JP2024052045A - 増幅器モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】インピーダンス値を適切に調整することのできる増幅器モジュールを提供する。【解決手段】増幅器モジュールは、入力端子と、第１基板において形成され、前記入力端子に入力される信号を増幅する第１の前段増幅器と、第２基板において形成され、前記第１の前段増幅器の出力を入力とし、差動信号を出力する第１の後段増幅器および第２の後段増幅器と、前記第１の後段増幅器および前記第２の後段増幅器から出力される差動信号を入力とする出力バランと、可変容量素子と、を含み、前記出力バランは、前記差動信号が印加される一次側巻線と二次側巻線とを有し、前記可変容量素子は、前記出力バランの一次側巻線に並列に接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、増幅器モジュールに関する。

無線通信などの電力増幅装置として用いられる増幅器モジュールが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示の増幅器モジュールは、前段の増幅器と後段の増幅器とを異なる基板によって実現している。

米国特許出願公開第２０１５／０３４９７２３号明細書

増幅器モジュールにおいて、所望の出力特性を得るには、インピーダンス値を適切に調整する必要がある。設計段階で想定したインピーダンス値と実際の増幅器モジュールでのインピーダンス値とが異なることがある。このため、増幅器モジュールにおいて、インピーダンス値を適切に調整する必要がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、インピーダンス値を適切に調整することのできる増幅器モジュールを提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示のある態様による増幅器モジュールは、入力端子と、第１基板において形成され、前記入力端子に入力される信号を増幅する第１の前段増幅器と、第２基板において形成され、前記第１の前段増幅器の出力を入力とし、差動信号を出力する第１の後段増幅器および第２の後段増幅器と、前記第１の後段増幅器および前記第２の後段増幅器から出力される差動信号を入力とする出力バランと、可変容量素子と、を含み、前記出力バランは、前記差動信号が印加される一次側巻線と二次側巻線とを有し、前記可変容量素子は、前記出力バランの一次側巻線に並列に接続される増幅器モジュールである。

本開示によれば、増幅器モジュールにおいて、インピーダンスを適切に調整することができる。

図１は、本開示にかかる第１実施形態による差動増幅装置の例を示す図である。 図２は、本開示にかかる第２実施形態による差動増幅装置の例を示す図である。 図３は、本開示にかかる第３実施形態による差動増幅装置の例を示す図である。 図４は、本開示にかかる第４実施形態による差動増幅装置の例を示す図である。 図５は、本開示にかかる第５実施形態による差動増幅装置の例を示す図である。 図６は、本開示にかかる第６実施形態による差動増幅装置の例を示す図である。 図７は、本開示にかかる第７実施形態による差動増幅装置の例を示す図である。 図８は、本開示にかかる第８実施形態による差動増幅装置の例を示す図である。 図９は、本開示にかかる第９実施形態による差動増幅装置の例を示す図である。 図１０は、本開示にかかる第１０実施形態による差動増幅装置の例を示す図である。 図１１は、容量値の調整による効果を説明する図である。 図１２は、インピーダンス調整と消費電流との関係を説明するスミスチャートである。 図１３は、増幅器モジュールのレイアウトの例を示す図である。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の各実施形態の説明において、他の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。各実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各実施形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。なお、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の省略、置換又は変更を行うことができる。

［第１実施形態］
［構成］
図１は、本開示にかかる第１実施形態による増幅器モジュールの例を示す図である。図１に示す増幅器モジュール１ａは、入力端子２０１と、整合回路ＭＮ１と、第１の前段増幅器１１と、インダクタ１１１および１１２と、第１の後段増幅器２１と、第２の後段増幅器２２と、可変容量ＶＣ１と、インダクタ１２１および１２２と、キャパシタＣ２と、出力端子２０２と、を含む。

第１の前段増幅器１１は、入力端子に入力される信号を増幅するドライバ段の増幅器である。第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２は、ドライバ段の増幅器によって増幅された信号を増幅するパワー段の増幅器である。第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２は、差動増幅回路を構成する。第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２は、差動信号を出力する。

インダクタ１１１は、インダクタ１１２と電磁界結合し、トランス１１０を構成する。すなわち、トランス１１０において、インダクタ１１１は一次側巻線、インダクタ１１２二次側巻線である。ここで、インダクタ１１１の一端は入力端子２０１に接続され、他端は基準電位に接続されている。基準電位は、接地電位が例示されるが、本開示はこれに限定されない。以下の説明においても同様である。また、インダクタ１１２の一端は増幅器２１の入力に接続され、インダクタ１１２の他端は増幅器２２の入力に接続されている。トランス１１０は、１次巻線であるインダクタ１１１の信号について、不平衡－平衡変換を行う入力バランとして動作する。インダクタ１１１に入力された信号はトランス１１０によって変換され、インダクタ１１２に差動信号を発生させる。電磁界結合とは、磁界結合、電界結合のいずれか、もしくは両方の結合しているものと定義する。

インダクタ１２１は、インダクタ１２２と電磁界結合し、トランス１２０を構成する。すなわち、トランス１２０において、インダクタ１２１は一次側巻線、インダクタ１２２二次側巻線である。インダクタ１２２の一端は出力端子２０２に接続される。インダクタ１２２の他端は基準電位に接続される。トランス１２０は、平衡－不平衡変換を行う出力バランとして動作する。トランス１２０は、一次側巻線に印加される差動信号をシングルエンドの信号に変換する。変換されたシングルエンドの信号は、出力端子２０２から出力される。なお、出力端子２０２の後段に、図示しない整合回路、バンドセレクトスイッチ、デュプレクサ、アンテナセレクトスイッチが設けられる。

