高频放大电路的制作方法
高频放大电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及抑制由过输入造成破坏的高频放大电路。
【背景技术】
[0002]在多数的高频放大电路中，为了防止过输入造成的破坏，设置基于输入信号调整偏置电压的功能。作为这样的高频放大电路，如专利文献I所示。
[0003]专利文献I记载的高频放大电路具备定向耦合器，二极管以及晶体管。定向耦合器连接在输入端和晶体管的基极端之间。二极管的阳极与晶体管的发射极端连接，二极管的阴极与地线连接。定向耦合器的一端与二极管的阳极连接。
[0004]该高频放大电路中，输入功率的一部分由定向耦合器检测，由于该功率在二极管流过电流。因此，二极管的正向电压施加在基极端。由此，即便过输入的情况下，在基极-发射极之间也不会施加反向偏置，能防止晶体管被破坏。
现有技术文献专利文献
[0005]专利文献1:日本专利第3035921号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0006]专利文献I记载的高频放大电路中，采用定向耦合器检测输入信号。然而，由于能取出适当的信号水平的定向耦合器非常难以设计，因此像这样的高频放大电路中，无法容易地设定检测过输入时的阈值。另外，由于定向耦合器的尺寸比集总参数元件大，因此像这样的高频放大电路无法容易地小型化。
[0007]本发明的目的在于提供一种不因过输入而被破坏，能容易地设定检测过输入时的阈值，进一步小型化的高频放大电路。
解决技术问题所采用的技术方案
[0008]本发明涉及的高频放大电路包括:高频放大元件、偏置电路以及偏置调整电路。高频放大元件具有输入端和输出端。偏置电路与高频放大元件连接，向高频放大元件的输入侧提供第一偏置电压。偏置调整电路连接在输入端和偏置电路之间，基于在输入端输入的高频信号调整第一偏置电压。偏置调整电路包含集总参数元件和有源元件而构成。
[0009]该结构中，基于在输入端输入的高频信号，能调整高频放大元件的输出功率。由此，即便在过输入的情况下，高频放大电路也能在安全工作区域内工作。由此，能防止高频放大电路由于过输入而被破坏。
[0010]另外，与利用定向耦合器等分布参数元件检测过输入的情况相比，能容易地调整检测过输入时的阈值。另外，与利用定向耦合器等分布参数元件的高频放大电路相比，能使高频放大电路小型化。
发明效果
[0011]能防止高频放大电路由于过输入而被破坏。另外，由于偏置调整电路由集总参数元件构成，因此能容易地设定检测过输入时的阈值，并且使高频放大电路小型化。
【附图说明】
[0012]图1是表示第一实施方式涉及的高频放大电路10的电路图。
图2表示偏置电路12的电路图。
图3(A)是表示信号检测电路14的一部分的电路图。图3(B)是表示输入高频信号时的连接点NI的电压的时间变化的图。
图4(A)是表示以往的高频放大电路中相对于输入功率的输出功率以及输出电流的图。图4(B)是表示高频放大电路10中相对于输入功率的输出功率以及输出电流的图。
图5(A)是表示以往的高频放大电路中高频放大元件11的最后级的放大元件的负载线的图。图5(B)是表示高频放大电路10中高频放大元件11的最后级的放大元件的负载线的图。
图6是表示第二实施方式涉及的高频放大电路的一部分的电路图。
图7是表示第三实施方式涉及的高频放大电路的一部分的电路图。
图8是表示第四实施方式涉及的高频放大电路的一部分的电路图。
【具体实施方式】
[0013]《第I实施方式》
对本发明的第一实施方式涉及的高频放大电路10进行说明。图1是表示高频放大电路10的电路图。高频放大电路10包括高频放大元件11、偏置电路12以及偏置调整电路13。高频放大电路10例如形成在一个IC芯片内。
[0014]高频放大元件11具有输入端P3、输出端P4以及级联连接的两个放大元件。输入端P3经由串联连接的电容C2、C3与端子Pl连接。输出端P4与端子P2连接。高频放大元件11将从输入端P3输入的高频信号放大，在输出端P4输出。偏置电路12与高频放大元件11连接，向高频放大元件11的输入侧提供第一偏置电压。偏置调整电路13连接电容C2和电容C3的连接点N2，并与偏置电路12连接。
[0015]偏置调整电路13具有信号检测电路14、开关电路15以及端子P5、P6。信号检测电路14连接连接点N2、开关电路15以及端子P5、P6。开关电路15与偏置电路12连接。另外，端子P5与直流电源Vctl连接，端子P6与直流电源VO连接。
[0016]信号检测电路14具有晶体管Trl、Tr2、电阻Rl至R4、电容Cl以及电路16a。电阻R4相当于本发明的信号检测元件。晶体管Trl相当于本发明的整流元件以及第二晶体管。电容Cl相当于本发明的第一晶体管。另外，第一实施方式中，构成偏置调整电路13的晶体管全部为npn晶体管。
[0017]晶体管Trl的基极端与电阻R1、R2的第一端以及电容Cl的第一端连接。电阻Rl的第二端与电路16a连接。电路16a与端子P5连接。电阻R2的第二端与晶体管Tr2的基极端以及集电极端连接。晶体管Tr2的发射极端与地线连接。电容Cl的第二端与地线连接。晶体管Trl的集电极端经由电阻R3与端子P6连接。晶体管Trl的集电极端经由电阻R4与连接点N2连接。晶体管Trl的发射极端与电阻R4的连接点NI连接开关电路15。
