JP2001237647A - 高周波用電力増幅器 - Google Patents

高周波用電力増幅器

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JP2001237647A
JP2001237647A JP2000044761A JP2000044761A JP2001237647A JP 2001237647 A JP2001237647 A JP 2001237647A JP 2000044761 A JP2000044761 A JP 2000044761A JP 2000044761 A JP2000044761 A JP 2000044761A JP 2001237647 A JP2001237647 A JP 2001237647A
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circuit
high frequency
bonding wire
electrode
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芳弘 阪本
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Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波増幅部の接地に用いるワイヤボンディ
ング線路のインダクタ成分による交流利得の低下を改善
し、より一層の高効率化を図る。 【解決手段】 入力電極からの高周波信号を増幅して出
力電極より送出する高周波トランジスタＱ11と、入力電
極に接続された入力整合回路12と、出力電極に接続され
た出力整合回路13および直流電流バイアス回路とを具備
するとともに、高周波トランジスタＱ11は、ボンディン
グワイヤＬ16とこれに並列接続されたコンデンサＣ15と
から成る並列共振回路14を介して接地されている高周波
用電力増幅器である。高周波トランジスタＱ11のソース
電極部のインダクタ成分を低減でき、交流利得の低下を
改善できる。また、並列共振回路14の共振周波数を高周
波トランジスタＱ11で発生する２次高調波の周波数に合
わせることで、２次高調波を低減して効率も改善でき、
高性能化の要求に対応可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話を始めとす
る移動体通信機等においてマイクロ波帯等の高周波電力
の増幅に使用される高周波用電力増幅器に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話を始めとする移動体通信
機等に使用される半導体デバイスや電子部品に対する小
型化・軽量化の要求が強くなっており、中でも、これら
の機器においてマイクロ波帯等の高周波信号を送信する
ために増幅する高周波用電力増幅器に対する効率化・小
型化・高性能化・コストダウンの要求がますます強くな
っている。
【０００３】従来の高周波用電力増幅器の回路構成の例
を図４に回路図で示す。図４において、高周波用電力増
幅器１は所定の値の比誘電率を有する誘電体基板を用い
た回路基板（図示せず）上に構成されている。Ｑ１は高
周波電力の増幅を行なう高周波増幅部としての高周波ト
ランジスタであり、ここでは電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）を用いた例を示す。この高周波トランジスタＱ１
は、回路基板に搭載されて、その回路基板に形成された
各電極部とはワイヤボンディングにて電気的に接続され
ている。
【０００４】２は入力整合回路であり、高周波トランジ
スタＱ１の入力電極であるゲート電極に接続された、高
周波信号の基本周波数に対してインピーダンス整合をと
るためのものである。また、３は高周波トランジスタＱ
１の出力電極であるドレイン電極に接続された出力整合
回路である。
【０００５】入力整合回路２には、入力端子４に接続さ
れる入力回路（図示せず）とのインピーダンス整合を最
適なものとするための分布定数線路、例えば入力側マイ
クロストリップ線路Ｌ１が用いられ、高周波トランジス
タＱ１のゲート電極と入力端子４との間には入力側直流
阻止コンデンサＣ１が接続されている。また、入力側マ
