本發(fā)明涉及一種功率放大模塊。

背景技術：

在便攜式電話等移動通信設備中，為了放大向基站發(fā)送的射頻(rf：radiofrequency)信號的功率而使用功率放大模塊(poweramplifiermodule)。在該功率放大模塊中，需要提高功率附加效率。

例如，專利文獻1中揭示了以下結(jié)構(gòu)，即，根據(jù)功率放大器的輸出功率，來調(diào)整在功率放大器的輸出側(cè)設置的匹配電路的特性，從而提高功率放大器的功率附加效率。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利申請公開no.2010/0308933

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題

使功率放大模塊高效率化的動作模式中，存在平均功率跟蹤(apt：averagepowertracking)方式和包絡跟蹤(et：envelopetracking)方式等各種各樣的動作模式，功率放大器的要求規(guī)格根據(jù)該動作模式而不同。例如，apt方式中，根據(jù)規(guī)定時間中的輸出電壓的平均值來控制電源電壓。因此，由于在該規(guī)定時間內(nèi)電源電壓不變動，所以要求功率放大器具有規(guī)定水平以上的線性。另一方面，et方式中，根據(jù)輸入信號的包絡線來控制電源電壓。因此，電源電壓對輸入信號的追隨性能比apt方式好，不需要具有與apt方式同等水平的線性。

關于該功率放大器的特性，專利文獻1所揭示的結(jié)構(gòu)中，雖然控制基波所對應的阻抗，但未控制諧波所對應的阻抗，對于功率放大器的動作模式未進行控制。另一方面，若為各個動作模式設計專用的功率放大器，則存在設計成本增大、產(chǎn)品數(shù)和費用增加的問題。

本發(fā)明是鑒于以上技術問題而作出的，其目的在于提供一種可根據(jù)動作模式來控制功率放大器的特性的功率放大模塊。

解決技術問題所采用的技術方案

本發(fā)明的一方面所涉及的功率放大模塊包括：放大器，其將放大輸入信號后的放大信號輸出；以及諧波終端電路，其被輸入放大信號的諧波，根據(jù)諧波的頻率來控制阻抗，功率放大模塊可在電源電壓根據(jù)規(guī)定時間中的放大信號的電壓的平均值而變化的第一模式、或者電源電壓根據(jù)輸入信號的包絡線的波形而變化的第二模式下進行動作，當在第一模式下進行動作時，控制諧波終端電路的阻抗，使得諧波中至少一個偶數(shù)次諧波短路，當在第二模式下進行動作時，控制諧波終端電路的阻抗，使得諧波中至少一個三次以上的奇數(shù)次諧波短路。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，可根據(jù)動作模式來控制功率放大器的特性。由此，能夠提供其特性適合動作模式的功率放大模塊。

附圖說明

圖1是將作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大模塊100的結(jié)構(gòu)示出的圖。

圖2a是示出當使放大器130以f級動作來進行動作時的放大器130的電壓及電流的波形的圖。

圖2b是示出當使放大器130以逆f級動作來進行動作時的放大器130的電壓及電流的波形的圖。

圖3是示出當使放大器130以f級動作或逆f級動作來進行動作時的鄰道泄漏比(aclr)及功率附加效率(pae)的仿真結(jié)果的圖表。

圖4是將功率放大模塊100的結(jié)構(gòu)的一示例示出的圖。

圖5a是示出當使功率放大模塊100以apt方式進行動作時的功率放大模塊100的結(jié)構(gòu)的一示例的圖。

圖5b是示出當使功率放大模塊100以et方式進行動作時的功率放大模塊100的結(jié)構(gòu)的一示例的圖。

圖6是將功率放大模塊100中的端子配置的一示例的概略示出的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，對本發(fā)明的一實施方式進行說明。圖1是將作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大模塊100的結(jié)構(gòu)示出的圖。功率放大模塊100例如在便攜式電話等移動通信設備中將輸入的輸入信號rfin放大，再輸出放大信號rfout。輸入信號rfin的頻率例如為數(shù)ghz左右。

如圖1所示，功率放大模塊100包括電壓生成電路110、電感器120、放大器130、諧波終端電路140、以及匹配電路150。

電壓生成電路110生成規(guī)定電平的電源電壓vcc，再通過電感器120將電源電壓vcc提供給放大器130。為了提高功率放大模塊100的功率附加效率，電壓生成電路110根據(jù)功率放大模塊110的動作模式來改變電源電壓vcc的電壓值并輸出。動作模式中，例如有根據(jù)規(guī)定時間中的放大信號rfout的電壓的平均值來控制電源電壓vcc的平均功率跟蹤(apt：averagepowertracking)方式(第一模式)、或者根據(jù)輸入信號rfin的包絡線來控制電源電壓vcc的包絡跟蹤(et：envelopetracking)方式(第二模式)。功率放大模塊100可應用于任何這些動作模式。