可変容量素子である可変容量ＶＣ１は、インダクタ１２１、すなわち出力バランの一次側巻線に対して並列に接続される。キャパシタＣ２の一端はインダクタ１２２の一端に接続される。キャパシタＣ２の他端は基準電位に接続される。可変容量ＶＣ１は、例えば、複数のキャパシタを備え、図示しないコントローラからの制御信号に基づいて１つ又は複数のコンデンサの接続状態が選択されても良い。

図１に示す増幅器モジュール１ａの構成要素のうち、整合回路ＭＮ１と、第１の前段増幅器１１とは第１基板であるシリコン基板１００に設けられる。また、増幅器モジュール１ａの構成要素のうち、トランス１１０と、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２とは、第２基板であるガリウム砒素基板２００に設けられる。増幅器モジュール１ａの構成要素のうち、可変容量ＶＣ１と、トランス１２０と、キャパシタＣ２とは、第３基板であるプリント基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）に設けられる。上記のように、ドライバ段に相当する第１の前段増幅器１１は第１基板であるシリコン基板１００に設けられる。パワー段に相当する第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２とは、ガリウム砒素基板２００に設けられる。また、シリコン基板１００、および、ガリウム砒素基板２００はそれぞれ、プリント基板上にバンプ、或いは、ボンディングワイヤを用いて実装される。

［動作］
入力端子２０１に入力される信号、例えばＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の入力信号ＲＦｉｎは、整合回路ＭＮ１を介して第１の前段増幅器１１に入力される。第１の前段増幅器１１によって増幅された信号は、トランス１１０を介して互いに略１８０°位相が異なる２つの信号に分配されたのち、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２に入力される。第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２によって増幅された差動信号は、トランス１２０によってシングルエンドの信号に変換される。変換されたシングルエンドの信号は、出力端子２０２から出力される。ここで、可変容量ＶＣ１の容量値を調整することによって、インピーダンス値を適切に調整できる。このため、出力端子２０２から出力される信号について、所望の特性が得られる。

可変容量ＶＣ１の容量を変えることにより、インピーダンス調整を行うことができる。特に、予め想定した設計値のインピーダンス値とのずれを解消し、インピーダンス値を適切に調整できる。インピーダンス値を適切に調整することにより、出力端子２０２から出力される信号について、所望の特性が得られる。

［第２実施形態］
［構成］
図２は、本開示にかかる第２実施形態による増幅器モジュールの例を示す図である。図２に示す増幅器モジュール１ｂは、図１を参照して説明した増幅器モジュール１ａとは異なり、可変容量ＶＣ１の代わりに、固定の容量値を有するキャパシタＣ１を有する。キャパシタＣ１は、インダクタ１２１に対して並列に接続される。キャパシタＣ１は、トランス１２０およびキャパシタＣ２とともに、プリント基板３０１に設けられる。

また、増幅器モジュール１ｂは、増幅器モジュール１ａとは異なり、可変容量ＶＣ２を有する。可変容量ＶＣ２は、整合回路ＭＮ１および第１の前段増幅器１１とともに、第１基板であるシリコン（Ｓｉ）基板１０１に設けられる。このため、出力バランであるトランス１２０と可変容量素子である可変容量ＶＣ２とは別の基板に設けられる。

ここで、可変容量ＶＣ２の容量値は、最小値から最大値までの範囲で変化させることができる。可変容量ＶＣ２の最大値は、固定容量素子であるキャパシタＣ１の容量値より小さくすることが好ましい。つまり、キャパシタＣ１の容量値は、可変容量ＶＣ２の最大値より大きい。

キャパシタＣ１と可変容量ＶＣ２との合成容量値の大部分がキャパシタＣ１の容量値に相当し、残りの一部分が可変容量ＶＣ２に相当するように、容量値を選定することが好ましい。このように容量値を選定すれば、相対的に大きなキャパシタＣ１の容量値に、可変容量ＶＣ２の容量値で微調整することができる。すべての容量値を可変容量で実現すると素子の規模が増加することがある。これに対し、大きなキャパシタＣ１の容量値に、可変容量ＶＣ２の容量値で微調整する構成にすれば、素子の規模の増加を抑えることができる。また、可変容量ＶＣ２をシリコン（Ｓｉ）基板１０１に設けることにより、ガリウム砒素基板１００やプリント基板３００に設ける場合に比べてより高精度に可変機構を設計できる。

キャパシタＣ１の一端は、配線パターンＬ１１によってシリコン（Ｓｉ）基板１０１の端子Ｔ１１に電気的に接続される。キャパシタＣ１の他端は、配線パターンＬ１２によってシリコン（Ｓｉ）基板１０１の端子Ｔ１２に電気的に接続される。このため、可変容量ＶＣ２は、キャパシタＣ１に対して並列に接続される。増幅器モジュール１ｂのその他の構成は、図１を参照して説明した増幅器モジュール１ａと同様である。配線パターンＬ１１、Ｌ１２はそれぞれインダクタンス値を有する。可変容量ＶＣ２のみならず、可変容量ＶＣ２に配線パターンＬ１１およびＬ１２を含めたＬＣ回路によってインピーダンスを調整できる。特に、配線パターンＬ１１およびＬ１２の引き回し方をプリント基板３００上で変更することにより、シリコン基板１０１とガリウム砒素基板２００とをプリント基板３００に実装したことによりインピーダンス値が設計値からずれてしまった場合においても、実装後に設計値に近づくようにインピーダンスを調整できる。

