JP2001196865A - Wireless communication apparatus and semiconductor device - Google Patents

Wireless communication apparatus and semiconductor device

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JP2001196865A
JP2001196865A JP2000318948A JP2000318948A JP2001196865A JP 2001196865 A JP2001196865 A JP 2001196865A JP 2000318948 A JP2000318948 A JP 2000318948A JP 2000318948 A JP2000318948 A JP 2000318948A JP 2001196865 A JP2001196865 A JP 2001196865A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress thermal runaway, to enhance the efficiency and to prevent the oscillation. SOLUTION: The wireless communication apparatus that has a high frequency power amplifier module incorporating a single stage amplifier employing a hetero-junction bipolar transistor(HBT) of a multi-finger structure or a multi- stage amplifier consisting of a plurality of HBTs in cascade connection at its sender side output stage and has an antenna connected to the high frequency power amplifier module, is provided with a 1st capacitor and a 1st resistor placed in series between an input terminal of the high frequency power amplifier module and each control finger of the HBT and with a 2nd resistor that is inserted between a control terminal of the high frequency power amplifier module and each control finger of the HBT and connected to a node between the 1st resistor and the 1st capacitor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話機等の無線
通信装置及びその無線通信装置に組み込まれる半導体装
置に係わり、特に、トランジスタを複数並列に接続した
高出力増幅器を、一個用いる単段構成または高出力増幅
器を複数順次従属に接続した多段構成の高周波電力増幅
モジュールを送信側出力段に有し、前記高周波電力増幅
モジュールに接続されるアンテナを有する無線通信装置
に関し、熱暴走防止・効率向上・発振防止技術に適用し
て有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wireless communication device such as a portable telephone and a semiconductor device incorporated in the wireless communication device, and more particularly to a single-stage configuration using one high-power amplifier having a plurality of transistors connected in parallel. A radio communication device having a multi-stage high-frequency power amplification module in which a plurality of high-power amplifiers are sequentially connected in a dependent manner at a transmission-side output stage, and having an antenna connected to the high-frequency power amplification module. The present invention relates to an effective technique applied to an oscillation prevention technique.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車電話,携帯電話機等の移動体通信
機(無線通信装置)においては、その送信側出力段に高
周波電力増幅モジュール(高周波電力増幅回路)が組み
込まれている。この高周波電力増幅モジュールの出力
(送信パワー)はバイアス制御回路(APC:Automati
c Power Control 回路)によって自動制御される構成に
なっている。
2. Description of the Related Art A high-frequency power amplifier module (high-frequency power amplifier circuit) is incorporated in an output stage of a mobile communication device (wireless communication device) such as a mobile phone or a mobile phone. The output (transmission power) of this high-frequency power amplification module is supplied to a bias control circuit (APC: Automati
c Automatically controlled by the Power Control circuit.

【0003】一般に、携帯電話機では使用環境に合わせ
て基地局から送信されるパワーレベル指示信号によって
周囲環境に適用するように出力を変えて通話を行い、他
の携帯電話機との間で混信を生じさせないシステムが構
築されている。携帯電話機では、前記パワーレベル指示
信号を受けてバイアス制御回路から所定の信号(コント
ロール信号)を高周波電力増幅モジュールの増幅器に出
力し、これによって無線通信装置の出力調整が行われ
る。
In general, a mobile phone performs a call by changing the output so as to be applied to the surrounding environment by a power level instruction signal transmitted from a base station in accordance with the usage environment, and causes interference with other mobile phones. A system has been built to prevent this. The mobile phone receives the power level instruction signal and outputs a predetermined signal (control signal) from the bias control circuit to the amplifier of the high-frequency power amplifier module, thereby adjusting the output of the wireless communication device.

【0004】高周波電力増幅モジュールは半導体増幅素
子(トランジスタ)を、一個用いる単段構成またはトラ
ンジスタを複数順次従属に接続した多段構成となってい
る。トランジスタとしては、バイポーラトランジスタ,
MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field-Effec
t-Transistor),GaAs−MES(Metal-Semiconducto
r)FET,HEMT(High Electron Mobility Transis
tor),HBT(Heterojunction Bipolar transistor)等
が用いられている。
The high-frequency power amplifier module has a single-stage configuration in which one semiconductor amplifying element (transistor) is used or a multi-stage configuration in which a plurality of transistors are sequentially connected in cascade. As transistors, bipolar transistors,
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effec
t-Transistor), GaAs-MES (Metal-Semiconducto)
r) FET, HEMT (High Electron Mobility Transis
tor), HBT (Heterojunction Bipolar transistor) and the like are used.

【0005】米国特許第5,629,648号公報には、ヘテロ
接合バイポーラトランジスタ高出力増幅回路について開
示されている。この文献には、並列に接続された複数の
トランジスタにおいて、各トランジスタ毎にベースに直
流バイアスを供給する抵抗と交流信号を供給する容量を
設け、直流を供給する抵抗の電圧降下によって熱暴走を
抑制することを特徴とする高出力バイポーラトランジス
タ回路が記載されている。
[0005] US Patent No. 5,629,648 discloses a heterojunction bipolar transistor high power amplifier circuit. According to this document, in a plurality of transistors connected in parallel, a resistor for supplying a DC bias and a capacitor for supplying an AC signal are provided for each transistor in each base, and thermal runaway is suppressed by a voltage drop of the resistor for supplying DC. A high-power bipolar transistor circuit is described.

【0006】一方、特開平7-7014号公報(米国特許第5,
321,279号公報)には、装置が信頼性をもって動作させ
るため、エミッタ・フィンガー(エミッタ端子),ベー
ス・フィンガー(ベース端子),コレクタ・フィンガー
(コレクタ端子)を有するマルチフィンガー構造のSi
バイポーラ・トランジスタにおいて、ベース・フィンガ
ーにバラスト・インピーダンスを接続して熱的暴走(電
流ホッピング:ホットスポット)を抑止する電力用HB
Tが開示されている。すなわち、各ベース・フィンガー
にバラスト・インピーダンス(抵抗器)を設けることに
よって、電流集中起因のホットスポットの抑制を図って
いる。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-7014 (US Pat.
No. 321,279) discloses a multi-finger Si having an emitter finger (emitter terminal), a base finger (base terminal), and a collector finger (collector terminal) in order to operate the device reliably.
In a bipolar transistor, a power HB for connecting a ballast impedance to a base finger to suppress thermal runaway (current hopping: hot spot)
T is disclosed. That is, by providing a ballast impedance (resistor) for each base finger, a hot spot caused by current concentration is suppressed.

【0007】また、この文献には、トランジスタの最小
利得損失を確実にするために、前記バラスト・インピー
ダンス(抵抗器)に並列に容量(バイパス・コンデン
サ)が接続されている。また、前記電力用HBTは、大
電力用増幅器とすることができ、セルラ方式電話に用い
ることができる旨記載されている。
In this document, a capacitor (bypass capacitor) is connected in parallel with the ballast impedance (resistor) in order to ensure the minimum gain loss of the transistor. It also states that the power HBT can be used as a high power amplifier and can be used for a cellular telephone.

【0008】他方、特開平7-94975号公報には、MOS
FETを初段,中段,終段と従属接続させた3段構成の
高周波HICモジュール(高周波電力増幅モジュール)
が開示されている。この高周波HICモジュールは、
「第1のバイアス回路は、複数段のMOSFETのうち
の所定のMOSFETのゲートを出力コントロール電圧
に基づいてバイアスする構成にし、前記所定のMOSF
ET以外の残りのMOSFETのゲートを固定電源に基
づいてバイアスする第2のバイアス回路と、前記固定電
源と前記第2のバイアス回路との経路を前記出力コント
ロール電圧に応じてスイッチングするスイッチ手段とを
設けたもの」である。これにより、出力の制御性を高
め、かつ効率の向上を図っている。また、各バイアス回
路はいずれも3個の抵抗と一つのキャパシタで構成され
ている。
On the other hand, JP-A-7-94975 discloses a MOS
High-frequency HIC module (high-frequency power amplifier module) with a three-stage configuration in which FETs are cascaded in the first, middle, and final stages
Is disclosed. This high frequency HIC module is
"The first bias circuit is configured to bias a gate of a predetermined MOSFET among a plurality of MOSFETs based on an output control voltage, and the predetermined MOSF
A second bias circuit for biasing the gates of the remaining MOSFETs other than the ET based on a fixed power supply, and switch means for switching a path between the fixed power supply and the second bias circuit in accordance with the output control voltage. Provided. " Thereby, the controllability of the output is improved and the efficiency is improved. Each bias circuit is composed of three resistors and one capacitor.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】HBTは高速化,低消
費電力化等優れた特性を有することから、携帯電話機等
の無線通信装置に組み込まれる高周波電力増幅モジュー
ルの半導体増幅素子として使用されつつある。
Since the HBT has excellent characteristics such as high speed and low power consumption, it is being used as a semiconductor amplifying element of a high frequency power amplifying module incorporated in a wireless communication device such as a portable telephone. .

【0010】本発明者はHBTを用いた携帯電話機用パ
ワーアンプモジュール(高周波電力増幅モジュール)の
開発中、HBT素子の熱暴走と発振現象の双方を抑制し
つつ効率を向上させる手段を検討した。従来知られてい
る回路を採用する無線通信装置では以下の問題が発生す
ることを確認した。
During the development of a power amplifier module (high-frequency power amplifier module) for a portable telephone using an HBT, the inventor studied means for improving efficiency while suppressing both thermal runaway and oscillation of the HBT element. It has been confirmed that the following problems occur in a wireless communication device employing a conventionally known circuit.

【0011】図18はマルチフィンガー構造のHBTを
一つ用いた単段増幅器(高周波電力増幅モジュール)を
組み込んだ無線通信装置の一部の模式的回路図であり、
前記米国特許第5,629,648号公報の回路構成(従来例
1)を採用した回路である。なお、ここで、以下の説明
の便宜上、それぞれ一つのエミッタ端子(エミッタ・フ
ィンガー),ベース端子(ベース・フィンガー),コレ
クタ端子(コレクタ・フィンガー)で構成される部分を
トランジスタ(単位セル)と呼称し、これら複数のトラ
ンジスタを並列に接続したトランジスタ群をマルチフィ
ンガー構造トランジスタ、またはマルチフィンガートラ
ンジスタと呼称する。したがって、前記HBTは一つの
マルチフィンガートランジスタとなる。
FIG. 18 is a schematic circuit diagram of a part of a wireless communication apparatus incorporating a single-stage amplifier (high-frequency power amplifier module) using one HBT having a multi-finger structure.
This circuit employs the circuit configuration of U.S. Pat. No. 5,629,648 (conventional example 1). Here, for the sake of convenience in the following description, a portion composed of one emitter terminal (emitter finger), a base terminal (base finger) and a collector terminal (collector finger) is called a transistor (unit cell). A transistor group in which the plurality of transistors are connected in parallel is referred to as a multi-finger transistor or a multi-finger transistor. Therefore, the HBT becomes one multi-finger transistor.

【0012】高周波電力増幅モジュール1は、外部端子
として、入力端子(RFin),出力端子(RFout),
コレクタ端子ともなる第一電圧端子(Vcc),エミッタ
端子ともなる第二電圧端子(グランド:GND),ベー
ス端子ともなるバイアス端子(コントロール端子:Vap
c)を有している。出力端子(RFout)には図示しない
フィルター等を介してアンテナ2が接続される。
The high-frequency power amplification module 1 has, as external terminals, an input terminal (RFin), an output terminal (RFout),
A first voltage terminal (Vcc) also serving as a collector terminal, a second voltage terminal (ground: GND) also serving as an emitter terminal, and a bias terminal (control terminal: Vap) also serving as a base terminal
c) has. The antenna 2 is connected to the output terminal (RFout) via a filter or the like (not shown).

【0013】HBTはマルチフィンガートランジスタと
なり、N個のトランジスタを並列に接続した構造となっ
ている。トランジスタQ1A〜Q1Nは、それぞれエミッタ
端子5,ベース端子6,コレクタ端子7によって構成さ
れている。
The HBT is a multi-finger transistor, and has a structure in which N transistors are connected in parallel. Each of the transistors Q1A to Q1N includes an emitter terminal 5, a base terminal 6, and a collector terminal 7.

【0014】この回路は入力端子とコントロール端子を
分離した構造になっていて、各トランジスタQ1A〜Q1N
のベース端子6と入力端子との間に接合容量C2A〜C2N
を挿入接続し、各トランジスタQ1A〜Q1Nのベース端子
6とコントロール端子との間にはバラスト抵抗R2A〜R
2Nを挿入接続した構造になっている。
This circuit has a structure in which an input terminal and a control terminal are separated, and each of the transistors Q1A to Q1N
Between the base terminal 6 and the input terminal of the capacitor C2A to C2N
And ballast resistors R2A to R2A are connected between the base terminal 6 and the control terminal of each transistor Q1A to Q1N.
2N is inserted and connected.

【0015】また、第一電圧端子(Vcc)と各コレクタ
端子7は単一のインダクタLc に接続され、各エミッタ
端子5はグランド(GND)に接続されている。高周波
電力増幅モジュール1にはアンテナ2とのインピーダン
ス整合をとるために整合回路9が出力側に設けられてい
る。
The first voltage terminal (Vcc) and each collector terminal 7 are connected to a single inductor Lc, and each emitter terminal 5 is connected to ground (GND). A matching circuit 9 is provided on the output side of the high-frequency power amplifier module 1 for impedance matching with the antenna 2.

【0016】この無線通信装置では、交流信号が容量の
みを介して供給される構成になっていることから、無線
通信装置の効率を60%程度(高周波電力増幅モジュー
ルの効率では70%程度に相当)と高める場合、信号経
路に損失分がないため、素子の安定性が悪くなるととも
に、発振現象が起きやすくなり、安定した通信ができな
くなるおそれがある。すなわち、高周波において外部回
路を見込むインピーダンスは小さく、安定化係数Kは著
しく小さくなり、トランジスタは不安定になる。
In this wireless communication device, since the AC signal is supplied only through the capacity, the efficiency of the wireless communication device is about 60% (equivalent to about 70% in the efficiency of the high frequency power amplifier module). ), There is no loss in the signal path, so that the stability of the element is degraded, and the oscillation phenomenon is likely to occur, so that stable communication may not be performed. That is, the impedance that allows the external circuit to be seen at high frequencies is small, the stabilization coefficient K is extremely small, and the transistor becomes unstable.

【0017】図6は安定化係数Kとコレクタ電流との相
関を示すグラフである。同グラフにおいて従来例1が安
定化係数値を示す曲線であり、安定化係数Kはコレクタ
電流が0.01Aで約0.15程度であり、コレクタ電
流値が増大することによりさらに安定化係数Kは小さく
なる。
FIG. 6 is a graph showing the correlation between the stabilization coefficient K and the collector current. In the same graph, Conventional Example 1 is a curve showing the stabilization coefficient value. The stabilization coefficient K is about 0.15 when the collector current is 0.01 A, and further increases as the collector current value increases. Becomes smaller.