[0018]电路16a具有晶体管Tr3、Tr4、Tr5、以及电阻R5至R8。晶体管Tr3的基极端与电阻R5、R6的第一端连接。电阻R5的第二端与端子P5连接。电阻R6的第二端与晶体管Tr4的基极端以及集电极端连接。晶体管Tr4的发射极端与地线连接。晶体管Tr3的集电极端经由电阻R7与端子P5连接。晶体管Tr3的集电极端与电阻R7的连接点连接电阻Rl的第二端。晶体管Tr3的发射极端经由电阻R8与晶体管Tr5的基极端以及集电极端连接。晶体管Tr5的发射极端与地线连接。
[0019]开关电路15具有晶体管Tr6以及电阻R9、R10。晶体管Tr6相当于本发明的第一晶体管。晶体管Tr6的基极端经由电阻R9与偏置调整电路13内的连接点NI连接。晶体管Tr6的集电极端经由电阻RlO与偏置电路12连接。晶体管Tr6的发射极端与地线连接。
[0020]图2是表示偏置电路12的电路图。偏置电路12具有电路16b、电阻Rlla、Rllb、R12a、R12b、晶体管Tr7a、Tr7b以及端子P7、P8。由于电路16b的结构与电路16a的结构相同，因此省略对电路16b的详细说明。
[0021]晶体管Tr7a的基极端经由电阻Rlla与构成电路16b的电阻R13的第一端连接。电阻R13的第二端与端子P7连接。从与端子P7连接的直流电源Vctl提供向晶体管Tr7a的基极端提供的电压。电阻Rlla和电阻R13的连接点N3与偏置调整电路13的电阻RlO连接。
[0022]晶体管Tr7a的集电极端经由电阻R12a与端子P8连接。从与端子P8连接的直流电源VO提供向晶体管Tr7a的集电极端提供的电压。发射极端与高频放大元件11的第一级放大元件连接。
[0023]由于晶体管Tr7b以及电阻Rllb、R12b构成的电路与晶体管Tr7a以及电阻Rlla、R12a构成的电路相同，因此省略对该电路的详细说明。但是，晶体管Tr7b的发射极端与高频放大元件11的最后级的放大元件连接。
[0024]图3㈧是表示信号检测电路14的一部分的电路图。向晶体管Trl的基极端提供的偏置电压Vb相当于本发明的第二偏置电压。向晶体管Trl的集电极端提供的偏置电压Vc相当于本发明的第三偏置电压。二极管Dl基于晶体管Trl的基极-发射极之间的pn结，相当于本发明的整流元件。
[0025]由偏置电压Vb、Vc产生的晶体管Trl的发射极电压(以下简称为发射极电压)比偏置电压Vb低二极管Dl正向电压降的大小。
[0026]另外，晶体管Trl的基极端利用电容Cl交流接地。因此，即使从连接点NI输入的高频信号在晶体管Trl的基极端泄漏，晶体管Trl的基极电压也总是维持在偏置电压Vb。结果，连接点NI的电压不会低于比偏置电压Vb低二极管Dl正向电压降的大小的电压。
[0027]若在端子Pl输入高频信号，则由电阻R4在信号检测电路14取出高频信号的一部分。并且，连接点NI的电压变为取出的高频信号的电压和发射极电压的合成电压。该合成电压是利用二极管Dl将由取出的高频信号的电压和发射极电压简单重合后得到的电压波形限幅在与发射极电压附近相比较低的部分的电压。因此，若在端子Pl输入的高频信号(以下称为输入信号)的振幅变大，则最小电压不变，最大电压变高。结果，连接点NI的平均电压上升。
[0028]图3⑶是表示将15dBm的高频信号输入端子Pl时的连接点NI的电压的时间变化的图。这里，偏置电压Vb为2.25V。发射极电压为IV。连接点NI的电压不会低于比发射极电压低约0.3V的电压，即约0.7V。连接点NI的平均电压为1.8V。另外，虚线表示0.7V以及1.8V。
[0029]若连接点NI的平均电压为阈值以上，则开关电路15的晶体管Tr6导通，晶体管Tr6的集电极-发射极间电压变小。为此，经由电阻RlO连接晶体管Tr6的集电极端的连接点N3的电压下降，晶体管Tr7a、Tr7b的基极电压下降。结果，在高频放大元件11的输入侧提供的第一偏置电压下降，高频放大元件11的输出电流以及输出功率下降。
[0030]另外，晶体管Tr6例如为GaAsHBT (Heterojunct1n Bipolar Transistor:异质结双极晶体管)、Si晶体管、SiGe晶体管等。GaAsHBT的阈值约为1.25V，Si晶体管以及SiGe晶体管的阈值约为0.7V。另外，晶体管Tr6也可为FET (场效应晶体管)。
[0031]图4(A)是表示以往的高频放大电路中相对于输入功率的输出功率以及输出电流的图。图4(B)是表示高频放大电路10中相对于输入功率的输出功率以及输出电流的图。这里，以往的高频放大电路仅由高频放大元件11和偏置电路12构成。
[0032]以往的高频放大电路中，输入功率不足约OdBm时，输入功率变大则输出功率变大。若输入功率达到约OdBm以上，则输出功率进入饱和区域，约为30dBm。另外，若输入功率变大，则输出电流单调变大。
[0033]本发明的高频放大电路10中，输入功率不足约1dBm时，相对于输入功率的输出功率变化与以往的高频放大电路的情况相同。然而，若输入功率达到约1dBm以上，则输出功率大大降低。结果，输入功率约为5dBm时，输出功率变为最大。
