DE19534382A1 - Monolithisch integrierte Schaltung mit einem Mikrowellen-Leistungsverstärker mit einer Anpassungsschaltung unter Verwendung verteilter Leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Halbleiter-Bauteile, die in einem re­ lativ niedrigen Frequenzbereich für mobile Kommunikation wie 1 bis 3 GHz arbeiten, und spezieller betrifft sie eine Schaltungsanordnung, die zur Realisierung in Form einer monolithisch integrierten Mikrowellenschaltung mit einem Hochleistungsverstärker für eine Sendeeinheit eines mobilen Terminals, das über einen FET mit großer Gatebreite verfügt, geeignet ist.

Um die Größe eines Terminals für mobile Kommunikation zu verringern, ist es, zusätzlich zum Verringern der Größe einer Batterie und eines Signalverarbeitungs-LSI im Termi­ nal, erforderlich, in einer Funkeinheit (Sende-/Empfangsein­ heit) verwendete Funktionsbauteile wie einen Leistungsver­ stärker, einen störungsarmen Verstärker, einen Frequenzum­ setzer und ein Bandpaßfilter zu verkleinern.

Jedes dieser Funktionsbauteile enthält in unvermeidlicher Weise Anpassungsschaltungen wie E/A-Stufen, um höheres Funk­ tionsvermögen der Funkeinheit des Terminals für mobile Kom­ munikation zu erzielen. Um die Größe der Funkeinheit zu ver­ ringern, wurde versucht, Schaltkomponenten der Anpassungs­ schaltung, wie einen leitungsfreien Widerstand, einen lei­ tungsfreien Kondensator und eine leitungsfreie Drossel klei­ ner und mit hoher Packungsdichte auf einem mehrschichtigen Verdrahtungssubstrat herzustellen. Hinsichtlich weiterer Größenverringerung besteht der technische Trend, daß die verwendeten Anpassungsschaltungen als monolithisch inte­ grierte Mikrowellenschaltungen realisiert werden, bei denen einige Teile der Anpassungsschaltung als aktive Elemente (FETs) auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind.

Eine in einem monolithischen Mikrowellen-IC-Bauteil herzu­ stellende Anpassungsschaltung enthält Dünnfilmkondensatoren, spiralförmige Drosseln und verteilte Leitungen. Darunter be­ legen die spiralförmigen Drosseln und die verteilten Leitun­ gen eine große Fläche. Beim Entwickeln monolithischer Mikro­ wellen-IC-Bauteile haben sich die Anstrengungen darauf kon­ zentriert, wie diese Hauptkomponenten hinsichtlich der Ge­ sichtspunkte hohen Funktionsvermögens, der Betriebsfrequenz, der belegten Fläche und einer Größenverringerung zweckent­ sprechend verwendet werden können.

Ein Leistungsverstärker benötigt einen FET mit einer großen Gatebreite, um eine große Ausgangsleistung erzielen zu kön­ nen. Wenn die Gatebreite erhöht wird, wird die Ausgangsimpe­ danz des FET entsprechend niedriger. Demgemäß kann selbst ein kleiner Widerstand, der in Signalausbreitungsrichtung auftritt, die Leistungsverstärkung verringern.

Demgemäß ist es für hohe Funktionsfähigkeit einer sprialför­ migen Drossel in der Anpassungsschaltung erwünscht, den pa­ rasitären Reihenwiderstand zu verringern, wie er in der Si­ gnalausbreitungsrichtung auftritt. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, den Leiter breiter zu machen, um die spiral­ förmige Drossel auszubilden. Um von einem derartigen Leiter die gewünschte Induktivität zu erhalten, müssen die Außenab­ messungen der Drossel größer werden.

