JP2005311579A - Semiconductor device - Google Patents

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和人 森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the frequency band characteristics of power gain and power efficiency by performing second or third harmonic processing for the basic wave over a wide phase angle range. <P>SOLUTION: A series resonance section (La, Ca) and a parallel resonance section (Lc, Lb, Cb) forming resonance circuits, respectively, for object harmonic frequencies while sustaining the matching conditions for the basic wave are provided in a harmonic processing circuit (20). When a capacitive or inductive reactance is added in the frequency regions before and behind the resonance frequency, reflection coefficient Γ can adjust its phase angle Γ_ANG over a wide range under a state where Γ_MAG is 1, resulting in wideband power gain and efficiency. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、高周波電力増幅を行なう半導体装置に関し、特に、この発明は、効率的に高周波電力増幅信号を次段回路へ伝達するための出力整合および高調波処理を行う回路の構成に関する。   The present invention relates to a semiconductor device that performs high-frequency power amplification, and in particular, the present invention relates to a circuit configuration that performs output matching and harmonic processing for efficiently transmitting a high-frequency power amplification signal to a next-stage circuit.

一般に、増幅素子を高効率に動作させるために、増幅素子の出力に発生する高調波に対して、その出力負荷を偶数次高調波に対しては短絡、奇数次高調波に対しては開放とすることにより、高調波による電力発生をなくし、基本波の電力成分を高くして増幅器を高効率で動作させるF級増幅器が知られている。   Generally, in order to operate the amplifying element with high efficiency, the output load is short-circuited for even-order harmonics and open for odd-order harmonics with respect to the harmonics generated at the output of the amplifying element. By doing so, there is known a class F amplifier that eliminates power generation due to harmonics and increases the power component of the fundamental wave to operate the amplifier with high efficiency.

また、基本波に対しては反射が生じないように出力インピーダンスを次段回路の入力インピーダンスと一致させる整合処理が、インピーダンス変換回路により実現される。   In addition, matching processing for matching the output impedance with the input impedance of the next-stage circuit so as not to cause reflection with respect to the fundamental wave is realized by the impedance conversion circuit.

すなわち、偶数次高調波に対し短絡および奇数次高調波に対する開放状態を実現して、高調波成分を全反射させ、かつ所望の周波数の信号(基本波)をむ反射で次段回路へ伝達することにより、電力を効率的に利用して、増幅された基本波を次段回路へ伝達する。   In other words, a short circuit is realized with respect to even-order harmonics and an open state with respect to odd-order harmonics is realized, and the harmonic components are totally reflected and transmitted to the next-stage circuit by reflection including a signal (fundamental wave) of a desired frequency. As a result, the amplified fundamental wave is transmitted to the next stage circuit by efficiently using the power.

通常、高周波増幅回路においては、高調波の次段回路への伝達を防止し、基本波のみを次段回路に伝達するために、出力段に、基本波整合回路と、高調波に対する吸収回路(反射回路)とが設けられる。   Usually, in a high frequency amplifier circuit, in order to prevent transmission of harmonics to the next stage circuit and to transmit only the fundamental wave to the next stage circuit, a fundamental wave matching circuit and an absorption circuit for harmonics ( Reflection circuit).

特許文献1(特開平7−263979号公報)は、従来技術として、3種類の出力整合回路を開示する。第1の構成においては、増幅トランジスタの出力と基本波整合回路の間に、基本波に対する1/4波長線路を接続し、基本波整合回路の入力と接地線(グランド)との間にインダクタとコンデンサの並列回路で構成される並列共振回路を配置する構成が示される。この並列共振回路は、基本波で並列共振し、基本波に対して開放状態を実現する。基本波の周波数の2倍以上の高調波においては、この並列共振回路においては、インピーダンスが容量性となり、コンデンサを介して基本波の2倍以上の周波数の高周波成分が接地線にバイパスされる。したがって、1/4波長線路が高調波成分に対し先端短絡状態であるため、2倍波(第2高調波)に対しては、1/2波長線路として機能し、3倍波(第3高調波)に対しては3/4波長線路として機能する。従って、この1/4波長線路は、2倍波に対しては増幅素子出力に対し短絡状態を実現し、3倍波に対しては、開放状態を実現する。この1/4波長線路は、また、基本波整合回路に結合され、基本波に対する増幅トランジスタの出力インピーダンスを出力負荷ノードのインピーダンスに整合させるインピーダンス変換素子として機能する。   Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-263939) discloses three types of output matching circuits as conventional techniques. In the first configuration, a quarter wavelength line for the fundamental wave is connected between the output of the amplification transistor and the fundamental wave matching circuit, and an inductor is connected between the input of the fundamental wave matching circuit and the ground line (ground). A configuration is shown in which a parallel resonant circuit composed of a parallel circuit of capacitors is arranged. This parallel resonant circuit resonates in parallel with the fundamental wave and realizes an open state with respect to the fundamental wave. In a harmonic that is twice or more the frequency of the fundamental wave, the impedance is capacitive in the parallel resonance circuit, and a high-frequency component having a frequency that is twice or more that of the fundamental wave is bypassed to the ground line via the capacitor. Therefore, since the 1/4 wavelength line is in a short-circuited state with respect to the harmonic component, it functions as a 1/2 wavelength line for the second harmonic (second harmonic), and the third harmonic (third harmonic). (Wave) functions as a 3/4 wavelength line. Therefore, this 1/4 wavelength line realizes a short circuit state with respect to the output of the amplifying element for the second harmonic wave, and realizes an open state for the third harmonic wave. The quarter wavelength line is also coupled to a fundamental wave matching circuit, and functions as an impedance conversion element that matches the output impedance of the amplification transistor with respect to the fundamental wave to the impedance of the output load node.

特許文献1に示される第2の出力整合回路の構成においては、増幅トランジスタの出力と基本波整合回路の間に、インダクタとコンデンサの並列共振回路が直列に接続され、かつ基本波整合回路の入力とグランドの間に、インダクタとコンデンサの直列共振回路が接続される。並列共振回路は、共振周波数が3倍波の周波数に設定され、直列共振回路は、共振周波数が、2倍波の周波数に設定される。したがって、この並列共振回路を3倍波に対しては開放状態、2倍波に対しては短絡状態を実現する。並列共振回路は、3倍波よりも低い周波数領域においては、そのインピーダンスが誘導性となり、ほぼリアクタンス成分は無視され、この周波数領域においては、増幅トランジスタの出力ノードは、ほぼリアクタンス0で、直列共振回路および基本波整合回路の入力に結合される。   In the configuration of the second output matching circuit disclosed in Patent Document 1, a parallel resonant circuit of an inductor and a capacitor is connected in series between the output of the amplification transistor and the fundamental matching circuit, and the input of the fundamental matching circuit is provided. A series resonant circuit of an inductor and a capacitor is connected between the capacitor and the ground. The resonant frequency of the parallel resonant circuit is set to the frequency of the third harmonic, and the resonant frequency of the series resonant circuit is set to the frequency of the second harmonic. Therefore, this parallel resonant circuit is realized in an open state for the third harmonic wave and in a short-circuit state for the second harmonic wave. In the parallel resonant circuit, the impedance is inductive in the frequency region lower than the third harmonic, and the reactance component is almost ignored, and in this frequency region, the output node of the amplification transistor is almost in the reactance 0 and is in series resonance. Coupled to the input of the circuit and the fundamental matching circuit.

また、特許文献1に示される第3の出力整合回路の構成においては、増幅トランジスタ出力と基本波整合回路の入力との間に、基本波についての1/12波長線路および1/6波長線路を直列にインピーダンス線路として接続する。これらのインピーダンス線路の接続点とグランドとの間に3倍波で共振するLC直列共振回路を接続し、また基本波整合回路の入力とグランドとの間に、2倍波の周波数で共振するLC直列共振回路を接続する。1/12波長線路は、3倍波に対しては1/4波長線路となり、したがって、3倍波に対して増幅トランジスタ出力ノードに対し開放条件を与える。一方、これらのインピーダンス線路全体は、2倍波に対しては1/2波長線路として機能するため、この2倍波に対しては短絡状態が実現される。基本波に対しては、通常の1/4波長線路として機能し、増幅トランジスタの出力インピーダンスと基本波整合回路の間の整合を取るインピーダンス変換素子として機能させる。   Further, in the configuration of the third output matching circuit disclosed in Patent Document 1, a 1/12 wavelength line and a 1/6 wavelength line for the fundamental wave are provided between the output of the amplification transistor and the input of the fundamental wave matching circuit. Connect as an impedance line in series. An LC series resonant circuit that resonates at a third harmonic is connected between the connection point of these impedance lines and the ground, and an LC that resonates at a second harmonic frequency between the input of the fundamental matching circuit and the ground. Connect a series resonant circuit. The 1/12 wavelength line becomes a 1/4 wavelength line for the 3rd harmonic wave, and therefore provides an open condition for the output node of the amplification transistor for the 3rd harmonic wave. On the other hand, since these impedance lines as a whole function as a half-wave line for the second harmonic, a short circuit state is realized for the second harmonic. With respect to the fundamental wave, it functions as an ordinary quarter wavelength line, and functions as an impedance conversion element for matching between the output impedance of the amplification transistor and the fundamental wave matching circuit.

また、非特許文献1(スティーブ・C著、「無線通信用高周波電力増幅器」("RF Power Amplifier Wireless Communications")、アーテックハウス社("Artech House)発行)の図4.17、においては、増幅素子出力ノードと電源の間に、基本波の1/4波長線路を接続し、偶数次高周波に対し、理論的に短絡状態を実現する構成を示す。また、この非特許文献1に示される別の構成においては、高調波トラップ回路として、増幅素子出力とグランドとの間に、インダクタおよびコンデンサのLC直列共振回路を接続し、その後段に、出力整合回路がさらに設けられる。この高調波トラップ回路は、第2高調波で、リアクタンス成分が0となり、増幅素子出力から高調波トラップ回路を見た第2高調波でのインピーダンスを0Ωとして、増幅素子の電流源に適切な第2高調波短絡インピーダンスを与えて、第2高調波処理を行う構成を示す。   In FIG. 4.17 of Non-Patent Document 1 ("RF Power Amplifier Wireless Communications" by Steve C., published by "Artech House"), amplification is performed. A configuration is shown in which a quarter-wave line of the fundamental wave is connected between the element output node and the power source to theoretically realize a short-circuit state for even-order high frequencies. In the configuration, an LC series resonance circuit of an inductor and a capacitor is connected between the output of the amplifying element and the ground as a harmonic trap circuit, and an output matching circuit is further provided in the subsequent stage. Is suitable for the current source of the amplifying element, with the reactance component being zero at the second harmonic and the impedance at the second harmonic as seen from the amplifying element output as viewed from the harmonic trap circuit is 0Ω. Giving second harmonic short circuit impedance shows a configuration for performing the second harmonic processing.

また、特許文献2(特開平8−148949号公報)に示される構成においては、増幅素子の出力と接地の間に、LC直列共振回路およびLC並列共振回路がそれぞれ接続される。LC直列共振回路は2倍波に対し共振し、LC並列共振回路は、LC直列共振回路とともに動作して、基本波および3倍波に対して共振する。この直列共振回路のインピーダンスは、増幅素子の内部インピーダンスの直列誘導成分を考慮して、すなわち増幅素子が電界効果トランジスタ(FET)で構成される場合には、その内部ドレインインダクタンスを考慮して、LC共振回路の共振周波数を設定する。また、LC並列共振回路のインピーダンス値は、直列共振回路のリアクタンス成分および増幅用FETの内部ドレイン−ソース間コンデンサおよびドレインインダクタンスを考慮して基本波および第3高調波で共振する値に設定する。この増幅素子の出力ノードはまた、基本波整合回路に接続される。この特許文献2においては、2倍波の短絡条件は、LC直列共振回路により実現する。また基本波に対しては、直列共振回路が容量性、並列共振回路は誘導性となり、これらの直列共振回路および並列共振回路が基本波に対して共振する並列共振回路を構成する。また、3倍波については、直列共振回路が誘導性、並列共振回路は容量性となり、第3高調波(3倍波)に共振する並列共振回路が形成される。さらに、出力整合回路の直列に設けられるインダクタにより、この第3高調波(3倍波)に対するインピーダンスを大きく設定して、基本波整合回路に対し、これらの高調波処理回路が影響を与えない回路を実現することを図る
In the configuration disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-148949), an LC series resonance circuit and an LC parallel resonance circuit are connected between the output of the amplifying element and the ground. The LC series resonance circuit resonates with the second harmonic, and the LC parallel resonance circuit operates with the LC series resonance circuit to resonate with the fundamental wave and the third harmonic. The impedance of this series resonant circuit is determined by considering the series inductive component of the internal impedance of the amplifying element, that is, when the amplifying element is composed of a field effect transistor (FET), considering the internal drain inductance. Sets the resonant frequency of the resonant circuit. The impedance value of the LC parallel resonance circuit is set to a value that resonates at the fundamental wave and the third harmonic in consideration of the reactance component of the series resonance circuit, the internal drain-source capacitor of the amplification FET, and the drain inductance. The output node of this amplifying element is also connected to the fundamental matching circuit. In Patent Document 2, the double-wave short-circuit condition is realized by an LC series resonance circuit. For the fundamental wave, the series resonance circuit is capacitive and the parallel resonance circuit is inductive, and the series resonance circuit and the parallel resonance circuit constitute a parallel resonance circuit that resonates with respect to the fundamental wave. For the third harmonic, the series resonant circuit is inductive and the parallel resonant circuit is capacitive, and a parallel resonant circuit that resonates at the third harmonic (third harmonic) is formed. Further, an impedance provided for the third harmonic (third harmonic) is set to be large by an inductor provided in series with the output matching circuit, and these harmonic processing circuits do not affect the fundamental matching circuit. To realize.

また、特許文献3(特開2002−118428号公報)は、増幅回路の出力部に設けられる出力側整合回路として、通過特性に少なくとも1つの減衰極を有する回路を用いる構成を示している。この特許文献3は、出力側の低域通過フィルタを削除することにより、この低域通過フィルタにおける損失をなくし、高効率の増幅器を実現することを図る。
特開平7−263979号公報 特開平8−148949号公報 特開2002−118428号公報 スティーブ・C著、無線通信用高周波電力増幅器、アーテックハウス社発行 (Steve C, "RF Power Amplifiers for Wireless Communications", published by Artech House)
Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-118428) shows a configuration in which a circuit having at least one attenuation pole in the pass characteristic is used as an output-side matching circuit provided in an output section of an amplifier circuit. This patent document 3 eliminates the loss in the low-pass filter by eliminating the low-pass filter on the output side, and achieves a highly efficient amplifier.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-2631979 JP-A-8-148949 JP 2002-118428 A Steve C, "RF Power Amplifiers for Wireless Communications", published by Artech House

前述の特許文献1および2に示される構成においては、基本波整合回路と別に、2倍波および3倍波の高調波成分を除去する回路が別に設けられている。したがって、基本波整合回路が余分に必要となり、回路の専有面積が増加する。   In the configurations shown in Patent Documents 1 and 2 described above, a circuit for removing harmonic components of the second harmonic and the third harmonic is provided separately from the fundamental matching circuit. Therefore, an extra fundamental matching circuit is required, and the area occupied by the circuit increases.

また、これらの特許文献1および2に示される構成においては、その利得および効率の周波数帯域特性を広くする構成については何ら検討していない。   Further, in the configurations shown in these Patent Documents 1 and 2, no consideration is given to a configuration that widens the frequency band characteristics of the gain and efficiency.

また、特許文献3に示される構成においては、基本波に対する出力整合回路として、L型ローパスフィルタ(LPF)を基本構成として用い、定K型LPF処理により、リアクタンス成分を変更することなく、インダクタンスをコンデンサおよびインダクタで構成される並列共振回路に変換する、またはコンデンサを直列共振回路に変換することにより、2倍波成分および3倍波成分に対する減衰極を、基本波の整合特性に影響を及ぼすことなく形成することを図る。しかしながら、この特許文献3は、単に、出力整合回路においてその通過特性に高調波に対応する減衰極を形成することを図るだけであり、出力信号の利得および効率の帯域特性については何ら考慮していない。   In the configuration shown in Patent Document 3, an L-type low-pass filter (LPF) is used as the basic configuration as an output matching circuit for the fundamental wave, and the inductance is changed by constant K-type LPF processing without changing the reactance component. Attenuation poles for the 2nd harmonic component and 3rd harmonic component affect the matching characteristics of the fundamental wave by converting to a parallel resonant circuit composed of a capacitor and an inductor, or converting a capacitor to a series resonant circuit To form without. However, this Patent Document 3 merely aims at forming an attenuation pole corresponding to a harmonic in the pass characteristic of the output matching circuit, and does not take into consideration the gain and efficiency band characteristics of the output signal. Absent.

非特許文献1に示される構成においては、パッケージのピン端子のリアクタンス成分の影響により、第2高調波に対する短絡条件を満たすことは困難であると述べ、その現実的な対策として、ロードプル測定を行なって、最終の整合回路パラメータを決定することを提案している。   In the configuration shown in Non-Patent Document 1, it is said that it is difficult to satisfy the short-circuit condition for the second harmonic due to the influence of the reactance component of the pin terminal of the package, and load pull measurement is performed as a practical countermeasure. Thus, it is proposed to determine the final matching circuit parameters.

また、この非特許文献1においては、電力利得と効率の周波数特性が異なることをその図4.20に示しており、効率および電力利得両者の帯域を広くする構成については何ら議論していない。   Further, in this Non-Patent Document 1, it is shown in FIG. 4.20 that the frequency characteristics of power gain and efficiency are different, and there is no discussion about a configuration for widening both the efficiency and power gain bands.

前述の非特許文献1においても示されているように、実際の増幅素子(トランジスタ)の出力に与えられる第2高調波インピーダンスは、理想短絡の0Ωと異なり、0Ω±j・X(Ω)となる。この状態を、反射係数Γで示せば、Γ=1∠θの位相角が存在する状態となる。現実には、増幅素子の実際のトランジスタ領域と第2高調波処理回路との間に、直列誘導成分等の寄生リアクタンス成分が存在する。したがって、現実の第2高調波処理回路は、Γ=1∠θのように、リアクタンス成分(位相角)を制御することが可能な方が現実的であり、特にその位相制御を、基本波整合に影響を与えることなく行なうのが望ましい。さらに、この位相角制御は、第3高調波処理に対しても用いることができるように、広範囲にわたって制御できるようにするのがアブリシケーションの観点からは望ましい。すなわち、第2高調波処理および第3高調波処理を、ほぼ同一構成で実現できるのが望ましい。   As also shown in the aforementioned Non-Patent Document 1, the second harmonic impedance given to the output of the actual amplifying element (transistor) is 0Ω ± j · X (Ω), which is different from 0Ω of an ideal short circuit. Become. If this state is represented by a reflection coefficient Γ, a phase angle of Γ = 1∠θ exists. Actually, a parasitic reactance component such as a series inductive component exists between the actual transistor region of the amplifying element and the second harmonic processing circuit. Therefore, it is more realistic that the actual second harmonic processing circuit can control the reactance component (phase angle) as Γ = 1∠θ. In particular, the phase control is performed by matching the fundamental wave. It is desirable to do so without affecting the system. Further, it is desirable from the viewpoint of application that this phase angle control can be controlled over a wide range so that it can be used for the third harmonic processing. That is, it is desirable that the second harmonic processing and the third harmonic processing can be realized with substantially the same configuration.

前述のいずれの先行技術においても、第2高調波に対しては、理想短絡状態(Γ=1∠180°)を、第3高調波に対しては、理想開放状態(Γ=1∠0°)を実現することを目的としており、広範囲にわたって、Γ=1∠θの位相角θを制御する構成については何ら考慮していない。   In any of the above-described prior arts, the ideal short circuit state (Γ = 1∠180 °) is applied to the second harmonic, and the ideal open state (Γ = 1∠0 °) is applied to the third harmonic. ), And does not consider any configuration for controlling the phase angle θ of Γ = 1∠θ over a wide range.

それゆえ、この発明の目的は、増幅素子の出力に対して与える高調波処理時のリアクタンス成分を、広範囲にわたって同一回路構成で制御することのできる半導体装置を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of controlling a reactance component at the time of harmonic processing applied to an output of an amplifying element over a wide range with the same circuit configuration.

この発明の第1の観点に係る半導体装置は、内部出力端子に入力信号に対応する信号を生成するトランジスタ素子と、この内部出力ノードと負荷が結合される負荷出力ノードとの間に接続され、所望周波数を有する基本波成分に対する整合処理および前記基本波の整数倍の周波数の高調波成分に対する共振状態を形成しかつこの共振状態にリアクタンス成分を付加することによりこの高調波成分に対する減衰処理を共通に行う出力処理回路を備える。   A semiconductor device according to a first aspect of the present invention is connected between a transistor element that generates a signal corresponding to an input signal at an internal output terminal, and a load output node to which the internal output node and a load are coupled, A matching process for a fundamental wave component having a desired frequency and a resonance process for a harmonic component having a frequency that is an integral multiple of the fundamental wave are formed and a reactance component is added to the resonance state to commonly use an attenuation process for the harmonic wave component. An output processing circuit is provided.

この発明の第2の観点に係る半導体装置は、導電性の出力領域を有するトランジスタと、この出力領域に対向して配置される第1の導体と、第1の導体と出力領域とを接続する複数の配線と、第1の導体に接続され、コの字形状に配置される第1の伝送線路と、第1の伝送線路に囲まれるようにかつ互いに分離して配置される複数の第2の導体と、第1の導体に接続されかつ蛇行形状に配置される第2の伝送線路と、第2の伝送線路と接地線との間に接続される第1のコンデンサと、第1の導体および第1の伝送線路に一方側電極が接続される第2のコンデンサと、一端が第2のコンデンサの他方側電極に接続されかつ他端が第1の伝送線路に接続されかつコの字形状に配置される第3の伝送線路と、第3の伝送線路の内部領域に互いに分離して配置される複数の第3の導体と、第1および第3の伝送線路の共通結合端に一端が接続され、かつ蛇行形状に配置される第4の伝送線路と、この第4の伝送線路の蛇行形状に囲まれる領域に配置される複数の第4の導体と、第4の伝送線路と接地線の間に接続される第3のコンデンサとを備える。   A semiconductor device according to a second aspect of the present invention connects a transistor having a conductive output region, a first conductor disposed opposite to the output region, and the first conductor and the output region. A plurality of wirings, a first transmission line connected to the first conductor and disposed in a U-shape, and a plurality of second lines disposed so as to be surrounded by the first transmission line and separated from each other , A second transmission line connected to the first conductor and arranged in a meandering shape, a first capacitor connected between the second transmission line and the ground line, and the first conductor And a second capacitor having one electrode connected to the first transmission line, one end connected to the other electrode of the second capacitor and the other end connected to the first transmission line, and a U-shape. The third transmission line arranged in the area and the inner area of the third transmission line are separated from each other A plurality of third conductors, a fourth transmission line having one end connected to the common coupling end of the first and third transmission lines, and a serpentine shape, and the fourth transmission line A plurality of fourth conductors arranged in a region surrounded by the meandering shape, and a third capacitor connected between the fourth transmission line and the ground line.

