DE102015209439A1

DE102015209439A1 - Linearisierer

Info

Publication number: DE102015209439A1
Application number: DE102015209439.1A
Authority: DE
Inventors: Ko Kanaya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2015-11-26
Also published as: US20150340999A1; CN105099375A; KR20150135085A; JP2015222912A; US9467099B2

Abstract

Ein Linearisierer enthält: einen Eingangsanschluss (EIN); einen Ausgangsanschluss (AUS); einen Verbindungspunkt (T1), der zwischen den Eingangsanschluss (EIN) und den Ausgangsanschluss (AUS) geschaltet ist; eine Diode (D), die mit dem Verbindungspunkt (T1) verbunden ist; einen Spannungsanschluss (T2); und einen Widerstand (R), der zwischen den Spannungsanschluss (T2) und den Verbindungspunkt (T1) geschaltet ist, wobei an den Spannungsanschluss (T2) eine Spannung von 0 V angelegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Linearisierer und insbesondere einen Diodenlinearisierer, der die Verzerrungscharakteristiken eines Hochfrequenzverstärkers verbessert.
In den letzten Jahren werden aktive Forschung und Entwicklung über Transistoren durchgeführt, die einen Nitridhalbleiter (z. B. GaN) verwenden, wobei ein Anwendungsbeispiel dafür ein Verstärker mit hoher Ausgangsleistung für die Kommunikation ist. Verstärker, die GaN verwenden, können eine höhere Ausgangsleistung als herkömmliche Verbundhalbleiter (z. GaAs) aufweisen. Allerdings besteht ein Problem, dass sich insbesondere eine AMAM-Charakteristik (Amplitudenmodulations-Amplitudenmodulations-Charakteristik) wegen einer GaN-spezifischen Soft-Kompression, in der eine Verstärkung von niedriger Eingangsleistung langsam abnimmt, verschlechtert.
Es gibt Linearisierer, die eine Diode als analoge Vorverzerrung verwenden, die die AMAM-Charakteristik kompensiert. Unter diesen Linearisierern weisen Paralleldiodenlinearisierer eine einfache Schaltungskonfiguration auf, sind sie kleiner und verbrauchen sie weniger Leistung (z. B. siehe Kazuhisa Yamauchi, Kazutomi Mori, Masatoshi Nakayama, Yasuo Mitsui und Tadashi Takagi, "A Microwave Miniaturized Linearizer Using a Parallel Diode with a Bias Feed Resistance, "IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Bd. 45, Nr. 12, Dezember 1997, und Kazuhisa Yamauchi, Masatoshi Nakayama, Yukio Ikeda, Hiromasa Nakaguro, Naoto Kadowaki und Takahiko Araki, "AN 18 GHZ-BAND MMIC LINEARIZER USING A PARALLEL DIODE WITH A BIAS FEED RESISTANCE AND A PARALLEL CAPACITOR", 2000 IEEE).
Wenn ein Linearisierer in eine Verstärker-MMIC (monolithisch integrierte Verstärker-Mikrowellenschaltung) auf der Grundlage von GaN, die ein SiC-Substrat verwendet, integriert wird, ist eine kleinstmögliche Schaltung bevorzugt, da Epitaxiesubstrate teuer sind. Da Paralleldiodenlinearisierer nur eine einfache Konfiguration erfordern, sind sie die für eine GaN-MMIC am besten geeigneten Schaltungen.
Paralleldiodenlinearisierer sind normalerweise so ausgelegt, dass sie gegenüber der AMAM (Amplitudenmodulation-Amplitudenmodulation) und der AMPM (Amplitudenmodulation-Phasenmodulation) von Verstärkern, die auf der Eingansseite oder auf der Ausgangseite angeschlossen sind, entgegengesetzte Charakteristiken aufweisen. Die AMAM- und AMPM-Charakteristiken eines Linearisierers variieren in Abhängigkeit von einer an eine Diode des Linearisierers angelegten Spannung. Aus diesem Grund ist der Linearisierer mit einem Steueranschluss versehen, der die AMAM und AMPM steuert und der eine angelegte Spannung des Linearisierers in Übereinstimmung mit der AMAM und der AMPM des Verstärkers steuert und/oder einstellt.
Wenn an den Linearisierer eine Vorspannung angelegt wird, fließt durch eine Anodenelektrode der Diode ein Strom. Aus diesem Grund tritt in einem Anodenelektrodenmetall eine Migration auf, die zu einer Verschlechterung der Zuverlässigkeit führt. Wenn die Migration verhindert werden soll, muss der Anodenstromwert begrenzt werden, was einen Freiheitsgrad beim Entwurf des Linearisierers einschränkt.
Die Erfindung soll die oben beschrieben Probleme lösen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Linearisierer zu schaffen, dessen Zuverlässigkeit verbessert ist und dessen Entwurfsfreiheitsgrad erhöht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Linearisierer nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In Übereinstimmung mit der Erfindung enthält ein Linearisierer: einen Eingangsanschluss; einen Ausgangsanschluss; einen Verbindungspunkt, der zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist; eine Diode, die mit dem Verbindungspunkt verbunden ist; einen Spannungsanschluss; und einen Widerstand, der zwischen den Spannungsanschluss und den Verbindungspunkt geschaltet ist, wobei an den Spannungsanschluss eine Spannung von 0 V angelegt wird.
Da an den Spannungsanschluss des Linearisierers in der Erfindung eine Spannung von 0 V angelegt wird, ist nur ein niedriger Anodenstrom der Diode D erforderlich, sodass verhindert werden kann, dass in dem Anodenelektrodenmetall eine Migration auftritt, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert werden kann. Dadurch, dass die Notwendigkeit, den Anodenstromwert zu begrenzen, entfällt, kann der Entwurfsfreiheitsgrad des Linearisierers verbessert werden.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
