JP5282954B2 - RF power amplifier - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a risk of a meltdown of an electronic part in an output power coupler even when a VSWR (voltage standing wave ratio) value becomes extremely large by a load variation. <P>SOLUTION: An RF power amplifying device HPA_MD has a first and a second RF power amplifying circuit PA1 and PA2, and an output power coupler Out_PC composed of Wilkinson power combiner. RF amplifying output signals of the RF power amplifying circuits PA1 and PA2 are supplied to a first and a second input terminal of the output power coupler Out_PC, and the RF amplifying output signals are generated from an output terminal Out. In the output power coupler Out_PC, an impedance between the first input terminal and output terminal and an impedance between the second input terminal and output terminal are almost equally set, and a resistor R61 between the first input terminal and the second input terminal is replaced with a reactance element L63 such as an inductor generating e.g. an eddy current. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、RF(無線周波数)電力増幅装置に関し、特に負荷変動によってVSWR(電圧定在波比)の値が極端に大きくなった場合でも、出力電力結合器の電子部品の溶断の危険性を軽減するのに有益な技術に関するものである。   The present invention relates to an RF (radio frequency) power amplifying apparatus, and in particular, even when the value of VSWR (voltage standing wave ratio) becomes extremely large due to load fluctuation, the risk of fusing of electronic components of the output power coupler is reduced. It relates to technology that is useful for mitigation.

携帯電話に代表される移動体通信には、複数の通信方式が存在する。例えば欧州では、第2世代無線通信方式として普及しているGSMおよびGSMのデータ通信速度を向上したEDGEに加えて、近年サービスが開始された第3世代無線通信方式であるW−CDMAがある。また、北米では第2世代無線通信方式であるDCS、PCSに加えて、第3世代無線通信方式であるcdma1xが普及している。尚、GSMは、Global System for Mobile Communicationの略である。EDGEは、Enhanced Data rate for GSM Evolutionの略である。W−CDMAは、Wide-band Code Division Multiple Accessの略である。DCSは、Digital Cellar Systemの略である。PCSは、Personal Communication Systemの略である。cdma1xは、Code Division Multiple Access 1xの略である。   There are a plurality of communication methods in mobile communication represented by mobile phones. For example, in Europe, there is W-CDMA, which is a third generation wireless communication system that has recently started service, in addition to GSM and EDGE that have improved the data communication speed of GSM, which are widely used as the second generation wireless communication system. In North America, in addition to DCS and PCS, which are the second generation wireless communication systems, cdma1x, which is the third generation wireless communication system, has become widespread. GSM is an abbreviation for Global System for Mobile Communication. EDGE is an abbreviation for Enhanced Data rate for GSM Evolution. W-CDMA is an abbreviation for Wide-band Code Division Multiple Access. DCS is an abbreviation for Digital Cellar System. PCS is an abbreviation for Personal Communication System. cdma1x is an abbreviation for Code Division Multiple Access 1x.

携帯電話端末が有する高周波電力増幅器の動作は、位相変調のみを使用する基本的なモードのGSMでは飽和動作であり、位相変調と伴に振幅変調も使用するEDGEはGSMの飽和動作点から数dBのバックオフをとった動作点での線形動作である。また、位相変調と伴に振幅変調も使用するW−CDMAおよびcdma−1xでも、高周波電力増幅器の動作は線形動作である。   The operation of the high-frequency power amplifier of the cellular phone terminal is a saturation operation in the basic mode GSM that uses only phase modulation, and EDGE that uses amplitude modulation along with phase modulation is several dB from the saturation operation point of GSM. This is a linear operation at the operating point where the back-off is taken. In addition, in W-CDMA and cdma-1x that also use amplitude modulation in conjunction with phase modulation, the operation of the high-frequency power amplifier is a linear operation.

また、GSMおよびEDGEに対応する携帯電話端末の高周波回路部分おいて、高周波電力増幅器とアンテナとの間には、アンテナスイッチが配置される。アンテナスイッチは、TDMA(時分割マルチプルアクセス)方式の送信スロットと受信スロットとを切り換える機能を実行する。   An antenna switch is disposed between the high frequency power amplifier and the antenna in the high frequency circuit portion of the mobile phone terminal that supports GSM and EDGE. The antenna switch executes a function of switching between a TDMA (Time Division Multiple Access) transmission slot and a reception slot.

