JP2003008357A - 電力増幅装置 - Google Patents

電力増幅装置

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JP2003008357A
JP2003008357A JP2001186151A JP2001186151A JP2003008357A JP 2003008357 A JP2003008357 A JP 2003008357A JP 2001186151 A JP2001186151 A JP 2001186151A JP 2001186151 A JP2001186151 A JP 2001186151A JP 2003008357 A JP2003008357 A JP 2003008357A
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transmission line
output
bonding wire
power amplifier
substrate
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JP2001186151A
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Inventor
Masaaki Nishijima
将明 西嶋
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動体通信機器に用いられる高周波増幅回路
の高出力、高効率化を実現する。 【解決手段】 GaAsチップ206上にHBT207
が形成され、このHBT207の出力端パッド208は
第1のボンディングワイヤ101により、セラミック基
板210上に形成された伝送線路211の接続端に接続
され、MIMキャパシタ300はGaAsチップ206
上に形成され、第1の伝送線路TL1上の第1のボンデ
ィングワイヤ101の接続点に第2のボンディングワイ
ヤ102が接続されるとともに、MIMキャパシタ30
0はセラミック基板210上の接地導体パターン214
に接地される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力増幅装置、例
えば移動体通信機器に用いられる高周波増幅回路の高出
力、高効率化を実現する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】世界各国で携帯電話や携帯情報端末のよ
うに、様々な移動体通信機器が実用化されている。例え
ば日本では携帯電話として900MHz、1.5GHz
帯のセルラと1.9GHz帯のパーソナルハンディホン
システム(PHS)、世界的にはGSMそしてアメリカ
のPCSの中でもCDMAが挙げられる。今後、アナロ
グ方式、ディジタル方式に次ぐ、第三世代の方式とし
て、IMT2000が実用化される予定である。
【0003】移動体通信端末においては電池駆動が前提
であるため、端末に用いられる高周波部品、特に高周波
信号を送信するための電力増幅回路では、高出力時に、
高効率動作が求められる。
【0004】以下、図2において、従来の電力増幅装置
を説明する。
【0005】図2(a)は、従来の電力増幅装置の回路
図を示すものである。図2(a)において、エミッタ接
地されたトランジスタ201は、そのベース端子202
に高周波信号が入力され、そのコレクタ側の出力端子2
03にはワイヤ209を介して、直列に第1の伝送線路
211c(TL1)、第2の伝送線路211d(TL
2)、第3の伝送線路211e(TL3)が接続されて
おり、TL1とTL2との接続点は、第1の容量素子3
05(C1)を介して接地されており、TL2とTL3
との接続点は、第2の容量素子306(C2)を介して
接地されている。これら、TL1、TL2、TL3、C
1、C2は、トランジスタ201の出力整合回路MNo
utを構成している。
【0006】この出力整合回路MNoutは、トランジ
スタ201に対して高出力電力と高効率特性を同時に満
たす出力インピーダンスZLを送信出力端子205にイ
ンピーダンス変換(通常は50Ω)する機能を有する。
【0007】図2(b)は、図2(a)に示した回路を
実現する電力増幅装置の平面図である。図2(b)にお
いて、セラミック基板210上に伝送線路211とGa
Asチップ206が形成され、GaAsチップ206上
に出力電力として1Wクラスのヘテロバイポーラトラン
ジスタ(HBT)で構成されるトランジスタ201が形
成され、このHBT201の出力端パッド208は第1
のボンディングワイヤ101により、伝送線路211の
一端部に接続されている。
【0008】伝送線路211の第1の接続点213とセ
ラミック基板210上の接地導体パターン214の間に
第1キャパシタであるC1、第2の接続点215とセラ
ミック基板210上の接地導体パターン214の間に第
2キャパシタであるC2が接続され、ボンディングワイ
ヤ101とともに出力整合回路MNoutを構成してい
る。
【0009】トランジスタ201の出力インピーダンス
ZLは、ほぼ3Ωであり、上記出力整合回路MNout
により、送信出力端(伝送線路211の他端部)におい
てほぼ50Ωへの整合が実現されている。
【0010】なお、特開平8−130424号公報に示
されている高効率電力増幅回路では、エミッタ接地され
たトランジスタの出力端子にインピーダンス整合回路と
して4分の1波長線路を介して、ワイヤとMINキャパ
シタからなる直列共振回路を4分の1波長線路に対して
並列に接続して構成している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】図2(a)、(b)に