この発明の第3の観点に係る半導体装置は、導電性の出力領域を有するトランジスタと、この出力領域に対向して配置される第1の導体と、第1の導体と出力領域とを接続する複数の配線と、第1の導体に接続され、コの字形状に配置される第1の伝送線路と、第1の伝送線路に囲まれるようにかつ互いに分離して配置される複数の第2の導体と、第1の導体に一端が接続されかつ蛇行形状に配置される第2の伝送線路と、第2の伝送線路の他端と接地線との間に接続される第1のコンデンサと、第1の伝送線路のコの字形状の一方端と他方端との間に結合される第2のコンデンサと、第1の伝送線路の他方端と接地線との間に接続される第3のコンデンサを備える。   A semiconductor device according to a third aspect of the present invention connects a transistor having a conductive output region, a first conductor disposed opposite to the output region, and the first conductor and the output region. A plurality of wirings, a first transmission line connected to the first conductor and disposed in a U-shape, and a plurality of second lines disposed so as to be surrounded by the first transmission line and separated from each other A second transmission line having one end connected to the first conductor and arranged in a meandering shape, and a first capacitor connected between the other end of the second transmission line and the ground line A second capacitor coupled between one end and the other end of the U-shape of the first transmission line, and a third connected between the other end of the first transmission line and the ground line. With a capacitor.

この発明の第4の観点に係る半導体装置は、導電性の出力領域を有するトランジスタと、この出力領域に対向して配置される第1の導体と、第1の導体と出力領域とを接続する複数の配線と、第1の導体に一端が接続されかつコの字形状に配置される第1の伝送線路と、第1の伝送線路に囲まれるようにかつ互いに分離して配置される複数の第2の導体と、第1の導体に一端が接続されかつ蛇行形状に配置される第2の伝送線路と、第2の伝送線路の他端と接地線との間に接続される第1のコンデンサと、第1の伝送線路の一端に一方側電極が接続される第2のコンデンサと、一端が第2のコンデンサの他方側電極に接続されかつ他端が第1の伝送線路に接続されかつさらに第1の伝送線路と対向してコの字形状に配置される第3の伝送線路と、第3の伝送線路の内部領域に互いに分離して配置される複数の第3の導体と、第1および第3の伝送線路の間の領域に配置されかつ第1および第3の伝送線路の共通結合端と接地線との間に接続される第3のコンデンサを備える。   A semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention connects a transistor having a conductive output region, a first conductor disposed opposite to the output region, and the first conductor and the output region. A plurality of wirings, a first transmission line having one end connected to the first conductor and arranged in a U-shape, and a plurality of wirings surrounded by the first transmission line and separated from each other A second conductor, a second transmission line having one end connected to the first conductor and arranged in a meandering shape, and a first conductor connected between the other end of the second transmission line and the ground line A capacitor, a second capacitor having one electrode connected to one end of the first transmission line, one end connected to the other electrode of the second capacitor, and the other end connected to the first transmission line; Further, a third transmission line arranged in a U-shape facing the first transmission line A plurality of third conductors arranged separately from each other in the inner region of the third transmission line, and arranged in a region between the first and third transmission lines and of the first and third transmission lines A third capacitor connected between the common coupling end and the ground line is provided.

この発明の第5の観点に係る半導体装置は、導電性の出力領域を有するトランジスタと、出力領域に対向して配置される第1の導体と、第1の導体と出力領域とを接続する複数の配線と、第1の導体に一端が接続されかつコの字形状に配置される第1の伝送線路と、第1の伝送線路に囲まれるように互いに分離して配置される複数の第2の導体と、第1の導体に一端が接続されかつ蛇行形状に配置される第2の伝送線路と、第2の伝送線路の他端と接地線との間に接続される第1のコンデンサと、第1の伝送線路のコの字形状の一方端と他方端との間に結合される第2のコンデンサと、第1の伝送線路の他端に一端が接続されかつ蛇行形状に配置される第3の伝送線路と、第3の伝送線路の蛇行形状に対応して配置される複数の第3の導体と、第3の伝送線路の他端と接地線との間に接続される第3のコンデンサとを備える。   A semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention includes a transistor having a conductive output region, a first conductor disposed opposite the output region, and a plurality of conductors connecting the first conductor and the output region. Wiring, a first transmission line having one end connected to the first conductor and disposed in a U-shape, and a plurality of second lines disposed separately from each other so as to be surrounded by the first transmission line A second transmission line having one end connected to the first conductor and arranged in a meandering shape, and a first capacitor connected between the other end of the second transmission line and the ground line A second capacitor coupled between one end and the other end of the U-shape of the first transmission line, and one end connected to the other end of the first transmission line and arranged in a meandering shape A third transmission line and a plurality of third conductors arranged corresponding to the meandering shape of the third transmission line; And a third capacitor connected between the other end and the ground line of the third transmission line.

この発明の第6の観点に係る半導体装置は、導電性の出力領域を有するトランジスタと、この出力領域に対向して配置されかつ一方側電極が接地線に接続される第1のコンデンサと、出力領域と第1のコンデンサの他方側電極を接続する複数の第1の配線と、第1のコンデンサに関して出力領域と対向して配置される第2の導体と、第2の導体と出力領域とを接続する複数の第2の配線と、第2の導体と離れて配置される第3の導体と、第3の導体に一方側電極が接続される第2のコンデンサと、第2のコンデンサの他方側電極と第2の導体とを接続する複数の第3の配線と、第2の導体と第3の導体とを接続する複数の第4の配線と、第3の導体に関して対向して配置されかつ各々がその一方側電極が接地線に接続される第3および第4のコンデンサと、第3のコンデンサの他方側電極を第3の導体に接続する複数の第5の配線と、第4のコンデンサの他方側電極を第3の導体に接続する複数の第6の配線を備える。   A semiconductor device according to a sixth aspect of the present invention includes a transistor having a conductive output region, a first capacitor disposed opposite to the output region and having one electrode connected to a ground line, and an output A plurality of first wirings connecting the region and the other electrode of the first capacitor, a second conductor disposed opposite the output region with respect to the first capacitor, a second conductor and the output region A plurality of second wirings to be connected; a third conductor disposed away from the second conductor; a second capacitor having one electrode connected to the third conductor; and the other of the second capacitors A plurality of third wirings that connect the side electrode and the second conductor, a plurality of fourth wirings that connect the second conductor and the third conductor, and the third conductor are arranged to face each other. And a third and a fourth, each having one electrode connected to the ground line A capacitor, a plurality of fifth wirings connecting the other electrode of the third capacitor to the third conductor, and a plurality of sixth wirings connecting the other electrode of the fourth capacitor to the third conductor. Prepare.

この発明の第1の観点に係る半導体装置においては、基本波整合および高調波減衰処理を共通のフィルタ回路により行なっており、また、高調波減衰処理においては共振状態に対してリアクタンス成分を追加しているため、反射係数の位相を反射係数のマグニチュードをほぼ変化させることなく調整することができ、高周波処理において、全反射状態の反射係数の位相角を広範囲にわたって制御することができ、理想短絡および理想開放と異なる状態で高調波減衰処理を行うことができ、効率および電力利得の帯域を広範囲にわたって平坦化することができる。   In the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the fundamental wave matching and the harmonic attenuation process are performed by a common filter circuit. In the harmonic attenuation process, a reactance component is added to the resonance state. Therefore, the phase of the reflection coefficient can be adjusted without substantially changing the magnitude of the reflection coefficient, and the phase angle of the reflection coefficient in the total reflection state can be controlled over a wide range in high frequency processing. Harmonic attenuation processing can be performed in a state different from the ideal open state, and the bandwidth of efficiency and power gain can be flattened over a wide range.

この発明の第2から第6の発明に従えば、基板実装時、各伝送線路または配線をインダクタとして利用でき、現実のアプリケーションに応じて高調波処理および基本波整合処理を行う回路のパラメータを容易に所望の値に調整することができる。   According to the second to sixth aspects of the present invention, each transmission line or wiring can be used as an inductor when mounted on a board, and the parameters of a circuit for performing harmonic processing and fundamental wave matching processing can be easily set according to an actual application. Can be adjusted to a desired value.

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1に従う半導体装置の全体の構成を概略的に示す図である。図1において、半導体装置は、図示しない入力部からの高周波信号を電力増幅して出力端子(ノード)5に出力する増幅素子1と、増幅素子1の出力信号を次段の負荷回路が接続される負荷出力端子3へ伝達する出力処理回路2を含む。
[Embodiment 1]
FIG. 1 schematically shows an overall configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a semiconductor device is connected to an amplifying element 1 that amplifies a high-frequency signal from an input unit (not shown) and outputs the amplified signal to an output terminal (node) 5, and an output signal of the amplifying element 1 to a load circuit in the next stage. The output processing circuit 2 for transmitting to the load output terminal 3 is included.

増幅素子1は、たとえば、LDMOSFET(ラテラリ・ディヒューズド・絶縁ゲート型電界効果トランジスタ"laterally diffused insulated gate field effect transistor")で構成され、以下では、この増幅素子1は、デバイスFET1と称す。   The amplifying element 1 is composed of, for example, an LDMOSFET (laterally diffused insulated gate field effect transistor). Hereinafter, the amplifying element 1 is referred to as a device FET1.

出力処理回路2は、このデバイスFET1の出力端子のインピーダンスと負荷出力端子3のインピーダンスの基本波に対する整合を取り、また、高調波成分を反射して出力負荷端子3への伝達を防止し、電力効率を改善する。この出力処理回路2は、その具体的構成については後に詳細に説明するが、デバイスFET1の出力領域のリアクタンス成分と並列共振回路を構成して高調波成分の伝達を防止する共振整合回路10と、デバイス出力端子5と負荷出力端子3の間に直列に接続され、基本波に対してはインピーダンス整合を実現し、かつ高調波に対しては反射条件を達成するとともにその反射波の位相を広範囲に渡って制御することができる高調波処理回路20を含む。   The output processing circuit 2 matches the impedance of the output terminal of the device FET1 and the impedance of the load output terminal 3 with respect to the fundamental wave, reflects a harmonic component to prevent transmission to the output load terminal 3, and Improve efficiency. A specific configuration of the output processing circuit 2 will be described later in detail, but a resonance matching circuit 10 that forms a parallel resonance circuit with a reactance component of the output region of the device FET1 to prevent transmission of harmonic components, It is connected in series between the device output terminal 5 and the load output terminal 3 to achieve impedance matching for the fundamental wave, and to achieve a reflection condition for the harmonic wave and to make the phase of the reflected wave wide. A harmonic processing circuit 20 that can be controlled across is included.

この共振整合回路10により、デバイスFET1のリアクタンス成分の影響を相殺して、高調波処理回路20において、反射波の位相を制御して、効率および利得を広帯域にわたって平坦化することを図る。   The resonance matching circuit 10 cancels out the influence of the reactance component of the device FET1, and the harmonic processing circuit 20 controls the phase of the reflected wave to flatten the efficiency and gain over a wide band.

高調波処理回路20は、同一のフィルタ構成で、基本波に対する整合と高調波に対するインピーダンス調整とを両立させる。この高調波処理回路20は、電力増幅時において大きな割合を占める第2高調波成分および第3高調波成分の処理を行なう。さらに高次の高調波成分の処理が行なわれてもよいが、以下では、この第2高調波(2倍波)および第3高調波(3倍波)の処理を行なう構成について説明する。   The harmonic processing circuit 20 achieves both matching with the fundamental wave and impedance adjustment with respect to the harmonic with the same filter configuration. The harmonic processing circuit 20 performs processing of the second harmonic component and the third harmonic component that occupy a large proportion during power amplification. Although processing of higher harmonic components may be performed, a configuration for performing processing of the second harmonic (second harmonic) and third harmonic (third harmonic) will be described below.

図2は、図1に示す高調波処理回路20の構成の一例を示す図である。この図2に示すように、高調波処理回路20は、定K型ローパスフィルタ(LPF)30を基本形として、周波数変換およびインピーダンス変換を行なう。定K型LPF30は、2次の定K型LPFであり、入力ノード20aと出力ノード20cの間に直列に接続されるインダクタL1と、出力ノード20cと基準ノード(グランド:接地ノード)20dおよび20bとの間に接続されるコンデンサC1を含む。係数Kは、2次の定K型LPF30の基本となる正規化フィルタのインピーダンス変換比を示す(K=目標インピーダンス/正規化フィルタのインピーダンス)。2次の定K型LPFにおいては、インピーダンス変換比Kの値に係らずインダクタンスL1とキャパシタンスC1との積は一定値となる。   FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the harmonic processing circuit 20 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the harmonic processing circuit 20 performs frequency conversion and impedance conversion using a constant K-type low-pass filter (LPF) 30 as a basic form. The constant K-type LPF 30 is a second-order constant K-type LPF, and includes an inductor L1 connected in series between the input node 20a and the output node 20c, an output node 20c, and reference nodes (ground: ground nodes) 20d and 20b. Including a capacitor C1 connected between the two. The coefficient K indicates the impedance conversion ratio of the normalization filter which is the basis of the second-order constant K-type LPF 30 (K = target impedance / normalization filter impedance). In the second-order constant K-type LPF, the product of the inductance L1 and the capacitance C1 is a constant value regardless of the value of the impedance conversion ratio K.

このインダクタL1とコンデンサC1とで構成される2次の定K型LPF30を基本構成として用いて高調波処理回路20を形成する。すなわち、コンデンサC1を、インダクタLaおよびコンデンサCaの直列体に変形する。これらのインダクタLaおよびコンデンサCaにより形成される直列共振回路の共振周波数を、基本波の周波数よりも上に存在させる。この場合、インダクタLaとコンデンサCaとで構成される直列共振回路は、基本波に対しては、そのインピーダンスが容量性となり、定K型LPFのコンデンサの機能を担う。   The harmonic processing circuit 20 is formed using a secondary constant K-type LPF 30 composed of the inductor L1 and the capacitor C1 as a basic configuration. That is, the capacitor C1 is transformed into a series body of the inductor La and the capacitor Ca. The resonance frequency of the series resonance circuit formed by the inductor La and the capacitor Ca is made higher than the frequency of the fundamental wave. In this case, the series resonant circuit composed of the inductor La and the capacitor Ca has a capacitive impedance with respect to the fundamental wave, and functions as a constant K-type LPF capacitor.

一方、定K型LPF30のインダクタL1は、ノード20aおよび20cの間に直列に接続されるコンデンサCbおよびインダクタLbと、これらのコンデンサCbおよびインダクタLbと並列にノード20aおよび20cの間に接続されるインダクタLcに変形される。これらのインダクタLbおよびコンデンサCbで形成されるリアクタンス成分は、直列共振回路形成時の直列共振周波数より下の周波数領域では容量性である。また、コンデンサCbおよびインダクタLbの容量性リアクタンスとこの容量性リアクタンスに並列に接続されるインダクタLcとで形成されるリアクタンス成分は、並列共振周波数よりも下の周波数領域では、誘導性であり、この誘導性リアクタンスが、基本波に対する定K型LPF30のインダクタの機能を担う。   On the other hand, inductor L1 of constant K type LPF 30 is connected between nodes 20a and 20c in parallel with capacitors Cb and Lb connected in series between nodes 20a and 20c, and in parallel with capacitors Cb and inductor Lb. It is transformed into an inductor Lc. The reactance component formed by the inductor Lb and the capacitor Cb is capacitive in a frequency region below the series resonance frequency when the series resonance circuit is formed. Further, the reactance component formed by the capacitive reactance of the capacitor Cb and the inductor Lb and the inductor Lc connected in parallel to the capacitive reactance is inductive in a frequency region below the parallel resonance frequency. Inductive reactance functions as an inductor of the constant K-type LPF 30 with respect to the fundamental wave.

以下、この図2に示す高調波処理回路20のノード20aおよび20b間のインピーダンスの軌跡について検討する。   Hereinafter, the locus of impedance between the nodes 20a and 20b of the harmonic processing circuit 20 shown in FIG. 2 will be examined.

今、図3(A)に示すように、インダクタLbおよびコンデンサCbが、直列共振状態にあり、また、インダクタLaおよびコンデンサCaも直列共振状態にある状態を考える。すなわち、最も簡単な場合、La=Lb、かつCb=Ca=Cb0であり、共振周波数は、f0である。この状態では、コンデンサCbおよびインダクタLbで構成される回路のインピーダンスは0であり、また、インダクタLaおよびコンデンサCaの形成する回路のインピーダンスも0となる。したがって、図3(B)に示すように、この周波数f0におけるノード20aおよび20b間のインピーダンスZを、スミスチャートにプロットした場合、Z=0±j0(Ω)であり、反射係数Γは、Γ=1∠180°となり、完全短絡状態を示す。   Now, as shown in FIG. 3A, it is assumed that the inductor Lb and the capacitor Cb are in a series resonance state, and the inductor La and the capacitor Ca are also in a series resonance state. That is, in the simplest case, La = Lb and Cb = Ca = Cb0, and the resonance frequency is f0. In this state, the impedance of the circuit composed of the capacitor Cb and the inductor Lb is 0, and the impedance of the circuit formed by the inductor La and the capacitor Ca is also 0. Therefore, as shown in FIG. 3B, when the impedance Z between the nodes 20a and 20b at the frequency f0 is plotted on the Smith chart, Z = 0 ± j0 (Ω), and the reflection coefficient Γ is Γ = 1∠180 °, indicating a complete short circuit state.

次に、図4(A)に示すように、コンデンサCbの容量値を、容量値Cb0よりも小さくし、インダクタLbおよびコンデンサCbの直列共振周波数を、周波数f0よりも高い周波数f1にシフトさせる。この場合、周波数f0は、直列共振周波数f1よりも低い領域であり、周波数f0においてインダクタLbおよびコンデンサCbで形成されるリアクタンス成分は、容量性となる。この容量性リアクタンス成分を−jXcとすると、図4(A)に示すように、インダクタLcと並列に、リアクタンス成分−jXcが接続される。このとき、インダクタLcとリアクタンス成分−jXcにより形成される並列共振回路の共振周波数を、共振周波数f0よりも低い位置にする。この状態においては、インダクタLcおよびリアクタンス成分−jXcで形成される並列共振回路は、この直列共振周波数f0の領域においては、そのリアクタンス成分が容量性となり、インダクタLcの量は無視できる。従って、ノード20aおよび20b間のインピーダンスZは、周波数f0で0−jXc(Ω)となる。ここで、リアクタンス成分−jXcは、1/j(ω・Cb)で示される。また、コンデンサCbの容量値をその同一符号で示す。以下の説明においても同様とする。   Next, as shown in FIG. 4A, the capacitance value of the capacitor Cb is made smaller than the capacitance value Cb0, and the series resonance frequency of the inductor Lb and the capacitor Cb is shifted to a frequency f1 higher than the frequency f0. In this case, the frequency f0 is a region lower than the series resonance frequency f1, and the reactance component formed by the inductor Lb and the capacitor Cb at the frequency f0 is capacitive. Assuming that this capacitive reactance component is -jXc, as shown in FIG. 4A, the reactance component -jXc is connected in parallel with the inductor Lc. At this time, the resonance frequency of the parallel resonance circuit formed by the inductor Lc and the reactance component -jXc is set to a position lower than the resonance frequency f0. In this state, in the parallel resonance circuit formed by the inductor Lc and the reactance component −jXc, the reactance component is capacitive in the region of the series resonance frequency f0, and the amount of the inductor Lc can be ignored. Therefore, the impedance Z between the nodes 20a and 20b is 0-jXc (Ω) at the frequency f0. Here, the reactance component -jXc is represented by 1 / j (ω · Cb). Further, the capacitance value of the capacitor Cb is indicated by the same symbol. The same applies to the following description.

この図4(A)に示す回路の共振周波数f0でのインピーダンスZを、スミスチャートにプロットすると、図4(B)に示すように、インピーダンス0の定リアクタンス線よりも下側の領域に位相が変化する。すなわち反射係数Γで示すと、Γ=1∠(180°+θ、θは正)となる。   When the impedance Z at the resonance frequency f0 of the circuit shown in FIG. 4A is plotted on a Smith chart, the phase is lower in the region below the constant reactance line with impedance 0 as shown in FIG. 4B. Change. That is, in terms of the reflection coefficient Γ, Γ = 1∠ (180 ° + θ, θ is positive).

次に、この図4(A)に示す状態から、コンデンサCbの容量値をさらに小さい容量値Cb2にシフトし、インダクタLbおよびコンデンサCbの直列共振周波数を、周波数f0よりもさらに高い位置にシフトさせる。この場合、リアクタンス成分−jXcの大きさ(絶対値)が、大きくなる。この場合、図5(A)に示すように、インダクタLcとリアクタンス成分−jXcで形成する並列共振回路の共振周波数をf0に設定する。この状態においては周波数f0において、並列共振回路のインピーダンスは無限大であるため、スミスチャートにノード20aおよび20bの間のインピーダンスZをプロットした場合、図5(B)に示すように、スミスチャートの右端の位置、すなわちZ=∞±j0の位置となる。すなわち、周波数f0に対して完全開放状態が実現される(Γ=1∠0)。   Next, from the state shown in FIG. 4A, the capacitance value of the capacitor Cb is shifted to a smaller capacitance value Cb2, and the series resonance frequency of the inductor Lb and the capacitor Cb is shifted to a position higher than the frequency f0. . In this case, the magnitude (absolute value) of the reactance component -jXc is increased. In this case, as shown in FIG. 5A, the resonance frequency of the parallel resonance circuit formed by the inductor Lc and the reactance component -jXc is set to f0. In this state, since the impedance of the parallel resonant circuit is infinite at the frequency f0, when the impedance Z between the nodes 20a and 20b is plotted on the Smith chart, as shown in FIG. The right end position, that is, the position of Z = ∞ ± j0. That is, a completely open state is realized with respect to the frequency f0 (Γ = 1∠0).