【0018】図7は入力パワー(dBm)と電力付加効
率(%)の関係を示したグラフである。同グラフでは従
来例1が付加効率を示す曲線であり、その最大値は、入
力パワーの大なる点、即ち約25dBmで最大値68.
5%程度に達する。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between input power (dBm) and power added efficiency (%). In this graph, Conventional Example 1 is a curve showing the additional efficiency, and the maximum value is a point where the input power is large, that is, the maximum value is 68.25 at about 25 dBm.
It reaches about 5%.

【0019】図19および図20はマルチフィンガー構
造のHBTを一つ用いた単段増幅器(高周波電力増幅モ
ジュール)を組み込んだ無線通信装置の一部の模式的回
路図であり、前記特開平7-7014号公報に記載された回路
構成をそれぞれ採用した回路である。図19の回路構成
では、単純に各トランジスタQ1A〜Q1Nのベース端子6
とコントロール端子(Vapc)との間にバラスト抵抗R1
A〜R1Nを挿入した構造であるが、バラスト抵抗として
熱暴走防止に充分な値を用いると高周波信号が減衰し、
増幅特性が著しく損なわれるおそれがある。
FIGS. 19 and 20 are schematic circuit diagrams of a part of a wireless communication apparatus incorporating a single-stage amplifier (high-frequency power amplifier module) using one HBT having a multi-finger structure. This is a circuit adopting the circuit configuration described in Japanese Patent No. 7014, respectively. In the circuit configuration of FIG. 19, the base terminals 6 of the transistors Q1A to Q1N are simply
And a control terminal (Vapc) between the ballast resistor R1
A to R1N is inserted, but if a value sufficient to prevent thermal runaway is used as a ballast resistor, high frequency signals will be attenuated,
Amplification characteristics may be significantly impaired.

【0020】図20の回路は、高周波信号の減衰を防ぐ
ために、抵抗R1A〜R1Nと並列にバイパス容量C1A〜C
1Nを挿入した回路(従来例2)であるが、性能の劣化を
小さくするためにはバイパス容量の値を大きくする(た
とえば、50pF程度)必要があり、HBTを組み込む
半導体チップの面積が大きくなる嫌いがあるとともに、
一枚の半導体基板(ウエハ)からの半導体チップ取得数
の低下により半導体チップ(半導体素子、即ち、半導体
装置)の製造コストが増大する。また、高周波において
外部回路を見込むインピーダンスが小さくなるため、安
定化係数Kが減少し、回路が発振し易くなることが判明
した。安定化係数Kは図6のグラフに示すように、従来
例1の場合よりは良好であるが、発振が起き難い安定化
係数1に程遠く、コレクタ電流が0.01〜1Aの間で
は安定化係数Kは0.5程度から0.75程度である。
上記抵抗R1A〜R1Nに並列接続される容量C1A〜C1N
は、高周波利得を大きくするためのものであるが、その
利得増大効果を狙って容量値を大きくすると発振しやす
くなる。また、逆に、容量値を小さくすると高周波利得
の効果が低下し、最適設計が困難になる。
The circuit of FIG. 20 includes bypass capacitors C1A to C1C in parallel with resistors R1A to R1N to prevent attenuation of a high-frequency signal.
Although this is a circuit in which 1N is inserted (conventional example 2), the value of the bypass capacitance needs to be increased (for example, about 50 pF) in order to reduce the performance degradation, and the area of the semiconductor chip in which the HBT is incorporated increases. I hate it,
Due to a decrease in the number of semiconductor chips obtained from one semiconductor substrate (wafer), the manufacturing cost of semiconductor chips (semiconductor elements, that is, semiconductor devices) increases. In addition, it has been found that the impedance for anticipating the external circuit at a high frequency is reduced, so that the stabilization coefficient K is reduced, and the circuit easily oscillates. As shown in the graph of FIG. 6, the stabilization coefficient K is better than that of the conventional example 1, but is far from the stabilization coefficient 1 at which oscillation hardly occurs, and is stabilized when the collector current is between 0.01 and 1 A. The coefficient K is about 0.5 to about 0.75.
Capacitors C1A to C1N connected in parallel with the resistors R1A to R1N
Is for increasing the high-frequency gain. However, if the capacitance value is increased for the purpose of increasing the gain, oscillation becomes easy. Conversely, when the capacitance value is reduced, the effect of the high-frequency gain is reduced, and it becomes difficult to optimize the design.

【0021】本発明の目的は、無線通信装置の高効率域
においても発振現象が起き難い無線通信装置及びその無
線通信装置に組み込まれる半導体装置(半導体素子)を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a radio communication device in which an oscillation phenomenon hardly occurs even in a high efficiency region of the radio communication device, and a semiconductor device (semiconductor element) incorporated in the radio communication device.

【0022】本発明の他の目的は、熱暴走が抑止でき効
率が高くかつ発振現象が起き難い無線通信装置及びその
無線通信装置に組み込まれる半導体装置(半導体素子)
を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a radio communication device which suppresses thermal runaway, has high efficiency and hardly causes an oscillation phenomenon, and a semiconductor device (semiconductor element) incorporated in the radio communication device.
Is to provide.

【0023】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0024】[0024]

【発明が解決しようとする課題】本願において開示され
る発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
SUMMARY OF THE INVENTION A brief description of typical inventions disclosed in the present application is as follows.
It is as follows.

【0025】(1)マルチフィンガー構造のヘテロ接合
バイポーラトランジスタ(HBT)を一個用いる単段増
幅器またはHBTを複数順次従属接続した多段増幅器を
内蔵した高周波電力増幅モジュールを、送信側出力段に
有し、前記高周波電力増幅モジュールに接続されるアン
テナを有する無線通信装置において、前記高周波電力増
幅モジュールの入力端子とHBTの各制御端子との間に
直列に挿入配置される第1容量および第1抵抗と、高周
波電力増幅モジュールのコントロール端子とHBTの各
制御端子との間にそれぞれ挿入配置され、前記第1抵抗
と前記第1容量間のノードに接続される第2抵抗とを有
する。無線通信装置に組み込まれる半導体装置(半導体
素子)は、入力端子と、出力端子と、バイアス端子と、
第1端子および第2端子ならびに前記第1端子と第2端
子間を流れる電流を制御するための制御端子とからなる
トランジスタを複数並列に接続して構成される高出力増
幅器と、前記入力端子と前記各トランジスタの制御端子
との間にそれぞれ配置され、前記入力端子に接続される
第1容量C2A〜C2Nおよびこの第1容量C2A〜C2Nに直
列に接続され前記制御端子に接続される第1抵抗R1A〜
R1Nと、前記バイアス端子と前記各トランジスタの制御
端子との間にそれぞれ配置され、前記第1抵抗R1A〜R
1Nと前記第1容量C2A〜C2N間のノードに接続される第
2抵抗R2A〜R2Nとを有し、前記出力端子は前記トラン
ジスタの各第1端子に接続される構成になっている。
(1) A high-frequency power amplifier module including a single-stage amplifier using one hetero-junction bipolar transistor (HBT) having a multi-finger structure or a multi-stage amplifier in which a plurality of HBTs are sequentially connected in cascade, is provided on a transmission-side output stage; A wireless communication device having an antenna connected to the high-frequency power amplifier module, a first capacitor and a first resistor inserted in series between an input terminal of the high-frequency power amplifier module and each control terminal of the HBT; The high-frequency power amplification module has a second resistor inserted between a control terminal of the high-frequency power amplifier module and each control terminal of the HBT, and connected to a node between the first resistor and the first capacitor. A semiconductor device (semiconductor element) incorporated in a wireless communication device includes an input terminal, an output terminal, a bias terminal,
A high-output amplifier configured by connecting a plurality of transistors each including a first terminal and a second terminal and a control terminal for controlling a current flowing between the first terminal and the second terminal in parallel; First capacitors C2A to C2N connected to the input terminals and first resistors C2A to C2N connected in series to the first capacitors C2A to C2N and connected to the control terminals of the transistors; R1A ~
R1N, and the first resistors R1A to R1R are respectively disposed between the bias terminal and the control terminals of the transistors.
1N and second resistors R2A to R2N connected to nodes between the first capacitors C2A to C2N, and the output terminal is connected to each first terminal of the transistor.

【0026】(2)前記手段(1)の構成において、前
記第1抵抗に並列に接続される第2容量を有する。この
ような無線通信装置に組み込まれる半導体装置は、前記
(1)の構成において、前記第1抵抗R1A〜R1Nに並列
に接続される第2容量C1A〜C1Nを有する構成になって
いる。
(2) In the configuration of the means (1), a second capacitor is connected in parallel with the first resistor. The semiconductor device incorporated in such a wireless communication device has a configuration in the configuration of (1) above, including second capacitors C1A to C1N connected in parallel to the first resistors R1A to R1N.

【0027】(3)前記手段(1)または(2)におい
て、ベース端子および/またはエミッタ端子にインダク
タを挿入接続する。
(3) In the means (1) or (2), an inductor is inserted and connected to the base terminal and / or the emitter terminal.

【0028】(4)マルチフィンガー構造のヘテロ接合
バイポーラトランジスタ(HBT)を一個用いる単段増
幅器またはHBTを複数順次従属接続した多段増幅器を
内蔵した高周波電力増幅モジュールを、送信側出力段に
有し、前記高周波電力増幅モジュールに接続されるアン
テナを有する無線通信装置において、前記増幅器の1段
を構成するHBTの複数の端子(フィンガー)間の熱抵
抗の差が、そのフィンガーの平均的な熱抵抗と比較して
十分小さくなるように熱設計されており、前記高周波電
力増幅モジュールの入力端子とHBTの各制御端子との
間に直列に挿入配置される第1抵抗と、前記高周波電力
増幅モジュールの入力端子と複数の前記第1抵抗を接続
したノードとの間に接続される第1容量と、高周波電力
増幅モジュールのコントロール端子と前記第1抵抗と前
記第1容量間のノードにそれぞれ接続される第2抵抗と
を有する。
(4) A high-frequency power amplifying module having a built-in single-stage amplifier using one hetero-junction bipolar transistor (HBT) having a multi-finger structure or a multi-stage amplifier in which a plurality of HBTs are sequentially connected in cascade, is provided on a transmission-side output stage; In a wireless communication apparatus having an antenna connected to the high-frequency power amplifier module, a difference in thermal resistance between a plurality of terminals (fingers) of an HBT constituting one stage of the amplifier is determined by an average thermal resistance of the fingers. A first resistor inserted in series between an input terminal of the high-frequency power amplifier module and each control terminal of the HBT; and a first resistor connected in series between the input terminal of the high-frequency power amplifier module and each control terminal of the HBT. A first capacitor connected between a terminal and a node to which the plurality of first resistors are connected; A second resistor and which are respectively connected to the first resistor and the Control terminal to a node between the first capacitor.

【0029】前記(1)の手段によれば、(a)第2抵
抗はHBTチップの温度上昇によるベース電流増加に伴
ってベース電圧降下を引き起こすことから、各トランジ
スタの電流増加が抑制され熱暴走が抑制される。したが
って、半導体装置(半導体素子)においても同様の効果
を奏することになる。
According to the means (1), (a) the second resistor causes a base voltage drop with an increase in the base current due to the temperature rise of the HBT chip. Therefore, the increase in the current of each transistor is suppressed and the thermal runaway occurs. Is suppressed. Therefore, the same effect is exerted also in a semiconductor device (semiconductor element).

【0030】(b)また、第1抵抗は高周波的な損失と
なって利得の過度な増大を防ぐことで各トランジスタを
安定化し、発振を防止する。したがって、半導体装置に
おいても同様の効果を奏することになる。
(B) The first resistor stabilizes each transistor by preventing an excessive increase in gain due to high-frequency loss, thereby preventing oscillation. Therefore, the same effect is exerted also in the semiconductor device.

【0031】(c)第1抵抗,第2抵抗および第1容量
の挿入接続により、高効率な無線通信装置を提供するこ
とができる。たとえば、高周波電力増幅モジュールにお
いて、HBTを用い、トランジスタの数を100個程度
とし、エミッタ寸法を2μm×20μm程度とすると出
力4W程度を得ることができる。このとき、電流増幅率
を80程度とすると第1容量は0.15pF程度、第1
抵抗は100オーム程度、第2抵抗は1キロオーム程度
で効率70%程度を達成できる(図7および図8参
照)。この高効率動作時において、第1抵抗に流れる直
流電流は約0.2乃至0.5mAであり、第1抵抗にお
ける電圧降下は20乃至50mVと充分小さく損失は小
さい。図9より、第1抵抗の値を2.5倍、すなわち2
50Ω(100本並列のときに2.5Ω)程度までは効
率の変化は少なく、このときの第1抵抗での電圧降下は
50乃至25mVと充分小さい。これは、無線通信装置
の効率では60%程度となり、高効率の無線通信装置を
達成できることになる。
(C) By inserting and connecting the first resistor, the second resistor, and the first capacitor, a highly efficient wireless communication device can be provided. For example, in a high-frequency power amplifier module, if an HBT is used, the number of transistors is about 100, and the emitter size is about 2 μm × 20 μm, an output of about 4 W can be obtained. At this time, if the current gain is about 80, the first capacitance is about 0.15 pF,
The resistance is about 100 ohms, and the second resistance is about 1 kohm, and the efficiency can be about 70% (see FIGS. 7 and 8). During this high-efficiency operation, the DC current flowing through the first resistor is about 0.2 to 0.5 mA, and the voltage drop at the first resistor is sufficiently small, 20 to 50 mV, and the loss is small. According to FIG. 9, the value of the first resistor is 2.5 times, that is, 2 times.
The change in efficiency is small up to about 50Ω (2.5Ω when 100 pieces are paralleled), and the voltage drop at the first resistor at this time is sufficiently small, 50 to 25 mV. This means that the efficiency of the wireless communication device is about 60%, and a highly efficient wireless communication device can be achieved.

【0032】(d)温度変動,電源変動による増幅器の
暴走や発振が起き難くなり、無線信号の送信が妨げられ
ることもなく安定した通信が行えるようになる。
(D) Runaway and oscillation of the amplifier due to temperature fluctuations and power supply fluctuations are less likely to occur, and stable communication can be performed without interrupting transmission of radio signals.

【0033】(e)第1抵抗に容量を並列接続すること
によって高周波利得を大きくすることができるが、容量
値を大きくすると発振が起きる。本発明では、第1抵抗
に容量を接続しない構造であることから、ベースバラス
ト抵抗の発振を抑止することができる。したがって、半
導体装置においても同様の効果を奏することになる。
(E) The high-frequency gain can be increased by connecting a capacitor to the first resistor in parallel, but oscillation occurs when the capacitance value is increased. According to the present invention, since the capacitor is not connected to the first resistor, oscillation of the base ballast resistor can be suppressed. Therefore, the same effect is exerted also in the semiconductor device.

