壓和第三偏壓分別供給到第一級(jí)放大器309、第二級(jí)放大器310和第三級(jí)放大器311。無功電流控制部312由電壓-電流線性轉(zhuǎn)換部301、電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部302、303、304、電流-電流平方轉(zhuǎn)換部305、電流-電流三次方轉(zhuǎn)換部306、電流-電流平方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部307、以及電流-電流三次方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部308構(gòu)成?！禦F功率放大電路的工作》具有上述結(jié)構(gòu)的圖I所示的RF功率放大電路313進(jìn)行下述工作。供給到第一級(jí)放大器309的輸入端子的RF發(fā)送輸入信號(hào)Pin由第一級(jí)放大器309放大，在其輸出端子生成第一 RF放大信號(hào)。第一 RF放大信號(hào)由第二級(jí)放大器310放大，在其輸出端子生成第二 RF放大信號(hào)。第二 RF放大信號(hào)由第三級(jí)放大器311放大，在其輸出端子生成RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout。另外，供給輸出功率控制電壓Vapc的無功電流控制部312通過下述工作，來控制 三級(jí)從屬連接的RF功率放大器313的第一級(jí)放大器309、第二級(jí)放大器310和第三級(jí)放大器311的各級(jí)無功電流。當(dāng)輸出功率控制電壓Vapc供給到無功電流控制部312吋，電壓-電流線性轉(zhuǎn)換部301生成與輸出功率控制電壓Vapc成正比的轉(zhuǎn)換輸出電流。由電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部302設(shè)定轉(zhuǎn)換系數(shù)，使得第一級(jí)放大器309的無功電流根據(jù)電壓-電流線性轉(zhuǎn)換部301的轉(zhuǎn)換輸出電流被設(shè)定為所希望的值。電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部302根據(jù)該轉(zhuǎn)換系數(shù)，將電壓-電流線性轉(zhuǎn)換部301的轉(zhuǎn)換輸出電流以線性特性増加一倍。電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部302的線性特性的倍增輸出電流供給到第一級(jí)放大器309，在第一級(jí)放大器309的內(nèi)部，線性特性的倍増輸出電流通過第一偏壓用晶體管轉(zhuǎn)換為第一偏壓。在第一級(jí)放大器309的內(nèi)部,第一偏壓用晶體管和第一級(jí)放大晶體管連接成電流鏡，因此第一級(jí)放大晶體管的無功電流響根據(jù)輸出功率控制電壓Vapc用線性特性來控制。由電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部303設(shè)定轉(zhuǎn)換系數(shù)，使得第二級(jí)放大器310的無功電流根據(jù)電壓-電流線性轉(zhuǎn)換部301的轉(zhuǎn)換輸出電流被設(shè)定為所希望的值。電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部303根據(jù)該轉(zhuǎn)換系數(shù)，將電壓-電流線性轉(zhuǎn)換部301的轉(zhuǎn)換輸出電流以線性特性増加一倍。電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部303的線性特性的倍增輸出電流供給到電流-電流平方轉(zhuǎn)換部305，在電流-電流平方轉(zhuǎn)換部305，來自電壓-電流線性轉(zhuǎn)換部301的轉(zhuǎn)換輸出電流以電流-電流平方轉(zhuǎn)換部305的平方特性増加一倍。在電流-電流平方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部307，設(shè)定電流-電流平方轉(zhuǎn)換部305的平方特性的轉(zhuǎn)換系數(shù)。電流-電流平方轉(zhuǎn)換部305和電流-電流平方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部307的平方特性的倍增輸出電流供給到第ニ級(jí)放大器310，在第二級(jí)放大器310的內(nèi)部，平方特性的倍増輸出電流通過第二偏壓用晶體管轉(zhuǎn)換為第二偏壓。在第二級(jí)放大器310的內(nèi)部，第二偏壓用晶體管和第二級(jí)放大晶體管連接成電流鏡，因此根據(jù)輸出功率控制電壓Vapc，用平方特性來控制第二級(jí)放大晶體管的無功電流。