JP5091773B2

JP5091773B2 - Amplifier and amplifier module

Info

Publication number: JP5091773B2
Application number: JP2008153034A
Authority: JP
Inventors: 滋日浦; 卓史山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-06-11
Also published as: JP2009302748A

Description

本発明は、増幅器及び増幅器モジュールに関し、特に、広帯域で高効率を得るものに関する。 The present invention relates to an amplifier and an amplifier module, and more particularly to a device that obtains high efficiency in a wide band.

高周波増幅器において、例えば図７に示されるように、高周波増幅素子の入出力インピーダンスと外部回路のインピーダンスの整合用に整合回路を備えるとともに、電力効率の向上を目的としてキャパシタンス素子とインダクタンス素子を用いて形成された高調波処理回路を備えた高周波増幅器が知られている。この高周波増幅器の電力効率特性の例を図８に示す。この種の高周波増幅器は、例えば携帯機器の送信側に使用されるが、このような場合に、ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ＩＭＴ−２０００（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ２０００）等の様々な携帯電話の規格や、無線ＬＡＮ、ＷｉＭＡＸ（ＷｏｒｌｄｗｉｄｅＩｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙｆｏｒＭｉｃｒｏｗａｖｅＡｃｃｅｓｓ）などの用途に対応することが要求される。 For example, as shown in FIG. 7, the high-frequency amplifier includes a matching circuit for matching the input / output impedance of the high-frequency amplifier and the impedance of the external circuit, and uses a capacitance element and an inductance element for the purpose of improving power efficiency. A high-frequency amplifier having a formed harmonic processing circuit is known. An example of the power efficiency characteristic of this high frequency amplifier is shown in FIG. This type of high-frequency amplifier is used, for example, on the transmission side of a mobile device. In such a case, GSM (Global System for Mobile Communications), IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000) and other various mobile phones are used. It is required to support standards, wireless LAN, WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), and the like.

しかしながら、上記図７に示す例では、高効率な周波数帯域が狭いためマルチモードに適用できない。すなわち、図８に示すように、例えば必要な電力効率を５０％とすると、電力効率が５０％以上になるのは、１．９２ＧＨｚを中心として７５ＭＨｚの帯域幅であるため、２．１ＧＨｚ帯のＩＭＴ−２０００や１．８ＧＨｚ帯のＧＳＭには使用できない。 However, the example shown in FIG. 7 cannot be applied to the multimode because the highly efficient frequency band is narrow. That is, as shown in FIG. 8, for example, if the required power efficiency is 50%, the power efficiency is 50% or more because the bandwidth is 75 MHz centering on 1.92 GHz. It cannot be used for IMT-2000 and 1.8 GHz band GSM.

このため、各種のモードにあわせた複数の高周波増幅器を用いて高周波スイッチで切り替える技術や、単一の高周波増幅器の整合回路を可変容量により変化させる案が提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献３参照）。 For this reason, a technique for switching by a high-frequency switch using a plurality of high-frequency amplifiers adapted to various modes and a proposal for changing a matching circuit of a single high-frequency amplifier by a variable capacitor have been proposed (for example, Patent Documents 1 to 3). (See Patent Document 3).

図９に、高周波スイッチを使用したマルチモード化の例を示す。この高周波増幅器においては、入力端子と出力端子の間に入出力部の高周波スイッチを設け、各モードにそれぞれ適した複数種類の高周波増幅器を並列させている。高周波スイッチの切り替えにより適した高周波増幅器を接続する。また、図１０に、高周波増幅器の整合回路を可変容量で切り替えた例を示す。
特開２００２−８４１４８号公報特開２００７−１７４０６４号公報特開２００７−１５０４１７号公報 9 shows an example of a multimode using high-frequency switch. In this high frequency amplifier, a high frequency switch of an input / output unit is provided between an input terminal and an output terminal, and a plurality of types of high frequency amplifiers suitable for each mode are arranged in parallel. Connect a high-frequency amplifier suitable for switching high-frequency switches. FIG. 10 shows an example in which the matching circuit of the high-frequency amplifier is switched with a variable capacitor.
JP 2002-84148 A JP 2007-174064 A JP 2007-150417 A

しかしながら、上記の構造では、以下のような問題がある。すなわち、図９に示すように各モードに適した高周波増幅器を用いて入出力部の高周波スイッチを用いて切り替える技術においては、高周波増幅器を数種類使用するためにコスト高となりサイズも大きくなるという問題がある。 However, the above structure has the following problems. That is, as shown in FIG. 9, in the technique of switching using a high-frequency switch in the input / output unit using a high-frequency amplifier suitable for each mode, there is a problem that the cost increases and the size increases because several types of high-frequency amplifiers are used. is there.

一方、図１０に示すように高周波増幅器の整合回路を可変容量で切り替えた技術においては、増幅器の数量は少なくなるが、整合回路の先に可変容量を配置するため数箇所の高周波整合回路を切り替えるのでサイズが大きくなるという問題がある。 On the other hand, in the technique in which the matching circuit of the high-frequency amplifier is switched with a variable capacitor as shown in FIG. 10, the number of amplifiers is reduced, but several high-frequency matching circuits are switched in order to place the variable capacitor at the end of the matching circuit. Therefore, there is a problem that the size becomes large.

そこで、本発明は、単純な構成及び低コストで、高周波、広帯域において高い特性を維持することができる増幅器及び増幅器モジュールを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an amplifier and an amplifier module that can maintain high characteristics in a high frequency and a wide band with a simple configuration and low cost.