【0034】前記(2)の手段によれば、(a)第1抵
抗と第2抵抗を直列に接続してベース端子に接続し、前
記第1抵抗に並列に第2容量を接続する構成にすること
により、第1抵抗の抵抗値を低くできる。この結果、こ
の第1抵抗に並列に接続されるバイパス容量(第2容
量)も低くできる。従来、たとえば容量が50pF程度
であったものが、その1/10程度の5pF程度にする
ことができ、容量によるチップ面積の低減を図ることが
できる。したがって、半導体増幅素子(半導体素子:半
導体チップ)のコスト低減が達成できる。
According to the means (2), (a) the first resistor and the second resistor are connected in series, connected to the base terminal, and the second capacitor is connected in parallel to the first resistor. By doing so, the resistance value of the first resistor can be reduced. As a result, the bypass capacitance (second capacitance) connected in parallel with the first resistor can be reduced. Conventionally, for example, the capacitance was about 50 pF, but it can be reduced to about 1/10 of that, about 5 pF, and the chip area can be reduced by the capacitance. Therefore, cost reduction of the semiconductor amplifying element (semiconductor element: semiconductor chip) can be achieved.

【0035】(b)第1抵抗,第2抵抗,第1容量,第
2容量を組み合わせた回路構成によるため、半導体チッ
プにおける回路設計の自由度が大きくなる。一方、第1
抵抗、第2抵抗、第1容量、第2容量を配置する必要が
あるためチップ上の素子配置は制限される。
(B) Since the circuit configuration is a combination of the first resistor, the second resistor, the first capacitor, and the second capacitor, the degree of freedom in circuit design in the semiconductor chip is increased. Meanwhile, the first
Since it is necessary to arrange a resistor, a second resistor, a first capacitor, and a second capacitor, the arrangement of elements on a chip is limited.

【0036】また、第1抵抗による高周波信号の減衰を
第2容量を介してバイパスすることで低減し、増幅器の
効率を上昇させる。たとえば、図7において従来例1と
同程度の効率を得ることができる。
Further, the attenuation of the high-frequency signal by the first resistor is reduced by bypassing through the second capacitor, and the efficiency of the amplifier is increased. For example, in FIG. 7, the same efficiency as that of the first conventional example can be obtained.

【0037】前記(2)の手段による場合でも、増幅器
の利得に飽和が生じる条件、すなわち図7に示すように
入力パワーの大なる点、この場合たとえば25dBmで
第2容量を設けない場合と比較して効率には殆ど差がな
い。これは、第1抵抗における高周波信号の損失を第2
容量がバイパスするために生じる利得の上昇とそれに伴
う効率の向上が、増幅器の利得飽和の効果により打ち消
されるためである。
Even in the case of the means (2), the condition that the gain of the amplifier is saturated, that is, the point where the input power is large as shown in FIG. And there is almost no difference in efficiency. This reduces the loss of the high frequency signal at the first resistor to the second
This is because an increase in gain caused by bypassing the capacitor and an increase in efficiency accompanying the increase are canceled out by the effect of gain saturation of the amplifier.

【0038】したがって、使用時に増幅器の利得に飽和
が生じる場合には、素子配置の複雑化によるチップ設計
の困難さと素子数の増大に伴うチップ面積の増大を考慮
して、(2)の手段によらない、すなわち図1に示す構
成が望ましく、増幅器の利得に飽和が生じない場合に
(2)の手段により高い効率を得ることができる。
Therefore, in the case where the gain of the amplifier is saturated during use, taking into account the difficulty of chip design due to the complicated arrangement of elements and the increase in chip area due to the increase in the number of elements, the means of (2) is adopted. In other words, the configuration shown in FIG. 1 is preferable, and when the gain of the amplifier is not saturated, high efficiency can be obtained by the means (2).

【0039】前記(3)の手段によれば、インダクタの
挿入接続により、負帰還をかけることができ回路が安定
化する。
According to the above-mentioned means (3), negative feedback can be applied by the insertion connection of the inductor, and the circuit is stabilized.

【0040】前記(4)の手段によれば、(a)第2抵
抗はマルチフィンガーHBT全体の温度上昇によるベー
ス電流増加に伴ってベース電圧降下を引き起こすことか
ら、マルチフィンガーHBT全体の電流増加が抑制され
熱暴走が抑制される。
According to the means (4), (a) the second resistor causes a base voltage drop with an increase in the base current due to the temperature rise of the entire multi-finger HBT. Suppressed and thermal runaway is suppressed.

【0041】(b)また、第1抵抗は高周波的な損失と
なって利得の過度な増大を防ぐことで各トランジスタを
安定化し、発振を防止する。
(B) The first resistor stabilizes each transistor by preventing an excessive increase in gain due to high-frequency loss, thereby preventing oscillation.

【0042】(c)また、第1抵抗は各HBTフィンガ
ー(単位トランジスタ)の温度上昇差によるベース電流
増加の差に伴って、フィンガーごとに異なるベース電圧
降下を引き起こすことから、コレクタ電流の差を減少さ
せ、1フィンガーに電流が集中することを抑制し、各フ
ィンガーを均一に動作させる。
(C) In addition, the first resistor causes a different base voltage drop for each finger with a difference in base current increase due to a temperature rise difference between each HBT finger (unit transistor). This reduces the concentration of current on one finger and allows each finger to operate uniformly.

【0043】(d)第1抵抗,第2抵抗および第1容量
の挿入接続により、高効率、且つ小形な無線通信装置を
提供することができる。たとえば、高周波電力増幅モジ
ュールにおいて、HBTを用い、トランジスタの数を1
00個程度とし、エミッタ寸法を2μm×20μm程度
とすると出力4W程度を得ることができる。このとき、
電流増幅率を80程度とすると第1容量は0.15pF
程度、第1抵抗は100オーム程度、第2抵抗は1キロ
オーム程度で効率70%程度を達成できる(図7および
図8参照)。この高効率動作時において、第1抵抗に流
れる直流電流は約0.2乃至0.5mAであり、第1抵
抗における電圧降下は20乃至50mVと充分小さく損
失は小さい。図9より、第1抵抗の値を2.5倍、すな
わち250Ω(100本並列のときに2.5Ω)程度ま
では効率の変化は少なく、このときの第1抵抗での電圧
降下は50乃至25mVと充分小さい。これは、無線通
信装置の効率では60%程度となり、高効率の無線通信
装置を達成できることになる。
(D) By inserting and connecting the first resistor, the second resistor, and the first capacitor, it is possible to provide a highly efficient and small wireless communication device. For example, in a high-frequency power amplifier module, an HBT is used and the number of transistors is reduced to one.
When the number is about 00 and the emitter size is about 2 μm × 20 μm, an output of about 4 W can be obtained. At this time,
When the current amplification factor is about 80, the first capacitance is 0.15 pF.
The first resistance is about 100 ohms, and the second resistance is about 1 kohm, which can achieve an efficiency of about 70% (see FIGS. 7 and 8). During this high-efficiency operation, the DC current flowing through the first resistor is about 0.2 to 0.5 mA, and the voltage drop at the first resistor is sufficiently small, 20 to 50 mV, and the loss is small. As shown in FIG. 9, the change in efficiency is small until the value of the first resistor is 2.5 times, that is, about 250 Ω (2.5 Ω when 100 pieces are connected in parallel). 25 mV, which is sufficiently small. This means that the efficiency of the wireless communication device is about 60%, and a highly efficient wireless communication device can be achieved.

【0044】(e)素子の配置において各HBTごとに
配置する必要があるのは第1抵抗だけであり、第2抵
抗、第1容量は互いに熱抵抗の差が小さくなるように配
置された複数のHBTからなるブロック毎に設ければよ
いことから、素子配置の自由度が増大する。また、抵抗
・容量素子の総数が減ることにより素子間の分離領域の
面積が低減される。このことより面積を縮小した低コス
トなチップ(半導体装置)を設計することが容易にな
る。
(E) In the element arrangement, only the first resistor needs to be arranged for each HBT, and the second resistor and the first capacitor are arranged in such a manner that the difference in thermal resistance between them is reduced. HBTs may be provided for each block of HBTs, thereby increasing the degree of freedom in element arrangement. Also, the area of the isolation region between the elements is reduced by reducing the total number of the resistance / capacitance elements. This facilitates designing a low-cost chip (semiconductor device) with a reduced area.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を
説明するための全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments of the present invention, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.

【0046】(実施形態1)図1乃至図9は本発明の一
実施形態(実施形態1)である無線通信装置及び半導体
装置(半導体素子)に係わる図である。本実施形態1で
はヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)を半導
体増幅素子として用いる半導体素子(半導体チップ)例
について説明する。
(Embodiment 1) FIGS. 1 to 9 relate to a wireless communication apparatus and a semiconductor device (semiconductor element) according to an embodiment (Embodiment 1) of the present invention. In the first embodiment, an example of a semiconductor element (semiconductor chip) using a heterojunction bipolar transistor (HBT) as a semiconductor amplifying element will be described.

【0047】図1はHBTを一つ組み込んだ単段増幅器
(高周波電力増幅モジュール1)を送信側出力段に有
し、前記高周波電力増幅モジュール1に図示しないフィ
ルター等を介してアンテナ2を接続した無線通信装置の
一部の模式的回路図である。また、図2は携帯電話機等
の無線通信装置の配線基板10にパッケージされた高周
波電力増幅モジュール1が実装された状態を示す模式図
である。高周波電力増幅モジュール1の下面にはそれぞ
れ外部端子(電極)が設けられ、これらの電極は配線基
板10に設けられた所定の配線11に接合材を介して機
械的電気的に接続されている。そして、高周波電力増幅
モジュール1の出力端子に電気的に繋がる配線11には
導線12を介してアンテナ2が接続されている。
FIG. 1 shows a single-stage amplifier (high-frequency power amplification module 1) incorporating one HBT at the output side on the transmission side, and an antenna 2 connected to the high-frequency power amplification module 1 via a filter (not shown). FIG. 3 is a schematic circuit diagram of a part of the wireless communication device. FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which the high-frequency power amplification module 1 packaged on a wiring board 10 of a wireless communication device such as a mobile phone is mounted. External terminals (electrodes) are provided on the lower surface of the high-frequency power amplifier module 1, respectively, and these electrodes are mechanically and electrically connected to predetermined wirings 11 provided on the wiring board 10 via bonding materials. The antenna 2 is connected to the wiring 11 that is electrically connected to the output terminal of the high-frequency power amplification module 1 via the conducting wire 12.

【0048】高周波電力増幅モジュール1は、外部端子
として、入力端子(RFin),出力端子(RFout ),
第一電圧端子(Vcc:コレクタ端子),第二電圧端子
(GND:エミッタ端子),バイアス端子としてのコン
トロール端子(Vapc:ベース端子)を有している。出
力端子には図示しないがフィルター等を介してアンテナ
2が接続される。
The high-frequency power amplification module 1 has, as external terminals, an input terminal (RFin), an output terminal (RFout),
It has a first voltage terminal (Vcc: collector terminal), a second voltage terminal (GND: emitter terminal), and a control terminal (Vapc: base terminal) as a bias terminal. The antenna 2 is connected to the output terminal via a filter or the like (not shown).

【0049】高周波電力増幅モジュール1の増幅器は、
半導体チップ(半導体素子)に組み込まれたヘテロ接合
バイポーラトランジスタ(HBT)で構成されている。
このHBTはマルチフィンガートランジスタとなり、N
個のトランジスタを並列に接続した構造となり、高出力
増幅器を構成している。トランジスタQ1A〜Q1Nは、そ
れぞれエミッタ端子5,ベース端子6,コレクタ端子7
によって構成されている。各端子(フィンガー)は一本
に束ねられ、それぞれベース端子,エミッタ端子,コレ
クタ端子となる。コレクタ端子は整合回路9を介して出
力端子(RFout)に接続される。また、コレクタ電極
はインダクタLcを介して第一電圧端子(Vcc:コレク
タ端子)に接続されている。インダクタLbによって高
周波(RF)信号の漏れが抑止され、電源電位が安定す
る。
The amplifier of the high-frequency power amplification module 1
It is composed of a heterojunction bipolar transistor (HBT) incorporated in a semiconductor chip (semiconductor element).
This HBT becomes a multi-finger transistor, and N
It has a structure in which a number of transistors are connected in parallel, and constitutes a high-output amplifier. The transistors Q1A to Q1N have an emitter terminal 5, a base terminal 6, and a collector terminal 7, respectively.
It is constituted by. Each terminal (finger) is bundled into one, and becomes a base terminal, an emitter terminal, and a collector terminal, respectively. The collector terminal is connected to an output terminal (RFout) via a matching circuit 9. The collector electrode is connected to a first voltage terminal (Vcc: collector terminal) via an inductor Lc. Leakage of a high frequency (RF) signal is suppressed by the inductor Lb, and the power supply potential is stabilized.

【0050】本実施形態1の回路は入力端子とバイアス
端子(コントロール端子)を分離した構造になってい
て、各トランジスタQ1A〜Q1Nのベース端子6と入力端
子との間に接合容量として第1容量C2A〜C2Nと、バラ
スト抵抗として第1抵抗R1A〜R1Nが直列に挿入接続さ
れる構造になっている。また、前記第1抵抗R1A〜R1N
と第1容量C2A〜C2Nとの間のノードとバイアス端子
(コントロール端子)との間には電圧降下を起こさせる
第2抵抗R2A〜R2Nが挿入接続されている。
The circuit according to the first embodiment has a structure in which an input terminal and a bias terminal (control terminal) are separated, and a first capacitance as a junction capacitance is provided between the base terminal 6 of each of the transistors Q1A to Q1N and the input terminal. C2A to C2N and first resistors R1A to R1N as ballast resistors are inserted and connected in series. Further, the first resistors R1A to R1N
Second resistors R2A to R2N that cause a voltage drop are inserted and connected between a node between the first capacitors C2A to C2N and the bias terminal (control terminal).

【0051】第2抵抗R2A〜R2Nは第1抵抗R1A〜R1N
よりも抵抗値が大きくなっている。これは、半導体チッ
プの温度が上昇してHBTに流れる電流が増大した場
合、電圧降下を起こさせることによってHBTの熱暴走
を抑制するためである。この熱暴走を抑止させるため、
たとえば、第2抵抗R2A〜R2Nは第1抵抗R1A〜R1Nよ
りも抵抗値が10倍程度大きくなる。第2抵抗R2A〜R
2Nを挿入接続することによって第1抵抗R1A〜R1Nは小
さくすることができる。
The second resistors R2A to R2N are connected to the first resistors R1A to R1N.
The resistance value is larger than that. This is because, when the temperature of the semiconductor chip rises and the current flowing through the HBT increases, a voltage drop occurs to suppress thermal runaway of the HBT. In order to suppress this thermal runaway,
For example, the resistance values of the second resistors R2A to R2N are about ten times larger than the resistance values of the first resistors R1A to R1N. Second resistors R2A-R
By inserting and connecting 2N, the first resistors R1A to R1N can be reduced.

