專利名稱：功率放大設(shè)備和移動通信終端設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合應(yīng)用于移動電話、PHS電話(個人手持式電話系統(tǒng))、具有通信功能的PDA設(shè)備(個人數(shù)字助理)和使用通信功能的終端設(shè)備比如筆記本型個人計算機的功率放大設(shè)備，以及涉及一種移動通信終端設(shè)備。
背景技術(shù)：
如今在日本使用移動電話的數(shù)量超過人口總數(shù)的70％，并且他們中的大約40％是使用CDMA(碼分多址訪問)技術(shù)的移動通信終端設(shè)備的擁有者。將來，在這些終端需要從PDC(個人數(shù)字單元)終端設(shè)備等被基于W-CDMA(寬帶-CDMA)法的移動通信終端系統(tǒng)替代時，預(yù)計人們對移動通信終端系統(tǒng)的需求會進一步增長。
在使用PDC、CDMA法等的移動無線通信系統(tǒng)中，通過在移動終端和基站之間建立無線電信道在其間的這種通信是可靠的。然而，因為自基站的通信距離的改變或者由于在傳輸路徑中的衰減的緣故，信號電平不時地變化。因此，在移動終端的發(fā)射系統(tǒng)中，設(shè)置成在功率放大器中將發(fā)射信號調(diào)節(jié)到所需的電平之后，將信號發(fā)送給基站。
過去已經(jīng)通過在發(fā)射系統(tǒng)的功率放大器的電源中使用DC-DC轉(zhuǎn)換器試圖改善它的操作的效率。然而，因為DC-DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生噪聲，并且要求較大容量的線圈，因此仍然有許多問題需要解決。
由于這些原因，專利文獻1(日本專利H9-130275)公開了如下的方法通過選擇包括具有對應(yīng)于在多個信號路徑(每個信號路徑包括具有不同的增益的信號放大裝置)中的所需的信號電平的增益的信號放大裝置的信號路徑，通過放大并輸出具有所選擇的信號路徑的信號放大裝置的增益的發(fā)射信號，以及通過停止控制沒有選擇的信號路徑的信號放大裝置的操作，在功率放大設(shè)備中實現(xiàn)提高操作效率同時抑制不需要的功率消耗的發(fā)射信號的增益調(diào)節(jié)方法。
專利文獻1(日本專利H9-130275)然而，最近的移動電話增加了所謂應(yīng)用的許多功能，比如帶GPS(全球定位系統(tǒng))傳感器的當前位置檢測功能、TV信號接收功能、紅外通信功能、帶攝像機的TV電話功能等。因此，執(zhí)行與基站的高速通信的場合增加，并且執(zhí)行這種高速通信的時間周期也延長。由此，平均發(fā)射功率增加到超過10mW，因此越來越多地要求能夠發(fā)送被放大到較大功率但不造成任何損失的傳輸功率。
此外，在專利文獻1中公開的技術(shù)的情況下，它被構(gòu)造成使用開關(guān)并聯(lián)連接的多個信號放大裝置，因此電路規(guī)模變得更大，并且在實施電路的情況下它可能是多芯片的形式。
人們強烈需要近來的移動通信終端系統(tǒng)進一步小型化，甚至為滿足這種需求需要以單芯片的形式形成功率放大設(shè)備。
本發(fā)明已經(jīng)考慮到上述的問題，并且被構(gòu)造成提供一種能夠顯著地改善操作效率并且進一步集成為單芯片形式的功率放大設(shè)備和移動通信終端設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的功率放大設(shè)備的一個實施例包括放大輸入信號的第一放大元件和進一步放大在第一放大元件中放大的輸入信號并輸送到第一輸出端子的第二放大元件。
此外，除了這些放大元件之外，這個實施例進一步包括第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件，第一開關(guān)元件基于控制信號執(zhí)行接通/切斷操作，以便在接通操作時通過從第一放大元件輸送輸入信號將第二放大元件設(shè)置在操作狀態(tài)下，以及在切斷操作時通過不從第一放大元件輸送輸入信號將第二放大元件設(shè)置在非操作狀態(tài)下，該第二開關(guān)元件基于控制信號執(zhí)行與第一開關(guān)元件的操作相反的接通/切斷操作，以便在接通操作時將輸入信號從第一放大元件輸送給第二輸出端子，以及在切斷操作時停止將輸入信號輸送給第二輸出端子。
根據(jù)本發(fā)明的這個實施例，第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件通過控制信號以彼此相反的關(guān)系操作。具體地，在輸出較大功率時，通過控制信號將第一開關(guān)元件控制為接通，而將第二開關(guān)元件控制為切斷。
由此，來自第一放大元件的輸入信號被輸送到第二放大元件，控制第二放大元件為接通狀態(tài)，并輸出在第一放大元件和第二放大元件中多級放大為較大功率的輸入信號。
相反，在輸出中等功率時，通過控制信號將第一開關(guān)元件控制為切斷，而將第二開關(guān)元件控制為接通。
由此，從第一放大元件到第二放大元件的輸入信號的輸送被停止，第二放大元件被控制為停止狀態(tài)，輸出僅通過第一放大元件要放大為中等功率的輸入信號。
因此，根據(jù)輸入信號多級放大的構(gòu)造中，在輸出較大功率時使在后面級中的放大元件(第二放大元件)處于操作狀態(tài)，而在輸出中等功率時停止在后面級中的放大元件的操作，因此可以提高這種功率放大設(shè)備的總操作效率。
