CN104426489A - 功率放大器 - Google Patents

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Abstract

提供一种能抑制差频输入噪声的小型功率放大器。功率放大器(PA1)具有输入端子(IN)、放大晶体管(11)、偏压电路(21)、滤波电路(61)、阻抗匹配电路(MC1)。偏压电路(21)能够向放大晶体管(11)的信号输入侧供给偏压。滤波电路(61)去除放大晶体管(11)的信号输入侧的噪声。滤波电路(61)具有匹配电阻(32)、片式电感器(52)及片式电容器(43)。片式电感器(52)及片式电容器(43)均是表面安装部件(SMD)。匹配电阻(32)形成在半导体基板(1)上，一端连接在MIM电容器(42)和MIM电容器(41)之间，另一端连接在MIM电容器(42)和放大晶体管(11)的信号输入侧之间。

Description

功率放大器
技术领域
本发明涉及一种功率放大器。
背景技术
在收发两用机中使用的功率放大器中，存在如果向接收频带漏出的功率(power)增大，则使接收频带噪声恶化的问题。因此，向接收频带漏出的功率量是随标准而确定的。
作为使接收频带噪声特性恶化的一个主要原因是差频噪声。差频噪声是发送频率信号与接收频率的差值频率的噪声。由于差频噪声与发送频率信号混频，因此，噪声功率被放大，而使接收频带噪声特性恶化。作为对这种差频噪声的对策，目前，例如，如日本特开2008-28635号公报所公开的那样，已知一种功率放大器，其具有使差频的阻抗降低的功能。
专利文献1：日本特开2008－28635号公报
专利文献2：日本特开平10－209769号公报
专利文献3：日本特开平9－83268号公报
专利文献4：日本特开2007－174442号公报
专利文献5：日本特开2005－143079号公报
对于接收频带、发送频带的频带，存在根据通信标准确定的多个频段，具体地说，为几百MHz～一千几百MHz左右。与此相对，差频是接收频带频率与发送频带频率的差值，其频率大多是几十MHz左右。
如上述现有技术所示，使用下述技术，即，将用于去除差频噪声的滤波电路与功率放大器组合。在该滤波电路中使用共振电路的情况下，通过电感器和电容器确定的共振频率的值与差频相对应地确定为几十MHz左右。该共振频率与接收频带频率相比，是减小了一个数量级左右的值。
为了将共振频率设定为差频附近的值，需要将电容值以及电感值设为一定程度的较大值。这种在一定程度上较大的电容值以及电感值远比能够在半导体基板上通过MIM电容器、螺旋电感实现的值大，现实中必须使用表面安装部件。由于表面安装部件成为必要结构，所以存在使功率放大器大型化的问题，因此，以往一直在谋求功率放大器的小型化。
发明内容
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种能够抑制差频输入噪声的小型功率放大器。
第1发明所涉及的功率放大器，其特征在于，具有：
输入端子；
放大晶体管，其形成于半导体基板，将来自所述输入端子的信号放大而向输出端子输出；
偏压电路，其向所述放大晶体管的信号输入侧供给偏压；
滤波电路，其包含片式电感器以及片式电容器中的至少一方，将所述放大晶体管的信号输入侧的噪声去除；以及
阻抗匹配电路，其具有匹配电阻，该匹配电阻形成于所述半导体基板，设置在所述输入端子与所述放大晶体管的信号输入侧之间。
第2发明所涉及的功率放大器，其特征在于，具有：
输入端子；
放大晶体管，其形成于半导体基板，将来自所述输入端子的信号放大而向输出端子输出；
偏压电路，其向所述放大晶体管的信号输入侧供给偏压；
阻抗匹配电路，其由形成于所述半导体基板的电感器以及电容器构成，设置在所述输入端子与所述放大晶体管的信号输入侧之间；以及
滤波电路，在该滤波电路中，片式电容器和形成于所述半导体基板的电阻串联连接，该滤波电路的一端连接在所述偏压电路和所述放大晶体管的信号输入侧之间，另一端与接地端连接。
发明的效果
根据本发明，提供能够抑制差频输入噪声的小型功率放大器。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率放大器的图。
图2是表示本发明的实施方式1的变形例所涉及的功率放大器的图。
图3是表示本发明的实施方式2所涉及的功率放大器的图。
图4是表示本发明的实施方式3所涉及的功率放大器的图。
图5是表示本发明的实施方式4所涉及的功率放大器的图。
标号的说明
