JP2002084142A - 高周波電力増幅器 - Google Patents
高周波電力増幅器Info
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- JP2002084142A JP2002084142A JP2000272192A JP2000272192A JP2002084142A JP 2002084142 A JP2002084142 A JP 2002084142A JP 2000272192 A JP2000272192 A JP 2000272192A JP 2000272192 A JP2000272192 A JP 2000272192A JP 2002084142 A JP2002084142 A JP 2002084142A
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- frequency power
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高周波電力増幅素子の発熱による特性劣化お
よび熱暴走を防止し、より高性能な高周波電力増幅器を
提供する。 【解決手段】 少なくとも2つの半導体チップ3、7に
より構成された高周波電力増幅器であって、一つの半導
体チップ3上に形成され、入力された高周波電力を増幅
する高周波電力増幅素子2と、この高周波電力増幅素子
の動作点を設定するために、少なくとも一部が高周波電
力増幅素子と同一の半導体チップ上に形成され、高周波
電力増幅素子と同一の温度特性を持つ基準電圧発生部5
を有するバイアス回路4とを備えた。
よび熱暴走を防止し、より高性能な高周波電力増幅器を
提供する。 【解決手段】 少なくとも2つの半導体チップ3、7に
より構成された高周波電力増幅器であって、一つの半導
体チップ3上に形成され、入力された高周波電力を増幅
する高周波電力増幅素子2と、この高周波電力増幅素子
の動作点を設定するために、少なくとも一部が高周波電
力増幅素子と同一の半導体チップ上に形成され、高周波
電力増幅素子と同一の温度特性を持つ基準電圧発生部5
を有するバイアス回路4とを備えた。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話等に用い
られる高周波電力増幅器に関する。
られる高周波電力増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】GaAs電界効果トランジスタ(FE
T)やヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)等
の化合物デバイスによるパワーモジュールやパワーモノ
リシックマイクロ波集積回路(MMIC)といった高周
波電力増幅器は、低消費電力、低歪みといった点でシリ
コンによるものに比較して優位であり、携帯電話等の小
型移動体無線機器に使用されている。
T)やヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)等
の化合物デバイスによるパワーモジュールやパワーモノ
リシックマイクロ波集積回路(MMIC)といった高周
波電力増幅器は、低消費電力、低歪みといった点でシリ
コンによるものに比較して優位であり、携帯電話等の小
型移動体無線機器に使用されている。
【0003】このような高周波電力増幅器で高い性能を
得るには、高周波電力増幅素子の動作点を適切に設定す
るためのバイアス電圧を与える必要がある。従来は、こ
のバイアス電圧発生には、バイアス電流がほとんど流れ
ないGaAsFETでは単純な分圧抵抗で、数mAから
数10mAのベース電流が流れるHBTでは、電力増幅
用HBTと同一チップ上に形成したHBTによるバイア
ス回路が用いられていた。
得るには、高周波電力増幅素子の動作点を適切に設定す
るためのバイアス電圧を与える必要がある。従来は、こ
のバイアス電圧発生には、バイアス電流がほとんど流れ
ないGaAsFETでは単純な分圧抵抗で、数mAから
数10mAのベース電流が流れるHBTでは、電力増幅
用HBTと同一チップ上に形成したHBTによるバイア
ス回路が用いられていた。
【0004】しかしながら、最近の携帯電話用の高周波
電力増幅器には、通話時間をさらに延ばすためや、基地
局との距離変化に対応するためのパワーコントロール等
