JP7112821B2 - 高周波増幅器 - Google Patents
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Description
図6は、実施の形態1に係る高周波増幅器30の回路図である。高周波増幅器30は、所定の周波数帯(例えば中心周波数が4.5GHzの周波数帯)の第一信号及び第二信号を増幅して出力端子22から信号を出力するドハティ増幅器であって、第一アンプの一例であるキャリアアンプ11、第二アンプの一例であるピークアンプ12、第一整合回路33、第二整合回路36、第一伝送線路40、第二伝送線路39、第三伝送線路21、出力端子22、第一入力端子23及び第二入力端子24を備える。第一整合回路33は、直列インダクタ34と一端が接地された並列インダクタ35とから構成されている。第二整合回路36は、直列インダクタ37と一端が接地された並列インダクタ38とから構成されている。
図11は、実施の形態2に係る高周波増幅器50の回路図である。図6で示した実施の形態1に係る高周波増幅器30との違いを中心に説明する。同図に示す高周波増幅器50では、図6に示す並列インダクタ35に代えて一端が接地された第四伝送線路55を備え、同様に並列インダクタ38に代えて一端が接地された第五伝送線路58を備えている。第四伝送線路55および第五伝送線路58については、周波数4.5GHzおいて、それぞれ線路長を1/15波長に設定すれば所望の特性を得ることができる。また、同図に示す高周波増幅器50では、図6に示す直列インダクタ34および37に代えて、それぞれ、等価なインピーダンス変換を有する第八伝送線路54および第九伝送線路57が使用されている。なお、第四伝送線路55、第五伝送線路58、第八伝送線路54および第九伝送線路57は、本実施の形態では、いずれも、マイクロストリップラインまたはストリップラインである。
図12は、実施の形態3に係る高周波増幅器60の回路図である。一般に、図6で示した高周波増幅器30を順ドハティ増幅器、図12で示す高周波増幅器60を逆ドハティ増幅器と区別することがある。高周波増幅器30との違いを中心に説明する。同図において、第一伝送線路40と第一整合回路33との接続箇所を端子Yとする。第三伝送線路21は端子Yと出力端子22との間に接続される。第二伝送線路39は、キャリアアンプ11の入力側に接続され、第一伝送線路40による位相回転を補償するために第一伝送線路40と同じ電気長に設定される。
図13は、実施の形態4に係る高周波増幅器70の回路図である。高周波増幅器70では、第四伝送線路55および第五伝送線路58が、それぞれ電源端子75および電源端子76に接続されている。電源端子75と第四伝送線路55との間に一端が接地されたグランド用の第一キャパシタ72が接続されている。また、電源端子76と第五伝送線路58との間に一端が接地されたグランド用の第二キャパシタ74が接続されている。これにより、第四伝送線路55および第五伝送線路58は、一端が高周波的に接地されるので、高周波増幅器70においても、実施の形態1に係る高周波増幅器30と同様の特性を得ることが出来る。このように、第四伝送線路55および第五伝送線路58をインピーダンスマッチングと電源からの電力供給の両方の目的に使用することにより、回路の小型化を図ることが出来る。
図14は、実施の形態5に係る高周波増幅器77の回路図である。図13で示した実施の形態4に係る高周波増幅器70との違いは、高周波増幅器77では、第四伝送線路55と第一キャパシタ72との接続点である点Sと電源端子75との間に第一電源用インダクタ78が接続されていることである。実施の形態4に係る高周波増幅器70では、第四伝送線路55の長さはインピーダンスマッチングを優先して選定するため、第四伝送線路55の長さが短い場合、高周波信号が電源端子75から電源側に漏れることが問題となる。本実施の形態では、図14に示すように、第一電源用インダクタ78を使用することにより高周波信号の漏洩を防止することが出来る。同様に、第五伝送線路58と第二キャパシタ74との接続点である点S’と電源端子76との間に第二電源用インダクタ79が接続されている。第二電源用インダクタ79を使用することにより高周波信号の電源側への漏洩を防止することが出来る。