[0034]另外，输入功率不足约1dBm时 ，相对于输入功率的输出电流的变化与以往的高频放大电路的情况相同。然而，若输入功率达到约1dBm以上，则输出电流大大降低。结果，输入功率约为5dBm时，输出电流变为最大。
[0035]图5 (A)表示以往的高频放大电路中高频放大元件11的最后级的放大元件的负载线的图。图5(B)是表示本发明的高频放大电路10中高频放大元件11的最后级的放大元件的负载线的图。纵轴是集电极电流，横轴是集电极-发射极间电压。
[0036]这里，高频放大元件11的最后级的放大元件由npn晶体管构成，向npn晶体管的集电极端提供4.5V的电压。另外，图5(A)是向端子Pl输入ISdBm的高频信号时测定得到的负载线。图5 (B)是向端子Pl输入5dBm的高频信号时测定得到的负载线。另外，图5所示的破坏电压的值是，在构成高频放大元件11的最后级的放大元件的npn晶体管的集电极-发射极间施加电压，对该npn晶体管被破坏时的电压进行测定得到的结果。
[0037]以往的高频放大电路中输入功率为18dBm时，本发明的高频放大电路10中输入功率为5dBm时，各自的负载线的轨迹为最大。即，各自的输入功率达到高频放大元件11最容易被破坏的条件。
[0038]以往的高频放大电路中，表示破坏电压的虚线和负载线交叉。因此，高频放大元件11在输入18dBm的高频信号的情况下被破坏。
[0039]另一方面，本发明的高频放大电路10中，反映出在输入功率约为5dBm时输出功率达到最大，输入功率约为5dBm时负载线最接近破坏电压。然而，即便此时，表示破坏电压的虚线和负载线也不交叉。即，高频放大元件11即便相对于过输入也不被破坏，正常地进行工作。
[0040]接着，对阈值的设定以及各电路元件的作用进行说明。连接点NI的偏置电压利用电阻R1、R2的电阻分配而设定。另外，输入功率中被信号检测电路14取出的功率由电阻R4的值进行调整。由此，偏置调整电路13在检测到过输入时的阈值能由电阻R1、R2、R4的值进行调整。晶体管Tr2对由温度变化造成的、提供至晶体管Trl的基极端的偏置电压Vb的变动进行补偿。由此，晶体管Tr2补偿晶体管Trl的发射极电压。电路16a吸收直流电源Vctl的变动，使直流电源Vctl的变动不传递至连接点NI。
[0041]由电阻R14调整将晶体管Tr7a、Tr7b的基极电压减低到何种程度。通过减小电阻RlO的电阻值，能大幅降低晶体管Tr7a、Tr7b的基极电压。
[0042]根据第一实施方式，输入信号的一部分在信号检测电路14被取出。过输入时，信号检测电路14的检测值达到开关电路15的阈值以上。开关电路15导通，偏置电路12提供的第一偏置电压下降。因此，高频放大元件11的输出电流以及输出功率下降。由此，高频放大电路10在安全工作区域进行工作。由此，能防止高频放大电路10由于过输入而被破坏。
[0043]另外，偏置调整电路13包含集总参数元件和有源元件而构成。进一步地，开关电路15能利用一个晶体管实现。由此，与采用分布参数元件的高频放大电路相比，能使高频放大电路10小型化。
[0044]另外，本发明的信号检测电路14在由电阻R4取出的高频信号的电压和晶体管Trl的发射极电压的合成电压下检测到过输入。因此，检测过输入所需要的高频信号也未必需要很大。
[0045]然而，利用定向耦合器检测过输入的高频放大电路(例如参照专利文献I)中，仅由高频信号提供驱动二极管大小的电压。因此，与本发明的高频放大电路10相比，检测过输入所需要的高频信号较大。
[0046]从这一点可知，与采用定向耦合器检测过输入的以往技术相比，本发明的高频放大电路10中，能在使进入高频放大元件11的高频信号的功率损失保持较小的同时判断过输入，因此能减小高频信号的功率损失。
[0047]另外，偏置调整电路13不直接插入高频放大元件11的输入端P3和端子Pl之间。另外，偏置调整电路13仅在过输入时工作。因此，不对增益、PldB(IdB Compress1n Point，IdB压缩点)、EVM(Error Vector Magnitude)等的高频特性造成影响。
[0048]《第2实施方式》
对本发明的第二实施方式涉及的高频放大电路20进行说明。图6是表示高频放大电路20 —部分的电路图。高频放大电路20包括二极管D21，代替高频放大电路10的电容Cl。二极管D21的阴极与晶体管Trl的基极端连接。二极管D21的阳极与地线连接。其它结构与高频放大电路10相同。
[0049]根据第二实施方式，利用由二极管D21的pn结产生的电容量，将晶体管Trl的基极端交流接地。由此，与采用MIMC (Metal-1nsulator-Metal Capacitor:金属-绝缘体-金属电容器)等旁路电容作为电容Cl的情况相比，能使高频放大电路40小型化。
[0050]另外，与第一实施方式相同，能防止高频放大电路20不受过输入影响。另外，能容易地调整检测过输入时的阈值。
[0051]《第3实施方式》
对本发明的第三实施方式涉及的高频放大电路30进行说明。图7是表示高频放大电路30 —部分的电路图。高频放大电路30包括电容C31，代替高频放大电路10的电阻R4。电容C31相当于本发明的第二晶体管。其它结构与高频放大电路10相同。