示す従来の電力増幅装置において、1Wクラス以上の高
出力電力と高効率特性を同時に満たす出力インピーダン
スは実抵抗で5Ω以下という低インピーダンスとなる。
このような低インピーダンスから、50Ωへインピーダ
ンス変換するには、ワイヤ、伝送線路の直列インダクタ
ンス成分と、並列のキャパシタンス成分を組合せて行
う。
【0012】図2(a)の出力整合回路を構成する各素
子について、ボンディングワイヤ101のリアクタンス
成分XLw(=ωLw), 第1の伝送線路211cであ
るTL1のリアクタンス成分X(TL1)、第2の伝送
線路211dであるTL2のリアクタンス成分X(TL
2)、第3の伝送線路211eであるTL3のリアクタ
ンス成分X(TL3)、第1の容量素子305であるC
1のリアクタンス成分X(C1)、第2の容量素子30
6であるC2のリアクタンス成分X(C2)とする。図
3は、スミスチャートを示すものである。図3におい
て、実線は、ZLから50Ωへの所望のインピーダンス
変換が実現できている場合の一例を示している。一般的
にボンディングワイヤ101相当のボンディングワイヤ
のリアクタンス成分と第一伝送線路TL1相当の伝送線
路のリアクタンス成分との和(XLw´)が、実線の場
合の値の近傍、もしくは、小さい場合であっても、ZL
から50Ωへの所望のインピーダンス変換が可能であ
る。
【0013】しかしながら、破線のようにボンディング
ワイヤ101のリアクタンス成分XLw(=ωLw)と
TL1のリアクタンス成分X(TL1)の和が先の実線
の場合の値よりも大きくなっている場合には、50Ωよ
り高いインピーダンスへ変換されてしまい、所望の50
Ωへは変換が困難となり、所望の50Ω変換に対する不
整合損失を引き起こし、高出力電力と高効率特性を同時
に満たすことが困難となる。
【0014】これは、図2(b)においてC1を第1の
接続点213に実装するスペースを確保するために、ボ
ンディングワイヤ101が接続された伝送線路211上
の接続点から第1キャパシタC1の第1の接続点213
までの物理的距離をある一定の距離を取らざるを得なく
なるからであり、その物理的距離がもたらすリアクタン
ス成分X(TL1)が要因となり生じる。
【0015】なお、特開平8−130424号公報に示
されている高効率電力増幅回路では、エミッタ接地され
たトランジスタの出力端子にワイヤを介してインピーダ
ンス整合回路として4分の1波長線路が接続されてお
り、伝送線路211のリアクタンス成分X(TL1)が
スミスチャート上で180°位相回転することになり、
所望の50Ωへは変換は実現できない。また、周波数が
1GHz〜2GHz帯では4分の1波長線路は大きな面
積を必要とし、電力増幅回路の小型化には向かず、実用
的ではない。
【0016】本発明は上記問題点に鑑み、移動体通信機
器に用いられる電力増幅装置の高出力、高効率化を実現
可能にすることを目的とするものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の電力増幅装置
は、基板と、前記基板上に形成された半導体基板と、前
記半導体基板に形成された増幅素子および容量素子と、
前記基板上に形成された伝送線路と、前記増幅素子の出
力端子と前記伝送線路とを電気的に接続するためのワイ
ヤと、前記伝送線路と前記容量素子とを電気的に接続す
るためのワイヤとを備え、前記容量素子が接地されてい
るものである。
【0018】本発明では、第1の伝送線路TL1は不要
となるために、従来例における課題として説明した第一
伝送線路TL1のリアクタンス成分X(TL1)が要因
となり生じる出力インピーダンスZLから50Ωへの変
換に対する不整合損失を避けることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態である
電力増幅装置について、図面を参照しながら詳細に説明
する。
【0020】図1は、本発明の実施の形態における電力
増幅装置を説明するための図面であり、図1(a)は、
電力増幅装置の平面図を示し、図1(b)は、電力増幅
装置の回路図を示す。
【0021】本発明の実施の形態における電力増幅装置
は、基板であるセラミック基板210と、セラミック基
板210上に形成された半導体基板で構成されるGaA
sチップ206と、GaAsチップ206に形成された
増幅素子であるHBT207、および容量素子であるM
IMキャパシタ300と、セラミック基板210上に形
成された伝送線路211と、HBT207の出力端子で
ある出力端パッド208と伝送線路211とを電気的に
接続するための第1のワイヤ101と、伝送線路211
とMIMキャパシタ300とを電気的に接続するための
第2のワイヤ102とを備えているものである。
【0022】さらに詳細に説明すると、GaAsチップ
206上に出力電力として1Wクラスのヘテロバイポー
ラトランジスタ(HBT)207が形成され、このHB
T207の出力端パッド208は第1のボンディングワ
イヤ101により、セラミック基板210上に形成され
た伝送線路211の一端部に接続されている。
【0023】MIMキャパシタ300は、GaAsチッ
プ206上に下部電極301と、シリコン窒化膜(Si
N)、あるいはチタン酸ストロンチウム(SrTiO)等で構成
される層間絶縁膜302と、上部電極303を順次積層
して構成されるものである。上部電極303に接続され
たボンディングパッド105には、第2のボンディング
ワイヤ102の一端が接続され、第2のボンディングワ
イヤ102の他端は、伝送線路211の一端部に接続さ
れている。
【0024】MIMキャパシタ300の下部電極301
は、GaAsチップ206に形成されたバイアホール1