本発明の一形態にかかる増幅器は、基板と、前記基板上に設けられ、入力された信号を増幅する増幅素子と、前記増幅素子の出力側に設けられ、前記信号のインピーダンスを調整する出力側整合回路と、前記増幅素子の出力側に前記出力側整合回路と並列に設けられ、前記増幅素子に接続されたキャパシタンス素子と、前記キャパシタンス素子とグランドの間に設けられ異なる複数の周波数帯域に対応する複数のインダクタンス素子と、前記複数のインダクタンス素子と前記キャパシタンス素子との間に設けられ前記キャパスタンス素子の出力側と前記複数のインダクタンス素子のうち周波数帯域に応じたいずれかのインダクタンス素子の入力側とを選択的に接続するように切り替えるスイッチと、を有する高調波処理回路と、を備えたことを特徴とする。 An amplifier according to an aspect of the present invention includes a substrate, an amplification element provided on the substrate and amplifying an input signal, and an output side provided on the output side of the amplification element and adjusting the impedance of the signal A matching circuit is provided on the output side of the amplifying element in parallel with the output-side matching circuit, and is connected to the amplifying element, and is provided between the capacitance element and the ground, and supports a plurality of different frequency bands. A plurality of inductance elements, an output side of the capacitance element provided between the plurality of inductance elements and the capacitance element, and an input side of any one of the plurality of inductance elements according to a frequency band further comprising a, a harmonic processing circuit having a switch for switching to selectively connect the door And features.

本発明の他の一形態にかかる増幅器は、基板と、前記基板上に設けられ、入力された信号を増幅する増幅素子と、前記増幅素子の出力側に設けられ、前記信号のインピーダンスを調整する出力側整合回路と、前記増幅素子の前記出力側整合回路とグランドとの間に設けられ、前記増幅素子に接続されたキャパシタンス素子と、前記キャパシタンス素子に接続され、異なる複数の周波数帯域に対応する複数のインダクタンス素子と、前記複数のインダクタンス素子と前記キャパシタンス素子との間に設けられ、前記キャパスタンス素子の出力側と前記複数のインダクタンス素子のうち周波数帯域に応じたいずれかインダクタンス素子の入力側とを選択的に接続するように切り替えるスイッチと、を有する高調波処理回路と、を備え、前記増幅素子と前記スイッチとが同じ中継基板上に配置されるとともに該中継基板が前記基板上に配置されることを特徴とする。 An amplifier according to another aspect of the present invention is provided on a substrate, an amplifier provided on the substrate, which amplifies an input signal, an output of the amplifier, and adjusts the impedance of the signal. An output side matching circuit, a capacitance element provided between the output side matching circuit of the amplifying element and the ground, connected to the amplifying element, and connected to the capacitance element, corresponding to a plurality of different frequency bands. a plurality of inductance elements, provided between the plurality of inductance elements the capacitance element, the input side of one inductance element in accordance with the frequency band of the output side and the plurality of inductance elements of the capacity stance element and a harmonic processing circuit having a switch for switching to selectively connect said amplifying element The relay board is characterized in that it is disposed on the substrate together with the switch and is disposed on the same relay board.

本発明の他の一形態にかかる増幅器は、前記増幅素子と前記スイッチは同じ半導体チップ上に形成されることを特徴とする。 An amplifier according to another aspect of the present invention is characterized in that the amplifying element and the switch are formed on the same semiconductor chip.

本発明の他の一形態にかかる増幅器は、基板と、前記基板上に設けられ、入力された信号を増幅する増幅素子と、前記増幅素子の出力側に設けられ、前記信号のインピーダンスを調整する出力側整合回路と、前記増幅素子の出力側に前記出力側整合回路と並列に設けられる複数のキャパシタンス素子と、前記複数のキャパシタンス素子の出力側とグランドとの間に設けられ異なる複数の周波数帯域に対応する複数のインダクタンス素子と、前記増幅素子と前記複数のキャパシタンス素子との間に設けられ前記増幅素子の出力側と前記複数のキャパシタンス素子のうち周波数帯域に応じたいずれかのキャパシタンス素子の入力側とを選択的に接続可するように切り替えるスイッチと、を有する高調波処理回路と、を備えたことを特徴とする。 An amplifier according to another aspect of the present invention is provided on a substrate, an amplifier provided on the substrate, which amplifies an input signal, an output of the amplifier, and adjusts the impedance of the signal. An output side matching circuit; a plurality of capacitance elements provided in parallel with the output side matching circuit on the output side of the amplifying element; and a plurality of different frequency bands provided between the output side of the plurality of capacitance elements and the ground And an input of any one of the capacitance elements corresponding to the frequency band of the plurality of capacitance elements provided between the amplification element and the plurality of capacitance elements. a harmonic processing circuit having a switch for switching to selectively connectable to the side, further comprising a characterized.

本発明の他の一形態にかかる増幅器モジュールは、外部接続用端子を有する中継基板と、前記中継基板上に設けられた増幅素子と、前記増幅素子に接続されたキャパシタンス素子と、前記キャパシタンス素子に接続され、異なる複数の周波数帯域に対応する複数のインダクタンス素子と、前記複数のインダクタンス素子と前記キャパシタンス素子との間に設けられ、前記キャパスタンス素子の出力側と、前記複数のインダクタンス素子のうち周波数帯域に応じたいずれかのインダクタンス素子の入力側とを接続するように切り替えるスイッチと、を備えたことを特徴とする。 An amplifier module according to another aspect of the present invention includes a relay board having an external connection terminal, an amplifying element provided on the relay board, a capacitance element connected to the amplifying element, and the capacitance element. A plurality of inductance elements connected to each other and corresponding to a plurality of different frequency bands; provided between the plurality of inductance elements and the capacitance element; and an output side of the capacitance element, and a frequency of the plurality of inductance elements. And a switch for switching so as to connect to the input side of any one of the inductance elements corresponding to the band .