1、2、101、201、301半导体基板，11放大晶体管，21偏压电路，32匹配电阻，41、42MIM电容器，43片式电容器，52片式电感器，61、62、63滤波电路，MC1、MC2、MC3、MC4阻抗匹配电路，PA1、PA11、PA2、PA3、PA4功率放大器
具体实施方式
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率放大器PA1的图。功率放大器PA1具有输入端子IN、放大晶体管11、偏压电路21、滤波电路61、阻抗匹配电路MC1。功率放大器PA1是通过放大晶体管11将多个频带的输入信号进行放大的多频段功率放大器，在手机等无线通信应用中使用。
功率放大器PA1是将放大晶体管11、偏压电路21、以及阻抗匹配电路MC1集成在半导体基板1上而得到的装置。在图1中，将形成在半导体基板1上的电路要素在由表示半导体基板1的实线所包围的区域内进行图示。
在后面所述的滤波电路61等中使用表面安装部件(SurfaceMount Device)。该表面安装部件与半导体基板1一起收容在半导体封装件P1的内部。
半导体封装件P1具有未图示的多层电路基板。在该多层电路基板上将半导体基板1进行芯片接合以及导线接合，并且通过焊料在该多层电路基板上安装表面安装部件。半导体封装件P1是对半导体基板1、表面安装部件以及多层电路基板进行树脂封装的封装件。这种半导体封装件已经公知，并非新事项，因此省略进一步的说明。
放大晶体管11形成于半导体基板1，将来自输入端子IN的信号放大而向输出端子OUT输出。放大晶体管11能够使用双极晶体管(Bipolar Transistor)。双极晶体管也可以是HBT(HeterojunctionBipolar Transistor)。此外，放大晶体管11也可以是FET(Field EffectTransistor)。
偏压电路21与电阻31的一端连接。电阻31的另一端连接在放大晶体管11的信号输入侧和匹配电阻32之间。偏压电路21能够向放大晶体管11的信号输入侧供给偏压。
此外，在图1中，图示了放大晶体管11仅为一级的情况。但是，本发明不限定于这种情况。可以与放大晶体管11进一步进行大于或等于1个放大晶体管的多级连接，形成将放大晶体管以大于或等于2级进行连接而成的功率放大器。
滤波电路61去除放大晶体管11的信号输入侧的噪声。滤波电路61具有片式电感器52以及片式电容器43。片式电感器52以及片式电容器43均是表面安装部件(SMD)。作为表面安装部件，具体地说，片式电阻、片式电感器、片式电容器比较普及。
在收发两用机中使用的功率放大器中，存在如果增大向接收频带漏出的功率，则使接收频带噪声恶化的问题。向接收频带漏出的功率量是随标准而确定的。
作为使接收频带噪声特性恶化的一个主要原因，可以列举出差频噪声与发送频率信号混频，而使噪声功率被放大。差频噪声是发送频率信号与接收频率的差值频率的信号。
根据滤波电路61的片式电感器52的电感值L以及片式电容器43的电容值C确定的共振频率设定在该差频的频率附近。由此，能够经由滤波电路61而使差频噪声有选择性地与接地端发生短路。其结果，相对于放大晶体管11的输入侧，能够抑制差频噪声的输入。
阻抗匹配电路MC1具有匹配电阻32。匹配电阻32形成于半导体基板1，设置在输入端子IN与放大晶体管11的信号输入侧之间。
阻抗匹配电路MC1具有匹配电阻32、MIM电容器41以及MIM电容器42。MIM电容器41以及MIM电容器42是形成于半导体基板1的MIM(Metal Insulator Metal)电容器。MIM电容器42的一端与输入端子IN连接。MIM电容器41的一端与MIM电容器42的另一端连接，另一端与放大晶体管11的信号输入侧连接。
匹配电阻32的一端连接在MIM电容器42和MIM电容器41之间，另一端连接在MIM电容器41和放大晶体管11的信号输入侧之间。匹配电阻32构成为，在形成于半导体基板1的配线图案的中途设置有高电阻率的部分。
电感器51是所谓的馈线。电感器51是在半导体基板1上形成的螺旋电感。
关于形成于半导体基板1的电阻，由于只要在形成于半导体基板1上的配线图案的中途设置有高电阻率的部分即可，因此所需面积非常小。与此相对，MIM电容器需要在半导体基板上具有一定程度的展宽的电极，螺旋电感需要将金属图案以螺旋形状设置在半导体基板上。因此，MIM电容器以及螺旋电感在半导体基板上的所需面积相对较大。电阻与在同一半导体基板1上形成的元件即MIM电容器、螺旋电感相比，其形成面积较小即可。