Wenn eine beabsichtigte Impedanz mittels einer spiralförmi­ gen Drossel oder einer verteilten Leitung realisiert wird, können dann, wenn die Betriebsfrequenz erhöht wird, die Außenabmessungen der spiralförmigen Drossel und die Lei­ tungslänge der verteilten Leitung kleiner gemacht werden. Jedoch hat die Leitungslänge der verteilten Leitung größere Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz als die Außenabmessung der spiralförmigen Drossel. Um dieselbe Impedanz bei einer niedrigen Frequenz wie 1 bis 3 GHz zu erhalten, muß die Lei­ tungslänge der verteilten Leitung deutlich verlängert wer­ den.

Andererseits erzeugt eine spiralförmige Drossel in unver­ meidlicher Weise eine parasitäre Kapazität wie eine Kapazi­ tät zwischen den Leitungen und eine Massekapazität, und zwar wegen ihres Aufbaus. Demgemäß ist die Verwendung einer spi­ ralförmigen Drossel auf Betriebsfrequenzen unter ihrer Reso­ nanzfrequenz beschränkt. So wird eine solche nicht bei hohen Frequenzen wie solchen von 5 bis 10 GHz verwendet.

Wie vorstehend beschrieben, müssen beim Ausbilden der Schal­ tung spiralförmige Drosseln und verteilte Leitungen zweck­ dienlich verwendet werden, wobei der Betriebsfrequenzbereich und die in zulässiger Weise belegbare Fläche eines funktio­ nellen Bauteils der Funkeinheit berücksichtigt werden müs­ sen.

In Technical Report SAT 84-1, Institute of Electronics, In­ formation and Communication Engineers of Japan (IEIC), ver­ öffentlicht am 29. Mai 1984, S. 1-7 ist über einen für ein superhohes Frequenzband von 10 bis 30 GHz verwendeten Lei­ stungsverstärker berichtet, der keine spiralförmige Drossel verwendet, da eine solche eine Resonanzfrequenz unter 10 GHz aufweist. Demgemäß ist der Leistungsverstärker in einem auf einem einzelnen Chip realisierten monolithischen Mikrowel­ len-IC-Bauteil realisiert, bei dem die Anpassungsschaltungen die Eingangs- und Ausgangsstufe aus verteilten Leitungen be­ stehen.

Jedoch würde eine verteilte Leitung für eine relativ niedri­ ge Betriebsfrequenz wie eine solche von 1 bis 3 GHz, wenn ein Leistungsverstärker nur verteilte Leitungen verwenden würde, eine relativ große Leitungslänge aufweisen, was zu einer großen Chipfläche führen würde. Da in diesem Fall das Frequenzband niedriger als die Resonanzfrequenz einer spi­ ralförmigen Drossel mit konzentrierten Konstanten ist, kann in einem solchen Leistungsverstärker eine spiralförmige Drossel verwendet werden. Wie es auf Seite 2-615 von 1994 Spring Meeting C-110 of IEIC beschrieben ist, verwendet ein Leistungsverstärker daher eine Schaltungsanordnung, bei der spiralförmige Drosseln und verteilte Leitungen miteinander vermischt sind. Die Anpassungsschaltung für die Eingangsstu­ fe und die Anpassungsschaltung für eine Zwischenstufe ver­ wenden spiralförmige Drosseln. Zwischen der Drainelektrode des FET in der Endstufe und einem Ausgangssignalanschluß in der Ausgangsanpassungsschaltung für die Endstufe ist eine verteilte Leitung so ausgebildet, daß der parasitäre Reihen­ widerstand in der Signalausbreitungsrichtung, der in unver­ meidlicher Weise die elektrische Leistungsverstärkung ver­ ringert, relativ leicht dadurch verkleinert werden kann, daß die verteilte Leitung verbreitert wird. Beim herkömmlichen Entwurfverfahren wird die Gesamtlänge der verteilten Leitung zum Zuführen einer Drainspannung zum Endstufen-FET so ge­ wählt, daß sie ein Viertel der Wellenlänge λ der Effektiv­ wellenlänge der Betriebsfrequenz ist, da die an der Drain­ elektrode zur Spannungsversorgung hin gesehene Impedanz unendlich ist, wodurch ein Auslecken des Ausgangssignals zur Spannungsversorgung verhindert ist. Wenn die Betriebsfre­ quenz 1,9 GHz ist, entspricht eine Leitungslänge von λ/4 der Länge 11 mm. Eine derartig lange verteilte Leitung kann nicht auf ein und demselben Substrat ausgebildet werden.