なお、配線パターンＬ１１、Ｌ１２については、ワイヤボンディングではなく、プリント基板に設けられた配線パターンによって実現することが好ましい。ワイヤボンディングの場合、配線長のばらつきが大きく、インダクタンス値のばらつきが大きい。これに対し、プリント基板に設けられた配線パターンの場合、ばらつきが少なく安定した長さ、厚みおよび幅を実現でき、インダクタンス値のばらつきが小さいという利点がある。

［動作］
配線パターンＬ１１、Ｌ１２はそれぞれインダクタンス値を有する。配線パターンＬ１１、Ｌ１２は、その長さ、厚みおよび幅によってインダクタンス値を調整できる。このため、直列接続された配線パターンＬ１１、可変容量ＶＣ２および配線パターンＬ１２、さらにはこれらと並列接続されたキャパシタＣ１によって、インピーダンスを調整できる。すなわち、可変容量ＶＣ２のみならず、可変容量ＶＣ２に配線パターンＬ１１およびＬ１２を含めたＬＣ回路によってインピーダンスを調整できる。上述した第１実施形態の増幅器モジュール１ａは、１つの可変容量ＶＣ１で調整を行う構成である。これに対し、本実施形態では可変容量ＶＣ２、配線パターンＬ１１およびＬ１２、さらにはこれらと並列接続されたキャパシタＣ１によって調整を行うので、インピーダンスをより適切に調整できる。

［第３実施形態］
［構成］
図３は、本開示にかかる第３実施形態による増幅器モジュールの例を示す図である。図３に示す増幅器モジュール１ｃは、図１を参照して説明した増幅器モジュール１ａとは異なり、可変容量ＶＣ１の代わりに、固定の容量値を有するキャパシタＣ１を有する。キャパシタＣ１は、インダクタ１２１に対して並列に接続される。キャパシタＣ１は、トランス１２０およびキャパシタＣ２とともに、プリント基板３００に設けられる。

また、増幅器モジュール１ｃは、増幅器モジュール１ａとは異なり、可変容量ＶＣ３を有する。可変容量ＶＣ３は、固定容量素子であるキャパシタＣ１に並列に接続される。可変容量ＶＣ３は、バンドセレクトスイッチ（ＢＳＳＷ：Band Select Switch）４１が実装される基板と同じ基板に設けられる。つまり、可変容量ＶＣ３は、バンドセレクトスイッチ部と同じ基板に設けられる。バンドセレクトスイッチ部は例えば、シリコン（Ｓｉ）基板１００とは異なるシリコン（Ｓｉ）基板に設けられる。出力バランであるトランス１２０と可変容量素子である可変容量ＶＣ３とは別の基板に設けられる。なお、バンドセレクトスイッチ４１は、図示しない制御信号により、端子Ｔ４と、端子Ｔ４１、Ｔ４２、Ｔ４３、Ｔ４４およびＴ４５の１つと接続する。

ここで、可変容量素子である可変容量ＶＣ３の容量値は、最小値から最大値までの範囲で変化させることができる。可変容量ＶＣ３の最大値は、固定容量素子であるキャパシタＣ１の容量値より小さくすることが好ましい。つまり、キャパシタＣ１の容量値は、可変容量ＶＣ３の最大値より大きい。

キャパシタＣ１と可変容量ＶＣ３との合成容量値の大部分がキャパシタＣ１の容量値に相当し、残りの一部分が可変容量ＶＣ３に相当するように、容量値を選定することが好ましい。このように容量値を選定すれば、相対的に大きなキャパシタＣ１の容量値に、可変容量ＶＣ２の容量値で微調整することができる。すべての容量値を可変容量で実現すると素子の規模が増加することがある。これに対し、大きなキャパシタＣ１の容量値に、可変容量ＶＣ２の容量値で微調整する構成にすれば、素子の規模の増加を抑えることができる。また、可変容量ＶＣ２をシリコン（Ｓｉ）基板に設けることにより、ガリウム砒素基板１００やプリント基板３００に設ける場合に比べてより高精度に可変機構を設計できる。

キャパシタＣ１の一端は配線パターンＬ２１によってバンドセレクトスイッチ４１の端子Ｔ２１に電気的に接続される。キャパシタＣ３１他端は配線パターンＬ１２によってバンドセレクトスイッチ４１の端子Ｔ２２に電気的に接続される。このため、可変容量ＶＣ３は、キャパシタＣ１に対して並列に接続される。また、可変容量ＶＣ３は、出力バランの一次側巻線であるインダクタ１２１に対して並列に接続される。図３において、その他の構成は、図１を参照して説明した増幅器モジュール１ａと同様である。配線パターンＬ１１、Ｌ１２はそれぞれインダクタンス値を有する。可変容量ＶＣ３のみならず、可変容量ＶＣ３に配線パターンＬ１１およびＬ１２を含めたＬＣ回路によってインピーダンスを調整できる。特に、配線パターンＬ２１およびＬ２２の引き回し方をプリント基板３００上で変更することにより、シリコン基板１０１とガリウム砒素基板２００とをプリント基板３００に実装したことによりインピーダンス値が設計値からずれてしまった場合においても、実装後に設計値に近づくようにインピーダンスを調整できる。

［動作］
配線パターンＬ２１、Ｌ２２はそれぞれインダクタンス値を有する。このため、直列接続された配線パターンＬ２１、可変容量ＶＣ３および配線パターンＬ２２、さらにはこれらと並列接続されたキャパシタＣ１によって、インピーダンス値の調整を行うことができる。すなわち、可変容量ＶＣ３のみならず、可変容量ＶＣ３に配線パターンＬ１１およびＬ１２を含めたＬＣ回路によってより適切にインピーダンスを調整できる。

