JP2003347857A - High-frequency power amplifier transistor chip, high- frequency power amplifier module and semiconductor device - Google Patents

High-frequency power amplifier transistor chip, high- frequency power amplifier module and semiconductor device

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JP2003347857A
JP2003347857A JP2002152824A JP2002152824A JP2003347857A JP 2003347857 A JP2003347857 A JP 2003347857A JP 2002152824 A JP2002152824 A JP 2002152824A JP 2002152824 A JP2002152824 A JP 2002152824A JP 2003347857 A JP2003347857 A JP 2003347857A
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JP
Japan
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transistor
frequency power
terminal
power amplification
circuit
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JP2002152824A
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Japanese (ja)
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Fuminobu Ono
文伸 小野
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NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
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NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To protect a high-frequency power amplifier circuit for mobile communications, etc., from damages, based on its load impedance variation, make a system designer free from the design of a protective circuit applicable thereto and realize applications to various systems, with a low cost and compact constitution. <P>SOLUTION: A protection circuit has a circuit for detecting the collector voltage at the collector of a high-frequency power amplifier transistor during high frequency operation, and a circuit for dividing a current, depending on the collector voltage at the base of the transistor. The protective circuit is formed into one chip with the high-frequency power amplifier transistor. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、高周波電力増幅器
に用いられる、高周波電力増幅用トランジスタチップ及
び同チップと共に入出力整合回路がモジュール基板上に
搭載された高周波電力増幅モジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-frequency power amplifier transistor chip used in a high-frequency power amplifier, and a high-frequency power amplifier module having an input / output matching circuit mounted on a module substrate together with the chip.

【0002】[0002]

【従来の技術】高周波増幅器ではインピーダンスマッチ
ング回路等を構成する素子のようにトランジスタと共に
オンチップ化が困難な素子を用いて構成されるため、個
別部品を用いたり、チップ部品や膜素子がトランジスタ
チップと共に同一の基板上に搭載されたモジュール基板
を用いたりして構成される。そして、所望周波数の高周
波入力信号は当該増幅器により増幅されて負荷に供給さ
れるが、負荷側としては、通常は所望周波数にて50Ω
に整合されるように設計がなされている。しかしなが
ら、負荷変動が生じることを避けることができないのは
一般的であり、そこで、アイソレータを出力側に付加し
て50Ωの出力負荷に常に保つことが採用されている。
しかしながら、例えば携帯電話端末用途においては、コ
スト、サイズ等の点からアイソレ−タが設けられないシ
ステムとなっている。このようなシステムでは、最終段
の増幅用トランジスタの負荷は電圧定在波比(VSWR)が
10:1程度まで変動する場合があり、この際に高周波
動作における負荷特性曲線は著しく変動する。この負荷
特性曲線がトランジスタの安全動作領域(ASO)外に
掛かるようになると、トランジスタが破壊に至ることに
なる。エミッタ接地のトランジスタでのASO領域例を
具体的に示したのが図5であり、グラフの横軸にトラン
ジスタのコレクタ・エミッタ間電圧をとり、縦軸にコレ
クタ電流をとって、ベース電流をあるステップで変化さ
せた場合のI−VCE特性が示されている。この図5
の太線で示されるコレクタ電圧・電流以下の領域がAS
O領域であり、この領域を越えて動作した場合、トラン
ジスタは電気的あるいは熱的な要因により破壊に至るこ
とになる。この対策として、最終段トランジスタのコレ
クタ電圧を検出しそのベースに帰還電流を流して当該ト
ランジスタを保護する技術が、特開2000−3410
52号公報に開示されている。すなわち、最終段トラン
ジスタのコレクタ・ベース電極間にコレクタ電極への所
定値以上の電圧印加に対してベース電極へ帰還電流を流
す保護回路を設けたものであり、その構成を図6に示
す。保護回路100を回路点105と106との間に設
けることで、トランジスタ505へのAC結合入力容量
547を介してトランジスタ505の帰還回路を構成す
るものである。本構成によれば、保護回路100はアク
ティブフィードバック回路として一定値以上の出力電圧
において帰還電流を流して利得低下により出力電圧を減
少させるものであり、負荷変動時の負荷特性曲線の範囲
をASO領域内に収めるようにしたものである。
2. Description of the Related Art A high-frequency amplifier is composed of elements which are difficult to be formed on-chip together with transistors, such as elements constituting an impedance matching circuit, etc., so that individual parts may be used, or chip parts or film elements may be formed on a transistor chip. And a module substrate mounted on the same substrate. Then, the high-frequency input signal of the desired frequency is amplified by the amplifier and supplied to the load.
Designed to be consistent with However, it is general that load fluctuations cannot be avoided. Therefore, it is adopted that an isolator is added to the output side to always maintain an output load of 50Ω.
However, for mobile phone terminal applications, for example, the system is not provided with an isolator in terms of cost, size, and the like. In such a system, the load of the last stage amplifying transistor may have a voltage standing wave ratio (VSWR) fluctuating up to about 10: 1. At this time, the load characteristic curve in high frequency operation fluctuates significantly. If this load characteristic curve falls outside the safe operating area (ASO) of the transistor, the transistor will be destroyed. FIG. 5 specifically shows an example of an ASO region in a transistor having a common emitter. The horizontal axis of the graph indicates the collector-emitter voltage of the transistor, the vertical axis indicates the collector current, and the base current indicates the base current. I C -V CE characteristics when changing in step is shown. This figure 5
The region below the collector voltage / current indicated by the thick line
This is an O region, and if operated beyond this region, the transistor will be damaged by electrical or thermal factors. As a countermeasure, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-3410 discloses a technique for detecting the collector voltage of the last transistor and supplying a feedback current to its base to protect the transistor.
No. 52 discloses this. In other words, a protection circuit is provided between the collector and base electrodes of the last-stage transistor to allow a feedback current to flow to the base electrode when a voltage of a predetermined value or more is applied to the collector electrode, and the configuration is shown in FIG. By providing the protection circuit 100 between the circuit points 105 and 106, a feedback circuit of the transistor 505 is formed via an AC-coupled input capacitor 547 to the transistor 505. According to this configuration, the protection circuit 100 serves as an active feedback circuit to supply a feedback current at an output voltage equal to or higher than a certain value and reduce the output voltage by reducing the gain. It is designed to fit inside.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最終段
トランジスタの入力端子と出力端子間にゲート回路を接
続する構成であるため、ゲート回路の寄生容量成分は帰
還容量素子として働いて標準動作電圧での出力信号波形
や増幅率に直接影響を及ぼしやすい。しかも、この構成
は、上記公開公報にも議論されているが、GMS(Glob
al System for Mobile communication)用途ではAC結
合容量547を必要とし、その他の用途では必要としな
い、というように、システム構築側に回路設計を要求し
ている。また、そのため、システム設計側に保護回路の
ための専用素子を余分に必要とさせている。このよう
に、上記の保護手法では、特性劣化をもたらし、さらに
はコストアップ及び小型化阻害と言う問題をもたらして
いる。
However, since the gate circuit is connected between the input terminal and the output terminal of the last-stage transistor, the parasitic capacitance component of the gate circuit acts as a feedback capacitance element and operates at a standard operating voltage. It is easy to directly affect the output signal waveform and amplification factor. In addition, although this configuration is also discussed in the above publication, GMS (Glob
al System for Mobile communication) applications require an AC coupling capacitance 547, and other applications do not. For this reason, the system design side requires an extra element for the protection circuit. As described above, the above-described protection method causes deterioration in characteristics, and further causes problems such as an increase in cost and a hindrance to downsizing.