由電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部304設(shè)定轉(zhuǎn)換系數(shù)，使得第三級(jí)放大器311的無功電流根據(jù)電壓-電流線性轉(zhuǎn)換部301的轉(zhuǎn)換輸出電流被設(shè)定為所希望的值。電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部304根據(jù)該轉(zhuǎn)換系數(shù)，將電壓-電流線性轉(zhuǎn)換部301的轉(zhuǎn)換輸出電流以線性特性増加一倍。電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部304的線性特性的倍增輸出電流供給到電流-電流三次方轉(zhuǎn)換部306，在電流-電流三次方轉(zhuǎn)換部306，來自電壓-電流線性轉(zhuǎn)換部301的轉(zhuǎn)換輸出電流以電流-電流三次方轉(zhuǎn)換部306的三次方特性增加一倍。在電流-電流三次方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部308，設(shè)定電流-電流三次方轉(zhuǎn)換部306的三次方特性的轉(zhuǎn)換系數(shù)。電流-電流三次方轉(zhuǎn)換部306和電流-電流三次方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部308的三次方特性的倍増輸出電流供給到第三級(jí)放大器311，在第三級(jí)放大器311的內(nèi)部，三次方特性的倍増輸出電流通過第三偏壓用晶體管轉(zhuǎn)換為第三偏壓。在第三級(jí)放大器311的內(nèi)部，第三偏壓用晶體管和第三級(jí)放大晶體管連接成電流鏡，因此第三級(jí)放大晶體管的無功電流根據(jù)輸出功率控制電壓Vapc用三次方特性進(jìn)行控制。圖4是表示圖I所示的RF功率放大電路313的第一級(jí)放大器309、第二級(jí)放大器310和第三級(jí)放大器311的各無功電流的電流密度Jq相對(duì)于輸出功率控制電壓Vapc的特性圖。在圖4中，縱軸表示流到各放大晶體管的無功電流(偏置電流)的電流密度Jq的 值，橫軸表示輸出功率控制電壓Vapc的值。在圖4中，實(shí)線IstAmp表示初級(jí)的第一級(jí)放大器309的無功電流密度Jq，粗虛線2ndAmp表示中級(jí)的第二級(jí)放大器310的無功電流密度Jq,細(xì)虛線3rdAmp表示末級(jí)的第三級(jí)放大器311的無功電流密度Jq。如圖4所不，響應(yīng)于生成低功率及中間功率的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout時(shí)的同一電平的輸出功率控制電壓Vapc，按照如下方式進(jìn)行設(shè)定初級(jí)的第一級(jí)放大器309的無功電流密度Jq(= IstAmp)具有最大值，中級(jí)的第二級(jí)放大器310的無功電流密度Jq(=2ndAmp)具有中間值,末級(jí)的第三級(jí)放大器311的無功電流密度Jq( = 3rdAmp)具有最小值。另外，在圖4的例子中，響應(yīng)于生成最大輸出功率Pout (max)時(shí)的最大電平的輸出功率控制電壓Vapc_max,初級(jí)的第一級(jí)放大器309的無功電流密度Jq ( = IstAmp)、中級(jí)的第二級(jí)放大器310的無功電流密度Jq ( = 2ndAmp)、和末級(jí)的第三級(jí)放大器311的無功電流密度Jq( = 3rdAmp)設(shè)定為大致相等的最大值Jq_max。在圖4所示的圖I的RF功率放大電路313的各級(jí)無功電流密度的控制方法中，設(shè)定為響應(yīng)于同一電平的輸出功率控制電壓Vapc，無功電流密度的值從初級(jí)到中級(jí)、從中級(jí)到末級(jí)隨著級(jí)的后延而逐漸降低。因而，在生成低功率及中間功率的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout時(shí)，能夠減輕因前級(jí)放大級(jí)的阻抗不匹配造成的信號(hào)損耗増大而后級(jí)放大級(jí)的輸入電壓振幅的降低比后級(jí)放大級(jí)的無功電流密度的降低顯著這種情況。這樣，根據(jù)圖I所示的本發(fā)明實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路，可以減輕包含多級(jí)放大級(jí)的RF功率放大電路的低功率及中間功率時(shí)的功率附加效率(PAE)的降低。