放大器130是用于進行輸入信號rfin的放大的電路，由放大用的晶體管構(gòu)成。放大用的晶體管例如是場效應晶體管(mosfet：metal-oxide-semiconductorfieldeffecttransistor)。作為放大用的晶體管，也可以使用異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(hbt：heterojunctionbipolartransistor)等雙極晶體管。

諧波終端電路140與放大器130的輸出端子連接，對從放大器130輸出的放大信號fout所包含的諧波進行處理。諧波終端電路140根據(jù)從外部提供的控制信號scont(第一控制信號)，來調(diào)整輸入阻抗，例如使得該諧波中規(guī)定的諧波短路而其他的諧波開路。具體而言，調(diào)整諧波終端電路140的輸入阻抗，使得偶數(shù)次諧波被短路而奇數(shù)次諧波被開路、或者偶數(shù)次諧波被開路而奇數(shù)次諧波被短路。

匹配電路150根據(jù)控制信號scont(第二控制信號)來使放大信號rfout的基波所對應的前級的放大器130的輸出阻抗(例如，數(shù)ω左右)、與后級的輸入阻抗(例如，50ω左右)匹配。

諧波終端電路140及匹配電路150根據(jù)控制信號scont來控制從放大器130的輸出端子觀察到的輸入阻抗z。關于輸入阻抗z的具體控制方法，將在后文中描述。再者，諧波終端電路140及匹配電路150的順序不限于此，也可以在匹配電路的后級具備諧波終端電路。或者也可以在匹配電路150中包括諧波終端電路140。

接著，對功率放大模塊100的動作進行說明。功率放大模塊100中的放大器130構(gòu)成為進行滿足apt方式或et方式等動作模式相應的要求規(guī)格的動作。具體而言，能夠使放大器130的動作成為f級動作或逆f級動作。關于f級動作及逆f級動作，參照圖2a～圖3進行說明。

圖2a及圖2b分別是示出當使放大器130以f級動作或逆f級動作來進行動作時的放大器130的電壓(實線)及電流(虛線)的波形的圖。例如，在放大器130由mosfet構(gòu)成的情況下，f級動作及逆f級動作中流過mosfet的漏極的電流id與漏極源級間電壓vds的波形都不重疊(參照圖2a及圖2b)。由此，放大器130的消費功率(＝電流id×電壓vds)理論上為0w。因此，f級動作及逆f級動作都可提高功率放大模塊的功率附加效率。

另外，如圖2a所示，在f級動作中，電流id為半波整流波，電壓vds為方形波。相反地，如圖2b所示，在逆f級動作中，電流id為方形波，電壓vds為半波整流波。因此，關于放大器130所輸出的諧波，通過控制輸入阻抗使得偶數(shù)次諧波短路、三次以上的奇數(shù)次諧波開路，從而放大器130變?yōu)閒級動作。另一方面，通過控制輸入阻抗使得奇數(shù)次諧波短路、偶數(shù)次諧波開路，從而放大器130變?yōu)槟鎓級動作。

圖3是示出當使放大器130以f級動作或逆f級動作來進行動作時的鄰道泄漏比(aclr：adjacentchannelleakageratio)及功率附加效率(pae：poweraddedefficientcy)的仿真結(jié)果的圖表。兩動作中基波所對應的阻抗相同，f級動作中使二次諧波短路，逆f級動作中使三次諧波短路。另外，該圖表中的縱軸表示aclr(dbc)及pae(％)，橫軸表示放大器130的輸出功率(dbm)。如圖3所示，有關aclr可知：在高輸出功率時(例如，25dbm～30dbm)，f級動作與逆f級動作相比，aclr較低，輸出信號的失真特性較好。另一方面，關于pae可知，逆f級動作與f級動作相比，飽和效率較高。

在此，在apt方式中，由于根據(jù)規(guī)定時間中的放大信號rfout的電壓的平均值來控制電源電壓vcc，所以在該規(guī)定時間內(nèi)電源電壓vcc不變動。因此，在apt方式中，要求放大器具有規(guī)定水平以上的線性。所以，在apt方式中，例如，優(yōu)選按照高輸出功率時的線性優(yōu)于逆f級動作的f級動作來使放大器130工作。另一方面，在et方式中，由于電源電壓vcc根據(jù)輸入信號rfin的包絡線而逐次變動，所以當輸入信號rfin為高功率時，電源電壓vcc瞬時上升，線性得以維持。因此，在et方式中，例如，優(yōu)選按照飽和效率較高的逆f級動作來使放大器130工作。即，優(yōu)選對放大信號rfout的諧波進行處理使得放大器130在apt方式中變?yōu)閒級動作、在et方式中變?yōu)槟鎓級動作。

