JP2007158748A - Ｒｆ電力増幅器モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】１つのＲＦ電力増幅器モジュールがカバーする互いに近接した２つの周波数帯域のＲＦ送信電力出力信号を１つのＲＦ電力増幅器が生成する際に、周波数特性と電力効率とを改善するとともにコストを削減すること。
【解決手段】第１のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌの第１の出力整合回路ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌによる低い周波数バンドＢ１での高域周波数でのゲイン低下を、第１のハイパスフィルタＣ２Ｌ、Ｌ４Ｌによる高い周波数バンドＢ２での低域周波数でのゲイン増加により補償する。第１のＲＦ電力増幅器の電力効率に大きく影響を与える第１のハイパスフィルタの第１のインダクタンスＬ４Ｌを、ＲＦ電力増幅器モジュール１００の内部配線の自由度向上のために設けられた多層配線基板１０３に形成された複数のストリップ線路Ｌ４Ｌ＿１…Ｌ４Ｌ＿４と、ビア配線Ｖ４１２…Ｖ４４Ｇとで構成する。第１のインダクタンスＬ４Ｌは、低コスト、高性能指数（Ｑ）となる
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話のようなモバイル通信端末装置に用いられるＲＦ電力増幅器モジュールに関し、特にＲＦ電力増幅器モジュールの無線周波数特性を改善して、コストを低減するのに有益な技術に関する。

携帯電話のようなモバイル通信端末装置では、基地局との無線周波数（以下、ＲＦという）の通信のためのＲＦ電力増幅器が必要である。

従来より、ＧＳＭ(Global Systems for Mobile communications)の９００ＭＨｚの周波数帯域とＤＣＳ（Digital Communication System）の１８００ＭＨｚの周波数帯域とのふたつの周波数帯域とからなるデュアルバンドのためのふたつのＲＦ電力増幅器を、ひとつのＲＦ電力増幅器モジュールに内蔵することが下記特許文献１に記載されている。このモジュールは、多層配線を含む基板上にふたつのＲＦ電力増幅器チップと抵抗、容量、コイルの表面実装デバイス（ＳＭＤ, Surface Mounted Device）の受動素子とが搭載されることにより構成されている。

一方、下記特許文献２には、ＲＦ電力増幅器モジュールの増幅トランジスタの負荷としてのチョークコイルを、多層配線基板の各層のストリップ線路とストリップ線路同士を接続するビアとで構成することが記載されている。これにより、小さい占有面積で、高いインピーダンスとすることができる。

米国特許 第６，０７５，９９５号明細書 特開２００５−１９７８４３号公報

本発明者等は、本発明に先立って、四つの周波数帯域をカバーするクワッドバンドのＲＦ電力増幅器モジュールの開発に従事した。クワッドバンドは前記特許文献１と同様にＧＳＭ９００ＭＨｚとＤＣＳ１８００ＭＨｚとのデュアルバンド以外に、ＧＳＭ８５０ＭＨｚとＰＣＳ１９００ＭＨｚの他のふたつの周波数帯域をもカバーする。ＧＳＭ９００ＭＨｚとＤＣＳ１８００ＭＨｚとは、周波数約２倍異なるが、ＧＳＭ８５０ＭＨｚとＧＳＭ９００ＭＨｚとは互いに周波数が近接しており、ＤＣＳ１８００ＭＨｚとＰＣＳ１９００ＭＨｚとは同様に互いに周波数が近接している。従って、ひとつのＲＦ電力増幅器モジュールで、ＧＳＭ８５０ＭＨｚとＧＳＭ９００ＭＨｚとをひとつ目のＲＦ電力増幅器がカバーし、ＤＣＳ１８００ＭＨｚとＰＣＳ１９００ＭＨｚとをふたつ目のＲＦ電力増幅器がカバーできれば、クワッドバンドをカバーするＲＦ電力増幅器モジュールを小さい占有面積で構成することができる。

しかし、本発明者等は、互いに近接したふたつの周波数帯域のＲＦ送信電力出力信号をひとつのＲＦ電力増幅器が生成する際に、ふたつの周波数をカバーするためには、周波数特性と電力効率とが犠牲となることを見出した。

従って、本発明は、ＲＦ通信を可能とするひとつのＲＦ電力増幅器モジュールがカバーする互いに近接したふたつの周波数帯域のＲＦ送信電力出力信号をひとつのＲＦ電力増幅器が生成する際に、周波数特性と電力効率とを改善するとともにコストを削減することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴とは、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、本発明のひとつの形態は、ＲＦ通信を可能とするＲＦ電力増幅器モジュール（ＲＦ＿ＰＡ＿ＭＤＬ；１００）は、多層配線基板（１０３）と、前記多層配線基板（１０３）の上に搭載されたひとつのＲＦ電力増幅器（ＣＨＩＰ＿Ｌ）と出力整合回路（ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌ）と第１のハイパスフィルタ（Ｃ２Ｌ、Ｌ４Ｌ）とを含む。前記ひとつのＲＦ電力増幅器（ＣＨＩＰ＿Ｌ）は、互いに近接したふたつの周波数帯域のＲＦ送信電力出力信号を生成する。前記ひとつのＲＦ電力増幅器（ＣＨＩＰ＿Ｌ）は最終段増幅素子（Ｑ３Ｌ）を含み、前記最終段増幅素子（Ｑ３Ｌ）の出力には前記出力整合回路（ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌ）の入力が接続されている。前記出力整合回路（ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌ）は前記ひとつのＲＦ電力増幅器（ＣＨＩＰ＿Ｌ）が生成する互いに近接した前記ふたつの周波数帯域の低い周波数のバンド（Ｂ１）に適合化されている。前記出力整合回路（ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌ）の前記出力には、第１の容量と第１のインダクタンスとの直列接続からなる前記第１のハイパスフィルタ（Ｃ２Ｌ、Ｌ４Ｌ）が接続されている。前記第１のハイパスフィルタ（Ｃ２Ｌ、Ｌ４Ｌ）は前記ひとつのＲＦ電力増幅器（ＣＨＩＰ＿Ｌ）が生成する互いに近接した前記ふたつの周波数帯域の高い周波数のバンド（Ｂ２）に適合化されている。前記第１のハイパスフィルタ（Ｃ２Ｌ、Ｌ４Ｌ）の前記第１のインダクタンス（Ｌ４Ｌ）は、前記多層配線基板（１０３）の複数の絶縁層に形成された複数のストリップ線路（Ｌ４Ｌ＿１、Ｌ４Ｌ＿２、Ｌ４Ｌ＿３、Ｌ４Ｌ＿４）と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線（Ｖ４１２、Ｖ４２３、Ｖ４３４、Ｖ４４Ｇ）とで構成されている。