另外，圖I所示的本發(fā)明實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路的無功電流控制部312所包含的電流-電流平方轉(zhuǎn)換部305、和電流-電流三次方轉(zhuǎn)換部306只要具有響應(yīng)于輸入電流將與平方及三次方成正比并成為連續(xù)函數(shù)的特性的電流分別輸出的功能即可，其電路結(jié)構(gòu)不是問題。圖10是表示圖I所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路和圖2所示的在本發(fā)明之前由本發(fā)明者等研究的RF功率放大電路的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout相對(duì)于輸出功率控制電壓Vapc的特性圖。在圖10中，特性LI為圖2的在本發(fā)明之前由本發(fā)明者等研究的RF功率放大電路的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout相對(duì)于輸出功率控制電壓Vapc的特性，特性L2為圖I的本發(fā)明實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout相對(duì)于輸出功率控制電壓Vapc的特性。在圖10的特性L2所示的圖I的本發(fā)明實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout相對(duì)于輸出功率控制電壓Vapc的特性中，首先，可知在其變化特性上不存在不連續(xù)點(diǎn)。其次，與圖10的特性LI相比，可知圖10的特性L2能夠緩和RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout響應(yīng)輸出功率控制電壓Vapc變化的急劇變化。圖11是表示圖I所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路和圖2所示的在本發(fā)明之前由本發(fā)明者等研究的RF功率放大電 路的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout對(duì)功率附加效率(PAE)的特性圖。在圖11中，特性LI為圖2的在本發(fā)明之前由本發(fā)明者等研究的RF功率放大電路的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout對(duì)功率附加效率(PAE)的特性，而特性L2為圖I的本發(fā)明實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout對(duì)功率附加效率(PAE)的特性。與圖11的特性LI相比，可知圖11的特性L2可改善RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout大致為30dBm以下的低功率及中間功率時(shí)的功率附加效率(PAE)。[實(shí)施方式3-2]《RF功率放大電路的另ー結(jié)構(gòu)》圖5是表示變形實(shí)施方式即本發(fā)明的實(shí)施方式3-2的RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-2的RF功率放大電路和圖I所示的本發(fā)明實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路不同的是，連接在圖I的無功電流控制部312的電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部303的輸出和RF功率放大電路313的第二級(jí)放大器310之間的、電流-電流平方轉(zhuǎn)換部305和電流-電流平方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部307在圖5的無功電流控制部312被省略。因而，在圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-2的RF功率放大電路中，第一級(jí)放大器309的第一級(jí)放大晶體管的無功電流和第二級(jí)放大器310的第二級(jí)放大晶體管的無功電流響應(yīng)于輸出功率控制電壓Vapc，以線性特性來控制。但是，根據(jù)生成低功率及中間功率的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout時(shí)的同一電平的輸出功率控制電壓Vapc,第二級(jí)放大器310所包含的第二級(jí)放大晶體管的無功電流的電流密度Jq設(shè)定為比第一級(jí)放大器309所包含的第一級(jí)放大晶體管的無功電流的電流密度Jq小的值。