本発明によれば、単純な構成、低コストで、高周波、広帯域において高い特性を維持することができる。 According to the present invention, high characteristics can be maintained in a high frequency and a wide band with a simple configuration and low cost.

［第１実施形態］
以下に本発明の第１実施形態にかかる高周波増幅器１（増幅器）及び増幅器パッケージ３（増幅器モジュール）について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、各図において適宜構成を拡大・縮小・省略して概略的に示している。 [First Embodiment]
A high-frequency amplifier 1 (amplifier) and an amplifier package 3 (amplifier module) according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In each figure, the configuration is schematically shown by appropriately enlarging, reducing, or omitting it.

図１は本実施形態の高周波増幅器１の構成を示す平面図であり、図２は同側面図である。図３は同高周波増幅器１の回路図を示す。 FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a high-frequency amplifier 1 according to this embodiment, and FIG. 2 is a side view thereof. FIG. 3 shows a circuit diagram of the high-frequency amplifier 1.

高周波増幅器１は、基板２と、基板２上に形成された増幅器パッケージ３と、増幅器パッケージ３の入力側及び出力側における外部の基板２上にそれぞれパターン形成された入力側整合回路２１、出力側整合回路２２を備えている。さらに基板２の上面側には、後述する第４接続体４４を接地するためのグランドパターン２３が形成されている。 The high-frequency amplifier 1 includes a substrate 2, an amplifier package 3 formed on the substrate 2, an input side matching circuit 21 patterned on the external substrate 2 on the input side and output side of the amplifier package 3, and an output side. A matching circuit 22 is provided. Further, a ground pattern 23 is formed on the upper surface side of the substrate 2 for grounding a fourth connector 44 described later.

整合回路２１，２２は、例えばオープンスタブ等で構成され、高周波増幅器１の入力インピーダンス、出力インピーダンスを調整、整合する機能を有する。 The matching circuits 21 and 22 are configured by, for example, open stubs, and have a function of adjusting and matching the input impedance and output impedance of the high-frequency amplifier 1.

増幅器パッケージ３（増幅用部品）は、基板２上に設けられたパッケージ基板３１（中継基板／基板）と、増幅チップ３２（半導体チップ）と、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）高周波スイッチ３３と、異なるインピーダンスを有する複数のインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄとが設けられている。一つの増幅チップ３２内には高周波増幅素子３５とキャパシタンス素子３６が内蔵されている。 The amplifier package 3 (amplification component) is different from a package substrate 31 (relay substrate / substrate), an amplification chip 32 (semiconductor chip), and a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) high-frequency switch 33 provided on the substrate 2. A plurality of inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d having impedance are provided. A single amplifying chip 32 includes a high frequency amplifying element 35 and a capacitance element 36.

パッケージ基板３１上の入力側及び出力側にはパッケージパターン３８，３９がそれぞれ形成されている。また、これらパッケージパターン３８，３９と、基板２上の整合回路２１，２２を接続するように、パッケージ基板３１を貫通するビアホール３８ａ、３９ａが夫々設けられている。これらのビアホール３８ａ，３９ａを介して、半田ボール２５によって、基板２の整合回路２１とパッケージパターン３８とが電気的に接続されるとともに、整合回路２２とパッケージパターン３９とが電気的に接続される。 Package patterns 38 and 39 are formed on the input side and the output side on the package substrate 31, respectively. Further, via holes 38a and 39a penetrating the package substrate 31 are provided so as to connect the package patterns 38 and 39 to the matching circuits 21 and 22 on the substrate 2, respectively. The matching circuit 21 and the package pattern 38 of the substrate 2 are electrically connected by the solder balls 25 through the via holes 38a and 39a, and the matching circuit 22 and the package pattern 39 are electrically connected. .

さらに、基板２の、グランドパターン２３の下部において、グランドパターン２３とその下方の接地面とを接続するため、基板２を貫通するビアホール２３ａが２つ形成されている。 Further, two via holes 23 a penetrating the substrate 2 are formed in the lower portion of the ground pattern 23 of the substrate 2 in order to connect the ground pattern 23 and the ground plane below the ground pattern 23.

キャパシタンス素子３６とインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄにより、電力効率の向上を目的とする高調波処理回路３７が形成される。 The capacitance element 36 and the inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d form a harmonic processing circuit 37 for the purpose of improving power efficiency.

キャパシタンス素子３６とインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄとの間にＭＥＭＳ高周波スイッチ３３が配置されている。高調波処理回路３７は高周波スイッチ３３を介して高周波増幅素子３５の出力側に接続されている。ＭＥＭＳ高周波スイッチ３３は高周波スイッチの一例であり、ＭＥＭＳ高周波スイッチ３３は１つの入力ポート３３ａと４つの出力ポート３３ｂとを備え、一つのポートを４つのポートに切り替える機能を有する。したがって、高周波スイッチ３３を切り替えることにより、電力効率を各モードに最適になるようなインダクタンス素子３４を選択的に適用することができる。 A MEMS high frequency switch 33 is disposed between the capacitance element 36 and the inductance elements 34a, 34b, 34c, 34d. The harmonic processing circuit 37 is connected to the output side of the high frequency amplifying element 35 via the high frequency switch 33. The MEMS high frequency switch 33 is an example of a high frequency switch, and the MEMS high frequency switch 33 includes one input port 33a and four output ports 33b, and has a function of switching one port to four ports. Therefore, by switching the high frequency switch 33, the inductance element 34 that optimizes the power efficiency for each mode can be selectively applied.

