功率放大电路

技术领域

本发明涉及功率放大电路。

背景技术

在便携式电话等移动体的使用了无线频率(Radio Frequency：RF，射频)信号的通信中，为了放大RF信号而使用功率放大电路。在专利文献1示出了设置有保护电路的半导体装置，该保护电路用于在对功率放大电路的放大器附加了超过允许电压的过大电压的情况下防止放大器的击穿。通过设置保护电路，从而能够在从功率放大电路的外部施加过大电压的情况下保护电路。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-142688号公报

在功率放大电路中，在使用多级晶体管进行放大的情况下，后级的放大器被施加比前级的放大器大的电压，此外流过更多的电流。为了使后级的放大器在功率放大的过程中不被击穿，有通过功率放大电路的控制IC对放大器的偏置电压进行调整的方法。但是，关于利用控制IC的放大器的保护，对瞬时的过大电压的响应的速度并不充分。此外，由于对控制IC赋予保护功能，从而电路的尺寸增加。

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于这样的情形而完成的，其目的在于，提供一种抑制由过大电压造成的放大器的击穿的功率放大电路。

用于解决课题的技术方案

本发明的一个方面涉及的功率放大电路具备：第1放大器，对输入信号进行放大并输出第1放大信号；第2放大器，设置在第1放大器的后级，对第1放大信号进行放大并输出第2放大信号；以及箝位电路，设置在第1放大器与第2放大器之间的信号线路与地(ground)之间，并对第1放大信号的振幅进行抑制。

发明效果

根据本发明，能够提供一种抑制由过大电压造成的放大器的击穿的功率放大电路。

附图说明

图1是本实施方式涉及的功率放大电路的框图。

图2是本实施方式涉及的箝位电路的电路图。

图3是用于说明箝位电路的动作的电路图。

图4是示出箝位电路中的电流的变化的曲线图。

图5是示出箝位电路中的电流的变化的曲线图。

图6是示出箝位电路中的电流的变化的曲线图。

图7是示出箝位电路中的电流的变化的曲线图。

图8是示出箝位电路中的电流的变化的曲线图。

图9是示出箝位电路中的电压的变化的曲线图。

图10是示出本实施方式涉及的功率放大电路的前级的放大器中的电压振幅的曲线图。

图11是示出本实施方式涉及的功率放大电路的后级的放大器中的电压振幅的曲线图。

图12是本实施方式涉及的功率放大电路的增益的一个例子的曲线图。

图13是示出本实施方式涉及的功率放大电路的功率附加效率的一个例子的曲线图。

图14是箝位电路的变形例的电路图。

图15是参考例涉及的功率放大电路的框图。

图16是示出参考例涉及的功率放大电路的前级的放大器中的电压振幅的曲线图。

图17是示出参考例涉及的功率放大电路的后级的放大器中的电压振幅的曲线图。

图18是比较例涉及的功率放大电路的框图。

图19是示出比较例涉及的功率放大电路的前级的放大器中的电压振幅的曲线图。

图20是示出比较例涉及的功率放大电路的后级的放大器中的电压振幅的曲线图。

附图标记说明

10、10B、10Z：功率放大电路；

201、202：放大器；

203：信号线路；

300、300A、300B：箝位电路；

301、301B：二极管部；

302、302A、302B：晶体管部；

3011：电阻元件；

3012、3013、3014、3015、3016：二极管；

3021、3022、3021A：晶体管。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对同一要素标注同一附图标记，并尽可能省略重复的说明。

对本实施方式涉及的功率放大电路10进行说明。在图1示出了功率放大电路10的框图。功率放大电路10具有端子101、102、103、104、105、106、偏置电路107、108、放大器201、202、信号线路203、箝位电路300、以及匹配电路401、402。

端子101与匹配电路401连接。在端子101，从外部被供给输入信号RFin。端子102与放大器202的输出端子2021连接。从端子102向外部供给放大信号RF2。