其次，圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-2的RF功率放大電路和圖I所示的本發(fā)明實(shí)施方式3-1的RF功率放大電路不同的是，圖I所示的無功電流控制部312的電流-電流平方轉(zhuǎn)換部305、和電流-電流平方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部307在圖5所示的無功電流控制部312中，連接在電壓-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部304的輸出、和RF功率放大電路313的第三級(jí)放大器311之間。因而，在圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-2的RF功率放大電路中，第三級(jí)放大器311的第三級(jí)放大晶體管的無功電流根據(jù)輸出功率控制電壓Vapc用平方特性進(jìn)行控制。但是，根據(jù)生成低功率及中間功率的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout時(shí)的同一電平的輸出功率控制電壓Vapc，第三級(jí)放大器311的第三級(jí)放大晶體管的無功電流的電流密度Jq設(shè)定為比第一級(jí)放大器309的第一級(jí)放大晶體管的無功電流的電流密度Jq、及第ニ級(jí)放大器310的第二級(jí)放大晶體管的無功電流的電流密度Jq小的值。在圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-2中，與圖I所示的本發(fā)明實(shí)施方式3-1同樣，在生成低功率及中間功率的RF發(fā)送輸出信號(hào)時(shí)，能夠減輕因前級(jí)放大級(jí)的阻抗不匹配造成的信號(hào)損耗增大而后級(jí)放大級(jí)的輸入電壓振幅的降低比后級(jí)放大級(jí)的無功電流密度的降低顯著。另外，與圖I所示的本發(fā)明實(shí)施方式3-1相比，圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施方式3-2具有簡(jiǎn)化電路實(shí)現(xiàn)電路的小型化這樣的效果。[實(shí)施方式3-3]《RF功率放大電路的具體結(jié)構(gòu)》圖6是表示具體實(shí)施方式
即本發(fā)明的實(shí)施方式3-3的RF功率放大電路的結(jié)構(gòu)的方框圖。與圖I所示的RF功率放大電路同樣，在圖6所示的RF功率放大電路640上連接有無功電流控制部610、620、630。首先，RF功率放大電路640包含多級(jí)連接的第一級(jí)放大器641、第二級(jí)放大器642和第三級(jí)放大器643。向RF功率放大電路640的輸入端子604供給RF發(fā)送輸入信號(hào)Pin，由RF功率放大電路640的輸出端子605生成RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout,向RF功率放大電路640的電源電壓供給端子600A、600B、600C供給電源電壓Vdd。經(jīng)由輸入級(jí)輸入匹配電路(MN)向第一級(jí)放大器641的輸入端子供給RF發(fā)送輸入信號(hào)Pin，第一級(jí)放大器641的輸出端子的RF放大信號(hào)經(jīng)由中級(jí)輸入匹配電路(MN)供給到第二級(jí)放大器642的輸入端子,第二級(jí)放大器642的輸出端子的RF放大信號(hào)經(jīng)由輸出級(jí)輸入匹配電路(MN)供給到第三級(jí)放大器643的輸入端子，由第三級(jí)放大器643的輸出端子生成RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout。在該RF功率放大電路640中，也按照初級(jí)的第一級(jí)放大器641、中級(jí)的第二級(jí)放大器642、末級(jí)的第三放大器643的順序，增大各放大級(jí)的放大晶體管的器件尺寸。圖6所示的無功電流控制部610、620、630由電壓-電流線性轉(zhuǎn)換電路610、電壓-電流線性轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定電路620、電流-電流連續(xù)函數(shù)生成電路630構(gòu)成。特別是，圖6的電流-電流連續(xù)函數(shù)生成電路630具有與圖I的無功電流控制部312的電流-電流平方轉(zhuǎn)換部305、電流-電流三次方轉(zhuǎn)換部306、電流-電流平方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部307、電流-電流三次方轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定部308同等的工作功能。