[0052]根据第三实施方式，高频信号利用电容C31被取出。与低频带相比，在高频带中，由于电容C31的阻抗的大小较小，因此高频信号容易进入连接点NI。因此，与低频带相比，在高频带中连接点NI的平均电压变高。结果，能对检测过输入的灵敏度提供频率特性。
[0053]另外，与第一实施方式相同，能避免高频放大电路30受到过输入的影响。另外，能调整过输入电平的频率特性。
[0054]《第4实施方式》
对本发明的第四实施方式涉及的高频放大电路40进行说明。图8是表示高频放大电路40 —部分的电路图。高频放大电路40包括电感L41，代替高频放大电路10的电阻R4。其它结构与高频放大电路10相同。
[0055]根据第四实施方式，高频信号利用电感L41被取出。与高频带相比，在低频带中，由于电感L41的阻抗的大小较小，因此高频信号容易进入连接点NI。因此，与高频带相比，在低频带中连接点NI的平均电压变高。结果，能对检测过输入的灵敏度提供频率特性。
[0056]另外，与第一实施方式相同，能避免高频放大电路40受到过输入的影响。另外，能容易地调整过输入电平的频率特性。
标号说明
[0057]Cl电容(第一电容)
C31电容(第二电容)
C2、C3电容
DUD21 二极管 L41电感 N1、N2、N3连接点 P1、P2、P5、P6、P7、P8 端子 P3输入端 P4输出端
R4电阻(信号检测元件)
Rl ?R3、R5 ?R10、Rlla, Rllb, R12a、R12b、R13 电阻 Trl晶体管(整流元件、第二晶体管)
Tr6晶体管(第一晶体管)
Tr2 ?Tr5、Tr7a、Tr7b 晶体管
VO、Vctl直流电源
Vb偏置电压(第二偏置电压)
Vc集电极电压(第三偏置电压)
10、20、30、40高频放大电路 11高频放大元件 12偏置电路 13偏置调整电路 14信号检测电路15开关电路16a、16b 电路
【主权项】
1.一种高频放大电路，其特征在于，包括: 高频放大元件，该高频放大元件具有输入端和输出端； 偏置电路，该偏置电路与所述高频放大元件连接，向所述高频放大元件的输入侧提供第一偏置电压；以及 偏置调整电路，该偏置电路连接在所述输入端和所述偏置电路之间，基于在所述输入端输入的高频信号调整所述第一偏置电压， 所述偏置调整电路包含集总参数元件和有源元件而构成。2.如权利要求1所述的高频放大电路，其特征在于， 所述偏置调整电路具有信号检测电路和开关电路， 所述信号检测电路与所述输入端和所述开关电路连接，检测所述高频信号，向所述开关电路输出检测值， 所述开关电路与所述偏置电路连接，所述检测值为阈值以上时，降低所述第一偏置电压。3.如权利要求2所述的高频放大电路，其特征在于， 所述开关电路具有第一晶体管， 所述第一晶体管的发射极端与地线连接， 所述第一晶体管的基极端与所述信号检测电路连接， 所述第一晶体管的集电极端与所述偏置电路连接。4.如权利要求2或3所述的高频放大电路，其特征在于， 所述信号检测电路具有信号检测元件、整流元件和第一电容， 所述信号检测元件的第一端与所述输入端连接， 所述信号检测元件的第二端与所述整流元件的阴极以及所述开关电路连接， 所述整流元件的阳极与所述第一电容的第一端连接， 所述第一电容的第二端与接地连接。5.如权利要求4所述的高频放大电路，其特征在于， 所述整流元件为第二晶体管， 所述第二晶体管的发射极端为所述整流元件的阴极， 所述第二晶体管的基极端为所述整流元件的阳极， 第二偏置电压被提供至所述第二晶体管的基极端， 第三偏置电压被提供至所述第二晶体管的集电极端。6.如权利要求4或5所述的高频放大电路，其特征在于， 所述第一电容为二极管的结电容， 所述第一电容的第一端为所述二极管的阴极， 所述第一电容的第二端为所述二极管的阳极。7.如权利要求4至6中任一项所述的高频放大电路，其特征在于， 所述信号检测元件为电阻。8.如权利要求4至6中任一项所述的高频放大电路，其特征在于， 所述信号检测元件为第二电容。9.如权利要求4至6中任一项所述的高频放大电路，其特征在于，所述信号检测元件为电感。10.如权利要求1至9中任一项所述的高频放大电路，其特征在于，所述高频放大元件、所述偏置电路以及所述偏置调整电路形成在一个IC芯片内。
【专利摘要】本发明的高频放大电路(10)包括高频放大元件(11)、偏置电路(12)以及偏置调整电路(13)。高频放大元件(11)具有输入端和输出端。偏置电路(12)与高频放大元件(11)连接，向高频放大元件(11)的输入侧提供第一偏置电压。偏置调整电路(13)连接在输入端和偏置电路(12)之间，基于在输入端输入的高频信号调整第一偏置电压。偏置调整电路(13)包含集总参数元件和有源元件而构成。
【IPC分类】H03F1/52, H03F3/195, H03F3/213
【公开号】CN104904118
【申请号】CN201380069829
【发明人】草地敬治
【申请人】株式会社村田制作所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年8月28日
