JP2003257988A - トランジスタ回路および通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共通の基板上に配置され、互いに並列に接続
された複数個の複数の単位トランジスタを備えたトラン
ジスタ回路であって、高周波領域においても高利得およ
び高出力が得られるものを提供すること。 【解決手段】 共通の基板上で各単位トランジスタ２０
が占める領域の両側に接地導体１４が配置されている。
各単位トランジスタ２０が有する被接地電極１２は、そ
れぞれ引き出し電極１３を介してその単位トランジスタ
２０の両側で接地導体１４に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はトランジスタ回路
に関し、より詳しくは、共通の基板上に互いに並列接続
された複数個のトランジスタを備えたトランジスタ回路
に関する。

【０００２】また、この発明は、そのようなトランジス
タ回路を備えた通信装置に関する。

【０００３】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ＨＢ
Ｔ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）などのバイポ
ーラトランジスタでは、高出力化のために、エミッタ面
積を大きくすることが効果的である。しかし、単純にエ
ミッタ電極の幅と長さを大きくしただけでは、高周波特
性が劣化するとともに、電流密度が集中して熱暴走のよ
うな信頼性上の問題が生じる。このため、一般には、共
通の基板上に比較的サイズの小さい複数のバイポーラト
ランジスタ（これを「単位トランジスタ」と呼ぶ。）を
並べて配置し、それらの単位トランジスタを並列動作さ
せる技術が採用されている。

【０００４】例えば図６は、公知のマルチフィンガー構
造をもつバイポーラトランジスタの平面レイアウトを示
している（特開平８−９７２３０号公報）。このマルチ
フィンガー構造では、共通の基板１９０上に複数の短冊
状のエミッタ電極１１２が一方向（図６における横方
向）に並べて配置されている。各エミッタ電極１１２の
両側にベース電極１１０とコレクタ電極１１１とが櫛歯
状にパターン形成されている。なお、図６中には５個の
単位トランジスタ（右端の１個の単位トランジスタが占
める領域を２点鎖線で示す）１２０が含まれ、これに応
じて５個のエミッタ電極１１２が示されている。被接地
電極（接地されるべき電極）である各エミッタ電極１１
２は、エミッタ電極１１２の配列に沿って延びる共通の
エミッタ引き出し電極１１３を介して、エミッタ電極１
１２の配列の両端部で接地導体１１４に接続されてい
る。このようなマルチフィンガー構造を採用した場合、
低周波領域では高利得および高出力が得られる。

【０００５】しかしながら、この構造では、中央付近に
位置する単位トランジスタ１１２について、引き出し電
極１１３の長さが実質的に長くなり、その長さに応じて
グランドインダクタンス（被接地電極と接地導体との間
のインダクタンス）が大きくなるため、高周波領域で利
得が低下する傾向が生じる。このため、並列に並べる単
位トランジスタの数を多くしても、回路全体として高周
波領域で高利得および高出力が得られないという問題が
ある。

【０００６】また、特開平５−１２１９０８号公報に
は、トランジスタやダイオードなどの能動素子の入出力
部および回路中のインダクタやキャパシタなどの集中定
数線路の入出力部をそれぞれコプレーナ線路で構成し
て、高周波領域においても回路全体において良好な接地
ができるようにする技術が開示されている。しかしなが
ら、この特開平５−１２１９０８号公報に記載のもの
も、各単位トランジスタの被接地電極は、共通の引き出
し電極を介して、被接地電極の配列の両端部で接地導体
に接続されている。このため、図５に記載のものと同様
に、並列に並べる単位トランジスタの数を多くしても、
回路全体として高周波領域で高利得および高出力が得ら
れないという問題がある。

【０００７】そこで、この発明の課題は、共通の基板上
に配置され、互いに並列に接続された複数個の複数の単
位トランジスタを備えたトランジスタ回路であって、高
周波領域においても高利得および高出力が得られるもの
を提供することにある。