圖6的電壓-電流線性轉(zhuǎn)換電路610由電阻611、612、614、618、P溝道MOS晶體管613、615、617、電流鏡電路619、和運(yùn)算放大器616構(gòu)成，具有與圖I的無功電流控制部312的電壓-電流線性轉(zhuǎn)換部301同等的工作功能。在圖6的電壓-電流線性轉(zhuǎn)換電路610中，由輸入端子602供給的輸出功率控制電壓Vapc由分壓電阻611、612分壓，該分壓電壓經(jīng)由P溝道MOS晶體管613供給到運(yùn)算放大器616的反相輸入端子,運(yùn)算放大器616的輸出電壓供給到P溝道MOS晶體管617,輸出功率控制電流Iapc流到P溝道MOS晶體管617。另外，還通過電流鏡電路619、同一器件尺寸的P溝道MOS晶體管613、615、補(bǔ)償電阻614,在運(yùn)算放大器616的反相輸入端子上生成補(bǔ)償電壓Voffset。該補(bǔ)償電壓Voffset為電阻614的電阻值Roffset、和流到電流鏡電路619的參照電流Iref的乘積。
另外，電壓-電流線性轉(zhuǎn)換電路610的輸出功率控制電流Iapc可以按如下方式求出。根據(jù)流到電流鏡電路619的輸入端子601的參照輸入電流Iref，使參照輸出電流Iref分別流到P溝道MOS晶體管613、615、電阻614，因此運(yùn)算放大器616的非反相輸入端子的電位V+、和反相輸入端子的電位V-分別由下述式(4)和式(5)給出。(數(shù)學(xué)式4)V+ — R3 IapC+VSG+R0ffset Iref(數(shù)學(xué)式5)V~=V^~^+VSO 在式⑷和式(5)中，R3為電阻618的電阻值，Iapc為流到電阻618及P溝道MOS晶體管617的電流，Vsg為P溝道MOS晶體管613、615的源極-柵極間電壓，Roffset為電阻614的電阻值，Iref為電流鏡電路619的參照輸出電流，RU R2分別為電阻611、612的電阻值，Vapc為輸入端子602的輸出功率控制電壓Vapc。運(yùn)算放大器616將兩輸入端子的電位V+、電位V-互等那樣的輸出電壓供給到P溝道MOS晶體管617，因此根據(jù)式⑷和式
(5)，輸出功率控制電流Iapc如下式(6)所示而求出，輸出功率控制電流Iapc相對(duì)于輸出功率控制電壓Vapc成為一次連續(xù)函數(shù)。(數(shù)學(xué)式6)
J — jlZ opc細(xì).j_ R^Ri +H2) R3由式(6)可知，只在與輸出功率控制電壓Vapc成正比的式(6)的第一項(xiàng)的絕對(duì)值比與補(bǔ)償電壓Voffset ( = Roffset Iref)成正比的式(6)的第二項(xiàng)的絕對(duì)值大的工作區(qū)域，輸出功率控制電流Iapc與輸出功率控制電壓Vapc成為線性特性(一次連續(xù)函數(shù))。由此消除由RF功率放大電路生成的RF發(fā)送輸出信號(hào)Pout因輸出功率控制電壓Vapc所包含的微弱的噪音成分而波動(dòng)。電壓-電流線性轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定電路620包含多個(gè)電流鏡電路，RF功率放大電路640的初級(jí)的第一級(jí)放大器641的無功電流由P溝道MOS晶體管617、624的磁鏡比、N溝道MOS晶體管625、626的磁鏡比、和P溝道MOS晶體管627、621的磁鏡比的乘法運(yùn)算來決定。首先，電壓-電流線性轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定電路620的P溝道MOS晶體管621的輸出電流供給到電流-電流連續(xù)函數(shù)生成電路630所包含的柵極/漏極連接的偏壓用N溝道MOS晶體管631。由于偏壓用N溝道MOS晶體管631和RF功率放大電路640的初級(jí)的第一級(jí)放大器641的源極接地N溝道MOS晶體管連接成電流鏡，因此初級(jí)的第一級(jí)放大器641的源極接地N溝道MOS晶體管的無功電流由來自P溝道MOS晶體管621的輸出電流來設(shè)定。因而，初級(jí)的第一級(jí)放大器641的無功電流成為輸出功率控制電壓Vapc的線性的連續(xù)函數(shù)。其次，電壓-電流線性轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定電路620的另ー P溝道MOS晶體管623的輸出電流供給到電流-電流連續(xù)函數(shù)生成電路630所包含的電流平方電路636的電流輸入端子Iin0由電流平方電路636的電流輸出端子Iout生成的與輸入電流的平方成正比的輸出電流供給到電流-電流連續(xù)函數(shù)生成電路630所包含的柵極/漏極連接的偏壓用N溝道MOS晶體管632。由于偏壓用N溝道MOS晶體管632和RF功率放大電路640的中級(jí)的第二級(jí)放大器642的源極接地N溝道MOS晶體管連接成電流鏡，因此中級(jí)的第二級(jí)放大器642的源極接地N溝道MOS晶體管的無功電流由來自P溝道MOS晶體管621的輸出電流來設(shè)定。