CN111541424A - 功率放大电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制基板的基准电位的变动的功率放大电路。功率放大电路(10)具备基板(301)和设置在基板的半导体芯片(201)，半导体芯片具有：功率放大部(211)，对RF信号进行放大；接地端子(231a)，连接功率放大部(211)的接地；以及电路元件(411)，一端不经由半导体芯片的外部而与接地端子电连接。基板具有：电路元件(412)，一端与功率放大部的输出电连接，另一端与电路元件(411)的另一端电连接。电路元件(411)以及电路元件(412)构成高次谐波终止电路(410)，高次谐波终止电路使作为来自功率放大部的放大信号的RF信号(RF2)的高次谐波分量(RF3)向功率放大部反射。

Description

功率放大电路

技术领域

本发明涉及功率放大电路。

背景技术

在使用了无线频率信号的通信中，为了放大无线频率信号而使用功率放大电路。在放大无线频率信号时，要求功率放大电路抑制无线频率信号的高次谐波分量。

在专利文献1作为功率放大电路而示出了如下的高频放大器，即，在半导体芯片设置晶体管、电感器以及电容，并将半导体芯片安装到模块基板。在专利文献1记载的功率放大电路中，通过半导体芯片上的集成化电容、连结半导体芯片和模块基板的引线、以及模块基板上的布线设置了高次谐波终止电路。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2003/0076174号说明书

设置在专利文献1记载的功率放大电路的高次谐波终止电路通过与模块基板的接地连接，从而被接地。模块基板的接地与半导体芯片的接地连接。设置在半导体芯片的晶体管参照半导体芯片的基准电位。

在高次谐波终止电路与模块基板的接地连接的情况下，被高次谐波终止电路终止到接地的电流作为回流电流而从模块基板的接地流向半导体芯片的接地。

该回流电流使模块基板的基准电位变动。若模块基板的基准电位变动，则参照模块基板的基准电位的其它电路的性能劣化。

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于这样的情形而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制基板的基准电位的变动的功率放大电路。

用于解决课题的技术方案

本发明的一个方面涉及的功率放大电路具备基板和设置在基板的半导体芯片。半导体芯片具有：功率放大部，对无线频率信号进行放大；第一接地端子，连接功率放大部的接地；以及第一电路元件，一端不经由半导体芯片的外部而与第一接地端子电连接。基板具有：第二电路元件，一端与功率放大部的输出电连接，另一端与第一电路元件的另一端电连接。第一电路元件以及第二电路元件构成高次谐波终止电路。高次谐波终止电路使来自功率放大部的放大信号的高次谐波分量向功率放大部反射。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够抑制基板的基准电位的变动的功率放大电路。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式涉及的功率放大电路的框图。

图2是本发明的第二实施方式涉及的功率放大电路的框图。

图3是本发明的第三实施方式涉及的功率放大电路的框图。

附图标记说明

10、10A、10B：功率放大电路，201、201A、201B：半导体芯片，211、211A：功率放大部，231a、231b、231c、3415：接地端子，301、301B：基板，311：电源电路，321：输出匹配电路，331：接地部，410、420：高次谐波终止电路。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对相同的要素标注相同的附图标记，并尽量省略重复的说明。

对第一实施方式进行说明。如图1所示，第一实施方式涉及的功率放大电路10具备半导体芯片201、基板301、以及高次谐波终止电路410。

半导体芯片201具备功率放大部211、输入电路部221、接地端子231a、231b、231c、引线241、242a、242b、242c、243的至少一部分、电路元件411。

功率放大部211具有放大器2111。放大器2111是用于放大无线频率(RF：RadioFrequency，射频)信号的功率的放大器，使用晶体管构成。晶体管例如为异质结双极晶体管(HBT：Heterojunction Bipolar Transistor)等双极晶体管、场效应晶体管(MOSFET：Metal-oxide-semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。

输入电路部221具有放大器2211、匹配电路2212、偏置电路2213。放大器2211将输入到功率放大电路10的RF信号放大，并向功率放大部211输出。匹配电路2212为了使放大器2211与放大器2111之间的阻抗匹配而设置。偏置电路2213是对放大器2211以及放大器2111供给偏置电流或电压的电路。