【0052】マルチフィンガー構造のHBTは、たとえ
ば、InGaPをエミッタとし、GaAsをベースおよ
びコレクタとするHBTとなっている。
The multi-finger HBT is, for example, an HBT having InGaP as an emitter and GaAs as a base and a collector.

【0053】図3はHBTを含む増幅器を構成する半導
体素子(半導体チップ)の一部を示す模式的平面図であ
り、図1の回路に相当する。また、図4は図3のA−
A′線に沿う断面図であり、図5は図3のB−B′線に
沿う断面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view showing a part of a semiconductor element (semiconductor chip) constituting an amplifier including an HBT, and corresponds to the circuit of FIG. FIG. 4 shows A-
FIG. 5 is a cross-sectional view along the line A ′, and FIG. 5 is a cross-sectional view along the line BB ′ in FIG.

【0054】図3に示すように、図の中央には横に並ん
で複数の第1容量C2A〜C2N(単に容量C2とも称す)
が配置されている。第1容量C2A〜C2Nの一方の電極
(容量体下層配線金属16)は入力端子(RFin)に接
続されている。他方の容量電極(配線金属15)はトラ
ンジスタの第1抵抗R1A〜R1N(単に抵抗体R1とも称
す)の一端に接続されている。容量体下層配線金属16
と配線金属15との交差領域に容量絶縁膜14が介在配
置されて容量C2(図5参照)が形成されている。抵抗
体R1の他端は他の独立した配線金属15に接続される
とともに、この配線金属15はトランジスタQ1A〜Q1N
のベース端子6(図5では41で示す部分)に接続され
ている。
As shown in FIG. 3, a plurality of first capacitors C2A to C2N (also simply referred to as a capacitor C2) are arranged side by side in the center of the drawing.
Is arranged. One electrode of the first capacitors C2A to C2N (capacitor lower layer wiring metal 16) is connected to the input terminal (RFin). The other capacitor electrode (wiring metal 15) is connected to one end of first resistors R1A to R1N (also simply referred to as resistor R1) of the transistor. Capacitor lower layer wiring metal 16
The capacitance C2 (see FIG. 5) is formed by interposing the capacitance insulating film 14 in the intersecting region of the wiring metal 15 and the capacitor C2. The other end of the resistor R1 is connected to another independent wiring metal 15, and this wiring metal 15 is connected to transistors Q1A to Q1N.
Are connected to the base terminal 6 (portion indicated by 41 in FIG. 5).

【0055】トランジスタQ1A〜Q1Nの各コレクタ端子
7(図5では40で示す部分)は他の独立した配線金属
15に接続されている。この配線金属15は出力端子
(RFout)に接続されている。また、エミッタ端子5
(図5では42で示す部分)は他の独立した配線金属1
5(接地線)接続されている。この接地線は、ビアホー
ルに充填された導体19と、その下に設けられる導体か
らなるエッチングストッパ21を介して半導体チップ
(半導体素子:半導体増幅素子)の裏面(下面)に設け
られる裏面電極22(GND)に電気的に接続されてい
る(図4参照)。
Each of the collector terminals 7 (portion 40 in FIG. 5) of the transistors Q1A to Q1N is connected to another independent wiring metal 15. This wiring metal 15 is connected to an output terminal (RFout). Also, the emitter terminal 5
(A part indicated by 42 in FIG. 5) is another independent wiring metal 1
5 (ground line) is connected. This ground line is connected to the back surface electrode 22 (provided on the back surface (lower surface) of the semiconductor chip (semiconductor element: semiconductor amplifying element) via the conductor 19 filled in the via hole and the etching stopper 21 made of the conductor provided thereunder. GND) (see FIG. 4).

【0056】一方、前記容量C2の他方の電極(配線金
属15)は第2抵抗R2A〜R2N(単に抵抗体R2とも称
す)の一端に接続されている。抵抗体R2の他端には他
の独立した配線金属15が接続されている。この配線金
属15はバイアス端子(コントロール端子:ベース端
子)に接続されている。このような構造によって図1の
増幅回路が構成されることになる。
On the other hand, the other electrode (wiring metal 15) of the capacitor C2 is connected to one end of second resistors R2A to R2N (also simply referred to as a resistor R2). Another independent wiring metal 15 is connected to the other end of the resistor R2. The wiring metal 15 is connected to a bias terminal (control terminal: base terminal). With such a structure, the amplifier circuit of FIG. 1 is configured.

【0057】つぎに、図4および図5を参照しながら、
HBT,容量C2,抵抗体R1および抵抗体R2との断
面構造関係について説明する。これら容量C2,抵抗体
R1および抵抗体R2を組み込んだ半導体増幅素子は、
半絶縁性GaAs基板30上にモノリシックに形成され
ている。なお、各部の寸法等については本発明において
特に必要でないものについては省略する。
Next, referring to FIGS. 4 and 5,
A cross-sectional structural relationship between the HBT, the capacitor C2, the resistor R1, and the resistor R2 will be described. A semiconductor amplifying element incorporating these capacitance C2, resistor R1 and resistor R2 is:
It is formed monolithically on a semi-insulating GaAs substrate 30. It should be noted that dimensions and the like of each part that are not particularly required in the present invention are omitted.

【0058】半絶縁性GaAs基板30上には、n+
GaAsサブコレクタ層31が設けられているととも
に、このn+型GaAsサブコレクタ層31上にn型G
aAsコレクタ層32が設けられている。また、前記n
型GaAsコレクタ層32は選択的に途中深さまでエッ
チング除去され一部に突出したメサ部を有している。前
記メサ部から外れた薄いn型GaAsコレクタ層32が
形成されている領域において、部分的にn型GaAsコ
レクタ層32がエッチング除去され、この除去部分には
コレクタ電極40が設けられている。
An n + -type GaAs sub-collector layer 31 is provided on a semi-insulating GaAs substrate 30, and an n-type GaAs sub-collector layer 31 is provided on the n + -type GaAs sub-collector layer 31.
An aAs collector layer 32 is provided. Further, the n
The type GaAs collector layer 32 has a mesa portion which is selectively removed by etching to an intermediate depth and partially protrudes. In a region where the thin n-type GaAs collector layer 32 deviated from the mesa portion is formed, the n-type GaAs collector layer 32 is partially etched away, and a collector electrode 40 is provided in the removed portion.

【0059】前記メサ部上にはp+型GaAsベース層
33,n型InGaPエミッタ層34,n+型GaAs
キャップ層35が順次重なるように設けられている。p
+型GaAsベース層33とn型InGaPエミッタ層
34は略同じ大きさで一致して重なっているが、n+
GaAsキャップ層35はメサ部分の中央に細長矩形状
に形成されている。
On the mesa portion, a p + -type GaAs base layer 33, an n-type InGaP emitter layer 34, an n + -type GaAs
The cap layers 35 are provided so as to sequentially overlap. p
The + type GaAs base layer 33 and the n type InGaP emitter layer 34 coincide and overlap with substantially the same size, but the n + type GaAs cap layer 35 is formed in an elongated rectangular shape at the center of the mesa portion.

【0060】前記n+型GaAsキャップ層35から外
れたメサ領域において、選択的にn型InGaPエミッ
タ層34およびn+型GaAsキャップ層35がエッチ
ング除去されてコンタクト穴が設けられ、このコンタク
ト穴部分にはベース電極41が設けられている。
In the mesa region deviating from the n + -type GaAs cap layer 35, the n-type InGaP emitter layer 34 and the n + -type GaAs cap layer 35 are selectively etched away to form contact holes. Is provided with a base electrode 41.

【0061】また、前記半絶縁性GaAs基板30の上
面は表面を保護する絶縁膜45で覆われるが、この絶縁
膜45の中層部分には、図5に示すように、抵抗体R
1,抵抗体R2,容量C2が形成されている。容量絶縁
膜14としてSiO2とSiNの積層膜を用いると漏れ
電流の少ない容量を形成できる。また、その他の材料と
してチタン酸ストロンチウム(STO),チタン酸バリ
ウムストロンチウム(BST)等の高誘電体、あるいは
酸化タンタル(Ta25)等を用いることで容量C2の
面積を縮小でき、チップ面積を縮小できる。抵抗体材料
としてWN,WSiN,TiN,TaN等の高融点金属
の窒化物を用いると、信頼性に優れた抵抗が形成でき
る。また、NiCr合金等も抵抗体に適用できる。
The upper surface of the semi-insulating GaAs substrate 30 is covered with an insulating film 45 for protecting the surface, and a middle layer of the insulating film 45 has a resistor R as shown in FIG.
1, a resistor R2 and a capacitor C2 are formed. When a laminated film of SiO 2 and SiN is used as the capacitance insulating film 14, a capacitance with low leakage current can be formed. Further, by using a high dielectric substance such as strontium titanate (STO) or barium strontium titanate (BST) or tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) as another material, the area of the capacitor C2 can be reduced, and the chip area can be reduced. Can be reduced. When a nitride of a high melting point metal such as WN, WSiN, TiN, or TaN is used as a resistor material, a resistor having excellent reliability can be formed. Also, a NiCr alloy or the like can be applied to the resistor.

【0062】また、前記絶縁膜45は部分的にエッチン
グ除去されてコンタクト穴が設けられ、HBTの各電
極,抵抗体R1・R2の電極および容量C2の電極にパ
ターニングされて形成される配線金属15が電気的に接
触する。前記最上層の絶縁膜が形成される前、前記n+
型GaAsキャップ層35上にはエミッタ電極42(図
では2層になっている)が形成される。そして、コンタ
クト穴形成後の配線金属15の形成によって、各配線金
属15はエミッタ電極42,ベース電極41,コレクタ
電極40に接続されるとともに、各容量や抵抗体の各電
極に接続され、図1に示す回路が構成されるようにな
る。
The insulating film 45 is partially etched away to form a contact hole, and the wiring metal 15 formed by patterning the electrodes of the HBT, the electrodes of the resistors R1 and R2, and the electrodes of the capacitor C2. Make electrical contact. Before the uppermost insulating film is formed, the n +
An emitter electrode 42 (two layers in the figure) is formed on the type GaAs cap layer 35. Then, by forming the wiring metal 15 after the formation of the contact hole, each wiring metal 15 is connected to the emitter electrode 42, the base electrode 41, and the collector electrode 40, and also connected to each electrode of each capacitor and resistor, and FIG. The circuit shown in FIG.

【0063】本実施形態1のHBTはトランジスタQ1A
〜Q1Nの数は、たとえば100個(N=100)になっ
ている。そして、たとえば、エミッタ寸法は2μm×2
0μm程度となり、電流増幅率は80程度となり、第1
容量C2A〜C2Nは0.15pF程度、第1抵抗R1A〜R
1Nは100オーム程度、第2抵抗R2A〜R2Nは1キロオ
ーム程度となっている。この構成では、高周波電力増幅
モジュール1の出力は4W程度になる。この場合、高周
波電力増幅モジュール1の効率は70%程度になり、結
果として無線通信装置の効率は60%程度と高効率のも
のになる。
The HBT according to the first embodiment includes a transistor Q1A
The number of Q1N is, for example, 100 (N = 100). And, for example, the emitter size is 2 μm × 2
0 μm, the current amplification factor is approximately 80,
The capacitances C2A to C2N are about 0.15 pF, and the first resistors R1A to R1R
1N is about 100 ohm, and the second resistors R2A to R2N are about 1 kohm. In this configuration, the output of the high-frequency power amplification module 1 is about 4 W. In this case, the efficiency of the high-frequency power amplifier module 1 is about 70%, and as a result, the efficiency of the wireless communication device is as high as about 60%.

【0064】すなわち、図6は本実施形態1(本発明)
と従来例1および従来例2の回路によるコレクタ電流に
対する安定化係数の推移を示すグラフであり、図7は本
発明と従来例1の回路による入力パワーおよびコレクタ
電流に対する付加効率(PAE:Power Added Efficien
cy)との相関を示すグラフであり、図8は従来例1およ
び従来例2の回路による入力パワー(Pin)およびコレ
クタ電流と付加効率との相関を示すグラフであり、図9
は本実施形態1の回路による、第1抵抗および第2抵抗
の総和抵抗(Rtotal)の違いにおける、第1抵抗R1
および安定化係数Kと付加効率との相関を示すグラフで
ある。これらのデータは高周波電力増幅モジュールの効
率が70%程度と高く、無線通信装置では60%程度と
なる回路での比較である。
FIG. 6 shows the first embodiment (the present invention).
FIG. 7 is a graph showing the change of the stabilization coefficient with respect to the collector current by the circuits of the conventional example 1 and the conventional example 2, and FIG. Efficien
FIG. 8 is a graph showing the correlation between the input power (Pin) and the collector current and the additional efficiency by the circuits of Conventional Example 1 and Conventional Example 2, and FIG.
Is the first resistor R1 in the difference between the total resistance (Rtotal) of the first resistor and the second resistor according to the circuit of the first embodiment.
4 is a graph showing a correlation between a stabilization coefficient K and an addition efficiency. These data are comparisons of a circuit in which the efficiency of the high-frequency power amplifier module is as high as about 70% and that of the wireless communication device is about 60%.

【0065】図6のグラフに示すように従来例1の安定
化係数Kは0.5にも満たず低く発振現象が発生し易く
なる。また、抵抗R1A〜R1Nに容量C1A〜C1Nを並列に
接続する従来例2でもコレクタ電流が0.01A〜0.
04A程度では安定化係数Kは0.5程度であり、コレ
クタ電流が1.5A程度でもせいぜい安定化係数Kが
0.9にも満たない状態であり、発振のおそれがある。
As shown in the graph of FIG. 6, the stabilization coefficient K of the conventional example 1 is less than 0.5, and the oscillation phenomenon easily occurs. Also, in the conventional example 2 in which the capacitors C1A to C1N are connected in parallel to the resistors R1A to R1N, the collector current is 0.01 A to 0.1.
At about 04A, the stabilization coefficient K is about 0.5, and even when the collector current is about 1.5A, the stabilization coefficient K is less than 0.9 at most, and oscillation may occur.

【0066】また、従来例2の回路構成では、抵抗R1A
〜R1Nに並列に接続する容量C1A〜C1Nは50pF程度
と大きくなり、容量C1A〜C1Nを形成する面積が大きく
なるため、HBT,抵抗や容量をも組み込んだ半導体チ
ップ(半導体装置)が大きくなる。
In the circuit configuration of the conventional example 2, the resistance R1A
Capacitors C1A to C1N connected in parallel to R1N increase to about 50 pF, and the area for forming the capacitances C1A to C1N increases, so that the semiconductor chip (semiconductor device) incorporating the HBT, the resistor, and the capacitor also increases.