端子103与放大器201连接。电源电压Vcc1通过端子103供给到放大器201。端子104与放大器202连接。电源电压Vcc2通过端子104供给到放大器202。

端子105与偏置电路107连接。在偏置电路107，通过端子105从外部的控制IC(未图示)被供给控制信号。偏置电路107基于供给的控制信号对放大器201供给偏置电压或偏置电流。

端子106与偏置电路108连接。在偏置电路108，通过端子106从外部的控制IC被供给控制信号。偏置电路108基于供给的控制信号对放大器202供给偏置电压或偏置电流。

放大器201的输入侧与匹配电路401连接。放大器201的输出端子2011与信号线路203的一端连接。信号线路203例如是形成在功率放大电路10的布线。放大器201对通过匹配电路401供给的输入信号RFin进行放大并输出放大信号RF1。

放大器202设置在放大器201的后级。放大器202与信号线路203的另一端连接。放大器202对从放大器201通过信号线路203供给的放大信号RF1进行放大并输出放大信号RF2。

箝位电路300设置在信号线路203与地之间。箝位电路300具有二极管部301以及晶体管部302。

二极管部301从信号线路203分岔而进行设置。晶体管部302从与二极管部301的分岔点不同的位置分岔而进行设置。晶体管部302与地连接。二极管部301通过晶体管部302与地连接。关于箝位电路300的具体的结构，将在后面叙述。

匹配电路401连接在端子101与放大器201之间。匹配电路401对端子101与放大器201的输入之间的阻抗进行匹配。

匹配电路402连接在放大器201与放大器202之间。匹配电路402对放大器201的输出端子2011与放大器202的输入之间的阻抗进行匹配。

功率放大电路10通过放大器201对输入信号RFin进行放大，并通过放大器202对从放大器201输出的放大信号RF1进行放大，由此适当地对输入信号RFin进行放大。

参照图2，对箝位电路300进行说明。在图2示出二极管部301以及晶体管部302的电路图。

二极管部301具有电阻元件3011以及二极管3012、3013、3014、3015、3016。电阻元件3011的一端连接到与其它电路的连接点303。电阻元件的另一端与二极管3012的阳极连接。电阻元件3011为了对流过二极管部301的电流进行调整而设置。

二极管3012、3013、3014、3015、以及3016的阳极与信号线路203侧连接，阴极与地侧连接。二极管3012、3013、3014、3015、以及3016相互串联地连接。二极管3016的阴极与晶体管部302连接。

晶体管部302具有晶体管3021以及晶体管3022。晶体管3021的集电极连接到连接点304与晶体管3022之间的分岔点3023。晶体管3021的发射极与地连接。

晶体管3022的集电极连接到与其它电路的连接点304。晶体管3022的基极与二极管3016的阴极连接。晶体管3022的发射极与晶体管3021的基极连接。也就是说，晶体管3022与晶体管3021进行达林顿连接。

箝位电路300通过将连接点303以及连接点304并联地连接到信号线路203，从而配置在功率放大电路10。

对箝位电路300的动作进行说明。图3是用于进行箝位电路300的动作的仿真的电路C。电路C具有DC电源V、电阻元件R1、箝位电路300、以及电阻元件R2。

DC电源V的低电压侧与地连接。DC电源V的高压侧与电阻元件R1的一端连接。电阻元件R1的另一端与电阻元件R2的一端连接。电阻元件R2的另一端与地连接。箝位电路300在连接点303以及连接点304处设置在电阻元件R1与电阻元件R2之间的信号线路与地之间。

参照图4至图9对电路C中的箝位电路300的动作进行说明。在图4至图9示出进行了使DC电源V的DC电压Vdc从0V变化至10V的仿真的情况下的结果。

在图4示出流过二极管部301的电流I1的变化。在图5示出晶体管3021的基极电流I2。基极电流I2也是晶体管3022的发射极电流。在图6示出晶体管3022的集电极电流I3。在图7示出晶体管3021的集电极电流I4。在图8示出晶体管3021的发射极电流I5。