因而，中級(jí)的第二級(jí)放大器642的無功電流成為輸出功率控制電壓Vapc的平方的連續(xù)函數(shù)。再有，電壓-電流線性轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定電路620的另ー P溝道MOS晶體管622的輸出電流供給到電流-電流連續(xù)函數(shù)生成電路630所包含的電流三次方電路635的電流輸入端子Iin。由電流三次方電路635的電流輸出端子Iout生成的與輸入電流的三次方成正比的輸出電流供給到電流-電流連續(xù)函數(shù)生成電路630所包含的柵極/漏極連接的偏壓用N溝道MOS晶體管633。由于偏壓用N溝道MOS晶體管633和RF功率放大電路640的末級(jí)的第三級(jí)放大器643的源極接地N溝道MOS晶體管連接成電流鏡，因此末級(jí)的第三級(jí)放大器643的源極接地N溝道MOS晶體管的無功電流由來自P溝道MOS晶體管622的輸出電流來設(shè)定。因而，末級(jí)的第三級(jí)放大器643的無功電流成為輸出功率控制電壓Vapc的三次方的連續(xù)函數(shù)?！峨娏髌椒诫娐返慕Y(jié)構(gòu)》圖7是表示圖6所示的本發(fā)明實(shí)施方式3-3的RF功率放大電路的電流-電流連續(xù)函數(shù)生成電路630所包含的電流平方電路636的結(jié)構(gòu)圖。圖7所示的電流平方電路636由電流平方基本電路710、誤差修正電路720、電流減法運(yùn)算電路730構(gòu)成。電流平方電路636具有由輸出端子703生成與由輸入端子702供給的電流Iin的平方成正比的輸出電流Iout的功能。電流平方基本電路710由具有大致相等的溝道長(zhǎng)度Lp和大致相等的溝道寬度Wp的5個(gè)P溝道MOS晶體管713、714、715、716、717和具有大致相等的溝道長(zhǎng)度Ln的2個(gè)N溝道MOS晶體管711、712構(gòu)成。N溝道MOS晶體管712的溝道寬度Wn712設(shè)定為N溝道MOS晶體管711的溝道寬度Wn711的大致2倍。因此，根據(jù)供給到偏壓供給端子701的偏壓Vbias，偏置電流Itl和其2倍的偏置電流21。分別流到N溝道MOS晶體管711和N溝道MOS晶體管712。另外，向連接成電流鏡的兩個(gè)P溝道MOS晶體管716、717流動(dòng)相等的電流I1，另外，電流I2根據(jù)供給到電流輸入端子702的輸入電流Iin流到P溝道MOS晶體管715，該P(yáng)溝道MOS晶體管715連接于柵極和漏極連接成ニ極管的P溝道MOS晶體管716。當(dāng)設(shè)ニ極管連接的P溝道MOS晶體管716的兩端間電壓為V1 ;設(shè)P溝道MOS晶體管715的源極、漏極間電壓為V2 ;設(shè)P溝道MOS晶體管717的源極、漏極間電壓為V3 ;設(shè)5個(gè)P溝道MOS晶體管713 717和兩個(gè)N溝道MOS晶體管711、712的閾值電壓和溝道電導(dǎo)率分別為Vth和@ ;設(shè)電流平方電路636的電流平方基本電路710的輸出電流為Isqk時(shí)，可以得到下面的關(guān)系。(數(shù)學(xué)式7)
權(quán)利要求
1.一種RF功率放大電路，其特征在于， 具備放大器和控制部， 所述放大器的輸入端子能響應(yīng)于RF發(fā)送輸入信號(hào)，能由所述放大器的輸出端子生成RF發(fā)送輸出信號(hào)， 所述控制部包含第一控制部和第二控制部， 所述第一控制部能響應(yīng)于供給到第一控制輸入端子的輸出功率控制電壓，并由第一控制輸出端子生成第一輸出電流， 所述第二控制部能響應(yīng)于供給到第二控制輸入端子的所述第一控制部的所述第一輸出電流，并由第二控制輸出端子生成用于確定所述放大器的放大晶體管的無功電流的第二輸出電流， 所述輸出功率控制電壓的最大值設(shè)定為規(guī)定的電壓值，由此，由所述第一控制部的所述第一控制輸出端子生成的所述第一輸出電流的最大值設(shè)定為規(guī)定的電流值， 所述第二控制部包含響應(yīng)于所述第一控制部的所述第一輸出電流生成所述第二輸出電流的多個(gè)MOS晶體管， 所述第二控制部的所述多個(gè)MOS晶體管響應(yīng)于所述第一控制部的設(shè)定為所述規(guī)定的最大值的所述第一輸出電流，在其亞閾值區(qū)工作。