上述した手段によれば、前記ひとつのＲＦ電力増幅器（ＣＨＩＰ＿Ｌ）の前記最終段増幅素子（Ｑ３Ｌ）の出力に接続された前記出力整合回路（ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌ）は互いに近接したふたつの周波数帯域の低い周波数のバンド（Ｂ１）のＲＦ信号を比較的高い効率で出力するとともに、前記出力整合回路（ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌ）に接続された前記第１のハイパスフィルタ（Ｃ２Ｌ、Ｌ４Ｌ）は前記ふたつの周波数帯域の高い周波数のバンド（Ｂ２）のＲＦ信号を比較的高い効率で出力することができる。従って、第１の出力整合回路（ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌ）による低い周波数バンド（Ｂ１）での高域周波数でのゲイン低下は、第１のハイパスフィルタ（Ｃ２Ｌ、Ｌ４Ｌ）による高い周波数バンド（Ｂ２）での低域周波数でのゲイン増加によってほぼ補償されている。

前記ひとつのＲＦ電力増幅器（ＣＨＩＰ＿Ｌ）の電力効率に大きく影響を与える前記第１のハイパスフィルタ（Ｃ２Ｌ、Ｌ４Ｌ）の前記第１のインダクタンス（Ｌ４Ｌ）は、ＲＦ電力増幅器モジュール（ＲＦ＿ＰＡ＿ＭＤＬ；１００）の複数のストリップ線路（Ｌ４Ｌ＿１、Ｌ４Ｌ＿２、Ｌ４Ｌ＿３、Ｌ４Ｌ＿４）と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線（Ｖ４１２、Ｖ４２３、Ｖ４３４、Ｖ４４Ｇ）とで構成されている。一方、ＲＦ電力増幅器モジュール（ＲＦ＿ＰＡ＿ＭＤＬ；１００）は、その内部配線の自由度向上のために前記多層配線基板（１０３）に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とを有している。また、ＲＦ電力増幅器モジュール（ＲＦ＿ＰＡ＿ＭＤＬ；１００）は、その最大の発熱素子である最終段増幅トランジスタ（Ｑ３Ｌ）の直下の前記多層配線基板（１０３）には複数の熱・電気伝導層と前記熱・電気伝導層を接続するビア配線で構成されたサーマルビア（ＴＨＶ＿Ｃｈｉｐ＿Ｌ）を有している。このサーマルビア（ＴＨＶ＿Ｃｈｉｐ＿Ｌ）は最終段増幅トランジスタ（Ｑ３Ｌ）からの発熱を放散するとともに、最終段増幅トランジスタ（Ｑ３Ｌ）のエミッタやソースの接地特性を確かなものとしている。従って、内部配線の自由度向上のためや、最終段増幅トランジスタの放熱と接地特性改善のための複数のストリップ線路と複数のビア配線の技術を、そのまま前記第１のハイパスフィルタ（Ｃ２Ｌ、Ｌ４Ｌ）の前記第１のインダクタンス（Ｌ４Ｌ）を構成する際に活用することができる。従って、前記第１のインダクタンス（Ｌ４Ｌ）は、低コストとなるとともにその性能指数（Ｑ）も高い値となる。

本発明のより具体的な形態では、前記第１のハイパスフィルタ（Ｃ２Ｌ、Ｌ４Ｌ）の前記第１のインダクタンス（Ｌ４Ｌ）を構成する前記複数のストリップ線路はそれぞれループ形状を持っているものである。

本発明の他のより具体的な形態では、前記最終段増幅トランジスタＱ３Ｌの負荷コイルＬ３Ｌは前記多層配線基板（１０３）に形成された他の複数のストリップ線路（Ｌ３Ｌ＿１、Ｌ３Ｌ＿２、Ｌ３Ｌ＿３、Ｌ３Ｌ＿４）と前記複数のストリップ線路を接続する他のビア配線（Ｖ３１２、Ｖ３２３、Ｖ３３４）とで構成されている。

本発明のさらに他の具体的な形態では、前記最終段増幅トランジスタ（Ｑ３Ｌ）の直下の前記多層配線基板（１０３）には複数の熱・電気伝導層と前記熱・電気伝導層を接続するビア配線で構成されたサーマルビア（ＴＨＶ＿Ｃｈｉｐ＿Ｌ）を有している。

本発明の最も具体的な形態では、前記多層配線基板（１０３）には内部配線の自由度向上のために形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とを有している。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、本発明によれば、ＲＦ通信を可能とするＲＦ電力増幅器モジュールがカバーする互いに近接したふたつの周波数帯域のＲＦ送信電力出力信号をひとつのＲＦ電力増幅器が生成する際に、周波数特性と電力効率とを改善するとともにコストを削減することができる。