W−CDMAおよびcdma−1xに対応する携帯電話端末の高周波回路部分おいて、高周波電力増幅器とアンテナとの間には、デュプレクサが配置される。デュプレクサは、CDMA(コード分割マルチプルアクセス)方式の低いRF周波数のRF送信信号の送信と高いRF周波数のRF受信信号の受信とを並列に処理する機能を実行する。更に、W−CDMAおよびcdma−1x等では、アンテナでの負荷変動影響が高周波電力増幅器に及ばないように、高周波電力増幅器とデュプレクサとの間にアイソレータを配置している。しかし、アイソレータは、高周波電力増幅器が製作される構造物に集積化することが困難であるので、大きくて高価な部品となっている。   In the high-frequency circuit portion of the mobile phone terminal corresponding to W-CDMA and cdma-1x, a duplexer is disposed between the high-frequency power amplifier and the antenna. The duplexer performs a function of processing in parallel the transmission of an RF transmission signal with a low RF frequency and the reception of an RF reception signal with a high RF frequency in a CDMA (code division multiple access) system. Furthermore, in W-CDMA, cdma-1x, and the like, an isolator is disposed between the high frequency power amplifier and the duplexer so that the load fluctuation effect at the antenna does not reach the high frequency power amplifier. However, the isolator is a large and expensive component because it is difficult to integrate the isolator into a structure in which the high-frequency power amplifier is manufactured.

下記特許文献1には、アイソレータを使用することなく、広範囲の負荷インピーダンスで低歪と高効率とを実現する並列電力増幅器(Parallel Power Amplifier)もしくは平衡電力増幅器(Balanced Power Amplifier)を使用することが記載されている。この並列もしくは平衡型の電力増幅器は複数の増幅経路を持ち、1つの入力端子の入力信号は入力電力分割器によって複数の増幅経路の入力に供給される。各増幅経路は増幅器と位相シフタとを含み、複数の増幅経路で増幅器の動作の位相が異なるように複数の増幅経路上に位相シフタが配置され、出力電力結合器によって複数の増幅経路の複数の出力を単一の出力に結合する。   In the following Patent Document 1, it is possible to use a parallel power amplifier or a balanced power amplifier that achieves low distortion and high efficiency with a wide range of load impedance without using an isolator. Have been described. This parallel or balanced power amplifier has a plurality of amplification paths, and an input signal at one input terminal is supplied to inputs of the plurality of amplification paths by an input power divider. Each amplification path includes an amplifier and a phase shifter, phase shifters are arranged on the plurality of amplification paths so that the phases of operation of the amplifiers are different in the plurality of amplification paths, and a plurality of amplification paths are arranged by the output power combiner. Combine outputs into a single output.

一方、下記特許文献1に記載の並列もしくは平衡型の電力増幅器においては、電力増幅器の出力とアンテナとの間のインピーダンスの不整合が生じても、平衡電力増幅器の全体のACPR(隣接チャンネル漏洩電力比)は良好に維持することができる。その理由は、2つの増幅経路の一方の電力増幅器のインピーダンス変換がスミスチャート上で誘導性の回転となり、他方の電力増幅器のインピーダンス変換がスミスチャート上で容量性の回転となるためである。その結果、一方のインピーダンスが高インピーダンスになった場合、他方のインピーダンスは低インピーダンスとなり、合成信号の歪を補正することが可能となる。尚、ACPRはAdjacent Channel Leakage Power Ratioの略である。   On the other hand, in the parallel or balanced power amplifier described in Patent Document 1 below, even if impedance mismatch occurs between the output of the power amplifier and the antenna, the entire ACPR (adjacent channel leakage power) of the balanced power amplifier is generated. Ratio) can be maintained well. The reason is that the impedance conversion of one power amplifier of the two amplification paths is inductive rotation on the Smith chart, and the impedance conversion of the other power amplifier is capacitive rotation on the Smith chart. As a result, when one impedance becomes high impedance, the other impedance becomes low impedance, and distortion of the synthesized signal can be corrected. ACPR is an abbreviation for Adjacent Channel Leakage Power Ratio.