【公告号】US20150311867, WO2014109090A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及抑制由过输入造成破坏的高频放大电路。
【背景技术】
[0002]在多数的高频放大电路中，为了防止过输入造成的破坏，设置基于输入信号调整偏置电压的功能。作为这样的高频放大电路，如专利文献I所示。
[0003]专利文献I记载的高频放大电路具备定向耦合器，二极管以及晶体管。定向耦合器连接在输入端和晶体管的基极端之间。二极管的阳极与晶体管的发射极端连接，二极管的阴极与地线连接。定向耦合器的一端与二极管的阳极连接。
[0004]该高频放大电路中，输入功率的一部分由定向耦合器检测，由于该功率在二极管流过电流。因此，二极管的正向电压施加在基极端。由此，即便过输入的情况下，在基极-发射极之间也不会施加反向偏置，能防止晶体管被破坏。
现有技术文献专利文献
[0005]专利文献1:日本专利第3035921号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0006]专利文献I记载的高频放大电路中，采用定向耦合器检测输入信号。然而，由于能取出适当的信号水平的定向耦合器非常难以设计，因此像这样的高频放大电路中，无法容易地设定检测过输入时的阈值。另外，由于定向耦合器的尺寸比集总参数元件大，因此像这样的高频放大电路无法容易地小型化。
[0007]本发明的目的在于提供一种不因过输入而被破坏，能容易地设定检测过输入时的阈值，进一步小型化的高频放大电路。
解决技术问题所采用的技术方案
[0008]本发明涉及的高频放大电路包括:高频放大元件、偏置电路以及偏置调整电路。高频放大元件具有输入端和输出端。偏置电路与高频放大元件连接，向高频放大元件的输入侧提供第一偏置电压。偏置调整电路连接在输入端和偏置电路之间，基于在输入端输入的高频信号调整第一偏置电压。偏置调整电路包含集总参数元件和有源元件而构成。
[0009]该结构中，基于在输入端输入的高频信号，能调整高频放大元件的输出功率。由此，即便在过输入的情况下，高频放大电路也能在安全工作区域内工作。由此，能防止高频放大电路由于过输入而被破坏。
[0010]另外，与利用定向耦合器等分布参数元件检测过输入的情况相比，能容易地调整检测过输入时的阈值。另外，与利用定向耦合器等分布参数元件的高频放大电路相比，能使高频放大电路小型化。
发明效果
[0011]能防止高频放大电路由于过输入而被破坏。另外，由于偏置调整电路由集总参数元件构成，因此能容易地设定检测过输入时的阈值，并且使高频放大电路小型化。
【附图说明】
[0012]图1是表示第一实施方式涉及的高频放大电路10的电路图。
图2表示偏置电路12的电路图。
图3(A)是表示信号检测电路14的一部分的电路图。图3(B)是表示输入高频信号时的连接点NI的电压的时间变化的图。
图4(A)是表示以往的高频放大电路中相对于输入功率的输出功率以及输出电流的图。图4(B)是表示高频放大电路10中相对于输入功率的输出功率以及输出电流的图。
图5(A)是表示以往的高频放大电路中高频放大元件11的最后级的放大元件的负载线的图。图5(B)是表示高频放大电路10中高频放大元件11的最后级的放大元件的负载线的图。
图6是表示第二实施方式涉及的高频放大电路的一部分的电路图。
图7是表示第三实施方式涉及的高频放大电路的一部分的电路图。
图8是表示第四实施方式涉及的高频放大电路的一部分的电路图。
【具体实施方式】
[0013]《第I实施方式》
对本发明的第一实施方式涉及的高频放大电路10进行说明。图1是表示高频放大电路10的电路图。高频放大电路10包括高频放大元件11、偏置电路12以及偏置调整电路13。高频放大电路10例如形成在一个IC芯片内。
[0014]高频放大元件11具有输入端P3、输出端P4以及级联连接的两个放大元件。输入端P3经由串联连接的电容C2、C3与端子Pl连接。输出端P4与端子P2连接。高频放大元件11将从输入端P3输入的高频信号放大，在输出端P4输出。偏置电路12与高频放大元件11连接，向高频放大元件11的输入侧提供第一偏置电压。偏置调整电路13连接电容C2和电容C3的连接点N2，并与偏置电路12连接。
[0015]偏置调整电路13具有信号检测电路14、开关电路15以及端子P5、P6。信号检测电路14连接连接点N2、开关电路15以及端子P5、P6。开关电路15与偏置电路12连接。另外，端子P5与直流电源Vctl连接，端子P6与直流电源VO连接。
[0016]信号检测电路14具有晶体管Trl、Tr2、电阻Rl至R4、电容Cl以及电路16a。电阻R4相当于本发明的信号检测元件。晶体管Trl相当于本发明的整流元件以及第二晶体管。电容Cl相当于本发明的第一晶体管。另外，第一实施方式中，构成偏置调整电路13的晶体管全部为npn晶体管。
[0017]晶体管Trl的基极端与电阻R1、R2的第一端以及电容Cl的第一端连接。电阻Rl的第二端与电路16a连接。电路16a与端子P5连接。电阻R2的第二端与晶体管Tr2的基极端以及集电极端连接。晶体管Tr2的发射极端与地线连接。电容Cl的第二端与地线连接。晶体管Trl的集电极端经由电阻R3与端子P6连接。晶体管Trl的集电极端经由电阻R4与连接点N2连接。晶体管Trl的发射极端与电阻R4的连接点NI连接开关电路15。