Ferner ist die Länge für eine verteilte Leitung selbst dann zu groß, wenn sie außerhalb des Substrats anzubringen ist. Anstatt daß die verwendete Schaltung eine verteilte Leitung nutzt, ist sie daher so ausgebildet, daß eine spiralförmige Drossel mit konzentrierten Konstanten an der Außenseite des Substrats angebracht ist. Dennoch hat der Chip, wie es in dieser Veröffentlichung beschrieben ist, eine Größe von 2,7 mm × 2,7 mm. Die auf Seite 2-612 von 1994 Spring Meeting C-110 of IEIC beschriebene Schaltung ist so ausgebildet, daß die Ausgangsanpassungsschaltung in der Endstufe aus einer verteilten Leitung besteht, die auf einem anderen Substrat mit hoher Dielektrizitätskonstante ausgebildet ist, statt auf dem Halbleitersubstrat, auf dem die FETs ausgebildet sind.

Gemäß einem von den Erfindern erstellten Überblick führt bei einem bekannten Mikrowellen-Leistungsverstärker für ein re­ lativ niedriges Frequenz band wie ein solches mit mehreren GHz, wie für ein mobiles Terminal verwendet, bei dem eine spiralförmige Drossel mit konzentrierten Konstanten dazu verwendet wird, eine Drainspannung für den Endstufen-FET zu liefern, die außerhalb des Substrats angebracht ist, ein in der spiralförmigen Drossel enthaltener parasitärer Reihen­ widerstand zu einem Spannungsabfall, was die Ausgangslei­ stung und die elektrische Leistungsverstärkung entsprechend verringert. Außerdem vergrößert die an der Außenseite des Substrats angebrachte Schaltung die Gesamtgröße des Lei­ stungsverstärkers um die Fläche der außen liegenden Schal­ tung. Darüber hinaus kann eine Anordnung mit mehreren Chips verwendet werden, bei der die Ausgabeanpassungsschaltung in der Endstufe aus einer verteilten Leitung auf einem anderen Substrat mit hoher Dielektrizitätskonstante ausgebildet ist, statt auf dem Halbleitersubstrat, auf dem die FETs ausgebil­ det sind. Die Anordnung mit mehreren Chips vergrößert dem­ gemäß in nachteiliger Weise die Gesamtfläche des Leistungs­ verstärkers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine monolithisch integrierte Schaltung mit Mikrowellen-Leistungsverstärker zu schaffen, die auch bei hoher Leistung einen kleinen Aufbau aufweisen kann. Diese Aufgabe ist durch die Lehre des beige­ fügten Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung verfügt ein mehr­ stufiger Mikrowellen-Leistungsverstärker über Anpassungs­ schaltungen für die Eingangs- und die Ausgangsstufe sowie über eine oder mehrere Anpassungsschaltungen für Zwischen­ stufen. Der Verstärker und ein Signalausgabekontakt sowie ein erster und ein zweiter Spannungsversorgungskontakt sind auf ein und demselben halbisolierenden Substrat ausgebildet. Der Drain eines ersten FET in der Ausgangsstufe ist über eine erste verteilte Leitung mit dem ersten Spannungsversor­ gungskontakt verbunden, und er ist ferner über eine zweite verteilte Leitung mit dem Signalausgabekontakt verbunden, wobei die erste und die zweite verteilte Leitung zur Ausbil­ dung der Anpassungsschaltung für die Ausgabestufe beitragen. Der Drain eines zweiten FET in einer Stufe vor der Ausgangs­ stufe ist über eine dritte verteilte Leitung, die als An­ schlußleiter dient, mit dem zweiten Spannungsversorgungskon­ takt verbunden. Die Breite der ersten verteilten Leitung ist größer als die der dritten verteilten Leitung, und sie ver­ fügt über eine Länge, die die Impedanz, gesehen am Drain des Ausgangsstufen-FET zum ersten Spannungsversorgungskontakt hin, bei der Betriebsfrequenz des Verstärkers auf einen an­ deren Wert als den Wert unendlich begrenzt.