特開2008−135822号 公報JP 2008-135822 A

本発明者等は本発明に先立って、GSM方式の送信機能を有するRF電力増幅器モジュールの開発に従事した。この開発の当初に、RF電力増幅器の出力とアンテナとの間のインピーダンスの不整合が生じても、ACPRを良好に維持すると言う開発課題が与えられた。   Prior to the present invention, the inventors engaged in the development of an RF power amplifier module having a GSM transmission function. At the beginning of this development, a development challenge was given to maintain good ACPR even when impedance mismatch between the output of the RF power amplifier and the antenna occurs.

従って、本発明に先立って、本発明者等は上記特許文献1に記載の並列もしくは平衡型のRF電力増幅器を採用することを検討した。   Therefore, prior to the present invention, the present inventors examined the use of the parallel or balanced RF power amplifier described in Patent Document 1 above.

図1は、本発明に先立って本発明者等により検討された平衡型のRF電力増幅器を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a balanced RF power amplifier studied by the present inventors prior to the present invention.

図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDは、入力電力分割器In_PD、第1入力位相シフタIn_PS1、第2入力位相シフタIn_PS2、第1入力整合回路In_MN1、第2入力整合回路In_MN2、第1RF電力増幅回路PA1、第2RF電力増幅回路PA2を含んでいる。図1のRF電力増幅器モジュールHPA_MDは、更に、第1出力整合回路Out_MN1、第2出力整合回路Out_MN2、第1出力位相シフタOut_PS1、第2出力位相シフタOut_PS2、出力電力結合器Out_PCを含んでいる。   The RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. 1 includes an input power divider In_PD, a first input phase shifter In_PS1, a second input phase shifter In_PS2, a first input matching circuit In_MN1, a second input matching circuit In_MN2, and a first RF power amplifier circuit. PA1 and a second RF power amplifier circuit PA2 are included. The RF power amplifier module HPA_MD of FIG. 1 further includes a first output matching circuit Out_MN1, a second output matching circuit Out_MN2, a first output phase shifter Out_PS1, a second output phase shifter Out_PS2, and an output power combiner Out_PC.

入力端子InのRF入力信号は入力電力分割器In_PDによって第1入力位相シフタIn_PS1の入力端子と第2入力位相シフタIn_PS2の入力端子に供給され、第1入力位相シフタIn_PS1の出力信号と第2入力位相シフタIn_PS2の出力信号は第1入力整合回路In_MN1の入力端子と第2入力整合回路In_MN2の入力端子にそれぞれ供給される。第1入力整合回路In_MN1の出力信号と第2入力整合回路In_MN2の出力信号は、第1RF電力増幅回路PA1の入力端子と第2RF電力増幅回路PA2の入力端子にそれぞれ供給される。第1RF電力増幅回路PA1の出力信号と第2RF電力増幅回路PA2の出力信号とは、第1出力整合回路Out_MN1の入力端子と第2出力整合回路Out_MN2の入力端子にそれぞれ供給される。第1出力整合回路Out_MN1の出力信号と第2出力整合回路Out_MN2の出力信号は、第1出力位相シフタOut_PS1の入力端子と第2出力位相シフタOut_PS2の入力端子にそれぞれ供給される。第1出力位相シフタOut_PS1の出力信号と第2出力位相シフタOut_PS2の出力信号は出力電力結合器Out_PCの第1入力端子と第2入力端子にそれぞれ供給され、出力電力結合器Out_PCの出力端子OutからRF増幅出力信号が生成される。   The RF input signal of the input terminal In is supplied to the input terminal of the first input phase shifter In_PS1 and the input terminal of the second input phase shifter In_PS2 by the input power divider In_PD, and the output signal of the first input phase shifter In_PS1 and the second input The output signal of the phase shifter In_PS2 is supplied to the input terminal of the first input matching circuit In_MN1 and the input terminal of the second input matching circuit In_MN2. The output signal of the first input matching circuit In_MN1 and the output signal of the second input matching circuit In_MN2 are respectively supplied to the input terminal of the first RF power amplifier circuit PA1 and the input terminal of the second RF power amplifier circuit PA2. The output signal of the first RF power amplifier circuit PA1 and the output signal of the second RF power amplifier circuit PA2 are respectively supplied to the input terminal of the first output matching circuit Out_MN1 and the input terminal of the second output matching circuit Out_MN2. The output signal of the first output matching circuit Out_MN1 and the output signal of the second output matching circuit Out_MN2 are respectively supplied to the input terminal of the first output phase shifter Out_PS1 and the input terminal of the second output phase shifter Out_PS2. The output signal of the first output phase shifter Out_PS1 and the output signal of the second output phase shifter Out_PS2 are respectively supplied to the first input terminal and the second input terminal of the output power combiner Out_PC, and are output from the output terminal Out of the output power combiner Out_PC. An RF amplified output signal is generated.

