JP2011041313A - 高周波電力増幅器 - Google Patents
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Abstract
【課題】マルチフィンガー型のトランジスタを用いた場合に、歪特性を改善することができる高周波電力増幅器を得る。
【解決手段】複数のトランジスタセルを電気的に並列接続したマルチフィンガー型のトランジスタと、複数のトランジスタセルのゲート電極に接続された入力側整合回路と、各トランジスタセルのゲート電極と入力側整合回路の間にそれぞれ接続された共振回路とを有し、共振回路は、トランジスタの動作周波数の2次高調波の周波数又は2次高調波の周波数を中心とした所定の範囲内で共振してゲート電極に短絡又は十分に低い負荷を与える。
【選択図】図1
【解決手段】複数のトランジスタセルを電気的に並列接続したマルチフィンガー型のトランジスタと、複数のトランジスタセルのゲート電極に接続された入力側整合回路と、各トランジスタセルのゲート電極と入力側整合回路の間にそれぞれ接続された共振回路とを有し、共振回路は、トランジスタの動作周波数の2次高調波の周波数又は2次高調波の周波数を中心とした所定の範囲内で共振してゲート電極に短絡又は十分に低い負荷を与える。
【選択図】図1
Description
本発明は、移動体通信、衛星通信用などのマイクロ波、ミリ波帯の通信機に用いられる高周波電力増幅器に関するものである。
マルチキャリア信号又は近年のCDMA方式等の変調波信号を用いるマイクロ波通信システムでは、高周波電力増幅器の非線形性によって生じる歪の影響をできるだけ小さくする必要がある。これに対し、入力側の2次高調波を短絡に近い負荷条件にすれば、高効率で動作することが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、移動体通信、衛星通信用の高出力電力増幅器では、大電力を得るため、複数のトランジスタセルを電気的に並列接続してゲート幅を大きくしたマルチフィンガー型のトランジスタが用いられる。
このような従来の高周波電力増幅器を図13に示す。複数のトランジスタセル1が電気的に並列接続され、そのゲート電極に入力側整合回路2が接続され、ドレイン電極に出力側整合回路3が接続されている。そして、高調波負荷を制御するため、トランジスタの動作周波数の2次高調波の周波数で共振する共振回路4がゲート電極に接続されている。
マルチフィンガー型のトランジスタを用いた場合、必然的にトランジスタの入出カインピーダンスも低くなり、トランジスタと動作周波数でインピーダンス整合させるための整合回路の負荷も非常に小さくなる。従って、2次高調波で短絡条件とする場合は、インピーダンスの非常に低い基本波負荷に対してさらに低インピーダンスの負荷を高調波周波数で実現する必要がある。
しかし、従来の高周波電力増幅器では、ゲート電極を合成して入力側合成回路に接続した後に共振回路を接続していたため、低インピーダンスの負荷を得ることができず、歪特性を改善することができなかった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、マルチフィンガー型のトランジスタを用いた場合に、歪特性を改善することができる高周波電力増幅器を得るものである。
本発明に係る高周波電力増幅器は、複数のトランジスタセルを電気的に並列接続したマルチフィンガー型のトランジスタと、複数のトランジスタセルのゲート電極に接続された入力側整合回路と、各トランジスタセルのゲート電極と入力側整合回路の間にそれぞれ接続された共振回路と、前記トランジスタの動作周波数の信号波の電気長の1/4だけ前記共振回路から離れた位置に設けられた第2の共振回路とを有し、共振回路は、トランジスタの動作周波数の2次高調波の周波数又は2次高調波の周波数を中心とした所定の範囲内で共振してゲート電極に短絡又は十分に低い負荷を与える。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
本発明により、マルチフィンガー型のトランジスタを用いた場合に、歪特性を改善することができる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る高周波電力増幅器を示す上面図であり、図2はその回路図である。
図1は、本発明の実施の形態1に係る高周波電力増幅器を示す上面図であり、図2はその回路図である。
複数のトランジスタセル1を電気的に並列接続することで、マルチフィンガー型のトランジスタ5が形成されている。そして、複数のトランジスタセル1のゲート電極は、ボンディングワイヤ6により入力側整合回路2に接続されている。また、複数のトランジスタセル1のドレイン電極は、ボンディングワイヤ7により出力側整合回路3に接続されている。そして、複数のトランジスタセル1のソース電極は接地されている。また、ボンディングワイヤ6,7はインダクタとして機能する。