[0018]电路16a具有晶体管Tr3、Tr4、Tr5、以及电阻R5至R8。晶体管Tr3的基极端与电阻R5、R6的第一端连接。电阻R5的第二端与端子P5连接。电阻R6的第二端与晶体管Tr4的基极端以及集电极端连接。晶体管Tr4的发射极端与地线连接。晶体管Tr3的集电极端经由电阻R7与端子P5连接。晶体管Tr3的集电极端与电阻R7的连接点连接电阻Rl的第二端。晶体管Tr3的发射极端经由电阻R8与晶体管Tr5的基极端以及集电极端连接。晶体管Tr5的发射极端与地线连接。
[0019]开关电路15具有晶体管Tr6以及电阻R9、R10。晶体管Tr6相当于本发明的第一晶体管。晶体管Tr6的基极端经由电阻R9与偏置调整电路13内的连接点NI连接。晶体管Tr6的集电极端经由电阻RlO与偏置电路12连接。晶体管Tr6的发射极端与地线连接。
[0020]图2是表示偏置电路12的电路图。偏置电路12具有电路16b、电阻Rlla、Rllb、R12a、R12b、晶体管Tr7a、Tr7b以及端子P7、P8。由于电路16b的结构与电路16a的结构相同，因此省略对电路16b的详细说明。
[0021]晶体管Tr7a的基极端经由电阻Rlla与构成电路16b的电阻R13的第一端连接。电阻R13的第二端与端子P7连接。从与端子P7连接的直流电源Vctl提供向晶体管Tr7a的基极端提供的电压。电阻Rlla和电阻R13的连接点N3与偏置调整电路13的电阻RlO连接。
[0022]晶体管Tr7a的集电极端经由电阻R12a与端子P8连接。从与端子P8连接的直流电源VO提供向晶体管Tr7a的集电极端提供的电压。发射极端与高频放大元件11的第一级放大元件连接。
[0023]由于晶体管Tr7b以及电阻Rllb、R12b构成的电路与晶体管Tr7a以及电阻Rlla、R12a构成的电路相同，因此省略对该电路的详细说明。但是，晶体管Tr7b的发射极端与高频放大元件11的最后级的放大元件连接。
[0024]图3㈧是表示信号检测电路14的一部分的电路图。向晶体管Trl的基极端提供的偏置电压Vb相当于本发明的第二偏置电压。向晶体管Trl的集电极端提供的偏置电压Vc相当于本发明的第三偏置电压。二极管Dl基于晶体管Trl的基极-发射极之间的pn结，相当于本发明的整流元件。
[0025]由偏置电压Vb、Vc产生的晶体管Trl的发射极电压(以下简称为发射极电压)比偏置电压Vb低二极管Dl正向电压降的大小。
[0026]另外，晶体管Trl的基极端利用电容Cl交流接地。因此，即使从连接点NI输入的高频信号在晶体管Trl的基极端泄漏，晶体管Trl的基极电压也总是维持在偏置电压Vb。结果，连接点NI的电压不会低于比偏置电压Vb低二极管Dl正向电压降的大小的电压。
[0027]若在端子Pl输入高频信号，则由电阻R4在信号检测电路14取出高频信号的一部分。并且，连接点NI的电压变为取出的高频信号的电压和发射极电压的合成电压。该合成电压是利用二极管Dl将由取出的高频信号的电压和发射极电压简单重合后得到的电压波形限幅在与发射极电压附近相比较低的部分的电压。因此，若在端子Pl输入的高频信号(以下称为输入信号)的振幅变大，则最小电压不变，最大电压变高。结果，连接点NI的平均电压上升。
[0028]图3⑶是表示将15dBm的高频信号输入端子Pl时的连接点NI的电压的时间变化的图。这里，偏置电压Vb为2.25V。发射极电压为IV。连接点NI的电压不会低于比发射极电压低约0.3V的电压，即约0.7V。连接点NI的平均电压为1.8V。另外，虚线表示0.7V以及1.8V。
[0029]若连接点NI的平均电压为阈值以上，则开关电路15的晶体管Tr6导通，晶体管Tr6的集电极-发射极间电压变小。为此，经由电阻RlO连接晶体管Tr6的集电极端的连接点N3的电压下降，晶体管Tr7a、Tr7b的基极电压下降。结果，在高频放大元件11的输入侧提供的第一偏置电压下降，高频放大元件11的输出电流以及输出功率下降。
[0030]另外，晶体管Tr6例如为GaAsHBT (Heterojunct1n Bipolar Transistor:异质结双极晶体管)、Si晶体管、SiGe晶体管等。GaAsHBT的阈值约为1.25V，Si晶体管以及SiGe晶体管的阈值约为0.7V。另外，晶体管Tr6也可为FET (场效应晶体管)。
[0031]图4(A)是表示以往的高频放大电路中相对于输入功率的输出功率以及输出电流的图。图4(B)是表示高频放大电路10中相对于输入功率的输出功率以及输出电流的图。这里，以往的高频放大电路仅由高频放大元件11和偏置电路12构成。
[0032]以往的高频放大电路中，输入功率不足约OdBm时，输入功率变大则输出功率变大。若输入功率达到约OdBm以上，则输出功率进入饱和区域，约为30dBm。另外，若输入功率变大，则输出电流单调变大。
[0033]本发明的高频放大电路10中，输入功率不足约1dBm时，相对于输入功率的输出功率变化与以往的高频放大电路的情况相同。然而，若输入功率达到约1dBm以上，则输出功率大大降低。结果，输入功率约为5dBm时，输出功率变为最大。