増幅チップ３２に内蔵された高周波増幅素子３５の入力側は、パッケージ基板３１上に形成されたパッケージパターン３８、及びパッケージ基板３１を貫通して形成されたビアホール３８ａを介して、基板２に形成された入力側整合回路２１に、半田ボール２５によって、接続されている。高周波増幅素子３５の出力側に出力側整合回路２２と並列にキャパシタンス素子３６が接続されている。キャパシタンス素子３６の出力側は第２接続体４２を介してＭＥＭＳ高周波スイッチ３３の入力ポート３３ａに接続されている。４つの出力ポート３３ｂは４つの第３接続体４３ａ、４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを介して、対応する周波数が異なる４つのインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに接続されている。 The input side of the high-frequency amplifier 35 incorporated in the amplifier chip 32 is formed on the substrate 2 through a package pattern 38 formed on the package substrate 31 and a via hole 38a formed through the package substrate 31. The input side matching circuit 21 is connected by a solder ball 25. A capacitance element 36 is connected to the output side of the high frequency amplifying element 35 in parallel with the output side matching circuit 22. The output side of the capacitance element 36 is connected to the input port 33 a of the MEMS high frequency switch 33 through the second connection body 42. The four output ports 33b are connected to four inductance elements 34a, 34b, 34c, 34d having different frequencies through four third connectors 43a, 43b, 43c, 43d.

スイッチの一例としてのＭＥＭＳ高周波スイッチ３３は、半導体の微細加工技術を用いて製造された微小部品であり、移動可能なカンチレバー型のアームを有する。このアームの直下の基板上に電極が配置され、この電極に印加される電圧により、オンオフが制御される構成である。このＭＥＭＳ高周波スイッチ３３は、通過信号がマイクロ波やミリ波帯のように高い周波数でも通過損失が少ない、大きな電力をもつ通過信号に対する高周波歪が小さい、オフ時の漏れ電力を示すアイソレーションが大きい、等の特長を有している。 The MEMS high-frequency switch 33 as an example of the switch is a micro component manufactured by using a semiconductor microfabrication technique, and has a movable cantilever arm. An electrode is disposed on a substrate immediately below the arm, and on / off is controlled by a voltage applied to the electrode. This MEMS high-frequency switch 33 has low passage loss even when the passing signal is at a high frequency, such as a microwave or millimeter wave band, has low high-frequency distortion with respect to a passing signal having a large power, and has high isolation indicating leakage power when off. , Etc.

インダクタンス素子３４（３４ａ〜３４ｄ）にその一端側が接続された第４接続体４４（４４ａ〜４４ｄ）の他端は、パッケージ３上に形成されたパッケージパターン３９、パッケージパッケージ基板３１の表裏を貫通して形成されたビアホール３９ａ、及び基板２に形成されたグランドパターン２３を介して、接地されている。すなわち、インダクタンス素子３４（３４ａ〜３４ｄ）はキャパシタンス素子３６とグランドとの間に設けられている。 The other end of the fourth connecting body 44 (44a to 44d) whose one end is connected to the inductance element 34 (34a to 34d) penetrates the package pattern 39 formed on the package 3 and the front and back of the package package substrate 31. The via hole 39a formed in this manner and the ground pattern 23 formed in the substrate 2 are grounded. That is, the inductance element 34 (34a to 34d) is provided between the capacitance element 36 and the ground.

第１、第２、第３、第４接続体４１，４２，４３（４３ａ〜４３ｄ），４４（４４ａ〜４４ｄ）は、例えば導電性のボンディングワイヤで構成される。 The first, second, third, and fourth connection bodies 41, 42, 43 (43a to 43d), and 44 (44a to 44d) are made of, for example, conductive bonding wires.

複数の高調波処理回路３７のインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄは、ＧＳＭやＷ−ＣＤＭＡ等の各モードに応じた最適な効率となる値に設定されている。例えば、ＭＥＭＳ高周波スイッチ３３の出力ポートは、第１モードでは第１インダクタンス素子３４ａ、第２モードでは第２インダクタンス素子３４ｂ、第３モードでは第３インダクタンス素子３４ｃ、第４モードでは第４インダクタンス素子３４ｄに接続される。 The inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d of the plurality of harmonic processing circuits 37 are set to values that provide optimum efficiency according to each mode such as GSM and W-CDMA. For example, the output port of the MEMS high frequency switch 33 includes the first inductance element 34a in the first mode, the second inductance element 34b in the second mode, the third inductance element 34c in the third mode, and the fourth inductance element 34d in the fourth mode. Connected to.