が必須となっており、上記のバイアス回路にも外部端子
からの電圧によるバイアス電圧制御やスリープモード等
の機能が必要とされている。
電力増幅器には、通話時間をさらに延ばすためや、基地
局との距離変化に対応するためのパワーコントロール等
が必須となっており、上記のバイアス回路にも外部端子
からの電圧によるバイアス電圧制御やスリープモード等
の機能が必要とされている。
【0005】ところが、従来のように単純な分圧抵抗や
オンチップのバイアス回路ではこのような制御機能を持
たせることは極めて困難であり、バイアス回路を電力増
幅素子とは別チップ上にシリコンバイポーラやCMOS
デバイスにより構成した方が得策である。
オンチップのバイアス回路ではこのような制御機能を持
たせることは極めて困難であり、バイアス回路を電力増
幅素子とは別チップ上にシリコンバイポーラやCMOS
デバイスにより構成した方が得策である。
【0006】図4は、そのような2チップで構成された
従来の高周波電力増幅器の一例として、2段アンプ構成
のハイブリッドモジュールの構成図である。
従来の高周波電力増幅器の一例として、2段アンプ構成
のハイブリッドモジュールの構成図である。
【0007】図4において、セラミック等の基板101
上に、高周波電力増幅素子としてHBT102が形成さ
れた第1の半導体チップ103と、HBT102の動作
点を設定するためのバイアス回路104が形成された第
2の半導体チップ105とがマウントされている。
上に、高周波電力増幅素子としてHBT102が形成さ
れた第1の半導体チップ103と、HBT102の動作
点を設定するためのバイアス回路104が形成された第
2の半導体チップ105とがマウントされている。
【0008】第2の半導体チップ105上には、アンプ
の段数に対応した2系統のバイアス回路104が形成さ
れている。バイアス回路104としては、基準電圧発生
回路106、差動増幅器107、および分圧抵抗108
から構成された直列形安定化電源回路が用いられてい
る。バイアス回路104において、基準電圧発生回路1
06から出力され差動増幅器107の正転入力端子に供
給される基準電圧と、バイアス回路104から出力され
分圧抵抗108により分圧されて差動増幅器107の反
転入力端子に供給される電圧とが一致するように、差動
増幅器107の出力電圧が制御される。
の段数に対応した2系統のバイアス回路104が形成さ
れている。バイアス回路104としては、基準電圧発生
回路106、差動増幅器107、および分圧抵抗108
から構成された直列形安定化電源回路が用いられてい
る。バイアス回路104において、基準電圧発生回路1
06から出力され差動増幅器107の正転入力端子に供
給される基準電圧と、バイアス回路104から出力され
分圧抵抗108により分圧されて差動増幅器107の反
転入力端子に供給される電圧とが一致するように、差動
増幅器107の出力電圧が制御される。
【0009】また、基板101上に形成された金属膜パ
ターンとその上にマウントされたチップ部品で構成され
た入力マッチング回路109、段間マッチング回路11
0、および出力マッチング回路111が設けられ、それ
らはHBT102とボンディングワイヤ等により接続さ
れている。また、HBT102には、電源端子112か
ら段間マッチング回路110および出力マッチング回路
111を介して、直流電流が供給される。
ターンとその上にマウントされたチップ部品で構成され
た入力マッチング回路109、段間マッチング回路11
0、および出力マッチング回路111が設けられ、それ
らはHBT102とボンディングワイヤ等により接続さ
れている。また、HBT102には、電源端子112か
ら段間マッチング回路110および出力マッチング回路
111を介して、直流電流が供給される。
【0010】このような構成により、高周波入力端子1
13に印加された高周波電力が増幅され、高周波出力端
子114から、そこに接続されているアンテナ等に出力
される。
13に印加された高周波電力が増幅され、高周波出力端
子114から、そこに接続されているアンテナ等に出力
される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】一般に、HBTは動作
時の発熱による温度上昇により、最適動作のためのベー
スバイアス電圧が変化する。しかし、従来の構成のよう
にバイアス回路全体が別チップ上に構成されていれば、