[0034]另外，输入功率不足约1dBm时 ，相对于输入功率的输出电流的变化与以往的高频放大电路的情况相同。然而，若输入功率达到约1dBm以上，则输出电流大大降低。结果，输入功率约为5dBm时，输出电流变为最大。
[0035]图5 (A)表示以往的高频放大电路中高频放大元件11的最后级的放大元件的负载线的图。图5(B)是表示本发明的高频放大电路10中高频放大元件11的最后级的放大元件的负载线的图。纵轴是集电极电流，横轴是集电极-发射极间电压。
[0036]这里，高频放大元件11的最后级的放大元件由npn晶体管构成，向npn晶体管的集电极端提供4.5V的电压。另外，图5(A)是向端子Pl输入ISdBm的高频信号时测定得到的负载线。图5 (B)是向端子Pl输入5dBm的高频信号时测定得到的负载线。另外，图5所示的破坏电压的值是，在构成高频放大元件11的最后级的放大元件的npn晶体管的集电极-发射极间施加电压，对该npn晶体管被破坏时的电压进行测定得到的结果。
[0037]以往的高频放大电路中输入功率为18dBm时，本发明的高频放大电路10中输入功率为5dBm时，各自的负载线的轨迹为最大。即，各自的输入功率达到高频放大元件11最容易被破坏的条件。
[0038]以往的高频放大电路中，表示破坏电压的虚线和负载线交叉。因此，高频放大元件11在输入18dBm的高频信号的情况下被破坏。
[0039]另一方面，本发明的高频放大电路10中，反映出在输入功率约为5dBm时输出功率达到最大，输入功率约为5dBm时负载线最接近破坏电压。然而，即便此时，表示破坏电压的虚线和负载线也不交叉。即，高频放大元件11即便相对于过输入也不被破坏，正常地进行工作。
[0040]接着，对阈值的设定以及各电路元件的作用进行说明。连接点NI的偏置电压利用电阻R1、R2的电阻分配而设定。另外，输入功率中被信号检测电路14取出的功率由电阻R4的值进行调整。由此，偏置调整电路13在检测到过输入时的阈值能由电阻R1、R2、R4的值进行调整。晶体管Tr2对由温度变化造成的、提供至晶体管Trl的基极端的偏置电压Vb的变动进行补偿。由此，晶体管Tr2补偿晶体管Trl的发射极电压。电路16a吸收直流电源Vctl的变动，使直流电源Vctl的变动不传递至连接点NI。
[0041]由电阻R14调整将晶体管Tr7a、Tr7b的基极电压减低到何种程度。通过减小电阻RlO的电阻值，能大幅降低晶体管Tr7a、Tr7b的基极电压。
[0042]根据第一实施方式，输入信号的一部分在信号检测电路14被取出。过输入时，信号检测电路14的检测值达到开关电路15的阈值以上。开关电路15导通，偏置电路12提供的第一偏置电压下降。因此，高频放大元件11的输出电流以及输出功率下降。由此，高频放大电路10在安全工作区域进行工作。由此，能防止高频放大电路10由于过输入而被破坏。
[0043]另外，偏置调整电路13包含集总参数元件和有源元件而构成。进一步地，开关电路15能利用一个晶体管实现。由此，与采用分布参数元件的高频放大电路相比，能使高频放大电路10小型化。
[0044]另外，本发明的信号检测电路14在由电阻R4取出的高频信号的电压和晶体管Trl的发射极电压的合成电压下检测到过输入。因此，检测过输入所需要的高频信号也未必需要很大。
[0045]然而，利用定向耦合器检测过输入的高频放大电路(例如参照专利文献I)中，仅由高频信号提供驱动二极管大小的电压。因此，与本发明的高频放大电路10相比，检测过输入所需要的高频信号较大。
[0046]从这一点可知，与采用定向耦合器检测过输入的以往技术相比，本发明的高频放大电路10中，能在使进入高频放大元件11的高频信号的功率损失保持较小的同时判断过输入，因此能减小高频信号的功率损失。
[0047]另外，偏置调整电路13不直接插入高频放大元件11的输入端P3和端子Pl之间。另外，偏置调整电路13仅在过输入时工作。因此，不对增益、PldB(IdB Compress1n Point，IdB压缩点)、EVM(Error Vector Magnitude)等的高频特性造成影响。
[0048]《第2实施方式》
对本发明的第二实施方式涉及的高频放大电路20进行说明。图6是表示高频放大电路20 —部分的电路图。高频放大电路20包括二极管D21，代替高频放大电路10的电容Cl。二极管D21的阴极与晶体管Trl的基极端连接。二极管D21的阳极与地线连接。其它结构与高频放大电路10相同。
[0049]根据第二实施方式，利用由二极管D21的pn结产生的电容量，将晶体管Trl的基极端交流接地。由此，与采用MIMC (Metal-1nsulator-Metal Capacitor:金属-绝缘体-金属电容器)等旁路电容作为电容Cl的情况相比，能使高频放大电路40小型化。
[0050]另外，与第一实施方式相同，能防止高频放大电路20不受过输入影响。另外，能容易地调整检测过输入时的阈值。
[0051]《第3实施方式》
对本发明的第三实施方式涉及的高频放大电路30进行说明。图7是表示高频放大电路30 —部分的电路图。高频放大电路30包括电容C31，代替高频放大电路10的电阻R4。电容C31相当于本发明的第二晶体管。其它结构与高频放大电路10相同。