【0067】図8のグラフは従来例1の回路の場合と、
従来例2において容量C1A〜C1Nを25pFとした回路
の場合と、50pFとした場合との付加効率の比較であ
る。容量C1A〜C1Nを25pFとした場合には、付加効
率は低くなり、使用に耐えなくなることが分かる。
FIG. 8 is a graph showing the case of the circuit of the prior art 1 and the graph of FIG.
It is a comparison of the additional efficiency between the case where the capacitances C1A to C1N are 25 pF in the conventional example 2 and the case where the capacitance is set to 50 pF. It can be seen that when the capacitances C1A to C1N are 25 pF, the additional efficiency is low, and the device cannot be used.

【0068】図7は本実施形態1(本発明)の回路の場
合と、従来例1の回路の場合における付加効率を示す曲
線である。入力パワーが23dBm以下の状態では本発
明の回路に比較して従来例1の回路の場合が付加効率
(PAE)が幾分よいが、入力パワーが25dBm程度
の状態では、本発明の回路の場合でも従来例1の回路の
場合と同様に70%程度と付加効率が高く遜色がないこ
とが分かる。入力パワーを25dBmとすれば出力パワ
ーを35dBmにすることができる。
FIG. 7 is a curve showing the additional efficiency in the case of the circuit of the first embodiment (the present invention) and in the case of the circuit of the conventional example 1. When the input power is 23 dBm or less, the circuit of the first conventional example has a somewhat higher addition efficiency (PAE) than the circuit of the present invention. However, when the input power is about 25 dBm, the circuit of the present invention does not. However, as in the case of the circuit of the conventional example 1, it can be seen that the additional efficiency is as high as about 70% and there is no inferior. If the input power is 25 dBm, the output power can be 35 dBm.

【0069】図9は本実施形態1の回路において、第1
抵抗を100個並列接続した抵抗値をR1とし、第1抵
抗と第2抵抗の直列を100個接続した抵抗値をRtota
lとしたとき、そして、前記Rtotalを7Ω,10Ω,1
3Ω,16Ω,20Ωとした場合における、抵抗体R1
を0.5Ω〜3Ωに変化させた場合の付加効率(PA
E)を示すグラフである。
FIG. 9 shows the first embodiment of the circuit of the first embodiment.
A resistance value obtained by connecting 100 resistors in parallel is represented by R1, and a resistance value obtained by connecting 100 series of the first resistor and the second resistor is represented by Rtota.
l, and Rtotal is 7Ω, 10Ω, 1
Resistor R1 at 3Ω, 16Ω and 20Ω
Is changed to 0.5Ω to 3Ω (PA)
It is a graph which shows E).

【0070】発振現象を起こさせないためには安定化係
数Kを1以上にする必要がある。安定化係数Kを1とす
る場合では、Rtotalが7Ω,10Ω,13Ω,16
Ω,20Ωとなる状態でも付加効率を64%程度と高く
することができる。安定化係数Kが2の状態でも、Rto
talを16Ωより小さくする場合では、付加効率を63
%程度と高く保つことができる。
In order not to cause an oscillation phenomenon, it is necessary to set the stabilization coefficient K to 1 or more. When the stabilization coefficient K is 1, Rtotal is 7Ω, 10Ω, 13Ω, 16Ω.
The additional efficiency can be increased to about 64% even in the state of Ω and 20Ω. Even when the stabilization coefficient K is 2, Rto
When tal is smaller than 16Ω, the additional efficiency is 63
% Can be kept high.

【0071】本実施形態1の無線通信装置は本実施形態
1による半導体装置(半導体素子)の組み込みによって
以下の効果を有する。
The wireless communication device according to the first embodiment has the following effects by incorporating the semiconductor device (semiconductor element) according to the first embodiment.

【0072】(1)第2抵抗はHBTチップ(半導体装
置)の温度上昇によるベース電流増加に伴ってベース電
圧降下を引き起こすことから、各トランジスタの電流増
加が抑制され熱暴走が抑制される。
(1) Since the second resistor causes a base voltage drop with an increase in the base current due to the temperature rise of the HBT chip (semiconductor device), the increase in the current of each transistor is suppressed and the thermal runaway is suppressed.

【0073】(2)また、第1抵抗は高周波的な損失と
なって利得の過度な増大を防ぐことで各トランジスタを
安定化し、発振を防止することができる。
(2) Further, the first resistor causes high-frequency loss and prevents an excessive increase in gain, thereby stabilizing each transistor and preventing oscillation.

【0074】(3)第1抵抗,第2抵抗および第1容量
の挿入接続により、高効率な無線通信装置を提供するこ
とができる。たとえば、高周波電力増幅モジュールにお
いて、HBTを用い、トランジスタの数を100個程度
とし、エミッタ寸法を2μm×20μm程度とすると出
力4W程度を得ることができる。このとき、電流増幅率
を80程度とすると第1容量は0.15pF程度、第1
抵抗は100オーム程度、第2抵抗は1キロオーム程度
で効率70%程度を達成できる。これは、無線通信装置
の効率では60%程度となり、高効率の無線通信装置を
達成できることになる。
(3) A highly efficient wireless communication device can be provided by inserting and connecting the first resistor, the second resistor, and the first capacitor. For example, in a high-frequency power amplifier module, if an HBT is used, the number of transistors is about 100, and the emitter size is about 2 μm × 20 μm, an output of about 4 W can be obtained. At this time, if the current gain is about 80, the first capacitance is about 0.15 pF,
The resistance can be about 100 ohms, the second resistance can be about 1 kohm, and an efficiency of about 70% can be achieved. This means that the efficiency of the wireless communication device is about 60%, and a highly efficient wireless communication device can be achieved.

【0075】(4)温度変動,電源変動による増幅器の
暴走や発振が起き難くなり、無線信号の送信が妨げられ
ることもなく安定した通信が行えるようになる。
(4) Runaway and oscillation of the amplifier due to temperature fluctuations and power supply fluctuations are unlikely to occur, and stable communication can be performed without interrupting transmission of radio signals.

【0076】(実施形態2)図10及び図11は本発明
の他の実施形態(実施形態2)である無線通信装置に係
わる図であり、図10は多段構成の高周波電力増幅モジ
ュール等を示すブロック図、図11は高周波電力増幅モ
ジュールの各電子部品のレイアウトを示す模式的平面図
である。
(Embodiment 2) FIGS. 10 and 11 are diagrams relating to a wireless communication apparatus according to another embodiment (Embodiment 2) of the present invention, and FIG. 10 shows a multi-stage high frequency power amplifier module and the like. FIG. 11 is a block diagram, and FIG. 11 is a schematic plan view showing a layout of each electronic component of the high-frequency power amplifier module.

【0077】本実施形態2では、HBT,抵抗,容量を
含む増幅器(半導体増幅素子)ampを順次従属接続し
た3段増幅器(多段増幅器)に本発明を適用した例につ
いて説明する。この多段増幅器は無線通信装置の送信側
出力段に組み込まれる。
In the second embodiment, an example will be described in which the present invention is applied to a three-stage amplifier (multistage amplifier) in which amplifiers (semiconductor amplifiers) including HBTs, resistors, and capacitors are sequentially cascaded. This multi-stage amplifier is incorporated in the transmission-side output stage of the wireless communication device.

【0078】無線通信装置は、図10に示すように、入
力端子(RFin)と出力端子(RFout)間にインピー
ダンス整合回路MN1,amp1(初段増幅器),イン
ピーダンス整合回路MN2,amp2(中段増幅器),
インピーダンス整合回路MN3,amp3(終段増幅
器),インピーダンス整合回路MN4を直列に挿入接続
する構成になっている。各高出力増幅器(amp1〜a
mp3)のコントロール端子(ベース端子:bias1,bias
2,bias3)には、ベースバイアス回路50の出力信号で
あるバイアス端子(コントロール電圧:Vapc1,Vapc
2,Vapc3)が入力されて増幅率が制御されることに
なる。各高出力増幅器(amp1〜amp3)は実施形
態1による回路構成となっている。
As shown in FIG. 10, the radio communication apparatus includes an impedance matching circuit MN1, amp1 (first-stage amplifier), an impedance matching circuit MN2, amp2 (middle-stage amplifier) between an input terminal (RFin) and an output terminal (RFout).
The configuration is such that an impedance matching circuit MN3, amp3 (final stage amplifier) and an impedance matching circuit MN4 are inserted and connected in series. Each high power amplifier (amp1 to a
mp3) control terminal (base terminal: bias1, bias)
2, bias3) are bias terminals (control voltages: Vapc1, Vapc1, which are output signals of the base bias circuit 50).
2, Vapc3) is input to control the amplification factor. Each of the high-output amplifiers (amp1 to amp3) has the circuit configuration according to the first embodiment.

【0079】図11は高周波電力増幅モジュール1にお
ける各電子部品のレイアウトである。半導体チップ(半
導体素子)としてはベースバイアス回路50を構成する
biascircuit,amp1,amp2,amp3がある。
半導体チップの各電極と所定の配線は導電性のワイヤ5
1で接続されている。チップ容量およびチップインダク
タの電極は所定の配線に図示しない半田等によって電気
的に接続されている。
FIG. 11 is a layout of each electronic component in the high-frequency power amplifier module 1. A base bias circuit 50 is configured as a semiconductor chip (semiconductor element).
There are biascircuit, amp1, amp2, and amp3.
Each electrode of the semiconductor chip and a predetermined wiring are conductive wires 5
1 is connected. The electrodes of the chip capacitor and the chip inductor are electrically connected to predetermined wirings by means of solder (not shown) or the like.

【0080】なお、amp1,amp2,amp3にお
いては、トランジスタとこのトランジスタに接続される
第1抵抗,第2抵抗,第1容量を模式的に図示してあ
る。
In the amplifiers amp1, amp2, and amp3, a transistor and first, second, and first capacitors connected to the transistor are schematically illustrated.

【0081】本実施形態1ではベースバイアス回路50
は特に明示しないが、たとえば各段の高出力増幅器を一
定のコントロール電圧(Vapc)で制御するものとす
る。ベースバイアス回路50によっては、各段の高出力
増幅器をそれぞれ所定のコントロール電圧で制御するこ
とも可能であり、その例としては後述する。
In the first embodiment, the base bias circuit 50
Although not particularly specified, it is assumed that, for example, the high-output amplifier of each stage is controlled by a constant control voltage (Vapc). Depending on the base bias circuit 50, it is also possible to control each stage of the high-output amplifier with a predetermined control voltage, an example of which will be described later.

【0082】本実施形態2の多段増幅器構成の高周波電
力増幅モジュール1を組み込んだ無線通信装置は、前記
実施形態1の場合と同様の効果を有するが、3段増幅構
成にすることによって、利得の増大、バイアス制御回路
による出力制御性の増大、出力の線形化等が図れ、通信
性能の高い無線通信装置を提供することができる。
The wireless communication apparatus incorporating the multi-stage amplifier high-frequency power amplification module 1 of the second embodiment has the same effect as that of the first embodiment. It is possible to provide a wireless communication device with high communication performance by increasing the output, increasing the output controllability by the bias control circuit, and linearizing the output.

【0083】(実施形態3)図12は本発明の他の実施
形態(実施形態3)である無線通信装置の一部を示す回
路図である。本実施形態3は実施形態1の増幅器の回路
構成において、ベース端子と第2抵抗群との間にインダ
クタLbを、また、エミッタとGND間にインダクタLe
を挿入接続した構造になっている。インダクタLbを挿
入接続することによって、ベース電源回路を見込むイン
ピーダンスが増加し、ベース電源回路への高周波(R
F)信号の漏れを抑止でき、漏れによる損失を減らすこ
とができるため高効率化が達成できる。また、インダク
タLeを挿入接続することによって、負帰還が掛かり回
路が安定化する。インダクタLbとインダクタLeの効果
は各々独立であるため、インダクタLbのみ、あるいは
インダクタLeのみを設けた場合にも各々上記のような
効果が生じるのは言うまでもない。
(Embodiment 3) FIG. 12 is a circuit diagram showing a part of a wireless communication apparatus according to another embodiment (Embodiment 3) of the present invention. In the third embodiment, in the circuit configuration of the amplifier of the first embodiment, the inductor Lb is provided between the base terminal and the second resistor group, and the inductor Le is provided between the emitter and GND.
Is inserted and connected. By inserting and connecting the inductor Lb, the impedance in anticipation of the base power supply circuit increases, and the high frequency (R
F) Signal leakage can be suppressed, and loss due to leakage can be reduced, so that high efficiency can be achieved. Also, by inserting and connecting the inductor Le, negative feedback is applied and the circuit is stabilized. Since the effects of the inductor Lb and the inductor Le are independent of each other, it goes without saying that the above-described effects are produced even when only the inductor Lb or only the inductor Le is provided.

【0084】(実施形態4)図13は本発明の他の実施
形態(実施形態4)である無線通信装置の一部を示す回
路図である。本実施形態4は実施形態1の回路構成にお
いて、バラスト抵抗である第1抵抗R1A〜R1Nに並列に
高周波成分信号を通すバイパス用の容量、すなわち第2
容量C1A〜C1Nを接続した構造になっている。本実施形
態4では、第2抵抗R2A〜R2Nをベース端子とベース端
子6との間に設けることによって、第1抵抗R1A〜R1N
を小さくできるため、バイパス容量である第2容量C1A
〜C1Nの容量値も小さくできる。たとえば、第1抵抗R
1A〜R1Nは100Ω程度とすることができるため、第2
容量C1A〜C1Nの容量値を5pF程度と小さくできる。
従来、たとえば容量が50pF程度であったものが、そ
の1/10程度の5pF程度にすることができ、容量に
よるチップ面積の低減を図ることができる。この結果、
容量を形成する面積が小さくなり、半導体チップの寸法
が小さくなるとともに、一枚の半導体基板(ウエハ)か
ら取得する半導体チップの取得数も多くなり半導体増幅
素子の製造コストの低減が達成できる。
(Embodiment 4) FIG. 13 is a circuit diagram showing a part of a wireless communication apparatus according to another embodiment (Embodiment 4) of the present invention. In the fourth embodiment, in the circuit configuration of the first embodiment, a bypass capacitor for passing a high-frequency component signal in parallel to the first resistors R1A to R1N, which are ballast resistors,
It has a structure in which capacitors C1A to C1N are connected. In the fourth embodiment, by providing the second resistors R2A to R2N between the base terminal and the base terminal 6, the first resistors R1A to R1N are provided.
Can be reduced, the second capacitance C1A which is a bypass capacitance
To C1N can also be reduced. For example, the first resistor R
Since 1A to R1N can be about 100Ω, the second
The capacitance values of the capacitors C1A to C1N can be reduced to about 5 pF.
Conventionally, for example, the capacitance was about 50 pF, but it can be reduced to about 1/10 of that, about 5 pF, and the chip area can be reduced by the capacitance. As a result,
The area for forming the capacitor is reduced, the size of the semiconductor chip is reduced, and the number of semiconductor chips obtained from one semiconductor substrate (wafer) is increased, so that the manufacturing cost of the semiconductor amplifier can be reduced.

