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公開番号2025015967
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-31
出願番号2023118920
出願日2023-07-21
発明の名称電力増幅装置
出願人株式会社村田製作所
代理人個人,個人
主分類H03F 1/52 20060101AFI20250124BHJP(基本電子回路)
要約【課題】電力増幅トランジスタの破壊を防止するための種々の要請に対応する電力増幅装置を提供する。
【解決手段】電力増幅回路において、電圧検出回路10は、電力増幅トランジスタに印加される電源電圧Vccが第1閾値Vth以上か否かを通知する第1検出信号det1及び第1閾値より大きい第2閾値以上か否かを通知する第2検出信号det2を出力し、バイアス回路30は、電力増幅トランジスタにバイアス電流Ibbを供給し、バイアス電源供給回路50は、バイアス回路に供給するバイアス電源電流IeCを生成し、バイアス制御回路70は、バイアス回路を制御する。バイアス回路は、バイアス制御回路からの制御を受けて、バイアス電源電流を、電力増幅トランジスタにバイアス電流として供給するオンモードと、バイアス電流のレベルを、オンモードのときよりも低下させて供給するか又は供給を停止するオフモードとの何れかの動作モードで動作する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
高周波信号の電力増幅を行う電力増幅トランジスタと、
前記電力増幅トランジスタに印加される電源電圧が第１閾値以上か否かを通知する第１検出信号、及び前記第１閾値より大きい第２閾値以上か否かを通知する第２検出信号を出力する電圧検出回路と、
前記電力増幅トランジスタにバイアス電流を供給するバイアス回路と、
前記バイアス回路に供給するバイアス電源電流を生成するバイアス電源供給回路と、
前記バイアス回路を制御するバイアス制御回路と
を備え、
前記バイアス電源供給回路は、レベルの異なる前記バイアス電源電流を生成する複数の電流生成モードのいずれかで動作し、
前記複数の電流生成モードは、前記第１検出信号によって、前記電源電圧が前記第１閾値以上であることを通知されると、前記電源電圧が前記第１閾値未満であることを通知されているときと比べて、前記バイアス電源電流を低下させる弱制限モードを含み、
前記バイアス回路は、前記バイアス制御回路からの制御を受けて、前記バイアス電源供給回路で生成された前記バイアス電源電流を、前記電力増幅トランジスタに前記バイアス電流として供給するオンモードと、前記バイアス電流のレベルを、前記オンモードのときよりも低下させて供給するかまたは供給を停止するオフモードとのいずれかの動作モードで動作し、
前記バイアス制御回路は、前記第２検出信号によって、前記電源電圧が前記第２閾値以上であることを通知されると、前記バイアス回路を前記オフモードで動作させることができる電力増幅装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記弱制限モードは、前記電源電圧が前記第１閾値未満であることを通知されているときの前記バイアス電源電流のレベルより低い一定のレベルに低下させる一定制限モードを含む請求項１に記載の電力増幅装置。
【請求項３】
前記弱制限モードは、前記電源電圧が上昇するにつれて、前記電源電圧が前記第１閾値未満であることを通知されているときの前記バイアス電源電流のレベルに対する前記バイアス電源電流のレベルの低下量を増加させる可変制限モードを含む請求項１または２に記載の電力増幅装置。
【請求項４】
前記バイアス電源供給回路は、
前記電流生成モードを選択する第１モード選択信号、及び前記第１検出信号をデコードする第１デコーダと、
前記第１デコーダからの出力に応じて生成する電流のレベルを変化させる第１定電流源と、
前記第１定電流源で生成された電流を前記バイアス電源電流として出力する第１カレントミラーと
を含む請求項２に記載の電力増幅装置。
【請求項５】
前記バイアス電源供給回路は、
前記電流生成モードを選択する第１モード選択信号、及び前記第１検出信号をデコードする第１デコーダと、
第１定電流源と、
前記第１定電流源で生成された電流を、前記第１デコーダからの出力に応じて倍率を変化させて前記バイアス電源電流として出力する第１カレントミラーと
を含む請求項２に記載の電力増幅装置。
【請求項６】
前記バイアス電源供給回路は、
前記電流生成モードを選択する第１モード選択信号、及び前記第１検出信号をデコードする第１デコーダと、
第１定電流源と、
前記第１定電流源で生成された電流を、前記第１デコーダからの出力に応じて倍率を変化させて前記バイアス電源電流として出力する第１カレントミラーと
を含む請求項２に記載の電力増幅装置。
【請求項７】
前記バイアス電源供給回路は、
前記電流生成モードを選択する第１モード選択信号、及び前記第１検出信号をデコードする第１デコーダと、
前記第１デコーダからの出力、及び前記電源電圧と前記第１閾値との差に応じて生成する電流のレベルを変化させる電流源と、