【０００８】また、この発明の課題は、そのようなトラ
ンジスタ回路を備えた通信装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明のトランジスタ回路は、共通の基板上に配
置され、互いに並列に接続された複数個の単位トランジ
スタを備え、上記基板上で各単位トランジスタが占める
領域の両側に接地導体が配置され、上記各単位トランジ
スタが有する被接地電極はそれぞれ引き出し電極を介し
てその単位トランジスタの両側で上記接地導体に接続さ
れていることを特徴とする。

【００１０】この明細書において、「被接地電極」とは
接地されるべき（または接地された）電極を意味する。

【００１１】この発明のトランジスタ回路では、各単位
トランジスタが有する被接地電極はそれぞれ引き出し電
極を介してその単位トランジスタの両側で接地導体に接
続されている。したがって、各単位トランジスタの被接
地電極と接地導体とを接続する引き出し電極の長さは、
並列に接続された単位トランジスタの数を多くしても、
長くなることはない。つまり、この発明のトランジスタ
回路では、従来のように共通の引き出し電極を用いる場
合に比して、各単位トランジスタの引き出し電極の長さ
を短い状態にでき、各単位トランジスタについて引き出
し電極に伴うグランドインダクタンスを小さく抑えるこ
とができる。したがって、高周波領域においても高利得
および高出力が得られる。

【００１２】一実施形態のトランジスタ回路は、上記各
単位トランジスタの入力部と出力部はそれぞれブリッジ
導体を含むコプレーナ線路で構成され、上記各単位トラ
ンジスタの入力部のコプレーナ線路が合流してブリッジ
導体を含む共通のコプレーナ線路を構成し、上記各単位
トランジスタの出力部のコプレーナ線路が合流してブリ
ッジ導体を含む共通のコプレーナ線路を構成しているこ
とを特徴とする。

【００１３】この明細書において、「コプレーナ線路」
は、中心導体と、その両側に沿って設けられた接地導体
と、それらの接地導体の上記中心導体側の端部を互いに
接続するブリッジ導体とを有する。

【００１４】この一実施形態のトランジスタ回路では、
各単位トランジスタの入力側、出力側がブリッジ導体を
含むコプレーナ線路で構成されているので、各中心導体
の両側近傍で接地導体の端部の電位が等しくなって、高
周波領域においても良好な接地が得られる。また、各単
位トランジスタの入力側、出力側で線路インピーダンス
が定まって、寄生線路の影響が除去される。

【００１５】一実施形態のトランジスタ回路は、上記単
位トランジスタがバイポーラトランジスタであることを
特徴とする。

【００１６】特に、上記単位トランジスタが縦型構造を
もつＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）など
のバイポーラトランジスタであるのが望ましい。例え
ば、上記単位トランジスタが縦型構造をもつＨＢＴであ
れば、横型構造をもつＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
系のＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）に比べて、
実際の素子設計レベルでは直流投入電力密度が約３倍大
きく、寸法が約１／３程度となる。したがって、回路サ
イズを小さく抑えることができる。

【００１７】また、この発明の通信装置は、上述のトラ
ンジスタ回路を備えたことを特徴とする。

【００１８】この発明の通信装置は、トランジスタ回路
によって高周波領域においても高利得および高出力が得
られるので、ミリ波の増幅回路や逓倍回路等に好適に用
いられる。この種の通信装置は、例えば、共通の半導体
基板上に形成されたモノリシックマイクロ波集積回路
（ＭＭＩＣ）によって小型に構成される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明の一実施形態のトランジス
タ回路９０の平面レイアウトを示している。このトラン
ジスタ回路９０は、共通の基板上に配置され、互いに並
列に接続された複数個の縦型構造をもつＨＢＴ（ヘテロ
接合バイポーラトランジスタ）からなる単位トランジス
タ２０を備えている。この例では、互いに同じ構造とパ
ターンをもつ４個の単位トランジスタ２０が一方向（図
１における横方向）に互いに一定の間隔で並べて配置さ
れている。この基板上で各単位トランジスタ２０が占め
る領域の周りに接地導体１４が配置されている。なお、
右端の１個の単位トランジスタ２０が占める領域を２点
鎖線で示している。