イクロストリップ線路Ｌ１には、抵抗Ｒ１を介してゲー
トバイアス電圧供給端子５が接続されており、入力整合
用コンデンサＣ２を介して接地されている。
【０００６】一方、出力整合回路３には、出力端子７に
接続される外部回路（図示せず）とのインピーダンス整
合を最適なものとして所望の出力特性に整合をとるため
の分布定数線路、例えば出力側マイクロストリップ線路
Ｌ３が用いられ、高周波トランジスタＱ１のドレイン電
極と出力端子７との間には出力側直流阻止コンデンサＣ
３が接続されている。出力側マイクロストリップ線路Ｌ
３は出力整合用コンデンサＣ４を介して接地されてい
る。
【０００７】また、高周波トランジスタＱ１のドレイン
電極には、これに直流電流を供給するためのバイアス回
路として、分布定数線路であるドレインマイクロストリ
ップ線路Ｌ２を介してドレインバイアス供給端子６が、
出力側マイクロストリップ線路Ｌ３との間に接続される
等の形式で接続されている。なお、このドレインマイク
ロストリップ線路Ｌ２は、通常は基本周波数の４分の１
波長の長さになるようにして高周波トランジスタＱ１の
ドレイン側から見てインピーダンスが無限大に見えるよ
うにするか、あるいは回路のインピーダンスから見て無
視できるほどの大きなインピーダンスとなる線路長に設
定されている。
【０００８】Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６は回路基板との電気的な
接続に用いられるボンディングワイヤのインダクタ成分
を示している。ボンディングワイヤＬ６は回路基板に形
成された接地電極に接続されており、これにより高周波
トランジスタＱ１のソース電極が接地されている。
【０００９】従来の高周波用電力増幅器１においては、
このような構成により、高周波信号の基本周波数に対す
る出力インピーダンス整合をとり、効率化・高性能化を
図っていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、さらな
る高性能化の市場要求が高まる中、高周波用電力増幅器
に対しては、より一層高効率化を図ることが強く求めら
れている。上記のように高周波増幅部のソース電極と回
路基板の接地電極とをボンディングワイヤによって電気
的に接続して接地している場合は、そのボンディングワ
イヤのインダクタ成分によって交流利得が低下するとい
う問題点があり、高周波用電力増幅器の高効率化・高性
能化を図る上で、この交流利得の低下を改善しなければ
いけないという課題があった。
【００１１】このように交流利得が低下するのは以下の
ような理由による。高周波トランジスタＱ１のドレイン
のインピーダンス成分をＺｄ、ソースのインピーダンス
成分をＺｓ、ドレイン電圧の交流成分をΔＶｄ、電流成
分をΔＩｄとすると、ΔＶｄ＝ΔＩｄ×Ｚｄと表わすこ
とができる。また、入力電圧Ｖｉによるソース電流の交
流成分ΔＩｓはΔＩｓ＝Ｖｉ／Ｚｓとなり、近似的にΔ
Ｉｓ＝ΔＩｄより、ΔＶｄ＝（Ｖｉ／Ｚｓ）×Ｚｄとな
る。さらに、出力電圧Ｖｏの交流電圧は近似的にＶｏ＝
ΔＶｄであることより、Ｖｏ＝（Ｖｉ／Ｚｓ）×Ｚｄと
表わすことができる。これから、交流的な利得Ａｖは、
Ａｖ＝Ｖｏ／Ｖｉ＝Ｚｄ／Ｚｓとなる。
【００１２】これによりソースのインダクタ成分が増
加、すなわちＺｓが増加することは、高周波トランジス
タＱ１の交流利得を低下させることになる。
【００１３】本発明は上記課題を解決すべく案出された
ものであり、その目的は、高周波増幅部のソース電極と
回路基板の接地電極とを電気的に接続するボンディング
ワイヤのインダクタンス成分による交流利得の低下を改
善し、高効率化および高性能化の要求に対応可能な高周
波用電力増幅器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波用電力増
幅器は、入力電極からの高周波信号を増幅して出力電極
より送出する高周波増幅部と、前記入力電極に接続さ
れ、前記高周波信号の基本周波数に対してインピーダン
ス整合をとるための入力整合回路と、前記出力電極に接
続された出力整合回路および直流電流バイアス回路とを
具備するとともに、前記高周波増幅部は、ボンディング
ワイヤとこのボンディングワイヤに並列接続されたコン
デンサとから成る並列共振回路を介して接地されている
ことを特徴とするものである。