接地端子231a与功率放大部211的接地连接。接地端子231b、231c与输入电路部221的接地连接。

引线241、242a、242b、242c、243为了连接半导体芯片201和基板301而设置。关于半导体芯片201与基板301的连接方法，例如，在倒装片安装的情况下为凸块连接。引线241连接半导体芯片201和基板301。引线243的一端与电路元件411连接，另一端与电路元件412连接。关于电路元件411、412，将在后面叙述。另外，半导体芯片201与基板301的连接方法也可以是导线接合连接，此时，引线由导线构成。

引线242a、242b、242c各自的一端与接地端子231a、231b、231c连接。引线242a、242b、242c各自的另一端与后述的接地部331连接。

电路元件411是构成高次谐波终止电路410的电路元件。电路元件411例如由电容器、电感器构成。电路元件411的一端不经由半导体芯片201的外部而与接地端子231a连接。

基板301具有电源电路311、输出匹配电路321、接地部331、电路元件412、输入端子3411、3412、3413、输出端子3414、接地端子3415。在输入端子3411被输入控制信号。在输入端子3412被输入RF信号。

在电源电路311，例如通过输入端子3413被供给例如电池电压。电源电路311例如为高频阻断电路(RF Choke电路，射频扼流电路)，具有至少一个扼流电感器，使得对功率放大部211供给DC偏置，并使得来自功率放大部211的高频输出不流出到输入端子3413。另外，也可以不连接电池电压，而连接使用了DC-DC变换器的ET(Envelope Tracking，包络追踪)电源、DC-DC变换器的电源。

输出匹配电路321与输出端子3414连接。输出匹配电路与放大器2111连接。输出匹配电路321例如与放大器2111的晶体管的集电极端子连接。输出匹配电路321使放大器2111与连接于输出端子3414的电路之间的阻抗匹配。

接地部331与接地端子3415连接。接地部331通过接地端子3415供给基准电位。接地部331对连接于接地部331的电路供给基准电位。在接地部331连接电源电路311、输出匹配电路321、接地端子231a、接地端子231b、接地端子231c。在本发明的情况下，基板301的接地端子3415与母板(未图示)的接地连接。

电路元件412的一端通过引线241与放大器2111连接。电路元件412例如由电容器、电感器构成。一端例如通过引线241与放大器2111的晶体管的集电极端子连接。电路元件412的另一端通过引线243与电路元件411连接。

电路元件411以及电路元件412构成高次谐波终止电路410。高次谐波终止电路410为了使被功率放大电路10放大的RF信号包含的高次谐波分量(成为基频的整数倍的高频信号)向功率放大电路10的方向反射而设置。即，高次谐波终止电路410对RF信号包含的高次谐波分量(例如，二倍波分量)具有比较低的阻抗，使高次谐波分量终止到接地。

关于高次谐波终止电路410的电路元件411以及电路元件412，例如，一者为电感器，另一者为电容器。高次谐波终止电路410的电感分量以及由从放大器2111到电路元件412的布线构成的电感分量用于决定高次谐波终止用的阻抗。即，电路元件412的电感分量包含由形成在基板301的布线构成的电感分量。

在高次谐波终止电路410中，由电感器以及布线的电感分量和电容器的电容分量构成LC串联谐振电路。高次谐波终止电路410通过在对象的高次谐波分量的频率处使LC谐振电路的阻抗减小而使其阻抗不匹配，使得不输出到输出端子3414。更具体地，在通过减小阻抗而设为阻抗不匹配的情况下，高次谐波终止电路410发挥作用，使得高次谐波分量反射。高次谐波终止电路410反射的高次谐波分量与从功率放大电路10输出的高次谐波分量合成而产生驻波。由此，使得高次谐波分量不输出到输出端子3414。

对功率放大电路10的动作进行说明。对RF信号RFin从输入端子3412输入到功率放大电路10的情况进行说明。输入的RF信号RFin被放大器2211放大。

RF信号RFin通过被放大，从而成为RF信号RF1。RF信号RF1从放大器2211通过匹配电路2212供给到功率放大部211。在功率放大部211中，RF信号RF1输入到放大器2111。例如，RF信号RF1输入到构成放大器2111的晶体管的基极端子。

