JPH1188080A - 高周波増幅回路とマイクロ波集積回路 - Google Patents

高周波増幅回路とマイクロ波集積回路

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JPH1188080A
JPH1188080A JP9248327A JP24832797A JPH1188080A JP H1188080 A JPH1188080 A JP H1188080A JP 9248327 A JP9248327 A JP 9248327A JP 24832797 A JP24832797 A JP 24832797A JP H1188080 A JPH1188080 A JP H1188080A
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JP
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electrode
transistor
frequency
circuit
frequency amplifier
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JP9248327A
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Shin Chagi
伸 茶木
Yasuharu Nakajima
康晴 中島
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/60Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
    • H03F3/601Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators using FET's, e.g. GaAs FET's

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microwave Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用周波数等が異なる機種への展開が容易
で、製造歩留まりを高くできる高周波増幅回路とマイク
ロ波集積回路を提供する。 【解決手段】 高周波用のトランジスタと、該トランジ
スタの端子と外部接続端子間に接続された整合回路とを
備えた高周波増幅回路であって、上記整合回路は、一端
が上記トランジスタの端子に接続され他端が上記外部接
続端子に接続された可変容量素子と、一端が上記可変容
量素子の他端に接続され他端が直接接地されたショート
スタブとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は高周波増幅回路、
特にマイクロ波、準ミリ波及びミリ波帯で使用される高
周波増幅回路とマイクロ波集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、無線通信の発達により、より高い
周波数が使用されるようになり、最近では20GHzを
越える準ミリ波やミリ波が使用されるようになってきて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、20GHzを
越える極めて高い周波数帯で使用される増幅器やMMI
C(モノリシックマイクロウェーブインテグレイティド
サーキット)は、アクティブデバイスの特性ばらつき及
び受動回路のばらつきが回路の性能に大きく影響するた
め、生産における高歩留まりが得られにくくコスト低減
の障害となっていた。また、設計開発段階においてもア
クティブデバイスの特性(等価回路パラメータ)及び受
動回路のモデルパラメータを高精度に把握することが困
難であるため、一回の試作で目標のスペックを満足させ
ることは難しく、複数回の試作により目標の性能を満足
する製品を作製しているのが現状である。そのために、
開発のコストを増大させることにもなっていた。また、
1品種に対する開発期間が長くなるため、周波数、利
得、出力等が異なる多品種・少量生産への対応は困難で
あった。
【0004】そこで、本発明は、使用周波数等が異なる
機種への展開が容易で、製造歩留まりを高くできる高周
波増幅回路とマイクロ波集積回路を提供することを目的
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の従来例
の問題点を解決するために、異なる周波数への対応が容
易でかつ電界効果トランジスタ等のアクティブデバイス
の特性のばらつき又はパラメータの変更による対応が容
易な整合回路を見いだし完成させたものである。すなわ
ち、本発明に係る高周波増幅回路は、高周波用のトラン
ジスタと、該トランジスタの端子と外部接続端子間に接
続された整合回路とを備えた高周波増幅回路であって、
上記整合回路は、一端が上記トランジスタの端子に接続
され他端が上記外部接続端子に接続された可変容量素子
と、一端が上記可変容量素子の他端に接続され他端が直
接接地されたショートスタブとを有することを特徴とす
る。ここで、高周波用のトランジスタとは、電界効果ト
ランジスタ(FET)、高電子移動度トランジスタ(H
EMT)、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HB
T)等のマイクロ波、準ミリ波及びミリ波帯等の比較的
高い周波数で動作可能なトランジスタをいう。
【0006】上記高周波増幅回路において、上記整合回
路が入力整合回路として上記トランジスタに接続される
ことが好ましい。
【0007】また、本発明の高周波増幅回路では、上記