如图4所示，若Vdc超过位于6V与7V之间的阈值，则在二极管部301开始流过电流I1。若流过电流I1，则在晶体管3022流过基极电流，因此晶体管3022变成导通状态。

若晶体管3022变成导通状态，则如图5所示，从晶体管3022的发射极流过晶体管3021的基极电流I2。若晶体管3022变成导通状态，则如图6所示，流过晶体管3022的集电极电流I3。

若在晶体管3021流过基极电流I2，则晶体管3021变成导通状态。若晶体管3021变成导通状态，则如图7所示，流过集电极电流I4。若晶体管3021变成导通状态，则如图8所示，流过发射极电流I5。

在图9示出连接点303以及连接点304处的电压Va的变化。电压Va相当于信号线路203中的电压的振幅。在电流流过箝位电路300之前，也就是说，在比阈值小的DC电压Vdc下，电压Va线性地增加。在比箝位电路300进行动作的DC电压Vdc大的DC电压下，由于在箝位电路300流过电流，所以电压Va的增加被抑制。

对图7至图11中的各电流值，示出一个例子。设DC电压Vdc为8.5V。此时，电流I1为19.20μA，基极电流I2为1.443mA，集电极电流I3为1.424mA，集电极电流I4为73.34mA，发射极电流I5为74.78mA。

箝位电路300进行动作，使得流过电流I1、基极电流12、集电极电流I3、集电极电流I4、以及发射极电流I5，由此从电阻元件R1朝向电阻元件R2流动的电流减少。

在电压值超过了阈值的情况下，箝位电路300使电流I1流过二极管部301，并使从电阻元件R1流向电阻元件R2的电流减少。

箝位电路300通过电流I1使晶体管3022为导通状态，由此使集电极电流I3流过，并使从电阻元件R1流向电阻元件R2的电流减少更多。

箝位电路300通过基极电流I2使晶体管3021为导通状态，由此能够使集电极电流I4以及发射极电流I5流过，能够使从电阻元件R1流向电阻元件R2的电流进一步减少。

参照图10以及图11的仿真结果，对基于箝位电路300的保护功能进行说明。将图18所示的功率放大电路10Z用作相对于功率放大电路10的比较例。作为相对于图10以及图11的比较例，还参照图19以及图20。功率放大电路10Z与功率放大电路10的不同点在于，不具有箝位电路300。

仿真以如下的条件进行，即，电压驻波比为(VSWR)8：1，电源电压Vcc1以及电源电压Vcc2为6.0V，周围温度为25℃。作为输入信号RFin而输入交流信号，使输入信号RFin的相位从0°变化至360°。关于测定频率，作为一个例子，在707MHz至915MHz中的任一点进行了仿真。

图10是示出如下情况下的放大器201的输出端子2011处的电压振幅Vce1的变化的曲线图，即，在功率放大电路10中使功率放大电路10的输出功率P变化。关于图10中的曲线p101至曲线p108对应的相位，曲线p101为0°，曲线p102为30°，曲线p103为60°，曲线p104为90°，曲线p105为120°，曲线p106为150°，曲线p107为180°，曲线p108为330°。

图19是在功率放大电路10Z中示出功率放大电路10Z的输出功率P与电压振幅Vcel的关系的同样的曲线图。关于图19中的曲线p191至曲线p196对应的相位，曲线p191为60°，曲线p192为90°，曲线p193为150°，曲线p194为180°，曲线p195为240°，曲线p196为330°。

在图10和图19中的任一者中，在使输出功率P增加的情况下，电压振幅Vce1均增加。图10中，在任一相位，电压振幅Vcel均止于8.5V附近。另一方面，图19中的电压振幅Vce1超过8.5V而增加。

在功率放大电路10中，通过当电压振幅Vce1超过某个阈值时进行动作的箝位电路300，从放大器201朝向放大器202的电流减少，因此电压振幅Vce1变得不会伴随着输出功率P的增加而继续增加。