Gemäß einer anderen Erscheinungsform der Erfindung ist ein kleiner und hochleistungsfähiger monolithischer IC-Mikro­ wellenleistungsverstärker geschaffen, bei dem eine verteilte Anpassungs-/Spannungsversorgungsleitung dazu verwendet wird, die Drainspannung für einen FET in der Ausgangsstufe zu lie­ fern, wodurch alle Anpassungsschaltungen auf ein und demsel­ ben kleinen, halbisolierenden Substrat zusammen mit den FETs ausgebildet sind.

Für die Anpassungsschaltung in der Ausgangsstufe eines mehr­ stufigen Leistungsverstärkers ist anstelle des herkömmlichen technischen Konzepts, gemäß dem die Leitungslänge einer ver­ teilten Anpassungs-/Spannungsversorgungsleitung in der Aus­ gangsstufe auf λ/4 (λ : effektive Wellenlänge bei der Be­ triebsfrequenz des Verstärkers) eingestellt ist, um die Im­ pedanz, wie am Drain (der Drainelektrode) zur Spannungsver­ sorgung hin gesehen, unendlich zu machen, ein neuartiges technisches Konzept eingeführt, gemäß dem das Verhältnis der Ausgangsimpedanz des FET in der Ausgangsstufe zur Impedanz, gesehen am Drain (der Drainelektrode) des FET in der Aus­ gangsstufe zur Spannungsversorgung (Drainspannungs-Versor­ gungskontakt) hin, einen anderen Wert als den Wert unendlich hat, so daß das vorstehend genannte Impedanzverhältnis z. B. ungefähr da 100-fache sein kann. Dieses neuartige technische Konzept trägt zur Verringerung der Leitungslänge der ver­ teilten Anpassungs-Spannungsversorgungsleitung für den FET in der Ausgangsstufe auf ungefähr 1/5 der herkömmlichen Lei­ tungslänge λ/4 bei und ermöglicht es, alle Anpassungsschal­ tungen für den Verstärker auf ein und demselben kleinen, halbisolierenden Substrat zusammen mit den den Ausgangsstu­ fen-FET enthaltenden FETs auszubilden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt eine ver­ teilte Anpassungs-/Spannungsversorgungsleitung für den Aus­ gangsstufen-FET über eine größere Leitungsbreite als eine verteilte Leitung, die als Verbindungsleiter dient, der mit einer spiralförmigen Leitung verbunden ist, die eine vorge­ gebene Induktivität bildet und dazu verwendet wird, die Drainspannung eines FET vor der Ausgangsstufe zu liefern. Diese breitere Leitung hat vergrößerten Querschnitt, um ih­ ren parasitären Widerstand zu verringern, was verhindert, daß die Versorgungsspannung verringert wird. Demgemäß kann ein Leistungsverstärker gemäß diesem Ausführungsbeispiel hö­ here elektrische Ausgangsleistung bei hoher Funktionsfähig­ keit erzeugen. Ferner verfügt die verteilte Anpassungs-/ Spannungsversorgungsleitung für den Ausgangsstufen-FET über die Leitungslänge λ/4 (λ : effektive Wellenlänge bei der Be­ triebsfrequenz des Verstärkers), entsprechend dem herkömm­ lich errichteten Designkonzept, wobei die Impedanz, gesehen am Drain (der Drainelektrode) des FET zur Spannungsversor­ gungsstufe hin, unendlich wird, und das Verhältnis der Aus­ gangsimpedanz des FET zu dieser Impedanz näher am Wert un­ endlich liegt. Jedoch ist zu beachten, daß die Ausgangsimpe­ danz des FET in der Ausgangsstufe im Frequenzband von 1,9 GHz den kleinen Wert von ungefähr 1 Ω hat, wobei gemäß der erfindungsgemäßen Lehre die Impedanz, gesehen am Drain (der Drainelektrode) des FET zur Spannungsversorgung (Drain­ spannungs-Versorgungskontakt) hin, z. B. ungefähr 100 Ω be­ tragen kann, mit einer Leitungslänge, die ungefähr 1/5 der­ jenigen der herkömmlichen Leitungslänge ist, so daß das Ver­ hältnis der Ausgangsimpedanz des FET zu dieser Impedanz un­ gefähr 100 sein kann. Diese Zahl zeigt, daß das Auslecken des Ausgangssignals zur Spannungsversorgung vernachlässigbar ist. Dieses Verhältnis kann abhängig von der Anforderungs­ spezifikation für den Leistungsverstärker variabel sein. Wenn dieses Verhältnis 100 beträgt, ist das Ausmaß des Aus­ leckens des vom FET in der Ausgangsstufe an den Drainspan­ nungs-Versorgungskontakt (Spannungsversorgung) gelieferten Signals auf 2% oder weniger herabgedrückt.