此外，在本發(fā)明的另一實施例中，第一放大元件、第二放大元件、第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件都通過如下方式形成在形成晶體管的溝道的半導體襯底上層疊的多個半導體層的兩個半導體層之間的異質(zhì)結(jié)的附近形成高移動性的電子溝道，在多個半導體層的至少一側(cè)表面上形成接觸半導體層，該接觸半導體層是具有柵電極的高移動性電子晶體管并且由摻雜質(zhì)的半導體材料制成，以及形成高移動性電子晶體管，它的源電極或漏電極通過在接觸半導體層上的歐姆接觸層形成。
在高移動性電子晶體管中，接觸半導體層形成在多個半導體層(異質(zhì)結(jié)構(gòu))的側(cè)面上，并且歐姆接觸層形成在接觸半導體層上。因此，可以減小接通電阻，因為在操作電流路徑內(nèi)不存在具有高電阻的阻擋層。
此外，接觸半導體層由導電半導體材料制成，并且延伸到異質(zhì)結(jié)構(gòu)的上表面，歐姆接觸可以在這個部分上，并且不需要通過蝕刻深深地鉆挖半導體材料。因此，即使通過提供接觸半導體層使操作電流繞過阻擋層之外通過，所占用的面積仍然增加很小。
因此，通過將高移動性電子晶體管作為第一放大元件、第二放大元件、第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件應(yīng)用，可以將功率放大設(shè)備構(gòu)造成單芯片形式。
根據(jù)本發(fā)明，可以顯著地提高功率放大設(shè)備的操作效率。此外，可以將功率放大設(shè)備集成為單芯片形式。


附圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的移動電話的方塊圖；附圖2所示為在上述的移動電話的發(fā)射電路中提供的功率放大電路的電路圖；附圖3所示為在功率放大電路中提供的相應(yīng)的FET的結(jié)構(gòu)設(shè)置的橫截面圖；附圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例在移動電話中的發(fā)射電路中提供的功率放大電路的電路圖；和附圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的第三實施例在移動電話中的發(fā)射電路中提供的功率放大電路的電路圖。
具體實施例方式
本發(fā)明適用于如附圖1所示的基于W-CDMA(寬帶碼分多路訪問)格式的移動電話。
(第一優(yōu)選實施例)(移動電話的總體結(jié)構(gòu)和操作)
根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的移動電話在接收時通過天線1接收從基站發(fā)射的射頻信號。通過這個天線1接收的射頻信號通過天線共用器(DUP)2被輸送給接收器電路3(RX)。
接收器電路3通過將自頻率合成器(SYN)4輸送的接收器本地振蕩信號與通過天線1接收的射頻信號混合將射頻信號轉(zhuǎn)換為中間頻率信號，并將它輸送給CDMA信號處理單元6。例如，響應(yīng)來自控制單元5的控制信號控制自頻率合成器4輸送的接收器本地振蕩信號的頻率。
CDMA信號處理單元6將正交解調(diào)處理應(yīng)用到所接收的中間頻率信號以及使用指定給接收信道的擴展碼(PN碼)對其進行反擴展處理，以將所接收的中間頻率信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于其數(shù)據(jù)速率的預(yù)定格式的接收數(shù)據(jù)，然后輸送給代碼處理單元7。例如，CDMA信號處理單元6將指示接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率的信息輸送給控制單元5作為接收的數(shù)據(jù)速率。
在基于從控制單元5通知的接收數(shù)據(jù)的速率將壓縮/解壓處理應(yīng)用到從CDMA信號處理單元6輸送的接收數(shù)據(jù)之后，代碼處理單元7使用維特比(Viterbi)解碼器等實施解調(diào)處理和誤差校正解調(diào)以再現(xiàn)在基帶中的接收數(shù)據(jù)。
PCM碼處理單元8根據(jù)在控制單元5中判別的通信的類型(語音通信或數(shù)據(jù)通信)實施不同的信號處理。
更具體地說，在語音通信時，PCM碼處理單元8將PCM解調(diào)處理應(yīng)用到從代碼處理單元7輸送的接收數(shù)據(jù)中以將接收的模擬信號從其中輸出。這個接收的模擬信號在接收語音信號放大器9中放大并通過揚聲器10放出。
此外，在數(shù)據(jù)通信時，PCM碼處理單元8將從代碼處理單元7輸送的接收數(shù)據(jù)輸送給控制單元5。控制單元5將這個接收數(shù)據(jù)存儲在存儲器(RAM)11中。此外，存儲器(RAM)11根據(jù)要求通過外部接口(未示)將接收數(shù)據(jù)輸送給PDA(個人數(shù)字助理)或者筆記本型個人計算機。
然后，在發(fā)射時，以麥克風12收集要在語音通信時發(fā)射的揚聲器的語音，并在語音放大器13中將其放大到適當?shù)碾娖?。在PCM碼處理單元8中進行了PCM編碼處理之后，將它輸送給代碼處理單元7作為發(fā)射數(shù)據(jù)。
在這種語音通信時，代碼處理單元7基于從PCM碼處理單元8輸送的發(fā)射數(shù)據(jù)檢測輸入聲音的能量大小，基于檢測的結(jié)果確定數(shù)據(jù)速率。然后，在將發(fā)射數(shù)據(jù)壓縮成對應(yīng)于上述的數(shù)據(jù)速率的格式的脈沖信號之后，進一步對其進行誤差校正碼處理，并將它輸送給CDMA信號處理單元6。