高周波電力増幅素子の発熱による影響は軽微であり、バ
イアス回路の出力電圧はほぼ一定に保たれる。このた
め、例えば高周波電力増幅回路の入力電力を変化させて
パワーコントロールを行うような場合、発熱量が変化
し、高周波電力増幅素子の、例えば最大効率が得られる
ような最適バイアス電圧が変化しても、実際に供給され
るバイアス電圧は一定であるので、良好な特性を得るこ
とができない。
時の発熱による温度上昇により、最適動作のためのベー
スバイアス電圧が変化する。しかし、従来の構成のよう
にバイアス回路全体が別チップ上に構成されていれば、
高周波電力増幅素子の発熱による影響は軽微であり、バ
イアス回路の出力電圧はほぼ一定に保たれる。このた
め、例えば高周波電力増幅回路の入力電力を変化させて
パワーコントロールを行うような場合、発熱量が変化
し、高周波電力増幅素子の、例えば最大効率が得られる
ような最適バイアス電圧が変化しても、実際に供給され
るバイアス電圧は一定であるので、良好な特性を得るこ
とができない。
【0012】さらには、上記従来例のようにHBT等の
バイポーラデバイスの場合、自己発熱による温度上昇に
よりコレクタ電流が増大し、これがさらに温度上昇につ
ながるという、いわゆる熱暴走さえ引き起こす場合があ
り、これは高周波電力増幅器としては致命的な欠陥とな
る。
バイポーラデバイスの場合、自己発熱による温度上昇に
よりコレクタ電流が増大し、これがさらに温度上昇につ
ながるという、いわゆる熱暴走さえ引き起こす場合があ
り、これは高周波電力増幅器としては致命的な欠陥とな
る。
【0013】本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、高周波電力増幅素子の発熱
による特性劣化および熱暴走を防止し、より高性能な高
周波電力増幅器を提供することにある。
たものであり、その目的は、高周波電力増幅素子の発熱
による特性劣化および熱暴走を防止し、より高性能な高
周波電力増幅器を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る高周波電力増幅器は、少なくとも2つ
の半導体チップにより構成された高周波電力増幅器であ
って、一つの半導体チップ上に形成され、入力された高
周波電力を増幅する高周波電力増幅素子と、この高周波
電力増幅素子の動作点を設定するために、少なくとも一
部が高周波電力増幅素子と同一の半導体チップ上に形成
され、高周波電力増幅素子と同一の温度特性を持つ基準
電圧発生部を有するバイアス回路とを備えたことを特徴
とする。
め、本発明に係る高周波電力増幅器は、少なくとも2つ
の半導体チップにより構成された高周波電力増幅器であ
って、一つの半導体チップ上に形成され、入力された高
周波電力を増幅する高周波電力増幅素子と、この高周波
電力増幅素子の動作点を設定するために、少なくとも一
部が高周波電力増幅素子と同一の半導体チップ上に形成
され、高周波電力増幅素子と同一の温度特性を持つ基準
電圧発生部を有するバイアス回路とを備えたことを特徴
とする。
【0015】この高周波電力増幅器において、高周波電
力増幅素子はバイポーラトランジスタであり、基準電圧
発生部は、前記高周波電力増幅素子と同一の半導体チッ
プ上に形成され、前記高周波電力増幅素子と同一の構成
を有してダイオード接続されたバイポーラトランジスタ
と、高周波電力増幅素子とは異なる半導体チップ上に形
成され、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタ
に電流を供給する電流源とからなることが好ましい。こ
の場合、電流源は、外部から印加される電圧により電流
値が制御される電圧制御型電流源であることが好まし
い。
力増幅素子はバイポーラトランジスタであり、基準電圧
発生部は、前記高周波電力増幅素子と同一の半導体チッ
プ上に形成され、前記高周波電力増幅素子と同一の構成
を有してダイオード接続されたバイポーラトランジスタ
と、高周波電力増幅素子とは異なる半導体チップ上に形
成され、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタ
に電流を供給する電流源とからなることが好ましい。こ
の場合、電流源は、外部から印加される電圧により電流
値が制御される電圧制御型電流源であることが好まし
い。
【0016】上記の構成によれば、高周波電力増幅素子