本開示に至る経緯について、図15で示す、実施の形態1~5に係る高周波増幅器における負荷インピーダンスの領域を示すスミスチャートを用いて説明する。ここでは、実施の形態1を参照して説明する。図6で示す高周波増幅器30では、第一整合回路33および第二整合回路36に、それぞれ一端が接地された並列インダクタ35および38を用いることが特徴である。このような第一整合回路33および第二整合回路36を用いることが出来るのは、キャリアアンプ11およびピークアンプ12の負荷インピーダンスが、図15に示すように、R=50Ωの点と短絡の点との中点を中心とし、R=50Ωの点と短絡の点とを通る円(つまり、R=50Ωを通る等アドミッタンス円)の内部を除くマッチング可能領域(斜線領域)にある場合に限られる。これまで高出力用途を中心に研究されてきたドハティ増幅器においては、扱うトランジスタのサイズが大きいためアンプの負荷が上記円の内部にあり、高周波増幅器30が備えるような第一整合回路33および第二整合回路36を用いることが出来なかった。
図16は、実施の形態6に係る高周波増幅器80のレイアウト図である。本実施の形態に係る高周波増幅器80は、図14に示す実施の形態5に係る高周波増幅器77と同じ回路を備える。よって、図16は、図14に示す実施の形態5に係る高周波増幅器77の回路図について、基板80a上の具体的なレイアウトを示したものに相当する。
図17は、実施の形態7に係る高周波増幅器90のレイアウト図である。本実施の形態に係る高周波増幅器90は、図14に示す実施の形態5に係る高周波増幅器77と同じ回路を備える。よって、図17は、図14に示す実施の形態5に係る高周波増幅器77の回路図について、基板90a上の具体的なレイアウトを示したものに相当する。
図18は、実施の形態8に係るキャリアアンプ用の半導体チップ101のレイアウト図(図18の(a))、およびピークアンプ用の半導体チップ102のレイアウト図(図18の(b))である。図18の(a)に示すキャリアアンプ用の半導体チップ101には、増幅用FETだけでなく、線路PQと、第一キャパシタ105が形成されている。また、半導体チップ101と外部伝送線路の接続点である点Q、第一キャパシタ105の一端である上部電極106、及び他端である下部電極107にはバンプが形成されている。同様に、図18の(b)に示すピークアンプ用の半導体チップ102には、増幅用FETだけでなく、線路P’Q’と、第二キャパシタ108が形成されている。また、半導体チップ102と外部伝送線路の接続点である点Q’、第二キャパシタ108の一端である上部電極109、及び他端である下部電極110にはバンプが形成されている。
12、92 ピークアンプ
21 第三伝送線路
22 出力端子
23 第一入力端子
24 第二入力端子
30、50、60、70、77、80、90、100 高周波増幅器
33、53 第一整合回路
34、37 直列インダクタ
35、38 並列インダクタ
36、56 第二整合回路
39 第二伝送線路
40 第一伝送線路
54 第八伝送線路
55 第四伝送線路
57 第九伝送線路
58 第五伝送線路
72、95、105 第一キャパシタ
74、96、108 第二キャパシタ
75、76 電源端子
78 第一電源用インダクタ
79 第二電源用インダクタ
80a、90a、100a 基板
80b、80c、90b、90c、101、102 半導体チップ
82、84 部品キャパシタ
97 第一ボンディングワイヤー
98 第二ボンディングワイヤー
106、109 上部電極
107、110 下部電極
線路CD 第七伝送線路
線路C’D’ 第八伝送線路
Claims (2)
- 所定の周波数帯の第一信号及び第二信号を増幅して出力端子から信号を出力する高周波増幅器であって、
基板と、
前記基板上に実装された一又は二の半導体チップと、
前記半導体チップに形成され、前記第一信号を増幅する第一アンプと、
前記半導体チップに形成され、前記第二信号を増幅する第二アンプと、
前記第一アンプの出力端子に接続された第一整合回路と、
前記第二アンプの出力端子に接続された第二整合回路と、