このコンデンサCbの容量値を、さらに小さくして容量値Cb3に設定する。この状態でのインダクタLbとコンデンサCbの直列共振周波数f3は、周波数f0よりもさらに高い位置にある。また、インダクタLcとリアクタンス−jXcによる並列共振周波数f4が、周波数f0よりも高くかつ周波数f3よりも低い状態を考える(f0<f4<f3)。この場合、図6(A)に示すように、インダクタLcとリアクタンス成分−jXcの並列合成リアクタンス成分は、周波数f0においては誘導性となる。このリアクタンス成分を+jX1とすると、図6(B)に示すように、スミスチャート上でのノード20aおよびノード20b間のインピーダンスZのプロット点は、Γ=(1∠θ)、すなわちZ=0+jX1(Ω)となる。すなわちリアクタンス0の定リアクタンス線よりも上側の領域にインピーダンスZがプロットされる。   The capacitance value of the capacitor Cb is further reduced and set to the capacitance value Cb3. In this state, the series resonance frequency f3 of the inductor Lb and the capacitor Cb is at a position higher than the frequency f0. Further, consider a state where the parallel resonance frequency f4 due to the inductor Lc and the reactance -jXc is higher than the frequency f0 and lower than the frequency f3 (f0 <f4 <f3). In this case, as shown in FIG. 6A, the parallel combined reactance component of the inductor Lc and the reactance component -jXc is inductive at the frequency f0. When this reactance component is + jX1, as shown in FIG. 6B, the plot point of the impedance Z between the node 20a and the node 20b on the Smith chart is Γ = (1∠θ), that is, Z = 0 + jX1 ( Ω). That is, the impedance Z is plotted in a region above the constant reactance line of reactance 0.

したがって、インダクタLaとコンデンサCaの直列共振回路の共振周波数f0において、ノード20aおよび20b間のインピーダンスZは、実数項を0Ωに維持したまま、虚数項を、容量性または誘導性に制御することができ、また、インピーダンスZ=∞のハイインピーダンス状態を実現することも可能である。すなわち、インピーダンスZの制御は、インダクタLaおよびコンデンサCaの直列共振回路の共振周波数を周波数f0に設定した状態で、インダクタLbおよびコンデンサCbで形成される直列リアクタンス成分と、この直列リアクタンス成分に並列接続されるインダクタLcとの合成リアクタンス成分とを制御することにより可能である。したがって、共振周波数f0を第2高調波または第3高調波に設定した場合、第2高調波(2倍波)に対しては、ノード20aおよび20b間のインピーダンスZを、短絡およびその前後の状態に設定することができ、また、第3高調波(3倍波)については、開放およびその前後の状態に設定することができる。   Therefore, at the resonance frequency f0 of the series resonance circuit of the inductor La and the capacitor Ca, the impedance Z between the nodes 20a and 20b can control the imaginary term to be capacitive or inductive while maintaining the real term at 0Ω. It is also possible to realize a high impedance state with impedance Z = ∞. That is, the impedance Z is controlled in such a manner that the series reactance component formed by the inductor Lb and the capacitor Cb is connected in parallel with the series reactance component in a state where the resonance frequency of the series resonance circuit of the inductor La and the capacitor Ca is set to the frequency f0. This is possible by controlling the combined reactance component with the inductor Lc. Therefore, when the resonance frequency f0 is set to the second harmonic or the third harmonic, the impedance Z between the nodes 20a and 20b is short-circuited and the states before and after the second harmonic (second harmonic). Moreover, about the 3rd harmonic (3rd harmonic), it can set to an open | release and the state before and behind that.

また、基本波の周波数を、共振周波数f0よりも低い値に設定することにより、インダクタLbおよびコンデンサCbの直列共振回路と、この直列共振回路と並列に接続されるインダクタLcで構成される回路部分の合成リアクタンス成分を、図7(A)に示すように、一定の誘導性リアクタンス成分jXlに設定でき、また、インダクタLaとコンデンサCaで構成されるリアクタンス成分も、同様、図7(A)に示す一定の容量性リアクタンス成分jXcに設定することができる。したがって、この基本波に対しては、図2に示す2次の定K型LPF30を用いて整合条件を満たすようにインピーダンス変換することにより、スミスチャートにおいて、図7(B)に示すように、原点に基本波の周波数fbにおけるインピーダンスZをプロットすることができる。   Further, by setting the frequency of the fundamental wave to a value lower than the resonance frequency f0, a circuit portion constituted by a series resonance circuit of an inductor Lb and a capacitor Cb and an inductor Lc connected in parallel with the series resonance circuit. 7A can be set to a constant inductive reactance component jXl, and the reactance component composed of the inductor La and the capacitor Ca is also shown in FIG. 7A. The constant capacitive reactance component jXc shown can be set. Therefore, with respect to this fundamental wave, impedance conversion is performed using the second-order constant K-type LPF 30 shown in FIG. 2 so as to satisfy the matching condition, and as shown in FIG. The impedance Z at the fundamental frequency fb can be plotted at the origin.

すなわち、2次の定K型LPF30に対し、リアクタンス成分の変換を行ない、この変換されたリアクタンス成分が、図7(A)に示すリアクタンス成分jXlおよびjXcに等しくなるように、インダクタLa、Lb、LcおよびコンデンサCa、Cbのリアクタンスを設定することにより、基本波に対し整合を取ることができ、反射を生じさせることなく、効率的に、基本波を次段回路へ伝達することができる。   That is, the reactance component is converted with respect to the secondary constant K-type LPF 30, and the converted reactance components are equal to the reactance components jXl and jXc shown in FIG. By setting the reactances of Lc and capacitors Ca and Cb, it is possible to match the fundamental wave and efficiently transmit the fundamental wave to the next stage circuit without causing reflection.

なお、基本波についての整合条件は、図7(A)において、リアクタンス成分jXlおよびjXcが、ノード20aおよび20bの与えるインピーダンスZにおいて基本波周波数領域で、リアクタンス成分が0になる状態である。   In FIG. 7A, the matching condition for the fundamental wave is such that the reactance components jXl and jXc become zero in the fundamental frequency region in the impedance Z provided by the nodes 20a and 20b.

なお、上述の説明においては、図2に示すインダクタLaおよびコンデンサCaの直列共振回路の共振周波数f0を、第2高調波または第3高調波に設定するように説明している。しかしながら、この共振周波数f0を、基本波の周波数よりも高い領域に存在させることを条件として、ノード20aおよび20b間のインピーダンスZにおいて、所望の高調波インピーダンスが実現しやすい状態がもたらされるならば、この直列共振周波数f0は、第2高調波または第3高調波と異なる周波数に設定されてもよい。   In the above description, the resonance frequency f0 of the series resonance circuit of the inductor La and the capacitor Ca shown in FIG. 2 is set to the second harmonic or the third harmonic. However, provided that this resonance frequency f0 is present in a region higher than the fundamental frequency, if the impedance Z between the nodes 20a and 20b is in a state where a desired harmonic impedance is easily realized, This series resonance frequency f0 may be set to a frequency different from the second harmonic or the third harmonic.

また、図1に示す共振整合回路10は、デバイスFET1のドレイン−ソース間容量Cdsの与える容量リアクタンス成分をキャンセルさせる方向に機能する。これにより高調波処理回路20において、デバイスFET1のドレインの電圧振幅により変化するドレイン容量Cdsの影響を受けることなく、回路パラメータの設定を行うことができる。   Further, the resonance matching circuit 10 shown in FIG. 1 functions in the direction of canceling the capacitive reactance component given by the drain-source capacitance Cds of the device FET1. Thus, the circuit parameters can be set in the harmonic processing circuit 20 without being affected by the drain capacitance Cds that varies depending on the voltage amplitude of the drain of the device FET1.

次に、この発明に従う半導体装置の出力処理回路2の等価回路について、具体的にインピーダンスを求める。まず、共振整合回路10の機能を見るために、この共振整合回路を用いずに高調波処理回路を構成する場合の操作について説明する。   Next, the impedance is specifically obtained for the equivalent circuit of the output processing circuit 2 of the semiconductor device according to the present invention. First, in order to see the function of the resonance matching circuit 10, an operation in the case of configuring a harmonic processing circuit without using this resonance matching circuit will be described.

図8は、高調波処理回路20の定K型LPFを利用する出力整合回路(Lマッチ回路)の、共振整合回路を利用しない場合の構成を概略的に示す図である。図8において、デバイスFET1は、出力ノードに対し互いに並列に接続されるドレイン−ソース間抵抗Rdsと、ドレイン−ソース間容量Cdsを有する。前述のように、デバイスFET1は、LDMOFETを想定する。定K型ローパスフィルタ40において、インダクタL1を、2つのインダクタL11およびL12に分割する。出力ノードとグランドとの間にはコンデンサC1が接続される。分割インダクタL11およびL12の間からデバイスFET1を見たときのインピーダンスをZaで表現する。すなわち、インダクタL11とドレイン−ソース間容量Cdsで構成されるLマッチ回路と、インダクタL12とコンデンサC1で構成されるLマッチ回路が接続されると考える。この2段構成とした場合、インピーダンス変換時、出力負荷インピーダンスZdsを、内部のインピーダンスZa以上の値に設定することができ、応じて、この出力負荷インピーダンスZdsは、ドレイン−ソース間抵抗Rds以上のインピーダンス値を有することができ、出力電圧(電力)を大きくすることができる。   FIG. 8 is a diagram schematically showing the configuration of the output matching circuit (L match circuit) using the constant K-type LPF of the harmonic processing circuit 20 when the resonance matching circuit is not used. In FIG. 8, the device FET1 has a drain-source resistance Rds and a drain-source capacitance Cds connected in parallel to each other with respect to the output node. As described above, the device FET1 is assumed to be an LDMOFET. In the constant K type low-pass filter 40, the inductor L1 is divided into two inductors L11 and L12. A capacitor C1 is connected between the output node and the ground. The impedance when the device FET1 is viewed from between the split inductors L11 and L12 is expressed by Za. That is, it is considered that an L match circuit composed of an inductor L11 and a drain-source capacitance Cds and an L match circuit composed of an inductor L12 and a capacitor C1 are connected. In the case of this two-stage configuration, at the time of impedance conversion, the output load impedance Zds can be set to a value equal to or higher than the internal impedance Za, and accordingly, this output load impedance Zds is equal to or higher than the drain-source resistance Rds. It can have an impedance value, and the output voltage (power) can be increased.

現実には、コンデンサC1は、表面実装型キャパシタまたは、MOS型キャパシタチップで実現される場合が多いため、このコンデンサC1の設計自由度は製品により制限され、キャパシタンス値の設計自由度は低い。したがって、コンデンサC1のキャパシタンス値の選択を念頭に置きながら、インダクタL1のインダクタンスを決定する。なお、このインダクタL1の分割点からデバイスFET1の出力を見たインピーダンスZaにおいては、インダクタL11の直列体に対し、抵抗成分Rdsおよび容量Cdsの並列体が並列に接続されるため、このインピーダンスZaは、次式で表わされる。   Actually, since the capacitor C1 is often realized by a surface mount capacitor or a MOS capacitor chip, the design freedom of the capacitor C1 is limited by the product, and the design freedom of the capacitance value is low. Therefore, the inductance of the inductor L1 is determined while keeping in mind the selection of the capacitance value of the capacitor C1. In the impedance Za when the output of the device FET1 is viewed from the dividing point of the inductor L1, a parallel body of the resistance component Rds and the capacitor Cds is connected in parallel to the series body of the inductor L11. Is expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

角周波数ωにおいて出力整合が取れる場合、リアクタンス成分が0となり、インピーダンスZaおよびリアクタンスXl11は、それぞれ、次式で表わされる。   When output matching can be obtained at the angular frequency ω, the reactance component is 0, and the impedance Za and the reactance Xl11 are respectively expressed by the following equations.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

したがって、リアクタンスXl11は、デバイスFET1のドレイン−ソース間抵抗RdsとキャパシタンスCdsとにより、一義的に決定される。   Accordingly, the reactance Xl11 is uniquely determined by the drain-source resistance Rds and the capacitance Cds of the device FET1.

次に、出力ノードから、デバイスFET1の出力ノードを見たときのインピーダンスZdsにおいては、コンデンサC1が並列に接続され、かつインダクタL12およびインピーダンスZaが直列に接続される。したがって、この出力ノードから見たインピーダンスZdsは、次式で表わされる。   Next, in the impedance Zds when the output node of the device FET1 is viewed from the output node, the capacitor C1 is connected in parallel, and the inductor L12 and the impedance Za are connected in series. Therefore, impedance Zds viewed from this output node is expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

所望角周波数ωにおいて、整合条件が満たされており、リアクタンス成分が0となるため、この出力側端子から見た負荷インピーダンスZdsは、次式で表わされる。   Since the matching condition is satisfied and the reactance component is 0 at the desired angular frequency ω, the load impedance Zds viewed from the output side terminal is expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

この場合、所望角周波数ωにおいては、インピーダンスZaも、リアクタンス成分が0であり、抵抗成分のみを有している。最終目標である出力負荷インピーダンスZdsが、中間インピーダンスZa以上となる条件を、上式のインピーダンスZdsから算出する。この場合、リアクタンスXl12について、整理すると、次式が得られる。   In this case, at the desired angular frequency ω, the impedance Za also has a reactance component of 0 and has only a resistance component. The condition that the final target output load impedance Zds is equal to or higher than the intermediate impedance Za is calculated from the impedance Zds of the above equation. In this case, when the reactance Xl12 is arranged, the following equation is obtained.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

また、リアクタンス成分Aが0となる条件は、上式Aにおいて、リアクタンスXl12の2次方程式を解くことにより求められる。   Further, the condition for the reactance component A to be 0 is obtained by solving the quadratic equation of the reactance Xl12 in the above equation A.

また、この回路のクォリティファクタQは、所望角周波数ωでリアクタンス成分が存在しないインピーダンスZaおよびZdsの値から、次式で表わされる。   Further, the quality factor Q of this circuit is expressed by the following equation from the values of impedances Za and Zds at which the reactance component does not exist at the desired angular frequency ω.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

上式のクォリティファクタQの式に見られるように、インピーダンスZaが含まれている。このインピーダンスZaは、デバイスFET1のドレイン−ソース間容量Cdsの影響を受けている。このドレイン−ソース間容量Cdsは、非線形動作時のデバイスFET1においては、ドレイン電圧の振幅で変動し、ドレイン振幅が高い(ドレイン電圧が高い)ときには、ドレイン空乏層が狭くなり、このドレイン−ソース間容量Cdsが小さくなる。   As can be seen from the above equation of quality factor Q, impedance Za is included. This impedance Za is affected by the drain-source capacitance Cds of the device FET1. The drain-source capacitance Cds fluctuates with the amplitude of the drain voltage in the device FET1 during nonlinear operation. When the drain amplitude is high (the drain voltage is high), the drain depletion layer becomes narrow, and this drain-source capacitance The capacity Cds is reduced.

したがって、単純に、定K型LPF40の構成を利用して、出力整合回路を形成する場合、ドレイン−ソース間容量Cdsの影響を相殺して位相特性の制御を行なうのが困難である。そこで、本発明においては、共振整合回路10を設け、このデバイスFET1のドレイン−ソース間容量の影響を相殺し、高調波処理回路20においては、このドレイン−ソース間容量Cdsの影響を受けることなく、高調波処理を行なう。これにより、安定に位相制御を行うことができ、広帯域の電力利得および効率を実現する。   Therefore, when the output matching circuit is formed simply using the configuration of the constant K-type LPF 40, it is difficult to control the phase characteristics by offsetting the influence of the drain-source capacitance Cds. Therefore, in the present invention, the resonance matching circuit 10 is provided to cancel the influence of the drain-source capacitance of the device FET1, and the harmonic processing circuit 20 is not affected by the drain-source capacitance Cds. Perform harmonic processing. As a result, phase control can be performed stably, and a broadband power gain and efficiency can be realized.

また、このクォリティファクタQの値を適当な値に設定することにより、所望の電力利得特性を、効率を低下させることなく得ることができ、電力利得および効率の周波数特性をほぼ一致させることができる。   Further, by setting the quality factor Q to an appropriate value, a desired power gain characteristic can be obtained without reducing the efficiency, and the frequency characteristics of the power gain and efficiency can be substantially matched. .

なお、このデバイスFET1から見た出力インピーダンスZlは、次式で求めることができる。   The output impedance Zl viewed from the device FET1 can be obtained by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

次に、この発明の実施の形態1における、共振整合回路10を用いて、高調波処理回路20において、このデバイスFET1のドレイン−ソース間容量Cdsの影響を受けることなく基本波に対する出力整合を損なうことなく高調波処理を行なう構成について説明する。   Next, using the resonance matching circuit 10 according to the first embodiment of the present invention, the harmonic processing circuit 20 impairs output matching with respect to the fundamental wave without being affected by the drain-source capacitance Cds of the device FET1. A configuration for performing harmonic processing without any problem will be described.

図9は、この発明の実施の形態1に従う出力処理回路2の構成の一例を示す図である。図9において、デバイスFET1は、その内部出力ノード(デバイス出力ノード)5に対し、抵抗Rdsおよび容量Cdsを有する。   FIG. 9 shows an example of the configuration of output processing circuit 2 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 9, the device FET1 has a resistance Rds and a capacitance Cds with respect to its internal output node (device output node) 5.

共振整合回路10は、デバイス出力ノード5と内部ノード7の間に直列に接続されるインダクタLeと、デバイス出力ノード5と基準電圧線(グランド)45の間の直列に接続されるインダクタLdおよびコンデンサCdを含む。   The resonant matching circuit 10 includes an inductor Le connected in series between the device output node 5 and the internal node 7, and an inductor Ld and a capacitor connected in series between the device output node 5 and the reference voltage line (ground) 45. Contains Cd.

高調波処理回路20は、先に説明した定K型LPFを基本とする構成を有し、内部ノード7と出力ノード3の間に直列に接続されるコンデンサCbおよびインダクタLbと、これらのコンデンサCbおよびインダクタLbと並列にノード3および7の間に接続されるインダクタLcと、出力ノード3とグランド45の間に直列に接続されるインダクタLaおよびコンデンサCaを含む。出力ノード3とグランド45の間には、出力負荷抵抗Rkが接続される。   The harmonic processing circuit 20 has a configuration based on the constant K-type LPF described above, a capacitor Cb and an inductor Lb connected in series between the internal node 7 and the output node 3, and these capacitors Cb. And inductor Lc connected in parallel with inductor Lb between nodes 3 and 7, and inductor La and capacitor Ca connected in series between output node 3 and ground 45. An output load resistor Rk is connected between the output node 3 and the ground 45.

次に、出力処理回路2の各構成要素のパラメータの大きさについて検討する。なお、以下の説明においては、構成要素の参照符号とキャパシタンス値またはインダクタンス値は、同一符号で示す。   Next, the parameter size of each component of the output processing circuit 2 will be examined. In the following description, reference numerals of components and capacitance values or inductance values are denoted by the same symbols.

まず、内部ノード7(端子面Tm)から共振制御回路10を見たインピーダンスZmは、次式で表わされる。   First, the impedance Zm when the resonance control circuit 10 is viewed from the internal node 7 (terminal surface Tm) is expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

まず、インピーダンスZmの変化範囲を検出するために、インピーダンスZmにおいて、共振条件または整合条件が満たされる条件、すなわちリアクタンス成分が0となる場合のインピーダンスZmの極値を求める。角周波数ωにおいて、リアクタンス成分が0となる場合のインピーダンスZmは、次式で表わされる。   First, in order to detect the change range of the impedance Zm, the extreme value of the impedance Zm when the resonance condition or the matching condition is satisfied in the impedance Zm, that is, when the reactance component is 0, is obtained. The impedance Zm when the reactance component becomes 0 at the angular frequency ω is expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

このリアクタンス成分が0のインピーダンスZmにおいて、インダクタLdおよびコンデンサCdの直列共振回路のリアクタンスを変化させて、インピーダンスZmを調整する。インピーダンスZmの極値を求めるために、インピーダンスZmを、リアクタンスXlについて微分し、その微分係数dZm/dXlの分子が0となる値を求める。この微分係数dZm/dXlの分子成分Zm(num)は、次式で表わされる。   The impedance Zm is adjusted by changing the reactance of the series resonant circuit of the inductor Ld and the capacitor Cd when the reactance component is zero. In order to obtain the extreme value of the impedance Zm, the impedance Zm is differentiated with respect to the reactance Xl, and a value at which the numerator of the differential coefficient dZm / dXl becomes 0 is obtained. The molecular component Zm (num) of the differential coefficient dZm / dXl is expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

このインピーダンスZmは、上式から、Xl=0およびXl=Xdsのときに極値を取る。0≦Xl≦Xdsの範囲で、分子成分Zm(num)が正となり、それ以外の領域では、この分子成分Zm(num)が負となるため、Xl=0でインピーダンスZmが極小値を取り、Xl=Xdsで、このインピーダンスZmが極大値を取る。このインピーダンスZmの極小値および極大値は、それぞれ、Xl=0およびXdsを代入することにより、それぞれ、0およびRdsとなる。   The impedance Zm takes an extreme value from the above equation when Xl = 0 and Xl = Xds. In the range of 0 ≦ Xl ≦ Xds, the molecular component Zm (num) is positive, and in other regions, the molecular component Zm (num) is negative. Therefore, the impedance Zm takes a minimum value when Xl = 0, When Xl = Xds, the impedance Zm takes a maximum value. The minimum value and the maximum value of the impedance Zm become 0 and Rds, respectively, by substituting Xl = 0 and Xds, respectively.