入力電力分割器In_PDは、入力端子と第1出力端子と第2出力端子を含むウィルキンソン・パワー・ディバイダー(Wilkinson power divider)により構成されている。良く知られているようにウィルキンソン・パワー・ディバイダーでは、入力端子と第1出力端子との間に第1マイクロストリップ・ラインまたは第1無損失集中定数回路が接続され、入力端子と第2出力端子との間に第2マイクロストリップ・ラインまたは第2無損失集中定数回路が接続され、第1出力端子と第2出力端子との間に抵抗が接続される。入力端子に接続される入力信号源の出力インピーダンスが50Ωとすれば、第1と第2のマイクロストリップ・ラインは50Ω×(2)1/2=70.5Ωの特性インピーダンスとなるようなライン幅とライン長とを持ち、抵抗R11は2×50Ω=100Ωの抵抗値を持つ。GSM800またはGSM850のGSM方式の携帯電話端末のRF周波数は略1GHzであるので、4分の1波長(λ/4)のマイクロストリップ・ラインのライン長は略4.5cmと極めて長くなってしまう。従って、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDの入力電力分割器In_PDでは、第1と第2の無損失集中定数回路が使用される。第1無損失集中定数回路は、ローパス型フィルタの容量C10、インダクタL11、容量C11によって70.5Ωのインピーダンスを持つように構成されている。また、第2無損失集中定数回路も、ローパス型フィルタの容量C10、インダクタL12、容量C12によって70.5Ωのインピーダンスを持つように構成される。第1と第2の無損失集中定数回路はそれぞれ90°の位相を生成するので、第1と第2の無損失集中定数回路は第1出力端子と第2出力端子との間に180°の位相差を生成する。一方、第1出力端子と第2出力端子の間の100Ωの抵抗R11は第1出力端子と第2出力端子の間に0°の位相差を生成するので、第1出力端子と第2出力端子の間で180°の位相差の信号と0°の位相差の信号とはキャンセルされて最大アイソレーションが得られる。 The input power divider In_PD is configured by a Wilkinson power divider including an input terminal, a first output terminal, and a second output terminal. As is well known, in the Wilkinson power divider, the first microstrip line or the first lossless lumped constant circuit is connected between the input terminal and the first output terminal, and the input terminal and the second output terminal. A second microstrip line or a second lossless lumped constant circuit is connected between the first output terminal and the second output terminal. If the output impedance of the input signal source connected to the input terminal is 50Ω, the first and second microstrip lines have a line width such that the characteristic impedance is 50Ω × (2) 1/2 = 70.5Ω. The resistor R11 has a resistance value of 2 × 50Ω = 100Ω. Since the RF frequency of a GSM mobile phone terminal of GSM800 or GSM850 is approximately 1 GHz, the line length of a quarter-wave (λ / 4) microstrip line is extremely long, approximately 4.5 cm. Accordingly, the first and second lossless lumped constant circuits are used in the input power divider In_PD of the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. The first lossless lumped constant circuit is configured to have an impedance of 70.5Ω by the low-pass filter capacitor C10, inductor L11, and capacitor C11. The second lossless lumped constant circuit is also configured to have an impedance of 70.5Ω by the low-pass filter capacitor C10, inductor L12, and capacitor C12. Since the first and second lossless lumped constant circuits each generate a phase of 90 °, the first and second lossless lumped constant circuits are 180 ° between the first output terminal and the second output terminal. Generate a phase difference. On the other hand, since the 100Ω resistor R11 between the first output terminal and the second output terminal generates a phase difference of 0 ° between the first output terminal and the second output terminal, the first output terminal and the second output terminal. The signal having a phase difference of 180 ° and the signal having a phase difference of 0 ° are canceled to obtain the maximum isolation.