≪ＲＦ電力増幅器モジュールの回路構成とデバイス構造≫
図１は、本発明の一つの実施形態によるＲＦ電力増幅器モジュールの回路構成とデバイス構造を示す図である。

本発明の一つの実施形態によるＲＦ電力増幅器モジュール（ＲＦ＿ＰＡ＿ＭＤＬ）１００は、多層配線基板１０３と、第１と第２のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌ、ＣＨＩＰ＿Ｈとを含む。この多層配線基板１０３の上には、第１と第２の出力整合回路ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌ、ＳＬ＿Ｈ、Ｃ１と、第１と第２のハイパスフィルタＣ２Ｌ、Ｌ４Ｌ、Ｃ２Ｈ、Ｌ４Ｈとを含む。一方のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌは、クワッドバンドでの互いに近接した第１と第２の周波数の低い周波数のバンドＢ１と高い周波数のバンドＢ２とであるＧＳＭ８５０ＭＨｚとＧＳＭ９００ＭＨｚとをカバーする。他方のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｈは、クワッドバンドでの互いに近接した第３と第４の周波数の低い周波数のバンドＢ３と高い周波数のバンドＢ４とであるＤＣＳ１８００ＭＨｚとＰＣＳ１９００ＭＨｚとをカバーする。

従って、ＲＦ電力増幅器モジュール１００に供給されるクワッドバンドのＧＳＭ８５０ＭＨｚとＧＳＭ９００ＭＨｚのＲＦ入力信号ＲＦＩＮ＿Ｌは、一方のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌを構成する従属接続された初段増幅トランジスタＱ１Ｌ、次段増幅トランジスタＱ２Ｌ、最終段増幅トランジスタＱ３Ｌで増幅されて、クワッドバンドのＧＳＭ８５０ＭＨｚとＧＳＭ９００ＭＨｚのＲＦ出力電圧Ｖｏｕｔ＿Ｌが得られる。これらのトランジスタＱ１Ｌ、Ｑ２Ｌ、Ｑ３Ｌはヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）にて構成され、初段の負荷コイルＬ１Ｌ、次段の負荷コイルＬ２ＬとともにＧａＡｓのようなＩＩＩＶ族化合物半導体チップの上に形成される。これらの負荷コイルＬ１Ｌ、Ｌ２Ｌは、ＩＩＩＶ族化合物半導体チップの上の導体配線で形成される螺旋状（ヘリカル状）のスパイラルコイルで構成される。同様に、これらのトランジスタＱ１Ｌ、Ｑ２Ｌ、Ｑ３ＬはＲＦパワーＭＯＳトランジスタにても構成されることもでき、初段の負荷コイルＬ１Ｌ、次段の負荷コイルＬ２Ｌとともにシリコン半導体チップの上に形成されることもできる。これらの負荷コイルＬ１Ｌ、Ｌ２Ｌは、シリコン半導体チップの上の導体配線で形成される螺旋状（ヘリカル状）のスパイラルコイルで同様に構成されることができる。ＩＩＩＶ族化合物やシリコンのチップの上に形成された螺旋状のスパイラルコイルの性能指数（Ｑ）はほぼ３０程度と比較的低い値であるが、初段と次段との増幅段での電力効率はひとつのＲＦ電力増幅器モジュール１００の全体の電力効率には大きな影響を与えない。むしろ、ひとつのＲＦ電力増幅器モジュール１００の全体の電力効率には大きな影響を与えるのは、以下に説明する第１のハイパスフィルタＣ２Ｌ、Ｌ４Ｌの第１のインダクタンスＬ４Ｌと、第２のハイパスフィルタＣ２Ｈ、Ｌ４Ｈの第２のインダクタンスＬ４Ｈと、最終段増幅トランジスタＱ３Ｌ、Ｑ３Ｈの負荷コイルＬ３Ｌ、Ｌ３Ｈである。これらのコイルは、以下に説明するように前記多層配線基板１０３に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とで構成されている。最終段増幅トランジスタＱ３ＬからのＲＦ出力電圧Ｖｏｕｔ＿Ｌは、第１のストリップラインＳＬ＿Ｌと第１の容量Ｃ１Ｌとで構成された第１の出力整合回路の入力に接続される。最終段増幅トランジスタＱ３Ｌの出力インピーダンスは数Ωと低いのに対して、アンテナスイッチなどを含むアナログフロントエンドモジュールを介して接続される送信アンテナの入力インピーダンスは約５０Ωと比較的高いのが一般的である。この第１の出力整合回路ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌは、互いに近接した第１と第２の周波数の低い周波数のバンドＢ１と高い周波数のバンドＢ２とであるＧＳＭ８５０ＭＨｚとＧＳＭ９００ＭＨｚの周波数帯域で数Ωから約５０Ωへのインピーダンス変換を行う。また、第１の出力整合回路ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌはこのインピーダンス変換とともに、互いに近接した第１と第２の周波数の低い周波数のバンドＢ１であるＧＳＭ８５０ＭＨｚ（正確には８２４〜８４９ＭＨｚの周波数帯域で米国で使用されるＧＳＭ帯域）の周波数バンドに適合化されている。図２に示した第１の出力整合回路ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌ、第２の出力整合回路ＳＬ＿Ｈ、Ｃ１Ｈ、第１のハイパスフィルタＣ２Ｌ、Ｌ４Ｌ、第２のハイパスフィルタＣ２Ｈ、Ｌ４Ｈの周波数特性を示す図で、破線ｂ１がＧＳＭ８５０ＭＨｚに適合化された第１の出力整合回路ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌの周波数帯域を示す。破線ｂ１で最大ゲインから３ｄＢ低下した低域周波数ｆ１Ｌは８２４ＭＨｚもしくはそれ以下に設定され、同様に最大ゲインから３ｄＢ低下した高域周波数ｆ１Ｈは８４９ＭＨｚもしくはそれ以上に設定されている。図２に示すように第１の出力整合回路ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１ＬでカバーされたＧＳＭ８５０ＭＨｚの低い周波数のバンドＢ１とすぐ近接したＧＳＭ９００ＭＨｚの第１と第２の周波数の高い周波数のバンドＢ２は第１の出力整合回路ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌに接続された第１のハイパスフィルタＣ２Ｌ、Ｌ４Ｌでカバーされるように、第１の容量Ｃ２Ｌと第１のインダクタンスＬ４Ｌの素子定数が設定される。すなわち、第１のハイパスフィルタＣ２Ｌ、Ｌ４Ｌは、ＧＳＭ９００ＭＨｚ（正確には８８０〜９１５ＭＨｚの周波数帯域で欧州・アジアで使用されるＧＳＭ帯域）の周波数バンドＢ２に適合化されている。破線ｂ２で最大ゲインから３ｄＢ低下した低域周波数ｆ２Ｌは８８０ＭＨｚもしくはそれ以下に設定され、同様に最大ゲインから３ｄＢ低下した高域周波数ｆ２Ｈは９１５ＭＨｚもしくはそれ以上に設定されている。尚、図２の実線ｂ２１は、第１の出力整合回路ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌと第１のハイパスフィルタＣ２Ｌ、Ｌ４Ｌとで決定される一方のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌのトータルの周波数特性を示している。このように、一方のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌのトータルの周波数特性は、互いに周波数が近接したＧＳＭ８５０ＭＨｚとＧＳＭ９００ＭＨｚとのふたつの周波数バンドＢ１、Ｂ２をカバーすることができる。特に、第１の出力整合回路ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌによる低い周波数バンドＢ１での高域周波数でのゲイン低下は、第１のハイパスフィルタＣ２Ｌ、Ｌ４Ｌによる高い周波数バンドＢ２での低域周波数でのゲイン増加によってほぼ補償されている。