［第４実施形態］
［構成］
図４は、本開示にかかる第４実施形態による増幅器モジュールの例を示す図である。図４に示す増幅器モジュール１ｄは、図１を参照して説明した増幅器モジュール１ａに、第３の後段増幅器３１と、第４の後段増幅器３２と、を追加した構成である。第３の後段増幅器３１は、第１の後段増幅器２１に対して並列に接続される。第４の後段増幅器３２は、第２の後段増幅器２２に対して並列に接続される。第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２は、差動増幅回路を構成する。

［動作］
増幅器モジュール１ｄは、動作モードとして、出力電力が互いに異なるローパワーモード（Low Power Mode）と、ハイパワーモード（High Power Mode）と、を有する。ハイパワーモードの出力電力は、ローパワーモードの出力電力より高い。第１動作モードであるローパワーモードにおいては、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２が動作し、第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２は動作しない。第２動作モードであるハイパワーモードにおいては、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２が動作するとともに、第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２が動作する。第１動作モードにおいて動作する後段増幅器（第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２）のエミッタサイズの合計に比べて、第２動作モードにおいて動作する後段増幅器（第１の後段増幅器２１、第２の後段増幅器２２、第３の後段増幅器３１、および、第４の後段増幅器３２）のエミッタサイズの合計を大きくすることによって、ローパワーモードとハイパワーモードとを実現できる。例えば、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２のパワートランジスタのエミッタサイズより、第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２のパワートランジスタのエミッタサイズは大きい。なお、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２のパワートランジスタのエミッタサイズが第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２のパワートランジスタのエミッタサイズより小さくてもよい。或いは、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２のパワートランジスタのエミッタサイズが第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２のパワートランジスタのエミッタサイズと同じであってもよい。

上記のように、増幅器モジュール１ｄによれば、２つの動作モードを実現できる。そして、２つの動作モードそれぞれにおいて、可変容量ＶＣ１の容量値を調整することによって、動作モード毎にインピーダンスを適切に設定することができる。例えば、ローパワーモードにおいては可変容量ＶＣ１の容量値を増加し、ハイパワーモードにおいては可変容量ＶＣ１の容量値を低減する。つまり、ハイパワーモードの容量値に比べてローパワーモードの容量値が高くなるように、可変容量ＶＣ１の容量値を調整する。

［第５実施形態］
［構成］
図５は、本開示にかかる第５実施形態による増幅器モジュールの例を示す図である。図５に示す増幅器モジュール１ｅは、図２を参照して説明した増幅器モジュール１ｂに、第３の後段増幅器３１と、第４の後段増幅器３２と、を追加した構成である。第３の後段増幅器３１は、第１の後段増幅器２１に対して並列に接続される。第４の後段増幅器３２は、第２の後段増幅器２２に対して並列に接続される。増幅器モジュール１ｅのその他の構成は、図２を参照して説明した増幅器モジュール１ｂと同様である。

［動作］
増幅器モジュール１ｅは、動作モードとして、出力電力が互いに異なるローパワーモードと、ハイパワーモードと、を有する。ハイパワーモードの出力電力は、ローパワーモードの出力電力より高い。

増幅器モジュール１ｅにおいて、ローパワーモードでは、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２が動作し、第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２は動作しない。増幅器モジュール１ｅにおいて、ハイパワーモードでは、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２が動作するとともに、第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２が動作する。

上記のように、増幅器モジュール１ｅによれば、２つの動作モードを実現できる。そして、２つの動作モードそれぞれにおいて、可変容量ＶＣ２の容量値を調整することによって、動作モード毎にインピーダンスを適切に設定することができる。例えば、ローパワーモードにおいては可変容量ＶＣ２の容量値を増加し、ハイパワーモードにおいては可変容量ＶＣ１の容量値を低減する。つまり、ハイパワーモードの容量値に比べてローパワーモードの容量値が高くなるように、可変容量ＶＣ２の容量値を調整する。このとき、可変容量ＶＣ２のみならず、可変容量ＶＣ２に配線パターンＬ１１およびＬ１２を含めたＬＣ回路によってインピーダンスをより適切に調整できる。

［第６実施形態］
［構成］
図６は、本開示にかかる第６実施形態による増幅器モジュールの例を示す図である。図６に示す増幅器モジュール１ｆは、図３を参照して説明した増幅器モジュール１ｃに、第３の後段増幅器３１と、第４の後段増幅器３２と、を追加した構成である。第３の後段増幅器３１は、第１の後段増幅器２１に対して並列に接続される。第４の後段増幅器３２は、第２の後段増幅器２２に対して並列に接続される。増幅器モジュール１ｆのその他の構成は、図３を参照して説明した増幅器モジュール１ｃと同様である。

［動作］
増幅器モジュール１ｆは、動作モードとして、出力電力が互いに異なるローパワーモードと、ハイパワーモードと、を有する。ハイパワーモードの出力電力は、ローパワーモードの出力電力より高い。ローパワーモードにおいては、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２が動作し、第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２は動作しない。ハイパワーモードにおいては、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２が動作するとともに、第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２が動作する。

上記のように、増幅器モジュール１ｆによれば、２つの動作モードを実現できる。そして、２つの動作モードそれぞれにおいて、可変容量ＶＣ３の容量値を調整することによって、動作モード毎にインピーダンスを適切に設定することができる。例えば、ローパワーモードにおいては可変容量ＶＣ３の容量値を増加し、ハイパワーモードにおいては可変容量ＶＣ３の容量値を低減する。つまり、ハイパワーモードの容量値に比べてローパワーモードの容量値が高くなるように、可変容量ＶＣ３の容量値を調整する。このとき、可変容量ＶＣ３のみならず、可変容量ＶＣ３に配線パターンＬ１１およびＬ１２を含めたＬＣ回路によってより適切にインピーダンスを調整できる。