此外，從PDA設(shè)備、筆記本型個人計算機輸出的數(shù)據(jù)或從數(shù)字照相機輸送的圖像數(shù)據(jù)通過外部接口輸送給控制單元5，然后通過PCM碼處理單元8從控制單元5輸送給代碼處理單元7。此外，比如電子郵件(以移動電話發(fā)送的郵件)的數(shù)據(jù)也輸送給控制單元5，然后通過PCM碼處理單元8從控制單元5輸送給代碼處理單元7。
在數(shù)據(jù)通信下代碼處理單元7將從PCM碼處理單元8輸送的發(fā)射數(shù)據(jù)壓縮成對應(yīng)于預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)速率的格式的脈沖信號，并且在對其應(yīng)用誤差校正編碼處理之后，將其輸送給CDMA信號處理單元6。
這樣，在語音通信和數(shù)據(jù)通信時的數(shù)據(jù)速率作為發(fā)射數(shù)據(jù)速率通知給控制單元5。
使用指定給發(fā)射信道的PN碼，CDMA信號處理單元6將擴展碼處理輸送給在代碼處理單元7中壓縮的脈沖信號。然后，在將正交調(diào)制處理應(yīng)用到作為擴展編碼的發(fā)射信號之后，這個正交的調(diào)制信號然后輸送給發(fā)射器電路14(TX)。
發(fā)射器電路14通過將正交調(diào)制信號與從頻率合成器4輸送的發(fā)射器本地振蕩信號混合而將其轉(zhuǎn)換為射頻信號。然后，基于從控制單元5通知的發(fā)射數(shù)據(jù)速率，并應(yīng)用在下文詳細描述的功率放大電路，發(fā)射器電路14僅放大要輸出的射頻信號的有效部分作為發(fā)射射頻信號。從發(fā)射器電路14輸出的這個發(fā)射射頻信號通過天線共用器2輸送給天線1以便從其中脈沖發(fā)射到基站。
這樣，輸入字符、代碼等的預(yù)定的輸入操作通過操作操作單元15執(zhí)行，在移動電話的郵件中的字符或圖像顯示在顯示單元16上。
(功率放大電路的構(gòu)成)在根據(jù)本發(fā)明的移動電話中的發(fā)射器電路14被構(gòu)造成包括如附圖2所示的功率放大電路。這個功率放大電路具有第一功率放大FET21和第二功率放大FET 22的兩個功率放大FET(場效應(yīng)晶體管)和第一開關(guān)FET 31和第二開關(guān)FET 32的兩個功率開關(guān)FET。
更具體地說，在這個功率放大電路中，第一匹配電路24(M1)連接在第一放大FET 21的柵極(G)和輸入端子23(RFin)之間，第一放大FET 21的源極接地，第一放大FET 21的漏極(D)通過DC切割電容器25連接到第一開關(guān)FET 31的源極。
第一開關(guān)FET 31的漏極通過DC切割電容器26連接到第二匹配電路29(M2)的輸入端子，并且這個第二匹配電路29的輸出端子連接到第二放大FET 22的柵極，第二放大FET 22的源極接地。第二放大FET 22的漏極通過第三匹配電路30(M3)連接到第一輸出端子51(輸出1)。
此外，第一放大FET 21的漏極端子(D)通過DC切割電容器27連接到第二開關(guān)FET 32的源極。第二開關(guān)FET 32的漏極通過DC切割電容器28連接到第四匹配電路33(M4)的輸入端子，并且第四匹配電路33的輸出端子連接到第二輸出端子52(輸出2)。
此外，第一開關(guān)FET 31的柵極連接到第一控制端子41(ctl 1)，開關(guān)控制信號從在附圖1中所示的控制單元5輸送到該第一控制端子41，第二開關(guān)FET 32的柵極連接到第二控制端子42(ctl 2)，開關(guān)控制信號從上述的控制單元5輸送到該第二控制端子42。
(功率放大電路的操作)這個功率放大電路被有選擇性地設(shè)置成通過如下方式產(chǎn)生發(fā)射輸出在較大功率發(fā)射輸出(用于從第一輸出端子51輸出)和在中等功率發(fā)射輸出(用于從第二輸出端子52輸出)之間切換，在第一放大FET 21以及在第二放大FET 22中多級放大較大功率發(fā)射輸出，而僅通過第一放大FET 21放大中等功率發(fā)射輸出。
更具體地說，在這個實例性實施例中，“中等功率”的范圍被界定為大約從-60dBm至20dBm，以及“較大功率”的范圍被界定為大約從21dBm至30dBm，以及在獲得較大功率發(fā)射輸出時，上文描述的控制單元5將例如2.7V的控制信號輸送給第一控制端子41，以及0V的控制信號輸送給第二控制端子42。因此，0V的控制信號輸送到其柵極的第二開關(guān)FET 32被切斷，而2.7V的控制信號輸送到其柵極的第一開關(guān)FET 31的被接通。
此外，在其中放大通過輸入端子23輸送到第一放大FET 21的發(fā)射信號，并通過第一開關(guān)FET 31從其中輸送給第二放大FET 22以在其中進一步放大，由此可以將其作為較大功率發(fā)射輸出(例如大約28dBm)從第一輸出端子51輸出。
在另一方面，在產(chǎn)生中等功率發(fā)射輸出時，控制單元5將0V的控制信號輸送給第一控制端子41，而將2.7V的控制信號輸送給第二控制端子42。因此，0V的控制信號輸送到其柵極的第一開關(guān)FET 31被切斷，而2.7V的控制信號輸送到其柵極的第二開關(guān)FET 32被接通。此外，通過輸入端子23輸送的發(fā)射信號在第一放大FET 21中被放大以從第二輸出端子52中作為中等功率發(fā)射輸出(例如18dBm)輸出。