前記電流源で生成された電流を前記バイアス電源電流として出力する第１カレントミラーと
を含む請求項３に記載の電力増幅装置。
【請求項８】
前記複数の電流生成モードは、前記第１検出信号の状態によらず、前記バイアス電源電流を固定値に維持する非制限モードを、さらに含む請求項１または２に記載の電力増幅装置。
【請求項９】
前記複数の電流生成モードは、前記第１検出信号によって、前記電源電圧が前記第１閾値以上であることを通知されると、前記バイアス電源電流のレベルを、前記電力増幅トランジスタが増幅動作を行わない程度のレベルまで低下させる強制限モードを、さらに含む請求項１または２に記載の電力増幅装置。
【請求項１０】
前記バイアス制御回路は、前記バイアス回路を前記オフモードで動作させる際に、前記電力増幅トランジスタへの前記バイアス電流の供給を停止させる強オフモードで動作させることができる請求項１または２に記載の電力増幅装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅装置に関する。
続きを表示（約 4,000 文字）【背景技術】
【０００２】
過電流または過電圧保護機能を備えた高周波信号の電力増幅回路が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された電力増幅回路では、過電流または過電圧が発生したときに電力増幅用トランジスタの破壊が回避されるように、電力増幅トランジスタのコレクタに供給する電源電流のレベルが制限される。また、過電流または過電圧が発生したときに、電力増幅用トランジスタにバイアス電流を供給するためのバイアス用トランジスタのベースに供給する電流を遮断することにより、電力増幅トランジスタの動作を停止させる。これにより、増幅用トランジスタの破壊が回避される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２０／０８０３３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内部や外部からの種々の要因、及び電力増幅回路の特性によって、電力増幅トランジスタの破壊を防止するための電源電流のレベルの制限や、動作停止の条件の変更が必要になる。本発明の目的は、電力増幅トランジスタの破壊を防止するための種々の要請に対応可能な電力増幅装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によると、
高周波信号の電力増幅を行う電力増幅トランジスタと、
前記電力増幅トランジスタに印加される電源電圧が第１閾値以上か否かを通知する第１検出信号、及び前記第１閾値より大きい第２閾値以上か否かを通知する第２検出信号を出力する電圧検出回路と、
前記電力増幅トランジスタにバイアス電流を供給するバイアス回路と、
前記バイアス回路に供給するバイアス電源電流を生成するバイアス電源供給回路と、
前記バイアス回路を制御するバイアス制御回路と
を備え、
前記バイアス電源供給回路は、レベルの異なる前記バイアス電源電流を生成する複数の電流生成モードのいずれかで動作し、
前記複数の電流生成モードは、前記第１検出信号によって、前記電源電圧が前記第１閾値以上であることを通知されると、前記電源電圧が前記第１閾値未満であることを通知されているときと比べて、前記バイアス電源電流を低下させる弱制限モードを含み、
前記バイアス回路は、前記バイアス制御回路からの制御を受けて、前記バイアス電源供給回路で生成された前記バイアス電源電流を、前記電力増幅トランジスタに前記バイアス電流として供給するオンモードと、前記バイアス電流のレベルを、前記オンモードのときよりも低下させて供給するかまたは供給を停止するオフモードとのいずれかの動作モードで動作し、
前記バイアス制御回路は、前記第２検出信号によって、前記電源電圧が前記第２閾値以上であることを通知されると、前記バイアス回路を前記オフモードで動作させることができる電力増幅装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
複数の電流生成モードから１つのモードを選択することにより、バイアス電源電流のレベルを変化させることができる。バイアス電源電流のレベルを低下させると、電力増幅トランジスタのバイアス電流が低下し、その結果コレクタに流入する電源電流が低下する。電源電流を低下させることにより、電力増幅トランジスタの破壊を抑制することができる。複数の電流生成モードから１つのモードを選択することにより、電力増幅トランジスタの破壊を抑制するための種々の要請に柔軟に対応することができる。バイアス回路をオフモードで動作させることにより、電力増幅トランジスタの増幅動作を停止させて、電力増幅トランジスタの破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、第１実施例による電力増幅回路のブロック図である。
図２は、電圧選択回路の等価回路図である。
図３は、バイアス電源供給回路の第１電圧電流変換回路の等価回路図である。
図４は、第１検出信号ｄｅｔ１、第１モード選択信号ｐ３、ｐ４と、電流生成モードとの関係を示す図表である。
図５は、バイアス制御回路の第２電圧電流変換回路の等価回路図である。