の発熱による特性劣化および熱暴走を防止し、より高性
能な高周波電力増幅器を実現することができる。また、
高周波電力増幅素子へのバイアス電圧を外部から高精度
に制御することで、パワーコントロールに応じた最適な
バイアス電圧に設定することができる。
の発熱による特性劣化および熱暴走を防止し、より高性
能な高周波電力増幅器を実現することができる。また、
高周波電力増幅素子へのバイアス電圧を外部から高精度
に制御することで、パワーコントロールに応じた最適な
バイアス電圧に設定することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
て、図面を参照して説明する。
【0018】(第1実施形態)図1は、本発明の第1実
施形態による高周波電力増幅器の構成図である。
施形態による高周波電力増幅器の構成図である。
【0019】図1において、セラミック等の基板1上
に、高周波電力増幅素子としてのHBT2、およびHB
T2の動作点を設定するバイアス回路4の一部分を構成
する基準電圧発生回路5が形成された第1の半導体チッ
プ3と、バイアス回路4の他の部分を構成する差動増幅
器6および分圧抵抗8が形成された第2の半導体チップ
7とがマウントされている。
に、高周波電力増幅素子としてのHBT2、およびHB
T2の動作点を設定するバイアス回路4の一部分を構成
する基準電圧発生回路5が形成された第1の半導体チッ
プ3と、バイアス回路4の他の部分を構成する差動増幅
器6および分圧抵抗8が形成された第2の半導体チップ
7とがマウントされている。
【0020】バイアス回路4において、第1の半導体チ
ップ3上に形成された基準電圧発生回路5から出力さ
れ、第2の半導体チップ7上に形成された差動増幅器6
の正転入力端子に供給される基準電圧と、差動増幅器6
から出力され分圧抵抗108により分圧されて差動増幅
器6の反転入力端子に供給される電圧とが一致するよう
に、差動増幅器6の出力電圧が制御される。
ップ3上に形成された基準電圧発生回路5から出力さ
れ、第2の半導体チップ7上に形成された差動増幅器6
の正転入力端子に供給される基準電圧と、差動増幅器6
から出力され分圧抵抗108により分圧されて差動増幅
器6の反転入力端子に供給される電圧とが一致するよう
に、差動増幅器6の出力電圧が制御される。
【0021】また、基板1上に形成された金属膜パター
ンとその上にマウントされたチップ部品で構成された、
入力マッチング回路9、段間マッチング回路10、およ
び出力マッチング回路11が設けられ、それらはHBT
2とボンディングワイヤ等により接続されている。ま
た、HBT2には、電源端子12から段間マッチング回
路10および出力マッチング回路11を介して、直流電
流が供給される。この構成により、高周波入力端子13
に入力された高周波信号が増幅され、高周波出力端子1
4から、それに接続されたアンテナ等に出力される。
ンとその上にマウントされたチップ部品で構成された、
入力マッチング回路9、段間マッチング回路10、およ
び出力マッチング回路11が設けられ、それらはHBT
2とボンディングワイヤ等により接続されている。ま
た、HBT2には、電源端子12から段間マッチング回
路10および出力マッチング回路11を介して、直流電
流が供給される。この構成により、高周波入力端子13
に入力された高周波信号が増幅され、高周波出力端子1
4から、それに接続されたアンテナ等に出力される。
【0022】次に、本実施形態による高周波電力増幅器
の動作について説明する。
の動作について説明する。
【0023】HBT2の発熱による第1の半導体チップ
3の温度上昇により、第1の半導体チップ3上に形成さ
れている基準電圧発生回路5の温度も上昇する。この基
準電圧発生回路5の温度特性を、HBT2の最適バイア
ス電圧と同じ温度特性を持つように構成することによっ
て、温度上昇による高周波電力増幅器の特性劣化を避け
ることができる。
3の温度上昇により、第1の半導体チップ3上に形成さ
れている基準電圧発生回路5の温度も上昇する。この基
準電圧発生回路5の温度特性を、HBT2の最適バイア
ス電圧と同じ温度特性を持つように構成することによっ
て、温度上昇による高周波電力増幅器の特性劣化を避け
ることができる。
【0024】(第2実施形態)図2は、本発明の第2実
施形態による高周波電力増幅器の構成図である。なお、
第1実施形態と同一の構成要素については同一の符号を
