[发明专利]多级功率放大器的偏置电路及其偏置方法

说明书

本发明涉及在便携电话等中使用的高频功率放大器，特别是涉及用HBT(heterojunction bipolar transistor)构成的多级功率放大器的偏置电路及其偏置供给方法。

在便携电话等移动通信用的功率放大器中使用的元件，代替以往的GaAsFET和GaAsHEMT，正在开始使用以单一电源进行动作的HBT。GaAsFET和GaAsHEMT需要在栅极上加入负电压，因而在便携电话机内部需要装入负电压发生器。与此不同，HBT与以往的FET相比较，不需要负的栅极偏置电压，能够进行单一电源动作，与Si-MOSFET一样，在漏极一侧即使没有模拟开关也能够进行NO/OFF动作，进而，在输出功率密度高，获得规定的输出功率的情况下，与FET功率放大器相比还具有能够小型化的优点。因而，期待作为今后移动通信用的功率元件。

与FET不同，HBT是电流驱动型元件，如像作为欧洲的移动通信系统的GSM(Global System for Mobile Communications)那样为了得到2W～4W的高输出，需要供给数10～100mA左右的基极电流。然而，保证标准的CMOS中特定输出电压的输出电流值是数mA以下，因此难以从标准的Si-CMOSLSI直接得到这样大的基极电流。为此，HBT功率放大器中具有用于供给HBT的基极电流的偏置电路。另外，在以GSM为代表的众多系统中，便携电话机要求输出功率的控制，因此在偏置电路中还要求具有输出功率调整功能。

图8是示出3级HBT功率放大器中的偏置电路的以往例的电路图。图8中，晶体管TrA1～TrA6是HBT，根据从Si-CMOS逻辑电路例如DA变换器(未图示)等输入的信号Vapc在对应的功率放大用HBT上进行偏置的供给。另外，通过晶体管TrA2、TrA4、TrA6，根据相对应的功率放大用HBT的温度系数，能够补偿基极-发射极间电压Vbe的变化。这样，图8中所示的偏置电路能够使用HBT工艺同时形成高频功率放大器和偏置电路，即能够进行集成化，能够通过Si-CMOS逻辑电路的输出电压进行输出控制。

另一方面，当前，在众多的移动通信系统中，使用不同频带进行基站与终端(手机)之间的通信。例如，在日本国内作为900MHz频带的移动通信方式的PDG(Personal Digital  Cellular)中，从终端向基站使用940MHz～956MHz，从基站向终端使用810MHz～826MHz。另外，在作为欧洲的900频带移动通信系统的GSM900中，从终端向基站使用880MHz～915MHz，从基站向终端使用935MHz～970MHz。

然而，在发射频带与接收频带不同的通信系统中，在接收频带中发生的噪声(以下称为Rx噪声)在接收时由于对于终端的功率放大器带来恶劣影响，因此需要降低该Rx噪声。图9示出了使用HBT的功率放大器中的Rx噪声的特性。从图9中可知，在使来自功率放大器的输出功率(Pout)降低时，例如在Vapc＝2.1V附近将增加Rx噪声。另外，Rx噪声在功率放大器中仅输入了发射频带微波(915MHz)的状态下，用功率放大器中的该发射频带下的输出功率与接收频带(935MHz)下的输出功率之比定义。

Rx噪声的增加是仅在功率放大用HBT中产生的特殊现象。图10示出了对于用HBT构成的1级功率放大器中的偏置电压在发射频带与接收频带下的增益变化。另外，在1级功率放大器中从测定精度问题出发由于难以进行与3级功率放大器相同方法下的Rx噪声测定，因此图10在1级功率放大器中同时输入发射频带下的合成器的微波输出和从接收频带下的NF测定用的Rx噪声源输出的Rx噪声，同时测定发射频带下的输出与接收频带下的Rx噪声表示为增益。另外，不使用偏置电路而通过外部的恒定电压源供给偏置。

图10中，在功率放大用HBT成为动作状态的基极电压Vb以1.35V时为基准的情况下，功率放大器的输出降低时(Vb＜1.35V)，发射频带下的增益Gain(Tx)随着基极电压的降低而单调减少。然而，接收频带下的增益Gain(Rx)对于基极电压的降低显示出具有峰值的特殊特性。由于用发射频带下的输出与接收频带下的输出之比定义Rx噪声，因此发明者认为这样的增益特性的原因是Rx噪声增加。这样，在均匀地向多级功率放大器的各级功率放大用HBT供给偏置的情况下，存在着各级中的Rx噪声增加被放大输出这样的问题。