可変容量素子として、電界効果トランジスタ又はダイオ
ードを用いることができる。このようにすると、上記可
変容量素子の容量を電気的に調整することができる。
【0008】さらに、本発明の高周波増幅回路では、上
記整合回路においてさらに、上記可変容量素子と並列に
容量素子を設けてもよい。これによって、可変必要範囲
のみを上記可変容量素子で構成することができる。
【0009】また、本発明の高周波増幅回路では、上記
整合回路においてさらに、上記可変容量素子の他端と上
記ショートスタブの一端との間に抵抗素子を設けてもよ
い。このようにしても、上記高周波増幅回路の利得を調
整することができる。
【0010】また、本発明に係る第1のマイクロ波集積
回路は、高周波用のトランジスタと、該トランジスタの
1つの第1の端子電極に接続された整合回路とを備えた
高周波増幅回路が半導体基板上に形成されたマイクロ波
集積回路であって、上記整合回路は、誘電体層が上地電
極と下地電極とによって挟設されてなり上記上地電極と
下地電極のうちのいずれか一方の電極が上記トランジス
タの上記第1の端子電極に接続されたMIMキャパシタ
と、上記MIMキャパシタの他方の電極に一端が接続さ
れ他端が直接接地されたストリップ電極で構成されるシ
ョートスタブとを含み、上記上地電極が、上記高周波増
幅回路の使用周波数において必要とする静電容量値に対
応した開口部面積を有するマスクを用いて形成されてい
ることを特徴とする。このようにすることにより、上記
上地電極を形成するときに用いるマスクのみを変更する
ことにより、使用周波数に適した整合回路を形成するこ
とができる。
【0011】上記第1のマイクロ波集積回路において、
上記ストリップ電極が一部にコの字型の形状を含み、該
コの字型の形状が、上記ストリップ電極の長さを、上記
高周波増幅回路の使用周波数において必要とする長さに
設定するために所定の大きさに形成するようにしてもよ
い。これによって、上記MIMキャパシタの容量と上記
ショートスタブのパラメータとを所定の値に設定するこ
とができるので、使用周波数により適した整合回路を構
成することができる。
【0012】また、本発明に係る第2のマイクロ波集積
回路は、高周波用のトランジスタと、該トランジスタの
1つの第1の端子電極に接続された整合回路とを備えた
高周波増幅回路が半導体基板上に形成されたマイクロ波
集積回路であって、上記整合回路は、誘電体層が上地電
極と下地電極とによって挟設されてなり上記上地電極と
下地電極のうちのいずれか一方の電極が上記トランジス
タの上記第1の端子電極に接続されたMIMキャパシタ
と、上記MIMキャパシタの他方の電極に一端が接続さ
れ他端が直接接地されたストリップ電極で構成されるシ
ョートスタブとを含みかつ、上記上地電極が、複数の分
離された電極からなり、該複数の分離された電極のうち
のいずれか1つ以上を用いて上記MIMキャパシタの静
電容量を上記高周波増幅回路の使用周波数において必要
とする値に設定したことを特徴とする。
【0013】上記第2のマイクロ波集積回路において、
上記ストリップ電極が一部にコの字型の形状を含み、該
コの字型の形状が、上記ストリップ電極の長さを、上記
高周波増幅回路の使用周波数において必要とする長さに
設定するようにしてもよい。これによって、上記MIM
キャパシタの容量と上記ショートスタブのパラメータと
を所定の値に設定することができるので、使用周波数に
より適した整合回路を構成することができる。
【0014】上記第2のマイクロ波集積回路において、
上記分離された電極と上記第1の電極又は上記ストリッ
プ電極間、及び上記分離された電極間をエアーブリッジ
で接続するようにしてもよい。このようにすることによ
り、基板上に形成されるパターンを変更することなく、
エアーブリッジで所定の電極間を接続することにより、
各種の周波数に対応した整合回路を形成することができ
る。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態について説明する。 実施の形態1.図1は、本発明に係る実施の形態1の高
周波増幅回路の回路構成を示す回路図である。この実施
の形態1の高周波増幅回路は、図1に示すように例えば
電界効果トランジスタ等のトランジスタ21を含むアク
ティブ回路20と、入力整合回路10と出力整合回路3
0とからなる。ここで、実施の形態1の高周波増幅回路
は、入力整合回路10が一端が上記トランジスタ21の
ゲート端子に接続された可変容量素子1と、該可変容量
素子1の他端に一端が接続され他端が直接接地されたシ
ョートスタブ2とを有することを特徴とし、以下の利点
を有する。尚、図1において、アクティブ回路20のバ
イアス回路は省略している。
【0016】一般的にマイクロ波、ミリ波回路に用いる
ショートスタブのショート端は容量素子を介してグラン
ドに接続される。これによって高周波信号はショートさ
れるが直流(DC)についてはオープンとなり、トラン
ジスタ等のアクティブデバイスへのバイアス印加を可能
にしている。これに対して、本発明による入力整合回路
10においては入力インピーダンスの整合のために直列
に可変容量素子1を用いているので、トランジスタ21
とショートスタブ2との間は直流的に開放(オープン)
となるためショートスタブ2の他端を容量を用いること
なく直接接地することができる。このように、ショート
スタブ2の他端を直接グランドに接続することにより、
直流成分においても短絡効果が得られる。また、ショー
トスタブ2は準ミリ波、ミリ波帯での整合のために用い
られているので、その電気長は数十MHz帯以下におい
ては無視できる程度の長さとなるため、MHz帯以下に
おいては直流の場合と同様に短絡したと同様の効果が得
られる。これによって、MHz帯以下の低い周波数帯で