一方、ＲＦ電力増幅器モジュール１００に供給されるクワッドバンドでの互いに近接した第３と第４の周波数の低い周波数のバンドＢ３と高い周波数のバンドＢ４とであるＤＣＳ１８００ＭＨｚとＰＣＳ１９００ＭＨｚのＲＦ入力信号ＲＦＩＮ＿Ｈは、他方のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｈを構成する従属接続された初段増幅トランジスタＱ１Ｈ、次段増幅トランジスタＱ２Ｈ、最終段増幅トランジスタＱ３Ｈで増幅されて、クワッドバンドでの互いに近接した第３と第４の周波数の低い周波数のバンドＢ３と高い周波数のバンドＢ４とであるＤＣＳ１８００ＭＨｚとＰＣＳ１９００ＭＨｚのＲＦ出力電圧Ｖｏｕｔ＿Ｈが得られる。これらのトランジスタＱ１Ｈ、Ｑ２Ｈ、Ｑ３Ｈはヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）にて構成され、初段の負荷コイルＬ１Ｈ、次段の負荷コイルＬ２ＨとともにＧａＡｓのようなＩＩＩＶ族化合物半導体チップの上に形成される。これらの負荷コイルＬ１Ｈ、Ｌ２Ｈは、ＩＩＩＶ族化合物半導体チップの上の導体配線で形成される螺旋状（ヘリカル状）のスパイラルコイルで構成される。同様に、これらのトランジスタＱ１Ｈ、Ｑ２Ｈ、Ｑ３ＨはＲＦパワーＭＯＳトランジスタにても構成されることもでき、初段の負荷コイルＬ１Ｈ、次段の負荷コイルＬ２Ｈとともにシリコン半導体チップの上に形成されることもできる。これらの負荷コイルＬ１Ｈ、Ｌ２Ｈは、シリコン半導体チップの上の導体配線で形成される螺旋状（ヘリカル状）のスパイラルコイルで同様に構成されることができる。ＩＩＩＶ族化合物やシリコンのチップの上に形成された螺旋状のスパイラルコイルの性能指数（Ｑ）はほぼ３０程度と比較的低い値であるが、初段と次段との増幅段での電力効率はひとつのＲＦ電力増幅器モジュール１００の全体の電力効率には大きな影響を与えない。最終段増幅トランジスタＱ３ＨからのＲＦ出力電圧Ｖｏｕｔ＿Ｈは、第２のストリップラインＳＬ＿Ｈと第２の容量Ｃ１Hとで構成された第２の出力整合回路の入力に接続される。最終段増幅トランジスタＱ３Ｈの出力インピーダンスは数Ωと低いのに対して、アンテナスイッチなどを含むアナログフロントエンドモジュールを介して接続される送信アンテナの入力インピーダンスは約５０Ωと比較的高いのが一般的である。この第２の出力整合回路ＳＬ＿Ｈ、Ｃ１Ｈは、ＤＣＳ１８００ＭＨｚとＰＣＳ１９００ＭＨｚの周波数帯域で数Ωから約５０Ωへのインピーダンス変換を行う。また、第２の出力整合回路ＳＬ＿Ｈ、Ｃ１Ｈはこのインピーダンス変換とともに、近接した第３と第４の周波数の低い周波数のバンドＢ３であるＤＣＳ１８００ＭＨｚ（正確には１７１０〜１７８５ＭＨｚの周波数帯域で使用されるＤＣＳ帯域）の周波数バンドに適合化されている。尚、ＤＣＳは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍの略である。図２の破線ｂ３がＤＣＳ１８００ＭＨｚに適合化された第２の出力整合回路ＳＬ＿Ｈ、Ｃ１Ｈの周波数帯域を示す。破線ｂ３で最大ゲインから３ｄＢ低下した低域周波数ｆ３Ｌは１７１０ＭＨｚもしくはそれ以下に設定され、同様に最大ゲインから３ｄＢ低下した高域周波数ｆ３Ｈは１７８５ＭＨｚもしくはそれ以上に設定されている。図２に示すように第２の出力整合回路ＳＬ＿Ｈ、Ｃ１Ｈでカバーされたこの周波数バンドＢ３とすぐ近接した第３と第４の周波数の高い周波数のバンドＢ４は第２の出力整合回路ＳＬ＿Ｈ、Ｃ１Ｈに接続された第２のハイパスフィルタＣ２Ｈ、Ｌ４Ｈでカバーされるように、第２の容量Ｃ２Ｈと第２のインダクタンスＬ４Ｈの素子定数が設定される。すなわち、第２のハイパスフィルタＣ２Ｈ、Ｌ４Ｈは、ＰＣＳ１９００ＭＨｚ（正確には１８５０〜１９１０ＭＨｚの周波数帯域で使用されるＰＣＳ帯域）の周波数バンドＢ４に適合化されている。尚、ＰＣＳは、Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍの略である。破線ｂ４で最大ゲインから３ｄＢ低下した低域周波数ｆ４Ｌは１８５０ＭＨｚもしくはそれ以下に設定され、同様に最大ゲインから３ｄＢ低下した高域周波数ｆ４Ｈは１９１０ＭＨｚもしくはそれ以上に設定されている。尚、図２の実線ｂ４３は、第２の出力整合回路ＳＬ＿Ｈ、Ｃ１Ｈと第２のハイパスフィルタＣ２Ｈ、Ｌ４Ｈとで決定される他方のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｈのトータルの周波数特性を示している。このように、他方のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｈのトータルの周波数特性は、互いに周波数が近接したＤＣＳ１８００ＭＨｚとＰＣＳ１９００ＭＨｚとのふたつの周波数バンドをカバーすることができる。特に、第２の出力整合回路ＳＬ＿Ｈ、Ｃ１Ｈによる低い周波数バンドＢ３での高域周波数でのゲイン低下は、第２のハイパスフィルタＣ２Ｈ、Ｌ４Ｈによる高い周波数バンドＢ４での低域周波数でのゲイン増加によってほぼ補償されている。