通過提供輸出在兩個元件(即在第一放大FET 21和第二放大FET 22中)中多級放大的發(fā)射輸出的輸出線路(從第一放大FET 21到第一輸出端子51的線路)和輸出僅在一個元件(即在第一放大FET21)中放大的發(fā)射輸出的輸出線路(從第一放大FET 21到第二輸出端子52的線路)，并且還通過有選擇性地控制在這些線路中插入的第一開關(guān)FET 31和第二開關(guān)FET 32接通和切斷，可以實現(xiàn)在中等功率輸出的過程中控制第二放大FET 22為切斷狀態(tài)以便抑制功率消耗。因此，在中等功率輸出的過程中，確保有效地操作功率放大電路。
這樣，在這個實施例的描述中規(guī)定，通過使用控制單元5將0V的電壓(控制信號)應(yīng)用到第一或第二開關(guān)FET 31，32的柵極以使第一或第二開關(guān)FET 31，32成為切斷狀態(tài)而改善功率放大電路的操作效率，然而，并不限于這些，也可以停止電源本身到第一或第二開關(guān)31或32以使開關(guān)FET 31和32中的任一個成為切斷狀態(tài)以實現(xiàn)相同的效果。
(片上功率放大電路)(JP-HEMT的構(gòu)成)在此，注意，這個功率放大電路作為集成在砷化鎵芯片上的一個單芯片單片IC提供，這種砷化鎵芯片是通過使用具有與常規(guī)的HEMT(高電子移動性晶體管)的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)的用于上文所描述的相應(yīng)的FET 21、22、31和32的HEMT(JP-HEMT)實施。
附圖3所示為這個JP-HEMT的橫截面視圖。在這個JP-HEMT的情況下，具有開口部分62a的氧化硅膜62形成在半絕緣的半導體襯底61上。
此外，在通過開口部分62a暴露的半導體襯底的一部分上，通過有選擇性地外延生長法分別形成有三個半導體層，即溝道層63、摻雜層64和阻擋層65。
分別形成這三個半導體層63至65，例如溝道層63由未摻雜的GaAs制成，摻雜層64由Si摻雜的n-型AlxGa1-xAs(x＝0.2至0.3)制成，以及阻擋層65由未摻雜的AlxGa1-xAs制成。
因為在將n-型雜質(zhì)(給體)引入到摻雜層64中時在摻雜層64和溝道層63的材料之間存在電子親和性的差異以及在其中存在功函的差異，因此在熱平衡下在異質(zhì)結(jié)平面上在能量帶的能量的不連續(xù)處產(chǎn)生彎曲。這是因為在摻雜層64的側(cè)面上從給體產(chǎn)生的電子移動到溝道層63中導致在摻雜層64中的邊緣上的給體耗散。
因為在溝道層63內(nèi)的電子分布在很薄的二維區(qū)中，因此它們被稱為“二維電子氣體(2DEG)”，結(jié)果它們在空間上與給體(即它的始發(fā)者)隔離，它們能夠不受雜質(zhì)擴散等的影響地快速移動。在下文中，這個二維電子氣體(2DEG)層被稱為“高移動性電荷溝道”。
在氧化硅膜62上凸伸的三半導體層63至65的兩側(cè)上，分別形成由GaAs制成的接觸半導體層66(n-型雜質(zhì)比如Si等引入其中)。提供這個接觸半導體層66用于降低接通電阻，并對應(yīng)于通常形成在阻擋層65上的間隙層。
從提供接觸半導體層66以便有利于電子的流動而不形成異質(zhì)結(jié)勢壘的意義上講，接觸半導體層66優(yōu)選由與溝道層63相同的材料制成。此外，接觸半導體層66的雜質(zhì)濃度優(yōu)選高于摻雜層64以便增加它的導電性。
形成例如由氮化硅制成的絕緣膜67以覆蓋阻擋層65和接觸半導體層66的表面。
柵極開口部分67a形成在氮化硅膜67和阻擋層65的一部分上，并且p-型柵極雜質(zhì)區(qū)68形成在由這個開口部分67a暴露的阻擋層65的表面區(qū)域上。
此外，從在氮化硅膜67上的柵極開口部分67a的內(nèi)部，形成例如由Ti/Pt/Au等制成的柵電極69。通過施加到柵電極69的電壓，通過柵極雜質(zhì)區(qū)68調(diào)制二維電子氣體(2DEG)的濃度。在柵電極69上，形成例如由氮化硅制成的絕緣膜70。
在通過氮化硅膜67、70并在接觸半導體層66上的兩個部分中，形成源極開口部分67b或漏極開口部分67c，以及在通過這些開口部分67b、67c暴露的接觸半導體層66的表面上，分別形成例如由AuGe/Ni制成的歐姆接觸層71。至少在歐姆接觸層71和接觸半導體層66之間的邊界上，通過加熱形成合金區(qū)66a，由此完成歐姆接觸。在歐姆接觸層71上，形成了未示出的源電極或漏電極，由此形成了JP-HEMT。
在上述的功率放大電路的情況下，在這個JP-HEMT上通過中間絕緣膜進一步形成上層布線以實現(xiàn)它的單片系統(tǒng)集成。
(JP-HEMT的特征和效果)在具有上述構(gòu)造的JP-HEMT中，它的操作電流(漏極電流)通過漏電極、歐姆接觸層71和接觸半導體層66主要輸送給二維電子氣體(2DEG)層。此外，在它的源極側(cè)上，主要來自二維電子氣體(2DEG)的漏極電流通過接觸半導體層66和歐姆接觸層71流進源電極。
根據(jù)這種JP-HEMT，因為在漏極電流的通道中沒有插入具有高電阻的阻擋層65，因此可以減小源極電阻和漏極電阻，由此能夠使它的接通電阻最小化。因此，與常規(guī)的HETM相比，HP-HEMT具有如下的特征更高的功率、更快的速度、更低的噪聲和更低的功耗。
此外，因為這個JP-HEMT具有這樣的結(jié)構(gòu)它的具有有限的厚度的歐姆接觸層71不允許直接與二維電子氣體層接觸以實現(xiàn)良好的歐姆特性，因此不需要傾斜地制造多個層疊的半導體層以通過臺面蝕刻暴露二維電子氣體層的邊緣部分。