キャパシタンス素子３６とインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄにより、電力効率の向上を目的とする高調波処理回路３７が形成される。一つのキャパシタンス素子３６に対して、高周波スイッチ３３を介して複数のインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄのうちの一つによって、一つの高調波処理回路３７が形成される。したがって、キャパシタンス素子３６と、インダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄによって、複数の高調波処理回路３７ａ，３７ｂ，３７ｃ、３７ｄが構成される。 The capacitance element 36 and the inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d form a harmonic processing circuit 37 for the purpose of improving power efficiency. For one capacitance element 36, one harmonic processing circuit 37 is formed by one of the plurality of inductance elements 34a, 34b, 34c, 34d via the high frequency switch 33. Accordingly, the capacitance element 36 and the inductance elements 34a, 34b, 34c, 34d constitute a plurality of harmonic processing circuits 37a, 37b, 37c, 37d.

以上のように構成された高周波増幅器１においては、ＭＥＭＳ高周波スイッチ３３の切り替えに応じて、４つのインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄのいずれかの入力側がそれぞれ選択的にキャパシタンス素子３６の出力側に接続される。すなわち、複数のインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄのうちいずれかを選択的に接続できることにより、複数の高調波処理回路３７を選択的に適用できる。一つの高調波処理回路３７がオン状態の時は、他の高調波処理回路３７はオフ状態となる。４つのインダクタンス素子３４ａ〜３４ｄの値は例えば夫々、０．６５ｎＨ，０．６ｎＨ、０．５５ｎＨ，０．５ｎＨに設定されている。 In the high-frequency amplifier 1 configured as described above, according to the switching of the MEMS high-frequency switch 33, any one of the four inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d is selectively output from the capacitance element 36. Connected to. That is, by selectively connecting any one of the plurality of inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d, the plurality of harmonic processing circuits 37 can be selectively applied. When one harmonic processing circuit 37 is on, the other harmonic processing circuit 37 is off. For example, the values of the four inductance elements 34a to 34d are set to 0.65 nH, 0.6 nH, 0.55 nH, and 0.5 nH, respectively.

このように構成された高周波増幅器１によれば、ＭＥＭＳ高周波スイッチ３３の切り替えにより、４つのインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを使い分けることができ、例えば図示しないインターフェイスを通じた入力により第１〜第４のいずれかのモードが選択されると、これに応じたインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに接続されるようにＭＥＭＳ高周波スイッチ３３が機能する。例えば第１モードが選択された場合には第１インダクタンス素子３４ａに、第２モードが選択された場合には第２インダクタンス素子３４ｂに、第３モードが選択された場合には第３インダクタンス素子３４ｃに、第４モードが選択された場合には第４インダクタンス素子３４ｄに接続される。 According to the high-frequency amplifier 1 configured as described above, the four inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d can be selectively used by switching the MEMS high-frequency switch 33. For example, the first to first elements can be input through an interface (not shown). When any one of the four modes is selected, the MEMS high frequency switch 33 functions so as to be connected to the corresponding inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d. For example, the first inductance element 34a is selected when the first mode is selected, the second inductance element 34b is selected when the second mode is selected, and the third inductance element 34c is selected when the third mode is selected. When the fourth mode is selected, the fourth inductance element 34d is connected.

図４に、本実施形態に係る高周波増幅器１における電力効率をシミュレーションした結果を示す。図４には４つの電力効率の曲線が示されている。これらはそれぞれ４つのインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに対応するものである。すなわち、４つの電力効率曲線は、図中左から右に向かって順番に、第１インダクタンス素子３４ａ、第２インダクタンス素子３４ｂ、第３インダクタンス素子３４ｃ、第４インダクタンス素子３４ｄにそれぞれ対応している。また、比較例として高調波処理回路を設けない場合の電力効率を破線で示す。 FIG. 4 shows a result of simulation of power efficiency in the high-frequency amplifier 1 according to this embodiment. FIG. 4 shows four power efficiency curves. These correspond to the four inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d, respectively. That is, the four power efficiency curves respectively correspond to the first inductance element 34a, the second inductance element 34b, the third inductance element 34c, and the fourth inductance element 34d in order from the left to the right in the drawing. As a comparative example, the power efficiency when no harmonic processing circuit is provided is indicated by a broken line.

本実施形態の高周波増幅器１によれば、高周波増幅器１の高調波処理回路３７を周波数帯域に応じて数種類のインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを選択的に接続することで、高周波増幅器１を高効率かつ広帯域化することが可能となる。すなわち、規格等の条件にしたがって、４つのインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを切り替えることにより、１．８ＧＨｚ帯、１．９２ＧＨｚ帯、２．０ＧＨｚ帯２．１ＧＨｚ帯の４つの異なる周波数を中心とした４つの周波数帯域で５０％以上の電力効率を実現できる。したがって、２．１ＧＨｚ帯のＩＭＴ−２０００や１．８ＧＨｚ帯のＧＳＭにも対応でき、一般的な高周波増幅器１の構成とした場合に比べ、電力効率が５０％以上になる帯域を広くすることが可能である。本実施形態は高調波処理回路を設けない場合の電力効率からわかるように１．８ＧＨｚから２．１ＧＨｚの高周波増幅器を用いている。２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮや２．６ＧＨｚのＷｉｎＭＡＸに対応するためには、２．６ＧＨｚまでの帯域特性を持つ高周波増幅器を用いて適切なインダクタンス値のインダクタンス素子を使用すればよい。 According to the high frequency amplifier 1 of the present embodiment, the high frequency amplifier 1 is configured by selectively connecting several types of inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d to the harmonic processing circuit 37 of the high frequency amplifier 1 in accordance with the frequency band. High efficiency and wide band can be achieved. That is, by switching the four inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d in accordance with conditions such as standards, four different frequencies of 1.8 GHz band, 1.92 GHz band, 2.0 GHz band and 2.1 GHz band are centered. The power efficiency of 50% or more can be realized in the four frequency bands. Accordingly, it is possible to cope with 2.1 GHz band IMT-2000 and 1.8 GHz band GSM, and it is possible to widen the band where the power efficiency is 50% or more compared to the case of the configuration of the general high frequency amplifier 1. Is possible. This embodiment uses a high frequency amplifier of 1.8 GHz to 2.1 GHz as can be seen from the power efficiency when no harmonic processing circuit is provided. In order to support 2.4 GHz band wireless LAN and 2.6 GHz WinMAX, an inductance element having an appropriate inductance value may be used using a high frequency amplifier having a band characteristic up to 2.6 GHz.