付して説明を省略する。
施形態による高周波電力増幅器の構成図である。なお、
第1実施形態と同一の構成要素については同一の符号を
付して説明を省略する。
【0025】図2において、第1の半導体チップ3上に
は、高周波電力増幅素子としてHBT2、およびバイア
ス回路4の一部分を構成するダイオード接続されたHB
T15が形成されている。第2の半導体チップ7上に
は、バイアス回路4の他の部分を構成し、電圧バッファ
として機能する差動増幅器6とHBT15のコレクタ・
ベース共通接続部に電流を供給する電流源16とが形成
されている。
は、高周波電力増幅素子としてHBT2、およびバイア
ス回路4の一部分を構成するダイオード接続されたHB
T15が形成されている。第2の半導体チップ7上に
は、バイアス回路4の他の部分を構成し、電圧バッファ
として機能する差動増幅器6とHBT15のコレクタ・
ベース共通接続部に電流を供給する電流源16とが形成
されている。
【0026】この構成により、ダイオード接続されたH
BT15のベース・エミッタ間電圧が、基準電圧として
差動増幅器6の正転入力端子に供給される。差動増幅器
6の出力端子はそれ自身の反転入力端子とHBT2のベ
ースに接続されており、これにより、HBT2のベース
には、HBT15のベース・エミッタ間電圧が供給され
る。
BT15のベース・エミッタ間電圧が、基準電圧として
差動増幅器6の正転入力端子に供給される。差動増幅器
6の出力端子はそれ自身の反転入力端子とHBT2のベ
ースに接続されており、これにより、HBT2のベース
には、HBT15のベース・エミッタ間電圧が供給され
る。
【0027】次に、本実施形態による高周波電力増幅器
の動作について説明する。
の動作について説明する。
【0028】第1の半導体チップ上に共に形成されたH
BT2とHBT15は同じ温度特性を持ち、HBT2の
ベースに供給される電圧、すなわちHBT15のベース
・エミッタ間電圧の温度特性は1℃の温度上昇に対して
数mVで負の値となる。従って、HBT2のベース電圧
は温度上昇とともに低下する。このベース電圧の低下に
よって、温度上昇によるコレクタ電流の増大が相殺さ
れ、HBT2のコレクタ電流は常に一定に保たれる。こ
れにより、高周波電力増幅器の温度特性が改善され熱暴
走が防止される。
BT2とHBT15は同じ温度特性を持ち、HBT2の
ベースに供給される電圧、すなわちHBT15のベース
・エミッタ間電圧の温度特性は1℃の温度上昇に対して
数mVで負の値となる。従って、HBT2のベース電圧
は温度上昇とともに低下する。このベース電圧の低下に
よって、温度上昇によるコレクタ電流の増大が相殺さ
れ、HBT2のコレクタ電流は常に一定に保たれる。こ
れにより、高周波電力増幅器の温度特性が改善され熱暴
走が防止される。
【0029】(第3実施形態)図3は、本発明の第3実
施形態による高周波電力増幅器の構成図である。本実施
形態は、第2実施形態における電流源16を電圧制御型
電流源17とし、制御端子18に印加された外部電圧に
より制御できるようにしている。
施形態による高周波電力増幅器の構成図である。本実施
形態は、第2実施形態における電流源16を電圧制御型
電流源17とし、制御端子18に印加された外部電圧に
より制御できるようにしている。
【0030】本実施形態の構成によれば、第2実施形態
と同様に、温度特性が改善され熱暴走が防止されるとと
もに、ダイオード接続されたHBT15の立ち上がり付
近の極めて狭い範囲のベース・エミッタ間電圧を電圧制
御型電流源17により高精度に可変することができるの
で、制御端子18に印加した外部電圧により、HBT2
のベースバイアス電圧を高精度に制御することができ
る。
と同様に、温度特性が改善され熱暴走が防止されるとと
もに、ダイオード接続されたHBT15の立ち上がり付
近の極めて狭い範囲のベース・エミッタ間電圧を電圧制
御型電流源17により高精度に可変することができるの
で、制御端子18に印加した外部電圧により、HBT2
のベースバイアス電圧を高精度に制御することができ
る。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波電力増幅素子の発熱による特性劣化および熱暴走
を防止し、より高性能な高周波電力増幅器を実現するこ
とができるという格別の効果を奏する。
高周波電力増幅素子の発熱による特性劣化および熱暴走