【0004】本発明の目的は、特性犠牲を伴わず、さら
には、低コスト、小型化を実現する高周波電力増幅器に
使用できる高周波電力増幅トランジスタチップ及び高周
波電力増幅モジュールを提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a high-frequency power amplifier transistor chip and a high-frequency power amplifier module which can be used for a high-frequency power amplifier which realizes low cost and miniaturization without sacrificing characteristics.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の高周波電力増幅
トランジスタチップ、すなわち半導体装置は、高周波電
力増幅トランジスタと、前記高周波電力増幅トランジス
タの出力端子が所定電圧を超えたことを検出し前記高周
波電力増幅トランジスタの入力信号電流を前記高周波電
力増幅トランジスタから側路する保護回路とを同一の半
導体基板上に形成したことを特徴としている。
According to the present invention, there is provided a high-frequency power amplifying transistor chip, that is, a semiconductor device, which detects that a high-frequency power amplifying transistor and an output terminal of the high-frequency power amplifying transistor exceed a predetermined voltage, and detects the high-frequency power amplifying transistor. A protection circuit for bypassing the input signal current of the amplifying transistor from the high frequency power amplifying transistor is formed on the same semiconductor substrate.

【0006】このように、本発明では、高周波電力増幅
トランジスタのコレクタ電圧(出力端子電圧)が所定値
(すなわち、ASO領域内の電圧)を超えた場合を検出
し、その検出出力でもって、高周波電力増幅トランジス
タへの高周波入力信号を側路(分流)させている。 す
なわち、高周波電力増幅トランジスタのコレクタ電圧が
出力負荷の変動によってある一定値を超えると、その状
態が検出され、その結果として、高周波電力増幅トラン
ジスタのベース電流の一部が分流される。高周波電力増
幅トランジスタのベース電流はかくして減少し、その結
果コレクタ電流を減少させる。これにより、高周波(R
F)動作している時に、その出力負荷が大幅に変動した
場合でも、コレクタ電圧の高い領域における負荷特性曲
線の範囲はコレクタ電流減少に伴い自動的に縮小される
ため、必ずASO領域内において動作させることがで
き、負荷変動時の破壊耐量を大幅に向上させることが出
来る。
As described above, according to the present invention, the case where the collector voltage (output terminal voltage) of the high-frequency power amplifying transistor exceeds a predetermined value (ie, the voltage in the ASO region) is detected, and the detected output is used to detect the high-frequency power. The high frequency input signal to the power amplification transistor is bypassed (shunted). That is, when the collector voltage of the high-frequency power amplifier transistor exceeds a certain value due to a change in output load, the state is detected, and as a result, a part of the base current of the high-frequency power amplifier transistor is shunted. The base current of the RF power amplifier transistor is thus reduced, thereby reducing the collector current. Thereby, the high frequency (R
F) Even if the output load fluctuates significantly during operation, the range of the load characteristic curve in the region where the collector voltage is high is automatically reduced as the collector current decreases. It is possible to greatly improve the breakdown strength during a load change.

