CN112154603A - 放大器 - Google Patents

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CN112154603A CN201880093657.3A CN201880093657A CN112154603A CN 112154603 A CN112154603 A CN 112154603A CN 201880093657 A CN201880093657 A CN 201880093657A CN 112154603 A CN112154603 A CN 112154603A
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佐佐木善伸
宫下美代
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Abstract

本发明提供一种放大器，其特征在于，上述放大器具备：输入匹配电路；至少一个放大用晶体管，从该输入匹配电路接收信号；第一虚设晶体管，从该输入匹配电路接收信号；第二虚设晶体管，从该输入匹配电路接收信号；以及输出匹配电路，输出该放大用晶体管的输出，该放大用晶体管夹在该第一虚设晶体管和该第二虚设晶体管之间，该放大用晶体管、该第一虚设晶体管以及该第二虚设晶体管沿着该输入匹配电路设置成一列。

Description

放大器
技术领域
本发明涉及放大器。
背景技术
在专利文献1中，示出了在多指构造的场效应晶体管中，通过调整接合线(BondingWire)的长度、粗细以及根数，变更互感和自感的值，来控制电感分布，使输入输出信号的相位同相化的方法。
专利文献1：日本特开2010-161348号公报
在专利文献1中，为了使输入输出信号同相化而采用了下述方法：控制配置在端部的晶体管的自感，由此使表观电感分布均匀。在该情况下，由于制造偏差等的影响，难以使电感完全均匀。并且，在温度或动作功率变更且RF电流变动的情况下，电感分布的不均匀性与RF电流的变动倍增，导致难以将输入信号保持为相同振幅且相同相位。在该情况下，存在RF输出不均匀，增益或输出降低的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种在使用了多个放大用晶体管的放大器中，能够使信号相位接近均匀的放大器。
本申请发明所涉及的放大器的特征在于，具备：输入匹配电路；至少一个放大用晶体管，从该输入匹配电路接收信号；第一虚设晶体管，从该输入匹配电路接收信号；第二虚设晶体管，从该输入匹配电路接收信号；以及输出匹配电路，输出该放大用晶体管的输出，该放大用晶体管夹在该第一虚设晶体管和该第二虚设晶体管之间，该放大用晶体管、该第一虚设晶体管以及该第二虚设晶体管沿着该输入匹配电路设置成一列。
本发明的其他特征如下所述。
根据本发明，通过在设置成一列的放大用晶体管的两端设置无助于输出功率的虚设晶体管，能够使信号相位接近均匀。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的放大器的俯视图。
图2是晶体管的放大图。
图3是等效电路图。
图4是实施方式2所涉及的放大器的俯视图。
图5是实施方式3所涉及的放大器的俯视图。
图6是表示阻抗的调整例的图。
图7是表示阻抗的调整例的图。
图8是表示阻抗的调整例的图。
图9是表示阻抗的调整例的图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式所涉及的放大器进行说明。有时对相同或对应的结构要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。
实施方式1
图1是实施方式1所涉及的放大器的俯视图。该放大器例如作为从微波频带到毫米频带放大高频信号的高频功率放大器发挥功能。该放大器具备输入端子11，例如高频信号被输入到该输入端子11。输入端子11通过接合线12与输入匹配电路13连接。输入匹配电路13例如具有绝缘基板和设置在其上的金属图案。
输入匹配电路13经由接合线14a、14b、14c、14d、14e、14f分别与第一虚设晶体管15a、放大用晶体管16a、放大用晶体管16b、放大用晶体管16c、放大用晶体管16d、第二虚设晶体管15b连接。第一虚设晶体管15a、放大用晶体管16a、16b、16c、16d以及第二虚设晶体管15b从输入匹配电路13接收信号，并放大该信号。放大用晶体管的数量没有特别限定，可以是一个，也可以是多个。设置有至少一个放大用晶体管。