[0052]根据第三实施方式，高频信号利用电容C31被取出。与低频带相比，在高频带中，由于电容C31的阻抗的大小较小，因此高频信号容易进入连接点NI。因此，与低频带相比，在高频带中连接点NI的平均电压变高。结果，能对检测过输入的灵敏度提供频率特性。
[0053]另外，与第一实施方式相同，能避免高频放大电路30受到过输入的影响。另外，能调整过输入电平的频率特性。
[0054]《第4实施方式》
对本发明的第四实施方式涉及的高频放大电路40进行说明。图8是表示高频放大电路40 —部分的电路图。高频放大电路40包括电感L41，代替高频放大电路10的电阻R4。其它结构与高频放大电路10相同。
[0055]根据第四实施方式，高频信号利用电感L41被取出。与高频带相比，在低频带中，由于电感L41的阻抗的大小较小，因此高频信号容易进入连接点NI。因此，与高频带相比，在低频带中连接点NI的平均电压变高。结果，能对检测过输入的灵敏度提供频率特性。
[0056]另外，与第一实施方式相同，能避免高频放大电路40受到过输入的影响。另外，能容易地调整过输入电平的频率特性。
标号说明
[0057]Cl电容(第一电容)
C31电容(第二电容)
C2、C3电容
DUD21 二极管 L41电感 N1、N2、N3连接点 P1、P2、P5、P6、P7、P8 端子 P3输入端 P4输出端
R4电阻(信号检测元件)
Rl ?R3、R5 ?R10、Rlla, Rllb, R12a、R12b、R13 电阻 Trl晶体管(整流元件、第二晶体管)
Tr6晶体管(第一晶体管)
Tr2 ?Tr5、Tr7a、Tr7b 晶体管
VO、Vctl直流电源
Vb偏置电压(第二偏置电压)
Vc集电极电压(第三偏置电压)
10、20、30、40高频放大电路 11高频放大元件 12偏置电路 13偏置调整电路 14信号检测电路15开关电路16a、16b 电路
【主权项】
1.一种高频放大电路，其特征在于，包括: 高频放大元件，该高频放大元件具有输入端和输出端； 偏置电路，该偏置电路与所述高频放大元件连接，向所述高频放大元件的输入侧提供第一偏置电压；以及 偏置调整电路，该偏置电路连接在所述输入端和所述偏置电路之间，基于在所述输入端输入的高频信号调整所述第一偏置电压， 所述偏置调整电路包含集总参数元件和有源元件而构成。2.如权利要求1所述的高频放大电路，其特征在于， 所述偏置调整电路具有信号检测电路和开关电路， 所述信号检测电路与所述输入端和所述开关电路连接，检测所述高频信号，向所述开关电路输出检测值， 所述开关电路与所述偏置电路连接，所述检测值为阈值以上时，降低所述第一偏置电压。3.如权利要求2所述的高频放大电路，其特征在于， 所述开关电路具有第一晶体管， 所述第一晶体管的发射极端与地线连接， 所述第一晶体管的基极端与所述信号检测电路连接， 所述第一晶体管的集电极端与所述偏置电路连接。4.如权利要求2或3所述的高频放大电路，其特征在于， 所述信号检测电路具有信号检测元件、整流元件和第一电容， 所述信号检测元件的第一端与所述输入端连接， 所述信号检测元件的第二端与所述整流元件的阴极以及所述开关电路连接， 所述整流元件的阳极与所述第一电容的第一端连接， 所述第一电容的第二端与接地连接。5.如权利要求4所述的高频放大电路，其特征在于， 所述整流元件为第二晶体管， 所述第二晶体管的发射极端为所述整流元件的阴极， 所述第二晶体管的基极端为所述整流元件的阳极， 第二偏置电压被提供至所述第二晶体管的基极端， 第三偏置电压被提供至所述第二晶体管的集电极端。6.如权利要求4或5所述的高频放大电路，其特征在于， 所述第一电容为二极管的结电容， 所述第一电容的第一端为所述二极管的阴极， 所述第一电容的第二端为所述二极管的阳极。7.如权利要求4至6中任一项所述的高频放大电路，其特征在于， 所述信号检测元件为电阻。8.如权利要求4至6中任一项所述的高频放大电路，其特征在于， 所述信号检测元件为第二电容。9.如权利要求4至6中任一项所述的高频放大电路，其特征在于，所述信号检测元件为电感。10.如权利要求1至9中任一项所述的高频放大电路，其特征在于，所述高频放大元件、所述偏置电路以及所述偏置调整电路形成在一个IC芯片内。
【专利摘要】本发明的高频放大电路(10)包括高频放大元件(11)、偏置电路(12)以及偏置调整电路(13)。高频放大元件(11)具有输入端和输出端。偏置电路(12)与高频放大元件(11)连接，向高频放大元件(11)的输入侧提供第一偏置电压。偏置调整电路(13)连接在输入端和偏置电路(12)之间，基于在输入端输入的高频信号调整第一偏置电压。偏置调整电路(13)包含集总参数元件和有源元件而构成。
【IPC分类】H03F1/52, H03F3/195, H03F3/213
【公开号】CN104904118
【申请号】CN201380069829
【发明人】草地敬治
【申请人】株式会社村田制作所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年8月28日
【公告号】US20150311867, WO2014109090A1
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