RF電力増幅器モジュールHPA_MDの入力端子Inには入力容量C01の一端が接続される一方、入力容量C01の他端には入力電力分割器In_PDの入力端子が接続されている。入力電力分割器In_PDの第1出力端子には第1入力位相シフタIn_PS1の入力端子が接続され、入力電力分割器In_PDの第2出力端子には第2入力位相シフタIn_PS2の入力端子が接続されている。第1入力位相シフタIn_PS1は容量C21とインダクタL1によって+45°の位相を生成するように構成され、第2入力位相シフタIn_PS2はインダクタL22と容量C22とによって−45°の位相を生成するように構成されている。   One end of the input capacitor C01 is connected to the input terminal In of the RF power amplifier module HPA_MD, and the input terminal of the input power divider In_PD is connected to the other end of the input capacitor C01. The first output terminal of the input power divider In_PD is connected to the input terminal of the first input phase shifter In_PS1, and the second output terminal of the input power divider In_PD is connected to the input terminal of the second input phase shifter In_PS2. Yes. The first input phase shifter In_PS1 is configured to generate a phase of + 45 ° by the capacitor C21 and the inductor L1, and the second input phase shifter In_PS2 is configured to generate a phase of −45 ° by the inductor L22 and the capacitor C22. Has been.

第1入力位相シフタIn_PS1の出力端子には第1入力整合回路In_MN1の入力端子が接続され、第2入力位相シフタIn_PS2の出力端子には第2入力整合回路In_MN2の入力端子が接続される。第1入力整合回路In_MN1は容量C31とインダクタL31とによって構成され、入力電力分割器In_PDおよび第1入力位相シフタIn_PS1の比較的高い出力インピーダンスと第1RF電力増幅回路PA1の比較的低い入力インピーダンスとの間を整合する機能を持っている。第2入力整合回路In_MN2も容量C32とインダクタL32とによって構成され、入力電力分割器In_PDおよび第2入力位相シフタIn_PS2の比較的高い出力インピーダンスと第2RF電力増幅回路PA2の比較的低い入力インピーダンスとの間を整合する機能を持っている。   The output terminal of the first input phase shifter In_PS1 is connected to the input terminal of the first input matching circuit In_MN1, and the output terminal of the second input phase shifter In_PS2 is connected to the input terminal of the second input matching circuit In_MN2. The first input matching circuit In_MN1 includes a capacitor C31 and an inductor L31. The first input matching circuit In_MN1 has a relatively high output impedance of the input power divider In_PD and the first input phase shifter In_PS1 and a relatively low input impedance of the first RF power amplifier circuit PA1. Has a function to match between. The second input matching circuit In_MN2 is also configured by a capacitor C32 and an inductor L32, and the relatively high output impedance of the input power divider In_PD and the second input phase shifter In_PS2 and the relatively low input impedance of the second RF power amplifier circuit PA2 Has a function to match between.

初段RF増幅器A1と次段RF増幅器A2と最終段RF増幅器A3によって構成された第1RF電力増幅回路PA1は第1入力位相シフタIn_PS1の出力端子のRF信号を増幅して、第1RF増幅信号を第1出力整合回路Out_MN1の入力端子に供給する。初段RF増幅器A1と次段RF増幅器A2と最終段RF増幅器A3によって構成された第2RF電力増幅回路PA2も第2入力位相シフタIn_PS2の出力端子のRF信号を増幅して、第2RF増幅信号を第2出力整合回路Out_MN2の入力端子に供給する。   The first RF power amplifier circuit PA1 configured by the first stage RF amplifier A1, the next stage RF amplifier A2, and the final stage RF amplifier A3 amplifies the RF signal at the output terminal of the first input phase shifter In_PS1, and converts the first RF amplified signal into the first RF amplifier signal. 1 is supplied to the input terminal of the output matching circuit Out_MN1. The second RF power amplifier circuit PA2 configured by the first stage RF amplifier A1, the next stage RF amplifier A2, and the final stage RF amplifier A3 also amplifies the RF signal at the output terminal of the second input phase shifter In_PS2, and converts the second RF amplified signal into the second RF amplifier signal. This is supplied to the input terminal of the 2-output matching circuit Out_MN2.