［第７実施形態］
［構成］
図７は、本開示にかかる第７実施形態による増幅器モジュールの例を示す図である。図７に示す増幅器モジュール１ｇは、図４を参照して説明した増幅器モジュール１ｄに、第２の前段増幅器１２を追加した構成である。前段増幅器１２は、第１の前段増幅器１１および第１の整合回路ＭＮ１とともに、第１基板であるシリコン（Ｓｉ）基板１００に設けられる。

第２の前段増幅器１２は、第１の前段増幅器１１と並列に設けられている。第１の前段増幅器１１と第２の前段増幅器１２とを切り替えて動作させる。例えば、後述するローパワーモードにおいては、第１の前段増幅器１１を動作させる。また、後述するハイパワーモードにおいては、第２の前段増幅器１２を動作させる。

［動作］
増幅器モジュール１ｇは、動作モードとして、出力電力が互いに異なるローパワーモードと、ハイパワーモードと、を有する。ハイパワーモードの出力電力は、ローパワーモードの出力電力より高い。

増幅器モジュール１ｇにおいて、ローパワーモードでは、第１の前段増幅器１１、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２が動作し、第２の前段増幅器１２、第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２は動作しない。増幅器モジュール１ｇにおいて、ハイパワーモードでは、第２の前段増幅器１２、第１の後段増幅器２１、第２の後段増幅器２２、第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２が動作し、第１の前段増幅器１１は動作しない。

上記のように、増幅器モジュール１ｇによれば、２つの動作モードを実現できる。そして、２つの動作モードそれぞれにおいて、可変容量ＶＣ１の容量値を調整することによって、動作モード毎にインピーダンスを適切に設定することができる。例えば、ローパワーモードにおいては可変容量ＶＣ１の容量値を増加し、ハイパワーモードにおいては可変容量ＶＣ１の容量値を低減する。つまり、ハイパワーモードの容量値に比べてローパワーモードの容量値が高くなるように、可変容量ＶＣ１の容量値を調整する。

［第８実施形態］
［構成］
図８は、本開示にかかる第８実施形態による増幅器モジュールの例を示す図である。図８に示す増幅器モジュール１ｈは、図５を参照して説明した増幅器モジュール１ｅに、切り替えスイッチ４２と、整合回路ＭＮ２と、を追加した構成である。切り替えスイッチ４２、整合回路ＭＮ１、整合回路ＭＮ２、および、第１の前段増幅器１１は、第１基板であるシリコン（Ｓｉ）基板１０２に設けられる。増幅器モジュール１ｈのその他の構成は、図５を参照して説明した増幅器モジュール１ｅと同様である。

切り替えスイッチ４２は、端子Ｔ１、Ｔ２およびＴ３を有する。切り替えスイッチ４２は、図示しない制御信号により、端子Ｔ１と端子Ｔ２とを接続する状態と、端子Ｔ１と端子Ｔ３とを接続する状態とを切り替える。切り替えスイッチ４２は、動作モードに基づいて、接続状態を切り替える。切り替えスイッチ４２は、入力信号ＲＦｉｎを、整合回路ＭＮ１と第１の前段増幅器１１とを通過させる動作モードと、整合回路ＭＮ２を通過させる動作モードとを実現できる。

切り替えスイッチ４２は、例えば、後述するミドルパワーモードおよびハイパワーモードにおいては、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ１と第１の前段増幅器１１とを通過させる。また、切り替えスイッチ４２は、ローパワーモードにおいては、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ２を通過させる。ローパワーモードにおいては、入力信号ＲＦｉｎは、第１の前段増幅器１１を通過しない。

［動作］
増幅器モジュール１ｈは、動作モードとして、出力電力が互いに異なるローパワーモードと、ミドルパワーモードと、ハイパワーモードと、を有する。ハイパワーモードの出力電力は、ローパワーモードの出力電力より高い。ミドルパワーモードの出力電力は、ローパワーモードの出力電力より高く、かつ、ハイパワーモードの出力電力より低い。

増幅器モジュール１ｈは、ローパワーモードでは、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ２を通過させ、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２が動作し、第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２は動作しない。ローパワーモードでは、入力信号ＲＦｉｎについて、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２によって増幅する。増幅器モジュール１ｈは、ミドルパワーモードでは、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ１と第１の前段増幅器１１とを通過させて増幅した後、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２によって増幅する。増幅器モジュール１ｈは、ハイパワーモードでは、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ１と第１の前段増幅器１１とを通過させて増幅した後、第１の後段増幅器２１、第２の後段増幅器２２、第３の後段増幅器３１、および、第４の後段増幅器３２によって増幅する。

上記のように、増幅器モジュール１ｈによれば、３つの動作モードを実現できる。そして、３つの動作モードそれぞれにおいて、可変容量ＶＣ２の容量値を調整することによって、動作モード毎にインピーダンスを適切に設定することができる。例えば、ローパワーモードにおいては可変容量ＶＣ２の容量値を増加し、ハイパワーモードにおいては可変容量ＶＣ２の容量値を低減する。ミドルパワーモードにおいては、ローパワーモードの容量値とハイパワーモードの容量値との間の容量値とする。つまり、ハイパワーモードの容量値に比べてミドルパワーモードの容量値が高く、ミドルパワーモードの容量値に比べてローパワーモードの容量値が高くなるように、可変容量ＶＣ２の容量値を調整する。すなわち、可変容量ＶＣ２のみならず、可変容量ＶＣ２に配線パターンＬ１１およびＬ１２を含めたＬＣ回路によってインピーダンスを調整できる。