【0007】また、本発明の構成では高周波電力増幅ト
ランジスタの入力端子と出力端子間に直接保護回路を接
続する構成ではないため、保護回路の寄生容量成分の一
部のみが帰還容量素子として働くに過ぎないために、標
準動作電圧での出力信号波形や増幅率への影響が少な
く、寄生容量成分の低減する配慮を必要としない。
Further, in the configuration of the present invention, since the protection circuit is not directly connected between the input terminal and the output terminal of the high-frequency power amplification transistor, only a part of the parasitic capacitance component of the protection circuit functions as a feedback capacitance element. Therefore, the influence on the output signal waveform and the amplification factor at the standard operating voltage is small, and it is not necessary to reduce the parasitic capacitance component.

【0008】このように、係る保護手法は帰還動作に基
づくものでないので、その保護動作が働いても、GMS
等を含むいずれのシステムにおいて、他の動作に何らの
影響を与えない。これが故に、本発明では、当該保護回
路は高周波電力増幅トランジスタと共にワンチップ化さ
れている。したがって、システム設計側は、被駆動負荷
変動に基づく出力トランジスタの破壊という懸念から免
れ、そのような対策を気にすることなくシステムができ
る。かくして構築されたシステムは、保護回路を設けた
ことによる特性劣化をもたらすことなく、さらには、低
コスト化、小型化が実現される。本発明では、上記のと
おり一つのチップに高周波電力増幅トランジスタとその
保護回路とが形成されているので、入出力整合回路と共
に、同一のモジュール基板上に搭載した高周波電力増幅
モジュールを提供している。前記保護回路は、前記高周
波電力増幅トランジスタの出力電圧を検出する電圧検出
用回路と前記入力信号電流を前記高周波電力増幅トラン
ジスタから側路する分流回路とから成ることが好まし
い。そして、当該電圧検出用回路は複数のダイオード動
作素子を極性を揃えて直列接続し、そのアノード側を入
力端子、カソード側を接地端子とし、所定番目の、好ま
しくは接地端子に接続された最初のダイオードのアノー
ド側の端子を出力端子としている。あるいは、前記電圧
検出用回路はVbeマルチプライヤを構成する第1のトラ
ンジスタのコレクタ電極を入力端子とし、前記第1のト
ランジスタのコレクタ・ベース電極間に第1抵抗を接続
し、前記第1のトランジスタのベース・エミッタ電極間
に第2抵抗を接続し、第2のトランジスタのエミッタ電
極を接地端子とし、前記第2のトランジスタのコレクタ
・ベース電極間を短絡して前記第1のトランジスタのエ
ミッタ電極に接続して出力端子としている。一方、前記
分流回路は、エミッタ端子を接地に接続したバイポーラ
トランジスタのベース端子に電圧検出回路からの検出信
号を受け、そのコレクタ端子を高周波電力増幅トランジ
スタのベース(入力端子)に接続している。
As described above, such a protection method is not based on the feedback operation.
In any system, including the above, it has no effect on other operations. For this reason, in the present invention, the protection circuit is formed as one chip together with the high-frequency power amplification transistor. Therefore, the system design side is free from the concern that the output transistor is destroyed due to the fluctuation of the driven load, and can make the system without worrying about such measures. The system thus constructed does not cause characteristic deterioration due to the provision of the protection circuit, and further achieves cost reduction and miniaturization. In the present invention, since the high-frequency power amplification transistor and its protection circuit are formed on one chip as described above, the high-frequency power amplification module mounted on the same module substrate together with the input / output matching circuit is provided. . It is preferable that the protection circuit includes a voltage detection circuit that detects an output voltage of the high-frequency power amplification transistor and a shunt circuit that bypasses the input signal current from the high-frequency power amplification transistor. The voltage detection circuit connects a plurality of diode operating elements in series with the same polarity, the anode side of which is an input terminal, the cathode side is a ground terminal, and the first, preferably the first connected to the ground terminal. The terminal on the anode side of the diode is an output terminal. Alternatively, the voltage detection circuit has a collector electrode of a first transistor constituting a Vbe multiplier as an input terminal, and connects a first resistor between a collector and a base electrode of the first transistor; A second resistor is connected between the base and emitter electrodes of the first transistor, the emitter electrode of the second transistor is used as a ground terminal, and the collector and base electrodes of the second transistor are short-circuited to the emitter electrode of the first transistor. Connected to output terminal. On the other hand, the shunt circuit receives a detection signal from a voltage detection circuit at a base terminal of a bipolar transistor whose emitter terminal is connected to ground, and connects its collector terminal to the base (input terminal) of the high-frequency power amplification transistor.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図1〜図5を用いて説明する。 (第1の実施の形態)図1は本発明の第1の実施の形態
を示すブロック図である。4は高周波電力増幅トランジ
スタチップとしての半導体装置を示している。このチッ
プ4には、高周波電力増幅トランジスタ3と保護回路と
が形成されており、したがってICチップと呼ぶことも
できる。保護回路は電圧検出用回路1と分流回路2から
構成されている。ICチップ4の入力側端子5及び出力
側端子6の各々に入力用の高周波整合回路7及び出力用
の高周波整合回路8が設けられるが、これらは同一の基
板上に搭載されて高周波電力増幅モジュール9を構成す
る。高周波電力増幅トランジスタ3のエミッタはICチ
ップ4の接地端子10を介してモジュール9の接地端子
11に接続される。電圧検出用回路1はベース・コレク
タ短絡させたNPNトランジスタからなるダイオード12
を複数個直列に接続して構成され、一番上のダイオード
12のコレクタ側は高周波電力増幅トランジスタ3のコ
レクタ電圧端子13に接続され、一番下のダイオード1
2のエミッタ側はICチップ4の接地端子10を介して
接地され、一番下のダイオード12のベース・コレクタ
短絡させた端子は電圧検出用回路1の出力端子とする。
分流回路2はNPNトランジスタ14からなり、そのコレ
クタは高周波電力増幅トランジスタ3のベース電圧端子
15に接続され、そのベースは電圧検出用回路1の出力
端子へ接続され、そのエミッタは接地端子10を介して
接地される。高周波電力増幅モジュール9のベースバイ
アス端子16はベース電圧端子15に、コレクタ電源端
子17はコレクタ電圧端子13に夫々接続される。ま
た、高周波電力増幅モジュール9は入力用の高周波整合
回路7に接続された高周波信号の入力端子18を入力側
に有し、出力用の高周波整合回路8に接続された高周波
信号の出力端子19を出力側に有しており、例えば90
0MHz、5dBm程度の高周波電力が入力端子18に
入力されると、例えば、34dBm程度に増幅された高
周波電力が出力端子19から50Ωの外部負荷20に出
力される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. (First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. Reference numeral 4 denotes a semiconductor device as a high-frequency power amplification transistor chip. The chip 4 has the high-frequency power amplifying transistor 3 and a protection circuit formed thereon, and can therefore be called an IC chip. The protection circuit includes a voltage detection circuit 1 and a shunt circuit 2. An input high-frequency matching circuit 7 and an output high-frequency matching circuit 8 are provided at each of the input side terminal 5 and the output side terminal 6 of the IC chip 4. These are mounted on the same substrate and are mounted on a high-frequency power amplification module. 9. The emitter of the high-frequency power amplification transistor 3 is connected to the ground terminal 11 of the module 9 via the ground terminal 10 of the IC chip 4. The voltage detecting circuit 1 includes a diode 12 composed of an NPN transistor having a base and a collector short-circuited.
Are connected in series, the collector side of the uppermost diode 12 is connected to the collector voltage terminal 13 of the high-frequency power amplifier transistor 3, and the lowermost diode 1
The emitter side of 2 is grounded via the ground terminal 10 of the IC chip 4, and the base-collector short-circuited terminal of the lowermost diode 12 is the output terminal of the voltage detection circuit 1.
The shunt circuit 2 comprises an NPN transistor 14, the collector of which is connected to the base voltage terminal 15 of the high-frequency power amplifier transistor 3, the base of which is connected to the output terminal of the voltage detecting circuit 1, and the emitter of which is connected via the ground terminal 10. Grounded. The base bias terminal 16 and the collector power supply terminal 17 of the high-frequency power amplifier module 9 are connected to the base voltage terminal 15 and the collector voltage terminal 13, respectively. The high-frequency power amplifier module 9 has an input terminal 18 for a high-frequency signal connected to the high-frequency matching circuit 7 for input on the input side, and an output terminal 19 for a high-frequency signal connected to the high-frequency matching circuit 8 for output. On the output side, for example 90
When high frequency power of about 0 MHz and about 5 dBm is input to the input terminal 18, for example, high frequency power amplified to about 34 dBm is output from the output terminal 19 to the external load 20 of 50Ω.