の利得を効果的に抑制でき、マイクロ波・ミリ波帯の増
幅器において回路の安定な動作が可能になる。これに対
して、MIMキャパシタを介して接地された従来例のス
タブの場合、スタブの共振周波数以下の周波数では、相
対的にMIMキャパシタの影響が大きくなるので、直流
はもちろん、MHz帯においては短絡したものと見なす
ことができない。上述したショートスタブ2を用いた場
合の効果は、使用周波数における整合のためにショート
スタブ2の寸法を変更しても同様に得られる。従って、
従来は、低周波における利得を抑制することと、高周波
帯の整合を取ることを両立させるようにショートスタブ
の長さを設定していたが、本実施の形態1では、他端を
直接接地したショートスタブ2を用いることにより、設
計時に低周波について考慮することなく、所望の周波数
帯域における整合のみを念頭にショートスタブ2の長さ
を設定することができ、設計効率の向上が可能である。
【0017】以下、本実施の形態1の入力整合回路10
のパラメータの設定方法について説明する。図1の回路
において、トランジスタ21の入力インピーダンスZ1
は、次の式1で表される。
【0018】
【数1】Z1=R1+jX1…式1
【0019】これに直列に可変容量素子1(容量値=
C)を付加して可変容量素子1を介して見たトランジス
タ21の入力インピーダンスZ2は次の式2で表され、
アドミタンスY2は次の式3であらわされる。
【0020】
【数2】Z2=R1+j(X1+Xc)…式2 ここで、Xc=-j/(ωC)
【数3】 Y2=R1/(R1 2+(X1+Xc)2)-j(X1+Xc)/(R1 2+(X1+Xc)2)…式3
【0021】そして、可変容量素子1の容量値CをRe
(Y2)=1となるように設定する。すなわち、R
(R +(X+Xc))=1から、容量値Cは、
次の式4で表される値に設定する。
【0022】
【数4】C=ω(X1+(R1(1-R1))0.5)-1…式4
【0023】次に、ショートスタブ2を接続し、入力端
子T1からトランジスタ21をみたインピーダンスZT1
からアドミタンスYT1を求めると、次の式5のようにな
る。ここで、式5においてLはショートスタブ2のイン
ダクタンスである。
【0024】
【数5】 YT1=1-j((X1+Xc)/(R1 2+(X1+Xc)2)+1/(ωL))…式5
【0025】次に、インダクタンスLをIm(YT1)=
0となるように設定する。すなわち、インダクタンスL
を次の式6で表される値に設定する。
【0026】
【数6】L=-(R1 2+(X1+Xc)2)/(ω(X1+Xc))…式6
【0027】さらに、式6で表されるインダクタンスに
なるように、ショートスタブ2の電気長を設定する。以
上のようにして、入力整合回路10における可変容量素
子1の容量値C及びショートスタブ2の電気長を設定す
る。
【0028】以上の内容をスミスチャートを用いて説明
する。図2のスミスチャートには、トランジスタ21の
ゲート端子における入力反射係数S11の周波数特性2
4及び可変容量素子1を介してトランジスタ21のゲー
ト端子を見たときの入力インピーダンスZ1の変化を示
している。ここで、図2のスミスチャートにおいて、矢
印23は、可変容量素子1を介してトランジスタ21の
ゲートをみた場合において、該可変容量素子の容量値を
0から次第に大きくしたときの入力インピーダンスZ2
の変化の方向を示している。尚、矢印23の始点23a
はトランジスタ21のゲートを直接見たときのインピー
ダンスZ1を示す点である。図2に示すように、この入
力インピーダンスZ2は、可変容量素子1の容量値に対
応して定抵抗円101上を変化する。従って、パラメー
タの設定方法ではまず、可変容量素子1を介してトラン
ジスタ21のゲートを見た入力インピーダンスZ2が、
図2のスミスチャート上で定抵抗円101と定コンダク
タンス円102との交点3a上に位置するように、可変
容量素子1の容量値を設定する。この操作は、上述の可
変容量素子1の容量値CをRe(Y2)=1となるよう
に設定する操作に対応する。この状態で、図1の整合回
路10に示すように、可変容量素子1の他端と接地端と
の間にショートスタブ2を接続すると、入力端子T1か
ら見た入力インピーダンスZT1は、そのショートスタブ
2の長さ(電気長)4に対応して定コンダクタンス円1
02上を変化する。ここで、定コンダクタンス円102
は、スミスチャートの中心を通る円である。従って、次
のステップとしては、入力端子T1から見た入力インピ
ーダンスZT1が図2のスミスチャート上において中心に
位置するように、ショートスタブ2の長さ(電気長)を
設定する。この操作は、上述のインダクタンスLをIm
(YT1)=0となるように設定する操作に対応する。
【0029】以上のようにして可変容量素子1の容量値
とショートスタブ2の電気長を設定することにより、入
力整合回路10が接続されたトランジスタ21のゲート
端子は、通常マイクロ波、ミリ波回路において用いられ
る50オーム(図2のスミスチャートの中央)に整合さ
れる。また、図2のスミスチャートにおいて、トランジ
スタ21の入力反射係数S11の周波数特性の一例をラ
イン24に示す。尚、この例には、トランジスタとして
HEMTを用いている。図2に示すように、本実施の形
態1の入力整合回路10において、可変容量素子1の容
量変化に対応した入力インピーダンスZ2は、トランジ
スタ21の周波数特性と同様の方向に変化している(矢
印23とライン24とはほぼ平行)。このことは、可変
容量素子1の容量値の変更のみによってインピーダンス
整合をする周波数を変更することが可能であることを意
味する。図3に可変容量素子1の容量を変更した場合の
利得の周波数特性を示す。可変容量素子1の容量を0.
