JP3992932B2 - 高周波回路設計方法および半導体高周波測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トランジスタ等の高周波用半導体素子およびその入力端および出力端にそれぞれ設けたインピーダンス整合回路からなる高周波回路において、各インピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定する高周波回路設計方法および、この方法に用いられる半導体高周波測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波用半導体素子の入力端と出力端とにそれぞれインピーダンス整合回路を備えた高周波回路を設計する上で、インピーダンス整合回路のパラメータを決定するための手段として、実際に測定を行いながらパラメータを決定する方法と、シミュレーションを行ってパラメータを決定する方法とがある。
【０００３】
半導体高周波測定による方法と高周波回路シミュレーションによる方法は、相異なるものである。前者は、高周波用半導体素子の高周波特性をインピーダンス整合回路を通して測定する。一方、後者は、コンピュータを使用して、測定せずに高周波用半導体素子を回路モデルか関数式かインピーダンスで表して高周波回路のシミュレーションを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、１万分の１や１０万分の１あるいは１００万分の１の歪みレベルを設計することを要求する位相シフト変調等が携帯電話等の高周波回路機器に使用されている。ところが、高周波用半導体素子を表す回路モデルや関数式において、非線形性やバイアス依存や温度特性を４桁以上の精度で表現できないために、高周波シミュレーションによって高周波回路を正確に設計することが困難である。一方、高周波測定しながら高周波回路の設計をしようとすると、実際の回路において、インダクタンス値や容量値を変えながらいちいち高周波特性を測定して確かめる方法になり、設計時間が非常にかかるという問題がある。
【０００５】
第３図は従来の半導体高周波測定装置の構成を示す概略図である。この半導体高周波測定装置は、トランジスタ等の高周波用半導体素子１の高周波特性を測定するために、インピーダンス整合回路３Ａ，３Ｂで高周波用半導体素子１のインピーダンスに合わせて、高周波利得が出るようにしている。高周波用半導体素子１とインピーダンス整合回路３Ａ，３Ｂとで高周波回路５が構成されている。
【０００６】
測定は、高周波信号源、特に変調信号を発生する変調信号源２から変調された高周波信号を高周波用半導体素子１にインピーダンス整合回路３Ａを通して入力する。高周波用半導体素子１の出力端も同じく高周波用半導体素子１の出力インピーダンスに対してインピーダンス整合回路３を通じてインピーダンス整合をとり、高周波用半導体素子１の出力信号をスペクトラムアナライザ４で高周波測定評価する。このスペクトラムアナライザ４では、一般には、歪みレベルや信号スペクトルや隣接チャンネル漏洩電力抑圧比や高調波レベルを測定する。
【０００７】
このような高周波測定は、前述のように正確に計れるが、回路設計ではなくて測定であるために、高周波回路５の回路設計を行うには、高周波回路５の特性を測定してインピーダンス整合回路３Ａ，３Ｂのパラメータを変更し、また、高周波回路５の特性を測定してインピーダンス整合回路３Ａ，３Ｂのパラメータを再度変更するということを繰り返さなければならなかった。つまり、高周波測定しながら高周波回路５の設計をしようとすると、実際の回路においてインダクタンス値や容量値を変えながら、いちいち測定して確かめる方法になり、設計時間が非常にかかるという問題があった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、速い設計スピードで高周波回路の設計を行うこと、特に高周波用半導体素子の入力端および出力端に設けるインピーダンス整合回路のパラメータを決定することができる高周波回路設計方法および半導体高周波測定装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する方法として、高周波用半導体素子は、現物の高周波用半導体素子を用いて、高周波測定しつつ、高周波回路シミュレーションできれば、正確で設計スピードを２０倍から２００倍にできる。本発明はそれを実現するものである。
【００１０】
請求項１記載の高周波回路設計方法は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定する方法である。そのために、以下のような手順が実行される。
【００１１】
高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成する。
【００１２】
高周波用半導体素子の入力端に設けた第１の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを第１のパラメータ設定信号に応じて変化させるとともに、高周波用半導体素子の出力端に設けた第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを第２のパラメータ設定信号に応じて変化させる。
【００１３】
変調信号生成制御信号をデジタル／アナログ変換した信号に対応した変調信号を作成して高周波用半導体素子へ第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力し、高周波用半導体素子から第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号をアナログ／デジタル変換して変調信号の特性を計測し、計測結果に基づいてシミュレーションの条件を変更する。
【００１４】
このようにして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、変調信号の特性の計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定する。
【００１５】
この方法によれば、高周波用半導体素子を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子を含む高周波回路の特性を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００１６】
請求項２記載の高周波回路設計方法は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定する方法である。そのために、以下のような手順が実行される。
【００１７】
高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成する。
【００１８】
高周波用半導体素子の入力端に設けた第１の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを第１のパラメータ設定信号に応じて変化させるとともに、高周波用半導体素子の出力端に設けた第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを第２のパラメータ設定信号に応じて変化させする。
【００１９】
変調信号生成制御信号に対応した変調信号を作成して高周波用半導体素子へ第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力し、高周波用半導体素子から第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号の特性を計測し、計測結果に基づいてシミュレーションの条件を変更する。
【００２０】
このようにして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、変調信号の特性の計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定する。
【００２１】
この方法によれば、高周波用半導体素子を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子を含む高周波回路の特性を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００２２】
請求項３記載の半導体高周波測定装置は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定するもので、コンピュータと、第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路と、変調信号源と、高周波測定器とを備えている。
【００２３】
コンピュータは、高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成する。
【００２４】
第１の電子制御インピーダンス整合回路は、高周波用半導体素子の入力端に設けられて第１のパラメータ設定信号に応じてパラメータが自動的に設定される。
【００２５】
第２の電子制御インピーダンス整合回路は、高周波用半導体素子の出力端に設けられて第２のパラメータ設定信号に応じてパラメータが自動的に設定される。
【００２６】
変調信号源は、変調信号生成制御信号をデジタル／アナログ変換した信号に対応した変調信号を生成して高周波用半導体素子へ第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力する。
【００２７】