1 einen Stromlaufplan eines Linearisierers in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Ersatzschaltung der Diode;
3 einen Graphen einer AMAM-Charakteristik des Linearisierers in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 einen Graphen einer AMPM-Charakteristik des Linearisierers in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der Erfindung;
5 einen Stromlaufplan eines Linearisierers in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
6 einen Graphen einer Beziehung zwischen einer Kapazität der Diode und einer Anodenspannung;
7 einen Stromlaufplan eines Linearisierers in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
8 einen Graphen einer AMAM- und einer AMPM-Charakteristik eines Verstärkers, dessen Verzerrungscharakteristik kompensiert wird;
9 einen Graphen einer AMAM- und einer AMPM-Charakteristik des Linearisierers in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der Erfindung; und
10 einen Blockschaltplan eines Linearisierers in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Anhand der Zeichnungen wird ein Linearisierer in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Dieselben Bauelemente sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre wiederholte Beschreibung kann weggelassen sein.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Stromlaufplan eines Linearisierers in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Von einem Eingangsanschluss EIN wird ein Hochfrequenzsignal eines Ku-Bands eingegeben. Zwischen dem Eingangsanschluss EIN und einem Ausgangsanschluss AUS liegt ein Verbindungspunkt T1. Zwischen den Eingangsanschluss EIN und den Verbindungspunkt T1 sind ein Kondensator C1 und eine Anpassungsschaltung M1 geschaltet. Zwischen den Verbindungspunkt T1 und den Ausgangsanschluss AUS sind ein Kondensator C2 und eine Anpassungsschaltung M2 geschaltet. Die Kondensatoren C1 und C2 sind zum Sperren einer Gleichstromkomponente verwendet. Zwischen den Verbindungspunkt T1 und einen Massepunkt ist eine Diode D geschaltet. Zwischen einen Spannungsanschluss T2 und den Verbindungspunkt T1 ist ein Widerstand R geschaltet. Der Widerstand R hat einen Wert von 2000 Ω. An den Spannungsanschluss T2 wird eine Spannung von 0 V angelegt.
2 ist eine Ersatzschaltung der Diode. Die Diode D weist eine Komponente mit veränderlichem Widerstand und eine Komponente mit veränderlicher Kapazität auf. 3 ist ein Graph, der eine AMAM-Charakteristik des Linearisierers in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 4 ist ein Graph, der eine AMPM-Charakteristik des Linearisierers in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Wenn eine Frequenz eines Eingangssignals so hoch wie ein Ku-Band ist, nimmt eine Impedanz (1/ωC) der kapazitiven Komponente der Diode D ab. Aus diesem Grund nimmt die Impedanz der Diode D ab, selbst wenn ein Potential des Verbindungspunkts T1 0 V ist und die Impedanz der resistiven Komponente hoch ist. Somit ist der Verlust in dem Linearisierer groß, da die Impedanz der Diode D im Fall eines kleinen Signals niedrig ist.
Andererseits fließt im Fall eines großen Signals in der Diode D in Durchlassrichtung ein Strom, wobei sich ein Potential des Verbindungspunkts T1 von 0 V auf eine Niederspannungsseite verschiebt, sodass die Impedanz der resistiven Komponente zunimmt. Wenn das Potential in Richtung der Niederspannungsseite (in der vorliegenden Ausführungsform zur Seite der negativen Spannung) verschoben wird, nimmt die kapazitive Komponente ab. Somit nimmt die Impedanz der Diode D zu und der Verlust in dem Linearisierer ab. Dadurch kann ein wie in 3 gezeigter Dynamikbereich der AMAM sichergestellt werden. Dieselben Funktionsprinzipien, wie sie in der obenerwähnten Literaturhinweisen beschrieben sind, sind auf die AMPM-Charakteristik anwendbar.
Da an den Spannungsanschluss des Linearisierers eine Spannung von 0 V angelegt wird, ist in der vorliegenden Ausführungsform nur ein niedriger Anodenstrom der Diode D erforderlich, sodass verhindert werden kann, dass in dem Anodenelektrodenmetall eine Migration auftritt, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird. Da der Anodenstromwert nicht mehr begrenzt zu werden braucht, kann der Entwurfsfreiheitsgrad des Linearisierers verbessert werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Katode der Diode D geerdet, wobei sich aber nur die Stromrichtung ändert und ähnliche Wirkungen erhalten werden können, wenn die Anode geerdet ist.
Zweite Ausführungsform
5 ist ein Stromlaufplan eines Linearisierers in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Ein Spannungsanschluss T2 des Linearisierers ist geerdet. Eine Diode D weist eine HEMT-Struktur (Struktur mit hoher Elektronenbeweglichkeit) auf, in der ein Drain und eine Source kurzgeschlossen sind. Der Rest der Konfiguration ist ähnlich der ersten Ausführungsform.