【００２１】各単位トランジスタ２０は、短冊状のエミ
ッタ電極１２と、そのエミッタ電極１２の両側に沿って
配置されたベース電極１０と、さらにそのベース電極１
０の外側に沿って配置されたコレクタ電極１１とを含ん
でいる。各単位トランジスタ２０の被接地電極（接地さ
れるべき電極）であるエミッタ電極１２は、それぞれ横
方向に延びるエミッタ引き出し電極１３を介して、その
単位トランジスタ２０の両側で上記接地導体１４に接続
されている。

【００２２】各単位トランジスタ２０の入力部１６と出
力部１７はそれぞれブリッジ導体１５を含むコプレーナ
線路４０で構成されている。

【００２３】また、互いに隣り合う各２個の単位トラン
ジスタ２０の入力部１６のコプレーナ線路４０が合流し
てブリッジ導体１５を含む共通のコプレーナ線路を構成
し、さらに、それらのコプレーナ線路が合流してブリッ
ジ導体１５を含む１本のコプレーナ線路からなる総入力
部１８を構成している。同様に、互いに隣り合う各２個
の単位トランジスタ２０の出力部１７のコプレーナ線路
４０が合流してブリッジ導体１５を含む共通のコプレー
ナ線路を構成し、さらに、それらのコプレーナ線路が合
流してブリッジ導体１５を含む１本のコプレーナ線路か
らなる総出力部１９を構成している。なお、このような
線路が合流して行く接続形態をトーナメント型と呼ぶ。

【００２４】図２に示すように、各コプレーナ線路４０
は、中心導体２１と、その両側に沿って設けられた接地
導体１４と、それらの接地導体１４の中心導体２１側の
端部を互いに接続するブリッジ導体としてのエアブリッ
ジ１５とからなっている。エアブリッジ１５は中心導体
２１の上方を通っており、中心導体２１に対して電気的
に絶縁されている。なお、中心導体２１と接地導体１４
との間には、下地の誘電体層２２が見える。

【００２５】このトランジスタ回路９０では、上述のよ
うに各単位トランジスタ２０が有する被接地電極１２は
それぞれ引き出し電極１３を介してその単位トランジス
タ２０の両側で接地導体１４に接続されているので、従
来のように共通の引き出し電極を用いる場合に比して、
各単位トランジスタ２０の引き出し電極１３の長さを短
い状態にでき、各単位トランジスタ２０について引き出
し電極１３に伴うグランドインダクタンスを小さく抑え
ることができる。したがって、高周波領域においても高
利得および高出力が得られる。

【００２６】また、このトランジスタ回路９０では、各
単位トランジスタ２０の入力側１６，１８、出力側１
７，１９がブリッジ導体１５を含むコプレーナ線路４０
で構成されているので、各中心導体２１の両側近傍で接
地導体１４の端部の電位が等しくなって、高周波領域に
おいても良好な接地が得られる。また、各単位トランジ
スタ２０の入力側１６，１８、出力側１７，１９で線路
インピーダンスが定まって、寄生線路の影響が除去され
る。

【００２７】また、各単位トランジスタ２０の入力側１
６，１８、出力側１７，１９でコプレーナ線路４０がト
ーナメント型に接続されているので、各単位トランジス
タ２０を通過する信号に経路差が生じない。したがっ
て、複数の単位トランジスタ２０を同位相で動作させ、
出力合成することができ、効率よく利得を得ることがで
きる。ただし、複数の単位トランジスタ２０の接続形態
は、トーナメント型に限らず、ウイルキンソン型電力分
配器やブランチラインカプラやランゲカプラ等により接
続されていても良い。

【００２８】また、上記各単位トランジスタ２０が縦型
構造をもつＨＢＴからなるので、横型構造をもつＦＥＴ
（電界効果トランジスタ）系のＨＥＭＴ（高電子移動度
トランジスタ）に比べて、実際の素子設計レベルでは直
流投入電力密度が約３倍大きく、寸法が約１／３程度と
なる。したがって、回路サイズを小さく抑えることがで
きる。

【００２９】図３は、上記トランジスタ回路９０を含む
逓倍回路６７の平面レイアウトを示している。この逓倍
回路６７は、概して言って、誘電体基板３０の表面に、
入力整合回路３１と、上記トランジスタ回路９０と、出
力整合回路３２とを、直列にブリッジ導体１５を含むコ
プレーナ線路４０で接続して構成されている。