第1出力整合回路Out_MN1はインダクタL41と容量C41とによって構成され、第1RF電力増幅回路PA1の最終段RF増幅器A3の比較的低い出力インピーダンスと第1出力位相シフタOut_PS1および出力電力結合器Out_PCの比較的高い入力インピーダンスとの間を整合する機能を持っている。第2出力整合回路Out_MN1はインダクタL42と容量C42とによって構成され、第2RF電力増幅回路PA2の最終段RF増幅器A3の比較的低い出力インピーダンスと第2出力位相シフタOut_PS2および出力電力結合器Out_PCの比較的高い入力インピーダンスとの間を整合する機能を持っている。   The first output matching circuit Out_MN1 is composed of an inductor L41 and a capacitor C41, and the comparison between the relatively low output impedance of the final stage RF amplifier A3 of the first RF power amplifier circuit PA1 and the first output phase shifter Out_PS1 and the output power coupler Out_PC. It has a function to match between high input impedance. The second output matching circuit Out_MN1 is composed of an inductor L42 and a capacitor C42, and the comparatively low output impedance of the final stage RF amplifier A3 of the second RF power amplifier circuit PA2 is compared with the second output phase shifter Out_PS2 and the output power coupler Out_PC. It has a function to match between high input impedance.

第1出力位相シフタOut_PS1はインダクタL51と容量C51とによって−45°の位相を生成するように構成され、第2入力位相シフタIn_PS2は容量C52とインダクタL52とによって+45°の位相を生成するように構成されている。   The first output phase shifter Out_PS1 is configured to generate a phase of −45 ° by the inductor L51 and the capacitor C51, and the second input phase shifter In_PS2 is configured to generate a phase of + 45 ° by the capacitor C52 and the inductor L52. It is configured.

出力電力結合器Out_PCは、第1入力端子と第2入力端子と出力端子を含むウィルキンソン・パワー・コンバイナ(Wilkinson power combiner)によって構成されている。良く知られているようにウィルキンソン・パワー・コンバイナでは、第1入力端子と出力端子との間に第1マイクロストリップ・ラインまたは第1無損失集中定数回路が接続され、第2入力端子と出力端子との間に第2マイクロストリップ・ラインまたは第2無損失集中定数回路が接続され、第1入力端子と第2入力端子との間に抵抗が接続される。出力端子に接続される負荷の入力インピーダンスが50Ωとすれば、第1と第2のマイクロストリップ・ラインは50Ω×(2)1/2=70.5Ωの特性インピーダンスとなるようなライン幅とライン長とを持ち、抵抗R61は2×50Ω=100Ωの抵抗値を持つ。GSM800またはGSM850のGSM方式の携帯電話端末のRF周波数は略1GHzであるので、4分の1波長(λ/4)ののマイクロストリップ・ラインのライン長は略4.5cmと極めて長くなってしまう。従って、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDの出力電力結合器Out_PCでは、第1と第2の無損失集中定数回路が使用される。第1無損失集中定数回路は、ローパス型フィルタの容量C61、インダクタL61、容量C63によって70.5Ωのインピーダンスを持つように構成される。第2無損失集中定数回路も、ローパス型フィルタの容量C62、インダクタL62、容量C63によって70.5Ωのインピーダンスを持つように構成される。第1と第2の無損失集中定数回路はそれぞれ90°の位相を生成するので、第1と第2の無損失集中定数回路は第1入力端子と第2入力端子の間に180°の位相差を生成する。一方、第1入力端子と第2入力端子との間の100Ωの抵抗R61は第1出力端子と第2出力端子の間に0°の位相差を生成するので、第1入力端子と第2入力端子との間で180°の位相差の信号と0°の位相差の信号とはキャンセルされて最大アイソレーションが得られる。 The output power combiner Out_PC is configured by a Wilkinson power combiner including a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal. As is well known, in the Wilkinson power combiner, a first microstrip line or a first lossless lumped constant circuit is connected between a first input terminal and an output terminal, and a second input terminal and an output terminal. A second microstrip line or a second lossless lumped constant circuit is connected between the first input terminal and the second input terminal. If the input impedance of the load connected to the output terminal is 50Ω, the first and second microstrip lines have a line width and a line such that the characteristic impedance is 50Ω × (2) 1/2 = 70.5Ω. The resistor R61 has a resistance value of 2 × 50Ω = 100Ω. Since the RF frequency of a GSM mobile phone terminal of GSM800 or GSM850 is approximately 1 GHz, the line length of a quarter-wave (λ / 4) microstrip line is extremely long, approximately 4.5 cm. . Accordingly, the first and second lossless lumped constant circuits are used in the output power combiner Out_PC of the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. The first lossless lumped constant circuit is configured to have an impedance of 70.5Ω by the low-pass filter capacitor C61, inductor L61, and capacitor C63. The second lossless lumped constant circuit is also configured to have an impedance of 70.5Ω by the low-pass filter capacitor C62, inductor L62, and capacitor C63. Since the first and second lossless lumped constant circuits each generate a phase of 90 °, the first and second lossless lumped constant circuits have a position of 180 ° between the first input terminal and the second input terminal. Generate a phase difference. On the other hand, the 100Ω resistor R61 between the first input terminal and the second input terminal generates a phase difference of 0 ° between the first output terminal and the second output terminal, so that the first input terminal and the second input A signal having a phase difference of 180 ° and a signal having a phase difference of 0 ° with respect to the terminal are canceled to obtain maximum isolation.