图11是示出如下情况下的放大器202的输出端子2021处的电压振幅Vce2的变化的曲线图，即，在功率放大电路10中，使放大器201的输出功率P变化。关于图11中的曲线p111至曲线p1112对应的相位，从曲线p111对应的0°至曲线p1112对应的330°，各增加30°。

图20是在功率放大电路10Z中示出功率放大电路10Z的输出功率P与电压振幅Vce2的关系的同样的曲线图。关于图20中的曲线p201至曲线p2012对应的相位，从曲线p201对应的0°至曲线p2012对应的330°，各增加30°。

在图11中，在使输出功率P增加的情况下，电压振幅Vce2以18V附近为上限而进行变化。另一方面，图20中的电压振幅Vce2超过18V而增加。

在图11中电压振幅Vce2的增加被抑制的理由是因为，通过箝位电路300抑制了电压振幅Vce1的增加。由于电压振幅Vce1被抑制，所以成为放大器202进行放大的基础的放大信号RF1的振幅被抑制。由于放大信号RF1的振幅被抑制，所以电压振幅Vce2的增加被抑制。

通过对电压振幅Vce2进行抑制，从而能够抑制由过大电压造成的放大器202的击穿。

箝位电路300进行动作的阈值根据设置在二极管部301的二极管的级数以及设置在晶体管部302的晶体管的级数而变化。关于二极管的级数以及晶体管的级数，能够考虑箝位电路300进行动作的阈值而适当地进行变更。

在设置于二极管部301的二极管为5级的情况和6级的情况下，在功率放大电路的特性产生差异。在图12中，对于输入信号RFin的频率为782MHz以及897.5MHz的情况，分别示出了相对于功率放大电路10的输出功率P的、功率放大电路10的增益。

在图12中，通过实线f1211以及f1212示出二极管部301为5级的情况。通过虚线f1221以及f1222示出二极管部301为6级的情况。实线f1211和虚线f1221是频率为782MHz的情况下的结果。实线f1212和虚线f1222是频率为897.5MHz的情况下的结果。

在图13中，对于输入信号RFin的频率为782MHz、897.5MHz以及831.5MHz的情况，分别示出了相对于功率放大电路10的输出功率P的、功率放大电路10的功率附加效率。

在图13中，通过实线f1311、f1312以及f1313示出二极管部301为5级的情况。通过虚线f1321、f1322以及f1323示出二极管部301为6级的情况。实线f1311和虚线f1321是频率为782MHz的情况下的结果。实线f1312和虚线f1322是频率为897.5MHz的情况下的结果。实线f1313和虚线f1323是频率为831.5MHz的情况下的结果。

如图12所示，5级的情况与6级的情况相比，功率放大电路10的线性好。另一方面，如图13所示，5级的情况与6级的情况相比，功率附加效率变低。

功率附加效率下降的理由是因为，在设置于二极管部301的二极管为5级的情况下，与6级的情况相比，箝位电路300进行动作的阈值变小。由于箝位电路300变得通过更小的电压振幅进行动作，所以与6级的情况相比，流向箝位电路300的电流变多。由于电流被箝位电路300消耗更多，所以效率变小。

功率放大电路10的特性根据设置在二极管部301的二极管的级数而变化。因而，通过使二极管的级数变化，从而能够对电路的特性进行调整。

另外，根据设置在晶体管部302的晶体管的级数，功率放大电路10的特性也会变化。例如，如图14的变形例所示，箝位电路300A的晶体管部302A也可以是具有晶体管3021A的1级的晶体管部。此外，也可以由比两级多的级数的晶体管部构成。

在功率放大电路10中，能够通过箝位电路300抑制由过大电压造成的放大器202的击穿。箝位电路300还能够像如图15所示的作为参考例的功率放大电路10B那样使用。

功率放大电路10B与功率放大电路10的不同点在于，箝位电路300B设置在放大器202与端子102之间的信号线路与地之间。二极管部301B以及晶体管部302B的电路与图2所示的功率放大电路10的情况下的结构相同。