Da der Spannungsanschluss T2 geerdet ist, ist keine Leistungsversorgung für den Linearisierer notwendig. Eine Verdrahtungsanordnung in einer MMIC ist vereinfacht. Somit kann die Konfiguration des Verstärkermoduls vereinfacht werden, kann es verkleinert werden und können seine Kosten gesenkt werden.
6 ist ein Graph einer Beziehung zwischen einer Kapazität der Diode und einer Anodenspannung. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Potential von 0 V, das ein Vorspannungspunkt ist, in Richtung einer negativen Spannung verschoben. Im Gegensatz dazu gibt es bei einer normalen Diode in einem negativen Spannungsbereich im Wesentlichen keine Änderung der Kapazität. Andererseits ist die Kapazitätsänderung bei einer Diode auf HEMT-Grundlage (einer Diode, bei der angenommen ist, dass das Gate eine Anode ist und dass der Drain und die Source, die kurzgeschlossen sind, eine Katode sind) so groß wie ein zweistelliger Wert. Somit kann der Dynamikbereich der Linearisierercharakteristik unter Verwendung einer Diode auf HEMT-Grundlage mit einer großen Änderung der kapazitiven Komponente in Bezug auf die Spannung erhöht werden. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung einer Diode des HEMT-Prozesses, den Linearisierer und den Verstärker auf einer MMIC zu integrieren.
Dritte Ausführungsform
7 ist ein Stromlaufplan eines Linearisierers in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Zwischen eine Katode einer Diode D und einen Massepunkt ist eine Induktivität L geschaltet. Der Rest der Konfiguration ist ähnlich der zweiten Ausführungsform.
8 ist ein Graph der AMAM- und der AMPM-Charakteristiken eines Verstärkers, dessen Verzerrungscharakteristik kompensiert wird. Während die AMAM monoton abnimmt, nimmt die AMPM einmal zu und danach ab. 9 ist ein Graph der AMAM- und der AMPM-Charakteristiken des Linearisierers in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der Erfindung. Die Einfügung der Induktivität L ermöglicht, dass die AMPM-Charakteristik des Linearisierers invertiert wird. Somit ermöglicht der Linearisierer der vorliegenden Ausführungsform, dass die AMPM-Charakteristik des Verstärkers bis zu einem Sättigungsgebiet (einem Gebiet, nachdem die AMPM invertiert wird) kompensiert wird.
Vierte Ausführungsform
10 ist ein Blockschaltplan eines Linearisierers in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Auf der Einlassseite des Linearisierers 1 in Übereinstimmung mit einer der ersten bis dritten Ausführungsform ist ein Treiberverstärker 2 mit einem Transistor auf GaN-Grundlage (z. B. einem GaN-HEMT) vorgesehen. Auf der Ausgangsseite des Linearisierers 1 ist ein einstufiger GaN-Verstärker 3 mit hoher Ausgangsleistung vorgesehen. Der Treiberverstärker 2 führt einem Eingangsanschluss EIN des Linearisierers 1 ein Ausgangssignal zu. Das Erregen des Linearisierers 1 durch ein Ausgangssignal des Treiberverstärkers 2 ermöglicht, dass der Linearisierer arbeitet.
Wie in 8 gezeigt ist, verschlechtert sich die Verstärkung wegen der GaN-spezifischen Soft-Kompression langsam, obgleich eine höhere Ausgangsleistung des Verstärkers auf GaN-Grundlage zu erwarten ist. Der Linearisierer 1 ist notwendig, um dies zu kompensieren, da die ausgangsseitige Stufe aber eine hohe Ausgangsleistung aufweist, muss die Ausgangsleistung des Linearisierers 1 ebenfalls hoch gehalten werden. Zu diesem Zweck kann eine Diode D auf GaN-Grundlage angenommen werden. Allerdings ist beim Anstieg der Verstärkung des Linearisierers eine hohe Eingangsleistung notwendig, da eine Anstiegsspannung der Diode auf GaN-Grundlage näherungsweise 1,0 V beträgt, was um 0,3 V höher als die 0,7 V einer herkömmlichen Diode auf GaAs-Grundlage ist. Da ein GaN-HEMT eine höhere Leistungsdichte als ein GaAs-HEMT hat, kann der Linearisierer 1 ausreichend angesteuert werden, falls für den Ansteuerverstärker 2 ein Transistor auf GaN-Grundlage verwendet wird.
Da die vorliegende Ausführungsform über einen HEMT-Prozess implementiert werden kann, ohne irgendeinen für die Diode D vorgesehenen Prozess zu erfordern, können der Linearisierer 1 und der Ansteuerverstärker 2 außerdem als eine MMIC integriert werden, wobei die Schaltungsfläche verringert werden kann.
Die gesamte Offenbarung der JP2014-107276-A , eingereicht am 23. Mai 2014, einschließlich Beschreibung, Ansprüchen, Zeichnungen und Zusammenfassung, auf der die Priorität der vorliegenden Anmeldung beruht, ist hier in ihrer Gesamtheit durch Literaturhinweis eingefügt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014-107276 A [0037]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kazuhisa Yamauchi, Kazutomi Mori, Masatoshi Nakayama, Yasuo Mitsui und Tadashi Takagi, ”A Microwave Miniaturized Linearizer Using a Parallel Diode with a Bias Feed Resistance, ”IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Bd. 45, Nr. 12, Dezember 1997 [0003]
Kazuhisa Yamauchi, Masatoshi Nakayama, Yukio Ikeda, Hiromasa Nakaguro, Naoto Kadowaki und Takahiko Araki, ”AN 18 GHZ-BAND MMIC LINEARIZER USING A PARALLEL DIODE WITH A BIAS FEED RESISTANCE AND A PARALLEL CAPACITOR”, 2000 IEEE [0003]