そして、本発明においては、各トランジスタセル1のゲート電極と入力側整合回路2の間に、共振回路4がそれぞれ接続されている。即ち、各トランジスタセル1のゲート電極にそれぞれ共振回路が付加されてから、ボンディングワイヤ6により入力側整合回路2に接続されて合成されている。
この共振回路4は、トランジスタ5とは別のチップ8上に形成したMIMキャパシタ9を有し、MIMキャパシタ9の一端は対応するトランジスタセル1のゲート電極とボンディングワイヤ10により接続され、他端はボンディングワイヤ11によりグランド面に接続され、接地されている。このボンディングワイヤ10はインダクタとして機能する。このように、能動素子であるトランジスタ5とは別のチップ8に、プロセス歩留りの高い受動素子であるMIMキャパシタ9を作製することにより生産性を向上させることができる。
そして、共振回路4は、トランジスタ5の動作周波数の2次高調波の周波数又は2次高調波の周波数を中心とした所定の範囲内で共振してゲート電極に短絡又は十分に低い負荷を与えるように設定されている。これにより、トランジスタセル1のゲート側からみた2次高調波負荷を従来よりも低インピーダンスにすることができる。
図3は、実施の形態1に係る高周波電力増幅器及び従来の高周波電力増幅器の歪特性を示した図である。横軸には増幅器の飽和出力に対するオフセットバックオフ量、縦軸には2波入力時の3次相互変調歪を示している。これにより、実施の形態1に係る高周波電力増幅器では、大幅に歪特性が改善されることが分かる。
実施の形態2.
図4は、本発明の実施の形態2に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、MIMキャパシタ9の他端は、トランジスタ5と同一チップ上に形成されたスルーホール12とボンディングワイヤ11により接続され、スルーホール12を介して接地されている。その他の構成は実施の形態1と同様である。これにより、ボンディングワイヤのばらつき等による特性変動を抑制することができる。
図4は、本発明の実施の形態2に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、MIMキャパシタ9の他端は、トランジスタ5と同一チップ上に形成されたスルーホール12とボンディングワイヤ11により接続され、スルーホール12を介して接地されている。その他の構成は実施の形態1と同様である。これにより、ボンディングワイヤのばらつき等による特性変動を抑制することができる。
実施の形態3.
図5は、本発明の実施の形態3に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、MIMキャパシタ9の他端は、トランジスタ5とは別のチップ8上に形成したスルーホール12を介して接地されている。その他の構成は実施の形態1又は2と同様である。これにより、ボンディングワイヤを1本にすることができるため、インダクタンスのばらつきを抑制することができる。
図5は、本発明の実施の形態3に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、MIMキャパシタ9の他端は、トランジスタ5とは別のチップ8上に形成したスルーホール12を介して接地されている。その他の構成は実施の形態1又は2と同様である。これにより、ボンディングワイヤを1本にすることができるため、インダクタンスのばらつきを抑制することができる。
実施の形態4.
図6は、本発明の実施の形態4に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、共振回路は、トランジスタ5と同一チップ上に形成されたMIMキャパシタ9を有している。そして、MIMキャパシタ9の一端は、ボンディングワイヤ10により入力側整合回路2に接続され、入力側整合回路2はトランジスタセル1のゲート電極とボンディングワイヤ6により接続されている。従って、MIMキャパシタ9の一端はトランジスタセル1のゲート電極と接続されている。また、MIMキャパシタ9の他端は、トランジスタ5と同一チップ上に形成されたスルーホール12を介して接地されている。その他の構成は実施の形態1〜3と同様である。このようなMIMキャパシタの集積化により、組み立て工程を簡略化することができる。
図6は、本発明の実施の形態4に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、共振回路は、トランジスタ5と同一チップ上に形成されたMIMキャパシタ9を有している。そして、MIMキャパシタ9の一端は、ボンディングワイヤ10により入力側整合回路2に接続され、入力側整合回路2はトランジスタセル1のゲート電極とボンディングワイヤ6により接続されている。従って、MIMキャパシタ9の一端はトランジスタセル1のゲート電極と接続されている。また、MIMキャパシタ9の他端は、トランジスタ5と同一チップ上に形成されたスルーホール12を介して接地されている。その他の構成は実施の形態1〜3と同様である。このようなMIMキャパシタの集積化により、組み立て工程を簡略化することができる。
実施の形態5.