図６は、第２検出信号ｄｅｔ２、第２モード選択信号ｐ１、ｐ２と、バイアス回路の動作モードとの関係を示す図表である。
図７は、第１モード選択信号ｐ３がＨレベル、ｐ４がＬレベルに設定されて、バイアス電源供給回路が制限モードで動作し、第２モード選択信号ｐ１がＨレベル、ｐ２がＬレベルに設定されて、バイアス回路が強オフモードで動作するときの電源電圧Ｖｃｃと電源電流Ｉｃｃとの関係を示すグラフである。
図８は、第１モード選択信号ｐ３がＨレベル、ｐ４がＬレベルに設定されて、バイアス電源供給回路が制限モードで動作し、第２モード選択信号ｐ１がＬレベル、ｐ２がＨレベルに設定されて、バイアス回路が弱オフモードで動作するときの電源電圧Ｖｃｃと電源電流Ｉｃｃとの関係を示すグラフである。
図９は、第１モード選択信号ｐ３及びｐ４が共にＬレベルに設定されて、バイアス電源供給回路が非制限モードで動作し、第２モード選択信号ｐ１がＨレベル、ｐ２がＬレベルに設定されて、バイアス回路が強オフモードで動作するときの電源電圧Ｖｃｃと電源電流Ｉｃｃとの関係を示すグラフである。
図１０は、第１モード選択信号ｐ３及びｐ４が共にＬレベルに設定されて、バイアス電源供給回路が非制限モードで動作し、第２モード選択信号ｐ１がＬレベル、ｐ２がＨレベルに設定されて、バイアス回路が弱オフモードで動作するときの電源電圧Ｖｃｃと電源電流Ｉｃｃとの関係を示すグラフである。
図１１は、第１モード選択信号ｐ３がＬレベル、ｐ４がＨレベルに設定されて、バイアス電源供給回路が強制限モードで動作し、第２モード選択信号ｐ１、ｐ２が共にＬレベルに設定されて、バイアス回路がオンモードで動作するときの電源電圧Ｖｃｃと電源電流Ｉｃｃとの関係を示すグラフである。
図１２は、第１モード選択信号ｐ３、ｐ４が共にＬレベルに設定されて、バイアス電源供給回路が非制限モードで動作し、第２モード選択信号ｐ１、ｐ２が共にＬレベルに設定されて、バイアス回路がオンモードで動作するときの電源電圧Ｖｃｃと電源電流Ｉｃｃとの関係を示すグラフである。
図１３は、第１実施例の変形例による電力増幅回路のバイアス電源供給回路の等価回路図である。
図１４は、第２実施例による電力増幅装置のブロック図である。
図１５は、第２実施例による電力増幅装置の第１電圧電流変換回路の等価回路図である。
図１６は、第２実施例による電力増幅回路における第１モード選択信号ｐ３、ｐ４、ｐ５と、バイアス電源電流ＩｅＣと、バイアス電源供給回路の電流生成モードとの関係を示す図表である。
図１７は、第１モード選択信号ｐ３、ｐ４が共にＬレベルに設定され、ｐ５がＨレベルに設定されて、バイアス電源供給回路が可変制限モードで動作し、第２モード選択信号ｐ１がＨレベル、ｐ２がＬレベルに設定されて、バイアス回路が強オフモード（図６）で動作するときの電源電圧Ｖｃｃと電源電流Ｉｃｃとの関係を示すグラフである。
図１８は、第１モード選択信号ｐ３、ｐ４が共にＬレベルに設定され、ｐ５がＨレベルに設定されて、バイアス電源供給回路が可変制限モードで動作し、第２モード選択信号ｐ１がＬレベル、ｐ２がＨレベルに設定されて、バイアス回路が弱オフモード（図６）で動作するときの電源電圧Ｖｃｃと電源電流Ｉｃｃとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１実施例］
図１から図１２までの図面を参照して、第１実施例による電力増幅装置について説明する。
図１は、第１実施例による電力増幅回路のブロック図である。第１実施例による電力増幅回路は、電力増幅トランジスタ９０、電圧検出回路１０、バイアス回路３０、バイアス電源供給回路５０、及びバイアス制御回路７０を含む。
【０００９】
電力増幅トランジスタ９０として、例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタが用いられる。高周波信号ＲＦｉｎが、ＤＣカットキャパシタ９２を介して電力増幅トランジスタ９０のベースに入力される。電源電圧Ｖｃｃが、チョークコイル９１を介して電力増幅トランジスタ９０のコレクタに印加される。これにより、電力増幅トランジスタ９０のコレクタに直流の電源電流Ｉｃｃが供給される。電力増幅トランジスタ９０のコレクタから、増幅された高周波信号ＲＦｏｕｔが出力される。なお、以降の実施例において、電力増幅トランジスタ９０を含むトランジスタの各々として、電界効果トランジスタが用いられてもよい。この場合、トランジスタの各々のベースとゲートに、コレクタをドレインに、エミッタをソースに読み替えて各実施例の構成を理解すればよい。
【００１０】
次に、電圧検出回路１０の構成及び機能について説明する。
電圧検出回路１０は、第１コンパレータ１１、第２コンパレータ１２、分圧回路１３、及び電圧選択回路１４を含む。電圧選択回路１４に、参照電圧Ｖｒｅｆ３、選択信号ｓｅｌ１、ｓｅｌ２が入力される。電圧選択回路１４は、選択信号ｓｅｌ１、ｓｅｌ２のそれぞれに応じて参照電圧Ｖｒｅｆ３を分圧して、第１電圧Ｖｄ１及び第２電圧Ｖｄ２を生成する。第２電圧Ｖｄ２は第１電圧Ｖｄ１より高い。
（【００１１】以降は省略されています）

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