放大用晶体管16a、16b、16c、16d、第一虚设晶体管15a以及第二虚设晶体管15b沿着输入匹配电路13设置成一列。放大用晶体管16a、16b、16c、16d夹在第一虚设晶体管15a和第二虚设晶体管15b之间。即，在设置成一列的放大用晶体管16a、16b、16c、16d的一端相邻设置有第一虚设晶体管15a，在另一端相邻设置有第二虚设晶体管15b。
例如，构成放大用晶体管16a、16b、16c、16d、第一虚设晶体管15a以及第二虚设晶体管15b的单位晶体管可以使用相同的晶体管。图2是表示这样的单位晶体管的结构例的图。单位晶体管具有栅极焊盘15g和与栅极焊盘15g连接的多个栅极指15gf。并且，设置有源极焊盘15s、与源极焊盘15s连接的多个源极指15sf、漏极焊盘15d、以及与漏极焊盘15d连接的多个漏极指15df。源极焊盘15s经由通孔15v接地。将用于输入输入信号的接合线连接于栅极焊盘15g。将输出用的接合线连接于漏极焊盘15d。对于构成单位晶体管的栅极的长度、栅极的宽度以及电极间距离等，根据预定的输出功率来设定。
第一虚设晶体管15a、放大用晶体管16a、16b、16c、16d以及第二虚设晶体管15b的漏极焊盘分别经由接合线17a、17b、17c、17d、17e、17f与输出匹配电路19连接。输出匹配电路19具备金属图案19a、19b、19c和切断电路18a、18b。
接合线17b、17c、17d、17e与金属图案19a连接。金属图案19a经由接合线20与输出端子21连接。因此，放大用晶体管16a、16b、16c、16d的输出经由接合线17b、17c、17d、17e、金属图案19a以及接合线20被输出到输出端子21。
另一方面，接合线17a、17b分别与金属图案19b、19c连接。金属图案19b与切断电路18a连接，金属图案19c与切断电路18b连接。切断电路18a、18b可以是切断第一虚设晶体管15a和第二虚设晶体管15b的输出的任意电路。作为切断电路18a、18b，例如可以采用具有LC匹配电路和扼流圈的结构。通过切断电路18a、18b，切断第一虚设晶体管15a和第二虚设晶体管15b的输出，这些输出不会被传输到输出端子21。因此，输出匹配电路19输出放大用晶体管16a、16b、16c、16d的输出，但不输出第一虚设晶体管15a以及第二虚设晶体管15b的输出。换言之，仅将来自放大用晶体管16a、16b、16c、16d的输出由金属图案19a合成，并传输到输出端子21。
放大器具备封装22。输入端子11和输出端子21固定于封装22的边缘。而且，输入匹配电路13、第一虚设晶体管15a、放大用晶体管16a、16b、16c、16d、第二虚设晶体管15b以及输出匹配电路19收纳于封装22。
图3是表示实施方式1的放大器的等效电路的例子的图。将RF输入信号从封装的输入端子11输入，经由接合线12输入到输入匹配电路13。输入匹配电路13例如能够设计为将RF信号以相同振幅且相同相位分配给各晶体管。然后，将RF信号从输入匹配电路13向第一虚设晶体管15a、放大用晶体管16a、16b、16c、16d以及第二虚设晶体管15b输入。此时，用于向各晶体管传输信号的接合线14a、14b、14c、14d、14e、14f可以是相同的形状，但也可以根据需要变更形状或连接位置。
从第一虚设晶体管15a和第二虚设晶体管15b输出的RF信号，例如被具备LC匹配电路和扼流圈的切断电路18a、18b切断，未输出到输出端子21。另一方面，从放大用晶体管16a、16b、16c、16d输出的RF信号，例如由设计为以相同相位且相同振幅进行合成的输出匹配电路19的金属图案19a合成功率，并经由接合线20从输出端子21被输出。这样，位于并联连接多个而成的六个晶体管的两端的两个晶体管为无助于RF输出的虚设晶体管。
这里，将与第一虚设晶体管15a连接的接合线14a和与第二虚设晶体管15b连接的接合线14f的电感设为L1，将被这两条接合线14a、14f夹着的接合线14b、14c、14d、14e的电感设为L2。而且，若将接合线14a～14f的形状设为相同，将流过所有晶体管的RF电流也设为相同，将自感设为L，将互感设为M，则该L1、L2可以利用下述式得到。