Aus den vorstehenden Funktionen ist es erkennbar, daß der Verbindungsleiter zum Zuführen der Drainspannung für den FET in der Ausgangsstufe als verteilte Leitung ausgebildet und auf dem Substrat hergestellt werden kann. Demgemäß sind alle im Spannungsverstärker enthaltenen Anpassungsschaltungen auf ein und demselben kleinen, halbisolierenden Substrat zusam­ men mit den FETs ausgebildet. Infolgedessen ermöglicht es die vorstehend genannte Anordnung, einen kleinen monolithi­ schen Mikrowellen-IC-Leistungsverstärker hoher Funktions­ fähigkeit zu realisieren.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf durch die Fig. 1 bis 3 veranschaulichte Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine Musterdraufsicht, die ein monolithisch inte­ griertes Halbleiterschaltungs-Bauelement mit einem mehrstu­ figen Mikrowellen-Leistungsverstärker gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Ersatzschaltbild für den in Fig. 1 darge­ stellten Leistungsverstärker.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das das Oberseitenmuster einer mo­ nolithisch integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigt. Diese Schaltung enthält einen mehrstufigen Mikrowellen-Leistungsverstärker, einen Signal­ eingangskontakt 1, Spannungsversorgungskontakte 16 und 17, einen Signalausgangskontakt 15 sowie Massekontakte 18, 19a, 19b, 20a und 20b, die auf oder in Oberflächenbereichen eines halbisolierenden Substrats 100 ausgebildet sind, das z. B. aus GaAs besteht.

Wie es am besten aus Fig. 3 erkennbar ist, enthält der mehr­ stufige Leistungsverstärker eine erste Stufe (Eingangsstufe) mit einem FET 6, dessen Source mit dem Massekontakt 19a ver­ bunden ist, einer Eingangsstufen-Anpassungsschaltung mit Kondensatoren 2 und 3, einer spiralförmigen Drossel 4 (Ele­ ment mit konzentrierten Konstanten) und einem Widerstand, die zwischen dem Signaleingangskontakt 1 und dem Gate des FET 6 liegt, und eine zweite Stufe (Ausgangsstufe) mit einem FET 10, dessen Source mit dem Massekontakt 19b verbunden ist, einer Zwischenstufen-Anpassungsschaltung mit einer spi­ ralförmigen Drossel 7 (Element mit konzentrierten Konstan­ ten), einem Kondensator 8 und einem Widerstand 9, die zwi­ schen der ersten Stufe und der zweiten Stufe, spezieller zwischen dem Drain des FET 6 in der ersten Stufe und dem Gate des FET 10 in der zweiten Stufe angeordnet ist, und einer Ausgangsstufen-Anpassungsschaltung mit verteilten Lei­ tungen 11, 12 und Kondensatoren 13, 14, die an den Drain des FET 10 der Ausgangsstufe angeschlossen ist.