4pF,0.6pF,1.0pF,2.0pFと変更す
ることのみによって、利得の最大点の周波数を40GH
zから31GHzに変化させることができる。
【0030】図4のスミスチャートに、トランジスタ2
1のゲート端子における入力反射係数S11のゲート幅
依存性をライン25で示す。図4から明らかなように、
周波数特性とほぼ同様に、入力反射係数S11のゲート
幅依存性を示すライン25は、上述の矢印23とほぼ平
行である。これは、入力整合回路10においては、入力
反射係数S11のゲート幅依存性に対しても、ゲート幅
に対応して可変容量素子1の静電容量を変更することに
より、良好な整合状態に設定することが可能であること
を意味する。これによって、トランジスタ21のゲート
幅が製造バラツキによって変動した場合であっても、一
定品質以上の整合状態に調整することができる。また、
ゲート幅の異なるトランジスタを用いた場合において
も、入力整合回路においては、容量の変更のみによって
対応が可能となる。
【0031】以上のように構成された実施の形態1の高
周波増幅回路は、一端が上記トランジスタ21のゲート
端子に接続された可変容量素子1と、該可変容量素子1
の他端に一端が接続され他端が直接接地されたショート
スタブ2とを有する入力整合回路10を備えているの
で、以下の優れた効果を有する。 (1)可変容量素子の容量値を変更することのみによ
り、他の回路構成(パラメータを含む)を変更すること
なく、使用周波数に対応させて所定の周波数範囲におい
て、トランジスタの入力端子のインピーダンスを例えば
50オームに整合させることができる。これによって、
高周波増幅回路において使用周波数が異なる機種展開が
容易になる。 (2)例えば、最大出力を決定するトランジスタ21の
ゲート幅に対応させて、可変容量素子の容量値を変更す
ることのみにより、他の回路構成(パラメータを含む)
を変更することなく、トランジスタの入力端子のインピ
ーダンスを例えば50オームに整合させることができ、
出力特性が異なる機種展開が容易になる。 (3)また、トランジスタの入力端子のインピーダンス
が、例えばゲート電極幅のバラツキ等によりばらついた
場合でも、可変容量素子の容量値を調整することによ
り、トランジスタの入力端子のインピーダンスを例えば
50オームに整合させることができ、製造歩留まりを向
上させることができる。
【0032】以上の実施の形態1においては、図5に示
すように、可変容量素子1に並列に固定の容量素子3を
設けてもよい。これによって、調整が必要な容量のみを
可変容量素子で構成することができる。例えば、可変容
量素子1の可変範囲をC10からC11とした場合、静
電容量C3を有する容量素子3を付加することによって
調整範囲をC10+C3からC11+C3に変更でき
る。
【0033】実施の形態2.図6は、本発明に係る実施
の形態2の高周波増幅回路の入力整合回路を示し、該入
力整合回路は、可変容量素子として電界効果トランジス
タ11を用いて構成している。尚、実施の形態2の高周
波増幅回路では、図1の実施の形態1の高周波増幅回路
の入力整合回路10に代えて図6に示す入力整合回路を
用いた以外は、実施の形態1と同様に構成される。図6
の入力整合回路は、アクティブ回路20のトランジスタ
21のゲートに電界効果トランジスタ11のドレイン端
子が接続され、ソース端子が入力端子T1に接続される
一方、ソース端子はショートスタブ2を介して接地され
ている。電界効果トランジスタ11のゲートには、抵抗
12を介してゲートバイアス電圧が印加される。ここ
で、抵抗12と電界効果トランジスタ11のゲートとの
接続点はコンデンサ13を介して接地され、ゲートに印
加されるバイアス電圧に含まれる高周波成分を除去して
いる。以上のように構成された図6の入力整合回路にお
いて、電界効果トランジスタ11のゲート端子にピンチ
オフバイアス近傍のバイアス電圧を印加し、印加する電
圧を変化させることにより電界効果トランジスタ11の
ソース−ドレイン間の容量を制御する。これによって、
実用的な範囲として、0.01pF〜0.2pFの範囲
の容量調整が可能である。尚、電界効果トランジスタの
サイズを大きくすることにより0.2pF以上の容量値
も可能であることは言うまでもない。また、本発明では
電界効果トランジスタ11に代えて、ダイオードを用い
てもよい。
【0034】以上のように構成された図6の入力整合回
路では、可変容量素子として電界効果トランジスタを用
いているので、容量値を電気的に変化させることができ
る。以上の実施の形態2では、トランジスタ21のゲー
トに電界効果トランジスタ11のドレイン端子を接続
し、ソース端子を入力端子T1に接続し、かつソース端
子をショートスタブ2を介して接地した。しかしなが
ら、本発明はこれに限らず、トランジスタ21のゲート
に電界効果トランジスタ11のソース端子を接続し、ド
レイン端子を入力端子T1に接続し、かつドレイン端子
をショートスタブ2を介して接地するようにしてもよ
い。以上のように構成しても実施の形態2と同様に動作
し同様の効果を有する。
【0035】実施の形態3.図7に本発明に係る実施の