図7は、本発明の実施の形態5に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、共振回路は、トランジスタ5と同一チップ上に形成されたMIMキャパシタ9、スルーホール12及びスパイラルインダクタ13を有する。そして、MIMキャパシタ9の一端はスパイラルインダクタ13を介してトランジスタセル1のゲート電極に接続され、MIMキャパシタ9の他端はスルーホール12を介して接地されている。その他の構成は実施の形態1〜4と同様である。
図7は、本発明の実施の形態5に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、共振回路は、トランジスタ5と同一チップ上に形成されたMIMキャパシタ9、スルーホール12及びスパイラルインダクタ13を有する。そして、MIMキャパシタ9の一端はスパイラルインダクタ13を介してトランジスタセル1のゲート電極に接続され、MIMキャパシタ9の他端はスルーホール12を介して接地されている。その他の構成は実施の形態1〜4と同様である。
これにより、実施の形態7と同様にMIMキャパシタ9とスパイラルインダクタ13の集積により組み立て工程が簡略化されるとともに、ボンディングワイヤの代わりにスパイラルインダクタ13を共振回路のインダクタとして用いることにより、共振周波数の設計精度を向上することができ、組み立てばらつきを低減することができる。
実施の形態6.
図8は、本発明の実施の形態6に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、共振回路は、トランジスタ5とは別のチップ上に形成されたMIMキャパシタ9を有する。そして、MIMキャパシタ9の一端は、ゲート電極からゲート・ドレイン方向とは90度方向に引き出したパッド14とボンディングワイヤ10により接続されている。その他の構成は実施の形態1〜5と同様である。
図8は、本発明の実施の形態6に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、共振回路は、トランジスタ5とは別のチップ上に形成されたMIMキャパシタ9を有する。そして、MIMキャパシタ9の一端は、ゲート電極からゲート・ドレイン方向とは90度方向に引き出したパッド14とボンディングワイヤ10により接続されている。その他の構成は実施の形態1〜5と同様である。
これにより、ゲート・ドレイン方向に共振回路を配置する必要がないため、ゲート電極と入力側整合回路2とを接続するボンディングワイヤ6の長さの自由度が増し、設計が容易となる。
実施の形態7.
図9は、本発明の実施の形態7に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、共振回路は、トランジスタ5と同一チップ上であってトランジスタ5に対してゲート・ドレイン方向とは90度方向の領域に形成されたMIMキャパシタ9、スルーホール12及びスパイラルインダクタ13を有する。そして、MIMキャパシタ9の一端はスパイラルインダクタを介してゲート電極に接続され、MIMキャパシタ9の他端はスルーホール12を介して接地されている。その他の構成は実施の形態1〜6と同様である。
図9は、本発明の実施の形態7に係る高周波電力増幅器を示す上面図である。本実施の形態では、共振回路は、トランジスタ5と同一チップ上であってトランジスタ5に対してゲート・ドレイン方向とは90度方向の領域に形成されたMIMキャパシタ9、スルーホール12及びスパイラルインダクタ13を有する。そして、MIMキャパシタ9の一端はスパイラルインダクタを介してゲート電極に接続され、MIMキャパシタ9の他端はスルーホール12を介して接地されている。その他の構成は実施の形態1〜6と同様である。
実施の形態8.