高周波計測器は、高周波用半導体素子から第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号をアナログ／デジタル変換して変調信号の特性を計測し、計測結果をコンピュータに入力してシミュレーションの条件を変化させる。
【００２８】
そして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより前記第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定するようにしている。
【００２９】
この構成によれば、高周波用半導体素子を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子を含む高周波回路の特性を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００３０】
請求項４記載の半導体高周波測定装置は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定するもので、コンピュータと、第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路と、変調信号源と、高周波測定器とを備えている。
【００３１】
コンピュータは、高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成する。
【００３２】
第１の電子制御インピーダンス整合回路は、高周波用半導体素子の入力端に設けられて第１のパラメータ設定信号に応じてパラメータが設定される。
【００３３】
第２の電子制御インピーダンス整合回路は、高周波用半導体素子の出力端に設けられて第２のパラメータ設定信号に応じてパラメータが設定される。
【００３４】
変調信号源は、変調信号生成制御信号に対応した変調信号を生成して高周波用半導体素子へ第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力する。
【００３５】
高周波計測器は、高周波用半導体素子から第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号の特性を計測し、計測結果をコンピュータに入力してシミュレーションの条件を変化させる。
【００３６】
そして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより前記第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定するようにしている。
【００３７】
この構成によれば、高周波用半導体素子を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子を含む高周波回路の特性を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００３８】
請求項５記載の半導体高周波測定装置は、請求項３または４記載の半導体高周波測定装置において、高周波回路の高周波測定を行いながら高周波回路のシミュレーションを行うことを特徴とする。
【００３９】
この構成によれば、設計スピードをより速くすることが可能である。
【００４０】
請求項６記載の半導体高周波測定装置は、請求項３または４記載の半導体高周波測定装置において、第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路が同軸型共振器を用いて構成されていることを特徴とする。
【００４１】
この構成によれば、請求項３または４の半導体高周波測定装置と同様の作用を有する。
【００４２】
請求項７記載の半導体高周波測定装置は、請求項３または４記載の半導体高周波測定装置において、第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路が電圧制御の半導体性容量を用いて構成されていることを特徴とする。
【００４３】
この構成によれば、請求項３または４の半導体高周波測定装置と同様の作用を有する。
【００４４】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態を図１により説明する。図１は半導体高周波測定装置の構成を示す概略図である。
【００４５】
この半導体高周波測定装置は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路において、第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定するものである。
【００４６】
そのために、この半導体高周波測定装置は、シミュレータとしての機能を有するコンピュータ９と、電子的にパラメータを変化可能な第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路（オートチューナ）７Ａ，７Ｂと、変調信号源としてのデジタル／アナログ変換器内蔵変調信号源６と、高周波測定器としてのアナログ／デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８とを備えている。上記の第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂは測定対象である高周波用半導体素子１とともに高周波回路１０を構成している。
【００４７】
コンピュータ９は、上記した高周波用半導体素子および第１および第２のインピーダンス整合回路からなる高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号ＰＳ１を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号ＰＳ２を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号ＭＣ１を作成する。
【００４８】
通常の回路シミュレーションが電圧と電流に関してシミュレーションするのに対して、上記の高周波回路のシミュレーションというのは、高周波での半導体トランジスタ素子や回路のインピーダンスの整合をとることに注力する。それは、インピーダンス整合をとらないと、高周波エネルギーが伝わらないからである。また、変調した信号が半導体トランジスタ素子に対して入力されたとき、入出力のインピーダンス整合で、歪み特性（どの程度の歪みが出力に現れるか）や消費電流特性が全く異なるために、高周波回路シミュレーションによる整合設計が必要となる。
【００４９】
上記の高周波回路のシミュレーションで用いる変調信号そのものは、アナログ信号であるが、この変調信号を位相と振幅等に切りわけてデジタル的に切り刻んで（サンプリング）いくために、各サンプルタイミング毎に例えば位相と振幅について、いくらの値に設定せよという命令を与え、これによって出力すべき変調信号の位相と振幅とを決め、変調信号を出力する。上記の変調信号の位相と振幅を設定するための信号が変調信号生成制御信号ＭＣ１である。
【００５０】
また、第１および第２のパラメータ設定信号ＰＳ１，ＰＳ２というのは、インピーダンス値の位相と振幅をいくらに設定するというサンプリングのデジタル値（アナログでも可能）を電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂに伝えるための信号で、これらの信号によってその位相と振幅をもったインピーダンス整合を電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂで実現させる。
【００５１】
第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａは、高周波用半導体素子１の入力端に設けられて第１のパラメータ設定信号ＰＳ１に応じてパラメータ（例えば、インピーダンス）が自動的に設定される。
【００５２】
第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂは、高周波用半導体素子１の出力端に設けられて第２のパラメータ設定信号ＰＳ２に応じてパラメータ（例えば、インピーダンス）が自動的に設定される。
【００５３】
上記した第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂは、電動モータで共振器長が変化する複数個の同軸共振器、もしくは電圧制御で容量値を変化させることができる複数個の半導体性容量からなるはしご形回路等で実現することができる。
【００５４】
デジタル／アナログ変換器内蔵変調信号源６は、デジタル／アナログ変換器を内蔵し、上記したようにデジタル信号である変調信号生成制御信号ＭＣ１をデジタル／アナログ変換した信号に対応した変調信号ＭＳ１を生成して高周波用半導体素子１へ第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａを介して入力する。
【００５５】
アナログ／デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８は、高周波用半導体素子１から第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂを通して出力される変調信号ＭＳ２をアナログ／デジタル変換して変調信号の特性を計測し、計測結果ＫＳ１をコンピュータ９に入力してシミュレーションの条件を変化させる。
【００５６】