【００１５】本発明の高周波用電力増幅器によれば、高
周波増幅部が、ボンディングワイヤとこのボンディング
ワイヤに並列接続されたコンデンサとから成る並列共振
回路を介して接地されていることから、この並列共振回
路により、高周波増幅部に対して直流信号には影響を与
えることなく、その一方で高周波信号はボンディングワ
イヤに生じたインダクタ成分を介さずボンディングワイ
ヤに並列に接続したコンデンサを通じて接地へと伝搬さ
せることができる。
【００１６】これにより、高周波増幅部のソース電極部
に対するボンディングワイヤのインダクタ成分を低減で
きる。このことは、交流利得Ａｖの上記式Ａｖ＝Ｚｄ／
Ｚｓにおいて、ソース電極部の合成インピーダンスＺｓ
を低下させることに等しいことから、これにより交流利
得の低下を改善することができる。
【００１７】また、ボンディングワイヤとコンデンサと
で構成される並列共振回路の共振周波数を高周波増幅部
で発生する２次高調波の周波数に合わせることにより、
２次高調波信号に対してはインピーダンスは無限大とな
ってその伝搬を阻止する一方、それ以外の周波数の高周
波信号に対しては伝搬しやすいものとなる。一般に、高
周波増幅部において発生する高調波は偶数次のものに限
られていることから、この成分をゼロもしくは低下させ
ることで効率の改善に貢献することができる。したがっ
て、２次高調波を低減させる共振回路を付加することに
より高周波増幅部の効率を改善し、高効率化および高性
能化を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の高周波用電力増幅
器を図面に基づき説明する。
【００１９】図１は本発明の高周波用電力増幅器の実施
の形態の一例の回路構成を示す回路図である。
【００２０】図１において、本発明の高周波用電力増幅
器Ｑ11は、所定の値の比誘電率を有する誘電体材料から
成る誘電体基板を用いて、その表面に接地電極を始めと
する所定の電極が形成された回路基板（図示せず）上に
構成されている。Ｑ11は電力増幅を行なう高周波増幅部
としての高周波トランジスタであり、例えば数百ＭＨｚ
から数ＧＨｚといった分布定数線路が適用できる周波数
範囲において用いられる増幅部である。ここでは電界効
果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた例を示す。
【００２１】12は入力整合回路であり、高周波トランジ
スタＱ11の入力電極であるゲート電極に接続された、高
周波信号の基本周波数に対してインピーダンス整合をと
るためのものである。また、13は高周波トランジスタＱ
11の出力電極であるドレイン電極に接続された出力整合
回路である。
【００２２】入力整合回路12には、入力端子14に接続さ
れる入力回路（図示せず）とのインピーダンス整合を最
適なものとするための分布定数線路、例えば入力側マイ
クロストリップ線路Ｌ11を用いている。また、入力側マ
イクロストリップ線路Ｌ11は、抵抗Ｒ11を介してゲート
バイアス電圧供給端子15が接続されており、入力整合用
コンデンサＣ12を介して接地されている。
【００２３】一方、出力整合回路13には、出力端子17に
接続される外部回路（図示せず）とのインピーダンス整
合を最適なものとして所望の出力特性、例えば歪み特性
・出力電力・消費電流等を単独であるいは同時に満足す
るように整合をとるための分布定数線路、例えば出力側
マイクロストリップ線路Ｌ13を用いている。また、高周
波トランジスタＱ11のドレイン電極と出力端子17との間
には、出力側直流阻止コンデンサＣ13が接続されてい
る。
【００２４】そして、出力側マイクロストリップ線路Ｌ
13あるいは出力端子17には出力整合用コンデンサＣ14が
接続され、これを介して接地されている。これら出力側
マイクロストリップ線路Ｌ13および出力整合用コンデン
サＣ14により出力整合回路13が構成されている。
【００２５】また、高周波トランジスタＱ11のドレイン
電極には、これに直流電流を供給するためのバイアス回
路として、分布定数線路であるドレインマイクロストリ
ップ線路Ｌ12を介してドレインバイアス供給端子16が、
出力側マイクロストリップ線路Ｌ13との間に接続される
等の形式で接続されている。
【００２６】Ｌ14，Ｌ15，Ｌ16は、高周波トランジスタ
Ｑ11を回路基板に搭載するときに回路基板上の電極と高