【0010】高周波電力増幅トランジスタ3のコレクタ
電圧を横軸に、電圧検出用ダイオード12の各段のダイ
オードのベース・コレクタ短絡したノードの電圧を縦軸
にとり、両者の相関を示したグラフが図2である。この
グラフ中のマーカー表示が付随に示されたラインが、電
圧検出用ダイオード12の一番下のベース・コレクタ短
絡したノードでの電圧を示している。高周波電力増幅ト
ランジスタ3のコレクタ電圧が0Vから増えてゆくと、
この場合、閾値約1.3Vのダイオードを9段直列に接
続した構成としているため、その9倍にあたる11.7V
にて電圧検出用ダイオード12の全てのダイオードがオ
ンすることになる。この為、コレクタ電圧が11.7V
以下では電圧検出用ダイオード12からの出力電圧は
1.3V以下であり、コレクタ電圧が11.7V以上でそ
の出力電圧が1.3Vを超える値となる。一方、この電
圧検出用ダイオード12からの出力電圧を受けて、ほぼ
同じ閾値を有する分流回路2のトランジスタ14は1.
3Vを超えるとチャネルが開き導通状態となる。したが
って、高周波電力増幅トランジスタ3のコレクタ電圧が
11.7Vを超えると、分流回路2のトランジスタ14
のベース電圧が1.3V以上となり、高周波電力増幅ト
ランジスタ3のベース電流の一部をトランジスタ14の
コレクタ電流として分流させ、高周波電力増幅トランジ
スタ3のベース電流を減少させる効果を有する。保護回
路を付加した時の高周波電力増幅トランジスタ3のコレ
クタ電流とコレクタ電圧の相関を示したグラフが図3で
ある。コレクタ電圧が11.7Vを超えると、分流回路
2のトランジスタ14により高周波電力増幅トランジス
タ3のベースに供給されるベース電流が減少する為、そ
のコレクタ電流も減少する。上述の動作説明にて示され
るとおり、負荷変動によりコレクタ電圧が、11.7V
を超えるとコレクタ電流は減少し、それに伴い負荷特性
曲線の範囲も自動的に縮小されるため、図5の太線の内
側に示されるASO領域内での動作が可能になる。これ
により、RF動作している時に、その出力負荷が例えば
VSWR10:1程度に変動した場合でもASO領域内
にて動作させることが可能となり、負荷変動時の破壊耐
量を向上させることが出来る。このトランジスタが例え
ばコレクタ電圧4Vの条件下では、その負荷が50Ωで
はその電圧スイングは最大9V程度であり、50Ω負荷
時の通常動作には影響を与えることはない。また、VS
WR10:1程度に負荷が変動するとその電圧スイング
は最大約20V程度であり、ASO領域内での動作が可
能となる。このように、本発明では、高周波電力増幅ト
ランジスタ3とその保護回路1,2とが集積化されて高
周波電力増幅トランジスタチップ4として構成され、さ
らには、入出力整合回路7,8と共に高周波電力モジュ
ール9として一つのモジュール基板上に搭載されている
ことを特徴としている。したがって、システム設計者か
らみれば、システムサイドの問題としてトランジスタの
保護を考慮する必要がなくなり、低コスト、小型化が可
能となる。また、保護回路を設けたことによる特性劣
化、制限等の問題も生じない。
FIG. 2 is a graph showing the correlation between the collector voltage of the high-frequency power amplifier transistor 3 on the horizontal axis and the voltage at the node where the base and collector of each diode of the voltage detecting diode 12 are short-circuited on the vertical axis. It is. In this graph, the line accompanied by the marker display indicates the voltage at the lowest node of the voltage detecting diode 12 where the base and collector are short-circuited. As the collector voltage of the high-frequency power amplifier transistor 3 increases from 0V,
In this case, since a diode having a threshold of about 1.3 V is connected in nine stages in series, 11.7 V which is nine times that of the diode is connected.
, All the diodes of the voltage detection diode 12 are turned on. Therefore, the collector voltage is 11.7V
Hereinafter, the output voltage from the voltage detection diode 12 is 1.3 V or less, and the output voltage exceeds 1.3 V when the collector voltage is 11.7 V or more. On the other hand, upon receiving the output voltage from the voltage detecting diode 12, the transistor 14 of the shunt circuit 2 having substantially the same threshold value becomes 1.
When the voltage exceeds 3 V, the channel opens and becomes conductive. Therefore, when the collector voltage of the high-frequency power amplifying transistor 3 exceeds 11.7 V, the transistor 14 of the shunt circuit 2
Has a voltage of 1.3 V or more, has the effect of diverting a part of the base current of the high-frequency power amplification transistor 3 as the collector current of the transistor 14, and reducing the base current of the high-frequency power amplification transistor 3. FIG. 3 is a graph showing the correlation between the collector current and the collector voltage of the high-frequency power amplification transistor 3 when the protection circuit is added. When the collector voltage exceeds 11.7 V, the base current supplied to the base of the high-frequency power amplification transistor 3 by the transistor 14 of the shunt circuit 2 decreases, so that the collector current also decreases. As described in the above description of the operation, the collector voltage becomes 11.7 V due to the load fluctuation.
, The collector current decreases, and the range of the load characteristic curve is automatically reduced. Accordingly, the operation in the ASO region shown inside the bold line in FIG. 5 becomes possible. Accordingly, even when the output load fluctuates, for example, about VSWR 10: 1 during the RF operation, the operation can be performed in the ASO region, and the breakdown strength at the time of load fluctuation can be improved. Under the condition that the transistor has a collector voltage of 4 V, for example, when the load is 50Ω, the voltage swing is about 9 V at the maximum, and does not affect the normal operation when the load is 50Ω. Also, VS
When the load fluctuates to about WR10: 1, the voltage swing is about 20 V at the maximum, and the operation in the ASO region becomes possible. As described above, in the present invention, the high-frequency power amplifying transistor 3 and its protection circuits 1 and 2 are integrated to constitute the high-frequency power amplifying transistor chip 4, and further, the high-frequency power module together with the input / output matching circuits 7 and 8. 9 is mounted on one module substrate. Therefore, from the viewpoint of the system designer, it is not necessary to consider the protection of the transistor as a problem on the system side, and the cost and the size can be reduced. Further, there is no problem such as characteristic deterioration and limitation due to the provision of the protection circuit.