また、キャパシタンス素子３６よりも出力側にＭＥＭＳ高周波スイッチ３３を設けたため、キャパシタンス素子３６を複数備える必要がなく、インダクタンス素子３４を複数備えるだけの単純な構成とすることができる。したがって、例えば図９のように高周波増幅器１を数個並べるよう方式や図１０のような数個のスイッチで整合回路を切り替える方式に比べて小型かつ低コストに実現できる。 Further, since the MEMS high-frequency switch 33 is provided on the output side of the capacitance element 36, it is not necessary to provide a plurality of capacitance elements 36, and a simple configuration having only a plurality of inductance elements 34 can be achieved. Therefore, for example, as compared with a method in which several high-frequency amplifiers 1 are arranged as shown in FIG. 9 and a method in which the matching circuit is switched by several switches as shown in FIG.

高周波スイッチとして、半導体の製造技術を利用でき、通過信号がマイクロ波やミリ波帯のように高い周波数でも通過損失が少なく、さらに大きな電力もつ通過信号に対する高周波歪が小さく、オフ時の漏れ電力を示すアイソレーションが大きい、という特長を有するＭＥＭＳ高周波スイッチ３３を適用したため、従来のシリコン半導体を用いた高周波増幅器１や電源回路と同一のシリコンパッケージ基板３１上に集積化することができ、部品の小型化や低コスト化につながる。 As a high-frequency switch, semiconductor manufacturing technology can be used. Even when the passing signal is high, such as in the microwave or millimeter wave band, there is little passing loss. Since the MEMS high-frequency switch 33 having the feature that the isolation is large is applied, it can be integrated on the same silicon package substrate 31 as the high-frequency amplifier 1 and the power supply circuit using the conventional silicon semiconductor, and the size of the component can be reduced. Lead to cost reduction and cost reduction.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、他の実施形態として、図５に示すように、高周波増幅素子３５とＭＥＭＳ高周波スイッチ３３を一つのチップ上に配置すれば、さらに小型化や低コスト化が可能となる。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, as another embodiment, as shown in FIG. 5, if the high-frequency amplifying element 35 and the MEMS high-frequency switch 33 are arranged on one chip, further downsizing and cost reduction are possible.

上記第１実施形態ではキャパシタンス素子３６と複数のインダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄとの間にＭＥＭＳ高周波スイッチ３３を設けた場合について説明したが、これに限るものではなく、ＭＥＭＳ高周波スイッチ３３をキャパシタンス素子３６の入力側に設けてもよい。例えば図６に示す高周波増幅器１００においては、高周波増幅素子３５の出力側にＭＥＭＳ高周波スイッチ３３が設けられ、この出力ポート３３ｂ側に複数のキャパシタンス素子３６ａ〜３６ｄが接続されるとともにこれら複数のキャパシタンス素子３６ａ〜３６ｄに異なる複数の周波数帯域に対応する複数のインダクタンス素子３４ａ〜３４ｄが夫々接続されている。この高周波増幅器１００において、ＭＥＭＳ高周波スイッチ３３の出力ポート３３ｂは、複数のキャパシタンス素子３６ａ〜３６ｄのいずれかの入力側に選択的に接続される。この実施形態においても上記第１実施形態と同様に高周波増幅器１００を高効率かつ広帯域化することが可能となるという効果が得られる。 In the first embodiment, the case where the MEMS high frequency switch 33 is provided between the capacitance element 36 and the plurality of inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d has been described. However, the present invention is not limited to this. It may be provided on the input side of the capacitance element 36. For example, in the high frequency amplifier 100 shown in FIG. 6, a MEMS high frequency switch 33 is provided on the output side of the high frequency amplifying element 35, and a plurality of capacitance elements 36a to 36d are connected to the output port 33b side, and the plurality of capacitance elements. A plurality of inductance elements 34a to 34d corresponding to a plurality of different frequency bands are connected to 36a to 36d, respectively. In the high-frequency amplifier 100, the output port 33b of the MEMS high-frequency switch 33 is selectively connected to any input side of the plurality of capacitance elements 36a to 36d. Also in this embodiment, the effect that the high-frequency amplifier 100 can be made highly efficient and broadband can be obtained as in the first embodiment.

また、上記実施形態においては第１から第４インダクタンス素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを用いたが、これに限られるものではなく、例えば２個や３個、５個以上のインダクタンス素子をスイッチによって切り替え可能に接続した構成であってもよい。またこれらの値も上記に限られるものではなく、適用したい帯域に応じて適宜変更可能である。 In the above-described embodiment, the first to fourth inductance elements 34a, 34b, 34c, and 34d are used. However, the present invention is not limited to this. For example, two, three, five or more inductance elements are switched by a switch. The structure connected so that switching was possible may be sufficient. Also, these values are not limited to the above, and can be appropriately changed according to the band to be applied.