在本實施方式中，如上所述那樣諧波終端電路140能夠?qū)χC波進行處理使得偶數(shù)次諧波短路而奇數(shù)次諧波開路、或偶數(shù)次諧波開路而奇數(shù)次諧波短路。因此，在apt方式中，通過使偶數(shù)次諧波短路而奇數(shù)次諧波開路，從而能夠?qū)⒎糯笃?30控制為f級動作。另一方面，在et方式中，通過使偶數(shù)次諧波開路而奇數(shù)次諧波短路，從而能夠?qū)⒎糯笃?30控制為逆f級動作。接著，參照圖4，對諧波終端電路140及匹配電路150的具體結(jié)構(gòu)的一示例進行說明。

圖4是將作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大模塊100的結(jié)構(gòu)的一示例(功率放大模塊100a)示出的圖。功率放大模塊100a是將圖1所示的諧波終端電路140及匹配電路150的具體結(jié)構(gòu)例示出的圖。

諧波終端電路140a包括電容器200以及電感器210，從而構(gòu)成lc串聯(lián)諧振電路。具體而言，電容器200(第一電容器)的一端與放大器130的輸出端子連接，另一端與電感器210的一端連接。電感器210(第一電感)的一端與電容器200的另一端連接，另一端接地。電容器200是電容可根據(jù)控制信號scont而變化的結(jié)構(gòu)。再者，電容器200及電感器210的連接順序不限于此，也可以電感器與放大器130的輸出端子連接、電容器接地。

若電容器200的電容為c、電感器210的電感為l，則諧波終端電路140a(lc串聯(lián)諧振電路)中諧振頻率f＝1/2π√lc所對應的阻抗為最低。因此，通過調(diào)整電容c或電感l(wèi)使得放大信號rfout的規(guī)定的諧波的頻率所對應的阻抗變得較低(例如，實質(zhì)為0)，從而能夠?qū)⒃撝C波控制為短路的狀態(tài)。

具體而言，例如，當使功率放大模塊100a按照apt方式進行動作時，使電容器200的電容c為較大的值(第一值)。由此，諧波終端電路140a的諧振頻率f變低。因此，通過進行調(diào)整使得諧振頻率f與放大信號rfout的偶數(shù)次諧波(例如，二次諧波)的頻率大致同等、再使該偶數(shù)次諧波短路，從而能夠?qū)⒎糯笃?30控制為f級動作。另一方面，當使功率放大模塊100a按照et方式進行動作時，使電容器200的電容c為較小的值(第二值)。由此，諧波終端電路140a的諧振頻率f變高。因此，通過進行調(diào)整使得諧振頻率f與放大信號rfout的奇數(shù)次諧波(例如，三次諧波)的頻率大致同等、再使該奇數(shù)次諧波短路，從而能夠?qū)⒎糯笃?30控制為逆f級動作。

再者，短路的諧波不限于二次諧波或三次諧波，只要是在apt方式的情況下使二次以上的偶數(shù)次諧波短路、在et方式的情況下使三次以上的奇數(shù)次諧波短路的結(jié)構(gòu)即可。

匹配電路150a包括電感器211以及電容器201，從而構(gòu)成l型匹配電路。具體而言，電感器211(第二電感器)的一端與放大器130的輸出端子連接，另一端與電容器201的一端連接。電容器201(第三電容器)的一端與電感器211的另一端連接，另一端接地。

在匹配電路150a中也與諧波終端電路140a同樣地使電容器201的電容可根據(jù)控制信號scont而變化。這是因為，由于基波所對應的輸出阻抗也根據(jù)放大器130的動作的切換而變化，所以優(yōu)選對匹配電路150a的阻抗也根據(jù)該動作來進行控制。再者，雖然在功率放大模塊100a中關于匹配電路150a也與諧波終端電路140a同樣地示出了阻抗可控的結(jié)構(gòu)例，但也可以僅諧波終端電路140a的阻抗可進行控制。