リアクタンス成分Xl≧0であるため、このリアクタンスXlが0となる角周波数ωにおけるインピーダンスZmは、ドレイン-ソース間抵抗Rds以下の値を取る。この共振整合回路10のクォリティファクタQは、角周波数ωでリアクタンス成分が存在しないインピーダンスZmおよびデバイスFET1のドレイン−ソース間抵抗Rdsに対して次式で示される関係を満たす。   Since the reactance component Xl ≧ 0, the impedance Zm at the angular frequency ω at which the reactance Xl is 0 takes a value equal to or less than the drain-source resistance Rds. The quality factor Q of the resonance matching circuit 10 satisfies the relationship expressed by the following equation with respect to the impedance Zm where the reactance component does not exist at the angular frequency ω and the drain-source resistance Rds of the device FET1.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

上式において、クォリティファクタQは非負の値を取るため、次式を満たす必要がある。   In the above equation, since the quality factor Q takes a non-negative value, it is necessary to satisfy the following equation.

Xl≧Xds
インピーダンスZmは角周波数ωにおいて極大値Rdsを取るため、角周波数ωにおいてリアクタンス成分が0となるインピーダンスZmの取り得る値は、次式で表わされる。
Xl ≧ Xds
Since the impedance Zm takes the maximum value Rds at the angular frequency ω, the possible value of the impedance Zm at which the reactance component becomes 0 at the angular frequency ω is expressed by the following equation.

0<Zm≦Rds
リアクタンスXleは、先のインピーダンスZmのリアクタンス成分が、周波数ωにおいて0である条件から導き出される。これらのリアクタンスXlおよびXleをそれぞれクオリティファクタQで表すと、次式が得られる。
0 <Zm ≦ Rds
The reactance Xle is derived from the condition that the reactance component of the previous impedance Zm is 0 at the frequency ω. When these reactances Xl and Xle are each expressed by a quality factor Q, the following equation is obtained.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

インピーダンスZmのリアクタンス成分が0となる角周波数ωにおいて、インダクタLdおよびコンデンサCdで形成される直列共振回路は誘導性であり、リアクタンスXlは、正の値を取るため、上式から、クォリティファクタQは、次式を満たすことが要求される。   At the angular frequency ω at which the reactance component of the impedance Zm is 0, the series resonant circuit formed by the inductor Ld and the capacitor Cd is inductive, and the reactance Xl takes a positive value. Is required to satisfy the following equation.

0<Q≦Rds/Xds
上述の計算式により、この共振整合回路10の素子パラメータの取り得る範囲およびクォリティファクタQの取り得る範囲が決定される。すなわち、増幅トランジスタ1の出力のドレイン-ソース間抵抗Rdsおよびドレイン-ソース間容量Cdsを決定することができれば、共振整合回路10のインダクタLdおよびLe並びにコンデンサCdのリアクタンス値を決定することができ、ドレイン容量Cdsの影響を相殺することができる。現実には、ロードプル測定により、共振整合回路10の素子パラメータの最適化を図る。この場合、求められた最適素子パラメータで構成される共振整合回路10は、増幅トランジスタ1のリアクタンス成分の影響を相殺する(低減する)インピーダンス変換を実現している。したがって、高調波処理回路20においては、この電圧変動の大きいドレイン-ソース間容量Cdsを考慮することなく、整合および高調波処理の素子パラメータを決定することができ、安定な整合および高調波処理を実現することができる。
0 <Q ≦ Rds / Xds
The range that the element parameter of the resonance matching circuit 10 can take and the range that the quality factor Q can take are determined by the above-described calculation formula. That is, if the drain-source resistance Rds and the drain-source capacitance Cds of the output of the amplification transistor 1 can be determined, the reactance values of the inductors Ld and Le of the resonance matching circuit 10 and the capacitor Cd can be determined. The influence of the drain capacitance Cds can be offset. Actually, the element parameters of the resonance matching circuit 10 are optimized by load pull measurement. In this case, the resonance matching circuit 10 configured with the obtained optimum element parameters realizes impedance conversion that cancels (reduces) the influence of the reactance component of the amplification transistor 1. Therefore, in the harmonic processing circuit 20, it is possible to determine the element parameters for matching and harmonic processing without considering the drain-source capacitance Cds having a large voltage fluctuation, and stable matching and harmonic processing can be performed. Can be realized.

次に、高調波処理回路20の各構成要素のパラメータの算出について説明する。   Next, calculation of parameters of each component of the harmonic processing circuit 20 will be described.

図10は、図9に示す高調波処理回路20の構成を簡略化して示す図である。この図10において、高調波処理回路20が、定K型LPF50に簡略化される。本実施の形態1における整合回路のインピーダンス変換は、定K型LPFを利用している。したがって、図9に示すインダクタLbおよびLcおよびコンデンサCbの回路部分を、図10に示すようにインダクタLで置換し、また、インダクタLaおよびコンデンサCaを、コンデンサCで置換する。インピーダンス変換操作時、所望角周波数ωにおいて、端子面Tmから共振整合回路10を見たインピーダンスZmは、前述の条件、すなわちリアクタンス成分がゼロの条件を満たしているものとする。以下、所望角周波数は、インピーダンスZmのリアクタンス成分が0の条件を満たす周波数を示すものとして利用する。   FIG. 10 is a diagram showing a simplified configuration of the harmonic processing circuit 20 shown in FIG. In FIG. 10, the harmonic processing circuit 20 is simplified to a constant K type LPF 50. The impedance conversion of the matching circuit in the first embodiment uses a constant K-type LPF. Therefore, the circuit portions of inductors Lb and Lc and capacitor Cb shown in FIG. 9 are replaced with inductor L as shown in FIG. 10, and inductor La and capacitor Ca are replaced with capacitor C. It is assumed that the impedance Zm when the resonance matching circuit 10 is viewed from the terminal surface Tm at the desired angular frequency ω during the impedance conversion operation satisfies the above-described condition, that is, the condition that the reactance component is zero. Hereinafter, the desired angular frequency is used as a frequency that satisfies the condition that the reactance component of the impedance Zm satisfies zero.

角周波数ωにおける定K型LPF50のインダクタLおよびコンデンサCのリアクタンス成分は、これまでと同様、次式で定義される。   The reactance components of the inductor L and the capacitor C of the constant K-type LPF 50 at the angular frequency ω are defined by the following equations as before.

j・ω・L=j・Xll
1/(j・ω・C)=−j・Xc
ここで、インダクタLおよびコンデンサCのインダクタンスおよびキャパシタンス値を、それぞれ同一符号で示す。
j ・ ω ・ L = j ・ Xll
1 / (j · ω · C) = − j · Xc
Here, the inductance and the capacitance values of the inductor L and the capacitor C are respectively denoted by the same reference numerals.

所望角周波数ωにおいて、端子面Tkから定K型LPF50を見たインピーダンスZdsは、次式で表わされる。   The impedance Zds when the constant K-type LPF 50 is viewed from the terminal surface Tk at the desired angular frequency ω is expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

所望角周波数ωで、インピーダンスZdsのリアクタンス成分がゼロの場合、このインピーダンスZdsは、次式で表わされる。   When the reactance component of the impedance Zds is zero at the desired angular frequency ω, the impedance Zds is expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

この定K型LPF50のクオリティファクタQは、所望角周波数ωでリアクタンス成分が存在しないインピーダンスZdsおよびZmの間において、次式で表わされる。   The quality factor Q of the constant K-type LPF 50 is expressed by the following equation between impedances Zds and Zm where the reactance component does not exist at the desired angular frequency ω.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

所望角周波数ωで、リアクタンス成分がゼロとなるインピーダンスZdsは、2・Zm以上の値をとるという条件を与える。すなわち、Q≧1を条件として与える。インピーダンス変換比をできるだけ大きくすることにより、出力電圧(電力)を大きくして、電力利得の帯域特性の広帯域化を図る。   The impedance Zds at which the reactance component becomes zero at the desired angular frequency ω is given a condition that it takes a value of 2 · Zm or more. That is, Q ≧ 1 is given as a condition. By increasing the impedance conversion ratio as much as possible, the output voltage (power) is increased and the bandwidth characteristic of the power gain is widened.

この条件の下では、上式から、次式が求められる。   Under this condition, the following equation is obtained from the above equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

この不等式をリアクタンス成分Xllについて整理すると、次式(I)が求められる。   When this inequality is rearranged for the reactance component Xll, the following equation (I) is obtained.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

一方、所望角周波数ωにおいてインピーダンスZdsのリアクタンス成分がゼロとなる条件は、先のインピーダンスZdsの虚数項が0となる条件から、次式で示される。   On the other hand, the condition that the reactance component of the impedance Zds becomes zero at the desired angular frequency ω is expressed by the following equation from the condition that the imaginary term of the impedance Zds is zero.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

上式(I)の条件を満たす式(II)のリアクタンスXllが、決定される。すなわち、コンデンサCのリアクタンスXcを設定することにより、インダクタLのリアクタンスXllが決定される。   The reactance Xll of the formula (II) that satisfies the condition of the above formula (I) is determined. That is, by setting the reactance Xc of the capacitor C, the reactance Xll of the inductor L is determined.

定K型LPF50のインダクタLおよびコンデンサCのリアクタンス成分XllおよびXcを導出することにより、以下に説明するように、図9に示す本来の高調波処理回路20の各素子の定数を導出することができる。   By deriving the reactance components Xll and Xc of the inductor L and the capacitor C of the constant K-type LPF 50, the constants of the respective elements of the original harmonic processing circuit 20 shown in FIG. 9 can be derived as described below. it can.

インダクタLaおよびコンデンサCaの定数導出
インダクタLaおよびコンデンサCaで構成される直列共振回路を、第2高調波で共振させる場合、その直列共振回路のインピーダンスZは、所望角周波数ωの2倍の角周波数2・ωで共振条件を満たす。すなわち、以下の関係が満たされる。
Derivation of constants for inductor La and capacitor Ca :
When a series resonance circuit composed of an inductor La and a capacitor Ca is resonated with the second harmonic, the impedance Z of the series resonance circuit satisfies the resonance condition at an angular frequency 2 · ω that is twice the desired angular frequency ω. . That is, the following relationship is satisfied.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

同様、このインダクタLaおよびコンデンサCaで構成される直列共振回路を第3高調波で共振させる場合には、リアクタンス成分XlaおよびXcaは、それぞれ、以下の関係を満たす。   Similarly, when the series resonance circuit composed of the inductor La and the capacitor Ca is resonated with the third harmonic, the reactance components Xla and Xca satisfy the following relationship, respectively.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

所望角周波数ωにおいて、このインダクタLaおよびコンデンサCaで構成される直列共振回路のリアクタンス成分を、定K型LPF50のコンデンサCのリアクタンス成分と等しくすることにより、基本波に対する整合条件を満たすことなく、第2高調波または第3高調波に対する短絡または開放条件を実現することができる。すなわち、第2高調波を、このインダクタLaおよびコンデンサCaで反射させる(短絡条件を成立させる)場合、上式(III)を用いて、次式(V)の関係が得られる。   By making the reactance component of the series resonant circuit composed of the inductor La and the capacitor Ca equal to the reactance component of the capacitor C of the constant K-type LPF 50 at the desired angular frequency ω, the matching condition for the fundamental wave is satisfied. Short circuit or open conditions for the second harmonic or the third harmonic can be realized. That is, when the second harmonic is reflected by the inductor La and the capacitor Ca (a short circuit condition is established), the relationship of the following equation (V) is obtained using the above equation (III).

−j・Xc=j・Xla−j・Xca=−j・3・Xca/4
したがって、
Xca=4・Xc/3 …(V)
一方、第3高調波に対し、このインダクタLaおよびコンデンサCaで構成される直列共振回路が共振する場合、上式(IV)を用いて、次式(VI)の関係が満たされる。
-J.Xc = j.Xla-j.Xca = -j.3.Xca / 4
Therefore,
Xca = 4 · Xc / 3 (V)
On the other hand, when the series resonance circuit composed of the inductor La and the capacitor Ca resonates with respect to the third harmonic, the relationship of the following equation (VI) is satisfied using the above equation (IV).

−j・Xc=j・Xla−j・Xca=−j・8・Xca/9
したがって、
Xca=9・Xc/8 …(VI)
式(III)および(V)より、第2高調波共振条件に対しては、リアクタンスXlaは、次の関係を満たす。
-J.Xc = j.Xla-j.Xca = -j.8.Xca / 9
Therefore,
Xca = 9 · Xc / 8 (VI)
From equations (III) and (V), the reactance Xla satisfies the following relationship for the second harmonic resonance condition.

Xla=Xc/3
一方、式(IV)および(VI)から、第3高調波共振条件に対しては、リアクタンスXlaは、次式を満たす。
Xla = Xc / 3
On the other hand, from the equations (IV) and (VI), the reactance Xla satisfies the following equation for the third harmonic resonance condition.

Xla=Xc/8
したがって、定K型LPF50においてコンデンサCのリアクタンスXcを決定することにより、インダクタLaおよびコンデンサCaが、第2高調波または第3高調波で共振するリアクタンスXlaおよびXcaを導出することができる。
Xla = Xc / 8
Therefore, by determining the reactance Xc of the capacitor C in the constant K-type LPF 50, the reactances Xla and Xca in which the inductor La and the capacitor Ca resonate at the second harmonic or the third harmonic can be derived.

なお、上式において、コンデンサCのリアクタンス成分は、次の関係を満たしている。   In the above equation, the reactance component of the capacitor C satisfies the following relationship.

1/(j・ω・C)=−j・Xc
この一連の処理により、図3から図6に示す直列共振状態を実現することができる。
1 / (j · ω · C) = − j · Xc
With this series of processing, the series resonance state shown in FIGS. 3 to 6 can be realized.

インダクタLb,LcおよびコンデンサCbのリアクタンスの導出
第2高調波処理においては、図9に示すインダクタLbおよびコンデンサCbで形成されるリアクタンス成分は、第2高調波前後で共振させる。このインダクタLbおよびコンデンサCbのリアクタンス成分に並列に接続されるインダクタLcは、リアクタンスが、第2高調波前後の共振に連動して変化する(図3および4参照)。所望角周波数ωにおいては、このインダクタLbおよびLcとコンデンサCbで形成される回路のリアクタンスは、定K型LPF50のインダクタLのリアクタンスXllと同じである。
Derivation of reactance of inductors Lb and Lc and capacitor Cb :
In the second harmonic processing, the reactance component formed by the inductor Lb and the capacitor Cb shown in FIG. 9 is resonated before and after the second harmonic. The reactance of the inductor Lc connected in parallel to the reactance component of the inductor Lb and the capacitor Cb changes in conjunction with the resonance before and after the second harmonic (see FIGS. 3 and 4). At the desired angular frequency ω, the reactance of the circuit formed by the inductors Lb and Lc and the capacitor Cb is the same as the reactance Xll of the inductor L of the constant K-type LPF 50.

また、第3高調波処理においては、インダクタLbおよびコンデンサCbで形成されるリアクタンス成分を容量性成分とする。この容量性リアクタンス成分に並列接続されるインダクタLcのリアクタンスは、誘導性であり、これらの容量性リアクタンスおよびインダクタLcによる並列共振回路を、第3高調波前後で共振させる(図5参照)。このインダクタLcのリアクタンスは、並列共振前後の周波数で変化し、所望角周波数ωにおいては、これらのインダクタLbおよびLcとコンデンサCbとで形成される並列回路のリアクタンスは、インダクタLのリアクタンスXllと等しくなる。すなわち、このコンデンサCbおよびインダクタLbおよびLcで形成される回路は、次式(VII)で示される関係を満たす。   In the third harmonic process, the reactance component formed by the inductor Lb and the capacitor Cb is a capacitive component. The reactance of the inductor Lc connected in parallel to the capacitive reactance component is inductive, and the parallel resonant circuit including the capacitive reactance and the inductor Lc resonates before and after the third harmonic (see FIG. 5). The reactance of the inductor Lc changes at frequencies before and after the parallel resonance. At the desired angular frequency ω, the reactance of the parallel circuit formed by the inductors Lb and Lc and the capacitor Cb is equal to the reactance Xll of the inductor L. Become. That is, the circuit formed by the capacitor Cb and the inductors Lb and Lc satisfies the relationship represented by the following formula (VII).

Figure 2005311579
Figure 2005311579

リアクタンスXllは、図10に示す定K型LPF50において、コンデンサCのリアクタンスXcとリアクタンス成分が0のインピーダンスZmの値に従って決定される。上述の関係式(VII)を、リアクタンスXlcについて整理すると、次式(VIII)が求められる。   The reactance Xll is determined according to the value of the impedance Zm in which the reactance Xc of the capacitor C and the reactance component are zero in the constant K-type LPF 50 shown in FIG. When the above relational expression (VII) is arranged for the reactance Xlc, the following expression (VIII) is obtained.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

式(VIII)から、リアクタンスXll、XlbおよびXcbを決定することにより、インダクタLcのリアクタンスXlcを決定することができる。この式においてインピーダンスZmが含まれており、このインピーダンスZmにおいて容量Cdsのリアクタンスが含まれている。しかしながら、インピーダンスZmは、このデバイス容量Cdsの影響を相殺して、内部ノード7に電力を伝送しており、高調波処理回路20においては、このデバイス容量の影響を考慮することなく各パラメータ値を決定しても、正確に高調波処理を行うことができる。、
この関係式(VIII)において、リアクタンスXlbおよびXcbは、任意に決定することのできる変数である。しかしながら、その初期値として、Xlb=Xla、Xcb=Xcaとすることにより、図3から図6に示すように、デバイスFET1の出力端子面Teから共振整合回路10を見たインピーダンスZkの傾向がわかりやすく、各素子の定数値を決定したときのインピーダンスの周波数特性の観察が容易となる。
By determining the reactances Xll, Xlb, and Xcb from the equation (VIII), the reactance Xlc of the inductor Lc can be determined. In this equation, impedance Zm is included, and reactance of capacitance Cds is included in impedance Zm. However, the impedance Zm cancels the influence of the device capacity Cds and transmits power to the internal node 7. In the harmonic processing circuit 20, each parameter value is set without considering the influence of the device capacity. Even if it is determined, harmonic processing can be performed accurately. ,
In this relational expression (VIII), reactances Xlb and Xcb are variables that can be arbitrarily determined. However, by setting Xlb = Xla and Xcb = Xca as the initial values, the tendency of the impedance Zk when the resonance matching circuit 10 is seen from the output terminal surface Te of the device FET1 can be understood as shown in FIGS. It is easy to observe the frequency characteristics of the impedance when the constant value of each element is determined.

図11は、このデバイスFETの出力ノード5から共振整合回路10を見たインピーダンスZkおよびデバイスFET1のドレイン−ソース間抵抗Rdsからこのドレイン−ソース間容量Cdsを見たインピーダンスZrdを算出するための、出力処理回路2の端子面展開を示す図である。   FIG. 11 is a diagram for calculating the impedance Zk of the resonance matching circuit 10 viewed from the output node 5 of the device FET and the impedance Zrd of the drain-source capacitance Cds viewed from the drain-source resistance Rds of the device FET1. FIG. 3 is a diagram illustrating terminal surface development of the output processing circuit 2.

今、図11に示すように、負荷Rkが接続される出力ノード3を端子面Tkとし、インダクタLaおよびLbの間の部分を端子面T1とする。さらに、コンデンサCbとインダクタLeの内部ノード7を端子面Tmとする。また、インダクタLdとインダクタLeの間の部分を端子面T2とし、デバイス出力ノード5を端子面Teとし、ドレイン−ソース間抵抗Rdsとドレイン−ソース間容量Cdsの間の部分を端子面Tdとする。端子面T1から負荷Rk方向を見たときのインピーダンスZ1は、次式で表わされる。   Now, as shown in FIG. 11, the output node 3 to which the load Rk is connected is the terminal surface Tk, and the portion between the inductors La and Lb is the terminal surface T1. Further, the internal node 7 of the capacitor Cb and the inductor Le is defined as a terminal surface Tm. The portion between the inductor Ld and the inductor Le is the terminal surface T2, the device output node 5 is the terminal surface Te, and the portion between the drain-source resistance Rds and the drain-source capacitance Cds is the terminal surface Td. . The impedance Z1 when viewed from the terminal surface T1 in the load Rk direction is expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

なお、上式において、各リアクタンス成分の定義は、前述の式におけるものと同じであり、特に断らない。   In the above equation, the definition of each reactance component is the same as that in the above equation, and is not particularly noted.

次に、端子面T2から出力負荷Rk方向を見たインピーダンスZ2は、次式で表わされる。   Next, the impedance Z2 viewed from the terminal surface T2 in the direction of the output load Rk is expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

次に、端子面Teから出力負荷Rk方向を見たインピーダンスZkは、次式で表わされる。   Next, the impedance Zk viewed from the terminal surface Te in the direction of the output load Rk is expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

インピーダンスZk(反射係数Γk)および端子間分離を、各素子パラメータを設定して計算する。それぞれの周波数特性を求め、グラフで表示し、必要とされる周波数帯域特性を満たすパラメータを決定する。この場合、ハーモニクスロードプル測定により、デバイス端面Teにおける第2高調波または第3高調波のインピーダンス条件を事前に求め、この事前に求めた値に基づいて、インピーダンスを計算し、反射係数の大きさΓ_MAG(=|Γ|)および反射係数位相Γ_ANG(=∠θ)を求め、基本波に対する整合状態および高調波に対する反射条件を観察する。   Impedance Zk (reflection coefficient Γk) and separation between terminals are calculated by setting each element parameter. Each frequency characteristic is obtained, displayed in a graph, and a parameter satisfying the required frequency band characteristic is determined. In this case, the impedance condition of the second harmonic or the third harmonic at the device end surface Te is obtained in advance by harmonic load pull measurement, the impedance is calculated based on the obtained value, and the magnitude of the reflection coefficient is calculated. Γ_MAG (= | Γ |) and reflection coefficient phase Γ_ANG (= ∠θ) are obtained, and the matching state with respect to the fundamental wave and the reflection condition with respect to the harmonic wave are observed.

以下、デバイスFET出力端子面Teから負荷抵抗Rkの方向を見たときのインピーダンスZkに対応する反射係数を、Γkで示す。   Hereinafter, the reflection coefficient corresponding to the impedance Zk when viewing the direction of the load resistance Rk from the device FET output terminal surface Te is denoted by Γk.

図12は、インピーダンスZkに対する反射係数Γkの大きさΓ_MAGの、コンデンサCbの値を変化させたときの周波数依存性を示す図である。   FIG. 12 is a diagram showing the frequency dependence of the magnitude Γ_MAG of the reflection coefficient Γk with respect to the impedance Zk when the value of the capacitor Cb is changed.