【００３０】上記入力整合回路３１は、ＭＩＭ（金属−
絶縁体−金属）キャパシタ３６と、スパイラルインダク
タ３７と、整合用スタブ線路３３とバイアス線路３４を
兼用させた回路３５とを備えている。

【００３１】また、上記出力整合回路３２は、ＭＩＭキ
ャパシタ３６と、スパイラルインダクタ３７と、整合用
スタブ線路３３とバイアス線路３４を兼用させた回路３
５とと、基本波通過阻止用の基本波トラップ３８とを備
えている。

【００３２】この逓倍回路６７では、既に述べたよう
に、トランジスタ回路９０は、各単位トランジスタ２０
について引き出し電極１３に伴うグランドインダクタン
スを小さく抑えることができる。したがって、高周波領
域においても高利得および高出力を得ることができる。
また、回路サイズを小さく抑えることができる。

【００３３】この逓倍回路６７の特性を調べるために、
実際に、誘電体基板３０としてＧａＡｓ半導体基板を用
いて、３．６ＧＨｚの信号を入力し、７．２ＧＨｚの信
号を出力する２逓倍回路を作製した。ＨＢＴからなる単
位トランジスタ２０については、エミッタのパターンサ
イズは１．０μｍ×２０μｍ、遮断周波数ｆ_Ｔは７０Ｇ
Ｈｚ、最大発振周波数ｆ_ＭＡＸは２００ＧＨｚである。
この逓倍回路６７の入出力特性を測定したところ、図４
に示すように、基本波（ｆｏ）入力が０ｄＢｍのとき２
倍波（２ｆｏ）出力が８ｄＢｍとなり、変換利得８ｄ
Ｂ、２倍波（２ｆｏ）飽和出力が１４ｄＢｍ、基本波
（ｆｏ）抑圧が１８ｄＢという良好な特性が得られた。

【００３４】この逓倍回路６７では、回路要素の全体を
コプレーナ線路４０で接続して構成しているが、これに
限られるものではない。少なくともトランジスタ回路９
０の入力側１６，１８、出力側１７，１９がコプレーナ
線路４０で構成されていれば良く、例えば、他の部分に
マイクロストリップ線路が含まれていても良い。

【００３５】なお、上記トランジスタ回路９０は、逓倍
回路だけでなく、増幅回路、ミキサ回路、発振回路等に
も適用できる。

【００３６】図５は本発明の一実施形態の通信装置のブ
ロック構成を示している。この通信装置は、上記逓倍回
路６７を含む送信装置６０と、その逓倍回路６７と同じ
構成の逓倍回路７７を含む受信装置７０との間で無線通
信を行うようになっている。

【００３７】まず、送信装置６０から説明する。低周波
数の信号であるデータ信号が入力端子６１に入力され、
入力端子６１からミキサ６２へ伝達される。ミキサ６２
には、局部発振器６９が発生する局部発振信号も入力さ
れる。

【００３８】局部発振器６９は、ＰＬＬ（位相ロックル
ープ）発振器６６と、周波数逓倍器（逓倍回路）６７
と、増幅器６８とを備えている。ＰＬＬ発振器６６が発
振する信号は、周波数逓倍器６７によって周波数が逓倍
され、さらに増幅器６８によって増幅されたのち、局部
発振信号としてミキサ６２に入力される。

【００３９】ミキサ６２は、局部発振信号とデータ信号
とを混合してＲＦ信号を作成し、作成したＲＦ信号を次
段のバンドパスフイルタ６３へ出力する。ＲＦ信号は、
バンドパスフイルタ６３によって不要成分が除去され、
さらに増幅器６４により電力増幅されたのち、アンテナ
６５を介して送信される。

【００４０】次に、受信装置７０について説明する。ア
ンテナ７１から入力された受信信号は、増幅器７２によ
って増幅されたのち、バンドパスフィルタ７３によって
不要成分が除去されて、所望波の信号のみが取り出され
る。この所望波信号がミキサ７４に入力される。ミキサ
７４には、局部発振器７９が発生する局部発振信号も入
力される。