［第９実施形態］
［構成］
図９は、本開示にかかる第９実施形態による増幅器モジュールの例を示す図である。図９に示す増幅器モジュール１ｉは、図３を参照して説明した増幅器モジュール１ｃに、切り替えスイッチ４２と、整合回路ＭＮ２と、を追加した構成である。切り替えスイッチ４２、整合回路ＭＮ１、整合回路ＭＮ２、および、第１の前段増幅器１１は、第１基板であるシリコン（Ｓｉ）基板１０２に設けられる。増幅器モジュール１ｉのその他の構成は、図３を参照して説明した増幅器モジュール１ｃと同様である。

切り替えスイッチ４２は、図８を参照して説明したように、動作モードに基づいて、接続状態を切り替える。切り替えスイッチ４２は、入力信号ＲＦｉｎを、整合回路ＭＮ１と第１の前段増幅器１１とを通過させる動作モードと、整合回路ＭＮ２を通過させる動作モードとを実現できる。例えば、切り替えスイッチ４２は、後述するハイパワーモードにおいては、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ１と第１の前段増幅器１１とを通過させる。また、切り替えスイッチ４２は、ローパワーモードにおいては、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ２を通過させる。ローパワーモードにおいては、入力信号ＲＦｉｎは、第１の前段増幅器１１を通過しない。

［動作］
増幅器モジュール１ｉは、動作モードとして、出力電力が互いに異なるローパワーモードと、ハイパワーモードと、を有する。ハイパワーモードの出力電力は、ローパワーモードの出力電力より高い。

増幅器モジュール１ｉは、ローパワーモードでは、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ２を通過させ、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２によって増幅する。増幅器モジュール１ｉは、ハイパワーモードでは、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ１と第１の前段増幅器１１とを通過させて増幅した後、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２によって増幅する。

上記のように、増幅器モジュール１ｉによれば、２つの動作モードを実現できる。そして、２つの動作モードそれぞれにおいて、可変容量ＶＣ３の容量値を調整することによって、動作モード毎にインピーダンスを適切に設定することができる。例えば、ローパワーモードにおいては可変容量ＶＣ３の容量値を増加し、ハイパワーモードにおいては可変容量ＶＣ３の容量値を低減する。つまり、ハイパワーモードの容量値に比べてローパワーモードの容量値が高くなるように、可変容量ＶＣ３の容量値を調整する。配線パターンＬ１１、Ｌ１２はそれぞれインダクタンス値を有する。可変容量ＶＣ３のみならず、可変容量ＶＣ３に配線パターンＬ１１およびＬ１２を含めたＬＣ回路によってインピーダンスを調整できる。

［第１０実施形態］
［構成］
図１０は、本開示にかかる第１０実施形態による増幅器モジュールの例を示す図である。図１０に示す増幅器モジュール１ｊは、図６を参照して説明した増幅器モジュール１ｆに、切り替えスイッチ４２と、整合回路ＭＮ２と、を追加した構成である。切り替えスイッチ４２、整合回路ＭＮ１、整合回路ＭＮ２、および、第１の前段増幅器１１は、第１基板であるシリコン（Ｓｉ）基板１０２に設けられる。増幅器モジュール１ｊのその他の構成は、図６を参照して説明した増幅器モジュール１ｆと同様である。

切り替えスイッチ４２は、図８を参照して説明したように、動作モードに基づいて、接続状態を切り替える。切り替えスイッチ４２は、入力信号ＲＦｉｎを、整合回路ＭＮ１と第１の前段増幅器１１とを通過させる動作モードと、整合回路ＭＮ２を通過させる動作モードとを実現できる。例えば、切り替えスイッチ４２は、後述するミドルパワーモードおよびハイパワーモードにおいては、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ１と第１の前段増幅器１１とを通過させる。また、切り替えスイッチ４２は、ローパワーモードにおいては、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ２を通過させる。ローパワーモードにおいては、入力信号ＲＦｉｎは、第１の前段増幅器１１を通過しない。

［動作］
増幅器モジュール１ｊは、動作モードとして、出力電力が互いに異なるローパワーモードと、ミドルパワーモードと、ハイパワーモードと、を有する。ハイパワーモードの出力電力は、ローパワーモードの出力電力より高い。ミドルパワーモードの出力電力は、ローパワーモードの出力電力より高く、かつ、ハイパワーモードの出力電力より低い。

増幅器モジュール１ｊは、ローパワーモードでは、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ２を通過させ、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２が動作し、第３の後段増幅器３１および第４の後段増幅器３２は動作しない。ローパワーモードでは、入力信号ＲＦｉｎについて、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２によって増幅する。増幅器モジュール１ｊは、ミドルパワーモードでは、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ１と第１の前段増幅器１１とを通過させて増幅した後、第１の後段増幅器２１および第２の後段増幅器２２によって増幅する。増幅器モジュール１ｊは、ハイパワーモードでは、入力信号ＲＦｉｎについて、整合回路ＭＮ１と第１の前段増幅器１１とを通過させて増幅した後、第１の後段増幅器２１、第２の後段増幅器２２、第３の後段増幅器３１、および、第４の後段増幅器３２によって増幅する。

上記のように、増幅器モジュール１ｊによれば、３つの動作モードを実現できる。そして、３つの動作モードそれぞれにおいて、可変容量ＶＣ３の容量値を調整することによって、動作モード毎にインピーダンスを適切に設定することができる。例えば、ローパワーモードにおいては可変容量ＶＣ３の容量値を増加し、ハイパワーモードにおいては可変容量ＶＣ３の容量値を低減する。ミドルパワーモードにおいては、ローパワーモードの容量値とハイパワーモードの容量値との間の容量値とする。つまり、ハイパワーモードの容量値に比べてミドルパワーモードの容量値が高く、ミドルパワーモードの容量値に比べてローパワーモードの容量値が高くなるように、可変容量ＶＣ３の容量値を調整する。配線パターンＬ１１、Ｌ１２はそれぞれインダクタンス値を有する。可変容量ＶＣ３のみならず、可変容量ＶＣ３に配線パターンＬ１１およびＬ１２を含めたＬＣ回路によってインピーダンスを調整できる。