【0085】また、第1抵抗,第2抵抗,第1容量,第
2容量を組み合わせた回路構成によるため、半導体増幅
素子や高周波電力増幅モジュールの設計の自由度が大き
くなる。
Further, since the circuit configuration is a combination of the first resistor, the second resistor, the first capacitor, and the second capacitor, the degree of freedom in designing a semiconductor amplifier and a high-frequency power amplifier module is increased.

【0086】また、インダクタLbは、ベース電源回路
を見込むインピーダンスを増加させ、ベース電源回路へ
の高周波(RF)信号の漏れを抑止し、漏れによる損失
を減らすため高効率化が達成できる。インダクタLeは
負帰還を掛け回路を安定化させる。したがってこの回路
では高効率化と安定化が達成できることになる。
[0086] The inductor Lb increases impedance in anticipation of the base power supply circuit, suppresses leakage of high frequency (RF) signals to the base power supply circuit, and reduces loss due to leakage, thereby achieving high efficiency. The inductor Le applies negative feedback to stabilize the circuit. Therefore, in this circuit, high efficiency and stabilization can be achieved.

【0087】インダクタLbとインダクタLeの効果は各
々独立であるため、インダクタLbのみ、あるいはイン
ダクタLeのみを設けた場合にも各々上記のような効果
が生じるのは言うまでもない。また、これらインダクタ
ンスの代わりに基板上に伝送線路等を形成して各端子か
ら見込んだインピーダンスが適当な値になるように設計
すれば必ずしもインダクタンス素子を用いずとも良いの
は勿論のことである。
Since the effects of the inductor Lb and the inductor Le are independent of each other, it goes without saying that the above-described effects are produced even when only the inductor Lb or only the inductor Le is provided. Also, if a transmission line or the like is formed on the substrate instead of these inductances and designed so that the impedance seen from each terminal becomes an appropriate value, it goes without saying that the inductance element is not necessarily used.

【0088】(実施形態5)図14乃至図16は本発明
の他の実施形態(実施形態5)である無線通信装置に係
わる図であり、図14は単段増幅構成の無線通信装置の
一部を示す回路図、図15は高周波電力増幅モジュール
に組み込まれるバイアス制御回路図、図16は高周波電
力増幅モジュールの各電子部品のレイアウトを示す模式
的平面図である。
(Embodiment 5) FIGS. 14 to 16 relate to a wireless communication apparatus according to another embodiment (Embodiment 5) of the present invention. FIG. FIG. 15 is a circuit diagram showing a bias control circuit incorporated in the high-frequency power amplifier module, and FIG. 16 is a schematic plan view showing a layout of each electronic component of the high-frequency power amplifier module.

【0089】本実施形態5は、図14に示すように、増
幅器本体トランジスタ55が形成される同一の半絶縁性
半導体基板にカレントミラー用ダイオード(センサーダ
イオード)56をモノリシックに集積化した構成になっ
ている。本体トランジスタ55は、前記実施形態1と同
様の回路構成であり、入力端子(RFin)とベース端子
6との間に第1容量C2A〜C2Nと第1抵抗R1A〜R1Nを
直列に接続するとともに、第1容量C2A〜C2Nと第1抵
抗R1A〜R1Nとの間のノードとコントロール端子(Vap
c)との間に第2抵抗R2A〜R2Nを挿入接続する構造に
なっている。
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 14, a current mirror diode (sensor diode) 56 is monolithically integrated on the same semi-insulating semiconductor substrate on which the amplifier body transistor 55 is formed. ing. The main body transistor 55 has the same circuit configuration as that of the first embodiment, and connects first capacitors C2A to C2N and first resistors R1A to R1N in series between an input terminal (RFin) and a base terminal 6, and A node between the first capacitors C2A to C2N and the first resistors R1A to R1N and a control terminal (Vap
c), the second resistors R2A to R2N are inserted and connected.

【0090】センサーダイオード56は、ダイオード接
続のトランジスタQsからなっている。このトランジス
タQsはHBTからなっている。ダイオード接続とする
ためにトランジスタQsのベースとコレクタとの間に抵
抗Rs1と抵抗Rs2を直列に挿入接続してある。トランジ
スタQsのコレクタ端子がVdになり、エミッタ端子がG
NDになる。
The sensor diode 56 comprises a diode-connected transistor Qs. This transistor Qs is made of HBT. A resistor Rs1 and a resistor Rs2 are inserted and connected in series between the base and the collector of the transistor Qs for diode connection. The collector terminal of the transistor Qs becomes Vd and the emitter terminal becomes G
ND.

【0091】カレントミラー用ダイオード56を同一の
半絶縁性半導体基板に有することにより、半絶縁性半導
体基板が温度上昇をし、本体トランジスタ55の電流量
が増大すると、これに対応してカレントミラー用ダイオ
ード56の電流量も増大することから、カレントミラー
用ダイオード56に流れる電流を一定に制御することに
より、温度が変動しても本体トランジスタ55に流れる
電流を一定に制御できるためバイアス制御性が向上す
る。すなわち、センサーダイオードは増幅トランジスタ
と同一チップ上にあり、増幅トランジスタと同様の温度
変動を受ける。トランジスタのベース・エミッタ間、及
び、ダイオードの電流電圧特性は強い温度依存性を有す
るが、温度が同じであれば同様の電流電圧特性を示す。
したがって、センサーダイオードにある一定の電流Id
を流し、そこに生じた電圧と同じ電圧でトランジスタの
ベースを駆動することにより、温度変化にかかわらずト
ランジスタに流れる電流を一定の値(Idのセンサーダ
イオードと本体トランジスタのベース・エミッタの接合
面積比倍)に制御することができる。なお、センサーダ
イオードに代えてセンサートランジスタとしても前記同
様な効果を得ることができる。
Since the current mirror diode 56 is provided on the same semi-insulating semiconductor substrate, the temperature of the semi-insulating semiconductor substrate rises, and the current amount of the main body transistor 55 increases. Since the amount of current of the diode 56 also increases, the current flowing through the current mirror diode 56 is controlled to be constant, so that the current flowing through the body transistor 55 can be controlled to be constant even when the temperature fluctuates, so that the bias controllability is improved. I do. That is, the sensor diode is on the same chip as the amplification transistor, and experiences the same temperature fluctuation as the amplification transistor. The current-voltage characteristics between the base and the emitter of the transistor and the diode have strong temperature dependence, but show the same current-voltage characteristics at the same temperature.
Therefore, a constant current Id in the sensor diode
And drive the base of the transistor with the same voltage as the voltage generated there, so that the current flowing through the transistor is constant (regarding the junction area ratio between the sensor diode of Id and the base-emitter of the body transistor) regardless of the temperature change. Times) can be controlled. Note that the same effect as described above can be obtained by using a sensor transistor instead of the sensor diode.

【0092】図10において、ベースバイアス回路50
を図15に示すように実施形態2の場合とは異なり、初
段のamp1はコントロールイン(control in)を抵抗
Rc1・Rc2の分圧によって生成するバイアス(Vapc1)
でコントロールし、中段および終段のamp2・3はコ
ントロールインをトランジスタQb1・Qb2によるエミッ
タフォロワを介して生成するバイアス(Vapc2,Vapc
3)でコントロールする。トランジスタQb1に接続され
るトランジスタQs2はamp2の本体トランジスタ55
とモノリシックに形成されるカレントミラー用ダイオー
ド56であり、トランジスタQb2に接続されるトランジ
スタQs3はamp3の本体トランジスタ55とモノリシ
ックに形成されるカレントミラー用ダイオード56であ
る。これらトランジスタQs2・Qs3はコントロールイン
をトランジスタQb1・Qb2によるエミッタフォロワを介
して生成する際、参照電圧として用いられる。
In FIG. 10, the base bias circuit 50
As shown in FIG. 15, unlike the case of the second embodiment, the first-stage amp1 has a bias (Vapc1) that generates control in by controlling the voltage divided by the resistors Rc1 and Rc2.
And the middle and final stages of amps 2 and 3 are biased (Vapc2, Vapc2) for generating control-in via an emitter follower by transistors Qb1 and Qb2.
Control in 3). The transistor Qs2 connected to the transistor Qb1 is the main body transistor 55 of the amp2.
The transistor Qs3 connected to the transistor Qb2 is a current mirror diode 56 monolithically formed with the main transistor 55 of the amp3. These transistors Qs2 and Qs3 are used as reference voltages when the control-in is generated via the emitter followers by the transistors Qb1 and Qb2.

【0093】なお、インダクタLb1〜Lb3は各コントロ
ール端子(Vapc1,Vapc2,Vapc3)からの高周波信号成
分の洩れを抑止するために設けられている。
The inductors Lb1 to Lb3 are provided to suppress the leakage of the high frequency signal component from each control terminal (Vapc1, Vapc2, Vapc3).

【0094】このベースバイアス回路50では、コント
ロール端子Vapc1には抵抗の分圧によるコントロール電
圧が入力され、コントロール端子Vapc2にはトランジス
タQb1の増幅率によって増幅されたコントロール電流が
入力され、コントロール端子Vapc3にはトランジスタQ
b2の増幅率によって増幅されたコントロール電流が入力
されるようになっている。
In the base bias circuit 50, the control terminal Vapc1 receives a control voltage obtained by voltage division of a resistor, the control terminal Vapc2 receives a control current amplified by the amplification factor of the transistor Qb1, and the control terminal Vapc3. Is the transistor Q
The control current amplified by the amplification factor of b2 is input.

【0095】図16は本実施形態5による高周波電力増
幅モジュール1における各電子部品のレイアウトであ
る。半導体チップとしてはベースバイアス回路50を構
成するbias circuit,amp1,amp2,amp3が
ある。半導体チップの各電極と所定の配線は導電性のワ
イヤ51で接続されている。チップ容量およびチップイ
ンダクタの電極は所定の配線に図示しない半田等によっ
て電気的に接続されている。
FIG. 16 is a layout of each electronic component in the high-frequency power amplifier module 1 according to the fifth embodiment. As the semiconductor chip, there are a bias circuit, amp1, amp2, and amp3 that constitute the base bias circuit 50. Each electrode of the semiconductor chip and a predetermined wiring are connected by a conductive wire 51. The electrodes of the chip capacitor and the chip inductor are electrically connected to predetermined wirings by means of solder (not shown) or the like.

【0096】なお、amp1,amp2,amp3にお
いては、トランジスタとこのトランジスタに接続される
第1抵抗,第2抵抗,第1容量を模式的に図示してあ
る。また、amp2,amp3においては、符号は付け
ないがカレントミラー用ダイオードを明示してある。図
16のカレントミラー用ダイオード56には抵抗Rs1・
Rs2は省略してある。
[0096] In amp1, amp2 and amp3, a transistor and a first resistor, a second resistor, and a first capacitor connected to the transistor are schematically illustrated. In addition, in amp2 and amp3, the current mirror diode is clearly shown without reference numeral. The current mirror diode 56 shown in FIG.
Rs2 is omitted.

【0097】(実施形態6)図17は本発明の他の実施
形態(実施形態6)である無線通信装置の一部を示す回
路図である。本実施形態6は実施形態1の回路構成にお
いて、互いに熱抵抗の差が小さくなるように配置された
いくつか(図17の場合にはすべて)のトランジスタの
バラスト抵抗兼回路安定化抵抗である第1抵抗R1A〜R
1Nを、ベース端子6に接続される側の反対側で1つのノ
ードに接続し、そのノードとバイアス供給端子の間に単
一の抵抗として第2抵抗R2を挿入接続し、前記ノード
と入力端子との間に単一の接合容量として第1容量C2
が挿入接続される構造になっている。
(Embodiment 6) FIG. 17 is a circuit diagram showing a part of a wireless communication apparatus according to another embodiment (Embodiment 6) of the present invention. In the sixth embodiment, in the circuit configuration of the first embodiment, a ballast resistor and a circuit stabilizing resistor of some (all in the case of FIG. 17) transistors arranged so that the difference in thermal resistance therebetween is small. 1 resistor R1A-R
1N is connected to one node on the side opposite to the side connected to the base terminal 6, and a second resistor R2 is inserted and connected as a single resistor between the node and the bias supply terminal. And a first capacitance C2 as a single junction capacitance
Is inserted and connected.

【0098】本実施形態6では、(a)R2はマルチフ
ィンガーHBT全体の温度上昇によるベース電流増加に
伴ってベース電圧降下を引き起こすことから、マルチフ
ィンガーHBT全体の電流増加が抑制され熱暴走が抑制
される。
In the sixth embodiment, (a) R2 causes a base voltage drop with an increase in the base current due to the temperature rise of the whole multi-finger HBT. Therefore, the current increase of the whole multi-finger HBT is suppressed and the thermal runaway is suppressed. Is done.

【0099】(b)また、第1抵抗R1A〜R1Nは高周波
的な損失となって利得の過度な増大を防ぐことで各トラ
ンジスタを安定化し、発振を防止する。
(B) In addition, the first resistors R1A to R1N become high-frequency losses and prevent an excessive increase in gain, thereby stabilizing each transistor and preventing oscillation.

【0100】(c)また、第1抵抗R1A〜R1Nは各HB
Tフィンガーの温度上昇差によるベース電流増加の差に
伴って、フィンガーごとに異なるベース電圧降下を引き
起こすことから、コレクタ電流の差を減少させ、1フィ
ンガーに電流が集中することを抑制し、各フィンガーを
均一に動作させる。
(C) The first resistors R1A to R1N are connected to each HB
A difference in base current increase due to a difference in temperature rise of the T-finger causes a different base voltage drop for each finger. Therefore, a difference in collector current is reduced, and current is prevented from being concentrated on one finger. Operate uniformly.

【0101】(d)素子の配置において各HBTごとに
配置する必要があるのは第1抵抗R1A〜R1Nだけであ
り、R2,C2は互いに熱抵抗の差が小さくなるように
配置された複数のHBTからなるブロック毎に設ければ
よいことから、素子配置の自由度が増大し、また、抵抗
・容量素子の総数が減ることにより素子間の分離領域の
面積が低減される。また、R2,C2は複数のHBTか
らなるブロック毎に設ければよいことから、面積を小さ
くできるばかりでなく、容量を外付けにできる自由度が
ある。
(D) In the element arrangement, only the first resistors R1A to R1N need to be arranged for each HBT, and a plurality of R2 and C2 are arranged so that the difference in thermal resistance between them is small. Since it may be provided for each block of the HBT, the degree of freedom of element arrangement is increased, and the area of the isolation region between elements is reduced by reducing the total number of resistance / capacitance elements. Further, since R2 and C2 need only be provided for each block composed of a plurality of HBTs, not only the area can be reduced, but also there is a degree of freedom in externally providing a capacitance.