周波トランジスタＱ11の各電極とを接続するために用い
る、所定のインダクタ成分を有するボンディングワイヤ
を表しており、高周波トランジスタＱ11のソース電極は
それに接続された所定のインダクタ成分を有するボンデ
ィングワイヤＬ16を介して接地されている。
【００２７】そして、Ｃ15は、高周波トランジスタＱ11
のソース電極と回路基板の接地電極との間でボンディン
グワイヤに並列接続された、所定の容量を有するコンデ
ンサを表している。このように、本発明の高周波用電力
増幅器11においては、高周波トランジスタＱ11のソース
電極を接地するボンディングワイヤＬ16にコンデンサＣ
15が並列接続され、ボンディングワイヤＬ16のインダク
タ成分とコンデンサＣ15の容量とにより所定の共振特性
に調整された並列共振回路14が構成されており、高周波
トランジスタＱ11がこの並列共振回路14を介して接地さ
れていることを特徴とする。
【００２８】この具体的な構成の例としては、高周波増
幅部である高周波トランジスタＱ11を回路基板に搭載し
てそのソース電極と回路基板上の接地電極とをボンディ
ングワイヤＬ16で接続し、この回路基板上にコンデンサ
Ｃ15としてチップコンデンサを実装するとともにこれを
ボンディングワイヤＬ16に並列接続することにより並列
共振回路14を構成すればよい。そして、この並列共振回
路14の共振特性は、ボンディングワイヤＬ16のインダク
タ成分およびコンデンサＣ15の容量の値を調節すること
により所望の特性に調整することができる。
【００２９】このように高周波トランジスタＱ11をボン
ディングワイヤＬ16とこれに並列接続されたコンデンサ
Ｃ15とから成る並列共振回路14を介して接地したことに
より、直流信号は従来の高周波用電力増幅器と同じくコ
ンデンサＣ15の影響を受けず接地へと伝搬するが、高周
波信号はコンデンサＣ15を通ってボンディングワイヤＬ
16のインダクタ成分を介さずに接地に伝搬することとな
る。特に、コンデンサＣ15の容量およびボンディングワ
イヤＬ16のインダクタ成分の値にて設定される並列共振
周波数信号に対してはインピーダンスは無限大となり、
それ以外の周波数に対しては伝搬しやすいものとなり、
いわゆるノッチフィルタの働きをするものとなる。
【００３０】したがって、このような並列共振回路14を
有する本発明の高周波用電力増幅器11によれば、コンデ
ンサＣ15の容量とボンディングワイヤＬ16のインダクタ
成分とによって設定される共振周波数を高周波トランジ
スタＱ11で発生する２次高調波の周波数に合わせること
により、高周波トランジスタＱ11の増幅効率を改善で
き、かつ高周波信号に対しては高周波トランジスタＱ11
のソースインピーダンスを小さくでき、これらにより利
得を改善することができる。
【００３１】次に、このような本発明の高周波用電力増
幅器Ｑ11の並列共振回路14を構成する部分につき、さら
に詳細に説明する。
【００３２】並列共振回路14において、容量素子である
コンデンサＣ15は、直流信号を伝搬させにくい働きがあ
るため、例えばこの並列共振回路14に上部（高周波トラ
ンジスタＱ11側）から直流信号が入ると、この直流信号
はボンディングワイヤＬ16を介して下部より接地へと出
力される。一方、並列共振回路14における誘導インダク
タンス素子であるボンディングワイヤＬ16は、高周波信
号を伝搬させる働きがあるため、並列共振回路14に上部
から高周波信号が入ると、コンデンサＣ15を介して下部
より接地へと出力される。これにより、高周波トランジ
スタＱ11のソース電極と接地間の合成インピーダンスは
低く抑えられることとなり、高周波信号における利得を
改善することができる。
【００３３】さらに、コンデンサＣ15およびボンディン
グワイヤＬ16は、並列共振回路14を構成するため、すべ
ての高周波信号を同等に伝搬させる訳ではなく、これら
の各定数で設定される共振周波数の高周波信号に対して
は伝搬させにくい働きをする。
【００３４】例えば、コンデンサＣ15の値を100ｐＦと
すると、径25μｍ・長さ0.3ｍｍのボンディングワイヤ
Ｌ16のインダクタ成分は約0.17ｎＨとなることより、並
列共振回路14の共振周波数は約1.2ＧＨｚとなる。この
ように、コンデンサＣ15およびボンディングワイヤＬ16
により設定される共振周波数を例えば２次高調波信号と