［容量値の調整による効果］
図１１は、容量値の調整による効果を説明する図である。図１１において、横軸は出力Ｐｏｕｔの電力［ｄＢｍ］、縦軸は消費電流［Ａ］を示す。図１１は、ローパワーモードの場合の出力Ｐｏｕｔの電力に対する消費電流を示す。

ローパワーモードの場合に容量値を増加することにより、図１１に示すように、消費電流を低減できる。すなわち、図１１中の矢印Ｙ１のように、容量調整前の特性Ａ１を、容量調整後の特性Ａ２に変更することができる。特性Ａ２は、特性Ａ１に比べて消費電力を低減できることがわかる。つまり、図１から図１０を参照して説明したように、パワーモードに基づいて容量値を調整し、インピーダンスを最適値に設定することにより、消費電流を低減できる。

図１２は、インピーダンス調整と消費電流との関係を説明するスミスチャートである。図１２には、容量調整前のインピーダンスＩｍｐ１と、容量調整後のインピーダンスＩｍｐ２とがプロットされている。図１２中の矢印Ｙ２に示すように、容量調整前のインピーダンスＩｍｐ１を、容量調整後のインピーダンスＩｍｐ２に変更することにより、消費電流を低減できる。つまり、容量を調整してトランジスタの負荷インピーダンスを高くすることにより、消費電流を低減できる。

［レイアウトの例］
図１３は、増幅器モジュールのレイアウトの例を示す図である。図１３は、増幅器モジュールのレイアウトを模式的に示す。図１３に示す増幅器モジュール１は、シリコン基板１００と、ミッドバンド用のガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板２００ｍと、ハイバンド用のガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板２００ｈと、ミッドバンド用の整合回路ＭＮｍと、ハイバンド用の整合回路ＭＮｈと、バンドセレクトスイッチ（ＢＳＳＷ）４１と、デュプレクサ（ＤＰＸ）５１、５２および５３と、アンテナセレクトスイッチ（ＡＮＴ―ＳＷ）６０と、を備える。これらは、プリント基板上に設けられている。

シリコン基板１００には、ドライバ段に相当する前段増幅器が設けられる。ガリウム砒素基板２００ｍまたは２００ｈには、パワー段に相当する後段増幅器が設けられる。なお、ここでは増幅する信号の周波数帯域に応じて異なる後段増幅器が設けられている。例えばガリウム砒素基板２００ｍにはミッドバンド（Ｍｉｄｄｌｅ‐Ｂａｎｄ）に含まれる周波数帯域の信号を増幅する後段増幅器が設けられ、ガリウム砒素基板２００ｈにはハイバンド（Ｈｉｇｈ‐Ｂａｎｄ）に含まれる周波数帯域の信号を増幅する後段増幅器が設けられる。ガリウム砒素基板２００ｍの出力端は、整合回路ＭＮｍを介して、バンドセレクトスイッチ４１に接続される。ガリウム砒素基板２００ｈの出力端は、整合回路ＭＮｈを介して、バンドセレクトスイッチ４１に接続される。整合回路ＭＮｍ、および、整合回路ＭＮｈはそれぞれプリント基板（ＰＣＢ）上に設けられ、インダクタ１２１および１２２と、キャパシタＣ１およびＣ２、或いは、可変容量ＶＣ１およびＣ２とを有する。

バンドセレクトスイッチ４１には、デュプレクサ（ＤＰＸ）５１、５２および５３が接続される。デュプレクサ５１、５２および５３は、送信と受信とで異なる周波数を割り当てられる。具体的に、デュプレクサ５１、５２および５３のそれぞれは送信フィルタと受信フィルタとを含み、例えば、各送信フィルタがバンドセレクトスイッチ４１に接続され、各受信フィルタは他のバンドセレクトスイッチ（不図示）に接続される。デュプレクサＤＰＸは、例えばセラミックベースの弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave、）フィルタで構成される。デュプレクサ５１、５２および５３には、アンテナセレクトスイッチ（ＡＮＴ―ＳＷ）６０が接続される。

ここで、バンドセレクトスイッチ４１には、ミッドバンド用の可変容量ＶＣｍと、ハイバンド用の可変容量ＶＣｈとが設けられる。可変容量ＶＣｍは、配線パターンを介してガリウム砒素基板２００ｍと電気的に接続される。可変容量ＶＣｈは、配線パターンを介してガリウム砒素基板２００ｈと電気的に接続される。上述したように、可変容量ＶＣｍ、可変容量ＶＣｈによってインピーダンス値を適切に調整できる。