【0102】本実施形態において「互いの熱抵抗差が小
さくなるように配置された」とは、素子間の熱抵抗がお
おむね素子全体の熱抵抗の1/5程度以下であることを
目安とし、その場合R1をN本並列接続した場合の抵抗
とR2との比は、素子間の熱抵抗差と上記素子全体の熱
抵抗との比の約2倍程度であれば熱的安定性が得られる
ことが実験的に示された。たとえば素子全体の熱抵抗が
20℃/Wであり、素子間の熱抵抗差が2℃/Wであれ
ば第1抵抗R1A〜R1Nの並列抵抗〜2オーム、R2=8
オーム程度で熱的安定性が得られた。トランジスタ数を
100としたとき、R1A=R1N=200Ωであり、R2
=8Ωを1個だけ配置した場合と、実施形態1のごとく
R2A=R2N=800Ωを100個配置した場合と比較す
ると前者は後者の60%まで素子面積を削減できた。
In the present embodiment, “disposed so that the difference in thermal resistance between them is small” means that the thermal resistance between the elements is approximately 1/5 or less of the thermal resistance of the entire element. In this case, thermal stability can be obtained if the ratio of the resistance and the resistance R2 when N pieces of R1 are connected in parallel is about twice the ratio of the thermal resistance difference between the elements and the thermal resistance of the entire element. This has been shown experimentally. For example, if the thermal resistance of the entire device is 20 ° C./W and the thermal resistance difference between the devices is 2 ° C./W, the parallel resistance of the first resistors R1A to R1N to 2 ohms, R2 = 8
Thermal stability was obtained at about ohms. Assuming that the number of transistors is 100, R1A = R1N = 200Ω, and R2
= 8Ω and a case where 100 R2A = R2N = 800Ω are arranged as in the first embodiment, the former can reduce the element area to 60% of the latter.

【0103】本実施例においては、第1抵抗R1A〜R1N
が入力端子との間で一つのノードに接続されるため、R
2及びC2をトランジスタと集積化する必要はなく、ト
ランジスタチップの外部の基板上にR2及びC1素子を
おくことが可能である。この場合、トランジスタチップ
面積の大幅な縮小が可能となり、実施形態1の場合の4
0%までチップ面積を削減できた。
In this embodiment, the first resistors R1A to R1N
Is connected to one node between the input terminal and
It is not necessary to integrate 2 and C2 with the transistor, and it is possible to place the R2 and C1 elements on the substrate outside the transistor chip. In this case, the transistor chip area can be significantly reduced, and the transistor chip area of the first embodiment can be reduced.
The chip area could be reduced to 0%.

【0104】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえ
ば、実施形態では増幅器に用いる半導体増幅素子はHB
Tとしたが、シリコンによるバイポーラトランジスタで
も同様に適用でき同様の効果を奏することができる。本
発明は少なくとも高周波の増幅技術には適用できる。
The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say. For example, in the embodiment, the semiconductor amplifying element used for the amplifier is HB
Although T was used, a bipolar transistor made of silicon can be applied in the same manner, and the same effect can be obtained. The invention is applicable at least to high frequency amplification techniques.

【0105】[0105]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0106】(1)熱暴走が抑止でき効率が高くかつ発
振現象が起き難い無線通信装置を提供することができ
る。
(1) It is possible to provide a wireless communication device that can suppress thermal runaway, has high efficiency, and hardly causes an oscillation phenomenon.

【0107】(2)使用する容量の容量値を小さくでき
ることから、半導体チップ(半導体装置)の小型化や製
造コストの低減を図ることができる。
(2) Since the capacitance value of the capacitance to be used can be reduced, the size of the semiconductor chip (semiconductor device) can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

【0108】(3)ベース端子やエミッタ端子部分にイ
ンダクタを挿入接続することによって無線通信装置の安
定性や効率向上を図ることができる。
(3) The stability and efficiency of the wireless communication device can be improved by inserting and connecting an inductor to the base terminal and the emitter terminal.

【0109】(4)カレントミラー構成の採用により、
バイアス制御性を高めることができる。
(4) By adopting the current mirror configuration,
Bias controllability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態(実施形態1)である無線
通信装置の一部を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a part of a wireless communication device according to an embodiment (Embodiment 1) of the present invention.

【図2】本実施形態1の無線通信装置の一部を示す模式
的斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a part of the wireless communication device according to the first embodiment.

【図3】本実施形態1の無線通信装置に組み込まれるマ
ルチフィンガー構造のHBTや第1容量,第1抵抗,第
2抵抗等を含む増幅器が形成された半導体チップ(半導
体装置)の一部を示す模式的平面図である。
FIG. 3 illustrates a part of a semiconductor chip (semiconductor device) in which an HBT having a multi-finger structure and an amplifier including a first capacitor, a first resistor, a second resistor, and the like, which are incorporated in the wireless communication device according to the first embodiment, are formed. It is a schematic plan view shown.

【図4】図3のA−A′線に沿う断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【図5】図3のB−B′線に沿う断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 3;

【図6】コレクタ電流と安定化係数Kとの相関を示すグ
ラフである。
FIG. 6 is a graph showing a correlation between a collector current and a stabilization coefficient K.

【図7】入力パワー及びコレクタ電流と付加効率との相
関を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the correlation between input power and collector current and additional efficiency.

【図8】入力パワー(Pin)およびコレクタ電流と負荷
効率(PAE)との相関を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a correlation between input power (Pin) and collector current and load efficiency (PAE).

【図9】第1抵抗および第2抵抗の総和抵抗(Rtota
l)の違いにおける、第1抵抗R1および安定化係数K
と負荷効率(PAE)との相関を示すグラフである。
FIG. 9 shows a total resistance (Rtota) of a first resistor and a second resistor.
l) The difference between the first resistor R1 and the stabilization coefficient K
6 is a graph showing a correlation between the load efficiency and the load efficiency (PAE).

【図10】本発明の他の実施形態(実施形態2)である
無線通信装置における多段構成の高周波電力増幅モジュ
ール等を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing a multi-stage high-frequency power amplification module and the like in a wireless communication device according to another embodiment (Embodiment 2) of the present invention.

【図11】本実施形態2による高周波電力増幅モジュー
ルの各電子部品のレイアウトを示す模式的平面図であ
る。
FIG. 11 is a schematic plan view showing a layout of each electronic component of the high-frequency power amplifier module according to the second embodiment.

【図12】本発明の他の実施形態(実施形態3)である
無線通信装置の一部を示す回路図である。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a part of a wireless communication apparatus according to another embodiment (Embodiment 3) of the present invention.

【図13】本発明の他の実施形態(実施形態4)である
無線通信装置の一部を示す回路図である。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a part of a wireless communication apparatus according to another embodiment (Embodiment 4) of the present invention.

【図14】本発明の他の実施形態(実施形態5)である
無線通信装置の一部を示す回路図である。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a part of a wireless communication apparatus according to another embodiment (Embodiment 5) of the present invention.

【図15】本実施形態5の無線通信装置に組み込まれ高
周波電力増幅モジュールのバイアス制御回路図である。
FIG. 15 is a bias control circuit diagram of a high-frequency power amplifier module incorporated in the wireless communication device of the fifth embodiment.

【図16】本実施形態5の高周波電力増幅モジュールの
各電子部品のレイアウトを示す模式的平面図である。
FIG. 16 is a schematic plan view showing a layout of each electronic component of the high-frequency power amplifier module according to the fifth embodiment.

【図17】本発明の他の実施形態(実施形態6)である
無線通信装置の一部を示す回路図である。
FIG. 17 is a circuit diagram showing a part of a wireless communication apparatus according to another embodiment (Embodiment 6) of the present invention.

【図18】従来の回路を採用した無線通信装置の一部を
示す回路図である。
FIG. 18 is a circuit diagram showing a part of a wireless communication device employing a conventional circuit.

【図19】従来の回路を採用した無線通信装置の一部を
示す回路図である。
FIG. 19 is a circuit diagram showing a part of a wireless communication device employing a conventional circuit.

【図20】従来の回路を採用した無線通信装置の一部を
示す回路図である。
FIG. 20 is a circuit diagram showing a part of a wireless communication device employing a conventional circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…高周波電力増幅モジュール、2…アンテナ、5…エ
ミッタ端子、6…ベース端子、7…コレクタ端子、9…
整合回路、10…配線基板、11…配線、12…導線、
14…容量絶縁膜、15…配線金属、16…容量体下層
配線金属、19…導体、20…配線、21…エッチング
ストッパ、22…裏面電極、30…半絶縁性GaAs基
板、31…n+型GaAsサブコレクタ層、32…n型
GaAsコレクタ層、33…p+型GaAsベース層、
34…n型InGaPエミッタ層、35…n+型GaA
sキャップ層、40…コレクタ電極、41…ベース電
極、42…エミッタ電極、45…絶縁膜、50…ベース
バイアス回路、51…ワイヤ、55…本体トランジス
タ、56…カレントミラー用ダイオード(センサーダイ
オード)、57…カレントミラー用トランジスタ(セン
サートランジス)、C2A〜C2N…第1容量、C1A〜C1N
…第2容量、GND…第二電圧端子(エミッタ端子)、
R1A〜R1N…第1抵抗、R2A〜R2N…第2抵抗、RFin
…入力端子、RFout…出力端子、Vapc…コントロール
端子(ベース端子)、Vcc…第一電圧端子(コレクタ端
子)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High frequency power amplification module, 2 ... Antenna, 5 ... Emitter terminal, 6 ... Base terminal, 7 ... Collector terminal, 9 ...
Matching circuit, 10: wiring board, 11: wiring, 12: conducting wire,
14: Capacitive insulating film, 15: Wiring metal, 16: Capacitor lower layer wiring metal, 19: Conductor, 20: Wiring, 21: Etching stopper, 22: Back electrode, 30: Semi-insulating GaAs substrate, 31: n + type GaAs subcollector layer, 32 ... n-type GaAs collector layer, 33 ... p + -type GaAs base layer,
34 ... n-type InGaP emitter layer, 35 ... n + type GaA
s cap layer, 40 ... collector electrode, 41 ... base electrode, 42 ... emitter electrode, 45 ... insulating film, 50 ... base bias circuit, 51 ... wire, 55 ... body transistor, 56 ... diode for current mirror (sensor diode), 57: current mirror transistor (sensor transistor), C2A to C2N: first capacitance, C1A to C1N
... second capacitor, GND ... second voltage terminal (emitter terminal),
R1A to R1N: first resistor, R2A to R2N: second resistor, RFin
... Input terminal, RFout ... Output terminal, Vapc ... Control terminal (base terminal), Vcc ... First voltage terminal (collector terminal).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 1/04 H04B 1/04 N ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H04B 1/04 H04B 1/04 N