【0011】(第2の実施の形態)次に、第2の実施の
形態について説明する。図4は本発明の第2の実施の形
態に係る保護回路における電圧検出用回路の回路図であ
る。本形態では、発明は電圧検出用回路としてVbeマル
チプライヤを構成するトランジスタからなる電圧検出用
回路21に適用した場合の実施の形態である。Vbeマル
チプライヤを構成する第1のトランジスタ22のコレク
タ電極を電圧検出用回路21の入力端子23とし、コレ
クタ・ベース電極間に第1分割抵抗24を接続し、ベー
ス・エミッタ電極間に第2分割抵抗25を接続し、第2
のトランジスタ26のエミッタ電極を接地端子27と
し、前記第2のトランジスタ26のコレクタ・ベース電
極間を短絡して前記第1のトランジスタ22のエミッタ
電極に接続して電圧検出用回路21の出力端子28とす
る構成を有する。図1の複数の電圧検出用ダイオード1
2から成る電圧検出用回路1に代えて、入力端子23を
高周波電力増幅トランジスタ3のコレクタ電圧端子13
に接続し、出力端子28を分流回路2のトランジスタ1
4のベースに接続した構成とする。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described. FIG. 4 is a circuit diagram of a voltage detection circuit in the protection circuit according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the invention is an embodiment in which the invention is applied to a voltage detection circuit 21 including a transistor constituting a Vbe multiplier as a voltage detection circuit. The collector electrode of the first transistor 22 constituting the Vbe multiplier is used as the input terminal 23 of the voltage detecting circuit 21, a first dividing resistor 24 is connected between the collector and base electrodes, and the second dividing resistor 24 is connected between the base and emitter electrodes. The resistor 25 is connected and the second
The emitter electrode of the transistor 26 is a ground terminal 27, the collector and base electrodes of the second transistor 26 are short-circuited and connected to the emitter electrode of the first transistor 22, and the output terminal 28 of the voltage detection circuit 21 is connected. It has a configuration to be. A plurality of voltage detecting diodes 1 of FIG.
2, the input terminal 23 is connected to the collector voltage terminal 13 of the high-frequency power amplifier transistor 3.
And the output terminal 28 is connected to the transistor 1 of the shunt circuit 2.
4 is connected to the base.