在图16以及图17示出以与图10以及图11同样的条件进行的仿真结果。关于图16中的曲线p161至曲线p168对应的相位，曲线p161为30°，曲线p162为60°，曲线p163为90°，曲线p164为150°，曲线p165为180°，曲线p166为210°，曲线p167为240°，曲线p168为300°。

在图16中，伴随着输出功率P的增加，电压振幅Vce1示出继续增加的样子。这是因为，在功率放大电路10B中，与功率放大电路10不同，放大器201与放大器202之间的电流没有减少。

关于图17中的曲线p171至曲线p1712对应的相位，从曲线p171对应的0°至曲线p1712对应的330°，各增加30°。

在图17中，在输出功率P增加的情况下，电压振幅Vce2以18V附近为上限，其增加被抑制。这是因为，与功率放大电路10中的基于箝位电路300的、抑制电压振幅Vce1的动作同样地，箝位电路300B以某个阈值进行动作并抑制电压振幅Vce2。

根据功率放大电路10B，也能够抑制与输出功率P的增加相伴的电压振幅Vce2的增加。因而，功率放大电路10B能够抑制由过大电压造成的放大器202的击穿。

以上，对本发明的例示性的实施方式进行了说明。本实施方式涉及的功率放大电路10具备：放大器201，对输入信号RFin进行放大并输出放大信号RF1；放大器202，设置在放大器201的后级，对放大信号RF1进行放大并输出放大信号RF2；以及箝位电路300，设置在放大器201与放大器202之间的信号线路203与地之间，并对放大信号RF1的振幅进行抑制。

通过箝位电路300可抑制放大信号RF1的振幅，放大信号RF1还是输入到放大器202的信号，因此可抑制放大信号RF2的振幅。若以放大信号RF2的振幅来考虑电压振幅Vce2，则能够通过抑制电压振幅Vce2，从而抑制由过大电压造成的放大器202的击穿。

此外，在功率放大电路10中，箝位电路300具有：二极管部301，具有二极管3012，二极管3012的阳极与信号线路203侧连接，阴极与地侧连接；以及晶体管部302，具有晶体管3021，晶体管3021在基极通过二极管部301被输入信号，集电极与信号线路203连接，发射极与地连接。

在该结构中，能够通过二极管3012检测放大信号RF1的电压变动。若检测到放大信号RF1的电压变动，则在二极管3012流过电流。基于流过二极管3012的电流，晶体管3021变成导通状态。通过晶体管3021变成导通状态，从而电流流向晶体管3021侧。在放大器201与放大器202之间流过的电流减少。因而，可抑制放大信号RF1的振幅。

此外，在功率放大电路10中，二极管部301具有相互串联地连接的多个二极管3012、3013、3014、3015、3016。根据该结构，能够对箝位电路300进行动作的阈值进行调整。

此外，在功率放大电路10中，二极管部301具有与二极管3012串联地连接的电阻元件3011。根据该结构，能够对流过二极管部301的电流进行调整。

此外，在功率放大电路10中，晶体管部302还具有晶体管3022，晶体管3022的基极与二极管部301串联地连接，集电极与晶体管3021的集电极连接，发射极与晶体管3021的基极连接。

根据该结构，箝位电路300能够将更多的电流引入到箝位电路300。此外，能够通过晶体管3021和晶体管3022对箝位电路300进行动作的阈值进行调整。

另外，以上说明的各实施方式用于使本发明容易理解，并非用于对本发明进行限定解释。本发明能够在不脱离其主旨的情况下进行变更/改良，并且本发明还包含其等价物。即，本领域技术人员对各实施方式适当地施加了设计变更的实施方式，只要具备本发明的特征，就包含于本发明的范围。例如，各实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于例示的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸，能够适当地进行变更。此外，各实施方式为例示，能够进行在不同的实施方式中示出的结构的部分置换或组合，这是不言而喻的，它们只要包含本发明的特征，就包含于本发明的范围。