上記実施形態では外部接続用端子として半田ボールやスルーホールを例示したが、これに限られるものではなくワイヤボンディングや電極等を用いてもよい。 In the above embodiment, solder balls and through holes are exemplified as the external connection terminals, but the present invention is not limited to this, and wire bonding, electrodes, or the like may be used.

この他、本発明は、実施段階においてその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
（１）
基板と、
前記基板上に設けられ、入力された信号を増幅する増幅素子と、
前記増幅素子の出力側に設けられ、前記信号のインピーダンスを調整する出力側整合回路と、
前記増幅素子の出力側に前記出力側整合回路と並列に設けられ、前記増幅素子に接続されたキャパシタンス素子と、前記キャパシタンス素子とグランドの間に設けられ異なる複数の周波数帯域に対応する複数のインダクタンス素子と、前記複数のインダクタンス素子と前記キャパシタンス素子との間に設けられ前記キャパスタンス素子の出力側と前記複数のインダクタンス素子のいずれかの入力側とを選択的に接続可能なスイッチと、を有する高調波処理回路と、
を備えたことを特徴とする増幅器。
（２）
基板と、
前記基板上に設けられ、入力された信号を増幅する増幅素子と、
前記増幅素子の出力側に設けられ、前記信号のインピーダンスを調整する出力側整合回路と、
前記増幅素子の前記出力側整合回路とグランドとの間に設けられ、前記増幅素子に接続されたキャパシタンス素子と、前記キャパシタンス素子に接続され、異なる複数の周波数帯域に対応する複数のインダクタンス素子と、前記複数のインダクタンス素子と前記キャパシタンス素子との間に設けられ、前記キャパスタンス素子の出力側と前記複数のインダクタンス素子のいずれかの入力側とを選択的に接続可能なスイッチと、を有する高調波処理回路と、を備え、
前記増幅素子と前記スイッチとが同じ中継基板上に配置されるとともに該中継基板が前記基板上に配置されることを特徴とする増幅器。
（３）
前記増幅素子と前記スイッチは同じ半導体チップ上に形成されることを特徴とする（１）記載の増幅器。
（４）
基板と、
前記基板上に設けられ、入力された信号を増幅する増幅素子と、
前記増幅素子の出力側に設けられ、前記信号のインピーダンスを調整する出力側整合回路と、
前記増幅素子の出力側に前記出力側整合回路と並列に設けられる複数のキャパシタンス素子と、前記複数のキャパシタンス素子の出力側とグランドとの間に設けられ異なる複数の周波数帯域に対応する複数のインダクタンス素子と、前記増幅素子と前記複数のキャパシタンス素子との間に設けられ前記増幅素子の出力側と前記複数のキャパシタンス素子のいずれかの入力側とを選択的に接続可能なスイッチと、を有する高調波処理回路と、
を備えたことを特徴とする増幅器。
（５）
外部接続用端子を有する中継基板と、
前記中継基板上に設けられた増幅素子と、
前記増幅素子に接続されたキャパシタンス素子と、
前記キャパシタンス素子に接続され、異なる複数の周波数帯域に対応する複数のインダクタンス素子と、
前記複数のインダクタンス素子と前記キャパシタンス素子との間に設けられ、前記キャパスタンス素子の出力側と、前記複数のインダクタンス素子のいずれかの入力側とを接続可能なスイッチと、を備えたことを特徴とする増幅器モジュール。 In addition, the present invention can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.
(1)
A substrate,
An amplifying element provided on the substrate for amplifying an input signal;
An output side matching circuit that is provided on the output side of the amplifying element and adjusts the impedance of the signal;
A capacitance element provided in parallel with the output side matching circuit on the output side of the amplification element and connected to the amplification element, and a plurality of inductances provided between the capacitance element and the ground and corresponding to a plurality of different frequency bands An element, and a switch provided between the plurality of inductance elements and the capacitance element and capable of selectively connecting an output side of the capacitance element and an input side of any of the plurality of inductance elements. A harmonic processing circuit;
An amplifier comprising:
(2)
A substrate,
An amplifying element provided on the substrate for amplifying an input signal;
An output side matching circuit that is provided on the output side of the amplifying element and adjusts the impedance of the signal;
A capacitance element provided between the output-side matching circuit of the amplification element and the ground, connected to the amplification element, and a plurality of inductance elements connected to the capacitance element and corresponding to a plurality of different frequency bands; A harmonic wave provided between the plurality of inductance elements and the capacitance element and capable of selectively connecting an output side of the capacitance element and an input side of any of the plurality of inductance elements. A processing circuit,
The amplifier, wherein the amplifying element and the switch are disposed on the same relay substrate, and the relay substrate is disposed on the substrate.
(3)
The amplifier according to (1), wherein the amplifying element and the switch are formed on the same semiconductor chip.
(4)
A substrate,
An amplifying element provided on the substrate for amplifying an input signal;
An output side matching circuit that is provided on the output side of the amplifying element and adjusts the impedance of the signal;
A plurality of capacitance elements provided in parallel with the output side matching circuit on the output side of the amplification element, and a plurality of inductances provided between the output side of the plurality of capacitance elements and the ground and corresponding to a plurality of different frequency bands And a switch provided between the amplifying element and the plurality of capacitance elements and capable of selectively connecting an output side of the amplifying element and an input side of any of the plurality of capacitance elements. A wave processing circuit;
An amplifier comprising:
(5)
A relay board having external connection terminals;
An amplifying element provided on the relay substrate;
A capacitance element connected to the amplifying element;
A plurality of inductance elements connected to the capacitance element and corresponding to different frequency bands;
A switch provided between the plurality of inductance elements and the capacitance element, and capable of connecting an output side of the capacitance element and an input side of any of the plurality of inductance elements. An amplifier module.