06を介して、セラミック基板210とGaAsチップ
206の間に形成された接地導体パターン214に接地
される。
【0025】接地導体パターン214への接地はボンデ
ィングワイヤを用いて行ってもよい。
【0026】チップキャパシタ304は、伝送線路21
1の接続点103と接地導体パターン214の間に接続
され、上記第1のボンディングワイヤ101と伝送線路
211とともに出力整合回路MNoutを構成してい
る。図1(b)は、図1(a)の等価回路図である。但
し、図2(a)における第2の伝送線路211dが図1
(b)における伝送線路211aに相当し、図2(a)
における第3の伝送線路211eが図1(b)における
伝送線路211bに相当する。
【0027】本発明の電力増幅装置の特徴は、出力整合
回路MNoutにおいて従来の電力増幅装置における第
1の伝送線路TL1を介さずに、伝送線路211の一端
部にMIMキャパシタ300を接続し、HBT207と
MIMキャパシタ300をGaAsチップ206上に集
積して形成するという点であり、これによりHBT20
7の出力インピーダンスZL(ほぼ3Ω)から、伝送線路
211の他端部においてほぼ50Ωへの整合が実現さ
れ、高出力電力と高効率特性を同時に実現できる。
【0028】つまり、従来の電力増幅装置に示した第1
の伝送線路211cであるTL1は不要となるために、
TL1のリアクタンス成分X(TL1)が要因となり生
じる出力インピーダンスZLから50Ωへの変換に対す
る不整合損失を避けることができる。その結果、電力増
幅装置の高出力、高効率化を実現できる。
【0029】
【発明の効果】本発明では、第1の伝送線路が不要とな
るために、従来例における課題として説明した第1の伝
送線路のリアクタンス成分X(TL1)が要因となり生
じる出力インピーダンスZLから50Ωへの変換に対す
る不整合損失を避けることができ、電力増幅装置の高出
力、高効率化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における電力増幅器を示す
【図2】従来の電力増幅器を示す図
【図3】スミスチャート
【符号の説明】
101 第1のボンディングワイヤ 102 第2のボンディングワイヤ 103 接続点 104 GaAsチップ206上に形成される部分 105 ボンディングパッド 106 バイアホール 201 トランジスタ 202 ベース端子 203 出力端子 205 送信出力端子 206 GaAsチップ 207 ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT) 208 出力端パッド 210 セラミック基板 211 伝送線路 211c 第1の伝送線路 211a、211d 第2の伝送線路 211b、211e 第3の伝送線路 213 第1の接続点 214 接地導体パターン 215 第2の接続点 300 MIMキャパシタ 301 下部電極 302 層間絶縁膜 303 上部電極 304 チップキャパシタ 305 第1の容量素子 306 第2の容量素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J067 AA01 AA04 AA41 CA35 CA36 FA16 HA06 HA24 HA29 HA33 KA00 KA29 KA66 KA68 KS11 LS01 MA21 QA04 QS02 SA14 TA05 5J091 AA01 AA04 AA41 CA35 CA36 FA16 HA06 HA24 HA29 HA33 KA00 KA29 KA66 KA68 MA21 QA04 SA14 TA05 UW08 5J092 AA01 AA04 AA41 CA35 CA36 FA16 HA06 HA24 HA29 HA33 KA00 KA29 KA66 KA68 MA21 QA04 SA14 TA05

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、前記基板上に形成された半導体
    基板と、前記半導体基板に形成された増幅素子および容
    量素子と、前記基板上に形成された伝送線路と、前記増
    幅素子の出力端子と前記伝送線路とを電気的に接続する
    ためのワイヤと、前記伝送線路と前記容量素子とを電気
    的に接続するためのワイヤとを備え、前記容量素子が接
    地されていることを特徴とする電力増幅装置。
  2. 【請求項2】 前記基板と前記半導体基板との間に接地
    導体が形成され、前記半導体基板にバイアホールが形成
    され、前記容量素子が前記バイアホールを介して接地さ
    れていることを特徴とする電力増幅装置。
JP2001186151A 2001-06-20 2001-06-20 電力増幅装置 Withdrawn JP2003008357A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004075336A1 (ja) * 2003-02-21 2004-09-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 高周波回路
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US11929317B2 (en) 2020-12-07 2024-03-12 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Capacitor networks for harmonic control in power devices

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