另外，在諧波終端電路140a中，為了控制阻抗可以使電感可變來取代電容可變，還可以使電容及電感雙方可變。但是，由于以下理由，優(yōu)選電感盡量小、使電容可變。

第一，為了使諧波短路而需要使諧波終端電路140a的輸入阻抗低于放大器130的輸出阻抗，一般而言，移動通信設備中的放大器130的輸出阻抗為比較低的值(例如，數(shù)ω左右)。所以，為了將諧振頻率附近的頻帶中的輸入阻抗保持得低于輸出阻抗，電感較小為佳。

第二，在lc串聯(lián)諧振電路中，與由電容器引起的功率損耗相比，由電感器引起的功率損耗比較大。所以，為了抑制諧波終端電路140a中的功率損耗，電感較小為佳。

如上所述，圖4所示的功率放大模塊100a通過根據(jù)功率放大模塊的動作模式來控制諧波終端電路140a的輸入阻抗，從而能夠切換放大器130的動作。由此，根據(jù)功率放大模塊的動作模式來控制放大器130的特性，放大器130滿足不同的要求規(guī)格地進行動作。因此，能夠提供可根據(jù)動作模式來控制功率放大器的特性的功率放大模塊。另外，功率放大模塊100a通過控制匹配電路150a的輸入阻抗，從而能夠?qū)诜糯笮盘杛fout的基波、使放大器130的輸出阻抗與后級的電路的輸入阻抗匹配。因此，能夠進一步提高功率放大模塊100a的功率附加效率。

接著，參照圖5a及圖5b，對諧波終端電路140a及匹配電路150a的電容的控制方法的一示例進行說明。

圖5a是示出當使作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大模塊100以apt方式進行動作時的功率放大模塊100的結(jié)構(gòu)例(功率放大模塊100b)的圖。如圖5a所示，功率放大模塊100b包括諧波終端電路140b及匹配電路150b來取代圖4所示的諧波終端電路140a及匹配電路150a。

諧波終端電路140b中，由電容器300、301以及fet310構(gòu)成圖4所示的電容器200。具體而言，電容器300(第一電容器)、301(第二電容器)并聯(lián)連接，連接在放大器130的輸出端子與電感器210(第一電感器)之間。

fet310(第一開關電路)與電容器300、301的任一方的電容器(在圖3a中為電容器301)串聯(lián)連接。向fet310的柵極提供控制信號scont，fet310根據(jù)控制信號scont來切換導通及斷開。由此，當fet310導通時，電容器301中存儲電荷，電容器300、301的合成電容變大。另一方面，當fet310斷開時，電容器301中不存儲電荷，電容器300、301的合成電容變小。因此，諧波終端電路140b能夠使合成電容可根據(jù)控制信號scont而變化。

再者，在本實施方式中，為了使電容可變而使用fet310是因為，在考慮了向半導體內(nèi)集成化的情況下，優(yōu)選使用開關元件的結(jié)構(gòu)。fet310僅是開關元件的一示例，也可以使用具有開關功能的其他元件來取代fet310。

匹配電路150b中，由電容器302(第三電容器)、303(第四電容器)以及fet311(第二開關電路)構(gòu)成圖4所示的電容器201。關于使匹配電路150b的合成電容可變的結(jié)構(gòu)，由于與諧波終端電路140b同樣，所以省略詳細說明。

應用使fet310、311變?yōu)閷ǖ碾妷?，來作為提供給諧波終端電路140b及匹配電路150b的控制信號scont。在此，功率放大模塊100b由于按照apt方式來控制電源電壓vcc，所以電源電壓vcc的變動與et方式相比較緩和。所以，例如能夠連接電源電壓端子與控制信號端子，將電源電壓vcc作為控制信號scont來使用。由此，利用簡易的結(jié)構(gòu)來控制諧波終端電路140b及匹配電路150b的電容，如上所述那樣使二次諧波短路，從而能夠使放大器130為f級動作。另外，能夠根據(jù)放大器130的動作來調(diào)整匹配電路150a的輸入阻抗。

圖5b是示出當使作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大模塊100以et方式進行動作時的功率放大模塊100的結(jié)構(gòu)的一示例(功率放大模塊100c)的圖。

如圖5b所示，功率放大模塊100c與圖5a所示的功率放大模塊100b相比，應用使fet310、311變?yōu)閿嚅_的電壓(例如，基準電位)，來作為提供給諧波終端電路140b及匹配電路150b的控制信號scont。

由此，電容器301、303中不存儲電荷，諧波終端電路140b及匹配電路150b各自的合成電容變小。因此，通過如上所述那樣使三次諧波短路，從而能夠?qū)⒎糯笃?30控制為逆f級動作。另外，能夠根據(jù)放大器130的動作來調(diào)整匹配電路150a的輸入阻抗。