図12においては、反射係数Γkは、基本周波数(175MHz)におけるインピーダンスZkの実数項(抵抗成分)を正規化インピーダンスとして正規化を行っている。また、コンデンサCbのキャパシタンスは、150pFから400pFの範囲で変化させている。図12に示されるように、反射係数Γkのマグニチュードは、コンデンサCbのキャパシタンス値にかかわらず、基本波(所望周波数)においてはすべて同じである。これは、基本波に対するインピーダンスZkが一定値となるように、コンデンサCbのキャパシタンス値の変化に対し、インダクタLcの値を制御しているためである。第2高調波(350MHz)においては、反射係数Γkのマグニチュードは、コンデンサCbのキャパシタンス値にかかわらず、ほとんど1であり、第2高調波に対し、全反射が生じていることを示している。   In FIG. 12, the reflection coefficient Γk is normalized using the real term (resistance component) of the impedance Zk at the fundamental frequency (175 MHz) as a normalized impedance. The capacitance of the capacitor Cb is changed in the range of 150 pF to 400 pF. As shown in FIG. 12, the magnitude of the reflection coefficient Γk is the same in the fundamental wave (desired frequency) regardless of the capacitance value of the capacitor Cb. This is because the value of the inductor Lc is controlled with respect to the change in the capacitance value of the capacitor Cb so that the impedance Zk with respect to the fundamental wave becomes a constant value. In the second harmonic (350 MHz), the magnitude of the reflection coefficient Γk is almost 1 regardless of the capacitance value of the capacitor Cb, indicating that total reflection occurs in the second harmonic.

図13は、インピーダンスZkに対する反射係数Γkの位相角度Γk_ANGの周波数依存性およびコンデンサCbのキャパシタンス値依存性を示す図である。この図13においても、基本波は175MHzであり、また、コンデンサCbのキャパシタンス値も、図12に示すグラフに対するものと同じである。また、反射係数Γkは、基本波におけるインピーダンスZkの実数項を正規化インピーダンスとして用いて正規化している。   FIG. 13 is a diagram illustrating the frequency dependence of the phase angle Γk_ANG of the reflection coefficient Γk and the capacitance value of the capacitor Cb with respect to the impedance Zk. In FIG. 13, the fundamental wave is 175 MHz, and the capacitance value of the capacitor Cb is the same as that for the graph shown in FIG. Further, the reflection coefficient Γk is normalized by using the real term of the impedance Zk in the fundamental wave as a normalized impedance.

この図13に示すように第2高調波におけるインピーダンスZkが理想短絡(Γk=1∠180°)となる状態(コンデンサCb=379pF)およびこのコンデンサCbの定数を適当な範囲で変化させた状態を示す。第2高調波(350MHz)に対する反射係数Γkについては、コンデンサCbのキャパシタンス値が379pFで180°の位相角度(=−180°)であり、理想短絡状態を示し、このキャパシタンス値からコンデンサCbのキャパシタンス値を小さくすると、位相角度が負領域から正の領域に変化し、Cb=200pFで、位相角度が0°、すなわち開放状態となる。さらにコンデンサCbのキャパシタンス値を小さくすると、位相角度が正の領域に入る。したがって、第2高調波に対する反射係数Γkは、コンデンサCbのキャパシタンス値とこれに従って制御されるインダクタLcのリアクタンスの変化により、非常に広範囲にわたって位相角度を調整することができる。すなわち、反射係数Γk=1∠θにおいて位相θの範囲を変化させることができ、求める状態が実現される。   As shown in FIG. 13, a state where the impedance Zk in the second harmonic is an ideal short circuit (Γk = 1∠180 °) (capacitor Cb = 379 pF) and a state where the constant of the capacitor Cb is changed within an appropriate range. Show. Regarding the reflection coefficient Γk for the second harmonic (350 MHz), the capacitance value of the capacitor Cb is 379 pF and a phase angle of 180 ° (= −180 °), which indicates an ideal short-circuit state. From this capacitance value, the capacitance of the capacitor Cb When the value is decreased, the phase angle changes from the negative region to the positive region, and when Cb = 200 pF, the phase angle is 0 °, that is, an open state. When the capacitance value of the capacitor Cb is further reduced, the phase angle enters a positive region. Therefore, the reflection coefficient Γk for the second harmonic can be adjusted in the phase angle over a very wide range by changing the capacitance value of the capacitor Cb and the reactance of the inductor Lc controlled according to the capacitance value. That is, the range of the phase θ can be changed at the reflection coefficient Γk = 1∠θ, and the desired state is realized.

図14は、図11に示す端子面TeおよびTk間の信号の減衰量(単位dB)の周波数依存性を示す図である。この図14においても、基本波は175MHzであり、コンデンサCbのキャパシタンス値を変化させる。この減衰量については、図11に示すインダクタLaとコンデンサCaで形成されるリアクタンス成分が第2高調波で共振し、この直列共振回路(LaおよびCaで形成される)が短絡されるため、非常に大きな減衰量が確保される。端子間減衰量は、次式で示される出力回路不整合損失に基づいて算出される。   FIG. 14 is a diagram showing the frequency dependence of the signal attenuation (unit dB) between the terminal surfaces Te and Tk shown in FIG. Also in FIG. 14, the fundamental wave is 175 MHz, and the capacitance value of the capacitor Cb is changed. As for the attenuation, the reactance component formed by the inductor La and the capacitor Ca shown in FIG. 11 resonates at the second harmonic, and this series resonance circuit (formed by La and Ca) is short-circuited. A large amount of attenuation is secured. The attenuation between terminals is calculated based on the output circuit mismatch loss expressed by the following equation.

Figure 2005311579
Figure 2005311579

ここで、上式において、S11は、デバイス出力から整合回路を見たSパラメータであり、また、Γsは、デバイス出力の反射係数を示す。反射係数ΓsとSパラメータS11とは逆方向の信号伝送を示す。したがって、デバイスFETの出力が、たとえば抵抗RdsおよびキャパシタCdsで定義されれば、それにより示される反射係数Γに対して、このデバイス出力から整合回路を見たSパラメータS11が複素共役となる状態を基準にして、Sパラメータの変化に応じた不整合損失を計算することができる。   Here, in the above equation, S11 is an S parameter obtained by viewing the matching circuit from the device output, and Γs represents a reflection coefficient of the device output. The reflection coefficient Γs and the S parameter S11 indicate signal transmission in the opposite direction. Therefore, if the output of the device FET is defined by, for example, the resistor Rds and the capacitor Cds, the state in which the S parameter S11 viewed from the device output is a complex conjugate with respect to the reflection coefficient Γ indicated thereby. As a reference, mismatch loss can be calculated according to changes in S-parameters.

上述のグラフから見られるように、本実施の形態1に従う出力処理回路2は、デバイスFET1が生成する第2高調波成分を、出力負荷等の次段回路に伝達しないフィルタ回路として有効に機能する。   As can be seen from the above graph, the output processing circuit 2 according to the first embodiment effectively functions as a filter circuit that does not transmit the second harmonic component generated by the device FET1 to the next stage circuit such as an output load. .

なお、この図12から図14においては、第2高調波についての特性を示している。しかしながら、第3高調波に対しては、インダクタLaおよびコンデンサCaが第3高調波に対して直列共振回路を構成し、インダクタLbおよびLcとコンデンサCbとで構成される回路が、第3高調波に対して並列共振回路を構成する。この状態においても、コンデンサCbの値を変化させかつインダクタLcのインダクタンスを、基本波に対しては整合が取れる値に設定することにより、第3高調波に対しても同様の特性が得られ、コンデンサCbのキャパシタンス値に従って、全反射状態時における反射係数Γkの位相角度を広範囲にわたって変化させることができる。   Note that FIGS. 12 to 14 show the characteristics of the second harmonic. However, for the third harmonic, the inductor La and the capacitor Ca constitute a series resonant circuit for the third harmonic, and the circuit constituted by the inductors Lb and Lc and the capacitor Cb is the third harmonic. A parallel resonant circuit is constructed. Even in this state, by changing the value of the capacitor Cb and setting the inductance of the inductor Lc to a value that can match the fundamental wave, the same characteristic can be obtained for the third harmonic, According to the capacitance value of the capacitor Cb, the phase angle of the reflection coefficient Γk in the total reflection state can be changed over a wide range.

図15から図18は、この発明の実施の形態に従う出力処理回路の周波数ごとの出力電力Poutとドレイン効率および電力利得との関係を示す図である。これらの図15から図17において、横軸に、出力電力Pout(単位dBm)を示し、左側の縦軸にドレイン効率ηd(単位%)を示し、右側縦軸に、電力利得(単位dB)を示す。測定周波数は、460MHzから500MHzの範囲で、ステップは、10MHzである。この測定条件においては、各周波数毎に,入力電力Pinを順次変化させて、その出力電力Poutを測定する。ドレイン効率ηdは、増幅素子がMOSFETで構成される場合、高調波ロードプル測定により、ドレイン端子における電流および電圧を検出してドレイン電力を検出する。このドレイン電力とドレインが接続される電源の利用可能な直流電力との比により、ドレイン効率ηdを求める。電力利得は、入力電力Pinと出力電力Poutの比から求める(単位がdBmの場合、出力電力Poutから入力電力Pinを減算する)。   15 to 18 are diagrams showing a relationship between output power Pout, drain efficiency, and power gain for each frequency of the output processing circuit according to the embodiment of the present invention. 15 to 17, the horizontal axis represents output power Pout (unit dBm), the left vertical axis represents drain efficiency ηd (unit%), and the right vertical axis represents power gain (unit dB). Show. The measurement frequency ranges from 460 MHz to 500 MHz, and the step is 10 MHz. Under this measurement condition, the input power Pin is sequentially changed for each frequency, and the output power Pout is measured. The drain efficiency ηd detects the drain power by detecting the current and voltage at the drain terminal by harmonic load-pull measurement when the amplifying element is constituted by a MOSFET. The drain efficiency ηd is obtained from the ratio of the drain power and the DC power available to the power source to which the drain is connected. The power gain is obtained from the ratio between the input power Pin and the output power Pout (when the unit is dBm, the input power Pin is subtracted from the output power Pout).

図15は、図9に示す出力処理回路2の構成において、インダクタLaおよびLbが設けられていない場合の負荷Rk1が接続される場合の第3高調波処理時の特性を示し、図16は、出力負荷が、抵抗Rk1の場合の第3高調波処理時の特性を示す。図17は、従来手法(非特許文献1参照)に示される第2高調波トラップ回路と定K型LPFを用いた場合の出力負荷がRk1よりも小さいRk2のときの第2高調波処理時の特性を示す。図18は、出力負荷抵抗がRk2の場合の第2高調波処理時の特性を示す。   FIG. 15 shows the characteristics at the time of the third harmonic processing when the load Rk1 is connected when the inductors La and Lb are not provided in the configuration of the output processing circuit 2 shown in FIG. The characteristic at the time of the 3rd harmonic process in case an output load is resistance Rk1 is shown. FIG. 17 shows the second harmonic processing when the output load is Rk2 smaller than Rk1 when the second harmonic trap circuit and the constant K-type LPF shown in the conventional method (see Non-Patent Document 1) are used. Show properties. FIG. 18 shows the characteristics during the second harmonic processing when the output load resistance is Rk2.

図15および図16における測定においては、基本波が480MHzの場合における第3高調波処理を施している。図15および図16は、ともに同一出力負荷Rk1の場合において、ほぼ同じ特性を示している。したがって、第3高調波処理について、直列共振回路において、直列共振周波数よりも高い領域においてリアクタンス成分が容量性となり、第3高調波処理に対しては、これらのインダクタLaおよびLbの影響が小さくなるため、ほぼ同様の特性が実現される。ドレイン効率については、角周波数についてほぼ同じ特性が得られ、電力利得についても、周波数間でのばらつきが小さい。したがって、電力利得の平坦性およびドレイン効率の周波数帯域の平坦性をともに実現することができ、電力利得およびドレイン効率の帯域特性を広い範囲にわたって一致させることが可能となる。   In the measurement in FIGS. 15 and 16, the third harmonic processing is performed when the fundamental wave is 480 MHz. 15 and 16 both show substantially the same characteristics in the case of the same output load Rk1. Therefore, in the third harmonic processing, in the series resonance circuit, the reactance component becomes capacitive in a region higher than the series resonance frequency, and the influence of these inductors La and Lb is reduced on the third harmonic processing. Therefore, substantially the same characteristics are realized. As for drain efficiency, substantially the same characteristics are obtained with respect to the angular frequency, and the variation in frequency between the power gains is also small. Therefore, both the flatness of the power gain and the flatness of the frequency band of the drain efficiency can be realized, and the band characteristics of the power gain and the drain efficiency can be matched over a wide range.

また、第2高調波処理時の特性を示す図17および図18を参照すると、電力利得については、ほぼ同様の特性が得られ、ドレイン効率については、図17に示す構成に比べて、本発明の出力処理回路のドレイン効率が、ほぼ周波数にかかわらず同じ特性を与える。図17および図18においては、したがって第2高調波処理の従来手法に基づく直列LC高調波トラップ回路+定K型LPFの構成と比べても、適切な第2高調波処理が実現され、効率の周波数帯域特性は、より改善される。   Also, referring to FIGS. 17 and 18 showing the characteristics at the time of the second harmonic processing, almost the same characteristics can be obtained with respect to the power gain, and the drain efficiency is compared with the configuration shown in FIG. The drain efficiency of the output processing circuit gives the same characteristics regardless of the frequency. In FIGS. 17 and 18, therefore, appropriate second harmonic processing is realized even when compared with the configuration of the series LC harmonic trap circuit + constant K-type LPF based on the conventional method of second harmonic processing, and the efficiency is improved. The frequency band characteristics are further improved.

なお、この図15から図18に示す回路特性において、60W電力整合条件を基としており、60W=48dBmで、効率と利得曲線が交差している。   The circuit characteristics shown in FIGS. 15 to 18 are based on the 60 W power matching condition, and the efficiency and the gain curve intersect at 60 W = 48 dBm.

したがって、本発明に従う共振整合回路10および高調波処理回路20を用いることにより、等価回路構成を変更することなく第2高調波処理または第3高調波処理を基本波整合を崩すことなく制御することができる。したがって、第2高調波処理または第3高調波処理と基本波整合を両立させることにより、広い周波数範囲にわたって電力利得および効率曲線を平坦化することができる。以下、具体的回路構成について説明する。   Therefore, by using the resonance matching circuit 10 and the harmonic processing circuit 20 according to the present invention, the second harmonic processing or the third harmonic processing can be controlled without breaking the fundamental matching without changing the equivalent circuit configuration. Can do. Therefore, by making the second harmonic processing or the third harmonic processing compatible with fundamental wave matching, the power gain and efficiency curve can be flattened over a wide frequency range. Hereinafter, a specific circuit configuration will be described.

図19は、この発明に従う出力処理回路2を含む半導体装置の基板上配置を概略的に示す図である。図19において、デバイスFET1は、高周波応答特性に優れまた表面実装に適したLDMOSFETチップで構成され、広いゲート幅Wgtを有しており、大電力増幅動作をその大きな電流駆動力により行なう。このデバイスFET1のドレイン領域に対向して、デバイスFET1とほぼ同じ幅を有しテーパパターンに形成される導体(プリント配線パターン)60が設けられる。この導体60とデバイスFET1のドレイン領域(出力領域)とが、配線(ワイヤ)62によりボンディングされる。導体60とグラウンドの間に、共振整合回路10が接続され、また、導体60と整合回路などの負荷との間に、高調波処理回路20が設けられる。共振整合回路10は、導体60とグラウンドとの間に直列に接続されるインダクタLdおよびコンデンサCdを有する。等価回路におけるインダクタLeは、図19に示す構成においては設けられていない。インダクタLeは、現実には、共振整合回路10と出力処理回路20の間の寄生インダクタンスであり、導体60と出力処理回路20のインダクタLcおよびLbの間の配線(伝送線路)の物理的形状により決定されるため、図19においては示していない。   FIG. 19 schematically shows an arrangement on the substrate of a semiconductor device including output processing circuit 2 according to the present invention. In FIG. 19, the device FET1 is composed of an LDMOSFET chip having excellent high frequency response characteristics and suitable for surface mounting, has a wide gate width Wgt, and performs a large power amplification operation with its large current driving force. Opposing the drain region of the device FET1, a conductor (printed wiring pattern) 60 having a width substantially the same as that of the device FET1 and formed in a tapered pattern is provided. The conductor 60 and the drain region (output region) of the device FET 1 are bonded by a wiring (wire) 62. The resonance matching circuit 10 is connected between the conductor 60 and the ground, and the harmonic processing circuit 20 is provided between the conductor 60 and a load such as a matching circuit. The resonance matching circuit 10 includes an inductor Ld and a capacitor Cd connected in series between the conductor 60 and the ground. The inductor Le in the equivalent circuit is not provided in the configuration shown in FIG. The inductor Le is actually a parasitic inductance between the resonance matching circuit 10 and the output processing circuit 20, and depends on the physical shape of the wiring (transmission line) between the conductor 60 and the inductors Lc and Lb of the output processing circuit 20. Since it is determined, it is not shown in FIG.

インダクタLa−Ldは、この基板上に実装される巻線コイルまたは表面実装部品または基板上マイクロストリップ線路またはボンディング用ワイヤのいずれを用いて実現されてもよい。   The inductors La to Ld may be realized by using any of a winding coil or a surface mount component mounted on the substrate, a microstrip line on the substrate, or a bonding wire.

コンデンサCa−Cdは、基板上に実装されるチップコンデンサまたはMOS型チップキャパシタで構成される。   The capacitor Ca-Cd is configured by a chip capacitor or a MOS chip capacitor mounted on a substrate.

この図19に示す半導体装置において、デバイスFET1のドレイン容量Cdsが小さく、その影響を無視することができる場合には、共振整合回路10を設けることは特に要求されない。また、インダクタLaおよびLbも、図15に示す特性曲線から明らかなように、選択的に削除することができる。以下、具体的に、ボード上の回路配置について説明する。   In the semiconductor device shown in FIG. 19, when the drain capacitance Cds of the device FET1 is small and its influence can be ignored, it is not particularly required to provide the resonance matching circuit 10. Further, the inductors La and Lb can also be selectively deleted as is apparent from the characteristic curve shown in FIG. Hereinafter, the circuit arrangement on the board will be specifically described.

なお、共振整合回路10は、デバイスFETのドレイン−ソース間容量Cdsの影響を相殺するために設けている。したがって、この容量Cdsの影響が微小であり、無視することができる程度であれば、共振整合回路は特に設ける必要はない。   The resonance matching circuit 10 is provided to cancel the influence of the drain-source capacitance Cds of the device FET. Therefore, the resonance matching circuit is not particularly required as long as the influence of the capacitance Cds is so small that it can be ignored.

[実施例1]
図20は、この発明に従う半導体装置のボード上配置の実施例1に従う配置例を示す図である。図20において、半導体装置は、導電性プレート65上にデバイスFET(LDMOSFETチップ)1が配置される。この導電性プレート65は、たとえば接地電圧に固定され、グラウンドとして機能する。この導電性プレート65上には、絶縁性基板68が配置される。この絶縁性基板68は、たとえばガラスエポキシ基板で構成され、この絶縁性基板68表面に、さまざまな配線パターンおよび各部品が配置され、1つの電力増幅モジュールが実現される。
[Example 1]
FIG. 20 is a diagram showing an arrangement example according to the first embodiment of the on-board arrangement of the semiconductor device according to the present invention. In FIG. 20, in the semiconductor device, a device FET (LDMOSFET chip) 1 is disposed on a conductive plate 65. The conductive plate 65 is fixed to a ground voltage, for example, and functions as a ground. An insulating substrate 68 is disposed on the conductive plate 65. The insulating substrate 68 is made of, for example, a glass epoxy substrate, and various wiring patterns and components are arranged on the surface of the insulating substrate 68 to realize one power amplification module.

デバイスFET1のチップ裏面が、導電性プレート65に、たとえばはんだにより接続され、このLDMOSFETの基板領域が接地電圧レベルに固定される。   The chip back surface of the device FET1 is connected to the conductive plate 65 by, for example, solder, and the substrate region of the LDMOSFET is fixed to the ground voltage level.

このデバイスFET1と対向して、絶縁性基板68上に、一方端がテーパ状に形成される導体60が配置される。導体60は、そのテーパ部において2つの突起部60aおよび60bを有する導体60は、デバイスFET1と対抗する端部は、直線状に形成され、デバイスFET1のドレイン領域と広い範囲にわたってワイヤ62で接続される。この導体60およびワイヤ62のインダクタンス成分により、等価回路におけるインダクタLeが形成される。デバイスFET1、ボンディングワイヤ62および導体60を含む部分を、増幅素子1Aと以下称す。この増幅素子の出力部の寄生インダクタンス、すなわちインダクタLeのインダクタンス成分は、他のインダクタLa−LdおよびコンデンサCa−Cdのリアクタンスに比べて無視することができる程度であると考える。   A conductor 60 having one end tapered is disposed on the insulating substrate 68 so as to face the device FET1. The conductor 60 has two protrusions 60a and 60b in the taper portion thereof. The conductor 60 has a straight end at the end facing the device FET1 and is connected to the drain region of the device FET1 by a wire 62 over a wide range. The An inductor Le in the equivalent circuit is formed by the inductance component of the conductor 60 and the wire 62. A portion including the device FET1, the bonding wire 62, and the conductor 60 is hereinafter referred to as an amplifying element 1A. It is considered that the parasitic inductance of the output portion of the amplifying element, that is, the inductance component of the inductor Le is negligible compared to reactances of other inductors La-Ld and capacitors Ca-Cd.

導体60と対向して、出力処理回路の次段回路(次段整合回路等)の負荷へデバイスFET1の出力を電気的に接続するための導体70が設けられる。導体60および70の間に、島状に導体74が配置され、また絶縁性基板68の図の下方端に整列して、導体71、72および73が配置される。導体72は、スルーホール90を介して、この絶縁性基板68の裏面に形成される導体プレート65に接続される。   Opposite the conductor 60, a conductor 70 is provided for electrically connecting the output of the device FET1 to the load of the next stage circuit (such as the next stage matching circuit) of the output processing circuit. Between the conductors 60 and 70, the conductor 74 is disposed in an island shape, and the conductors 71, 72, and 73 are disposed in alignment with the lower end of the insulating substrate 68 in the figure. The conductor 72 is connected to the conductor plate 65 formed on the back surface of the insulating substrate 68 through the through hole 90.