為進行通過臺面蝕刻的深度蝕刻，要求一定的面積，然而，因為這個JP-HEMT具有將歐姆結(jié)構(gòu)置于在接觸半導體層66的上端上的結(jié)構(gòu)，因此可以使增加的面積最小，由此使它適合于小型化。因此，通過使用上述的JP-HEMT作為FET 21、22、31和32，可以將本發(fā)明的功率放大電路構(gòu)造在一個芯片上。
此外，在使用HBT(異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管)替代這些上文所述的相應(yīng)FET 21、22、31和32構(gòu)造這個功率放大電路的情況下，雖然HBT允許使用脈沖電源，但是難以在一個芯片上構(gòu)造這個功率放大電路(在多個芯片上安裝功率放大電路)。此外，在使用常規(guī)的HEMT分別作為FET 21、22、23和24的情況下，因為常規(guī)的HEMT需要使用負電源，因此需要專門提供負電源，此外，難以在一個芯片上制造功率放大電路。
然而，通過使用JP-HEMT作為上文所述的相應(yīng)的FET 21、22、31和32構(gòu)造功率放大電路，可以在一個芯片上制造功率放大電路。此外，與在負電源上使用的常規(guī)HEMT相反，在這個JP-HEMT的情況下，可對正電源操作。因此，通過使用這個JP-HEMT作為上文所述的相應(yīng)的FET 21、22、31和32，可以原樣地使用從移動電話的電池中供應(yīng)的正功率，而不需要特別地形成負電源。因此，省去了形成負電源的專門的電路，由此通過簡化移動電話的電路結(jié)構(gòu)有助于使設(shè)備緊湊且重量輕。
(第一優(yōu)選實施例的效果和優(yōu)點)
從上文的描述中可以清楚地理解，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的移動電話在發(fā)射器電路14的功率放大電路中具有輸出在第一放大FET21和第二放大FET 22的多級放大的發(fā)射輸出的線路(從第一放大FET 21到第一輸出端子51的線路)和輸出僅在第一放大FET 21中放大的發(fā)射輸出的線路(從第一放大FET 21到第二輸出端子52的線路)，并且通過有選擇性地控制在這些線路中插入的第一開關(guān)FET 31和第二開關(guān)FET 32接通和切斷，例如通過在中等功率輸出的過程中控制第二放大FET 22為切斷狀態(tài)可以實現(xiàn)抑制功率消耗。因此，可以改善功率放大電路的總體操作效率。
具體地，在基于W-CDMA法的移動電話的情況下，其中發(fā)射功率頻繁變化，因此響應(yīng)這個頻繁變化的發(fā)射輸出能夠有效地操作發(fā)射器電路14的功率放大電路，由此實現(xiàn)顯著的效果。
此外，因為JP-HEMT用作構(gòu)成功率放大電路的相應(yīng)的FET 21、22、31和32，因此能夠使每個FET 21、22、31和32以微結(jié)構(gòu)制造，因此功率放大電路可以形成在一個芯片上。
此外，因為使用在每個FET 21、22、31和32的正電源上可操作的JP-HEMT，因此可以直接利用來自移動電話的電池的正功率而不需要專門形成負電源。因此，可以省去對形成負電源的任何增加的電路，通過簡化在移動電話中的電路結(jié)構(gòu)有助于該設(shè)備的緊湊和輕便的設(shè)計。
(第二優(yōu)選實施例)接著，描述根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的移動電話。根據(jù)第二實施例的這個移動電話的特征在于調(diào)節(jié)在發(fā)射器電路14的功率放大電路中設(shè)置的第一放大FET的輸出功率的功率調(diào)節(jié)單元。這樣，第一實施例和第二實施例的差別僅在于這方面。因此，僅描述這個差別，省去相同的描述。
(功率調(diào)節(jié)單元的構(gòu)成)根據(jù)第二實施例的移動電話具有如附圖4所示的結(jié)構(gòu)，其中功率調(diào)節(jié)單元88設(shè)置在發(fā)射器電路14的功率放大設(shè)備中以通過調(diào)節(jié)第一放大FET 21的柵極電壓調(diào)節(jié)通過從第一放大FET 21到第二輸出端子52的線路輸出的中等功率輸出的輸出電平。
更具體地說，這個功率調(diào)節(jié)單元88具有其源極通過分壓電阻83(R3)接地的第一調(diào)節(jié)FET 85和同樣地其源極通過分壓電阻84(R4)接地的第二調(diào)節(jié)FET 86。
第一調(diào)節(jié)FET 85的柵極連接到第一控制端子41(ctl 1)，該第一控制端子41連接到第一開關(guān)FET 31的柵極，第二調(diào)節(jié)FET 86的柵極連接到第二控制端子42(ctl 2)，該第二控制端子42連接到第二開關(guān)FET 32的柵極。
此外，相應(yīng)的調(diào)節(jié)FET 85，86的相應(yīng)的漏極通過分壓電阻81或分壓電阻82連接到參考電壓(Vdd)輸送到其中的參考電壓電源端子87。此外，通過將第一放大FET 21的柵極連接到在分壓電阻81和第一調(diào)節(jié)FET 85的漏極之間的節(jié)點以及在分壓電阻82和第二調(diào)節(jié)FET 86的漏極之間的節(jié)點，構(gòu)造了功率調(diào)節(jié)單元88。
這樣，使用前述的JP-HEMT也制造第一調(diào)節(jié)FET 85和第二調(diào)節(jié)FET 86，并且這個功率放大電路也形成在單芯片上。