【0012】この電圧検出用回路21は第1分割抵抗2
4と、第2分割抵抗25の抵抗比を任意に選ぶことによ
り、トランジスタの閾値の任意の倍数の電圧でオンさせ
ることができ、例えば第1分割抵抗24を800Ω、第
2分割抵抗25を100Ωに選ぶことにより、トランジ
スタの閾値の8倍の電圧でオンさせることができる。こ
の構成により、第1の実施の形態の動作と同様に、動作
している高周波電力増幅トランジスタ3を所望のASO
領域にて動作させることが可能となり、負荷変動時の破
壊耐量を大幅に向上させる効果を期待することが出来、
かつチップ上での回路面積を縮小して実現することが出
来る。
The voltage detecting circuit 21 includes a first divided resistor 2
4 and the resistance ratio of the second divisional resistor 25 can be arbitrarily selected to be turned on at an arbitrary multiple of the threshold value of the transistor. For example, the first divisional resistance 24 is 800Ω and the second divisional resistance 25 is 100Ω. Can be turned on at a voltage eight times the threshold value of the transistor. With this configuration, similarly to the operation of the first embodiment, the operating high-frequency power amplifying transistor 3 is connected to a desired ASO
It is possible to operate in the area, and it can be expected to have the effect of greatly improving the breakdown strength when the load changes.
In addition, the circuit area on the chip can be reduced.

【0013】[0013]

【発明の効果】高周波電力増幅トランジスタ及びモジュ
ールにおいて、トランジスタのコレクタ側に高周波動作
時のコレクタ電圧を検出する回路を有し、かつトランジ
スタのベース側に、このコレクタ電圧に依存して電流を
分流させる回路を有する保護回路を高周波電力増幅トラ
ンジスタに内蔵させることにより、トランジスタのコレ
クタ電圧がある一定値を超えると、電圧検出回路は出力
電圧として閾値を超える値を分流回路に与え、この出力
電圧を受けて、ほぼ同じ閾値を有する分流回路は導通状
態となって、高周波電力増幅トランジスタのベース電流
の一部を分流させることによりベース電流を減少させ、
その結果コレクタ電流を減少させる。これにより、RF
動作時に、出力負荷が大幅に変動した場合でも、コレク
タ電圧の高い領域における負荷特性曲線の範囲はコレク
タ電流の減少に伴い自動的に縮小されるため、必ずAS
O領域内に動作電流を維持することができ、負荷変動時
の破壊耐量を大幅に向上させることが出来る。また、本
発明の構成では高周波電力増幅トランジスタの入力端子
と出力端子間に直接保護回路を接続する構成ではないた
め、保護回路の寄生容量成分の一部のみが帰還容量素子
として働くに過ぎないために、標準動作電圧での出力信
号波形や増幅率への影響が少なく、寄生容量成分の低減
する配慮を必要としない。
In the high-frequency power amplifying transistor and module, a circuit for detecting a collector voltage during high-frequency operation is provided on the collector side of the transistor, and a current is diverted to the base side of the transistor depending on the collector voltage. By incorporating a protection circuit having a circuit in the high-frequency power amplifier transistor, when the collector voltage of the transistor exceeds a certain value, the voltage detection circuit gives a value exceeding the threshold as an output voltage to the shunt circuit, and receives this output voltage. Therefore, the shunt circuit having substantially the same threshold value becomes conductive and reduces the base current by shunting a part of the base current of the high-frequency power amplification transistor,
As a result, the collector current is reduced. With this, RF
During operation, even if the output load fluctuates significantly, the range of the load characteristic curve in the region where the collector voltage is high is automatically reduced as the collector current decreases.
The operating current can be maintained in the O region, and the breakdown strength during a load change can be greatly improved. Further, in the configuration of the present invention, since the protection circuit is not directly connected between the input terminal and the output terminal of the high-frequency power amplification transistor, only a part of the parasitic capacitance component of the protection circuit functions as a feedback capacitance element. In addition, there is little influence on the output signal waveform and the amplification factor at the standard operating voltage, and there is no need to consider reducing the parasitic capacitance component.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態を示す等価回路図で
ある。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の図1の高周波電力増幅トランジスタ3
のコレクタ電圧と電圧検出用ダイオード8の電圧の相関
を示す特性図である。
FIG. 2 shows the high-frequency power amplification transistor 3 of FIG. 1 of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a correlation between the collector voltage of FIG.