等しくなるように設定することで、２次高調波は伝搬さ
れずにそれ以外の周波数の高周波信号は伝搬されるよう
になり、これにより高周波トランジスタＱ11の効率を改
善することができる。
【００３５】このような本発明の高周波用電力増幅器11
によれば、従来の高周波用電力増幅器１に比べ、高周波
利得の改善と、２次高調波を除去することによる高周波
用電力増幅器の効率を改善とを行なうことができ、性能
向上の要求に対応することが可能となる。
【００３６】図２に、このような本発明の高周波用電力
増幅器11における並列共振回路14の構成例を側面図で示
す。
【００３７】図２において、20は誘電体基板を用いた回
路基板、21は回路基板20の表面に形成された接地電極、
22は回路基板20上の搭載部に搭載された高周波トランジ
スタＱ11等の高周波増幅部、23は高周波増幅部22の接地
電極（図１に示す高周波トランジスタＱ11のソース電
極）と接地電極21とを電気的に接続するボンディングワ
イヤ（図１に示すボンディングワイヤＬ16）である。24
は回路基板20上の絶縁帯25上に搭載実装されたコンデン
サ（図１に示すコンデンサＣ15）であり、ここではチッ
プコンデンサを用いた例を示している。
【００３８】そして、このチップコンデンサ24（Ｃ15）
は、高周波増幅部22の接地電極（高周波トランジスタＱ
11のソース電極）とボンディングワイヤ26で、また接地
電極21とボンディングワイヤ27でそれぞれ電気的に接続
されることにより、ボンディングワイヤ23に並列接続さ
れている。このような構成により、高周波増幅部22はボ
ンディングワイヤ23（Ｌ16）とこのボンディングワイヤ
23（Ｌ16）に並列接続されたチップコンデンサ24（Ｃ1
5）とから成る並列共振回路14を介して接地されてい
る。
【００３９】ここで、ボンディングワイヤ26および27は
いずれもボンディングワイヤ23（Ｌ16）に比べて非常に
短いことからそのインダクタンス成分はほとんど無視す
ることができ、ボンディングワイヤ23（Ｌ16）のインダ
クタンス成分の値とチップコンデンサ24（Ｃ15）の容量
値とを前述のように適切に選択することにより、所望の
共振周波数を有する並列共振回路14を構成して、高周波
用電力増幅器の高効率化および高性能化を実現すること
ができる。
【００４０】なお、本発明の高周波用電力増幅器は以上
の実施の形態例に限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更や改良が可能で
ある。例えば、図２においてはコンデンサ24（Ｃ15）を
回路基板20上の絶縁帯25上に搭載実装し、その電極にそ
れぞれボンディングワイヤ26および27を接続したが、図
３に図２と同様の側面図で示すように、回路基板20上の
絶縁帯25の上にコンデンサ24（Ｃ15）の電極に対応させ
て一対の実装用電極28を形成し、この実装用電極28にコ
ンデンサ24（Ｃ15）を搭載実装するとともに、ボンディ
ングワイヤ26および27をこの実装用電極28のそれぞれに
接続するようにしてもよい。
【００４１】また、入力整合回路12や出力整合回路13・
直流電流バイアス回路を構成する分布定数線路Ｌ11〜Ｌ
13は、上記の例で示したマイクロストリップ線路に限ら
れず、回路基板内に形成されたストリップ線路を用いて
もよいことは言うまでもない。
【００４２】さらに、高周波増幅部としては、以上の例
で示した電界効果トランジスタ等の高周波トランジスタ
の他にも、同様の高周波電力増幅機能を有する高周波用
の電力増幅回路等を用いてもよい。
【００４３】
【発明の効果】本発明の高周波用電力増幅器によれば、
高周波増幅部が、ボンディングワイヤとこのボンディン
グワイヤに並列接続されたコンデンサとから成る並列共
振回路を介して接地されていることから、この並列共振
回路により、高周波増幅部に対して直流信号には影響を
与えることなく、その一方で高周波信号はボンディング
ワイヤに生じたインダクタ成分を介さずボンディングワ
イヤに並列に接続したコンデンサを通じて接地へと伝搬
させることができる。
【００４４】これにより、高周波増幅部のソース電極部
に対するボンディングワイヤのインダクタ成分を低減で
き、交流利得Ａｖ＝Ｚｄ／Ｚｓにおいてソース電極部の
合成インピーダンスＺｓを低下させることに等しいこと