2.如權(quán)利要求I所述的RF功率放大電路，其特征在于， 所述放大器為多級(jí)放大器的后級(jí)放大器， 所述多級(jí)放大器包含向所述后級(jí)放大器供給RF放大信號(hào)的前級(jí)放大器， 響應(yīng)于所述輸出功率控制電壓，所述前級(jí)放大器的無功電流按照第一連續(xù)函數(shù)連續(xù)變化，所述后級(jí)放大器的所述無功電流按照第二連續(xù)函數(shù)連續(xù)變化， 所述第二連續(xù)函數(shù)為比所述第一連續(xù)函數(shù)高一次以上的函數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的RF功率放大電路，其特征在于， 所述后級(jí)放大器的所述放大晶體管的器件尺寸設(shè)定為比所述前級(jí)放大器的放大晶體管的器件尺寸大，
4.如權(quán)利要求3所述的RF功率放大電路，其特征在于， 所述第二控制部的所述多個(gè)MOS晶體管包含第一 MOS晶體管、第二 MOS晶體管、第三MOS晶體管、和第四MOS晶體管， 所述第一 MOS晶體管的柵極和漏極連接，所述第二 MOS晶體管的柵極和漏極連接，所述第一控制部的所述第一輸出電流能供給到所述第一MOS晶體管的漏極/源極電流路徑和所述第二 MOS晶體管的漏極/源極電流路徑的串聯(lián)連接處， 在所述第二 MOS晶體管的柵極上連接有能使大致恒定的偏置電流流動(dòng)的所述第三MOS晶體管的柵極，在所述第三MOS晶體管的柵極上連接有能使所述第二輸出電流流動(dòng)的所述第四MOS晶體管的柵極， 所述第二輸出電流為與所述第一輸出電流的平方成正比的電流。
5.如權(quán)利要求4所述的RF功率放大電路，其特征在于， 還具備第一偏壓用晶體管和第二偏壓用晶體管， 所述第一偏壓用晶體管與所述前級(jí)放大器的所述放大晶體管連接成電流鏡，所述第二偏壓用晶體管與所述后級(jí)放大器的所述放大晶體管連接成電流鏡，用于使所述前級(jí)放大器的所述無功電流按照所述第一連續(xù)函數(shù)連續(xù)變化的第一偏置電流供給到所述第一偏壓用晶體管， 用于使所述后級(jí)放大器的所述無功電流按照所述第二連續(xù)函數(shù)連續(xù)變化的第二偏置電流供給到所述第二偏壓用晶體管。
6.如權(quán)利要求5所述的RF功率放大電路，其特征在于， 所述控制部由包含CMOS晶體管的單片集成電路構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的RF功率放大電路，其特征在于， 所述前級(jí)放大器的所述放大晶體管、所述后級(jí)放大器的所述放大晶體管、所述第一偏壓用晶體管、和所述第二偏壓用晶體管由MOS晶體管構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求6所述的RF功率放大電路，其特征在于， 所述前級(jí)放大器的所述放大晶體管、所述后級(jí)放大器的所述放大晶體管、所述第一偏壓用晶體管、和所述第二偏壓用晶體管由雙極晶體管構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求7所述的RF功率放大電路，其特征在于， 所述MOS晶體管為L(zhǎng)DMOS晶體管。
10.如權(quán)利要求8所述的RF功率放大電路，其特征在于， 所述雙極晶體管為異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。
11.一種RF功率模塊，其特征在于， 具備將第一頻帶的RF發(fā)送輸入信號(hào)放大的第一 RF功率放大電路、將第二頻帶的RF發(fā)送輸入信號(hào)放大的第二 RF功率放大電路、和輸出功率控制部， 所述輸出功率控制部包含第一功率檢波器、第二功率檢波器、和誤差放大器， 所述第一功率檢波器檢測(cè)由所述第一 RF功率放大電路的輸出端子生成的第一 RF發(fā)送信號(hào)的電平， 所述第二功率檢波器檢測(cè)由所述第二 RF功率放大電路的輸出端子生成的第二 RF發(fā)送信號(hào)的電平， 所述誤差放大器根據(jù)外部控制電壓與所述第一功率檢波器及所述第二功率檢波器的檢波輸出電壓之差，生成功率控制電壓， 所述第一 RF功率放大電路和所述第二 RF功率放大電路的各RF功率放大電路具備放大器和控制部， 所述放大器的輸入端子能響應(yīng)RF發(fā)送輸入信號(hào)，能由所述放大器的輸出端子生成RF發(fā)送輸出信號(hào)， 所述控制部包含第一控制部和第二控制部， 所述第一控制部能響應(yīng)于供給到第一控制輸入端子的輸出功率控制電壓，并由第一控制輸出端子生成第一輸出電流， 所述第二控制部能響應(yīng)于供給到第二控制輸入端子的所述第一控制部的所述第一輸出電流，并由第二控制輸出端子生成用于確定所述放大器的放大晶體管的無功電流的第二輸出電流， 所述輸出功率控制電壓的最大值設(shè)定為規(guī)定的電壓值，由此，由所述第一控制部的所述第一控制輸出端子生成的所述第一輸出電流的最大值設(shè)定為規(guī)定的電流值， 所述第二控制部包含響應(yīng)于所述第一控制部的所述第一輸出電流生成所述第二輸出電流的多個(gè)MOS晶體管， 所述第二控制部的所述多個(gè)MOS晶體管響應(yīng)于所述第一控制部的設(shè)定為所述規(guī)定的最大值的所述第一輸出電流，在其亞閾值區(qū)工作。