In der Eingangsstufen-Anpassungsschaltung sind die Kondensa­ toren 2 und 3 in Reihe zwischen den Signaleingangskontakt 1 und den FET 6 geschaltet. Die spiralförmige Drossel 4 ist zwischen den Massekontakt 20a und die Verbindungsstelle zwi­ schen den Kondensatoren 2 und 3 geschaltet. Der Widerstand 5 ist zwischen den Massekontakt 18 und die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 3 und dem FET 6 geschaltet. In der Zwischenstufen-Anpassungsschaltung ist die spiralförmige Drossel 7 zwischen den Drain des FET 6 und den Spannungsver­ sorgungskontakt 16 geschaltet. Der Kondensator 8 ist zwi­ schen den Drain des FET 6 und das Gate des FET 10 geschal­ tet. Der Widerstand 9 ist zwischen das Gate des FET 10 und den Massekontakt 18 geschaltet. In der Ausgangsstufen-Anpas­ sungsschaltung ist die verteilte Leitung 11 zwischen den Drain des FET 10 und den Spannungsversorgungskontakt 17 ge­ schaltet. Die verteilte Leitung 12 und der Kondensator 14 sind in Reihe zwischen den Drain des FET 10 und den Span­ nungsversorgungskontakt 15 geschaltet. Der Kondensator 13 ist zwischen den Massekontakt 20b und die Verbindungsstelle zwischen der verteilten Leitung 12 und dem Kondensator 14 geschaltet. Der Leistungsverstärker bei der veranschaulich­ ten monolithisch integrierten Schaltung kann als Sendeein­ heit eines mobilen Kommunikationsterminals verwendet werden.

Es wird erneut auf Fig. 1 Bezug genommen, gemäß der die spi­ ralförmige Drossel 7 in der Zwischenstufen-Anpassungsschal­ tung eine Breite von 16 µm aufweist, mit einem Zwischenraum von 16 µm zwischen benachbarten Spiralwindungen. Ferner ver­ fügt die spiralförmige Drossel 7 über einen parasitären Wi­ derstand von ungefähr 2 Ω. Die elektrischen Verbindungen zwischen der spiralförmigen Drossel 7 und dem FET 6 sowie zwischen ihr und dem Spannungsversorgungskontakt 16 sind durch die verteilte Leitung 21 erzielt, die nur als Verbin­ dungsleiter dient. Die verteilte Leitung 21 soll nicht dazu beitragen, die elektrischen Eigenschaften der Zwischenstu­ fen-Anpassungsschaltung zu bestimmen. Die verteilte Leitung 21 kann eine Laminatstruktur aufweisen, mit einem auf dem Substrat 100 ausgebildeten Molybdän(Mo)-Film und einem auf diesem ausgebildeten Gold(Au)-Film. Die Breite der Laminat­ struktur kann ungefähr 25 µm betragen.

Der dem Drain des FET 6 in der ersten Stufe zuzuführende Strom hat den kleinen Wert von ungefähr 40 mA. Demgemäß führt die spiralförmige Drossel 7 mit dem parasitären Wider­ stand von ungefähr 2 Ω zu einem kleinen Spannungsabfall von ungefähr 0,08 V. Demgemäß erleidet das vom FET 6 an die Aus­ gangsstufe gelieferte Ausgangssignal nur einen vernachläs­ sigbar kleinen Abfall.