全体の電力効率には大きな影響を与える第１のハイパスフィルタＣ２Ｌ、Ｌ４Ｌの第１のインダクタンスＬ４Ｌと、第２のハイパスフィルタＣ２Ｈ、Ｌ４Ｈの第２のインダクタンスＬ４Ｈとは、図１の下部に示すように前記多層配線基板１０３に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とで構成されている。第１と第２のハイパスフィルタの第１のインダクタンスＬ４Ｌと第２のインダクタンスＬ４Ｈとは、多層配線基板１０３の４層の絶縁層の各層上に形成された４層のストリップ線路Ｌ４Ｌ＿１、Ｌ４Ｌ＿２、Ｌ４Ｌ＿３、Ｌ４Ｌ＿４と４層の絶縁層の各層中に形成されたビア配線Ｖ４１２、Ｖ４２３、Ｖ４３４、Ｖ４４Ｇとで構成されている。尚、前記第１と第２のハイパスフィルタの第１のインダクタンスＬ４Ｌと第２のインダクタンスＬ４）を構成する前記複数の絶縁層に形成された複数のストリップ線路Ｌ４Ｌ＿１、Ｌ４Ｌ＿２、Ｌ４Ｌ＿３、Ｌ４Ｌ＿４は、それぞれループ形状を持っているものである。その結果、前記第１と第２のハイパスフィルタの第１のインダクタンスＬ４Ｌと第２のインダクタンスＬ４Ｈとから高密度の磁界が形成されて、第１のインダクタンスＬ４Ｌと第２のインダクタンスＬ４Ｈの性能指数（Ｑ）を５０〜６５まで向上することができる。一方、多層配線基板の表面にディスクリートのインダクターを搭載すれば、５５程度の性能指数（Ｑ）を実現することは可能である。しかし、このディスクリートのインダクターはコストアップとなるばかりか、ＲＦ電力増幅器モジュール１００の製品厚みの増大となる。本発明の一つの実施形態によれば、コストアップは回避され、製品厚みの増大も回避できる。

最上層のストリップ線路Ｌ４Ｌ＿１、Ｌ４Ｈ＿１は第１と第２のハイパスフィルタＣ２Ｌ、Ｌ４Ｌ、Ｃ２Ｈ、Ｌ４Ｈの第１の容量Ｃ２Ｌと第２の容量Ｃ２Ｈとに接続されている。一方、最下層のストリップ線路Ｌ４Ｌ＿４は最下層のビア配線Ｖ４４Ｇを介して、ＲＦ電力増幅器モジュール１００の下部の接地電極１０４に接続されている。この接地電極１０４は、携帯電話のようなモバイル通信端末装置のマザーボード上の接地配線とハンダにより接続される。

尚、図１では第１と第２のインダクターＬ４Ｌ、Ｌ４Ｈと第１と第２の負荷コイルＬ３Ｌ，Ｌ３Ｈの各層のストリップラインは四角形のループ形状であるが、円形のループ形状であっても良い。

本発明の好適な実施形態では、最終段増幅トランジスタＱ３Ｌ、Ｑ３Ｈの負荷コイルＬ３Ｌ、Ｌ３Ｈも、図１の下部に示すように前記多層配線基板１０３に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とで構成されている。負荷コイルＬ３Ｌ、Ｌ３Ｈは、多層配線基板１０３の４層の絶縁層の各層上に形成された４層のストリップ線路Ｌ３Ｌ＿１、Ｌ３Ｌ＿２、Ｌ３Ｌ＿３、Ｌ３Ｌ＿４と４層の絶縁層の各層中に形成されたビア配線Ｖ３１２、Ｖ３２３、Ｖ３３４、Ｖ３４Ｃとで構成されている。尚、最後のビア配線Ｖ３４Ｃは、最終段増幅トランジスタＱ３Ｌ、Ｑ３Ｈのコレクタに接続される。