通常のスペクトラムアナライザは、各周波数のエネルギーレベルを測定するものであるが、上記のアナログ／デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８は、入力される信号における各周波数のエネルギーレベルをデジタル的にサンプリングしてデジタル信号出力してコンピュータに取り込めるようにしたものである。
【００５７】
そして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂのパラメータ設定に反映させるとともに、計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定するようにしている。
【００５８】
以下、この半導体高周波測定装置の構成および動作をさらに説明する。この半導体高周波測定装置では、高周波用半導体素子１を含む高周波回路１０に、第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路（オートチューナ）７Ａ，７Ｂを内蔵することでインピーダンス整合をとる。
【００５９】
携帯電話等に用いられる高周波回路は、従来通常、変調された信号を扱い、変調信号源２から高周波回路５に変調信号を入力し、高周波回路５からスペクトラムアナライザ４に変調信号が出力され、変調信号の信号スペクトルや隣接チャンネル漏洩電力抑圧比や高調波レベルがスペクトラムアナライザで測定される（図３参照）。
【００６０】
しかしながら、本発明の実施の形態では、高周波回路設計をコンピュータ９で行う機能があり、コンピュータ９に内蔵された高周波回路シミュレータで高周波回路のシミュレーションを行い、高周波回路シミュレータで作り出された擬似的な変調信号を表すデジタル信号である変調信号生成制御信号ＭＣ１を基にデジタル/アナログ変換器内蔵変調信号源６で変調信号ＭＳ１を発生する。
【００６１】
そして、第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａを通して高周波用半導体素子１に変調信号ＭＳ１を入力する。この第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａはコンピュータ９の高周波回路シミュレータで制御され、シミュレーションされて得られたインピーダンスの値になるようにパラメータが設定される。
【００６２】
変調信号ＭＳ１は高周波用半導体素子１の中で歪んで、同じく高周波回路シミュレーション中の回路のインピーダンスになるようにパラメータが設定された出力端の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂを通して変調信号ＭＳ２として出力される。
【００６３】
アナログ/デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８では、変調信号ＭＳ２の歪みレベルや信号スペクトルや隣接チャンネル漏洩電力抑圧比や高調波レベルが測定される。そして、アナログ/デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８で測定された変調信号ＭＳ２の歪みレベルや信号スペクトルや隣接チャンネル漏洩電力抑圧比や高調波レベルは、デジタル信号としてコンピュータ９に返され、そこでコンピュータ９の回路シミュレータに取り込まれて高周波回路設計の際のシミュレーション条件を変更するフィードバックループを形成する。つまり、高周波回路１０の特性を高周波測定してシミュレーション中の高周波シミュレーション結果を実測値として出すことができ、さらにこの実測値をシミュレーションに反映することができる。
【００６４】
こうすれば、高周波回路１０のパラメータを手動でいちいち調整して測定しながら回路設計することもなく、設計スピードを２０倍から２００倍ぐらい向上させることができる。また、高精度な回路設計を行うことができる。
【００６５】
以上説明したように、この実施の形態の半導体高周波測定装置によれば、高周波用半導体素子１を含む高周波回路１０のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂのパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路１０の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路１０のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子１を含む高周波回路１０を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００６６】
なお、高周波回路１０を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションを行うというのは、本発明の重要な点であり、測定結果が入ってこないとシミュレーションが完結しないということである。つまり、シミュレーションのスタートをかけると、実物の測定を始め、その測定値を取り込んで、シミュレーションの完了となる。
【００６７】
なお、高周波用半導体素子１のバイアスレベルもコンピュータ９の回路シミュレータから直接制御することができ、そのため、バイアス依存性の特性や大信号特性等を計りながら回路シミュレーションできるようになる。
【００６８】
なお、高周波回路１０において、高周波用半導体素子１の入力端および出力端のインピーダンス整合回路を両方とも電子制御型にして、回路設計を行う必要はない。例えば、高周波用半導体素子１の入力端および出力端のインピーダンス整合回路のいずれか一方を半固定のインピーダンス整合回路とし、他方を電子制御インピーダンス整合回路とすることで、電子制御インピーダンス整合回路を設けた側について、パラメータを決定すること、すなわち、高周波回路設計を行うことができる。
【００６９】
また、回路設計の対象となる高周波用半導体素子１としては、上記したトランジスタのみならず、何らかの回路を持つ半導体集積回路や半導体モジュールも考えることができ、この場合、トランジスタの場合と同様の同様の設計が可能であることは言うまでもない。
【００７０】
ここで、半導体高周波測定装置を用いて行う高周波回路設計方法について説明する。この高周波回路設計方法は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定する方法である。そのために、以下のような手順が実行される。
【００７１】
高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号ＰＳ１を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号ＰＳ２を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号ＭＣ１を作成する。
【００７２】
高周波用半導体素子１の入力端に設けた第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａのパラメータを第１のパラメータ設定信号ＰＳ１に応じて変化させるとともに、高周波用半導体素子１の出力端に設けた第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂのパラメータを第２のパラメータ設定信号ＰＳ２に応じて変化させる。
【００７３】
変調信号生成制御信号ＭＣ１をデジタル／アナログ変換した信号に対応した変調信号ＭＳ１を作成して高周波用半導体素子１へ第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａを介して入力し、高周波用半導体素子１から第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂを通して出力される変調信号ＭＳ２をアナログ／デジタル変換して変調信号の特性を計測し、計測結果に基づいてシミュレーションの条件を変更する。
【００７４】
このようにして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂのパラメータ設定に反映させるとともに、変調信号の特性の計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定する。
【００７５】
この方法によれば、高周波用半導体素子１を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂのパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路１０の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子１を含む高周波回路１０を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００７６】
この発明の第２の実施の形態を図２により説明する。図２は半導体高周波測定装置の構成を示す概略図である。この実施の形態は、第１の実施の形態におけるデジタル／アナログ変換器内蔵変調信号源６に代えて、デジタル／アナログ変換器を内蔵していない変調信号源１１を用いるとともに、アナログ／デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８に代えて、アナログ／デジタル変換器を内蔵していないスペクトラムアナライザ１２を用いたものである。
【００７７】
なお、デジタル／アナログ変換器を内蔵していない変調信号源１１というのは、第１の実施の形態のようにシミュレータ（コンピュータ）からの位相や振幅のデジタル信号を取り入れて変調信号を作ることができないものであり、この変調信号源１１は、あらかじめ決められた波形の変調信号を複数種類発生する機能を有し、コンピュータからの信号に基づいて、何れかの変調信号波形を選択するものである。