請求項の記載に関して、本開示は以下の態様を採りうる。
（１）
入力端子と、
第１基板において形成され、前記入力端子に入力される信号を増幅する第１の前段増幅器と、
第２基板において形成され、前記第１の前段増幅器の出力を入力とし、差動信号を出力する第１の後段増幅器および第２の後段増幅器と、
前記第１の後段増幅器および前記第２の後段増幅器から出力される差動信号を入力とする出力バランと、
可変容量素子と、
を含み、
前記出力バランは、前記差動信号が印加される一次側巻線と二次側巻線とを有し、
前記可変容量素子は、前記出力バランの一次側巻線に並列に接続される
増幅器モジュール。
（２）
前記第１基板はシリコン基板であり、
前記第２基板はガリヒ素基板である
上記（１）に記載の増幅器モジュール。
（３）
前記出力バランと前記可変容量素子とは、別の基板に設けられる
上記（１）または上記（２）に記載の増幅器モジュール。
（４）
前記出力バランの一次側巻線に並列に接続される固定容量素子をさらに含み、
前記可変容量素子は、前記固定容量素子に並列に接続され、
前記可変容量素子は、前記第１基板に設けられており、
前記可変容量素子と前記出力バランの一次側巻線とは配線パターンによって電気的に接続される
上記（１）から上記（３）のいずれか１つに記載の増幅器モジュール。
（５）
前記出力バランの一次側巻線に並列に接続される固定容量素子と、
前記出力バランの二次側巻線に接続されるバンドセレクトスイッチ部と、
をさらに含み、
前記可変容量素子は、前記固定容量素子に並列に接続され、
前記可変容量素子は、前記バンドセレクトスイッチ部と同じ基板に設けられており、
前記可変容量素子と前記出力バランの一次側巻線とは配線パターンによって電気的に接続される
上記（１）から上記（３）のいずれか１つに記載の増幅器モジュール。
（６）
前記可変容量素子の容量値は、最小値から最大値まで変化させることができ、
前記可変容量素子の前記最大値は、前記固定容量素子の容量値より小さい
上記（４）または上記（５）に記載の増幅器モジュール。
（７）
前記第１の後段増幅器と並列に設けられた第３の後段増幅器と、
前記第２の後段増幅器と並列に設けられた第４の後段増幅器と、
をさらに含み、
前記第１の後段増幅器および前記第２の後段増幅器を動作させる第１動作モードと、前記第３の後段増幅器および前記第４の後段増幅器を動作させる第２動作モードと、を切り替えて動作させる
上記（１）から上記（６）のいずれか１つに記載の増幅器モジュール。
（８）
前記第１の前段増幅器と並列に設けられた第２の前段増幅器をさらに含み、
前記第１の前段増幅器と前記第２の前段増幅器とを切り替えて動作させる
上記（１）から上記（７）のいずれか１つに記載の増幅器モジュール。

１、１ａ～１ｊ 増幅器モジュール
１１、１２ 前段増幅器
２１、２２、３１、３２ 後段増幅器
４１ バンドセレクトスイッチ
４２ 切り替えスイッチ
５１、５２、５３ デュプレクサ
１００、１０１、１０２ シリコン基板
１１０、１２０ トランス
１１１、１１２、１２１、１２２ インダクタ
２００、２００ｈ、２００ｍ ガリウム砒素基板
２０１ 入力端子
２０２ 出力端子
３００、３０１ プリント基板
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ キャパシタ
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２ 配線パターン
ＭＮ１、ＭＮ２、ＭＮｈ、ＭＮｍ 整合回路

Claims (8)

1. 入力端子と、
   第１基板において形成され、前記入力端子に入力される信号を増幅する第１の前段増幅器と、
   第２基板において形成され、前記第１の前段増幅器の出力を入力とし、差動信号を出力する第１の後段増幅器および第２の後段増幅器と、
   前記第１の後段増幅器および前記第２の後段増幅器から出力される差動信号を入力とする出力バランと、
   可変容量素子と、
   を含み、
   前記出力バランは、前記差動信号が印加される一次側巻線と二次側巻線とを有し、
   前記可変容量素子は、前記出力バランの一次側巻線に並列に接続される
   増幅器モジュール。
2. 前記第１基板はシリコン基板であり、
   前記第２基板はガリヒ素基板である
   請求項１に記載の増幅器モジュール。
3. 前記出力バランと前記可変容量素子とは、別の基板に設けられる
   請求項１または請求項２に記載の増幅器モジュール。
4. 前記出力バランの一次側巻線に並列に接続される固定容量素子をさらに含み、
   前記可変容量素子は、前記固定容量素子に並列に接続され、
   前記可変容量素子は、前記第１基板に設けられており、
   前記可変容量素子と前記出力バランの一次側巻線とは配線パターンによって電気的に接続される
   請求項１または請求項２に記載の増幅器モジュール。
5. 前記出力バランの一次側巻線に並列に接続される固定容量素子と、
   前記出力バランの二次側巻線に接続されるバンドセレクトスイッチ部と、
   をさらに含み、
   前記可変容量素子は、前記固定容量素子に並列に接続され、
   前記可変容量素子は、前記バンドセレクトスイッチ部と同じ基板に設けられており、
   前記可変容量素子と前記出力バランの一次側巻線とは配線パターンによって電気的に接続される
   請求項１または請求項２に記載の増幅器モジュール。
6. 前記可変容量素子の容量値は、最小値から最大値まで変化させることができ、
   前記可変容量素子の前記最大値は、前記固定容量素子の容量値より小さい
   請求項４に記載の増幅器モジュール。
7. 前記第１の後段増幅器と並列に設けられた第３の後段増幅器と、
   前記第２の後段増幅器と並列に設けられた第４の後段増幅器と、
   をさらに含み、
   前記第１の後段増幅器および前記第２の後段増幅器を動作させる第１動作モードと、前記第３の後段増幅器および前記第４の後段増幅器を動作させる第２動作モードと、を切り替えて動作させる
   請求項１または請求項２に記載の増幅器モジュール。
8. 前記第１の前段増幅器と並列に設けられた第２の前段増幅器をさらに含み、
   前記第１の前段増幅器と前記第２の前段増幅器とを切り替えて動作させる
   請求項１または請求項２に記載の増幅器モジュール。

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