L1＝L+M
L2＝L+2M
根据上述式可知，端部的接合线14a、14f的电感比内侧的接合线14b、14c、14d、14e的电感小。因此，若经由接合线14a～14f的信号全部与输出端子21连接，则产生电感的不均衡。然而，在实施方式1所涉及的放大器中，在设置成一列的晶体管的端部设置第一虚设晶体管15a和第二虚设晶体管15b并利用切断电路18a、18b切断这两个晶体管的输出。由此，能够避免互感M相对小的线对输出的影响。换言之，避免在设置成一列的晶体管的端部配置放大用晶体管，不需要在电感分布紊乱的端部配置使传播信号的相位一致所需的放大用晶体管。
这样，通过设置第一虚设晶体管15a和第二虚设晶体管15b，与没有这些的情况相比，能够抑制放大用晶体管的电感的减少，使电感分布更均匀。电感的均匀化有助于信号相位的统一。其结果，能够使输入输出RF信号接近相同振幅且相同相位，因此能够实现高增益化以及高输出。
切断电路18a、18b的结构并不限定于具有LC匹配电路和扼流圈的结构，能够采用使高频信号衰减或切断高频信号的任意结构。
放大用晶体管16a、16b、16c、16d、第一虚设晶体管15a以及第二虚设晶体管15b的构造相同。因此，在RF电流根据使用条件变动时，或者在温度、使用频率或动作功率变动时，这些晶体管的特性变动量是均匀的。由此，能够抑制传播信号的振幅以及相位因这些变动而变动。
实施方式2
图4是实施方式2所涉及的放大器的俯视图。该放大器对第一虚设晶体管30a、第二虚设晶体管30b的晶体管构造进行了最佳化，以使得流过第一虚设晶体管30a、第二虚设晶体管30b以及放大用晶体管16a、16b、16c、16d的RF电流一致。即，通过使第一虚设晶体管30a和第二虚设晶体管30b的构造与放大用晶体管16a、16b、16c、16d的构造不同，使流过第一虚设晶体管30a和第二虚设晶体管30b的电流与流过放大用晶体管16a、16b、16c、16d的电流一致。
在统一了所有晶体管的构造的情况下，流过虚设晶体管的RF电流受到互感的影响而成为与放大用晶体管的RF电流不同的值。那样的话，对配置在虚设晶体管旁边的放大晶体管的互感带来影响。因此，在实施方式2中，例如通过对虚设晶体管的电极构造的最佳化，来补偿因虚设晶体管的电感的减少而产生的RF电流的变动。由此，能够使配置在虚设晶体管旁边的放大用晶体管的电感与其他放大用晶体管的电感均匀化。由此，能够使传播信号接近相同振幅且相同相位，因此能够实现高增益化以及高输出。
为了使流过第一虚设晶体管30a和第二虚设晶体管30b的电流与流过放大用晶体管16a、16b、16c、16d的电流一致，可以根据所希望的输出功率来设定第一虚设晶体管30a和第二虚设晶体管30b的栅极宽度、栅极长度或指状物的数量。
例如，若统一第一虚设晶体管30a、第二虚设晶体管30b以及放大用晶体管16a、16b、16c、16d的构造，则存在在第一虚设晶体管30a、第二虚设晶体管30b流动比放大用晶体管16a、16b、16c、16d大的电流的情况。在该情况下，可以使第一虚设晶体管30a、第二虚设晶体管30b的栅极宽度比放大用晶体管16a、16b、16c、16d的栅极宽度小、或者使第一虚设晶体管30a、第二虚设晶体管30b的栅极长度比放大用晶体管的栅极长度大、或者使第一虚设晶体管30a、第二虚设晶体管30b的指状物的数量比放大用晶体管16a、16b、16c、16d的指状物的数量少。
实施方式3
图5是实施方式3所涉及的放大器的俯视图。在该放大器中，放大用晶体管和虚设晶体管交替排列。图5示出了第一虚设晶体管40a、放大用晶体管42a、第二虚设晶体管40b、附加放大用晶体管42b以及第三虚设晶体管40c依次排成一列的结构。第一虚设晶体管40a、放大用晶体管42a、第二虚设晶体管40b、附加放大用晶体管42b以及第三虚设晶体管40c分别从输入匹配电路接收信号。而且，放大用晶体管42a和附加放大用晶体管42b的输出信号被输出到输出匹配电路19，并被传输到输出端子21。
第一虚设晶体管40a、第二虚设晶体管40b、第三虚设晶体管40c从输入匹配电路13接收信号并放大信号，但放大后的信号分别被切断电路50a、50b、50c切断。因此，第一虚设晶体管40a、第二虚设晶体管40b、第三虚设晶体管40c的输出未被传输到输出端子21。切断电路50a、50b、50c例如由LC匹配电路和扼流圈等构成，该LC匹配电路由与接地的通孔连接的MIM电容器和螺旋电感器构成。这些切断电路例如可以采用与图3的切断电路18a相同的结构。