尚、本発明の好適な実施形態では、図１に示すように、第１と第２のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌ、ＣＨＩＰ＿Ｈの間にコントロールＩＣ １５０（ＣＮＴＲＬ）が配置されており、第１と第２のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌ、ＣＨＩＰ＿Ｈの内部の多段接続増幅トランジスタのゲート・バイアスもしくはベース・バイアスを制御する。このバイアス制御は、ＲＦ ＩＣ(図示せず)から自動パワー制御電圧Ｖａｐｃ＿Ｌ、Ｖａｐｃ＿Ｈに応答している。また、コントロールＩＣ １５０は、図示しないＲＦ ＩＣもしくはベースバンドＬＳＩからのＧＳＭ８５０ＭＨｚ、ＧＳＭ９００ＭＨｚ、ＤＣＳ１８００ＭＨｚ、ＰＣＳ１９００ＭＨｚのクワッドバンドのいずれの周波数バンドを使用するかの指示に基づき、第１と第２のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌ、ＣＨＩＰ＿Ｈの一方を活性化して、他方を非活性化するものである。

≪ＲＦ電力増幅器モジュールのデバイス上面図≫
図３は、本発明の一つの実施形態によるＲＦ電力増幅器モジュール１００のデバイスの上面図を示す。ＲＦ電力増幅器モジュール１００の多層配線基板１０３は、四角形の形状を持っている。この四角形の各辺には、複数の半円である外部接続端子が形成されている。これらの半円状の複数の外部接続端子は、携帯電話のようなモバイル通信端末装置のマザーボード上の複数の配線とハンダにより接続される。複数の外部接続端子は半円状に限らす、直線状でも良い。

四角形の左辺には、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮ＿Ｌ、ＲＦＩＮ＿Ｈと自動パワー制御電圧Ｖａｐｃ＿Ｌ、Ｖａｐｃ＿Ｈとが供給されている。四角形の上辺と下辺とには、第１のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌのための電源電圧Ｖｃｃと、第２のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｈのための電源電圧Ｖｃｃとがそれぞれ供給される。四角形の左辺のふたつのＲＦ入力信号ＲＦＩＮ＿Ｌ、ＲＦＩＮ＿Ｈは、それぞれワイヤー線を介して第１と第２のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌ、ＣＨＩＰ＿Ｈの初段増幅トランジスタＱ１Ｌ、Ｑ１Ｈのベース入力に供給されている。第１と第２のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌ、ＣＨＩＰ＿Ｈの最終段増幅トランジスタＱ３Ｌ、Ｑ３Ｈのコレクタ出力は、それぞれ電流容量の拡大のための４本のワイヤー線を介して出力パッドＶｏｕｔ＿Ｌ、Ｖｏｕｔ＿Ｈに接続されている。出力パッドＶｏｕｔ＿Ｌ、Ｖｏｕｔ＿Ｈは最終段増幅トランジスタＱ３Ｌ、Ｑ３Ｈの負荷コイルＬ３Ｌ、Ｌ３Ｈに接続される一方、第１と第２の出力整合回路のストリップラインＳＬ＿Ｌ、ＳＬ＿Ｈの一端に接続されている。この第１と第２の出力整合回路のストリップラインＳＬ＿Ｌ、ＳＬ＿Ｈの他端は、それぞれ第１と第２の出力整合回路の容量Ｃ１Ｌ、Ｃ１Ｈに接続される一方、第１と第２のハイパスフィルタの容量Ｃ２Ｌ、Ｃ２Ｈの一端にそれぞれ接続されている。第１と第２のハイパスフィルタの容量Ｃ２Ｌ、Ｃ２Ｈの他端は、第１と第２のハイパスフィルタのインダクターＬ４Ｌ、Ｌ４Ｈにそれぞれ接続されている。尚、第１と第２のハイパスフィルタの容量Ｃ２Ｌ、Ｃ２Ｈの他端は、四角形の右辺のふたつのＲＦ出力信号端子ＲＦＯＵＴ＿Ｌ、ＲＦＯＵＴ＿Ｈにもそれぞれ接続されている。

≪ＲＦ電力増幅器モジュールのデバイス断面図≫
図４は、図３中の一点鎖線Ａ−Ａ‘に沿った本発明の一つの実施形態によるＲＦ電力増幅器モジュール１００のデバイスの断面図を示す。

ＲＦ電力増幅器モジュール１００の多層配線基板１０３は、最上層の絶縁層１０３＿１から最下層の絶縁層１０３＿５の５層の絶縁層を含む。最上層の絶縁層１０３＿１から最下層の絶縁層１０３＿５の各層はＲＦ損失の小さいセラミック絶縁層を用いることが望ましい。多層配線基板１０３の最上層の絶縁層１０３＿１から最下層の絶縁層１０３＿５までの各絶縁層の上には、最終段増幅トランジスタＱ３Ｌ、Ｑ３Ｈの負荷コイルＬ３Ｌ、Ｌ３Ｈを構成するためのストリップ線路が生成されている。破線Ｌ３Ｌ、Ｌ３Ｈで囲まれた複数の絶縁層の上の複数のストリップ線路を接続するビア配線以外の複数のストリップ線路は内部配線の自由度を向上するために層間の絶縁層の内部に形成されている。多層配線基板１０３の最下層の絶縁層１０３＿５の下には、携帯電話のようなモバイル通信端末装置のマザーボード上の接地配線とハンダにより接続される接地電極１０４が設けられている。この最下層の絶縁層１０３＿５の下には、自動パワー制御電圧Ｖａｐｃ＿Ｌが供給される外部端子とＲＦ出力信号外部端子ＲＦＯＵＴ＿Ｌとが設けられている。これらの外部端子Ｖａｐｃ＿Ｌ、ＲＦＯＵＴ＿Ｌは前記の半円状の外部端子であり、５層の絶縁層１０３＿１…１０３＿５を貫通して形成された配線１１０、１１１に接続されている。これらの外部端子Ｖａｐｃ＿Ｌ、ＲＦＯＵＴ＿Ｌも、携帯電話のようなモバイル通信端末装置のマザーボード上の配線とハンダにより接続されることができる。尚、多層配線基板１０３の最上層の絶縁層１０３＿１の上には、例えばシリコーン樹脂などによる表面保護層１０５が形成されている。