【図3】本発明の図1の高周波電力増幅トランジスタ3
のコレクタ電流とコレクタ電圧の相関を示す特性図であ
る。
FIG. 3 shows the high-frequency power amplifying transistor 3 of FIG. 1 of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a correlation between the collector current and the collector voltage of FIG.

【図4】本発明の第2の実施の形態に係る保護回路にお
ける電圧検出用回路の回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of a voltage detection circuit in a protection circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図5】従来の高周波電力増幅トランジスタのコレクタ
電流とコレクタ電圧の相関及び安全動作領域を示す特性
図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a correlation between a collector current and a collector voltage of a conventional high-frequency power amplification transistor and a safe operation area.

【図6】従来例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電圧検出用回路 2 分流回路 3 高周波電力増幅トランジスタ 4 高周波電力増幅トランジスタ(半導体装置、ICチ
ップ) 7 入力用の高周波整合回路 8 出力用の高周波整合回路 9 高周波電力増幅モジュール
REFERENCE SIGNS LIST 1 voltage detection circuit 2 shunt circuit 3 high-frequency power amplification transistor 4 high-frequency power amplification transistor (semiconductor device, IC chip) 7 high-frequency matching circuit for input 8 high-frequency matching circuit for output 9 high-frequency power amplification module

フロントページの続き Fターム(参考) 5J091 AA04 AA41 CA57 FA11 HA02 HA19 HA25 HA29 KA00 KA20 KA29 MA11 SA13 TA02 5J500 AA04 AA41 AC57 AF11 AH02 AH19 AH25 AH29 AK00 AK20 AK29 AM11 AS13 AT02 Continuation of front page    F-term (reference) 5J091 AA04 AA41 CA57 FA11 HA02                       HA19 HA25 HA29 KA00 KA20                       KA29 MA11 SA13 TA02                 5J500 AA04 AA41 AC57 AF11 AH02                       AH19 AH25 AH29 AK00 AK20                       AK29 AM11 AS13 AT02