本発明の第１実施形態にかかる高周波増幅器の一部を示す平面図。1 is a plan view showing a part of a high-frequency amplifier according to a first embodiment of the present invention. 同高周波増幅器の側面図。The side view of the same high frequency amplifier. 同高周波増幅器の回路図。The circuit diagram of the high frequency amplifier. 同高周波増幅器の電力効率と周波数との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the power efficiency of the high frequency amplifier, and a frequency. 本発明の他の実施形態にかかる高周波増幅器の一部を示す平面図。The top view which shows a part of high frequency amplifier concerning other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態にかかる高周波増幅器の回路図。The circuit diagram of the high frequency amplifier concerning other embodiment of this invention. 高周波増幅器の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of a high frequency amplifier. 同高周波同増幅器の電力効率と周波数との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the power efficiency of the same high frequency same amplifier, and a frequency. 高周波増幅器の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of a high frequency amplifier. 高周波増幅器の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of a high frequency amplifier.

Explanation of symbols

１…高周波増幅器、２…基板、３…増幅器パッケージ、２１…入力側整合回路、
２２…出力側整合回路、２３…グランドパターン、３１…基板、３２…増幅チップ、
３３…ＭＥＭＳ高周波スイッチ、３３ａ…入力ポート、３３ｂ…出力ポート、
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ…インダクタンス素子、
３５…高周波増幅素子、３６…キャパシタンス素子、３７…高調波処理回路、４１…第１接続体、４２…第２接続体、４３…第３接続体、４４…第４接続体、１００…高周波増幅器、３６ａ〜３６ｄ…キャパシタンス素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High frequency amplifier, 2 ... Board | substrate, 3 ... Amplifier package, 21 ... Input side matching circuit,
22 ... Output-side matching circuit, 23 ... Ground pattern , 31 ... Substrate, 32 ... Amplification chip,
33 ... MEMS high frequency switch, 33a ... Input port, 33b ... Output port,
34a, 34b, 34c, 34d ... inductance elements,
35 ... high frequency amplifying element, 36 ... capacitance element, 37 ... harmonic processing circuit, 41 ... first connecting body, 42 ... second connecting body, 43 ... third connecting body, 44 ... fourth connecting body, 100 ... high frequency amplifier 36a to 36d, capacitance elements.

Claims

A substrate,
An amplifying element provided on the substrate for amplifying an input signal;
An output side matching circuit that is provided on the output side of the amplifying element and adjusts the impedance of the signal;
A capacitance element provided in parallel with the output side matching circuit on the output side of the amplification element and connected to the amplification element, and a plurality of inductances provided between the capacitance element and the ground and corresponding to a plurality of different frequency bands An element, an output side of the capacitance element provided between the plurality of inductance elements and the capacitance element, and an input side of any one of the plurality of inductance elements according to a frequency band are selectively selected A harmonic processing circuit having a switch to be connected to
An amplifier comprising:

A substrate,
An amplifying element provided on the substrate for amplifying an input signal;
An output side matching circuit that is provided on the output side of the amplifying element and adjusts the impedance of the signal;
A capacitance element provided between the output-side matching circuit of the amplification element and the ground, connected to the amplification element, and a plurality of inductance elements connected to the capacitance element and corresponding to a plurality of different frequency bands; Provided between the plurality of inductance elements and the capacitance element, selectively connecting the output side of the capacitance element and the input side of any one of the plurality of inductance elements according to a frequency band A harmonic processing circuit having a switch to be switched , and
The amplifier, wherein the amplifying element and the switch are disposed on the same relay substrate, and the relay substrate is disposed on the substrate.

2. The amplifier according to claim 1, wherein the amplifying element and the switch are formed on the same semiconductor chip.

A substrate,
An amplifying element provided on the substrate for amplifying an input signal;
An output side matching circuit that is provided on the output side of the amplifying element and adjusts the impedance of the signal;
A plurality of capacitance elements provided in parallel with the output side matching circuit on the output side of the amplification element, and a plurality of inductances provided between the output side of the plurality of capacitance elements and the ground and corresponding to a plurality of different frequency bands And an output side of the amplifying element provided between the amplifying element and the plurality of capacitance elements and an input side of any one of the plurality of capacitance elements corresponding to a frequency band a harmonic processing circuit having a switch Ru switched to connect,
An amplifier comprising:

5. The amplifier according to claim 1, wherein the switch is switched so as to be connected to any one of the inductance element and the capacitance element that optimizes power efficiency according to a frequency band.

6. The amplifier according to claim 1, wherein the switch is switched so that power efficiency is 50% or more.

The amplifier according to claim 1, wherein the switch is a MEMS high-frequency switch.

A relay board having external connection terminals;
An amplifying element provided on the relay substrate;
A capacitance element connected to the amplifying element;
A plurality of inductance elements connected to the capacitance element and corresponding to different frequency bands;
Wherein the plurality of provided between the inductance element and the capacitance element, so as to connect the output side of the capacity stance device, and an input side of one of the inductance element in accordance with the frequency band of the plurality of inductance elements An amplifier module comprising: a switch for switching to