因此，在本实施方式中，将匹配电阻32形成于半导体基板1，使用匹配电阻32进行阻抗匹配，而没有使用典型的T型CLC匹配电路。因此，在实施方式1所涉及的功率放大器PA1中，与使用T型CLC匹配电路的功率放大器相比，至少与将螺旋电感变更为电阻相应地实现了面积减小化。
如上所述，根据本实施方式，能够通过在阻抗匹配电路MC1中设置匹配电阻32，从而使用更小面积的元件而进行功率放大器PA1的输入匹配。通过进行阻抗匹配电路MC1的小型化，从而提供能够抑制差频输入噪声的小型功率放大器PA1。
另外，功率放大器PA1是多频段功率放大器，因此，可以将宽频带的信号进行放大。如果将输入匹配电路设为电阻匹配，则能够实现宽频带化，因此，具有匹配电阻32的阻抗匹配电路MC1适合于多频段化的功率放大器PA1。
图2是表示本发明的实施方式1的变形例所涉及的功率放大器PA11的图。除了将滤波电路61置换为滤波电路63这一点以外，功率放大器PA11与实施方式1的功率放大器PA1相同。
功率放大器PA11具有半导体基板2。在半导体基板2上设置有滤波电路63的一部分即电阻34。滤波电路63具有电阻34、片式电容器43。电阻34形成于半导体基板2，一端连接在偏压电路21和放大晶体管11的信号输入侧之间。
片式电容器43是表面安装部件，与电阻34连接。电阻34构成为，在形成于半导体基板2的配线图案的中途设置有高电阻率的部分。片式电容器43是片式电容器。
滤波电路63是表面安装部件即片式电容器43与形成于半导体基板2的电阻34进行串联连接而成的RC电路。该RC电路的一端连接在偏压电路21和放大晶体管11的信号输入侧之间，该RC电路的另一端与接地端连接。
根据滤波电路63，能够将滤波电路61的片式电感器置换为在半导体基板2上形成的高电阻图案即电阻34。由此，能够将表面安装部件置换为高电阻图案，能够实现功率放大器PA11的小型化。
实施方式2
图3是表示本发明的实施方式2所涉及的功率放大器PA2的图。除了将匹配电阻32置换为匹配电阻33a、33b这一点、不具有电阻31这一点以及偏压电路21与匹配电阻33a、33b的中间点连接这一点以外，功率放大器PA2与实施方式1所涉及的功率放大器PA1相同。
功率放大器PA2具有半导体基板101。在半导体基板101上具有阻抗匹配电路MC2。阻抗匹配电路MC2具有匹配电阻33a、33b的串联电路。匹配电阻33a的一端与MIM电容器42的另一端连接。匹配电阻33b的一端与匹配电阻33a的另一端连接，另一端与MIM电容器41的另一端连接。MIM电容器41与匹配电阻33a、33b的串联电路进行并联连接。用于实现与实施方式1所涉及的功率放大器PA1相同的性能的电阻33a的电阻值是从匹配电阻32的电阻值减去电阻31的电阻值而得到的值。
偏压电路21与匹配电阻33a和匹配电阻33b的连接点连接。偏压电路21经由匹配电阻33b，而向放大晶体管11的信号输入侧供给偏压。如果与实施方式1相比较，则实现了与下述电路相同的电路，即，偏压电路21经由电阻31而向放大晶体管11的信号输入侧供给偏压。匹配电阻33a、33b与实施方式1的匹配电阻32相同地实现了电阻匹配。
由此，匹配电阻33b承担阻抗匹配的作用，并且承担在偏压电路21和放大晶体管11之间插入的串联电阻的作用。通过兼用匹配电阻33b，从而与实施方式1中的分别设置电阻31和匹配电阻32的情况相比，能够削减电阻所需的面积，同时得到相同的功能。
实施方式3
图4是表示本发明的实施方式3所涉及的功率放大器PA3的图。除了将阻抗匹配电路MC1置换为阻抗匹配电路MC3这一点以及将滤波电路61置换为滤波电路62这一点以外，功率放大器PA3与实施方式1所涉及的功率放大器PA1相同。
滤波电路62具有片式电感器即片式电感器52和片式电容器即片式电容器43。片式电感器52以及片式电容器43是表面安装部件。这一点与滤波电路61相同，但是，这些元件的连接方式不同。
即，在功率放大器PA3中，在MIM电容器42和匹配电阻32之间串联地插入有片式电容器43。并且，MIM电容器42和片式电容器43之间的连接点与片式电感器52的一端连接。片式电感器52的另一端与接地端连接。
阻抗匹配电路MC3由匹配电阻32构成。匹配电阻32的一端与滤波用电容器的另一端连接，另一端与放大晶体管11的信号输入侧连接。仅通过匹配电阻32取得输入匹配，由此，与实施方式1、2相比较，能够减少用于输入匹配的元件数。
实施方式4
图5是表示本发明的实施方式4所涉及的功率放大器PA4的图。除了将阻抗匹配电路MC1置换为阻抗匹配电路MC4这一点以外，功率放大器PA4与实施方式1的变形例所涉及的功率放大器PA11相同。