形態3の高周波増幅回路の入力整合回路を示す。実施の
形態3の高周波増幅回路は、入力整合回路においてショ
ートスタブ2に直列に抵抗4を付加することにより、所
定の周波数における利得を所定の値に設定している。本
実施の形態3の高周波増幅回路は、図8に示す利得を有
し、ショートスタブに直列に設けられた抵抗4の抵抗値
を変更することにより利得を変化させることができる。
図8に示した例では、抵抗値を0.5から3.0Ωに変
更することによって、利得を約2.5dB変化させるこ
とができることを示している。このように、実施の形態
3の高周波増幅回路では、適切な抵抗を選択することに
よって増幅器の利得を調整することができる。また、実
施の形態3では、この抵抗4を可変抵抗にしてもよく、
これによって、利得調整あるいは可変利得増幅器が実現
できる。
【0036】実施の形態4.本発明に係る実施の形態4
は、図1に示す高周波増幅回路を、例えばGaAsから
なる半導体基板90を用いて構成したマイクロ波集積回
路であり、その構成を図9に示す。該マイクロ波集積回
路において、図1のトランジスタ21に対応するトラン
ジスタ50は、それぞれ半導体基板90上に形成された
ソース電極51,52とドレイン電極53とゲート電極
54,55とによって構成される。また、図1の可変容
量素子1に対応するMIMキャパシタ40は、下地電極
42と、該下地電極42上に形成された誘電体層(図示
せず)と、該誘電体層上に形成された上地電極41とに
よって構成される。ショートスタブは、ストリップ電極
45を用いて構成され、ストリップ導体の先端(一端)
は、電極パッド46に接続され、電極パッド46は、ス
ルーホールで半導体基板90の下面に形成された接地電
極に接続される。
【0037】次に、実施の形態4における各素子間の接
続に関して説明する。実施の形態4において、MIMキ
ャパシタ40の上地電極41には、ストリップ電極44
がその一端で接続され、ストリップ電極44の所定の位
置にストリップ電極45の他端と接続される。また、M
IMキャパシタ40の下地電極42はコンタクト部43
においてゲート電極54,55に接続される。尚、ソー
ス電極51,52はそれぞれ、スルーホールを介して半
導体基板90の下面に形成された接地電極に接続され
る。ここで特に実施の形態4のマイクロ波集積回路で
は、MIMキャパシタにおいて異なる周波数に対応する
必要な容量を得るために、下地電極の面積を比較的大き
くし、上地電極の面積を必要な容量値に合わせて設定す
ることにより、MIMキャパシタの容量値を調整してい
る。
【0038】以上のように構成された実施の形態4のマ
イクロ波集積回路では、半導体基板90上に各電極等を
形成するウエハプロセスにおいて、上地電極を形成する
ときのマスクのみを変更することにより異なる周波数に
それぞれ対応する入力各整合回路を形成することができ
る。すなわち、実施の形態4によれば、異なる周波数に
それぞれ対応するマイクロ波集積回路を上地電極を形成
するときのマスクのみを変更することにより作製するこ
とができる。これによって、開発段階においては、開発
期間を短縮することができ、また、製造時においては、
異なる機種間で上記上地電極の形成工程以外の工程を共
通にすることができるので、製造コストを低減できる。
また、実施の形態4においても、実施の形態1と同様に
トランジスタ50のゲート幅の変更(例えば、出力特性
に対応させたゲート幅の変更)に対しても、上地電極の
マスクの変更で対応できるため、レイアウト設計が短時
間で行え、機種展開が容易である。またさらに、実施の
形態4では、MIMキャパシタ40を用いて、ストリッ
プ電極45を直接接地している。一般的にストリップ電
極45をMIMキャパシタを介して接地する場合、該M
IMキャパシタの容量値は、実施の形態4のMIMキャ
パシタ40の容量値に比較して大きく設定される。従っ
て、実施の形態4のマイクロ波集積回路では、ストリッ
プ電極45をキャパシタを介して接地する場合に比較し
てパターンの面積を小さくすることができる。
【0039】実施の形態5.図10は、実施の形態5の
マイクロ波集積回路のパターン構成を示す平面図であ
る。この実施の形態5のマイクロ波集積回路は、図9の
実施の形態4のマイクロ波集積回路に比較して、ストリ
ップ導体45に代えて、一部にコの字型の部分を有する
ストリップ導体45aを用いた以外は実施の形態4と同
様に構成される。以上のように構成された実施の形態5
のマイクロ波集積回路は、ストリップ導体45aのコの
字型に形成した部分の大きさ(長さ)を変更することに
より、ストリップ導体45a全体の長さを変更すること
ができる。このようにすることで、ストリップ電極4
4、電極パッド46及びMIMキャパシタ40等の他の
素子の位置関係を変更することなく、ストリップ電極4
5aの長さ(ショートスタブの電気長)を変更すること
ができる。すなわち、実施の形態5によれば、MIMキ
ャパシタの上地電極を形成するマスクとストリップ電極
45aを形成する時のマスクとを変更するのみで、周波
数対応が可能でありかつ、MIMキャパシタの容量とシ
ョートスタブの電気長とを変更して各種の周波数に対応