【００７８】
また、アナログ／デジタル変換器を内蔵していないスペクトラムアナライザ１２というのは、第１の実施の形態のように、入力される信号をデジタル的にサンプリングして解析を行い解析結果をデジタル信号として出力するということができないものである。
【００７９】
以下、第２の実施の形態の構成および動作についてさらに説明する。高周波回路シミュレーションにてコンピュータ９からの変調信号生成制御信号ＭＣ２で直接に変調信号源（入力信号発生器）１１を制御して、デジタル/アナログ変換器内蔵変調信号源６を用いずにあらかじめ決めておいた変調信号ＭＳ３を発生し、高周波用半導体素子１に第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａを通して入力するとともに、高周波用半導体素子１からの出力される変調信号ＭＳ４を、第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂを通して取り出し、アナログ/デジタル信号変換回路内蔵スペクトラムアナライザ８を用いずに、直接、通常のスペクトラムアナライザ１２等の高周波測定装置に入力し、そのままアナログ量のデータとしてコンピュータ９に高周波測定データＫＳ２を取り込み、コンピュータ９で高周波回路シミュレーションするようにすることも可能である。
【００８０】
この場合、測定できる範囲が限られるものの、第１の実施の形態と同様に、高周波シミュレーションを測定しながら行うことが可能である。この実施の形態の効果は、上記した以外第１の実施の形態と同様である。
【００８１】
なお、測定範囲が限られるというのは、以下の理由からである。変調信号源は、種々の変調信号を全て発生することはできず、限られた目的の変調信号しか発生することができない。しかし、Ｄ／Ａ変換して振幅と位相とを自由に作り出せれば、任意の波形の変調信号を自由に作り出すことができる。既存の変調信号源を、出力可能な変調波形が限られているという意味で、測定範囲が限られると表現している。
【００８２】
ここで、半導体高周波測定装置を用いて行う高周波回路設計方法について説明する。この高周波回路設計方法は、変調信号の生成にデジタル／アナログ変換を使用しない点と、測定にアナログ／デジタル変換を使用しない点が第１の実施の形態と相違するが、その他の点については第１の実施の形態と同様である。
【００８３】
【発明の効果】
本発明の高周波回路設計方法および半導体高周波測定装置によれば、高周波用半導体素子を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子を含む高周波回路の特性を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００８４】
特に、従来高周波シミュレーションで高周波回路を設計する場合、きわめて正確な設計は不可能であった。このような正確な設計が要求される場合、実際に測定を行い、測定結果を基に設計を行うことが必要であるが、本発明によれば、高周波回路を手動でいちいち測定しながら設計することなく、自動的に測定および設計を行うことが可能となり、高周波回路設計スピードが従来例に比べて２０倍から２００倍ぐらい向上させることができる。
【００８５】
なお、高周波用半導体素子のバイアスレベルもシミュレータから直接制御することができるため、バイアス依存性の特性や大信号特性等を計りながら回路シミュレーションできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の半導体高周波測定装置を示す模式図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態の半導体高周波測定装置を示す模式図である。
【図３】従来の半導体高周波測定装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 高周波用半導体素子
２ 変調信号源
３ 整合回路
４ スペクトラムアナライザ
５ 高周波回路
６ デジタル/アナログ変換器内蔵変調信号源
７ 電子制御インピーダンス整合回路
８ アナログ/デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ
９ コンピュータ
【発明の属する技術分野】
この発明は、トランジスタ等の高周波用半導体素子およびその入力端および出力端にそれぞれ設けたインピーダンス整合回路からなる高周波回路において、各インピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定する高周波回路設計方法および、この方法に用いられる半導体高周波測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波用半導体素子の入力端と出力端とにそれぞれインピーダンス整合回路を備えた高周波回路を設計する上で、インピーダンス整合回路のパラメータを決定するための手段として、実際に測定を行いながらパラメータを決定する方法と、シミュレーションを行ってパラメータを決定する方法とがある。
【０００３】
半導体高周波測定による方法と高周波回路シミュレーションによる方法は、相異なるものである。前者は、高周波用半導体素子の高周波特性をインピーダンス整合回路を通して測定する。一方、後者は、コンピュータを使用して、測定せずに高周波用半導体素子を回路モデルか関数式かインピーダンスで表して高周波回路のシミュレーションを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、１万分の１や１０万分の１あるいは１００万分の１の歪みレベルを設計することを要求する位相シフト変調等が携帯電話等の高周波回路機器に使用されている。ところが、高周波用半導体素子を表す回路モデルや関数式において、非線形性やバイアス依存や温度特性を４桁以上の精度で表現できないために、高周波シミュレーションによって高周波回路を正確に設計することが困難である。一方、高周波測定しながら高周波回路の設計をしようとすると、実際の回路において、インダクタンス値や容量値を変えながらいちいち高周波特性を測定して確かめる方法になり、設計時間が非常にかかるという問題がある。
【０００５】
第３図は従来の半導体高周波測定装置の構成を示す概略図である。この半導体高周波測定装置は、トランジスタ等の高周波用半導体素子１の高周波特性を測定するために、インピーダンス整合回路３Ａ，３Ｂで高周波用半導体素子１のインピーダンスに合わせて、高周波利得が出るようにしている。高周波用半導体素子１とインピーダンス整合回路３Ａ，３Ｂとで高周波回路５が構成されている。
【０００６】
測定は、高周波信号源、特に変調信号を発生する変調信号源２から変調された高周波信号を高周波用半導体素子１にインピーダンス整合回路３Ａを通して入力する。高周波用半導体素子１の出力端も同じく高周波用半導体素子１の出力インピーダンスに対してインピーダンス整合回路３を通じてインピーダンス整合をとり、高周波用半導体素子１の出力信号をスペクトラムアナライザ４で高周波測定評価する。このスペクトラムアナライザ４では、一般には、歪みレベルや信号スペクトルや隣接チャンネル漏洩電力抑圧比や高調波レベルを測定する。
【０００７】
このような高周波測定は、前述のように正確に計れるが、回路設計ではなくて測定であるために、高周波回路５の回路設計を行うには、高周波回路５の特性を測定してインピーダンス整合回路３Ａ，３Ｂのパラメータを変更し、また、高周波回路５の特性を測定してインピーダンス整合回路３Ａ，３Ｂのパラメータを再度変更するということを繰り返さなければならなかった。つまり、高周波測定しながら高周波回路５の設計をしようとすると、実際の回路においてインダクタンス値や容量値を変えながら、いちいち測定して確かめる方法になり、設計時間が非常にかかるという問題があった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、速い設計スピードで高周波回路の設計を行うこと、特に高周波用半導体素子の入力端および出力端に設けるインピーダンス整合回路のパラメータを決定することができる高周波回路設計方法および半導体高周波測定装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する方法として、高周波用半導体素子は、現物の高周波用半導体素子を用いて、高周波測定しつつ、高周波回路シミュレーションできれば、正確で設計スピードを２０倍から２００倍にできる。本発明はそれを実現するものである。
【００１０】
請求項１記載の高周波回路設計方法は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定する方法である。そのために、以下のような手順が実行される。
【００１１】
高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成する。
【００１２】
高周波用半導体素子の入力端に設けた第１の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを第１のパラメータ設定信号に応じて変化させるとともに、高周波用半導体素子の出力端に設けた第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを第２のパラメータ設定信号に応じて変化させる。
【００１３】