In der Ausgangsstufen-Anpassungsschaltung dient die verteil­ te Leitung 11, die zwischen dem Drain des FET 10 und dem Drainspannungsversorgungs-Kontakt 17 liegt, dazu, einen gro­ ßen Strom von ungefähr 240 mA an den FET 20 zu liefern. Wenn die Leitung 11 dieselbe Breite wie die Leitung 21 hätte, würde sie wegen des großen Stroms einen Spannungsabfall von ungefähr 0,5 V hervorrufen, was angesichts der Versorgungs­ spannung von 3,0 V eine erhebliche Größe darstellt, d. h., daß der Ausgangssignalpegel auf der Leitung 11 deutlich ver­ ringert würde. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, ist die Leitung 11 so ausgebildet, daß sie eine größere Breite als die verteilte Leitung 21 aufweist, z. B. eine solche von 72 µm. Die Länge der Leitung 11 kann ungefähr 1,5 mm betra­ gen. Da die Ausgangsimpedanz des FET 10 den kleinen Wert von ungefähr 1 Ω aufweist, wird mit einer Länge der Leitung von ungefähr 1,5 mm, d. h. ungefähr 1/5 oder weniger von unge­ fähr 11 mm, was dem Wert λ/4 gemäß dem herkömmlichen Konzept entspricht, ein Verhältnis der Ausgangsimpedanz des FET 10 zur bei der Betriebsfrequenz des Verstärkers auftretenden Impedanz, gesehen am Drain des FET 10 zur Spannungsversor­ gung (Spannungsversorgungskontakt 17) hin, ungefähr 100. Das Auslecken des Ausgangssignals von der Ausgangsstufe zur Spannungsversorgung ist selbst bei einer derart verkürzten verteilten Leitung 11 vernachlässigbar klein. Das heißt, daß bei einer Betriebsfrequenz des Leistungsverstärkers entgegen dem Fall beim herkömmlichen Designkonzept die Impedanz, ge­ sehen am Drain des FET 10 zum Spannungsversorgungskontakt 17 hin, auf einen vom Wert unendlich abweichenden endlichen Wert hin begrenzt ist. Dieses Design gemäß dem neuartigen technischen Konzept erlaubt es, die verteilte Leitung 11 auf dem Substrat 100 auszubilden (in ihm unterzubringen). Die Leitung 11 kann mäanderförmig verlaufen, falls dies erfor­ derlich ist. Ferner hat, da die Leistungsbreite der verteil­ ten Leitung 11 den hohen Wert von 72 µm hat, der parasitäre Widerstand der Leitung 11 den kleinen Wert von 0,1 Ω, so daß dann, wenn der große Strom von 240 mA durch die Leitung 11 fließt, der sich ergebende Spannungsabfall einen vernachläs­ sigbar kleinen Wert, nämlich 0,024 V, hat. Dies zeigt, daß der Ausgangssignalpegel beinahe konstant gehalten wird, wo­ durch durch den vorstehend beschriebenen Aufbau ein Verstär­ ker mit hohem Funktionsvermögen realisiert ist.

Die verteilte Leitung 12, die zwischen dem Drain des FET 10 und dem mit dem Signalausgangskontakt 15 verbundenen Konden­ sator 14 liegt, ist so ausgebildet, daß sie eine Leitungs­ breite von ungefähr 50 µm aufweist, was auch größer als die Breite der Leitung 21 ist. Die Leitung 12 ist so ausgebil­ det, daß sie der Anpassungsbedingung genügt, daß die Impe­ danz, gesehen am Signalausgangskontakt 15 zum Verstärker-IC hin, 50 Ω beträgt. Die Leitung 12 verfügt über eine Länge von ungefähr 2,5 mm, um am Drain des Ausgangsstufen-FET 10 zusammen mit den Kondensatoren 13 und 15 für eine optimale Belastung zu sorgen. Die Leitung 12 verläuft mäanderförmig, so daß sie auf ein und demselben Substrat ausgebildet werden kann. Die Breite der Leitung 12 kann kleiner als die der Leitung 11 sein. Mit dem vorstehend genannten Aufbau wird ein monolithischer Mikrowellen-IC-Leistungsverstärker hoher Funktionsfähigkeit mit einer kleinen Chipfläche von 1,5 mm × 1,5 mm geschaffen.