尚、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDでは、第1と第2のRF電力増幅回路PA1、PA2の初段RF増幅器A1と次段RF増幅器A2と最終段RF増幅器A3の各電力増幅パワートランジスタは、シリコン半導体基板に製造されたLD(Laterally Diffused)型NチャンネルパワーMOSトランジスタによって構成されたものである。また、入力電力分割器In_PD、第1と第2の入力位相シフタIn_PS1〜2、第1と第2の入力整合回路In_MN1〜2、第1と第2の出力整合回路Out_MN1〜2、第1と第2の出力位相シフタOut_PS1〜2、出力電力結合器Out_PCに含まれた複数の容量と複数のインダクタと複数の抵抗は、RF電力増幅器モジュールHPA_MDに搭載される超小型電子部品により構成されたものである。   In the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. 1, the power amplification power transistors of the first stage RF amplifier A1, the next stage RF amplifier A2 and the last stage RF amplifier A3 of the first and second RF power amplifier circuits PA1 and PA2 are as follows. These are constituted by LD (Laterally Diffused) type N-channel power MOS transistors manufactured on a silicon semiconductor substrate. Also, the input power divider In_PD, the first and second input phase shifters In_PS1-2, the first and second input matching circuits In_MN1-2, the first and second output matching circuits Out_MN1-2, The plurality of capacitors, the plurality of inductors, and the plurality of resistors included in the second output phase shifter Out_PS1-2 and the output power coupler Out_PC are configured by microelectronic components mounted on the RF power amplifier module HPA_MD. It is.

一方、本発明者は本発明に先立ったGSM方式のRF電力増幅器モジュールの開発において、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDの負荷変動試験を行った。負荷変動試験では、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDの出力端子Outの負荷条件は理想的な状態から変動される。RF電力増幅器モジュールHPA_MDの出力端子Outの理想的な負荷条件では、出力端子Outの例えば50オームの出力インピーダンスとアンテナの例えば50オームの負荷インピーダンスが等しく整合した状態となっている。   On the other hand, the present inventor conducted a load fluctuation test of the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. 1 in the development of the GSM RF power amplifier module prior to the present invention. In the load fluctuation test, the load condition of the output terminal Out of the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. 1 is changed from an ideal state. In an ideal load condition of the output terminal Out of the RF power amplifier module HPA_MD, the output impedance of, for example, 50 ohms of the output terminal Out and the load impedance of, for example, 50 ohms of the antenna are equally matched.