再者，在功率放大模塊100b、100c中，雖然示出了向諧波終端電路140b及匹配電路150b都提供控制信號scont的示例，但向諧波終端電路140b和匹配電路150b提供的控制信號也可以不同。另外，也可以為了實現(xiàn)圖5a所示的動作與圖5b所示的動作的切換而將切換電路內(nèi)置在功率放大模塊中。

圖6是將作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大模塊100中的端子配置的一示例的概略示出的圖。

集成電路10是安裝有放大器130的集成電路。集成電路10在一側(cè)面的邊緣領域包括將電源電壓端子t_vcc及控制信號端子t_scont包含在內(nèi)的多個端子t。

電源電壓端子t_vcc(第一端子)是向功率放大模塊100提供電源電壓vcc的端子?？刂菩盘柖俗觮_scont(第二端子)是向功率放大模塊100提供控制信號scont的端子。電源電壓端子t_vcc與控制信號端子t_scont被配置得比較近(例如，相鄰)。由此，在連接電源電壓端子t_vcc與控制信號端子t_scont、將電源電壓vcc作為控制信號scont來應用的情況下，連接操作變得較容易。

以上，對本發(fā)明的示例性的實施方式進行了說明。功率放大模塊100、100a、100b、100c包括可在apt方式及et方式兩方式中使用的功率放大器、以及可控制阻抗的諧波終端電路140。由此，能夠使偶數(shù)次諧波或三次以上的奇數(shù)次諧波的任一方諧波短路。因此，能夠根據(jù)功率放大模塊的動作模式來切換放大器的動作，從而能夠提供可根據(jù)動作模式來控制功率放大器的特性的功率放大模塊。

另外，功率放大模塊100a中，由包括電容器200和電感器210的lc串聯(lián)諧振電路來構(gòu)成諧波終端電路140a。由此，通過控制諧波終端電路140a的阻抗使得lc串聯(lián)諧振電路的諧振頻率變?yōu)榉糯笮盘杛fout的諧波的頻率，從而能夠調(diào)整短路的諧波的頻率。

另外，功率放大模塊100b、100c中，作為諧波終端電路140b，包括并聯(lián)連接的電容器300、301以及開關電路(fet310)。由此，能夠使用fet310來控制諧波終端電路140b的合成電容。

另外，功率放大模塊100b、100c中，作為用于控制諧波終端電路140b的電容的控制信號scont，使用電源電壓vcc或基準電位。由此，能夠利用簡易的結(jié)構(gòu)來切換放大器130的動作。

另外，功率放大模塊100、100a、100b、100c包括可控制阻抗的匹配電路150。匹配電路150a能夠由包括電容器201以及電感器211的l型匹配電路構(gòu)成。由此，能夠根據(jù)放大器130的動作來使放大信號rfout的基波所對應的放大器130的輸出阻抗與后級的電路的輸入阻抗匹配，從而能夠進一步提高功率附加效率。

另外，功率放大模塊100b、100c中，作為匹配電路150b，包括并聯(lián)連接的電容器302、303以及開關電路(fet311)。由此，能夠使用fet311來控制匹配電路150b的合成電容。

另外，功率放大模塊100b、100c中，作為用于控制匹配電路150b的電容的控制信號scont，使用電源電壓vcc或基準電位。由此，能夠利用簡易的結(jié)構(gòu)來控制匹配電路150b的阻抗。

另外，集成電路10中，電源電壓端子t_vcc及控制信號端子t_scont被配置得比較近(例如，相鄰)。由此，能夠通過較容易的連接操作來將電源電壓vcc作為控制信號scont來應用。

以上說明的各實施方式，用于使本發(fā)明容易理解，而不用于限定解釋本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可進行變更或改良，并且其等效物包含在本發(fā)明內(nèi)。即，只要具備本發(fā)明的特征，本領域技術人員對各實施方式施加適當設計變更而得到的方案也包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，各實施方式所具備的各要素及其配置、材料、條件、形狀、大小等并不限定于示例的內(nèi)容，可以進行適當變更。另外，只要技術上可行，各實施方式所具備的各要素能夠進行組合，只要包含本發(fā)明的特征，組合了這些要素的方案也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

標號說明

100、100a、100b、100c功率放大模塊

110電壓生成電路

120、210、211電感器

130放大器

140、140a、140b諧波終端電路

150、150a、150b匹配電路

200、201、300、301、302、303電容器

310、311fet(場效應晶體管)

10集成電路

t、t_vcc、t_scont端子