図10は、本発明の実施の形態8に係る高周波電力増幅器を示す上面図であり、図11はその回路図である。本実施の形態に係る高周波電力増幅器は、実施の形態1に係る高周波電力増幅器に、第2の共振回路16を付加したものである。第2の共振回路16は、トランジスタ5の動作周波数の信号波の電気長の1/4だけ共振回路から離れた位置に設けられている。
図10は、本発明の実施の形態8に係る高周波電力増幅器を示す上面図であり、図11はその回路図である。本実施の形態に係る高周波電力増幅器は、実施の形態1に係る高周波電力増幅器に、第2の共振回路16を付加したものである。第2の共振回路16は、トランジスタ5の動作周波数の信号波の電気長の1/4だけ共振回路から離れた位置に設けられている。
これにより、入力側から2倍波周波数の信号が入力された場合、第2の共振回路16により反射されるため、トランジスタのゲート端面での2倍波負荷の変動を減少させることができる。
ここで、上記実施の形態1〜8では、共振回路が各トランジスタセルのゲート電極と入力側整合回路の間にそれぞれ接続する場合について説明したが、これに限らず、共振回路が各トランジスタセルのドレイン電極と出力側整合回路の間にそれぞれ接続することもできる。
実施の形態9.
本実施の形態では、共振回路は、動作周波数の2次高調波の−8%〜+16%の範囲で共振してゲート電極に短絡又は十分に低い負荷を与えるように設定されている。その他の構成は上記実施の形態1〜8と同様である。
本実施の形態では、共振回路は、動作周波数の2次高調波の−8%〜+16%の範囲で共振してゲート電極に短絡又は十分に低い負荷を与えるように設定されている。その他の構成は上記実施の形態1〜8と同様である。
図12は、共振回路の共振周波数を変えて試作した実施の形態1に係る高周波電力増幅の3GPP W−CDMA変調波入力時の飽和出力点から10dBバックオフ出力点でのACLR特性の変化を示す図である。この図から、動作周波数の2次高調波の−8%〜+16%の範囲の共振周波数を有する共振回路を用いた場合に、ACLR=−45dBc以下の非常に良好な歪特性が得られることがわかる。
1 トランジスタセル
2 入力側整合回路
3 出力側整合回路
4 共振回路
5 トランジスタ
6,7,10,11 ボンディングワイヤ
8 チップ
9 MIMキャパシタ(容量)
12 スルーホール
13 スパイラルインダクタ
14 パッド
16 第2の共振回路
2 入力側整合回路
3 出力側整合回路
4 共振回路
5 トランジスタ
6,7,10,11 ボンディングワイヤ
8 チップ
9 MIMキャパシタ(容量)
12 スルーホール
13 スパイラルインダクタ
14 パッド
16 第2の共振回路
Claims (2)
- 複数のトランジスタセルを電気的に並列接続したマルチフィンガー型のトランジスタと、
前記複数のトランジスタセルのゲート電極に接続された入力側整合回路と、
各トランジスタセルのゲート電極と前記入力側整合回路の間にそれぞれ接続された共振回路と、
前記トランジスタの動作周波数の信号波の電気長の1/4だけ前記共振回路から離れた位置に設けられた第2の共振回路とを有し、
前記共振回路は、前記トランジスタの動作周波数の2次高調波の周波数又は2次高調波の周波数を中心とした所定の範囲内で共振して前記ゲート電極に短絡又は十分に低い負荷を与えることを特徴とする高周波電力増幅器。 - 前記トランジスタの動作周波数の前記2次高調波の周波数を中心とした所定の範囲は、動作周波数の2次高調波の−8%〜+16%の範囲であることを特徴とする請求項1記載の高周波電力増幅器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010229681A JP2011041313A (ja) | 2005-07-29 | 2010-10-12 | 高周波電力増幅器 |
Applications Claiming Priority (2)
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JP2005220933 | 2005-07-29 | ||
JP2010229681A JP2011041313A (ja) | 2005-07-29 | 2010-10-12 | 高周波電力増幅器 |
Related Parent Applications (1)
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JP2005367964A Division JP2007060616A (ja) | 2005-07-29 | 2005-12-21 | 高周波電力増幅器 |
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Family Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015149627A (ja) * | 2014-02-06 | 2015-08-20 | 株式会社東芝 | 高周波半導体増幅器 |
WO2017098578A1 (ja) * | 2015-12-08 | 2017-06-15 | 三菱電機株式会社 | 電力増幅器 |
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JP2002164753A (ja) * | 2000-11-29 | 2002-06-07 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波電力増幅器 |
-
2010
- 2010-10-12 JP JP2010229681A patent/JP2011041313A/ja active Pending
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A02 | Decision of refusal |
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