できるので、実施の形態5に比較して設計の自由度が向
上する。
【0040】実施の形態6.実施の形態6のマイクロ波
集積回路は、ウエハプロセスにおいて使用するマスクを
変更することなく、MIMキャパシタの容量の変更する
ことを可能にした例である。すなわち、実施の形態6で
は、図11に示すように端子61,62の間に、下地電
極65上に誘電体層を介して2つの上地電極63,64
が形成され、MIMキャパシタが構成される。ここで、
下地電極65はコンタクト部66に接続され、上地電極
63,64及び下地電極65は、端子電極61,62と
電気的に分離されて形成される。また、下地電極65と
誘電体層と上地電極63によってC1の容量が形成さ
れ、下地電極65と誘電体層と上地電極64によってC
2の容量が形成される。
【0041】以上のように形成されたMIMキャパシタ
において、各電極を組み合わせて使用することにより、
以下の各種の容量値が形成される。 (1)図11(a)に示すように、端子電極61とコン
タクト部66とをエアーブリッジ67bで接続し、上地
電極63を端子電極62にエアーブリッジ67aで接続
すると、MIMキャパシタ全体としての容量は、C1と
なる。 (2)図11(b)に示すように、端子電極61とコン
タクト部66とをエアーブリッジ67bで接続し、上地
電極64を端子電極62にエアーブリッジ67cで接続
すると、MIMキャパシタ全体としての容量は、C2と
なる。 (3)図11(c)に示すように、端子電極61とコン
タクト部66とをエアーブリッジ67bで接続し、上地
電極63を端子電極62にエアーブリッジ67aで接続
し、上地電極64を端子電極62にエアーブリッジ67
cで接続すると、MIMキャパシタ全体としての容量
は、C1+C2となる。 (4)図11(d)に示すように、端子電極61と上地
電極63とをエアーブリッジ67dで接続し、上地電極
64を端子電極62にエアーブリッジ67cで接続する
ことにより、MIMキャパシタ全体としての容量は、
(C1C2)/(C1+C2)となる。
【0042】以上のように、実施の形態6では、上地電
極を2つの上地電極63,64に分割して形成し、上述
のように適当に組み合わせて接続することにより、種々
の静電容量値を形成することができる。また、本実施の
形態6では、ウエハプロセスを共通にし、各電極が形成
された後に、アッセンブリ工程で所定の電極間をエアー
ブリッジで配線しているので、アッセンブリ工程での変
更のみで各種の周波数に対応が可能なマイクロ波集積回
路を提供できる。
【0043】以上の実施の形態6のマイクロ波集積回路
では、上地電極を2つに分割したが、本発明はこれに限
らず、3以上に分割してもよい。以上のように3以上に
分割することにより、実施の形態6よりさらに多くの容
量値を実現できる。また、本発明では、ウエハプロセス
又はアッセンブリ工程で接続された電極間の配線を切り
離すようにして容量値を調整するようにしてもよい。
【0044】実施の形態6の変形例.図12(a)は、
実施の形態6の変形例のマイクロ波集積回路におけるM
IMキャパシタ70の構成を示す平面図である。このM
IMキャパシタ70は下地電極71と、下地電極71上
に形成された誘電体層と、該誘電体層上に形成された2
つの上地電極72,73によって構成される。ここで、
下地電極71にはストリップ導体75が接続され、上地
電極72にはストリップ導体74と電極パッド76とが
接続され、さらに上地電極73には電極パッド77が接
続される。以上のように構成されたMIMキャパシタ7
0において、図12(b)に示すように、電極パッド7
6と電極パッド77とを例えば導電性ワイヤで接続する
ことにより、容量値を増加させることができる。この変
形例では上地電極を3以上に分割することにより、さら
に多くの種々の容量値に設定することができる。
【0045】以上の実施の形態1〜6では、入力整合回
路に可変容量素子1とショートスタブ2とを用いたが、
本発明はこれに限らず、出力整合回路として用いてもよ
い。この場合、出力整合回路として、一端が上記トラン
ジスタ21の出力端子として用いる1つの端子に接続さ
れた可変容量素子と、該可変容量素子の他端に一端が接
続され他端が直接接地されたショートスタブ2とを含ん
で構成する。以上のように構成しても実施の形態1と同
様に動作し同様の効果を有する。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る高周
波増幅回路は、一端が上記トランジスタの端子に接続さ
れ他端が上記外部接続端子に接続された可変容量素子
と、一端が上記可変容量素子の他端に接続され他端が直
接接地されたショートスタブとを有する整合回路を備え
ているので、上記可変容量素子の容量値を変更するだけ
で、容易に種々の周波数に対応することができ、かつ特
性バラツキを上記可変容量素子の容量値により調整でき
る。これによって、使用周波数等が異なる機種への展開
が容易で、製造時において歩留まりを高くできる高周波
増幅回路を提供できる。
【0047】また、本発明の高周波増幅回路において、
上記整合回路を入力整合回路として上記トランジスタに