【００４１】局部発振器７９は、ＰＬＬ発振器７６と、
周波数逓倍器（逓倍回路）７７と、増幅器７８とを備え
ている。ＰＬＬ発振器７６が発振する信号は、周波数逓
倍器７７によって周波数が逓倍され、さらに増幅器７８
によって増幅されたのち、局部発振信号としてミキサ７
４に入力される。

【００４２】ミキサ７４は、局部発振信号と所望波信号
とを混合してＩＦ信号を作成し、作成したＩＦ信号を出
力端子７５へ出力する。ＩＦ信号の周波数は局部発振信
号の周波数と所望波信号の周波数との差により決定され
るので、ミキサ７４が出力するＩＦ信号は常に一定の周
波数となる。

【００４３】この通信装置は、逓倍回路６７、７７とし
て図３に示した構成をもつ高利得および高出力ものを備
えているので、増幅器６８、７８が省略され得る。した
がって、この通信装置は小型に構成される。

【００４４】また、一般的な通信装置では、十分な出力
を得るために増幅器６４、７２として増幅回路（単位増
幅器）を多段に直列接続した構成のものが採用される
が、増幅器６４、７２として図１に示した構成を持つ高
利得および高出力のトランジスタ回路９０を用いれば、
単位増幅器の段数を減らすことができる。そのようにし
た場合、この通信装置はさらに小型に構成される。

【００４５】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明のト
ランジスタ回路によれば、グランドインダクタンスを低
減できるので、高周波領域においても高利得および高出
力が得られる。

【００４６】また、この発明の通信装置は、そのような
トランジスタ回路を備えているので、高周波領域におい
ても高利得および高出力が得られる。この結果、小型化
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態のトランジスタ回路の
平面レイアウトを示す図である。

【図２】 上記トランジスタ回路を構成するコプレーナ
線路の構成を示す図である。

【図３】 上記トランジスタ回路を含む逓倍回路の平面
レイアウトを示す図である。

【図４】 上記逓倍回路の特性を示す図である。

【図５】 上記逓倍回路を含む送信装置と受信装置との
間で通信を行う通信装置の構成を示す図である。

【図６】 従来のマルチフィンガー構造のトランジスタ
の平面レイアウトを示す図である。

【符号の説明】

１０ ベース電極 １１ コレクタ電極 １２ エミッタ電極 １３ エミッタ引き出し電極 １４ 接地導体 １５ エアブリッジ １６ 入力部 １７ 出力部 １８ 総入力部 １９ 総出力部 ２０ 単位トランジスタ ４０ コプレーナ線路

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 29/737 Ｆターム(参考） 5F003 BA92 BC02 BE02 BE04 BE90 BF03 BF06 BM02 BM03 BP21 BP23 BP94 BP96 5F038 AC02 AZ04 BG02 DF01 DF02 EZ01 EZ02 EZ20 5F082 AA06 AA08 AA40 BA33 BA35 BC01 BC03 BC13 DA06 DA07 FA20 GA02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共通の基板上に配置され、互いに並列に
   接続された複数個の単位トランジスタを備え、 上記基板上で各単位トランジスタが占める領域の両側に
   接地導体が配置され、 上記各単位トランジスタが有する被接地電極はそれぞれ
   引き出し電極を介してその単位トランジスタの両側で上
   記接地導体に接続されていることを特徴とするトランジ
   スタ回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のトランジスタ回路にお
   いて、 上記各単位トランジスタの入力部と出力部はそれぞれブ
   リッジ導体を含むコプレーナ線路で構成され、 上記各単位トランジスタの入力部のコプレーナ線路が合
   流してブリッジ導体を含む共通のコプレーナ線路を構成
   し、 上記各単位トランジスタの出力部のコプレーナ線路が合
   流してブリッジ導体を含む共通のコプレーナ線路を構成
   していることを特徴とするトランジスタ回路。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のトランジスタ回路にお
   いて、 上記単位トランジスタがバイポーラトランジスタである
   ことを特徴とするトランジスタ回路。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の
   トランジスタ回路を備えたことを特徴とする通信装置。