変調信号生成制御信号をデジタル／アナログ変換した信号に対応した変調信号を作成して高周波用半導体素子へ第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力し、高周波用半導体素子から第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号をアナログ／デジタル変換して変調信号の特性を計測し、計測結果に基づいてシミュレーションの条件を変更する。
【００１４】
このようにして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、変調信号の特性の計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定する。
【００１５】
この方法によれば、高周波用半導体素子を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子を含む高周波回路の特性を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００１６】
請求項２記載の高周波回路設計方法は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定する方法である。そのために、以下のような手順が実行される。
【００１７】
高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成する。
【００１８】
高周波用半導体素子の入力端に設けた第１の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを第１のパラメータ設定信号に応じて変化させるとともに、高周波用半導体素子の出力端に設けた第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを第２のパラメータ設定信号に応じて変化させする。
【００１９】
変調信号生成制御信号に対応した変調信号を作成して高周波用半導体素子へ第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力し、高周波用半導体素子から第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号の特性を計測し、計測結果に基づいてシミュレーションの条件を変更する。
【００２０】
このようにして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、変調信号の特性の計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定する。
【００２１】
この方法によれば、高周波用半導体素子を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子を含む高周波回路の特性を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００２２】
請求項３記載の半導体高周波測定装置は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定するもので、コンピュータと、第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路と、変調信号源と、高周波測定器とを備えている。
【００２３】
コンピュータは、高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成する。
【００２４】
第１の電子制御インピーダンス整合回路は、高周波用半導体素子の入力端に設けられて第１のパラメータ設定信号に応じてパラメータが自動的に設定される。
【００２５】
第２の電子制御インピーダンス整合回路は、高周波用半導体素子の出力端に設けられて第２のパラメータ設定信号に応じてパラメータが自動的に設定される。
【００２６】
変調信号源は、変調信号生成制御信号をデジタル／アナログ変換した信号に対応した変調信号を生成して高周波用半導体素子へ第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力する。
【００２７】
高周波計測器は、高周波用半導体素子から第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号をアナログ／デジタル変換して変調信号の特性を計測し、計測結果をコンピュータに入力してシミュレーションの条件を変化させる。
【００２８】
そして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより前記第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定するようにしている。
【００２９】
この構成によれば、高周波用半導体素子を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子を含む高周波回路の特性を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００３０】
請求項４記載の半導体高周波測定装置は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定するもので、コンピュータと、第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路と、変調信号源と、高周波測定器とを備えている。
【００３１】
コンピュータは、高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成する。
【００３２】
第１の電子制御インピーダンス整合回路は、高周波用半導体素子の入力端に設けられて第１のパラメータ設定信号に応じてパラメータが設定される。
【００３３】
第２の電子制御インピーダンス整合回路は、高周波用半導体素子の出力端に設けられて第２のパラメータ設定信号に応じてパラメータが設定される。
【００３４】
変調信号源は、変調信号生成制御信号に対応した変調信号を生成して高周波用半導体素子へ第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力する。
【００３５】
高周波計測器は、高周波用半導体素子から第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号の特性を計測し、計測結果をコンピュータに入力してシミュレーションの条件を変化させる。
【００３６】
そして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより前記第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定するようにしている。
【００３７】
この構成によれば、高周波用半導体素子を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子を含む高周波回路の特性を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００３８】
請求項５記載の半導体高周波測定装置は、請求項３または４記載の半導体高周波測定装置において、高周波回路の高周波測定を行いながら高周波回路のシミュレーションを行うことを特徴とする。
【００３９】
この構成によれば、設計スピードをより速くすることが可能である。
【００４０】
請求項６記載の半導体高周波測定装置は、請求項３または４記載の半導体高周波測定装置において、第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路が同軸型共振器を用いて構成されていることを特徴とする。
【００４１】
この構成によれば、請求項３または４の半導体高周波測定装置と同様の作用を有する。
【００４２】
請求項７記載の半導体高周波測定装置は、請求項３または４記載の半導体高周波測定装置において、第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路が電圧制御の半導体性容量を用いて構成されていることを特徴とする。
【００４３】
この構成によれば、請求項３または４の半導体高周波測定装置と同様の作用を有する。
【００４４】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態を図１により説明する。図１は半導体高周波測定装置の構成を示す概略図である。
【００４５】
この半導体高周波測定装置は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路において、第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定するものである。
【００４６】
そのために、この半導体高周波測定装置は、シミュレータとしての機能を有するコンピュータ９と、電子的にパラメータを変化可能な第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路（オートチューナ）７Ａ，７Ｂと、変調信号源としてのデジタル／アナログ変換器内蔵変調信号源６と、高周波測定器としてのアナログ／デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８とを備えている。上記の第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂは測定対象である高周波用半導体素子１とともに高周波回路１０を構成している。