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高周波電力増幅トランジスタと、前記高
周波電力増幅トランジスタの出力端子が所定電圧を超え
たことを検出し前記高周波電力増幅トランジスタの入力
信号電流を前記高周波電力増幅トランジスタから側路す
る保護回路とを同一の半導体基板上に形成したことを特
徴とする高周波電力増幅トランジスタチップ。
1. A high-frequency power amplification transistor, and a protection circuit for detecting that an output terminal of the high-frequency power amplification transistor has exceeded a predetermined voltage and bypassing an input signal current of the high-frequency power amplification transistor from the high-frequency power amplification transistor. Are formed on the same semiconductor substrate.
【請求項2】 前記保護回路は、前記高周波電力増幅ト
ランジスタの出力電圧を検出する電圧検出用回路と前記
入力信号電流を前記高周波電力増幅トランジスタから側
路する分流回路とを有し、前記電圧検出回路は、直列接
続された複数のダイオード動作素子を含み、所定番目の
ダイオード動作素子から検出出力を取り出したことを特
徴とする請求項1に記載の高周波電力増幅トランジスタ
チップ。
2. The voltage detection circuit according to claim 1, wherein the protection circuit includes a voltage detection circuit for detecting an output voltage of the high-frequency power amplification transistor, and a shunt circuit for bypassing the input signal current from the high-frequency power amplification transistor. 2. The high-frequency power amplifier transistor chip according to claim 1, wherein the circuit includes a plurality of diode operating elements connected in series, and a detection output is extracted from a predetermined number of diode operating elements.
【請求項3】 前記保護回路は、前記高周波電力増幅ト
ランジスタの出力電圧を検出する電圧検出用回路と前記
入力信号電流を前記高周波電力増幅トランジスタから側
路する分流回路とを有し、前記電圧検出用回路は、第1
のトランジスタのコレクタ電極を入力端子とし、前記第
1のトランジスタのコレクタ・ベース電極間に第1抵抗
を接続し、前記第1のトランジスタのベース・エミッタ
電極間に第2抵抗を接続し、第2のトランジスタのエミ
ッタ電極を接地端子とし、前記第2のトランジスタのコ
レクタ・ベース電極間を短絡して前記第1のトランジス
タのエミッタ電極に接続してなることを特徴とする請求
項1に記載の高周波電力増幅トランジスタチップ。
3. The voltage detection circuit according to claim 1, wherein the protection circuit includes a voltage detection circuit for detecting an output voltage of the high-frequency power amplification transistor, and a shunt circuit for bypassing the input signal current from the high-frequency power amplification transistor. Circuit is the first
A collector electrode of the first transistor as an input terminal, connecting a first resistor between the collector and base electrodes of the first transistor, connecting a second resistor between the base and emitter electrodes of the first transistor, 2. The high-frequency device according to claim 1, wherein an emitter electrode of the first transistor is used as a ground terminal, and a collector and a base electrode of the second transistor are short-circuited and connected to an emitter electrode of the first transistor. Power amplification transistor chip.
【請求項4】 前記保護回路は、前記高周波電力増幅ト
ランジスタの出力電圧を検出する電圧検出用回路と前記
入力信号電流を前記高周波電力増幅トランジスタから側
路する分流回路とを有し、前記分流回路はエミッタ端子
を接地に接続したバイポーラトランジスタのベース端子
に前記電圧検出回路からの検出信号を受け、コレクタ端
子を前記高周波電力増幅トランジスタの入力端子に接続
したことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか
に記載の高周波電力増幅トランジスタチップ。
4. The protection circuit includes a voltage detection circuit for detecting an output voltage of the high-frequency power amplification transistor, and a shunt circuit that bypasses the input signal current from the high-frequency power amplification transistor. And a base terminal of the bipolar transistor whose emitter terminal is connected to ground, receives a detection signal from the voltage detection circuit, and has a collector terminal connected to an input terminal of the high-frequency power amplification transistor. 3. The high-frequency power amplifying transistor chip according to any one of 3.
【請求項5】 高周波電力増幅トランジスタおよび前記
高周波電力増幅トランジスタの出力端子が所定電圧を超
えたことを検出し前記高周波電力増幅トランジスタの入
力信号電流を前記高周波電力増幅トランジスタから側路
する保護回路を同一の半導体基板上に形成した高周波電
力増幅トランジスタチップと、前記高周波電力増幅トラ
ンジスタの入力端子に設けられた入力整合回路と、前記
高周波電力増幅トランジスタの出力端子に設けられた出
力整合回路と、がモジュール基板上に搭載されているこ
とを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
5. A high-frequency power amplification transistor and a protection circuit for detecting that an output terminal of the high-frequency power amplification transistor has exceeded a predetermined voltage and bypassing an input signal current of the high-frequency power amplification transistor from the high-frequency power amplification transistor. A high-frequency power amplification transistor chip formed on the same semiconductor substrate, an input matching circuit provided at an input terminal of the high-frequency power amplification transistor, and an output matching circuit provided at an output terminal of the high-frequency power amplification transistor. A high-frequency power amplification module mounted on a module substrate.
【請求項6】 電圧検出用回路の入力端子を増幅用トラ
ンジスタの出力端子に接続し、前記電圧検出用回路の出
力端子を分流回路の入力端子に接続し、前記分流回路の
出力端子を前記増幅用トランジスタの入力端子に接続
し、前記増幅用トランジスタの出力端子電圧が所定電圧
以上になると出力電流が減少することを特徴とする半導
体装置。
6. An input terminal of a voltage detection circuit is connected to an output terminal of an amplifying transistor, an output terminal of the voltage detection circuit is connected to an input terminal of a shunt circuit, and an output terminal of the shunt circuit is connected to the amplification terminal. A semiconductor device which is connected to an input terminal of a transistor for output, wherein an output current decreases when an output terminal voltage of the transistor for amplification becomes equal to or higher than a predetermined voltage.
【請求項7】 前記電圧検出用回路は複数のダイオード
を極性を揃えて直列接続し、そのアノード側を入力端
子、カソード側を接地端子とし、前記接地端子に接続さ
れた最初のダイオードのアノード側の端子を出力端子と
することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
7. The voltage detection circuit according to claim 1, wherein a plurality of diodes are connected in series with the same polarity, the anode side is used as an input terminal, the cathode side is used as a ground terminal, and the anode side of the first diode connected to the ground terminal is used. 7. The semiconductor device according to claim 6, wherein said terminal is an output terminal.
【請求項8】 前記電圧検出用回路はVbeマルチプライ
ヤを構成する第1のトランジスタのコレクタ電極を入力
端子とし、コレクタ・ベース電極間に第1抵抗を接続
し、ベース・エミッタ電極間に第2抵抗を接続し、第2
のトランジスタのエミッタ電極を接地端子とし、前記第
2のトランジスタのコレクタ・ベース電極間を短絡して
前記第1のトランジスタのエミッタ電極に接続して出力
端子とすることを特徴とする請求項6に記載の半導体装
置。
8. The voltage detecting circuit has a collector electrode of a first transistor constituting a Vbe multiplier as an input terminal, a first resistor connected between a collector and a base electrode, and a second resistor connected between a base and an emitter electrode. Connect the resistor and the second
7. The transistor according to claim 6, wherein the emitter electrode of said transistor is a ground terminal, and the collector and base electrodes of said second transistor are short-circuited and connected to the emitter electrode of said first transistor to form an output terminal. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項9】 前記分流回路はエミッタ端子を接地に接
続したバイポーラトランジスタのベース端子を入力端子
とし、コレクタ端子を出力端子とすることを特徴とする
請求項6乃至請求項8のいずれかに記載の半導体装置。
9. The shunt circuit according to claim 6, wherein a base terminal of the bipolar transistor whose emitter terminal is connected to the ground is used as an input terminal, and a collector terminal is used as an output terminal. Semiconductor device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005064658A (en) * 2003-08-08 2005-03-10 Mitsubishi Electric Corp Output overvoltage protection circuit for power amplifier
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