を防止し、より高性能な高周波電力増幅器を実現するこ
とができるという格別の効果を奏する。
【図1】 本発明の第1実施形態による高周波電力増幅
器の構成図
器の構成図
【図2】 本発明の第2実施形態による高周波電力増幅
器の構成図
器の構成図
【図3】 本発明の第3実施形態による高周波電力増幅
器の構成図
器の構成図
【図4】 従来の高周波電力増幅器の構成図
1 基板 2 高周波電力増幅素子としてのHBT 3 第1の半導体チップ 4 バイアス回路 5 基準電圧発生回路 6 差動増幅器 7 第2の半導体チップ 8 分圧抵抗 9 入力マッチング回路 10 段間マッチング回路 11 出力マッチング回路 12 電源端子 13 高周波入力端子 14 高周波出力端子 15 ダイオード接続されたHBT 16 電流源 17 電圧制御型電流源 18 制御端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J090 AA01 AA41 CA02 CA56 CN03 FA10 FA16 FN06 FN14 HA06 HA19 HA25 KA00 KA02 KA05 KA07 KA11 KA12 KA29 KA66 MA21 SA13 5J091 AA01 AA41 CA02 CA56 FA10 FA16 HA06 HA19 HA25 KA00 KA02 KA05 KA07 KA11 KA12 KA29 KA66 MA21 SA13
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも2つの半導体チップにより構
成された高周波電力増幅器であって、 一つの半導体チップ上に形成され、入力された高周波電
力を増幅する高周波電力増幅素子と、 前記高周波電力増幅素子の動作点を設定するために、少
なくとも一部が前記高周波電力増幅素子と同一の半導体
チップ上に形成され、前記高周波電力増幅素子と同一の
温度特性を持つ基準電圧発生部を有するバイアス回路と
を備えたことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 【請求項2】 前記高周波電力増幅素子はバイポーラト
ランジスタであり、 前記基準電圧発生部は、 前記高周波電力増幅素子と同一の半導体チップ上に形成
され、前記高周波電力増幅素子と同一の構成を有してダ
イオード接続されたバイポーラトランジスタと、 前記高周波電力増幅素子とは異なる半導体チップ上に形
成され、前記ダイオード接続されたバイポーラトランジ
スタに電流を供給する電流源とからなることを特徴とす
る請求項1記載の高周波電力増幅器。 - 【請求項3】 前記電流源は、外部から印加される電圧
により電流値が制御される電圧制御型電流源であること
を特徴とする請求項2記載の高周波電力増幅器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000272192A JP2002084142A (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 高周波電力増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000272192A JP2002084142A (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 高周波電力増幅器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002084142A true JP2002084142A (ja) | 2002-03-22 |
Family
ID=18758352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000272192A Pending JP2002084142A (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 高周波電力増幅器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002084142A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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