【００４７】
コンピュータ９は、上記した高周波用半導体素子および第１および第２のインピーダンス整合回路からなる高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号ＰＳ１を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号ＰＳ２を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号ＭＣ１を作成する。
【００４８】
通常の回路シミュレーションが電圧と電流に関してシミュレーションするのに対して、上記の高周波回路のシミュレーションというのは、高周波での半導体トランジスタ素子や回路のインピーダンスの整合をとることに注力する。それは、インピーダンス整合をとらないと、高周波エネルギーが伝わらないからである。また、変調した信号が半導体トランジスタ素子に対して入力されたとき、入出力のインピーダンス整合で、歪み特性（どの程度の歪みが出力に現れるか）や消費電流特性が全く異なるために、高周波回路シミュレーションによる整合設計が必要となる。
【００４９】
上記の高周波回路のシミュレーションで用いる変調信号そのものは、アナログ信号であるが、この変調信号を位相と振幅等に切りわけてデジタル的に切り刻んで（サンプリング）いくために、各サンプルタイミング毎に例えば位相と振幅について、いくらの値に設定せよという命令を与え、これによって出力すべき変調信号の位相と振幅とを決め、変調信号を出力する。上記の変調信号の位相と振幅を設定するための信号が変調信号生成制御信号ＭＣ１である。
【００５０】
また、第１および第２のパラメータ設定信号ＰＳ１，ＰＳ２というのは、インピーダンス値の位相と振幅をいくらに設定するというサンプリングのデジタル値（アナログでも可能）を電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂに伝えるための信号で、これらの信号によってその位相と振幅をもったインピーダンス整合を電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂで実現させる。
【００５１】
第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａは、高周波用半導体素子１の入力端に設けられて第１のパラメータ設定信号ＰＳ１に応じてパラメータ（例えば、インピーダンス）が自動的に設定される。
【００５２】
第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂは、高周波用半導体素子１の出力端に設けられて第２のパラメータ設定信号ＰＳ２に応じてパラメータ（例えば、インピーダンス）が自動的に設定される。
【００５３】
上記した第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂは、電動モータで共振器長が変化する複数個の同軸共振器、もしくは電圧制御で容量値を変化させることができる複数個の半導体性容量からなるはしご形回路等で実現することができる。
【００５４】
デジタル／アナログ変換器内蔵変調信号源６は、デジタル／アナログ変換器を内蔵し、上記したようにデジタル信号である変調信号生成制御信号ＭＣ１をデジタル／アナログ変換した信号に対応した変調信号ＭＳ１を生成して高周波用半導体素子１へ第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａを介して入力する。
【００５５】
アナログ／デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８は、高周波用半導体素子１から第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂを通して出力される変調信号ＭＳ２をアナログ／デジタル変換して変調信号の特性を計測し、計測結果ＫＳ１をコンピュータ９に入力してシミュレーションの条件を変化させる。
【００５６】
通常のスペクトラムアナライザは、各周波数のエネルギーレベルを測定するものであるが、上記のアナログ／デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８は、入力される信号における各周波数のエネルギーレベルをデジタル的にサンプリングしてデジタル信号出力してコンピュータに取り込めるようにしたものである。
【００５７】
そして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂのパラメータ設定に反映させるとともに、計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定するようにしている。
【００５８】
以下、この半導体高周波測定装置の構成および動作をさらに説明する。この半導体高周波測定装置では、高周波用半導体素子１を含む高周波回路１０に、第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路（オートチューナ）７Ａ，７Ｂを内蔵することでインピーダンス整合をとる。
【００５９】
携帯電話等に用いられる高周波回路は、従来通常、変調された信号を扱い、変調信号源２から高周波回路５に変調信号を入力し、高周波回路５からスペクトラムアナライザ４に変調信号が出力され、変調信号の信号スペクトルや隣接チャンネル漏洩電力抑圧比や高調波レベルがスペクトラムアナライザで測定される（図３参照）。
【００６０】
しかしながら、本発明の実施の形態では、高周波回路設計をコンピュータ９で行う機能があり、コンピュータ９に内蔵された高周波回路シミュレータで高周波回路のシミュレーションを行い、高周波回路シミュレータで作り出された擬似的な変調信号を表すデジタル信号である変調信号生成制御信号ＭＣ１を基にデジタル/アナログ変換器内蔵変調信号源６で変調信号ＭＳ１を発生する。
【００６１】
そして、第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａを通して高周波用半導体素子１に変調信号ＭＳ１を入力する。この第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａはコンピュータ９の高周波回路シミュレータで制御され、シミュレーションされて得られたインピーダンスの値になるようにパラメータが設定される。
【００６２】
変調信号ＭＳ１は高周波用半導体素子１の中で歪んで、同じく高周波回路シミュレーション中の回路のインピーダンスになるようにパラメータが設定された出力端の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂを通して変調信号ＭＳ２として出力される。
【００６３】
アナログ/デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８では、変調信号ＭＳ２の歪みレベルや信号スペクトルや隣接チャンネル漏洩電力抑圧比や高調波レベルが測定される。そして、アナログ/デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８で測定された変調信号ＭＳ２の歪みレベルや信号スペクトルや隣接チャンネル漏洩電力抑圧比や高調波レベルは、デジタル信号としてコンピュータ９に返され、そこでコンピュータ９の回路シミュレータに取り込まれて高周波回路設計の際のシミュレーション条件を変更するフィードバックループを形成する。つまり、高周波回路１０の特性を高周波測定してシミュレーション中の高周波シミュレーション結果を実測値として出すことができ、さらにこの実測値をシミュレーションに反映することができる。
【００６４】
こうすれば、高周波回路１０のパラメータを手動でいちいち調整して測定しながら回路設計することもなく、設計スピードを２０倍から２００倍ぐらい向上させることができる。また、高精度な回路設計を行うことができる。
【００６５】
以上説明したように、この実施の形態の半導体高周波測定装置によれば、高周波用半導体素子１を含む高周波回路１０のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂのパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路１０の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路１０のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子１を含む高周波回路１０を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００６６】
なお、高周波回路１０を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションを行うというのは、本発明の重要な点であり、測定結果が入ってこないとシミュレーションが完結しないということである。つまり、シミュレーションのスタートをかけると、実物の測定を始め、その測定値を取り込んで、シミュレーションの完了となる。
【００６７】
なお、高周波用半導体素子１のバイアスレベルもコンピュータ９の回路シミュレータから直接制御することができ、そのため、バイアス依存性の特性や大信号特性等を計りながら回路シミュレーションできるようになる。
【００６８】