放大器2111将RF信号RF1放大，并输出作为放大信号的RF信号RF2。RF信号RF2通过引线241向半导体芯片201的外部输出。

RF信号RF2包含的高次谐波分量RF3(例如，二倍波分量)被高次谐波终止电路410终止。而且，高次谐波分量被衰减的RF信号RF4通过输出匹配电路321从功率放大电路10的输出端子3414输出。

RF信号作为在传输线路传播的电磁波而被传递。在此，已知在考虑由任意的信号源激励并在传输线路传播的电磁波的情况下，由于由该电磁波在信号线路上感应的传导电流和向与其方向相反在接地上感应的回流电流，流过以信号源为起点的环路电流(参照Ralph Morrison，“Grounding and Shielding：Circuits and Interference”，第6版，(美)，Wiley-IEEE Press，2016年3月)。在功率放大电路10中，相对于从与信号源对应的功率放大部211输出的电流I1的回流电流通过半导体芯片201的接地或基板301的接地部而返回到功率放大部211以及输入电路部221。

返回到功率放大部211的回流电流为电流I2和电流I3。电流I2是流过如下的闭合电路的环路电流，该闭合电路从功率放大部211起通过高次谐波终止电路410并再次返回到功率放大部211。电流I3是流过如下的闭合电路的环路电流，该闭合电路从功率放大部211起通过输出匹配电路321或电源电路311、接地部331、以及接地端子231a并再次返回到功率放大部211。

在功率放大电路10中，电流I2的值比电流I3大，成为主要的回流电流。在功率放大电路10中，作为主要的回流电流的电流I2不经由基板301的接地部331而流过。因而，可抑制接地部331的基准电位的变动。输入电路部221经由引线242b、242c以及接地端子231b、231c与接地部331连接。因此，抑制上述基准电位的变动成为抑制输入电路部221的特性劣化的结果。

第一实施方式涉及的功率放大电路10具备基板301和设置在基板301的半导体芯片201，半导体芯片201具有：对RF信号进行放大的功率放大部211；连接功率放大部211的接地的接地端子231a；以及一端不经由半导体芯片201的外部而与接地端子231a电连接的电路元件411。基板301具有电路元件412，该电路元件412的一端与功率放大部211的输出电连接，另一端与电路元件411的另一端电连接，电路元件411以及电路元件412构成高次谐波终止电路410，高次谐波终止电路410使作为来自功率放大部211的放大信号的RF信号RF2的高次谐波分量RF3向功率放大部211反射。换言之，高次谐波终止电路410使电流I2传导到功率放大部211的接地，该电流I2是由作为来自功率放大部211的放大信号的RF信号RF2的高次谐波分量RF3造成的回流电流。

在功率放大电路10中，能够使作为回流电流的电流I2不经由基板301而返回到半导体芯片201。因而，可抑制由电流I2造成的基板301的基准电位的变动。

在第一实施方式涉及的功率放大电路10中，基板301具有：对功率放大部211供给电源电压的电源电路311；从功率放大部211被输入RF信号RF4的输出匹配电路321；被供给基准电位的接地端子3415；以及与接地端子3415连接的接地部331，基板301的接地部331与半导体芯片201的接地端子231a、电源电路311、输出匹配电路321电连接。

功率放大电路10能够抑制参照接地部331的基准电位的输入电路部221、输出匹配电路321、电源电路311的性能劣化。

在功率放大电路10中，电路元件412的电感分量包含形成在基板301的布线的电感分量。因而，能够将电路元件412小型化，因此能够将功率放大电路10小型化。

在功率放大电路10中，基板301和半导体芯片201进行倒装片连接。因而，能够降低半导体芯片201的各引线彼此的磁场耦合，提高高次谐波分量的反射系数，由此能够抑制功率放大电路10的性能劣化。

对第二实施方式进行说明。在第二实施方式以后，尽量省略关于与第一实施方式共同的事项的记述，主要对不同点进行说明。特别是，关于基于同样的结构的同样的作用效果，将不在每个实施方式逐次提及。