導体60の突出部60aと導体70の間に、インダクタLcを形成する導電線路80が接続され、また導体60の突出部60bと導体74が、インダクタLbを形成する導電線路81により接続される。導体60の突出部60cと導体71の間に、インダクタLdを形成する導電線路82が接続される。また導体70および73の間に、インダクタLaを形成する導電線路83が接続される。   The conductive line 80 that forms the inductor Lc is connected between the protruding portion 60a of the conductor 60 and the conductor 70, and the protruding portion 60b of the conductor 60 and the conductor 74 are connected by the conductive line 81 that forms the inductor Lb. A conductive line 82 that forms the inductor Ld is connected between the protruding portion 60 c of the conductor 60 and the conductor 71. In addition, a conductive line 83 forming an inductor La is connected between the conductors 70 and 73.

この図20においては、インダクタLa−Ldを形成する導電線路は、マイクロストリップ線路で実現されるように示される。しかしながら、これらのインダクタLa−Ldは、巻線コイルで構成されてもよく、また、これに代えて、表面実装チップコイル(積層型または巻線型)で構成されてもよい。   In FIG. 20, the conductive lines forming the inductors La-Ld are shown to be realized by microstrip lines. However, these inductors La-Ld may be constituted by winding coils, or alternatively, may be constituted by surface mount chip coils (laminated type or winding type).

導体70および74の間に、コンデンサCbを形成するチップコンデンサ84が接続され、導体73および72の間に、コンデンサCaを形成するチップコンデンサ85が接続され、導体71および72の間に、コンデンサCdを形成するチップコンデンサ86が接続される。これらのコンデンサCa−Cdは、それぞれ、表面実装型チップコンデンサであり、電極が裏面に形成され、それぞれ対応の導体と接続される。これらのコンデンサCa−Cdは、また、MOS型チップキャパシタで構成されてもよい。   A chip capacitor 84 forming a capacitor Cb is connected between the conductors 70 and 74, a chip capacitor 85 forming a capacitor Ca is connected between the conductors 73 and 72, and a capacitor Cd is connected between the conductors 71 and 72. A chip capacitor 86 is connected. Each of these capacitors Ca-Cd is a surface-mount type chip capacitor, and electrodes are formed on the back surface, and each is connected to a corresponding conductor. These capacitors Ca-Cd may also be composed of MOS type chip capacitors.

この図20に示す半導体装置の構成においては、図19に示す共振整合回路10および高調波処理回路20の各構成要素が接続される。増幅素子1Aの出力部の導体60をテーパ形状に形成することにより、効率的に、インダクタLb−Ldを形成する導電線路を接続することができる。デバイスFET1は、その大きな電流駆動力のためにゲート幅Wgtが十分広いため、この導体60の幅も十分広く、端部をテーパ形状に形成することにより、小占有面積で各構成要素を配置して、対応の導体とチップ電極とを電気的に接続することができる。   In the configuration of the semiconductor device shown in FIG. 20, the components of the resonance matching circuit 10 and the harmonic processing circuit 20 shown in FIG. 19 are connected. By forming the conductor 60 of the output portion of the amplifying element 1A in a tapered shape, the conductive lines forming the inductors Lb-Ld can be connected efficiently. Since the device FET1 has a sufficiently wide gate width Wgt due to its large current driving force, the width of the conductor 60 is also sufficiently wide. By forming the end portion in a tapered shape, each component can be arranged with a small occupation area. Thus, the corresponding conductor and the chip electrode can be electrically connected.

[実施例2]
図21は、この発明の実施例2に従う半導体装置の具体的配置を示す図である。この図21に示す半導体装置の構成においては、インダクタLaおよびLbが削除される。したがって、導体60の突出部60bが、チップコンデンサ84を介して導体70に接続される。また、図20に示す導体72および73は、1つの導体パターン92に変換され、その導体92および導体71がコンデンサCdを形成するチップコンデンサ86に接続される。導体92は、またチップコンデンサ85を介して導体70に接続される。このチップコンデンサ85が、コンデンサCaを形成する。導体92は、スルーホール94を介して絶縁性基板68下部に形成される導電プレート65に接続される。この図21に示す半導体装置の他の構成は、図20に示す構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Example 2]
FIG. 21 shows a specific arrangement of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the configuration of the semiconductor device shown in FIG. 21, inductors La and Lb are omitted. Therefore, the protrusion 60 b of the conductor 60 is connected to the conductor 70 via the chip capacitor 84. Further, the conductors 72 and 73 shown in FIG. 20 are converted into one conductor pattern 92, and the conductor 92 and the conductor 71 are connected to the chip capacitor 86 forming the capacitor Cd. The conductor 92 is also connected to the conductor 70 via the chip capacitor 85. This chip capacitor 85 forms a capacitor Ca. The conductor 92 is connected to the conductive plate 65 formed under the insulating substrate 68 through the through hole 94. The other configuration of the semiconductor device shown in FIG. 21 is the same as the configuration shown in FIG. 20, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

図22は、この図21に示す半導体装置の電気的等価回路を示す図である。図22に示すように、出力処理回路20において、コンデンサCbが、導体60と出力ノード3の間に直列に接続され、また出力ノード3とグラウンドの間に、容量コンデンサCaが接続される。したがって、この図21および図22に示す回路構成の特性は、先の図15の電力利得および効率特性で示される。   FIG. 22 shows an electrical equivalent circuit of the semiconductor device shown in FIG. As shown in FIG. 22, in the output processing circuit 20, a capacitor Cb is connected in series between the conductor 60 and the output node 3, and a capacitive capacitor Ca is connected between the output node 3 and the ground. Therefore, the characteristics of the circuit configuration shown in FIGS. 21 and 22 are represented by the power gain and efficiency characteristics of FIG.

コンデンサCbおよびインダクタLcにより、第3高調波に対する並列共振回路が形成される。コンデンサCbおよびインダクタLcは、所望周波数領域で、誘導性で動作させ、この誘導性リアクタンス成分とコンデンサCaの容量性リアクタンス成分とで、所望周波数に対する整合条件を成立させる。コンデンサCbおよびインダクタLcで形成される並列共振回路の並列共振周波数を所望周波数の3倍の周波数近傍に設定する。インダクタLcおよびコンデンサCbで形成される並列振回路は、第3高調波に対し反射係数の位相角を180°と異なる値に設定することにより、第3高調波に対して開放状態を実現しつつ、電力利得および効率の帯域特性を平坦化して、電力増幅を行なうことができる。高調波処理回路20が、第3高調波処理を行なう用途に適用される場合、インダクタLaおよびLbを削除することができ、回路占有面積を低減することができる。共振整合回路10は、デバイスFET1のドレイン容量に対する基本波に対して整合を取り、第3高調波に対しては、リアクタンス成分0のインピーダンスをデバイスFET1の出力に与える。   The capacitor Cb and the inductor Lc form a parallel resonance circuit for the third harmonic. The capacitor Cb and the inductor Lc are operated inductively in a desired frequency region, and a matching condition for the desired frequency is established by the inductive reactance component and the capacitive reactance component of the capacitor Ca. The parallel resonant frequency of the parallel resonant circuit formed by the capacitor Cb and the inductor Lc is set in the vicinity of a frequency that is three times the desired frequency. The parallel oscillation circuit formed of the inductor Lc and the capacitor Cb achieves an open state with respect to the third harmonic by setting the phase angle of the reflection coefficient to a value different from 180 ° with respect to the third harmonic. The power amplification can be performed by flattening the band characteristics of power gain and efficiency. When the harmonic processing circuit 20 is applied to an application for performing the third harmonic processing, the inductors La and Lb can be eliminated, and the circuit occupation area can be reduced. The resonance matching circuit 10 matches the fundamental wave with respect to the drain capacitance of the device FET1, and gives the impedance of the reactance component 0 to the output of the device FET1 for the third harmonic.

[実施例3]
図23は、この発明の実施例3に従う半導体装置のボード上配置を概略的に示す図である。この図23に示す半導体装置は、図20に示す半導体装置と、以下の点でその構成が異なる。すなわち、インダクタLaが取除かれ、図20に示す導体72および73が導体パターン92に一体化され、この導体パターン92および70の間に、チップコンデンサ85が接続される。導体パターン92は,スルーホール94を介して絶縁性基板68下部の導電プレートに接続される。この図23に示す半導体装置の他の構成は、図20に示す半導体装置の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、詳細説明は省略する。
[Example 3]
FIG. 23 schematically shows an on-board arrangement of the semiconductor device according to the third embodiment of the invention. The semiconductor device shown in FIG. 23 differs from the semiconductor device shown in FIG. 20 in the following points. That is, inductor La is removed, conductors 72 and 73 shown in FIG. 20 are integrated into conductor pattern 92, and chip capacitor 85 is connected between conductor patterns 92 and 70. The conductor pattern 92 is connected to the conductive plate below the insulating substrate 68 through the through hole 94. The other configuration of the semiconductor device shown in FIG. 23 is the same as the configuration of the semiconductor device shown in FIG. 20, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

図24は、図23に示す半導体装置の電気的等価回路を示す図である。図24に示すように、高調波処理回路20において、出力ノード3とグラウンドの間にコンデンサCaが接続される。図23に示す配置の場合、図24の電気的等価回路から明らかなように、出力ノード3とグラウンドの間には、直列共振回路は形成されない。第2高調波に対しては、コンデンサCaのリアクタンスが0となり、また、コンデンサCbおよびインダクタLbが、第2高調波に対して直列共振回路を構成する。   24 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the semiconductor device shown in FIG. As shown in FIG. 24, in the harmonic processing circuit 20, a capacitor Ca is connected between the output node 3 and the ground. In the arrangement shown in FIG. 23, as is apparent from the electrical equivalent circuit of FIG. 24, no series resonant circuit is formed between the output node 3 and the ground. For the second harmonic, the reactance of the capacitor Ca becomes 0, and the capacitor Cb and the inductor Lb constitute a series resonance circuit for the second harmonic.

第3高調波に対しては、インダクタLbおよびLcとコンデンサCbとにより並列共振回路を構成する。すなわち、第3高調波処理を、この高調波処理回路20において行なうように、各回路定数を設定する。すなわち、先のインピーダンスZkの値を満たすように各パラメータ定数を設定する。高調波処理回路20における、インダクタLaが不要となり、第2または第3高調波処理を行なう回路の構成要素数を低減できる。   For the third harmonic, the inductors Lb and Lc and the capacitor Cb constitute a parallel resonant circuit. That is, each circuit constant is set so that the third harmonic processing is performed in the harmonic processing circuit 20. That is, each parameter constant is set so as to satisfy the value of the previous impedance Zk. The inductor La in the harmonic processing circuit 20 becomes unnecessary, and the number of components of the circuit that performs the second or third harmonic processing can be reduced.

図25は、図24に示す半導体装置の各周波数ごとの電力利得およびドレイン効率と出力電力Poutとの間の関係を示す図である。図25において、横軸に、出力電力Pout(単位dBm)を示し、左側縦軸に、ドレイン効率ηd(単位%)を示し、右縦軸に、電力利得(単位dB)を示す。周波数は、460MHzから500MHzまで、10MHzステップで変化させる。この図25に示すように、ドレイン効率は、各周波数において一致しており、また利得も、ほぼ同一の特性を有している。電力整合を与える出力電力Poutが、48dBmの場合、利得の周波数に対するばらつきは小さく、インダクタLaが設けられない場合においても、先の図15および図16に示す出力電力利得およびドレイン効率の特性とほぼ同様の特性が得られる。   FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the power gain and drain efficiency for each frequency of the semiconductor device shown in FIG. 24 and the output power Pout. In FIG. 25, the horizontal axis represents output power Pout (unit dBm), the left vertical axis represents drain efficiency ηd (unit%), and the right vertical axis represents power gain (unit dB). The frequency is changed from 460 MHz to 500 MHz in 10 MHz steps. As shown in FIG. 25, the drain efficiency is the same at each frequency, and the gain has substantially the same characteristics. When the output power Pout giving power matching is 48 dBm, the variation of the gain with respect to the frequency is small, and even when the inductor La is not provided, the characteristics of the output power gain and the drain efficiency shown in FIGS. 15 and 16 are almost the same. Similar characteristics are obtained.

したがって、第2高調波または第3高調波のデバイス出力から見た負荷インピーダンスZkに、各構成要素の定数を調整することが可能であれば、この図24に示すように、高調波処理回路20において、インダクタLaをなくすことができる。この図24に示す電気的等価回路において、出力端子3とグラウンドの間には、直列共振回路が存在しないため、完全短絡状態は実現されない。しかしながら、本発明においては、この完全短絡状態から位相θずれた状態を実現するため、完全短絡状態が実現されなくても、各構成要素の定数値が目標出力インピーダンスZkを満たす値に設定することができれば、第2高調波および第3高調波の処理を行なうことができる。   Therefore, if it is possible to adjust the constant of each component to the load impedance Zk viewed from the device output of the second harmonic or the third harmonic, as shown in FIG. 24, the harmonic processing circuit 20 In this case, the inductor La can be eliminated. In the electrical equivalent circuit shown in FIG. 24, since a series resonant circuit does not exist between the output terminal 3 and the ground, a complete short-circuit state is not realized. However, in the present invention, in order to realize a state shifted by phase θ from this complete short-circuit state, the constant value of each component is set to a value that satisfies the target output impedance Zk even if the complete short-circuit state is not realized. If possible, processing of the second harmonic and the third harmonic can be performed.

[実施例4]
図26は、この発明の実施例4に従う半導体装置のボード上配置を概略的に示す図である。この図26に示す半導体装置は、図20に示す半導体装置と以下の点でその構成が異なる。すなわち、導体60の突出部60bと導体70の間に、チップコンデンサ84が接続される。インダクタLbは設けられない。この図26に示す他の構成は、図20に示す半導体装置の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Example 4]
FIG. 26 schematically shows an on-board arrangement of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention. The semiconductor device shown in FIG. 26 differs from the semiconductor device shown in FIG. 20 in the following points. That is, the chip capacitor 84 is connected between the protrusion 60 b of the conductor 60 and the conductor 70. The inductor Lb is not provided. The other configuration shown in FIG. 26 is the same as the configuration of the semiconductor device shown in FIG. 20, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図27は、図26に示す半導体装置の電気的等価回路を示す図である。図27に示すように、この図26に示す半導体装置においては、高調波処理回路20において、導体60と出力ノード3の間に並列にインダクタLcおよびコンデンサCbが接続される。出力端子3とグラウンドの間には、インダクタLaおよびコンデンサCaが直列に接続される。したがって、この場合、直列共振回路および並列共振回路が高調波処理回路20において設けられるため、インダクタLbが設けられない場合においても、第2高調波処理または第3高調波処理を、目標とする出力インピーダンスZkを満たす定数値に各構成要素のリアクタンスを設定することにより、実現することができる。   FIG. 27 shows an electrical equivalent circuit of the semiconductor device shown in FIG. As shown in FIG. 27, in the semiconductor device shown in FIG. 26, in harmonic processing circuit 20, inductor Lc and capacitor Cb are connected in parallel between conductor 60 and output node 3. An inductor La and a capacitor Ca are connected in series between the output terminal 3 and the ground. Therefore, in this case, since the series resonance circuit and the parallel resonance circuit are provided in the harmonic processing circuit 20, even when the inductor Lb is not provided, the second harmonic processing or the third harmonic processing is the target output. This can be realized by setting the reactance of each component to a constant value that satisfies the impedance Zk.

第2高調波に対しては、コンデンサCbがバイパスコンデンサとして機能し、インダクタLaおよびコンデンサCaが直列共振回路として作用する。基本波に対しては、インダクタLcおよびコンデンサCbの合成リアクタンスが誘導性、コンデンサCaおよびインダクタLaの合成リアクタンスが容量性となり、基本波に対する整合条件が満たされる。   For the second harmonic, the capacitor Cb functions as a bypass capacitor, and the inductor La and the capacitor Ca act as a series resonance circuit. For the fundamental wave, the combined reactance of the inductor Lc and the capacitor Cb is inductive, and the combined reactance of the capacitor Ca and the inductor La is capacitive, so that the matching condition for the fundamental wave is satisfied.

第3高調波に対しては、コンデンサCaおよびインダクタLaが直列共振回路となり、また、コンデンサCbおよびインダクタLcで構成される回路のリアクタンスを、並列共振条件の前後に設定する。基本波に対しては、第2高調波の場合と同様である。   For the third harmonic, the capacitor Ca and the inductor La become a series resonance circuit, and the reactance of the circuit constituted by the capacitor Cb and the inductor Lc is set before and after the parallel resonance condition. The fundamental wave is the same as in the case of the second harmonic.

図28は、図27に示す電気的等価回路の周波数ごとの出力電力とドレイン効率および利得との間の関係を示す図である。この図28においても、周波数を、460MHzから500MHzまでステップ10MHzで変化させる。各周波数毎に,入力電力Pinを変化させて出力電力Poutを観測する。図28は、基本波が480MHzの場合の第3高調波処理を行なったときの特性を示す。この図28に示す特性は、図16に示す第3高調波処理時の特性とほとんど変わりがなく、インダクタLbが設けられない場合においても、各構成要素の定数を適当な値に設定することにより、インダクタLbが設けられている場合とほぼ同一の特性のドレイン効率ηdおよび利得を得ることができる。   FIG. 28 is a diagram showing the relationship between output power, drain efficiency, and gain for each frequency of the electrical equivalent circuit shown in FIG. Also in FIG. 28, the frequency is changed from 460 MHz to 500 MHz at step 10 MHz. The output power Pout is observed by changing the input power Pin for each frequency. FIG. 28 shows the characteristics when the third harmonic processing is performed when the fundamental wave is 480 MHz. The characteristics shown in FIG. 28 are almost the same as those in the third harmonic processing shown in FIG. 16, and even when the inductor Lb is not provided, the constants of the respective constituent elements are set to appropriate values. The drain efficiency ηd and the gain can be obtained with substantially the same characteristics as when the inductor Lb is provided.

[実施例5]
図29は、この発明の実施例5に従う半導体装置のボード上レイアウトを概略的に示す図である。図29において、デバイスFET1の出力領域(ドレイン端子部)に対向してT型の導体(プリント配線パターン)100が配置される。導体パターン100は、その幅方向が、デバイスFET1の出力領域(ドレイン領域)の幅とほぼ同様の幅を有する。この導体100は、複数のワイヤ62により、デバイスFET1の出力部領域(ドレイン領域)と接続される。
[Example 5]
FIG. 29 schematically shows the on-board layout of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 29, a T-type conductor (printed wiring pattern) 100 is disposed to face the output region (drain terminal portion) of the device FET1. The width direction of the conductor pattern 100 is substantially the same as the width of the output region (drain region) of the device FET1. The conductor 100 is connected to the output portion region (drain region) of the device FET 1 by a plurality of wires 62.

この導体100のT字形状の底部において、コの字形状の伝送線路(マイクロストリップ線路)101が設けられる。この伝送線路101のコの字形状の内部の領域に、電気的にフローティング状態とされるフローティング導体102が複数個配置される。1つのフローティング導体102を、その両端をたとえばはんだ115により、コの字形状の伝送線路101と接続する。伝送線路101は、インダクタLcを構成し、フローティング導体102との短絡により、この伝送線路101の長さを調整し、応じてインダクタLcのリアクタンスを調整する。   A U-shaped transmission line (microstrip line) 101 is provided at the bottom of the T-shape of the conductor 100. A plurality of floating conductors 102 that are in an electrically floating state are arranged in the U-shaped region of the transmission line 101. One floating conductor 102 is connected to the U-shaped transmission line 101 at both ends by, for example, solder 115. The transmission line 101 constitutes an inductor Lc, and the length of the transmission line 101 is adjusted by a short circuit with the floating conductor 102, and the reactance of the inductor Lc is adjusted accordingly.

コの字形状の伝送線路101に対向して同様、コの字形状に、伝送線路(マイクロストリップ線路)103が配置される。これらの伝送線路101および103は、共通に結合されて次段の整合回路等の負荷に結合される。また、コの字形状の伝送線路103においても、内部に複数の島状に形成されたフローティング導体104が互いに分離して配置される。図29に示す配置においては、フローティング導体104は、伝送線路103と電気的に分離された状態を維持する。T字形の導体パターン100の脚部は、また、コンデンサCbを形成するチップコンデンサ112を介して伝送線路103に接続される。   A transmission line (microstrip line) 103 is arranged in a U-shape similarly to the U-shaped transmission line 101. These transmission lines 101 and 103 are coupled in common and coupled to a load such as a matching circuit at the next stage. Also in the U-shaped transmission line 103, a plurality of floating conductors 104 formed in an island shape are arranged separately from each other. In the arrangement shown in FIG. 29, the floating conductor 104 is kept electrically separated from the transmission line 103. The leg portion of the T-shaped conductor pattern 100 is also connected to the transmission line 103 via a chip capacitor 112 that forms a capacitor Cb.

さらに、導体パターン100は、そのT字形状の頂部の下部において、蛇行形状の伝送線路(マイクロストリップ線路)105が連続的に延在して設けられる。この蛇行形状の伝送線路105は、インダクタLdを構成し、その蛇行形状の配線長により、インダクタンスが設定される。この蛇行形状の伝送線路105は、コンデンサCdを形成するチップコンデンサ110を介して導体(配線パターン)107に接続される。導体107は、スルーホール108を介して絶縁性基板68下部に形成される導電プレートに接続される。   Further, the conductor pattern 100 is provided with a meandering transmission line (microstrip line) 105 extending continuously at the lower part of the top of the T-shape. The meandering transmission line 105 constitutes an inductor Ld, and the inductance is set by the meandering wiring length. The meandering transmission line 105 is connected to a conductor (wiring pattern) 107 via a chip capacitor 110 forming a capacitor Cd. The conductor 107 is connected to a conductive plate formed under the insulating substrate 68 through the through hole 108.