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】送信側出力段に高周波電力増幅モジュール
を有し、前記高周波電力増幅モジュールに接続されるア
ンテナを有する無線通信装置であって、 前記高周波電力増幅モジュールは、 入力端子と、 出力端子と、 コントロール端子と、 第一電圧端子と、 第二電圧端子と、 第1端子および第2端子ならびに前記第1端子と第2端
子間を流れる電流を制御するための制御端子とからなる
トランジスタを複数並列に接続して構成される高出力増
幅器と、 前記入力端子と前記各トランジスタの制御端子との間に
それぞれ配置され、前記入力端子に接続される第1容量
およびこの第1容量に直列に接続され前記制御端子に接
続される第1抵抗と、 前記コントロール端子と前記各トランジスタの制御端子
との間にそれぞれ配置され、前記第1抵抗と前記第1容
量間のノードに接続される第2抵抗とを有し、 前記出力端子は前記トランジスタの各第1端子に接続さ
れ、 前記第一電圧端子は前記各トランジスタの第1端子に接
続され、 前記第二電圧端子は前記各トランジスタの第2端子に接
続される高周波電力増幅モジュールとする無線通信装
置。
1. A wireless communication device having a high-frequency power amplification module at a transmission-side output stage and having an antenna connected to the high-frequency power amplification module, wherein the high-frequency power amplification module has an input terminal and an output terminal. A control terminal, a first voltage terminal, a second voltage terminal, a first terminal, a second terminal, and a control terminal for controlling a current flowing between the first terminal and the second terminal. A plurality of high-output amplifiers connected in parallel; a first capacitor connected between the input terminal and the control terminal of each of the transistors; a first capacitor connected to the input terminal; and a series connected to the first capacitor. A first resistor connected and connected to the control terminal; a first resistor disposed between the control terminal and a control terminal of each of the transistors; A second resistor connected to a node between the first capacitors, the output terminal is connected to each first terminal of the transistor, and the first voltage terminal is connected to a first terminal of each transistor. A wireless communication device, wherein the second voltage terminal is a high-frequency power amplifier module connected to a second terminal of each of the transistors.
【請求項2】送信側出力段に高周波電力増幅モジュール
を有し、前記高周波電力増幅モジュールに接続されるア
ンテナを有する無線通信装置であって、 前記高周波電力増幅モジュールは、 入力端子と、 出力端子と、 コントロール端子と、 第一電圧端子と、 第二電圧端子と、 第1端子および第2端子ならびに前記第1端子と第2端
子間を流れる電流を制御するための制御端子とからなる
トランジスタを複数並列に接続して構成される高出力増
幅器と、 前記入力端子と前記各トランジスタの制御端子との間に
それぞれ配置され、前記入力端子に接続される第1容量
およびこの第1容量に直列に接続され前記制御端子に接
続される第1抵抗と、 前記第1抵抗に並列に接続される第2容量と、 前記コントロール端子と前記各トランジスタの制御端子
との間にそれぞれ配置され、前記第1抵抗と前記第1容
量間のノードに接続される第2抵抗とを有し、 前記出力端子は前記各トランジスタの第1端子に接続さ
れ、 前記第一電圧端子は前記各トランジスタの第1端子に接
続され、 前記第二電圧端子は前記各トランジスタの第2端子に接
続される高周波電力増幅モジュールとする無線通信装
置。
2. A wireless communication device having a high-frequency power amplification module in a transmission-side output stage and having an antenna connected to the high-frequency power amplification module, wherein the high-frequency power amplification module has an input terminal and an output terminal. A control terminal, a first voltage terminal, a second voltage terminal, a first terminal, a second terminal, and a control terminal for controlling a current flowing between the first terminal and the second terminal. A plurality of high-output amplifiers connected in parallel; a first capacitor connected between the input terminal and the control terminal of each of the transistors; a first capacitor connected to the input terminal; and a series connected to the first capacitor. A first resistor connected and connected to the control terminal; a second capacitor connected in parallel to the first resistor; controlling the control terminal and each of the transistors; A second resistor connected to a node between the first resistor and the first capacitor, wherein the output terminal is connected to a first terminal of each of the transistors; A wireless communication device comprising a high-frequency power amplifier module having one voltage terminal connected to a first terminal of each of the transistors, and the second voltage terminal connected to a second terminal of each of the transistors.
【請求項3】前記各トランジスタの動作時における直流
の電圧降下が0.15V程度以下であり、前記第1抵抗
の抵抗値は1Ω程度以下であり、前記第2容量の容量値
は5pF程度以下であることを特徴とする請求項2に記
載の無線通信装置。
3. The method according to claim 2, wherein a DC voltage drop during operation of each of said transistors is about 0.15 V or less, a resistance value of said first resistor is about 1 Ω or less, and a capacitance value of said second capacitor is about 5 pF or less. The wireless communication device according to claim 2, wherein
【請求項4】前記高周波電力増幅モジュールは前記高出
力増幅器を順次複数従属接続する多段構成であり、 初段の高出力増幅器の各制御端子が前記入力端子に接続
され、 終段の高出力増幅器の各第1端子が前記出力端子に接続
され、 中段の高出力増幅器の各制御端子は前段の高出力増幅器
の第1端子に接続され、各第1端子は後段の高出力増幅
器の制御端子に接続され、 初段,中段または終段のうちの少なくとも一つの高出力
増幅器に前記第1容量,前記第1抵抗および前記第2抵
抗が組み込まれ、 各段の高出力増幅器のコントロール端子にはそれぞれ所
定のコントロール電圧が印加されることを特徴とする請
求項1に記載の無線通信装置。
4. The high-frequency power amplifier module has a multi-stage configuration in which a plurality of the high-power amplifiers are sequentially connected in cascade. Each control terminal of a first-stage high-power amplifier is connected to the input terminal. Each first terminal is connected to the output terminal, each control terminal of the middle-stage high-power amplifier is connected to the first terminal of the previous-stage high-power amplifier, and each first terminal is connected to the control terminal of the subsequent-stage high-power amplifier. The first capacitor, the first resistor, and the second resistor are incorporated in at least one of a first stage, a middle stage, and a final stage, and a control terminal of each stage of the high output amplifier has a predetermined The wireless communication device according to claim 1, wherein a control voltage is applied.
【請求項5】前記高周波電力増幅モジュールは前記高出
力増幅器を順次複数従属接続する多段構成であり、 初段の高出力増幅器の各制御端子が前記入力端子に接続
され、 終段の高出力増幅器の各第1端子が前記出力端子に接続
され、 中段の高出力増幅器の各制御端子は前段の高出力増幅器
の第1端子に接続され、各第1端子は後段の高出力増幅
器の制御端子に接続され、 初段,中段または終段のうちの少なくとも一つの高出力
増幅器に前記第1容量,前記第1抵抗,前記第2抵抗お
よび前記第2容量が組み込まれ、 各段の高出力増幅器のコントロール端子にはそれぞれ所
定のコントロール電圧が印加されることを特徴とする請
求項2または請求項3に記載の無線通信装置。
5. The high-frequency power amplifier module has a multi-stage configuration in which a plurality of the high-output amplifiers are sequentially connected in cascade, each control terminal of a first-stage high-output amplifier is connected to the input terminal, Each first terminal is connected to the output terminal, each control terminal of the middle-stage high-power amplifier is connected to the first terminal of the previous-stage high-power amplifier, and each first terminal is connected to the control terminal of the subsequent-stage high-power amplifier. And the first capacitor, the first resistor, the second resistor, and the second capacitor are incorporated in at least one of a first stage, a middle stage, and a last stage, and a control terminal of the high output amplifier in each stage. The wireless communication device according to claim 2, wherein a predetermined control voltage is applied to each of the wireless communication devices.
【請求項6】前記コントロール端子と前記第2抵抗との
間にはインダクタンスが接続されていることを特徴とす
る請求項1または請求項2に記載の無線通信装置。
6. The wireless communication apparatus according to claim 1, wherein an inductance is connected between the control terminal and the second resistor.
【請求項7】前記第二電圧端子と前記第2端子との間に
はインダクタンスが接続されていることを特徴とする請
求項1または請求項2に記載の無線通信装置。
7. The wireless communication device according to claim 1, wherein an inductance is connected between the second voltage terminal and the second terminal.
【請求項8】前記高出力増幅器を構成するトランジスタ
は単一の半導体基板にモノリシックに形成されているこ
とを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無線通
信装置。
8. The wireless communication apparatus according to claim 1, wherein the transistors constituting the high-power amplifier are formed monolithically on a single semiconductor substrate.
【請求項9】前記半導体基板にカレントミラー回路を構
成するセンサートランジスタがモノリシックに形成され
ていることを特徴とする請求項8に記載の無線通信装
置。
9. The wireless communication device according to claim 8, wherein a sensor transistor constituting a current mirror circuit is monolithically formed on the semiconductor substrate.
【請求項10】前記半導体基板にカレントミラー回路を
構成するセンサーダイオードがモノリシックに形成され
ていることを特徴とする請求項8に記載の無線通信装
置。
10. The wireless communication apparatus according to claim 8, wherein a sensor diode constituting a current mirror circuit is monolithically formed on said semiconductor substrate.
【請求項11】送信側出力段に高周波電力増幅モジュー
ルを有し、前記高周波電力増幅モジュールに接続される
アンテナを有する無線通信装置であって、 前記高周波電力増幅モジュールは、 入力端子と、 出力端子と、 コントロール端子と、 第一電圧端子と、 第二電圧端子と、 第1端子および第2端子ならびに前記第1端子と第2端
子間を流れる電流を制御するための制御端子とからなる
トランジスタを複数並列に接続して構成される高出力増
幅器と、 前記各トランジスタの制御端子に接続される第1抵抗
と、前記各第1抵抗に直列に接続され前記入力端子に接
続される単一の第2容量と、前記各第1抵抗に直列に接
続され前記コントロール端子に接続される単一の第2抵
抗とを有し、 前記出力端子は前記各トランジスタの第1端子に接続さ
れ、 前記第一電圧端子は前記各トランジスタの第1端子に接
続され、 前記第二電圧端子は前記各トランジスタの第2端子に接
続される高周波電力増幅モジュールとする無線通信装
置。
11. A wireless communication device having a high-frequency power amplifier module at a transmission-side output stage and having an antenna connected to the high-frequency power amplifier module, wherein the high-frequency power amplifier module has an input terminal, an output terminal A control terminal, a first voltage terminal, a second voltage terminal, a first terminal, a second terminal, and a control terminal for controlling a current flowing between the first terminal and the second terminal. A plurality of high-output amplifiers connected in parallel; a first resistor connected to a control terminal of each of the transistors; and a single first resistor connected in series to each of the first resistors and connected to the input terminal. A second resistor connected in series with each of the first resistors and connected to the control terminal, and the output terminal is connected to a first terminal of each of the transistors. Is, the first voltage terminal connected to the first terminal of each transistor, the second voltage terminal to a wireless communications apparatus that a high-frequency power amplifier module connected to the second terminal of the respective transistors.
【請求項12】前記高出力増幅器を構成する複数のトラ
ンジスタを一つ、もしくは複数のブロックからなるよう
配置し、そのブロック毎に前記第1容量および第2抵抗
を各々有することを特徴とする請求項11に記載の無線
通信装置。
12. A high-power amplifier comprising a plurality of transistors arranged in one or a plurality of blocks, each of which has the first capacitance and the second resistor. Item 12. The wireless communication device according to item 11.
【請求項13】前記各ブロック内のトランジスタ間の放
熱熱抵抗の差が、前記高出力増幅器の放熱熱抵抗に比べ
て小さいことを特徴とする請求項12に記載の無線通信
装置。
13. The wireless communication apparatus according to claim 12, wherein a difference in heat radiation heat resistance between the transistors in each block is smaller than a heat radiation heat resistance of the high-power amplifier.
【請求項14】前記各ブロック内のトランジスタ間の放
熱熱抵抗の偏差に対する前記高出力増幅器の放熱熱抵抗
の比が、ブロックごとに複数並列接続された前記第1抵
抗の並列抵抗値に対する前記第2抵抗値と前記第1抵抗
の並列抵抗値の和の比の1/2程度以下であることを特
徴とする請求項13に記載の無線通信装置。
14. The ratio of the heat dissipation thermal resistance of the high-power amplifier to the deviation of the heat dissipation thermal resistance between the transistors in each of the blocks, wherein the ratio of the heat dissipation thermal resistance of the plurality of first resistors connected in parallel to each block is the second resistance. 14. The wireless communication apparatus according to claim 13, wherein the ratio is about 1/2 or less of the ratio of the sum of the two resistances and the parallel resistance of the first resistor.
【請求項15】入力端子と、 出力端子と、 バイアス端子と、 第1端子および第2端子ならびに前記第1端子と第2端
子間を流れる電流を制御するための制御端子とからなる
トランジスタを複数並列に接続して構成される高出力増
幅器と、 前記入力端子と前記各トランジスタの制御端子との間に
それぞれ配置され、前記入力端子に接続される第1容量
C2A〜C2Nおよびこの第1容量C2A〜C2Nに直列に接続
され前記制御端子に接続される第1抵抗R1A〜R1Nと、 前記バイアス端子と前記各トランジスタの制御端子との
間にそれぞれ配置され、前記第1抵抗R1A〜R1Nと前記
第1容量C2A〜C2N間のノードに接続される第2抵抗R
2A〜R2Nとを有し、 前記出力端子は前記トランジスタの各第1端子に接続さ
れる半導体装置。
15. A plurality of transistors each comprising an input terminal, an output terminal, a bias terminal, a first terminal, a second terminal, and a control terminal for controlling a current flowing between the first terminal and the second terminal. A high-output amplifier configured to be connected in parallel; first capacitors C2A to C2N and first capacitors C2A to C2N connected between the input terminals and the control terminals of the transistors, respectively, and connected to the input terminals. To C2N, connected in series to the control terminal, and first resistors R1A to R1N, respectively disposed between the bias terminal and the control terminal of each of the transistors, the first resistors R1A to R1N and A second resistor R connected to a node between one capacitor C2A to C2N
2A to 2N, wherein the output terminal is connected to each first terminal of the transistor.
【請求項16】前記第1抵抗R1A〜R1Nに並列に接続さ
れる第2容量C1A〜C1Nを有することを特徴とする請求
項15に記載の半導体装置。
16. The semiconductor device according to claim 15, further comprising second capacitors C1A to C1N connected in parallel to said first resistors R1A to R1N.
【請求項17】前記端子と、 出力端子と、 バイアス端子と、 第1端子および第2端子ならびに前記第1端子と第2端
子間を流れる電流を制御するための制御端子とからなる
トランジスタを複数並列に接続して構成される高出力増
幅器と、 前記入力端子と前記各トランジスタの制御端子との間に
それぞれ配置され、前記入力端子に接続される単一の第
1容量C2およびこの第1容量C2に直列に接続され前
記制御端子に接続される第1抵抗R1A〜R1Nと、 前記バイアス端子と前記各トランジスタの制御端子との
間にそれぞれ配置され、前記第1抵抗R1A〜R1Nと前記
第1容量C2間のノードに接続される単一の第2抵抗R
2とを有し、 前記出力端子は前記トランジスタの各第1端子に接続さ
れる半導体装置。
17. A plurality of transistors each comprising the terminal, an output terminal, a bias terminal, a first terminal, a second terminal, and a control terminal for controlling a current flowing between the first terminal and the second terminal. A high-power amplifier configured to be connected in parallel, a single first capacitor C2 disposed between the input terminal and the control terminal of each transistor, and connected to the input terminal; A first resistor R1A to R1N connected in series to C2 and connected to the control terminal; and a first resistor R1A to R1N disposed between the bias terminal and the control terminal of each transistor, respectively. A single second resistor R connected to a node between the capacitors C2
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the output terminal is connected to each first terminal of the transistor.
【請求項18】前記第1抵抗R1A〜R1Nに並列に接続さ
れる第2容量C1A〜C1Nを有することを特徴とする請求
項17に記載の半導体装置。
18. The semiconductor device according to claim 17, further comprising second capacitors C1A to C1N connected in parallel to said first resistors R1A to R1N.
【請求項19】前記各トランジスタの動作時における直
流の電圧降下が0.15V程度以下であり、前記第1抵
抗の抵抗値は1Ω程度以下であり、前記第2容量の容量
値は5pF程度以下であることを特徴とする請求項15
または請求項17に記載の半導体装置。
19. A DC voltage drop during operation of each of the transistors is about 0.15 V or less, a resistance value of the first resistor is about 1 Ω or less, and a capacitance value of the second capacitor is about 5 pF or less. 16. The method according to claim 15, wherein
Alternatively, the semiconductor device according to claim 17.
【請求項20】前記半導体装置を構成する半導体基板に
カレントミラー回路を構成するセンサー回路がモノリシ
ックに形成されていることを特徴とする請求項15また
は請求項16に記載の半導体装置。
20. The semiconductor device according to claim 15, wherein a sensor circuit forming a current mirror circuit is monolithically formed on a semiconductor substrate forming the semiconductor device.
【請求項21】前記高出力増幅器を構成する複数のトラ
ンジスタを一つ、もしくは複数のブロックからなるよう
配置し、そのブロック毎に前記第1容量および第2抵抗
を各々有することを特徴とする請求項15または請求項
16に記載の半導体装置。
21. A high-power amplifier comprising a plurality of transistors arranged in one or a plurality of blocks, each of which has the first capacitance and the second resistor. 17. The semiconductor device according to claim 15 or 16.
【請求項22】前記各ブロック内のトランジスタ間の放
熱熱抵抗の差が、前記高出力増幅器の放熱熱抵抗に比べ
て小さいことを特徴とする請求項21に記載の半導体装
置。
22. The semiconductor device according to claim 21, wherein a difference in heat radiation heat resistance between transistors in each of said blocks is smaller than a heat radiation heat resistance of said high power amplifier.
【請求項23】前記各ブロック内のトランジスタ間の放
熱熱抵抗の偏差に対する前記高出力増幅器の放熱熱抵抗
の比が、ブロックごとに複数並列接続された前記第1抵
抗の並列抵抗値に対する前記第2抵抗値と前記第1抵抗
の並列抵抗値の和の比の1/2程度以下であることを特
徴とする請求項21に記載の半導体装置。
23. The ratio of the heat dissipation thermal resistance of the high-output amplifier to the deviation of the heat dissipation thermal resistance between the transistors in each of the blocks is different from the parallel resistance value of the plurality of first resistors connected in parallel for each block. 22. The semiconductor device according to claim 21, wherein the ratio is not more than about 1/2 of a ratio of a sum of two resistance values and a parallel resistance value of the first resistor.
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