前記第一整合回路の出力端子と前記第二整合回路の出力端子との間に接続された前記所定の周波数帯の中心周波数の1/4波長未満の電気長を有する第一伝送線路と、
前記第二アンプの入力端子に接続された前記所定の周波数帯の中心周波数の1/4波長未満の電気長を有する第二伝送線路と、
前記第一伝送線路の一端と前記高周波増幅器の前記出力端子との間に接続された前記所定の周波数帯の中心周波数の1/4波長の電気長を有する第三伝送線路と、
前記半導体チップに形成された第一キャパシタおよび第二キャパシタとを備え、
前記第一整合回路は、前記第一アンプの出力端子に一端が接続された直列インダクタである第八伝送線路と、前記基板上に形成され一端が前記直列インダクタの他端に接続され、他端が接地された第四伝送線路である並列インダクタとを有し、
前記第一整合回路による位相回転量と前記第一伝送線路による位相回転量との和は90°未満であり、
前記第二整合回路は、前記第二アンプの出力端子に一端が接続された第九伝送線路と、前記基板上に形成され前記第九伝送線路の他端に一端が接続された第五伝送線路とを備え、
前記第一伝送線路は、前記基板上に形成され前記第四伝送線路の一端と前記第五伝送線路の一端との間に接続され、
前記第四伝送線路の他端と前記第一キャパシタの一端とは接続され、
前記第一キャパシタの他端は、接地され、
前記第五伝送線路の他端と前記第二キャパシタの一端とは接続され、
前記第二キャパシタの他端は、接地され、
前記第四伝送線路の前記他端と前記第一キャパシタの前記一端とは第一ボンディングワイヤーで接続され、
前記第五伝送線路の前記他端と前記第二キャパシタの前記一端とは第二ボンディングワイヤーで接続されている
高周波増幅器。 - 所定の周波数帯の第一信号及び第二信号を増幅して出力端子から信号を出力する高周波増幅器であって、
基板と、
前記基板上に実装された一又は二の半導体チップと、
前記半導体チップに形成され、前記第一信号を増幅する第一アンプと、
前記半導体チップに形成され、前記第二信号を増幅する第二アンプと、
前記第一アンプの出力端子に接続された第一整合回路と、
前記第二アンプの出力端子に接続された第二整合回路と、
前記第一整合回路の出力端子と前記第二整合回路の出力端子との間に接続された前記所定の周波数帯の中心周波数の1/4波長未満の電気長を有する第一伝送線路と、
前記第二アンプの入力端子に接続された前記所定の周波数帯の中心周波数の1/4波長未満の電気長を有する第二伝送線路と、
前記第一伝送線路の一端と前記高周波増幅器の前記出力端子との間に接続された前記所定の周波数帯の中心周波数の1/4波長の電気長を有する第三伝送線路と、
前記半導体チップに形成された第一キャパシタおよび第二キャパシタとを備え、
前記第一整合回路は、前記第一アンプの出力端子に一端が接続された直列インダクタである第八伝送線路と、前記基板上に形成され一端が前記直列インダクタの他端に接続され、他端が接地された第四伝送線路である並列インダクタとを有し、
前記第一整合回路による位相回転量と前記第一伝送線路による位相回転量との和は90°未満であり、
前記第二整合回路は、前記第二アンプの出力端子に一端が接続された第九伝送線路と、前記基板上に形成され前記第九伝送線路の他端に一端が接続された第五伝送線路とを備え、
前記第一伝送線路は、前記基板上に形成され前記第四伝送線路の一端と前記第五伝送線路の一端との間に接続され、
前記第四伝送線路の他端と前記第一キャパシタの一端とは接続され、
前記第一キャパシタの他端は、接地され、
前記第五伝送線路の他端と前記第二キャパシタの一端とは接続され、
前記第二キャパシタの他端は、接地され、
前記半導体チップは、前記基板の平面視で前記半導体チップの少なくとも一部が前記第四伝送線路の前記他端と重なる領域に形成された第一導体、および、前記平面視で前記半導体チップの少なくとも一部が前記第五伝送線路の前記他端と重なる領域に形成された第二導体を有し、
前記第四伝送線路の前記他端と前記第一キャパシタの前記一端とは前記第一導体を介して接続され、
前記第五伝送線路の前記他端と前記第二キャパシタの前記一端とは前記第二導体を介して接続されている
高周波増幅器。
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