如图2所示，第二实施方式涉及的功率放大电路10A在第一实施方式涉及的功率放大电路10进一步具备放大器2112和高次谐波终止电路420。

放大器2112与放大器2111并联地连接。放大器2112从偏置电路2213被供给偏置电流或电压。放大器2112与放大器2111同样地，使用晶体管构成。

高次谐波终止电路420具有电路元件421、422。高次谐波终止电路420与高次谐波终止电路410并联地连接。电路元件421设置在半导体芯片201。电路元件422设置在基板301。电路元件421、422例如由电容器、电感器构成。

电路元件421的一端不经由半导体芯片201的外部而与接地端子231a连接。电路元件421的另一端通过引线244与电路元件422连接。

放大器2111以及放大器2112通过引线241与电源电路311、输出匹配电路321、高次谐波终止电路410、420连接，使得不经由半导体芯片201A的外部。

将放大器2111、2112各自的输出相加的RF信号RF2A通过引线241输出到半导体芯片201的外部。

在半导体芯片201A以及基板301设置有布线，该布线连结放大器2111、2112和高次谐波终止电路410、420，并经由半导体芯片201A的外部流过RF信号RF2A的高次谐波分量RF3A。另外，高次谐波分量RF3A是将放大器2111、2112各自的输出包含的高次谐波分量相加的高次谐波分量。

该布线形成为，从放大器2111到高次谐波终止电路410的布线的长度和从放大器2111到高次谐波终止电路420的布线的长度的平均值与从放大器2112到高次谐波终止电路410的布线的长度和从放大器2112到高次谐波终止电路420的布线的长度的平均值变得相同。

通过使布线的平均值一致，从而放大器2111相对于高次谐波终止电路410、420的阻抗和放大器2112相对于高次谐波终止电路410、420的阻抗变得均匀。

在功率放大电路10A中，从功率放大部211A输出的RF信号RF2A的高次谐波分量RF3A流入到高次谐波终止电路410、420。因为使由布线造成的阻抗一致，所以高次谐波分量RF3A被均匀地分配并流入到高次谐波终止电路410、420。

在第二实施方式涉及的功率放大电路10A中，功率放大部211A具有并联连接的多个放大器2111、2112，半导体芯片201A以及基板301具有多个高次谐波终止电路410、420，从多个放大器2111、2112各自经由半导体芯片201A的外部到达多个高次谐波终止电路410、420各自的、流过高次谐波分量RF3A的布线的长度的平均值形成为在多个放大器2111、2112之间变得相同。

功率放大电路10A使由布线造成的阻抗分量均匀。因而，即使在并联地连接了多个放大器2111、2112的情况下，也能够将高次谐波终止电路410和高次谐波终止电路420设为同样的结构，均匀地进行高次谐波终止。因为能够均匀地进行从放大器2111、2112输出的信号的高次谐波终止，所以能够使功率放大电路10A的动作均匀化。

另外，虽然在第二实施方式涉及的功率放大电路10A中使用了两个放大器2111、2112和两个高次谐波终止电路410、420，但是放大器以及高次谐波终止电路的个数也可以为三个以上。在该情况下，只要是从各放大器到各高次谐波终止电路的布线的距离的平均值在各放大器之间变得均匀的那样的结构，就具有与本实施方式同样的作用效果。

对第三实施方式进行说明。如图3所示，第三实施方式涉及的功率放大电路10B具有作为层叠基板的基板301B。

在基板301B设置有接地部331a至接地部331n这n层的接地部331。各层的接地部通过过孔电极3312连接。接地部331n与功率放大电路10B的接地端子3416连接。接地部331n通过接地端子3416被供给基准电位。

在半导体芯片201B设置有接地端子231a至接地端子231n这n个接地端子。在半导体芯片201B设置有引线242a至引线242n这n个引线。接地端子231a至接地端子231n分别通过引线242a至引线242n与接地部331a至接地部331n分别连接。

接地端子231a与电路元件411、421连接。接地端子231a与功率放大部211A的接地连接。功率放大部211A从接地部331a被供给基准电位。

接地端子231b至接地端子231n与输入电路部221的接地连接。在输入电路部221，从接地部331b至接地部331n被供给基准电位。

虽然在功率放大电路10B中设置有两个放大器2111、2112以及两个高次谐波终止电路410、420，但是放大器以及高次谐波终止电路的个数分别可以为一个，也可以为三个以上。