図５は、図３中の一点鎖線Ｂ−Ｂ‘に沿った本発明の一つの実施形態によるＲＦ電力増幅器モジュール１００のデバイスの断面図を示す。

ＲＦ電力増幅器モジュール１００の多層配線基板１０３は、第１の最終段増幅トランジスタＱ３Ｌを含む第１のＲＦ電力増幅器チップＣＨＩＰ＿Ｌと第２の最終段増幅トランジスタＱ３Ｈを含む第２のＲＦ電力増幅器チップＣＨＩＰ＿Ｈとのそれぞれの直下には複数の熱・電気伝導層と前記熱・電気伝導層を接続するビア配線で構成された第１と第２のサーマルビアＴＨＶ＿Ｃｈｉｐ＿Ｌ、ＴＨＶ＿Ｃｈｉｐ＿Ｈを有している。破線Ｉｎｔ＿Ｗｉ＿１、Ｉｎｔ＿Ｗｉ＿２、Ｉｎｔ＿Ｗｉ＿３は、ＲＦ電力増幅器モジュール１００には、内部配線の自由度向上のために複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とが形成されていることを示している。

図６は、図３で示した第１のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌとその近傍の素子を示す斜視図である。

多層配線基板１０３の最上層の絶縁層１０３＿１には凹部３００が設けられ、この凹部３００の開口にはその直下の絶縁層１０３＿２の一部か露出している。凹部３００の開口の絶縁層１０３＿２の上には、第１のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌを構成する半導体チップが搭載されている。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮ＿Ｌは、一本のワイヤー線を介して第１のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌの初段増幅トランジスタＱ１Ｌのベース入力に供給されている。一方、第１のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌの最終段増幅トランジスタＱ３Ｌのコレクタ出力は、電流容量の拡大のための４本のワイヤー線を介して出力パッドＶｏｕｔ＿Ｌに接続されている。出力パッドＶｏｕｔ＿Ｌは最終段増幅トランジスタＱ３Ｌの負荷コイルＬ３Ｌに接続される一方、第１の出力整合回路のストリップラインＳＬ＿Ｌの一端に接続されている。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、多層配線基板１０３の最上層の絶縁層１０３＿１から最下層の絶縁層１０３＿５の各層としては、ＲＦ損失の小さいセラミック絶縁層以外に、エポキシ等の絶縁材料も使用することができる。また、図４に示した多層配線基板１０３の最上層の絶縁層１０３＿１上の表面保護層１０５としては、シリコーン樹脂以外のエポキシ樹脂なども使用することができる。

また、第１の出力整合回路の第１のストリップラインＳＬ＿Ｌと第２の出力整合回路の第１のストリップラインＳＬ＿Ｈとは、第１のハイパスフィルタの第１のインダクタンスＬ４Ｌや第２のハイパスフィルタの第２のインダクタンスＬ４Ｈと同様に多層配線基板１０３に形成された複数のストリップ線路とこの複数のストリップ線路を接続するビア配線とで構成されたインダクタンスでも構成されることも可能である。

図１は、本発明の一つの実施形態によるＲＦ電力増幅器モジュールの回路構成とデバイス構造を示す図である。 図２は、図１のＲＦ電力増幅器モジュールの第１の出力整合回路ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌ、第２の出力整合回路ＳＬ＿Ｈ、Ｃ１Ｈ、第１のハイパスフィルタＣ２Ｌ、Ｌ４Ｌ、第２のハイパスフィルタＣ２Ｈ、Ｌ４Ｈの周波数特性を示す特性図である。 図３は、本発明の一つの実施形態によるＲＦ電力増幅器モジュール１００のデバイスの上面図である。 図４は、図３中の一点鎖線Ａ−Ａ‘に沿った本発明の一つの実施形態によるＲＦ電力増幅器モジュール１００のデバイスの断面図を示す。 図５は、図３中の一点鎖線Ｂ−Ｂ‘に沿った本発明の一つの実施形態によるＲＦ電力増幅器モジュール１００のデバイスの断面図を示す。 図６は、図３で示した第１のＲＦ電力増幅器ＣＨＩＰ＿Ｌとその近傍の素子を示す斜視図である。

符号の説明

１００ ＲＦ電力増幅器モジュール
１０３ 多層配線基板
ＣＨＩＰ＿Ｌ 第１のＲＦ電力増幅器
ＣＨＩＰ＿Ｈ 第２のＲＦ電力増幅器
ＳＬ＿Ｌ、Ｃ１Ｌ 第１の出力整合回路
ＳＬ＿Ｈ、Ｃ１Ｈ 第２の出力整合回路
Ｃ２Ｌ、Ｌ４Ｌ 第１のハイパスフィルタ
Ｃ２Ｈ、Ｌ４Ｈ 第２のハイパスフィルタ

Claims (15)