伝送線路103および101の共通結合部からは、また、蛇行形状に伝送線路106が配置される。この蛇行形状の伝送線路106の蛇行形状の領域にフローティング導体109が設けられる。フローティング導体109のうちの1つを用いて、伝送線路106の1つのコの字形状領域をはんだ116により短絡し、そのインダクタンス値(リアクタンス)が調整される。伝送線路106は、またその端部において、チップコンデンサ111を介して導体(配線パターン)107に結合される。チップコンデンサ111は、コンデンサCaを構成する。   A transmission line 106 is arranged in a meandering shape from the common coupling portion of the transmission lines 103 and 101. A floating conductor 109 is provided in a meandering region of the meandering transmission line 106. Using one of the floating conductors 109, one U-shaped region of the transmission line 106 is short-circuited by the solder 116, and its inductance value (reactance) is adjusted. The transmission line 106 is coupled to a conductor (wiring pattern) 107 via a chip capacitor 111 at the end thereof. The chip capacitor 111 constitutes a capacitor Ca.

すなわち、この図29に示す配置においては、ストリップ線路などの伝送線路101,103,105,106を用いてインダクタLa−Ldを形成する。チップコンデンサCa−Cdは、それぞれ表面実装型チップコンデンサで構成される。   That is, in the arrangement shown in FIG. 29, inductors La-Ld are formed using transmission lines 101, 103, 105, 106 such as strip lines. Each of the chip capacitors Ca-Cd is composed of a surface mount type chip capacitor.

したがって、この図29に示す配置の場合、インダクタをストリップ線路(マイクロストリップ線路)で形成することにより、巻線コイルなどを利用する構成に比べてボードの高さを低くすることができ、また、微妙にインダクタンス値を調整することができる。   Therefore, in the arrangement shown in FIG. 29, by forming the inductor with a strip line (microstrip line), the height of the board can be reduced compared to a configuration using a winding coil or the like, The inductance value can be finely adjusted.

この図29に示す半導体装置の電気的等価回路は、図19に示す電気的等価回路と同じである。   The electrical equivalent circuit of the semiconductor device shown in FIG. 29 is the same as the electrical equivalent circuit shown in FIG.

[実施例6]
図30は、この発明の実施例6に従う半導体装置のボード上レイアウトを概略的に示す図である。この図30に示す半導体装置は、図29に示す半導体装置と以下の点でその構成が異なる。すなわち、インダクタLbを形成するコの字形状のマイクロストリップ線路は設けられない。したがって、導体100のT字形形状の脚部には、コの字形状のマイクロストリップ線路(伝送線路)101が接続される。この伝送線路101のコの字形状の両端が、チップコンデンサ112を介して接続される。このチップコンデンサ112は、コンデンサCbを形成する。また、この伝送線路101の出力端は、チップコンデンサ111を介して導体パターン120に接続される。この導体パターン120は、スルーホール125を介して絶縁性基板68下部に設けられた導電性プレート65に接続される。インダクタLcを形成する伝送線路は、コンデンサCaを介してグラウンドに接続されるため、同様、図29に示す蛇行形状に配置されるストリップ線路106は設けられず、インダクタLaも設けられない。
[Example 6]
FIG. 30 schematically shows the on-board layout of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 30 differs from the semiconductor device shown in FIG. 29 in the following points. That is, the U-shaped microstrip line forming the inductor Lb is not provided. Therefore, a U-shaped microstrip line (transmission line) 101 is connected to the T-shaped leg portion of the conductor 100. Both ends of the U-shape of the transmission line 101 are connected via a chip capacitor 112. The chip capacitor 112 forms a capacitor Cb. The output end of the transmission line 101 is connected to the conductor pattern 120 via the chip capacitor 111. The conductor pattern 120 is connected to a conductive plate 65 provided under the insulating substrate 68 through a through hole 125. Since the transmission line forming the inductor Lc is connected to the ground via the capacitor Ca, similarly, the strip line 106 arranged in a meandering shape shown in FIG. 29 is not provided, and the inductor La is not provided.

この図30に示す半導体装置の他の構成は、図29に示す半導体装置の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。   The other configuration of the semiconductor device shown in FIG. 30 is the same as that of the semiconductor device shown in FIG. 29, and the corresponding portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

したがってこの図30に示す半導体装置において出力処理回路においては、インダクタLaおよびLbは設けられない。したがって、その電気的等価回路は、図22に示す電気的等価回路と同じとなり、高調波処理回路20において第3高調波に対する処理が実行される。各インダクタおよびコンデンサの定数値が、目標インピーダンスZkの第3高調波時の値を満たすように調整される。これにより、第3高調波成分に対する減衰処理を行なうことができる。   Therefore, in the semiconductor device shown in FIG. 30, inductors La and Lb are not provided in the output processing circuit. Therefore, the electrical equivalent circuit is the same as the electrical equivalent circuit shown in FIG. 22, and the harmonic processing circuit 20 executes processing for the third harmonic. The constant value of each inductor and capacitor is adjusted so as to satisfy the value at the third harmonic of the target impedance Zk. Thereby, the attenuation process for the third harmonic component can be performed.

この図30に示す半導体装置においては、インダクタが設けられておらず、またマイクロストリップ線路でインダクタが構成されており、回路の高さを低くでき、また回路占有面積を低減することができ、また、インダクタンスを正確にかつ微妙に調整することができる。   In the semiconductor device shown in FIG. 30, the inductor is not provided, and the inductor is formed of a microstrip line, so that the height of the circuit can be reduced and the area occupied by the circuit can be reduced. Inductance can be adjusted accurately and finely.

[実施例7]
図31は、この発明の実施例7に従う半導体装置のボード上配置を概略的に示す図である。この図31に示す半導体装置は、図29に示す半導体装置と以下の点でその構成が異なる。すなわち、コの字形状の伝送線路101および103の間に、導体パターン122が配置される。この導体パターン122は、スルーホールを介して導電性プレートに接続される。このコの字形状の伝送線路101および103の共通結合端と導体パターン122は、表面実装型チップコンデンサ111により接続される。この表面実装型チップコンデンサ111が、コンデンサCaを形成する。このコの字形状の伝送線路101および103の共通結合端には、表面実装型コンデンサ111が接続されるだけであり、図29に示す蛇行形状の伝送線路(マイクロストリップ線路)は設けられず、したがって、インダクタLaは、この半導体装置においては用いられない。この図31に示す半導体装置の他の構成は、図29に示す半導体装置の配置と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Example 7]
FIG. 31 schematically shows an arrangement of the semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention on the board. The semiconductor device shown in FIG. 31 differs from the semiconductor device shown in FIG. 29 in the following points. That is, the conductor pattern 122 is disposed between the U-shaped transmission lines 101 and 103. The conductor pattern 122 is connected to the conductive plate through a through hole. The common coupling ends of the U-shaped transmission lines 101 and 103 and the conductor pattern 122 are connected by a surface mount type chip capacitor 111. This surface-mounted chip capacitor 111 forms a capacitor Ca. Only the surface-mounted capacitor 111 is connected to the common coupling end of the U-shaped transmission lines 101 and 103, and the meandering transmission line (microstrip line) shown in FIG. 29 is not provided. Therefore, the inductor La is not used in this semiconductor device. The other configuration of the semiconductor device shown in FIG. 31 is the same as the arrangement of the semiconductor device shown in FIG. 29, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

この図31に示す半導体装置の電気的等価回路は、図24に示す電気的等価回路と同じであり、高調波処理回路20の出力ノード3とグラウンドの間には、コンデンサCaが設けられるだけである。   The electrical equivalent circuit of the semiconductor device shown in FIG. 31 is the same as the electrical equivalent circuit shown in FIG. 24, and only a capacitor Ca is provided between the output node 3 of the harmonic processing circuit 20 and the ground. is there.

この場合、同様、高調波処理回路の出力ノードとグラウンドの間において、直列共振回路は形成せず、共振点よりも位相のずれた位置で、高調波処理を行なう。広い位相角にわたって、電力利得特性を得るため、直列共振回路が形成されず、共振点から位相がずれても、特に問題はない。各定数値を第2高調波または第3高調波の対象とする周波数におけるインピーダンスZkの値を満たすように、各構成要素の定数が設定されれば、ほぼ同様の特性が得られる。   In this case, similarly, a series resonance circuit is not formed between the output node of the harmonic processing circuit and the ground, and the harmonic processing is performed at a position shifted in phase from the resonance point. In order to obtain power gain characteristics over a wide phase angle, no series resonance circuit is formed, and there is no particular problem even if the phase is shifted from the resonance point. If the constant of each component is set so that each constant value satisfies the value of the impedance Zk at the frequency targeted for the second harmonic or the third harmonic, substantially the same characteristics can be obtained.

図32は、この図31に示す半導体装置の各周波数ごとの利得およびドレイン効率ηdを示す図である。図32において、横軸に出力電力Pout(単位dBm)を示し、右縦軸に電力利得(単位dB)を示し、左縦軸にドレイン効率ηd(単位%)を示す。この図32においては、第2高調波処理時の特性を示す。周波数は、460から500MHzの周波数領域であり、電力整合は、48dBmの出力電力Poutにおいて取られている。   FIG. 32 is a diagram showing gain and drain efficiency ηd for each frequency of the semiconductor device shown in FIG. In FIG. 32, the horizontal axis represents output power Pout (unit dBm), the right vertical axis represents power gain (unit dB), and the left vertical axis represents drain efficiency ηd (unit%). FIG. 32 shows the characteristics during the second harmonic processing. The frequency is in the frequency range from 460 to 500 MHz, and power matching is taken at the output power Pout of 48 dBm.

図32に示すように、マイクロストリップ線路を用いてインダクタを構成する場合においてインダクタLaが設けられない場合においても、第2高調波処理を行なう場合の特性は、インダクタLaを利用して処理を行なう場合の特性を示す図18の特性とほぼ同様の特性を得ることができる。したがって、回路インダクタおよびコンデンサの定数値を対象周波数領域のインピーダンスの条件を満たすように設定することにより、構成要素数を低減して、第2高調波または第3高調波に対して、高調波処理を行うことができ、広い周波数帯域特性を電力利得およびドレイン効率両者に持たせることができる。   As shown in FIG. 32, when the inductor La is configured using a microstrip line, even when the inductor La is not provided, the characteristics when the second harmonic processing is performed are performed using the inductor La. The characteristic similar to the characteristic shown in FIG. Therefore, by setting the constant values of the circuit inductor and the capacitor so as to satisfy the impedance condition in the target frequency region, the number of components is reduced, and the harmonic processing is performed on the second harmonic or the third harmonic. And a wide frequency band characteristic can be imparted to both power gain and drain efficiency.

[実施例8]
図33は、この発明の実施例8に従う半導体装置のボード上配置を概略的に示す図である。この図33に示す半導体装置は、図29に示す半導体装置と以下の点で、その配置が異なる。すなわち、インダクタLbを形成するコの字形状の伝送線路(マイクロストリップ線路)は設けられない。インダクタLcを形成する伝送線路101のコの字形状の両端が、チップコンデンサ112を介して接続される。このチップコンデンサ112が、コンデンサCbを形成し、コンデンサCbおよびインダクタLcが並列に接続される。図33に示す半導体装置の他の構成は、図29に示す半導体装置の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、詳細説明は省略する。
[Example 8]
FIG. 33 schematically shows an on-board arrangement of a semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 33 differs from the semiconductor device shown in FIG. 29 in the following points. That is, the U-shaped transmission line (microstrip line) forming the inductor Lb is not provided. Both ends of the U-shape of the transmission line 101 forming the inductor Lc are connected via the chip capacitor 112. The chip capacitor 112 forms a capacitor Cb, and the capacitor Cb and the inductor Lc are connected in parallel. The other configuration of the semiconductor device shown in FIG. 33 is the same as the configuration of the semiconductor device shown in FIG. 29, and corresponding portions bear the same reference numerals and will not be described in detail.

この図33に示す半導体装置の電気的等価回路は、したがって、図27に示す電気的等価回路で与えられる。高調波処理回路において、インダクタLbが省略されても、処理対象の高調波に対して、インピーダンスZkが目標値を実現するように、各インダクタおよびコンデンサの定数を調整することが可能であれば、同様、出力端子に対し直列共振状態を実質的に実現する状態に対し、誘導性リアクタンス成分を追加することにより、広い範囲にわたって反射係数の位相を変化させることができる。   Therefore, the electrical equivalent circuit of the semiconductor device shown in FIG. 33 is given by the electrical equivalent circuit shown in FIG. In the harmonic processing circuit, even if the inductor Lb is omitted, if the constants of the inductors and the capacitors can be adjusted so that the impedance Zk achieves the target value for the harmonic to be processed, Similarly, the phase of the reflection coefficient can be changed over a wide range by adding an inductive reactance component to a state in which a series resonance state is substantially realized with respect to the output terminal.

この図34に示す周波数特性は、図18に示す特性とほぼ同様であり、インダクタLbを省略しても、同様の特性を実現することができ、回路構成要素数を低減することができ、また正確に素子パラメータを設定することができる。   The frequency characteristics shown in FIG. 34 are substantially the same as the characteristics shown in FIG. 18, and even if the inductor Lb is omitted, the same characteristics can be realized, and the number of circuit components can be reduced. The element parameters can be set accurately.

[実施例9]
図35は、この発明の実施例9に従う半導体装置のボード上配置を概略的に示す図である。この図35に示す構成においては、導電性プレート65上に、デバイスFET1およびMOS型チップキャパシタ200が対向して配置される。このMOS型チップキャパシタ200は、コンデンサCdに対応する。デバイスFET1の出力部(ドレイン領域)とMOS型チップキャパシタ200の一方電極は、ワイヤ202により複数箇所で電気的に接続される。MOS型チップキャパシタ200の他方電極は、導電性プレート65に接続される。複数のワイヤ202において、その数および線幅(直径)および長さを調整することにより、必要なリアクタンスを有するインダクタLdを形成する。
[Example 9]
FIG. 35 schematically shows an on-board arrangement of the semiconductor device according to the ninth embodiment of the invention. In the configuration shown in FIG. 35, device FET1 and MOS type chip capacitor 200 are arranged on conductive plate 65 so as to face each other. This MOS chip capacitor 200 corresponds to the capacitor Cd. The output portion (drain region) of the device FET1 and one electrode of the MOS chip capacitor 200 are electrically connected to each other at a plurality of locations by wires 202. The other electrode of the MOS chip capacitor 200 is connected to the conductive plate 65. By adjusting the number, line width (diameter) and length of the plurality of wires 202, an inductor Ld having a necessary reactance is formed.

導電性プレート65端部に隣接して、導電(配線パターン)204が絶縁性基板68上に設けられる。この導電204は、また、複数のワイヤ203により、デバイスFETの出力部(ドレイン領域)に接続される。ワイヤ203が、また、その数および線幅、長さおよび線径が調整されて、必要なリアクタンス値を有するインダクタLeを実現する。   A conductive (wiring pattern) 204 is provided on the insulating substrate 68 adjacent to the end of the conductive plate 65. The conductive material 204 is also connected to the output portion (drain region) of the device FET by a plurality of wires 203. The number of wires 203 and their line width, length, and wire diameter are also adjusted to realize an inductor Le having a necessary reactance value.

導体204と対向して絶縁性基板68上にまた導体(配線パターン)206が形成される。この導体206に隣接して、絶縁性基板68上を貫通する部分が設けられ、導電性プレート207および208が露出される。導電性プレート207および208上に、それぞれ、MOS型チップキャパシタ210および212が配置される。MOS型チップキャパシタ210および212は、それぞれの下側電極が、導電性プレート207および208に、それぞれ電気的に接続される。MOS型チップキャパシタ210は、上側電極が、ワイヤ215を介して導電パターン206に電気的に接続され、また、MOS型チップキャパシタ212が、ワイヤ217を介して導体(配線パターン)206に電気的に接続される。   A conductor (wiring pattern) 206 is formed on the insulating substrate 68 so as to face the conductor 204. A portion passing through the insulating substrate 68 is provided adjacent to the conductor 206, and the conductive plates 207 and 208 are exposed. MOS type chip capacitors 210 and 212 are arranged on conductive plates 207 and 208, respectively. MOS type chip capacitors 210 and 212 have their lower electrodes electrically connected to conductive plates 207 and 208, respectively. In the MOS type chip capacitor 210, the upper electrode is electrically connected to the conductive pattern 206 via the wire 215, and the MOS type chip capacitor 212 is electrically connected to the conductor (wiring pattern) 206 via the wire 217. Connected.

この導体206上に、またMOS型チップキャパシタ218が配置され、このMOS型チップキャパシタ218の上側電極が、ワイヤ219により導体(配線パターン)204に電気的に接続される。このMOS型チップキャパシタ218が、コンデンサCbに対応する。導体204および206の間のワイヤ205の数、線径および長さを調整することにより、インダクタLcのリアクタンスが調整される。同様、MOS型チップキャパシタ218の上側電極に接続されるワイヤ219の数、線径および長さを調整することにより、インダクタLbのリアクタンスが調整される。   A MOS chip capacitor 218 is also disposed on the conductor 206, and the upper electrode of the MOS chip capacitor 218 is electrically connected to the conductor (wiring pattern) 204 by a wire 219. This MOS type chip capacitor 218 corresponds to the capacitor Cb. By adjusting the number, the wire diameter, and the length of the wire 205 between the conductors 204 and 206, the reactance of the inductor Lc is adjusted. Similarly, the reactance of the inductor Lb is adjusted by adjusting the number, wire diameter, and length of the wires 219 connected to the upper electrode of the MOS chip capacitor 218.

また、ワイヤ215および217の線径、数および長さを調整することにより、これらのインダクタLaのリアクタンスが調整される。MOS型チップキャパシタ210および212が、コンデンサCaを形成する(MOS型チップキャパシタ210および212が、導体206(出力ノード)とグラウンドの間に、ワイヤ215および217により並列に接続される。   Further, the reactances of these inductors La are adjusted by adjusting the wire diameters, numbers, and lengths of the wires 215 and 217. MOS type chip capacitors 210 and 212 form capacitor Ca (MOS type chip capacitors 210 and 212 are connected in parallel by wires 215 and 217 between conductor 206 (output node) and ground.

図36は、この図35に示す半導体装置のデバイスFET、MOS型チップキャパシタ200および導体パターン204の概略断面構造を示す図である。図36に示すように、導電性プレート65上に、デバイスFET1およびMOS型チップキャパシタ200が配置される。これらのデバイスFET1の裏面およびMOS型チップキャパシタ200の下側電極は、図示しないはんだ等により、導電性プレート65に電気的に接続される。一方、導電性プレート65上に、絶縁性基板68が配置され、この絶縁性基板68表面に、配線パターン(導体)204が設けられる。   FIG. 36 shows a schematic cross-sectional structure of device FET, MOS chip capacitor 200 and conductor pattern 204 of the semiconductor device shown in FIG. As shown in FIG. 36, the device FET1 and the MOS chip capacitor 200 are arranged on the conductive plate 65. The back surface of the device FET1 and the lower electrode of the MOS chip capacitor 200 are electrically connected to the conductive plate 65 by solder or the like (not shown). On the other hand, an insulating substrate 68 is disposed on the conductive plate 65, and a wiring pattern (conductor) 204 is provided on the surface of the insulating substrate 68.

デバイスFET1の出力部は、MOSチップキャパシタ200の上側電極に、ワイヤ202により電気的に接続され、また、ワイヤ203により、導体204に電気的に接続される。これらのワイヤ202および203の数およびその実装時の高さおよび距離を調整することにより、インダクタLdおよびLeに必要なリアクタンス成分を与えることができる。同様、他のワイヤ205、219、215および217においても同様、その数、高さおよび距離(長さ)を調整することにより、インダクタLa、LbおよびLcそれぞれに、必要なインダクタンスを与えることができる。   The output portion of the device FET1 is electrically connected to the upper electrode of the MOS chip capacitor 200 by a wire 202, and is electrically connected to a conductor 204 by a wire 203. By adjusting the number of these wires 202 and 203 and the height and distance at the time of mounting thereof, a reactance component necessary for the inductors Ld and Le can be provided. Similarly, by adjusting the number, height, and distance (length) of the other wires 205, 219, 215, and 217 as well, necessary inductances can be given to the inductors La, Lb, and Lc, respectively. .

一方、インダクタのインダクタンスを極小とするためには、ワイヤの数を増加させ、かつその長さを、その高さと距離とをからめてできるだけ短くする。これにより、インダクタLaおよびLbそれぞれを、その対応のワイヤ215、217および219により、その電気的影響をほぼ無視できる状態に設定することができ、インダクタLaおよびLbが存在しない状態を実現することができる。   On the other hand, in order to minimize the inductance of the inductor, the number of wires is increased, and the length is made as short as possible by taking the height and distance into account. Thereby, each of the inductors La and Lb can be set to a state in which the electrical influence can be almost ignored by the corresponding wires 215, 217 and 219, and a state in which the inductors La and Lb are not present can be realized. it can.

この図35に示すように、MOS型チップキャパシタをワイヤの数、ワイヤの高さおよびワイヤボンド間の距離を制御することにより、ワイヤ203、202、205、215、217および219を、そのワイヤインダクタンスを積極的なインダクタンス機能として機能させる、または、積極的にインダクタンス値が十分小さくされたインダクタンス機能のない接続媒体として動作することができる。したがって、ボード上の部品の配置位置を変更することなく、インダクタLaおよびLbを有する高調波処理回路として、第2高調波処理または第3高調波処理を実現する態様、またはインダクタLaおよびLbがない高調波処理回路として第3高調波処理を適用する態様およびインダクタLaまたはLbが存在しない高調波処理回路として、第2高調波処理または第3高調波処理を実現することができる。   As shown in FIG. 35, by controlling the number of wires, the height of the wires, and the distance between the wire bonds in the MOS type chip capacitor, the wires 203, 202, 205, 215, 217 and 219 are made to have their wire inductances. Can function as an active inductance function, or can operate as a connection medium without an inductance function in which the inductance value is actively reduced sufficiently. Therefore, there is no aspect in which the second harmonic processing or the third harmonic processing is realized as the harmonic processing circuit having the inductors La and Lb or the inductors La and Lb without changing the arrangement positions of the components on the board. The second harmonic processing or the third harmonic processing can be realized as a mode in which the third harmonic processing is applied as the harmonic processing circuit and the harmonic processing circuit without the inductor La or Lb.