在功率放大电路10B动作的情况下，使通过高次谐波终止电路410、420的回流电流相加的电流I4流入到功率放大部211A的接地。作为来自电源电路311或输出匹配电路321的回流电流的电流I5通过接地部331a、接地端子231a流入到功率放大部211A的接地。

与功率放大电路10A的情况相比，通过接地部331b至接地部331n向输入电路部221的接地流入的回流电流少。因此，可抑制输入电路部221的基准电位的变动。

在功率放大电路10B中，半导体芯片201B具有：将从外部输入的RF信号供给到功率放大部211A的输入电路部221；以及连接输入电路部221的接地的接地端子231b。基板301B为层叠基板，基板301B的接地部331具有形成在基板301B的第一层的接地部331a和形成在基板301B的第二层的接地部331b。功率放大部211A的接地通过接地端子231a与接地部331a电连接，并从接地部331a通过接地部331b以及接地端子231b与输入电路部221的接地电连接。

通过设置多层接地部331，从而能够设置不易由于回流电流而产生电位变动的接地部331b。通过将输入电路部221连接到不易产生电位变动的接地部331b，从而能够抑制由电路的基准电位的变动造成的影响。

另外，以上说明的各实施方式用于使本发明容易理解，并非用于对本发明进行限定解释。本发明能够在不脱离其主旨的情况下进行变更/改良，本发明还包含其等价物。即，由本领域技术人员对各实施方式适当地施加了设计变更的实施方式，只要具备本发明的特征，就包含于本发明的范围。例如，各实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于例示的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸，能够适当地进行变更。此外，各实施方式为例示，能够进行在不同的实施方式中示出的结构的部分置换或组合，这是不言而喻的，它们只要包含本发明的特征，也包含于本发明的范围。

Claims (6)

1.一种功率放大电路，具备：

基板；以及

半导体芯片，设置在所述基板，

所述半导体芯片具有：

功率放大部，对无线频率信号进行放大；

第一接地端子，连接所述功率放大部的接地；以及

第一电路元件，一端不经由所述半导体芯片的外部而与所述第一接地端子电连接，

所述基板具有：第二电路元件，一端与所述功率放大部的输出电连接，另一端与所述第一电路元件的另一端电连接，

所述第一电路元件以及所述第二电路元件构成高次谐波终止电路，

所述高次谐波终止电路使来自所述功率放大部的放大信号的高次谐波分量向所述功率放大部反射。

2.根据权利要求1所述的功率放大电路，其中，

所述功率放大部具有并联连接的多个放大器，

所述半导体芯片以及所述基板具有多个所述高次谐波终止电路，

从所述多个放大器各自经由所述半导体芯片的外部到达所述多个所述高次谐波终止电路各自的、流过所述高次谐波分量的布线的长度的平均值形成为在所述多个放大器之间变得相同。

3.根据权利要求1或2所述的功率放大电路，其中，

所述基板具有：

电源电路，对所述功率放大部供给电源电压；

输出匹配电路，被输入来自所述功率放大部的所述放大信号；

接地端子，被供给基准电位；以及

接地部，与所述接地端子连接，

所述基板的所述接地部与所述半导体芯片的所述第一接地端子、所述电源电路、以及所述输出匹配电路电连接。

4.根据权利要求3所述的功率放大电路，其中，

所述半导体芯片具有：

输入电路部，将从外部输入的无线频率信号供给到所述功率放大部；以及

第二接地端子，连接所述输入电路部的接地，

所述基板为层叠基板，

所述基板的接地部具有：第一接地部，形成在所述基板的第一层；以及第二接地部，形成在所述基板的第二层，

所述功率放大部的接地通过所述第一接地端子与所述第一接地部电连接，并从所述第一接地部通过所述第二接地部以及所述第二接地端子与所述输入电路部的接地电连接。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的功率放大电路，其中，

所述第二电路元件的电感分量包含形成在所述基板的布线的电感分量。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的功率放大电路，其中，

所述基板和所述半导体芯片进行倒装片连接。

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