1. 多層配線基板と、
   前記多層配線基板の上に搭載されたひとつのＲＦ電力増幅器と出力整合回路と第１のハイパスフィルタとを含み、
   前記ひとつのＲＦ電力増幅器は、互いに近接したふたつの周波数帯域のＲＦ送信電力出力信号を生成し、
   前記ひとつのＲＦ電力増幅器は最終段増幅素子を含み、前記最終段増幅素子の出力には前記出力整合回路の入力が接続され、
   前記出力整合回路は前記ひとつのＲＦ電力増幅器が生成する互いに近接した前記ふたつの周波数帯域の低い周波数のバンドに適合化され、
   前記出力整合回路の前記出力には、第１の容量と第１のインダクタンスとの直列接続からなる前記第１のハイパスフィルタが接続され、
   前記第１のハイパスフィルタは前記ひとつのＲＦ電力増幅器が生成する互いに近接した前記ふたつの周波数帯域の高い周波数のバンドに適合化され、
   前記第１のハイパスフィルタの前記第１のインダクタンスは、前記多層配線基板の複数の絶縁層に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とで構成されているＲＦ通信を可能とするＲＦ電力増幅器モジュール。
2. 前記第１のハイパスフィルタの前記第１のインダクタンスを構成する前記複数のストリップ線路はそれぞれループ形状を持っている請求項１記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
3. 前記最終段増幅トランジスタの負荷コイルは前記多層配線基板に形成された他の複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続する他のビア配線とで構成されている請求項１記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
4. 前記最終段増幅トランジスタの負荷コイルは前記多層配線基板に形成された他の複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続する他のビア配線とで構成されている請求項２記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
5. 前記最終段増幅トランジスタの直下の前記多層配線基板には複数の熱・電気伝導層と前記熱・電気伝導層を接続するビア配線で構成されたサーマルビアを有している請求項２記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
6. 前記多層配線基板には内部配線の自由度向上のために形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とを有している請求項５記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
7. 多層配線基板と、
   前記多層配線基板の上に搭載された第１と第２のＲＦ電力増幅器と第１と第２の出力整合回路と第１と第２のハイパスフィルタとを含み、
   前記第１のＲＦ電力増幅器は、互いに近接した第１と第２の周波数帯域のＲＦ送信電力出力信号を生成し、
   前記第１のＲＦ電力増幅器は第１の最終段増幅素子を含み、前記第１の最終段増幅素子の出力には前記第１の出力整合回路の入力が接続され、
   前記第１の出力整合回路は前記第１のＲＦ電力増幅器が生成する互いに近接した前記第１と第２の周波数帯域の低い周波数のバンドに適合化され、
   前記第１の出力整合回路の前記出力には、第１の容量と第１のインダクタンスとの直列接続からなる前記第１のハイパスフィルタが接続され、
   前記第１のハイパスフィルタは前記第１のＲＦ電力増幅器が生成する互いに近接した前記第１と第２の周波数帯域の高い周波数のバンドに適合化され、
   前記第２のＲＦ電力増幅器は、互いに近接した第３と第４の周波数帯域のＲＦ送信電力出力信号を生成し、
   前記第２のＲＦ電力増幅器は第２の最終段増幅素子を含み、前記第２の最終段増幅素子の出力には前記第２の出力整合回路の入力が接続され、
   前記第２の出力整合回路は前記第２のＲＦ電力増幅器が生成する互いに近接した前記第３と第４の周波数帯域の低い周波数のバンドに適合化され、
   前記第２の出力整合回路の前記出力には、第２の容量と第２のインダクタンスとの直列接続からなる前記第２のハイパスフィルタが接続され、
   前記第２のハイパスフィルタは前記第２のＲＦ電力増幅器が生成する互いに近接した前記第３と第４の周波数帯域の高い周波数のバンドに適合化され、
   前記第１のハイパスフィルタの前記第１のインダクタンスと前記第２のハイパスフィルタの前記第２のインダクタンスとは、前記多層配線基板の複数の絶縁層に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とでそれぞれ構成されているＲＦ通信を可能とするＲＦ電力増幅器モジュール。
8. 前記第１のハイパスフィルタの前記第１のインダクタンスと前記第２のハイパスフィルタの前記第２のインダクタンスのそれぞれのインダクタンスを構成する前記複数のストリップ線路は、それぞれループ形状を持っている請求項７記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
9. 前記第１と第２の最終段増幅トランジスタのそれぞれの負荷コイルは前記多層配線基板に形成された他の複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続する他のビア配線とで構成されている請求項７記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
10. 前記第１と第２の最終段増幅トランジスタのそれぞれの負荷コイルは前記多層配線基板に形成された他の複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続する他のビア配線とで構成されている請求項８記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
11. 前記第１と第２の最終段増幅トランジスタの直下の前記多層配線基板には複数の熱・電気伝導層と前記熱・電気伝導層を接続するビア配線で構成された第１と第２のサーマルビアを有している請求項８記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
12. 前記多層配線基板には内部配線の自由度向上のために形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とを有している請求項１１記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
13. 前記第１のＲＦ電力増幅器の第１の初段増幅トランジスタと、前記第１の初段増幅トランジスタの第１の負荷コイルと、前記第１の最終段増幅トランジスタと、前記第２のＲＦ電力増幅器の第２の初段増幅トランジスタと、前記第２の初段増幅トランジスタの第２の負荷コイルと、前記第２の最終段増幅トランジスタとは半導体チップ内に構成されている請求項１１記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
14. 前記半導体チップは、ＩＩＩＶ族化合物半導体とシリコンとのいずれかである請求項１３記載のＲＦ電力増幅器モジュール。
15. 前記第１のＲＦ電力増幅器が生成する前記低い周波数のバンドと前記高い周波数のバンドとは、それぞれＧＳＭ８５０ＭＨｚのバンドとＧＳＭ９００ＭＨｚのバンドであり、
    前記第２のＲＦ電力増幅器が生成する前記低い周波数のバンドと前記高い周波数のバンドとは、それぞれＤＣＳ１８００ＭＨｚのバンドとＰＣＳ１９００ＭＨｚのバンドである請求項７から請求項１４までのいずれかに記載のＲＦ電力増幅器モジュール。

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