となって、交流利得の低下を改善することができる。
【００４５】また、ボンディングワイヤとコンデンサと
で構成される並列共振回路の共振周波数を高周波増幅部
で発生する２次高調波の周波数に合わせることにより、
２次高調波の成分を低減して高周波増幅部の効率を改善
することができ、高効率化および高性能化を実現するこ
とができる。
【００４６】以上により、本発明によれば、高周波増幅
部のソース電極と回路基板の接地電極とを電気的に接続
するボンディングワイヤのインダクタンス成分による交
流利得の低下を改善し、高効率化および高性能化の要求
に対応可能な高周波用電力増幅器を提供することができ
た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波用電力増幅器の実施の形態の一
例の回路構成を示す回路図である。
【図２】本発明の高周波用電力増幅器における並列共振
回路の構成例を示す側面図である。
【図３】本発明の高周波用電力増幅器における並列共振
回路の他の構成例を示す側面図である。
【図４】従来の高周波用電力増幅器の例の回路構成を示
す回路図である。
【符号の説明】
Ｑ11、22・・・高周波トランジスタ（高周波増幅部） 12・・・・・・入力整合回路 13・・・・・・出力整合回路 14・・・・・・共振回路 Ｌ16、23・・・ボンディングワイヤ Ｃ15、24・・・コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J067 AA01 AA04 AA41 CA27 CA36 FA20 HA09 HA25 HA29 HA33 KA00 KA12 KA13 KA29 KA66 KA68 KS11 KS21 LS12 MA21 QA04 5J091 AA01 AA04 AA41 CA27 CA36 FA20 HA09 HA25 HA29 HA33 KA00 KA12 KA13 KA29 KA66 KA68 MA21 QA04 5J092 AA01 AA04 AA41 CA27 CA36 FA20 GR09 HA09 HA25 HA29 HA33 KA00 KA12 KA13 KA29 KA66 KA68 MA21 QA04

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力電極からの高周波信号を増幅して出
    力電極より送出する高周波増幅部と、前記入力電極に接
    続され、前記高周波信号の基本周波数に対してインピー
    ダンス整合をとるための入力整合回路と、前記出力電極
    に接続された出力整合回路および直流電流バイアス回路
    とを具備するとともに、前記高周波増幅部は、ボンディ
    ングワイヤと該ボンディングワイヤに並列接続されたコ
    ンデンサとから成る並列共振回路を介して接地されてい
    ることを特徴とする高周波用電力増幅器。
JP2000044761A 2000-02-22 2000-02-22 高周波用電力増幅器 Pending JP2001237647A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100834866B1 (ko) 2005-07-29 2008-06-03 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 고주파 전력 증폭기
JP2010148057A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Sharp Corp 電力増幅器、集積回路及び通信装置
US8717102B2 (en) 2011-09-27 2014-05-06 Infineon Technologies Ag RF device with compensatory resonator matching topology

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JP2010148057A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Sharp Corp 電力増幅器、集積回路及び通信装置
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