12.如權(quán)利要求11所述的RF功率模塊，其特征在于， 所述放大器為多級(jí)放大器的后級(jí)放大器， 所述多級(jí)放大器包含向所述后級(jí)放大器供給RF放大信號(hào)的前級(jí)放大器， 響應(yīng)于所述輸出功率控制電壓，所述前級(jí)放大器的無功電流按照第一連續(xù)函數(shù)連續(xù)變化，所述后級(jí)放大器的所述無功電流按照第二連續(xù)函數(shù)連續(xù)變化， 所述第二連續(xù)函數(shù)為比所述第一連續(xù)函數(shù)高一次以上的函數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的RF功率模塊，其特征在于， 所述后級(jí)放大器的所述放大晶體管的器件尺寸設(shè)定為比所述前級(jí)放大器的放大晶體管的器件尺寸大，
14.如權(quán)利要求13所述的RF功率模塊，其特征在于， 所述第二控制部的所述多個(gè)MOS晶體管包含第一 MOS晶體管、第二 MOS晶體管、第三MOS晶體管、和第四MOS晶體管， 所述第一 MOS晶體管的柵極和漏極連接，所述第二 MOS晶體管的柵極和漏極連接，所述第一控制部的所述第一輸出電流能供給到所述第一 MOS晶體管的漏極/源極電流路徑和所述第二 MOS晶體管的漏極/源極電流路徑的串聯(lián)連接處， 在所述第二 MOS晶體管的柵極上連接有能使大致恒定的偏置電流流動(dòng)的所述第三MOS晶體管的柵極，在所述第三MOS晶體管的源極上連接有能使所述第二輸出電流流動(dòng)的所述第四MOS晶體管的柵極， 所述第二輸出電流為與所述第一輸出電流的平方成正比的電流。
15.如權(quán)利要求14所述的RF功率模塊，其特征在于， 還具備第一偏壓用晶體管和第二偏壓用晶體管， 所述第一偏壓用晶體管與所述前級(jí)放大器的所述放大晶體管連接成電流鏡，所述第二偏壓用晶體管與所述后級(jí)放大器的所述放大晶體管連接成電流鏡， 用于使所述前級(jí)放大器的所述無功電流按照所述第一連續(xù)函數(shù)連續(xù)變化的第一偏置電流供給到所述第一偏壓用晶體管， 用于使所述后級(jí)放大器的所述無功電流按照所述第二連續(xù)函數(shù)連續(xù)變化的第二偏置電流供給到所述第二偏壓用晶體管。
16.如權(quán)利要求15所述的RF功率放大電路，其特征在于， 所述控制部由包含CMOS晶體管的單片集成電路構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求16所述的RF功率放大電路，其特征在于， 所述前級(jí)放大器的所述放大晶體管、所述后級(jí)放大器的所述放大晶體管、所述第一偏壓用晶體管、和所述第二偏壓用晶體管由MOS晶體管構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求16所述的RF功率放大電路，其特征在于， 所述前級(jí)放大器的所述放大晶體管、所述后級(jí)放大器的所述放大晶體管、所述第一偏壓用晶體管、和所述第二偏壓用晶體管由雙極晶體管構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求17所述的RF功率放大電路，其特征在于，所述MOS晶體管為L(zhǎng)DMOS晶體管。
20.如權(quán)利要求18所述的RF功率放大電路，其特征在于，所述雙極晶體管為異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種RF功率放大電路和使用該電路的RF功率模塊。RF功率放大電路(313)具備前級(jí)放大器(310)、后級(jí)放大器(311)、控制部(312)。前級(jí)放大器響應(yīng)于RF發(fā)送輸入信號(hào)(Pin)，后級(jí)放大器響應(yīng)于前級(jí)放大器輸出的放大信號(hào)。控制部響應(yīng)于輸出功率控制電壓(Vapc)對(duì)前后級(jí)放大器的無功電流進(jìn)行控制，從而控制前后級(jí)放大器的增益。響應(yīng)于輸出功率控制電壓，前后級(jí)放大器的無功電流和增益分別按第一連續(xù)函數(shù)(2ndAmp)、第二連續(xù)函數(shù)(3rdAmp)連續(xù)變化。第二連續(xù)函數(shù)比第一連續(xù)函數(shù)高一次以上的函數(shù)。減輕包含多級(jí)放大級(jí)的RF功率放大電路的低功率和中間功率時(shí)的功率附加效率(PAE)的降低。
文檔編號(hào)H03F3/68GK102820856SQ201210270190
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者長(zhǎng)谷昌俊, 伊藤雅廣, 曾我高志, 田中聰 申請(qǐng)人:瑞薩電子株式會(huì)社