(功率調(diào)節(jié)單元的操作)在這個功率調(diào)節(jié)單元88中，在輸出較大功率時，控制單元5將例如2.7V的電壓輸送給第一控制端子41，將0V的電壓輸送給第二控制端子42。因此，第一開關(guān)FET 31接通，而第二開關(guān)FET 32切斷，如上文所述，因此通過輸入端子23輸送的發(fā)射信號在第一放大FET 21和第二放大FET 22中被放大到要從第一輸出端子51中輸出的例如大約28dBm的較大的發(fā)射功率。
此外，在這種情況下，因為給第一控制端子41例如輸送2.7V的電壓，給第二控制端子42輸送例如0V的電壓，因此在功率調(diào)節(jié)單元88中的第一調(diào)節(jié)FET 85被轉(zhuǎn)換到接通狀態(tài)，而其中的第二調(diào)節(jié)FET86被轉(zhuǎn)換到切斷狀態(tài)。因此，給第一放大FET 21的柵極輸送具有通過如下獲得的值的電壓通過分壓電阻81、82和83對通過參考電壓電源端子87輸送的參考電壓進行分壓。
相反，在輸出中等功率時，控制單元5將例如2.7V的電壓輸送給第二控制端子42并將例如0V的電壓輸送給第一控制端子41。因此，第一開關(guān)FET 31被切斷而第二開關(guān)FET 32被接通，如上文所述，由此使通過輸入端子23輸送的發(fā)射信號僅在第一放大FET 21中放大并通過第二輸出端子52輸出。
此外，在這種情況下，因為給第二控制端子42輸送例如2.7V的電壓并給第一控制端子輸送0V的電壓，因此功率調(diào)節(jié)單元88的第一調(diào)節(jié)FET 85被設(shè)定為切斷，而第二調(diào)節(jié)FET 86被設(shè)定為接通。因此，給第一放大FET 21的柵極輸送具有通過如下獲得的值的電壓通過分壓電阻81、82和84對通過參考電壓電源端子87輸送的參考電壓進行分壓。
在此，在這個功率調(diào)節(jié)單元88中，設(shè)定相應(yīng)的分壓電阻81至84的相應(yīng)的值以使在通過分壓電阻81、82和83對參考電壓進行分壓時的電壓值V1(＝在輸出較大功率的過程中給第一放大FET 21的柵極輸送的電壓)和在通過分壓電阻81、82和84對參考電壓進行分壓時的電壓值V2(＝在輸出中等功率的過程中給第一放大FET 21的柵極輸送的電壓)之間保持關(guān)系“V1＜V2”。
因此，在通過僅在第一放大FET 21中放大發(fā)射信號輸出中等功率時，通過給第一放大FET 21的柵極輸送更高的電壓值，在這個中等功率的輸出的過程中可以將發(fā)射信號的功率值例如提高到大約18dBm。
(第二優(yōu)選實施例的效果和優(yōu)點)從上文的描述中可以明顯理解到，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的移動電話具有功率調(diào)節(jié)單元88，在作為中等功率輸出之前在發(fā)射信號僅在第一放大FET 21中被放大時，該功率調(diào)節(jié)單元88能夠提高要輸送給第一放大FET 21的柵極的電壓值，由此在輸出中等功率的過程中能夠提高發(fā)射信號的功率的值。
因此，即使所要求的發(fā)射功率增加很大，仍然可以應(yīng)對這種情況，此外，還可以獲得與第一實施例的優(yōu)點和效果相同的優(yōu)點和效果。
(第三優(yōu)選實施例)接著，描述根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例的移動電話。根據(jù)第三實施例的移動電話的特征在于在發(fā)射器電路14的功率放大電路中提供了相位調(diào)節(jié)電路以用于消除在要通過第一輸出端子51輸出的發(fā)射信號和要通過第二輸出端子52輸出的發(fā)射信號之間的相位差。
這樣，第三實施例的設(shè)備與上文描述的在先實施例的差別僅在于這個方面。因此，下文僅描述這個差別，而省去重復(fù)的描述。
此外，在下文的描述中，描述在根據(jù)第一實施例的移動電話的功率放大電路中提供的這個相位調(diào)節(jié)電路的實例。
(第三實施例的構(gòu)造)在根據(jù)第三實施例的移動電話中，如附圖5所示，在從第一放大FET 21連接到第二輸出端子52的線路中提供了相位調(diào)節(jié)電路90。
更具體地說，在連接到第二開關(guān)FET 32的漏極的DC切割電容器28和第四匹配電路33(M4)之間的連接中插入相位調(diào)節(jié)電路90。
這樣，在這個實例中，雖然相位調(diào)節(jié)電路90被描述成提供在從第一放大FET 21連接到第二輸出端子52的線路側(cè)上，但是并不限于這些，在從第一放大FET 21連接到第一輸出端子51的線路側(cè)上也可以提供相同的效果。
(第三實施例的操作)在這個功率放大電路的情況下，在輸出較大功率時，在第一放大FET 21和第二放大FET 22的總共兩個放大FET中放大發(fā)射信號。相反，在輸出中等功率時，在它輸出之前僅在第一放大FET 21中放大發(fā)射信號。通過單個放大FET旋轉(zhuǎn)發(fā)射信號的相位例如180度。
因此，在高功率輸出和中等功率輸出的發(fā)射信號之間造成了180度的相位差，因此，相位調(diào)節(jié)電路90在輸出發(fā)射信號之前消除了這個相位差。即，在輸出中等功率時，在輸出發(fā)射信號之前它從第一放大FET 21旋轉(zhuǎn)發(fā)射信號的相位180度。
(第三實施例的效果和優(yōu)點)因此，可以以相同的相位從第一輸出端子51和第二輸出端子52輸出發(fā)射信號，此外，可以實現(xiàn)根據(jù)在先的實施例的相同的效果和優(yōu)點。