例如，第一虚设晶体管40a、第二虚设晶体管40b、第三虚设晶体管40c可以是具有多指构造的晶体管。对于第一虚设晶体管40a、第二虚设晶体管40b、第三虚设晶体管40c而言，考虑对放大用晶体管带来的互感的影响，设定栅极长度、栅极宽度或指状物的数量，并以能够变更指状物的数量的方式进行布局。通过调整虚设晶体管中使用的指状物的数量，能够控制流过虚设晶体管的RF电流。通过该调整，产生与流过虚设晶体管的RF电流相应的互感，因此能够控制放大用晶体管的电感。即，通过调整虚设晶体管中使用的指状物的数量，能够调整放大用晶体管的输入阻抗。具体而言，能够通过调整第一虚设晶体管40a和第二虚设晶体管40b的指状物的数量来调整放大用晶体管42a的输入阻抗，能够通过调整第二虚设晶体管40b和第三虚设晶体管40c的指状物的数量来调整附加放大用晶体管42b的输入阻抗。
与虚设晶体管连接的输入匹配电路13可以具有能够根据虚设晶体管的指状物的数量进行调整的图案布局。这里所说的调整是指根据虚设晶体管的指状物的数量使阻抗最佳化，以控制流过接合线的电流量的意思。控制阻抗意味着控制流向虚设晶体管的电流量，因此具有与指状物的数量的变更相同的意思。因此，通过采用调整虚设晶体管中使用的指状物的数量、和调整输入匹配电路13的图案布局来进行阻抗控制的双方或一方，由此能够调整放大用晶体管42a和附加放大用晶体管42b的输入阻抗。输入匹配电路13的图案布局的调整例如图6～图9所示。图6表示通过连接带60的位置来调整阻抗。图7表示通过连接带60和螺旋电感器62来调整阻抗。图8表示通过连接线接合64的位置来调整阻抗。图9表示通过连接线接合64的位置和电阻膜66的提供来调整阻抗。它们在输入匹配电路13设置虚设晶体管的阻抗调整部这一点上都是共通的。也可以利用与图6～图9所示的方法不同的方法调整阻抗。
附图标记说明
13…输入匹配电路；16a、16b、16c、16d…放大用晶体管；15a…第一虚设晶体管；15b…第二虚设晶体管；19…输出匹配电路。

Claims (7)

1.一种放大器，其特征在于，
具备：
输入匹配电路；
至少一个放大用晶体管，从所述输入匹配电路接收信号；
第一虚设晶体管，从所述输入匹配电路接收信号；
第二虚设晶体管，从所述输入匹配电路接收信号；以及
输出匹配电路，输出所述放大用晶体管的输出，
所述放大用晶体管夹在所述第一虚设晶体管和所述第二虚设晶体管之间，
所述放大用晶体管、所述第一虚设晶体管以及所述第二虚设晶体管沿着所述输入匹配电路设置成一列。
2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，
所述放大用晶体管、所述第一虚设晶体管以及所述第二虚设晶体管的构造相同。
3.根据权利要求1或2所述的放大器，其特征在于，
具备切断电路，所述切断电路切断所述第一虚设晶体管和所述第二虚设晶体管的输出。
4.根据权利要求3所述的放大器，其特征在于，
所述切断电路具有LC匹配电路和扼流圈。
5.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，
通过使所述第一虚设晶体管和所述第二虚设晶体管的构造与所述放大用晶体管的构造不同，来使流过所述第一虚设晶体管和所述第二虚设晶体管的电流与流过所述放大用晶体管的电流一致。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的放大器，其特征在于，
所述放大器具备：
附加放大用晶体管，从所述输入匹配电路接收信号，并向所述输出匹配电路输出信号；和
第三虚设晶体管，从所述输入匹配电路接收信号，
所述附加放大用晶体管夹在所述第二虚设晶体管和所述第三虚设晶体管之间，
所述第一虚设晶体管、所述第二虚设晶体管以及所述第三虚设晶体管是具有多指构造的晶体管。
7.根据权利要求6所述的放大器，其特征在于，
在所述输入匹配电路设置所述第一虚设晶体管、所述第二虚设晶体管以及所述第三虚设晶体管的阻抗调整部。
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