Wie es schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, weisen die verteilten Leitungen 11 und 12 Laminatstruktur auf, mit einem auf dem Substrat 100 ausgebildeten Au-Film und einem auf diesem ausgebildeten Mo-Film.

Die Breite jeder der vorstehend genannten verteilten Leitun­ gen 21, 11, 12 bedeutet die Breite desjenigen Teils der Lei­ tung, der in Berührung mit dem halbisolierenden Substrat 100 steht.

Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel können, da die ver­ teilten Leitungen so ausgebildet sind, daß sie kurze Lei­ tungslängen aufweisen, alle Anpassungsschaltungen auf ein und demselben Substrat zusammen mit FETs ausgebildet werden, was es ermöglicht, einen Abfall der Versorgungsspannung und einen solchen der Ausgangsleistung zu unterdrücken. Demgemäß realisiert dieses Ausführungsbeispiel einen kleinen monoli­ thischen Mikrowellen-IC-Leistungsverstärker mit hohem Funk­ tionsvermögen.

Claims (5)

1. Monolithisch integrierte Schaltung mit einem halbiso­ lierenden Substrat (100), einem auf diesem Substrat ausge­ bildeten mehrstufigen Mikrowellen-Leistungsverstärker und einem auf dem Substrat ausgebildeten Signalausgangskontakt (15) und einem ersten und einem zweiten Spannungsversor­ gungskontakt (17, 16), wobei der mehrstufige Verstärker eine erste Stufe mit einem ersten Feldeffekttransistor (FET) (10), der dazu dient, das Ausgangssignal des Verstärkers zu liefern, eine zweite Stufe mit einem zweiten FET (6), und, vor der ersten Stufe, eine erste Anpassungsschaltung (11, 12, 13), die mit dem ersten FET verbunden ist, und eine zwi­ schen die erste und die zweite Stufe geschaltete zweite An­ passungsschaltung (7, 8, 9) enthält; dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Drain des ersten FET (10) in der ersten Stufe über eine erste verteilte Leitung (11) mit dem ersten Spannungs­ versorgungskontakt (17) und ferner über eine zweite verteil­ te Leitung (12) mit dem Signalausgangskontakt (15) verbunden ist, wobei die erste und die zweite verteilte Leitung zur Ausbildung der ersten Anpassungsschaltung beitragen;
• - der Drain des zweiten FET (6) in der zweiten Stufe über eine spiralförmige Drossel (7) und eine in Reihe zu dieser geschaltete verteilte Leitung (21) mit dem zweiten Span­ nungsversorgungskontakt (16) verbunden ist, wobei die spi­ ralförmige Drossel zur Ausbildung der zweiten Anpassungs­ schaltung beiträgt, während die dritte verteilte Leitung als Verbindungsleiter dient, ohne zur Ausbildung der zweiten An­ passungsschaltung beizutragen; und
• - die erste verteilte Leitung (11) eine Breite, die größer als die der dritten verteilten Leitung (21) ist, und eine Länge aufweist, die die Impedanz, gesehen am Drain des er­ sten FET (10) zum ersten Spannungsversorgungskontakt hin, bei der Betriebsfrequenz des Verstärkers auf einen anderen Wert als den Wert unendlich begrenzt.

2. Monolithisch integrierte Schaltung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite verteilte Leitung (12) eine Breite aufweist, die größer als die der dritten ver­ teilten Leitung (21) aber kleiner als die der ersten ver­ teilten Leitung (11) ist.

3. Monolithisch integrierte Schaltung nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das halb­ isolierende Substrat (100) aus GaAs besteht.

4. Monolithisch integrierte Schaltung nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und dritte verteilte Leitung (11, 12, 21) Laminat­ struktur aufweisen, mit einem auf dem Substrat (100) ausge­ bildeten Molybdänfilm und einem auf diesem ausgebildeten Goldfilm.

5. Monolithisch integrierte Schaltung nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste verteilte Leitung (11) mäanderförmig auf dem Substrat (100) verläuft.