此外，因為在第一放大FET 21和第二輸出端子52之間連接的用于輸出中等功率的線路中提供了相位調(diào)節(jié)電路90，因此在從用于輸出高功率的線路(即在第一放大FET 21和第一輸出端子51之間連接的線路)中輸出的發(fā)射信號中不存在輸出損失，由此能夠原樣地輸出被放大到高功率的發(fā)射信號而不存在損失。
即，在提供了相位調(diào)節(jié)電路90時，在它的輸出中多少存在損失。因為，可取的是在輸出較大功率時原樣地輸出被放大到較大功率的功率，在本實例中，相位調(diào)節(jié)電路90被安裝在用于輸出中等功率的線路中。
通過舉例，如果通過相位調(diào)節(jié)電路90的輸出損失在可允許的范圍內(nèi)，則相位調(diào)節(jié)電路90可以很好地安裝如上文所述的在第一放大FET 21和第一輸出端子51之間連接的用于輸出較大功率的線路中。
在上文相應(yīng)的實施例的描述中，已經(jīng)闡述了本發(fā)明的移動電話可適用于W-CDMA法的移動電話，但是它并不限于這些，它也可應(yīng)用于基于其它方法比如PDC法等的移動電話中或者應(yīng)用于通信終端設(shè)備中。
此外，在上文相應(yīng)的實施例的描述中，雖然本發(fā)明已經(jīng)被描述為應(yīng)用于在從功率放大電路的多個輸出之間切換的選擇開關(guān)，但是并不限于這些，它也可以應(yīng)用于在它的輸出之間切換的任何其它開關(guān)電路，例如天線開關(guān)電路等。
最后，本發(fā)明并不限于如上文所公開的實例性實施例。因此，應(yīng)該理解的是在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下本發(fā)明的設(shè)計等都可以做出許多修改、變化和組合。
權(quán)利要求
1.一種功率放大設(shè)備，包括放大輸入信號的第一放大元件；進一步放大在第一放大元件中放大的輸入信號并輸送到第一輸出端子的第二放大元件；第一開關(guān)元件，該第一開關(guān)元件基于控制信號執(zhí)行接通/切斷操作，以便在接通操作時通過從第一放大元件輸送輸入信號將第二放大元件設(shè)置在操作狀態(tài)下，以及在切斷操作時通過不從第一放大元件輸送輸入信號將第二放大元件設(shè)置在非操作狀態(tài)下；和第二開關(guān)元件，該第二開關(guān)元件基于控制信號執(zhí)行與第一開關(guān)元件的操作相反的接通/切斷操作，以便在接通操作時將輸入信號從第一放大元件輸送給第二輸出端子，以及在切斷操作時停止將輸入信號輸送給第二輸出端子。
2.如權(quán)利要求1所述的功率放大設(shè)備，其中第一放大元件包括其中源極連接到地端的FET，以及具有響應(yīng)輸送到柵極的輸入信號放大的電平的輸出從漏極中導出；以及進一步包括功率調(diào)節(jié)電路，在設(shè)置第二放大元件為非操作狀態(tài)的控制信號被輸送給第一開關(guān)元件時，該功率調(diào)節(jié)電路用于將具有大于在設(shè)置第二放大元件為操作狀態(tài)時的控制信號的電平的電平的功率調(diào)節(jié)信號疊加在要輸送給第一放大元件的柵極的輸入信號上。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的功率放大設(shè)備，進一步包括相位調(diào)節(jié)電路，用于調(diào)節(jié)以使通過第一放大元件和第二放大元件放大并輸送給第一輸出端子的輸入信號和僅通過第一放大元件放大并輸送給第二輸出端子的輸入信號的相位變?yōu)橄嗤南辔弧?br> 4.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的功率放大設(shè)備，包括第一放大元件、第二放大元件、第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件，被構(gòu)造成基于如下形成的高移動性電子晶體管形成的單芯片在形成晶體管的溝道的半導體襯底上疊加的多個半導體層的兩個半導體層之間的異質(zhì)結(jié)附近形成高移動性電子溝道；在多個半導體層的至少一個側(cè)面上形成接觸半導體層，它是具有柵電極的高移動性電子晶體管并且由摻雜質(zhì)的半導體材料制成；和形成高移動性電子晶體管，它的源電極或漏電極通過在接觸半導體層上的歐姆接觸層形成。
5.一種移動通信終端設(shè)備，該移動通信終端設(shè)備通過功率放大電路轉(zhuǎn)換發(fā)射信號的發(fā)射輸出并發(fā)射該發(fā)射輸出，其中該功率放大電路包括放大輸入信號的第一放大元件；進一步放大在第一放大元件中放大的輸入信號并輸送到第一輸出端子的第二放大元件；第一開關(guān)元件，該第一開關(guān)元件基于控制信號執(zhí)行接通/切斷操作，以便在接通操作時通過從第一放大元件輸送輸入信號將第二放大元件設(shè)置在操作狀態(tài)下，以及在切斷操作時通過不從第一放大元件輸送輸入信號將第二放大元件設(shè)置在非操作狀態(tài)下；和第二開關(guān)元件，該第二開關(guān)元件基于控制信號執(zhí)行與第一開關(guān)元件的操作相反的接通/切斷操作，以便在接通操作時將輸入信號從第一放大元件輸送給第二輸出端子，以及在切斷操作時停止將輸入信號輸送給第二輸出端子。