阻抗匹配电路MC4是由形成于半导体基板301的片式电感器52以及MIM电容器41、42构成的T型CLC匹配电路。该T型CLC匹配电路设置在输入端子IN与放大晶体管11的信号输入侧之间。
实施方式4所涉及的功率放大器PA4也与实施方式1的变形例所涉及的功率放大器PA11相同地具有滤波电路63。根据滤波电路63，能够通过在半导体基板2上形成的高电阻图案而形成RC滤波电路。由此，能够实现功率放大器的小型化。

Claims (10)

1.一种功率放大器，其特征在于，具有：
输入端子；
放大晶体管，其形成于半导体基板，将来自所述输入端子的信号放大而向输出端子输出；
偏压电路，其向所述放大晶体管的信号输入侧供给偏压；
滤波电路，其包含片式电感器以及片式电容器中的至少一方，将所述放大晶体管的信号输入侧的噪声去除；以及
阻抗匹配电路，其具有匹配电阻，该匹配电阻形成于所述半导体基板，设置在所述输入端子与所述放大晶体管的信号输入侧之间。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，
所述阻抗匹配电路包含第1电容器和第2电容器，其中，
该第1电容器形成于所述半导体基板，一端与所述输入端子连接，
该第2电容器形成于所述半导体基板，一端与所述第1电容器的另一端连接，另一端与所述放大晶体管的信号输入侧连接，
所述匹配电阻的一端连接在所述第1电容器和所述第2电容器之间，另一端连接在所述第2电容器和所述放大晶体管的信号输入侧之间。
3.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，
所述匹配电阻包含第1电阻和第2电阻，其中，
该第1电阻的一端与所述第1电容器的另一端连接，
该第2电阻的一端与所述第1电阻的另一端连接，另一端与所述第2电容器的所述另一端连接，
所述偏压电路与所述第1电阻和所述第2电阻的连接点连接，向所述连接点供给偏压。
4.根据权利要求2或3所述的功率放大器，其特征在于，
所述滤波电路是串联LC共振电路，在该滤波电路中，片式电感器和片式电容器进行串联连接，该滤波电路的一端连接在所述第1电容器和所述匹配电阻之间，该滤波电路的另一端与接地端连接。
5.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，
所述滤波电路是包含片式电容器和片式电感器的LC共振电路，
该片式电容器的一端与所述输入端子电连接，
该片式电感器的一端连接在所述输入端子和所述片式电容器之间，另一端与接地端连接，
所述匹配电阻的一端与所述片式电容器的另一端连接，另一端与所述放大晶体管的信号输入侧连接。
6.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，
所述滤波电路包含：
电阻，其形成于所述半导体基板，一端连接在所述偏压电路和所述放大晶体管的信号输入侧之间；以及
片式电容器，其一端与所述电阻连接，另一端与接地端连接。
7.一种功率放大器，其特征在于，具有：
输入端子；
放大晶体管，其形成于半导体基板，将来自所述输入端子的信号放大而向输出端子输出；
偏压电路，其向所述放大晶体管的信号输入侧供给偏压；
阻抗匹配电路，其由形成于所述半导体基板的电感器以及电容器构成，设置在所述输入端子与所述放大晶体管的信号输入侧之间；以及
滤波电路，在该滤波电路中，片式电容器和形成于所述半导体基板的电阻串联连接，该滤波电路的一端连接在所述偏压电路和所述放大晶体管的信号输入侧之间，另一端与接地端连接。
8.根据权利要求1或7所述的功率放大器，其特征在于，
该功率放大器是通过所述放大晶体管将多个频带的输入信号进行放大的多频段功率放大器。
9.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，
所述放大晶体管、所述偏压电路以及所述阻抗匹配电路集成于所述半导体基板，
该功率放大器具有：
电路基板，在其表面安装构成所述滤波电路的片式电感器以及片式电容器中的至少一方、和所述半导体基板；以及
封装树脂，其设置在所述电路基板的表面，以将所述片式电感器以及所述片式电容器中的至少一方、和所述半导体基板进行封装。
10.根据权利要求7所述的功率放大器，其特征在于，
所述放大晶体管、所述偏压电路以及所述阻抗匹配电路集成于所述半导体基板，
该功率放大器具有：
电路基板，在其表面安装所述半导体基板、和所述片式电容器；以及
封装树脂，其设置在所述电路基板的表面，以将所述半导体基板、和所述片式电容器进行封装。
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