なお、高周波回路１０において、高周波用半導体素子１の入力端および出力端のインピーダンス整合回路を両方とも電子制御型にして、回路設計を行う必要はない。例えば、高周波用半導体素子１の入力端および出力端のインピーダンス整合回路のいずれか一方を半固定のインピーダンス整合回路とし、他方を電子制御インピーダンス整合回路とすることで、電子制御インピーダンス整合回路を設けた側について、パラメータを決定すること、すなわち、高周波回路設計を行うことができる。
【００６９】
また、回路設計の対象となる高周波用半導体素子１としては、上記したトランジスタのみならず、何らかの回路を持つ半導体集積回路や半導体モジュールも考えることができ、この場合、トランジスタの場合と同様の同様の設計が可能であることは言うまでもない。
【００７０】
ここで、半導体高周波測定装置を用いて行う高周波回路設計方法について説明する。この高周波回路設計方法は、変調信号が入力される高周波用半導体素子と、高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定する方法である。そのために、以下のような手順が実行される。
【００７１】
高周波回路のシミュレーションを行い、シミュレーションにより生成された第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号ＰＳ１を作成するとともに、シミュレーションにより生成された第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号ＰＳ２を作成し、シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号ＭＣ１を作成する。
【００７２】
高周波用半導体素子１の入力端に設けた第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａのパラメータを第１のパラメータ設定信号ＰＳ１に応じて変化させるとともに、高周波用半導体素子１の出力端に設けた第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂのパラメータを第２のパラメータ設定信号ＰＳ２に応じて変化させる。
【００７３】
変調信号生成制御信号ＭＣ１をデジタル／アナログ変換した信号に対応した変調信号ＭＳ１を作成して高周波用半導体素子１へ第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａを介して入力し、高周波用半導体素子１から第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂを通して出力される変調信号ＭＳ２をアナログ／デジタル変換して変調信号の特性を計測し、計測結果に基づいてシミュレーションの条件を変更する。
【００７４】
このようにして、シミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂのパラメータ設定に反映させるとともに、変調信号の特性の計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させることにより第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定する。
【００７５】
この方法によれば、高周波用半導体素子１を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ａ，７Ｂのパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路１０の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子１を含む高周波回路１０を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００７６】
この発明の第２の実施の形態を図２により説明する。図２は半導体高周波測定装置の構成を示す概略図である。この実施の形態は、第１の実施の形態におけるデジタル／アナログ変換器内蔵変調信号源６に代えて、デジタル／アナログ変換器を内蔵していない変調信号源１１を用いるとともに、アナログ／デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ８に代えて、アナログ／デジタル変換器を内蔵していないスペクトラムアナライザ１２を用いたものである。
【００７７】
なお、デジタル／アナログ変換器を内蔵していない変調信号源１１というのは、第１の実施の形態のようにシミュレータ（コンピュータ）からの位相や振幅のデジタル信号を取り入れて変調信号を作ることができないものであり、この変調信号源１１は、あらかじめ決められた波形の変調信号を複数種類発生する機能を有し、コンピュータからの信号に基づいて、何れかの変調信号波形を選択するものである。
【００７８】
また、アナログ／デジタル変換器を内蔵していないスペクトラムアナライザ１２というのは、第１の実施の形態のように、入力される信号をデジタル的にサンプリングして解析を行い解析結果をデジタル信号として出力するということができないものである。
【００７９】
以下、第２の実施の形態の構成および動作についてさらに説明する。高周波回路シミュレーションにてコンピュータ９からの変調信号生成制御信号ＭＣ２で直接に変調信号源（入力信号発生器）１１を制御して、デジタル/アナログ変換器内蔵変調信号源６を用いずにあらかじめ決めておいた変調信号ＭＳ３を発生し、高周波用半導体素子１に第１の電子制御インピーダンス整合回路７Ａを通して入力するとともに、高周波用半導体素子１からの出力される変調信号ＭＳ４を、第２の電子制御インピーダンス整合回路７Ｂを通して取り出し、アナログ/デジタル信号変換回路内蔵スペクトラムアナライザ８を用いずに、直接、通常のスペクトラムアナライザ１２等の高周波測定装置に入力し、そのままアナログ量のデータとしてコンピュータ９に高周波測定データＫＳ２を取り込み、コンピュータ９で高周波回路シミュレーションするようにすることも可能である。
【００８０】
この場合、測定できる範囲が限られるものの、第１の実施の形態と同様に、高周波シミュレーションを測定しながら行うことが可能である。この実施の形態の効果は、上記した以外第１の実施の形態と同様である。
【００８１】
なお、測定範囲が限られるというのは、以下の理由からである。変調信号源は、種々の変調信号を全て発生することはできず、限られた目的の変調信号しか発生することができない。しかし、Ｄ／Ａ変換して振幅と位相とを自由に作り出せれば、任意の波形の変調信号を自由に作り出すことができる。既存の変調信号源を、出力可能な変調波形が限られているという意味で、測定範囲が限られると表現している。
【００８２】
ここで、半導体高周波測定装置を用いて行う高周波回路設計方法について説明する。この高周波回路設計方法は、変調信号の生成にデジタル／アナログ変換を使用しない点と、測定にアナログ／デジタル変換を使用しない点が第１の実施の形態と相違するが、その他の点については第１の実施の形態と同様である。
【００８３】
【発明の効果】
本発明の高周波回路設計方法および半導体高周波測定装置によれば、高周波用半導体素子を含む高周波回路のシミュレーションの結果を第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、高周波回路の高周波特性を測定した計測結果を高周波回路のシミュレーションに反映させるようにしたので、高周波用半導体素子を含む高周波回路の特性を高周波測定しながら高周波回路シミュレーションが可能になり、第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを正確にかつ速い設計スピードで決定することができる。
【００８４】
特に、従来高周波シミュレーションで高周波回路を設計する場合、きわめて正確な設計は不可能であった。このような正確な設計が要求される場合、実際に測定を行い、測定結果を基に設計を行うことが必要であるが、本発明によれば、高周波回路を手動でいちいち測定しながら設計することなく、自動的に測定および設計を行うことが可能となり、高周波回路設計スピードが従来例に比べて２０倍から２００倍ぐらい向上させることができる。
【００８５】
なお、高周波用半導体素子のバイアスレベルもシミュレータから直接制御することができるため、バイアス依存性の特性や大信号特性等を計りながら回路シミュレーションできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の半導体高周波測定装置を示す模式図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態の半導体高周波測定装置を示す模式図である。
【図３】従来の半導体高周波測定装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 高周波用半導体素子
２ 変調信号源
３ 整合回路
４ スペクトラムアナライザ
５ 高周波回路
６ デジタル/アナログ変換器内蔵変調信号源
７ 電子制御インピーダンス整合回路
８ アナログ/デジタル変換器内蔵スペクトラムアナライザ
９ コンピュータ
Claims (7)
- 変調信号が入力される高周波用半導体素子と、前記高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、前記高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における前記第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定する高周波回路設計方法であって、