6.如權(quán)利要求5所述的移動通信終端設(shè)備，其中第一放大元件包括其中源極連接到地端的FET，以及具有響應(yīng)輸送到柵極的輸入信號放大的電平的輸出從漏極中導出；以及進一步包括功率調(diào)節(jié)電路，在設(shè)置第二放大元件為非操作狀態(tài)的控制信號被輸送給第一開關(guān)元件時，該功率調(diào)節(jié)電路用于將具有大于在設(shè)置第二放大元件為操作狀態(tài)時的控制信號的電平的電平的功率調(diào)節(jié)信號疊加在要輸送給第一放大元件的柵極的輸入信號上。
7.如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的移動通信終端設(shè)備，進一步包括相位調(diào)節(jié)電路，用于調(diào)節(jié)以使通過第一放大元件和第二放大元件放大并輸送給第一輸出端子的輸入信號和僅通過第一放大元件放大并輸送給第二輸出端子的輸入信號的相位變?yōu)橄嗤南辔弧?br> 8.如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的移動通信終端設(shè)備，包括第一放大元件、第二放大元件、第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件，被構(gòu)造成基于如下形成的高移動性電子晶體管形成的單芯片在形成晶體管的溝道的半導體襯底上疊加的多個半導體層的兩個半導體層之間的異質(zhì)結(jié)附近形成高移動性電子溝道；在多個半導體層的至少一個側(cè)面上形成接觸半導體層，它是具有柵電極的高移動性電子晶體管并且由摻雜質(zhì)的半導體材料制成；和形成高移動性電子晶體管，它的源電極或漏電極通過在接觸半導體層上的歐姆接觸層形成。
9.一種功率放大設(shè)備，包括設(shè)置在第一源極接地的放大FET的柵極端子和輸入端子之間的第一匹配電路；其源極端子通過DC切割電容器連接到第一源極接地的放大FET的漏極端子的第一開關(guān)FET；通過DC切割電容器連接到第一開關(guān)FET的漏極端子的第二匹配電路；其柵極端子連接到第二匹配電路的另一端子的第二源極接地的放大FET；連接到第二源極接地的放大FET的漏極端子的第三匹配電路；連接到第三匹配電路的另一端子的第一輸出端子；其源極端子通過DC切割電容器與第一開關(guān)FET并聯(lián)地連接到第一源極接地的放大FET的漏極端子的第二開關(guān)FET；通過DC切割電容器連接到第二開關(guān)FET的漏極端子的第四匹配電路；連接到第四匹配電路的另一端子的第二輸出端子；連接到第一開關(guān)FET的柵極端子的第一控制端子；和連接到第二開關(guān)FET的柵極端子的第二控制端子。
10.如權(quán)利要求9所述的功率放大設(shè)備，進一步包括第一功率調(diào)節(jié)FET，在其源極端子和地端之間第三分阻器連接到第一功率調(diào)節(jié)FET；和第二功率調(diào)節(jié)FET，在其源極端子和地端之間第四分阻器連接到第二功率調(diào)節(jié)FET，其中第一功率調(diào)節(jié)FET的漏極端子通過第一分阻器連接到電源；第二功率調(diào)節(jié)FET的漏極端子通過第二分阻器連接到電源；第一功率調(diào)節(jié)FET和第二功率調(diào)節(jié)FET的漏極端子彼此連接的節(jié)點連接在第一源極接地的放大FET的柵極端子和第一匹配電路之間；第一功率調(diào)節(jié)FET的柵極端子和第一開關(guān)FET的柵極端子中的每個連接到第一控制端子；和第二功率調(diào)節(jié)FET的柵極端子和第二開關(guān)FET的柵極端子中的每個連接到第二控制端子。
11.如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的功率放大設(shè)備，進一步包括在連接到第二開關(guān)FET的漏極端子的DC切割電容器和第四匹配電路之間提供相位調(diào)節(jié)電路。
12.如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的功率放大設(shè)備，包括第一和第二源極接地的放大FET和第一和第二開關(guān)FET，被構(gòu)造成基于通過如下方式形成的高移動性電子晶體管的單芯片在形成晶體管的溝道的半導體襯底上疊加的多個半導體層的兩個半導體層之間的異質(zhì)結(jié)附近形成高移動性電子溝道；在多個半導體層的至少一個側(cè)面上形成接觸半導體層，它是具有柵電極的高移動性電子晶體管并且由摻雜質(zhì)的半導體材料制成；和形成高移動性電子晶體管，它的源電極或漏電極通過在接觸半導體層上的歐姆接觸層形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及功率放大設(shè)備和移動通信終端設(shè)備，其中移動通信終端設(shè)備在放大輸入信號的第一放大元件和第一輸出端子之間包括用于進一步放大在第一放大元件中被放大的輸入信號以輸出到第一輸出端子的第二放大元件和控制第二放大元件為停止狀態(tài)的第一開關(guān)元件。此外，在第一放大元件和第二輸出端子之間，提供了控制從第一放大元件到第二輸出端子的輸出的輸送的第二開關(guān)電路。在輸出中等功率時，通過減小功率消耗提高功率放大設(shè)備的操作效率。因此，提高了通過切換輸出放大到較大功率的輸入信號或者放大到中等功率的輸入信號的功率放大設(shè)備的總的操作效率。
文檔編號H03F3/24GK1658496SQ20051000931
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月19日
發(fā)明者小林智雄, 楠繁雄, 島田將之 申請人:索尼株式會社, 索尼愛立信移動通信日本株式會社