この発明に従う半導体装置は電力増幅器の出力整合回路に適用することができ、たとえば、60W級の電力増幅器のモジュールに適用することにより、電力効率および利得の周波数帯域が広くされた高効率の電力増幅器を実現することができる。   The semiconductor device according to the present invention can be applied to an output matching circuit of a power amplifier. For example, the semiconductor device according to the present invention is applied to a module of a 60 W class power amplifier so that the frequency band of power efficiency and gain is widened. Can be realized.

なお、上述の説明においては、デバイスFETとして、高周波特性に優れたLDMOSFETが用いられている。このLDMOSFETに代えて、MESFET(金属−半導体電界効果トランジスタ)が増幅素子として用いられる電力増幅器であっても、本発明は適用可能であり、また同様、ドレイン電極が、ソース電極およびゲート電極とチップに関して反対側に存在するVDMOS(バーティカリディフューズド("Vertically diffused")MOSFET)に対しても、同様、適用することができる。このVDMOSFETをボード上に実装する場合、絶縁性基板68上にデバイスFETを配置し、ドレイン電極を上部電極、ソースおよびゲート電極を下側電極としてプリント配線で接続することにより、同様の配置を実現することができる。   In the above description, an LDMOSFET having excellent high frequency characteristics is used as the device FET. The present invention can also be applied to a power amplifier in which a MESFET (metal-semiconductor field effect transistor) is used as an amplifying element instead of the LDMOSFET. Similarly, the drain electrode includes a source electrode, a gate electrode, and a chip. The same applies to VDMOSs ("Vertically diffused" MOSFETs) present on the opposite side with respect to. When this VDMOSFET is mounted on a board, a device FET is arranged on the insulating substrate 68, and the same arrangement is realized by connecting the drain electrode as an upper electrode and the source and gate electrodes as lower electrodes by printed wiring. can do.

また、電力増幅素子は、バイポーラトランジスタであってもよい。また、半導体装置は、ガラスエポキシ基板等の絶縁性基板に実装されて電力増幅モジュールを構成している。しかしながら、半導体装置は、半導体チップまたは半絶縁体チップ上に一体的に集積化されても良い。   The power amplifying element may be a bipolar transistor. The semiconductor device is mounted on an insulating substrate such as a glass epoxy substrate to constitute a power amplification module. However, the semiconductor device may be integrated on a semiconductor chip or a semi-insulator chip.

以上のように電力増幅動作時の強い成分である第2高調波成分および第3高調波成分に対する減衰処理を、同一回路構成で実現することができ、汎用性の高い出力整合回路を実現することができる。   As described above, attenuation processing for the second harmonic component and the third harmonic component, which are strong components during power amplification operation, can be realized with the same circuit configuration, and a highly versatile output matching circuit is realized. Can do.

この発明に従う半導体装置の全体の構成を概略的に示す図である。1 schematically shows an entire configuration of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 図1に示す高調波処理回路の構成を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a harmonic processing circuit shown in FIG. 1. (A)および(B)は、高調波処理の状態を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows the state of a harmonic process. (A)および(B)は、この発明に従う高調波処理動作の状態を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows the state of the harmonic processing operation | movement according to this invention. (A)および(B)は、この発明に従う高調波処理動作の状態を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows the state of the harmonic processing operation | movement according to this invention. (A)および(B)は、この発明に従う高調波処理動作の状態を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows the state of the harmonic processing operation | movement according to this invention. (A)および(B)は、この発明に従う高調波処理動作の状態を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows the state of the harmonic processing operation | movement according to this invention. 高調波処理回路の出発構成を示す図である。It is a figure which shows the starting structure of a harmonic processing circuit. 図1に示す出力処理回路の具体的構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of the output processing circuit shown in FIG. 図9に示す出力処理回路の等価回路を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an equivalent circuit of the output processing circuit shown in FIG. 9. この発明に従う出力処理回路のインピーダンスの分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the impedance of the output processing circuit according to this invention. この発明に従う高調波処理回路の反射係数のマグニチュード周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the magnitude frequency dependence of the reflection coefficient of the harmonic processing circuit according to this invention. この発明に従う高調波処理動作の反射係数の位相角度の周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the frequency dependence of the phase angle of the reflection coefficient of the harmonic processing operation according to this invention. この発明に従う高調波処理動作の入出力端子間減衰量の周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the frequency dependence of the attenuation amount between input-output terminals of the harmonic processing operation | movement according to this invention. この発明に従う出力処理回路の出力電力と利得およびドレイン効率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output electric power of the output processing circuit according to this invention, a gain, and drain efficiency. この発明に従う高調波処理動作の出力電力と利得およびドレイン効率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output electric power of a harmonic processing operation | movement according to this invention, a gain, and drain efficiency. 従来の高調波処理構成における出力電力と利得およびドレイン効率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output electric power in a conventional harmonic processing structure, a gain, and drain efficiency. この発明に従う出力処理回路の出力電力と利得およびドレイン効率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output electric power of the output processing circuit according to this invention, a gain, and drain efficiency. この発明に従う出力処理回路の具体的配置を示す図である。It is a figure which shows the specific arrangement | positioning of the output processing circuit according to this invention. この発明の実施例1に従う半導体装置のボード上配置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically arrangement | positioning on the board | substrate of the semiconductor device according to Example 1 of this invention. この発明の実施例2に従う半導体装置のボード上配置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically arrangement | positioning on the board | substrate of the semiconductor device according to Example 2 of this invention. 図21に示す半導体装置の電気的等価回路を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the semiconductor device shown in FIG. 21. この発明の実施例3に従う半導体装置のボード上配置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically arrangement | positioning on the board | substrate of the semiconductor device according to Example 3 of this invention. 図23に示す半導体装置の電気的等価回路を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the semiconductor device shown in FIG. 23. 図23に示す出力処理回路の出力電力と利得およびドレイン効率の関係を示す図である。FIG. 24 is a diagram illustrating a relationship between output power, gain, and drain efficiency of the output processing circuit illustrated in FIG. 23. この発明の実施例4に従う半導体装置のボード上配置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically arrangement | positioning on the board | substrate of the semiconductor device according to Example 4 of this invention. 図26に示す半導体装置の電気的等価回路を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the semiconductor device shown in FIG. 26. 図26に示す半導体装置の出力電力と利得およびドレイン効率の関係を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing a relationship between output power, gain, and drain efficiency of the semiconductor device shown in FIG. 26. この発明の実施例5に従う半導体装置のボード上配置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically arrangement | positioning on the board | substrate of the semiconductor device according to Example 5 of this invention. この発明の実施例6に従う半導体装置のボード上配置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the board | substrate arrangement | positioning of the semiconductor device according to Example 6 of this invention. この発明の実施例7に従う半導体装置のボード上配置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically arrangement | positioning on the board | substrate of the semiconductor device according to Example 7 of this invention. 図31に示す半導体装置の出力電力と利得および効率の関係を示す図である。FIG. 32 is a diagram showing a relationship between output power, gain, and efficiency of the semiconductor device shown in FIG. 31. この発明の実施例8に従う半導体装置のボード上配置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically arrangement | positioning on the board | substrate of the semiconductor device according to Example 8 of this invention. 図33に示す半導体装置の出力電力と利得および効率の関係を示す図である。FIG. 34 is a diagram showing a relationship between output power, gain, and efficiency of the semiconductor device shown in FIG. 33. この発明の実施例9に従う半導体装置のボード上配置を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly arrangement | positioning on the board | substrate of the semiconductor device according to Example 9 of this invention. 図35に示す半導体装置の要部の断面構造を概略的に示す図である。FIG. 36 schematically shows a cross-sectional structure of a substantial part of the semiconductor device shown in FIG. 35.

符号の説明Explanation of symbols

1 デバイスFET、10 共振整合回路、20 高調波処理回路、2 出力処理回路、65 導電性プレート、62 ワイヤ、60 導体(配線パターン)、68 絶縁性基板、70,71,72,73 導体、80,81,82,83 導電線路(マイクロストリップ線路)、84,85,86 チップコンデンサ、92 導体パターン、100 導電パターン、101,103,105,106 導電線路、102,104,109 フローティング導体、107 導体(配線パターン)、110,111,112 チップコンデンサ、203,205,215,217,219 ワイヤ、200,210,212 MOS型チップキャパシタ、204 導体(配線パターン)。   1 device FET, 10 resonance matching circuit, 20 harmonic processing circuit, 2 output processing circuit, 65 conductive plate, 62 wire, 60 conductor (wiring pattern), 68 insulating substrate, 70, 71, 72, 73 conductor, 80 , 81, 82, 83 Conductive line (microstrip line), 84, 85, 86 Chip capacitor, 92 Conductor pattern, 100 Conductive pattern, 101, 103, 105, 106 Conductive line, 102, 104, 109 Floating conductor, 107 Conductor (Wiring pattern), 110, 111, 112 chip capacitor, 203, 205, 215, 217, 219 wire, 200, 210, 212 MOS type chip capacitor, 204 conductor (wiring pattern).

Claims (16)

内部出力ノードに入力信号に対応する信号を生成するトランジスタ素子、および
前記内部出力端子と負荷が結合される負荷出力端子との間に接続され、所望周波数を有する基本波に対する整合処理および前記基本波の整数倍の周波数を有する高調波に対する共振状態を形成しかつこの共振状態にリアクタンス成分を追加して前記高調波に対する減衰処理をともに行う出力処理回路を備える、半導体装置。
A transistor element that generates a signal corresponding to an input signal at an internal output node, and a matching process for the fundamental wave having a desired frequency and the fundamental wave connected between the internal output terminal and a load output terminal to which a load is coupled A semiconductor device comprising: an output processing circuit that forms a resonance state with respect to a harmonic having a frequency that is an integral multiple of the resonance frequency and adds a reactance component to the resonance state to perform attenuation processing with respect to the harmonic.
前記トランジスタ素子および前記出力処理回路は、共通の絶縁性基板上に配置される、請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the transistor element and the output processing circuit are disposed on a common insulating substrate. 前記高調波は、前記基本波の第2高調波成分および第3高調波成分の一方である、請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the harmonic is one of a second harmonic component and a third harmonic component of the fundamental wave. 前記出力処理回路は、
前記内部出力ノードと前記負荷出力ノードとの間に直列に接続される第1のインダクタおよび第1のコンデンサと、前記第1のインダクタおよび前記第1のコンデンサと並列に前記内部出力ノードと前記負荷出力ノードとの間に接続される第2のインダクタと、前記負荷出力ノードと接地線との間に直列に接続される第3のインダクタと第2のコンデンサとを含む高調波処理回路を備える、請求項1記載の半導体装置。
The output processing circuit includes:
A first inductor and a first capacitor connected in series between the internal output node and the load output node, and the internal output node and the load in parallel with the first inductor and the first capacitor A harmonic processing circuit including a second inductor connected between the output node and a third inductor and a second capacitor connected in series between the load output node and a ground line; The semiconductor device according to claim 1.
前記出力処理回路は、
前記内部出力ノードと前記負荷出力ノードとの間に接続される第1のコンデンサと、前記第1のコンデンサと並列に前記内部出力ノードと前記負荷出力ノードとの間に接続される第1のインダクタと、前記負荷出力ノードと接地線との間に接続される第2のコンデンサとを含む高調波処理回路を備える、請求項1記載の半導体装置。
The output processing circuit includes:
A first capacitor connected between the internal output node and the load output node; and a first inductor connected between the internal output node and the load output node in parallel with the first capacitor. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a harmonic processing circuit including a second capacitor connected between the load output node and a ground line.
前記高調波処理回路は、前記第1のコンデンサと直列にかつ前記第1のインダクタと並列に接続される第2のインダクタをさらに備える、請求項5記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 5, wherein the harmonic processing circuit further includes a second inductor connected in series with the first capacitor and in parallel with the first inductor. 前記高調波処理回路は、前記第2のコンデンサと直列に接続されて前記第2のコンデンサと直列共振回路を構成する第2のインダクタをさらに備える、請求項5記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 5, wherein the harmonic processing circuit further includes a second inductor connected in series with the second capacitor to form a series resonance circuit with the second capacitor. 前記トランジスタ素子は、前記内部出力ノードにおける出力インピーダンスとして抵抗成分と前記抵抗成分に対して有意の大きさのリアクタンス成分とを有し、
前記出力処理回路は、さらに
前記内部出力ノードと接地線との間に直列に接続される共振コンデンサおよび共振インダクタを備える、請求項4または5記載の半導体装置。
The transistor element has a resistance component as an output impedance at the internal output node and a reactance component having a significant magnitude with respect to the resistance component,
The semiconductor device according to claim 4, wherein the output processing circuit further includes a resonance capacitor and a resonance inductor connected in series between the internal output node and a ground line.
前記出力処理回路は、前記内部出力ノードと前記高調波処理回路の間に前記高調波処理回路に対して直列に接続されるインダクタをさらに備える、請求項8記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein the output processing circuit further includes an inductor connected in series to the harmonic processing circuit between the internal output node and the harmonic processing circuit. 前記高調波処理回路は、前記基本波に対する整合を維持しつつ、前記高調波に対する理想共振状態から反射係数の位相のずれた状態で前記高調波の減衰処理を実現する、請求項4または5記載の半導体装置。   The harmonic processing circuit realizes the harmonic attenuation processing in a state in which a phase of a reflection coefficient is shifted from an ideal resonance state for the harmonic while maintaining matching with the fundamental wave. Semiconductor device. 前記トランジスタ素子は、出力領域を有し、
前記内部出力ノードは、前記出力領域と対向して配置されかつ前記出力領域と実質的に同じ幅を有する導体と、前記導体と前記出力領域とを接続する複数の配線とを備える、請求項1記載の半導体装置。
The transistor element has an output region;
The internal output node includes a conductor that is disposed to face the output area and has substantially the same width as the output area, and a plurality of wirings that connect the conductor and the output area. The semiconductor device described.
導電性の出力領域を有するトランジスタ、
前記出力領域に対向して配置される第1の導体、
前記第1の導体と前記出力領域とを接続する複数の配線、
前記第1の導体に接続され、かつコの字形状に配置される第1の伝送線路、
前記第1の伝送線路に囲まれるようにかつ互いに分離して配置される複数の第2の導体、
前記第1の導体に接続され、かつ蛇行形状に配置される第2の伝送線路、
前記第2の伝送線路と接地線との間に接続される第1のコンデンサ、
前記第1の導体および前記第1の伝送線路に一方側電極が接続される第2のコンデンサ、
一端が前記第2のコンデンサの他方側電極に接続され、かつ他端が前記第1の伝送線路に接続されかつコの字形状に配置される第3の伝送線路、
前記第3の伝送線路の内部領域に互いに分離して配置される複数の第3の導体、
前記第1および第3の伝送線路の共通結合端に一端が接続され、かつ蛇行形状に配置される第4の伝送線路、
前記第4の伝送線路の蛇行形状に囲まれる領域に互いに分離して配置される複数の第4の導体、
前記第4の伝送線路と接地線との間に接続される第3のコンデンサとを備える、半導体装置。
A transistor having a conductive output region,
A first conductor disposed opposite the output region;
A plurality of wirings connecting the first conductor and the output region;
A first transmission line connected to the first conductor and arranged in a U-shape;
A plurality of second conductors surrounded by the first transmission line and separated from each other;
A second transmission line connected to the first conductor and arranged in a meandering shape;
A first capacitor connected between the second transmission line and a ground line;
A second capacitor having one electrode connected to the first conductor and the first transmission line;
A third transmission line having one end connected to the other electrode of the second capacitor and the other end connected to the first transmission line and arranged in a U-shape;
A plurality of third conductors arranged separately from each other in the inner region of the third transmission line;
A fourth transmission line having one end connected to a common coupling end of the first and third transmission lines and arranged in a meandering shape;
A plurality of fourth conductors arranged separately from each other in a region surrounded by the meandering shape of the fourth transmission line;
A semiconductor device comprising: a third capacitor connected between the fourth transmission line and a ground line.
導電性の出力領域を有するトランジスタ、
前記出力領域に対向して配置される第1の導体、
前記第1の導体と前記出力領域とを接続する複数の配線、
前記第1の導体に接続されかつコの字形状に配置される第1の伝送線路、
前記第1の伝送線路に囲まれるようにかつ互いに分離して配置される複数の第2の導体、
前記第1の導体に接続されかつ蛇行形状に配置される第2の伝送線路、
前記第2の伝送線路と接地線との間に接続される第1のコンデンサ、
前記第1の伝送線路のコの字形状の一方端と他方端との間に結合される第2のコンデンサ、および
前記第1の伝送線路の他方端と接地線との間に接続される第3のコンデンサとを備える、半導体装置。
A transistor having a conductive output region,
A first conductor disposed opposite the output region;
A plurality of wirings connecting the first conductor and the output region;
A first transmission line connected to the first conductor and arranged in a U-shape;
A plurality of second conductors surrounded by the first transmission line and separated from each other;
A second transmission line connected to the first conductor and arranged in a serpentine shape;
A first capacitor connected between the second transmission line and a ground line;
A second capacitor coupled between one end and the other end of the U-shape of the first transmission line; and a second capacitor connected between the other end of the first transmission line and a ground line. A semiconductor device comprising three capacitors.
導電性の出力領域を有するトランジスタ、
前記出力領域に対向して配置される第1の導体、
前記第1の導体と前記出力領域とを接続する複数の配線、
前記第1の導体に一端が接続され、かつコの字形状に配置される第1の伝送線路、
前記第1の伝送線路に囲まれるようにかつ互いに分離して配置される複数の第2の導体、
前記第1の導体に接続され、かつ蛇行形状に配置される第2の伝送線路、
前記第2の伝送線路と接地線との間に接続される第1のコンデンサ、
前記第1の伝送線路の一端に一方側電極が接続される第2のコンデンサ、
一端が前記第2のコンデンサの他方側電極に接続されかつ他端が前記第1の伝送線路に接続される、前記第1の伝送線路と対向してコの字形状に配置される第3の伝送線路、
前記第3の伝送路に囲まれるようにかつ互いに分離して配置される複数の第3の導体、および
前記第1および第3の伝送線路の間の領域に配置されかつ前記第1および第3の伝送線路の共通結合端と接地線との間に接続される第3のコンデンサを備える、半導体装置。
A transistor having a conductive output region,
A first conductor disposed opposite the output region;
A plurality of wirings connecting the first conductor and the output region;
A first transmission line having one end connected to the first conductor and arranged in a U-shape;
A plurality of second conductors surrounded by the first transmission line and separated from each other;
A second transmission line connected to the first conductor and arranged in a meandering shape;
A first capacitor connected between the second transmission line and a ground line;
A second capacitor having one electrode connected to one end of the first transmission line;
One end is connected to the other electrode of the second capacitor and the other end is connected to the first transmission line. Transmission lines,
A plurality of third conductors disposed so as to be surrounded by the third transmission path and separated from each other; and a first conductor and a third conductor disposed in a region between the first and third transmission lines. A semiconductor device comprising a third capacitor connected between the common coupling end of the transmission line and the ground line.
導電性の出力領域を有するトランジスタ、
前記出力領域に対向して配置される第1の導体、
前記第1の導体と前記出力領域とを接続する複数の配線、
前記第1の導体に一端が接続されかつコの字形状に配置される第1の伝送線路、
前記第1の伝送線路に囲まれるようにかつ互いに分離して配置される複数の第2の導体、
前記第1の導体に接続されかつ蛇行形状に配置される第2の伝送線路、
前記第2の伝送線路と接地線との間に接続される第1のコンデンサ、
前記第1の伝送線路のコの字形状の一方端と他方端との間に結合される第2のコンデンサ、
前記第1の伝送線路の他端に一端が接続されかつ蛇行形状に配置される第3の伝送線路、
前記第3の伝送線路の蛇行形状に対応して配置される複数の第3の導体、および
前記第3の伝送線路の他端と接地線との間に接続される第3のコンデンサを備える、半導体装置。
A transistor having a conductive output region,
A first conductor disposed opposite the output region;
A plurality of wirings connecting the first conductor and the output region;
A first transmission line having one end connected to the first conductor and arranged in a U-shape;
A plurality of second conductors surrounded by the first transmission line and separated from each other;
A second transmission line connected to the first conductor and arranged in a serpentine shape;
A first capacitor connected between the second transmission line and a ground line;
A second capacitor coupled between one end and the other end of the U-shape of the first transmission line;
A third transmission line having one end connected to the other end of the first transmission line and arranged in a meandering shape;
A plurality of third conductors arranged corresponding to the meandering shape of the third transmission line; and a third capacitor connected between the other end of the third transmission line and a ground line. Semiconductor device.
導電性の出力領域を有するトランジスタ、
前記出力領域に対向して配置され、一方側電極が接地線に接続される第1のコンデンサ、
前記出力領域と前記第1のコンデンサの他方側電極とを接続する複数の第1の配線、
前記第1のコンデンサに関して前記出力領域と対向して配置される第2の導体、
前記第2の導体と前記出力領域とを接続する複数の第2の配線、
前記第2の導体と離れて配置される第3の導体、
前記第3の導体に一方側電極が接続される第2のコンデンサ、
前記第2のコンデンサの他方側電極と前記第2の導体とを接続する複数の第3の配線、
前記第2の導体と前記第3の導体とを接続する複数の第4の配線、
前記第3の導体に関して対向して配置され、各々が、その一方側電極が接地線に接続される第3および第4のコンデンサ、
前記第3のコンデンサの他方側電極を前記第3の導体に接続する複数の第5の配線、
前記第4のコンデンサの他方側電極を前記第3の導体に接続する複数の第6の配線を備える、半導体装置。
A transistor having a conductive output region,
A first capacitor disposed opposite the output region and having one electrode connected to a ground line;
A plurality of first wires connecting the output region and the other electrode of the first capacitor;
A second conductor disposed opposite the output region with respect to the first capacitor;
A plurality of second wirings connecting the second conductor and the output region;
A third conductor disposed away from the second conductor;
A second capacitor having one electrode connected to the third conductor;
A plurality of third wires connecting the other electrode of the second capacitor and the second conductor;
A plurality of fourth wirings connecting the second conductor and the third conductor;
A third and a fourth capacitor, arranged opposite to each other with respect to the third conductor, each having one electrode connected to a ground line;
A plurality of fifth wires connecting the other electrode of the third capacitor to the third conductor;
A semiconductor device comprising a plurality of sixth wirings connecting the other electrode of the fourth capacitor to the third conductor.
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