前記高周波回路のシミュレーションを行い、前記シミュレーションにより生成された前記第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、前記シミュレーションにより生成された前記第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、前記シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成し、
前記高周波用半導体素子の入力端に設けた第１の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを前記第１のパラメータ設定信号に応じて変化させ、
前記高周波用半導体素子の出力端に設けた第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを前記第２のパラメータ設定信号に応じて変化させ、
前記変調信号生成制御信号をデジタル／アナログ変換した信号に対応した変調信号を作成して前記高周波用半導体素子へ前記第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力し、
前記高周波用半導体素子から前記第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号をアナログ／デジタル変換して前記変調信号の特性を計測し、計測結果に基づいて前記シミュレーションの条件を変更し、
前記シミュレーションの結果を前記第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、前記変調信号の特性の計測結果を前記高周波回路のシミュレーションに反映させることにより前記第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定することを特徴とする高周波回路設計方法。 - 変調信号が入力される高周波用半導体素子と、前記高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、前記高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における前記第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定する高周波回路設計方法であって、
前記高周波回路のシミュレーションを行い、前記シミュレーションにより生成された前記第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、前記シミュレーションにより生成された前記第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、前記シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成し、
前記高周波用半導体素子の入力端に設けた第１の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを前記第１のパラメータ設定信号に応じて変化させ、
前記高周波用半導体素子の出力端に設けた第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータを前記第２のパラメータ設定信号に応じて変化させ、
前記変調信号生成制御信号に対応した変調信号を作成して前記高周波用半導体素子へ前記第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力し、
前記高周波用半導体素子から前記第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号の特性を計測し、計測結果に基づいて前記シミュレーションの条件を変更し、
前記シミュレーションの結果を前記第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、前記変調信号の特性の計測結果を前記高周波回路のシミュレーションに反映させることにより前記第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定することを特徴とする高周波回路設計方法。 - 変調信号が入力される高周波用半導体素子と、前記高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、前記高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における前記第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定する半導体高周波測定装置であって、
前記高周波回路のシミュレーションを行い、前記シミュレーションにより生成された前記第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、前記シミュレーションにより生成された前記第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、前記シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成するコンピュータと、
前記高周波用半導体素子の入力端に設けられて前記第１のパラメータ設定信号に応じてパラメータが設定される第１の電子制御インピーダンス整合回路と、
前記高周波用半導体素子の出力端に設けられて前記第２のパラメータ設定信号に応じてパラメータが設定される第２の電子制御インピーダンス整合回路と、
前記変調信号生成制御信号をデジタル／アナログ変換した信号に対応した変調信号を生成して前記高周波用半導体素子へ前記第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力する変調信号源と、
前記高周波用半導体素子から前記第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号をアナログ／デジタル変換して前記変調信号の特性を計測し、計測結果を前記コンピュータに入力して前記シミュレーションの条件を変化させる高周波計測器とを備え、
前記シミュレーションの結果を前記第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、前記計測結果を前記高周波回路のシミュレーションに反映させることにより前記第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定するようにしたことを特徴とする半導体高周波測定装置。 - 変調信号が入力される高周波用半導体素子と、前記高周波用半導体素子の入力端に設けられる第１のインピーダンス整合回路と、前記高周波用半導体素子の出力端に設けられる第２のインピーダンス整合回路とからなる高周波回路における前記第１および第２のインピーダンス整合回路のパラメータを決定する半導体高周波測定装置であって、
前記高周波回路のシミュレーションを行い、前記シミュレーションにより生成された前記第１のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第１のパラメータ設定信号を作成するとともに、前記シミュレーションにより生成された前記第２のインピーダンス整合回路のパラメータに対応した第２のパラメータ設定信号を作成し、前記シミュレーションにより生成された擬似的な変調信号に対応した変調信号生成制御信号を作成するコンピュータと、
前記高周波用半導体素子の入力端に設けられて前記第１のパラメータ設定信号に応じてパラメータが設定される第１の電子制御インピーダンス整合回路と、
前記高周波用半導体素子の出力端に設けられて前記第２のパラメータ設定信号に応じてパラメータが設定される第２の電子制御インピーダンス整合回路と、
前記変調信号生成制御信号に対応した変調信号を生成して前記高周波用半導体素子へ前記第１の電子制御インピーダンス整合回路を介して入力する変調信号源と、
前記高周波用半導体素子から前記第２の電子制御インピーダンス整合回路を通して出力される変調信号の特性を計測し、計測結果を前記コンピュータに入力して前記シミュレーションの条件を変化させる高周波計測器とを備え、
前記シミュレーションの結果を前記第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路のパラメータ設定に反映させるとともに、前記計測結果を前記高周波回路のシミュレーションに反映させることにより前記第１および第２のインピーダンス整合回路の最適なパラメータを決定するようにしたことを特徴とする半導体高周波測定装置。 - 高周波回路の高周波測定を行いながら高周波回路のシミュレーションを行うことを特徴とする請求項３または４記載の半導体高周波測定装置。
- 第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路が同軸型共振器を用いて構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の半導体高周波測定装置。
- 第１および第２の電子制御インピーダンス整合回路が電圧制御の半導体性容量を用いて構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の半導体高周波測定装置。
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