接続することにより、バイアス回路による影響を比較
的、受けることなく種々の周波数への対応ができるの
で、異なる機種への展開がより容易にできる。
【0048】また、本発明の高周波増幅回路では、上記
可変容量素子として、電界効果トランジスタ又はダイオ
ードを用いることにより、上記可変容量素子の容量を電
気的に調整することができるので、上記容量を電気的に
制御することにより使用時における周波数対応が可能に
なる。
【0049】さらに、本発明の高周波増幅回路では、上
記整合回路においてさらに、上記可変容量素子と並列に
容量素子を設けることにより、可変必要範囲のみを上記
可変容量素子で構成することができる。
【0050】また、本発明の高周波増幅回路では、上記
整合回路においてさらに、上記可変容量素子の他端と上
記ショートスタブの一端との間に抵抗素子を設けること
により、利得調整が可能な高周波増幅回路を提供でき
る。
【0051】また、本発明に係る第1のマイクロ波集積
回路は、誘電体層が上地電極と下地電極とによって挟設
されてなり上記上地電極と下地電極のうちのいずれか一
方の電極が上記トランジスタの上記第1の端子電極に接
続されたMIMキャパシタと、上記MIMキャパシタの
他方の電極に一端が接続され他端が直接接地されたスト
リップ電極で構成されるショートスタブとを含む整合回
路を備え、上記上地電極が、上記高周波増幅回路の使用
周波数において必要とする静電容量値に対応した開口部
面積を有するマスクを用いて形成されている。これによ
って、上記上地電極を形成するときに用いるマスクのみ
を変更することにより、使用周波数に適した整合回路を
形成することができ、使用周波数等が異なる機種への展
開が可能なマイクロ波集積回路を提供できる。
【0052】また、上記第1のマイクロ波集積回路にお
いて、上記ストリップ電極が一部にコの字型の形状を含
み、該コの字型の形状が、上記ストリップ電極の長さ
を、上記高周波増幅回路の使用周波数において必要とす
る長さに設定するために所定の大きさに形成することに
より、上記MIMキャパシタの容量と上記ショートスタ
ブのパラメータとを所定の値に設定することができる。
これによって、使用周波数により適した整合回路を構成
することができるので、異なる機種への展開が容易なマ
イクロ波集積回路を提供できる。
【0053】また、本発明に係る第2のマイクロ波集積
回路は、誘電体層が上地電極と下地電極とによって挟設
されてなり上記上地電極と下地電極のうちのいずれか一
方の電極が上記トランジスタの上記第1の端子電極に接
続されたMIMキャパシタと、上記MIMキャパシタの
他方の電極に一端が接続され他端が直接接地されたスト
リップ電極で構成されるショートスタブとを含む整合回
路を備え、上記上地電極が、複数の分離された電極から
なり、該複数の分離された電極のうちのいずれか1つ以
上を用いて上記MIMキャパシタの静電容量を上記高周
波増幅回路の使用周波数において必要とする値に設定し
ている。これによって、使用周波数に適した整合回路を
構成することができるので、異なる機種への展開が可能
なマイクロ波集積回路を提供できる。
【0054】上記第2のマイクロ波集積回路において、
上記ストリップ電極が一部にコの字型の形状を含み、該
コの字型の形状を、上記ストリップ電極の長さを、上記
高周波増幅回路の使用周波数において必要とする長さに
設定することにより、上記MIMキャパシタの容量と上
記ショートスタブのパラメータとを所定の値に設定す
る。これによって、使用周波数により適した整合回路を
構成することができるので、異なる機種への展開が容易
なマイクロ波集積回路を提供できる。
【0055】上記第2のマイクロ波集積回路において、
上記分離された電極と上記第1の電極又は上記ストリッ
プ電極間、及び上記分離された電極間をエアーブリッジ
で接続することにより、アセンブリ工程での周波数対応
が可能なマイクロ波集積回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る実施の形態1の高周波増幅回路
の回路図である。
【図2】 図1のトランジスタの入力反射係数S11の
周波数特性及び可変容量素子1の容量変化に対するイン
ピーダンスの変化を示すスミスチャートである。
【図3】 図1の高周波増幅回路の利得の周波数特性を
示すグラフである。
【図4】 図1のトランジスタの入力反射係数S11の
ゲート幅依存性を示すスミスチャートである。
【図5】 本発明に係る実施の形態1の変形例の入力整
合回路の回路図である。
【図6】 本発明に係る実施の形態2の高周波増幅回路
の入力整合回路の回路図である。
【図7】 本発明に係る実施の形態3の高周波増幅回路
の入力整合回路の回路図である。
【図8】 図7の高周波増幅回路の利得の周波数特性を
示すグラフである。
【図9】 本発明に係る実施の形態4のマイクロ波集積
回路の平面図である。
【図10】 本発明に係る実施の形態5のマイクロ波集
積回路の平面図である。
【図11】 本発明に係る実施の形態6のマイクロ波集
積回路におけるMIMキョパシタの平面図であって、
(a)(b)(c)(d)に異なる接続状態とその時の