Claims

Linearisierer (1), der umfasst: einen Eingangsanschluss (EIN); einen Ausgangsanschluss (AUS); einen Verbindungspunkt (T1), der zwischen den Eingangsanschluss (EIN) und den Ausgangsanschluss (AUS) geschaltet ist; eine Diode (D), die mit dem Verbindungspunkt (T1) verbunden ist; einen Spannungsanschluss (T2); und einen Widerstand (R), der zwischen den Spannungsanschluss (T2) und den Verbindungspunkt (T1) geschaltet ist, wobei an den Spannungsanschluss (T2) eine Spannung von 0 V angelegt wird.
Linearisierer (1) nach Anspruch 1, wobei der Spannungsanschluss (T2) geerdet ist.
Linearisierer (1) nach Anspruch 1 oder 2, der ferner umfasst: einen ersten Kondensator (C1), der zwischen den Eingangsanschluss (EIN) und den Verbindungspunkt (T1) geschaltet ist; und einen zweiten Kondensator (C2), der zwischen den Verbindungspunkt (T1) und den Ausgangsanschluss (AUS) geschaltet ist.
Linearisierer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Diode (D) eine HEMT-Struktur aufweist.
Linearisierer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der ferner eine Induktivität umfasst, die mit der Diode (D) in Reihe geschaltet ist.
Linearisierer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der ferner einen Treiberverstärker (2) umfasst, der einen Transistor auf GaN-Grundlage aufweist und dem Eingangsanschluss (EIN) ein Ausgangssignal zuführt, wobei die Diode (D) eine Diode auf GaN-Grundlage ist.