容量値を示す。
【図12】 本発明に係る実施の形態6のマイクロ波集
積回路の変形例におけるMIMキャパシタのパターンを
示す平面図である。
【符号の説明】
1 可変容量素子、2 ショートスタブ、3,13,3
3 容量素子、4,12 抵抗、10 入力整合回路、
11 電界効果トランジスタ、20 アクタィブ回路、
21,50 トランジスタ、22,32 スタブ、30
出力整合回路、31 伝送線路、T1 入力端子、T
2 出力端子、40 MIMキャパシタ、41,63,
64,72,73 上地電極、42,65,71 下地
電極、43,66 コンタクト部、44,45,45
a,74,75 ストリップ電極、46,76,77
電極パッド、51,52 ソース電極、53 ドレイン
電極、54.55ゲート電極、61,62 電極端子、
67a,67b,67c,67d エアーブリッジ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波用のトランジスタと、該トランジ
    スタの1つの端子に接続された整合回路とを備えた高周
    波増幅回路であって、 上記整合回路は、一端が上記トランジスタの端子に接続
    された可変容量素子と、上記可変容量素子の他端に一端
    が接続され他端が直接接地されたショートスタブとを有
    することを特徴とする高周波増幅回路。
  2. 【請求項2】 上記高周波増幅回路において、上記整合
    回路が入力整合回路として上記トランジスタに接続され
    た請求項1記載の高周波増幅回路。
  3. 【請求項3】 上記可変容量素子として、電界効果トラ
    ンジスタ又はダイオードを用いた請求項1又は2記載の
    高周波増幅回路。
  4. 【請求項4】 上記整合回路においてさらに、上記可変
    容量素子と並列に容量素子を設けた請求項1〜3のうち
    のいずれかに記載の高周波増幅回路。
  5. 【請求項5】 上記整合回路においてさらに、上記可変
    容量素子の他端と上記ショートスタブの一端との間に抵
    抗素子を設けた請求項1〜4のうちのいずれかに記載の
    高周波増幅回路。
  6. 【請求項6】 高周波用のトランジスタと、該トランジ
    スタの1つの第1の端子電極に接続された整合回路とを
    備えた高周波増幅回路が半導体基板上に形成されたマイ
    クロ波集積回路であって、 上記整合回路は、誘電体層が上地電極と下地電極とによ
    って挟設されてなり上記上地電極と下地電極のうちのい
    ずれか一方の電極が上記トランジスタの上記第1の端子
    電極に接続されたMIMキャパシタと、上記MIMキャ
    パシタの他方の電極に一端が接続され他端が直接接地さ
    れたストリップ電極で構成されるショートスタブとを含
    み、 上記上地電極が、上記高周波増幅回路の使用周波数にお
    いて必要とする静電容量値に対応した開口部面積を有す
    るマスクを用いて形成されていることを特徴とするマイ
    クロ波集積回路。
  7. 【請求項7】 上記マイクロ波集積回路において、上記
    ストリップ電極が一部にコの字型の形状を含み、該コの
    字型の形状が、上記ストリップ電極の長さを、上記高周
    波増幅回路の使用周波数において必要とする長さに設定
    するために所定の大きさに形成されている請求項6記載
    のマイクロ波集積回路。
  8. 【請求項8】 高周波用のトランジスタと、該トランジ
    スタの1つの第1の端子電極に接続された整合回路とを
    備えた高周波増幅回路が半導体基板上に形成されたマイ
    クロ波集積回路であって、 上記整合回路は、誘電体層が上地電極と下地電極とによ
    って挟設されてなり上記上地電極と下地電極のうちのい
    ずれか一方の電極が上記トランジスタの上記第1の端子
    電極に接続されたMIMキャパシタと、上記MIMキャ
    パシタの他方の電極に一端が接続され他端が直接接地さ
    れたストリップ電極で構成されるショートスタブとを含
    みかつ、 上記上地電極が、複数の分離された電極からなり、該複
    数の分離された電極のうちのいずれか1つ以上を用いて
    上記MIMキャパシタの静電容量を上記高周波増幅回路
    の使用周波数において必要とする値に設定したことを特
    徴とするマイクロ波集積回路。
  9. 【請求項9】 上記マイクロ波集積回路において、上記
    ストリップ電極が一部にコの字型の形状を含み、該コの
    字型の形状が、上記ストリップ電極の長さを、上記高周
    波増幅回路の使用周波数において必要とする長さに設定
    するために所定の大きさに形成されている請求項8記載
    のマイクロ波集積回路。
  10. 【請求項10】 上記分離された電極と上記第1の電極
    又は上記ストリップ電極間、及び上記分離された電極間
    をエアーブリッジで接続した請求項8又は9記載のマイ
    クロ波集積回路。
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