この理想的な負荷条件では、反射波/進行波の比である反射率Γはゼロであるので、(1+Γ)/(1−Γ)で求められるVSWR(電圧定在波比)の値は1となる。尚、VSWRは、Voltage Standing-Wave Ratioの略である。しかし、アンテナの負荷変動によって、例えばアンテナの負荷インピーダンスが50オームより低下すると、反射率Γはゼロよりも増加するので、VSWR(電圧定在波比)の値も1よりも増加する。一方、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDでは、第1と第2のRF電力増幅回路PA1、PA2は、並列または平衡型の電力増幅器の形態に接続されている。従って、冒頭で説明したように、出力とアンテナの間のインピーダンスの不整合が生じても、一方の経路のインピーダンス変換がスミスチャート上で誘導性の回転となり他方の経路のインピーダンス変換がスミスチャート上で容量性の回転となるので、合成信号の歪を補正でき、全体のACPRを良好に維持することができる。   Under this ideal load condition, the reflectance Γ, which is the ratio of the reflected wave / traveling wave, is zero, so the value of VSWR (voltage standing wave ratio) obtained by (1 + Γ) / (1-Γ) is 1. It becomes. VSWR is an abbreviation for Voltage Standing-Wave Ratio. However, if the load impedance of the antenna falls below 50 ohms due to the change in the load of the antenna, for example, the reflectivity Γ increases from zero, so the value of VSWR (voltage standing wave ratio) also increases from 1. On the other hand, in the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. 1, the first and second RF power amplifier circuits PA1 and PA2 are connected in the form of a parallel or balanced power amplifier. Therefore, as described at the beginning, even if an impedance mismatch between the output and the antenna occurs, the impedance conversion of one path becomes inductive rotation on the Smith chart, and the impedance conversion of the other path is on the Smith chart. Therefore, the distortion of the synthesized signal can be corrected and the overall ACPR can be maintained satisfactorily.

しかし、本発明者等は上述の負荷変動試験においてVSWR(電圧定在波比)の値を極端に大きくした場合には、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDが破壊すると言う問題を見い出したものである。本発明者等は、更に、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDの破壊の内容を調査したところ、ウィルキンソン・パワー・コンバイナによって構成された出力電力結合器Out_PCの第1入力端子と第2入力端子との間の100Ωの抵抗R61が破損しているものであった。この抵抗R61も、RF電力増幅器モジュールHPA_MDに搭載される超小型電子部品によって構成されたもので、具体的には「0603型」と呼ばれる表面実装デバイス(SMD:Surface Mount Device)であった。JIS規格によれば、0603型表面実装デバイスは長さ(L)が0.6mm、幅(W)が0.3mm、厚み(t)が0.23mmの超小型電子部品である。また、0603型表面実装デバイスの最大許容消費電力Pmaxも1/16(W)=62.5mWと、100mW以下の極めて小さなものである。   However, the present inventors have found a problem that the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. 1 is destroyed when the value of VSWR (voltage standing wave ratio) is extremely increased in the load fluctuation test described above. It is. The present inventors further investigated the contents of destruction of the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. 1, and found that the first input terminal and the second input terminal of the output power combiner Out_PC constituted by the Wilkinson power combiner. The resistance R61 of 100Ω between the two was damaged. The resistor R61 is also constituted by a microelectronic component mounted on the RF power amplifier module HPA_MD, and specifically, it is a surface mount device (SMD: Surface Mount Device) called “0603 type”. According to the JIS standard, the 0603 surface mount device is a microelectronic component having a length (L) of 0.6 mm, a width (W) of 0.3 mm, and a thickness (t) of 0.23 mm. Also, the maximum allowable power consumption Pmax of the 0603 type surface mount device is 1/16 (W) = 62.5 mW, which is extremely small, 100 mW or less.

図2は、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDにおいて、負荷変動によってVSWR(電圧定在波比)の値が1から15まで変化した場合の出力電力結合器Out_PCの抵抗R61の消費電力を示す図である。すなわち、図2において、特性L1はVSWR(電圧定在波比)の比が1:1の理想的な状態の場合を示し、特性L15はVSWR(電圧定在波比)の比が15:1のワースト状態の場合を示している。   FIG. 2 shows the power consumption of the resistor R61 of the output power coupler Out_PC when the value of VSWR (voltage standing wave ratio) changes from 1 to 15 due to load fluctuations in the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. FIG. That is, in FIG. 2, characteristic L1 shows an ideal state where the ratio of VSWR (voltage standing wave ratio) is 1: 1, and characteristic L15 shows the ratio of VSWR (voltage standing wave ratio) of 15: 1. The worst case is shown.

図2より、VSWR(電圧定在波比)の値が15の場合のワースト条件では、略430mWと最大許容消費電力Pmaxを大幅に超過する電力を消費することが理解できる。その結果、VSWR(電圧定在波比)の値が極端に大きくなった場合には、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDの出力電力結合器Out_PCの抵抗R61が溶断するものである。すなわち、出力とアンテナの間のインピーダンス不整合が生じると、合成信号の歪を補正できても、合成前の一方の経路の誘導性の回転を持つRF信号と他方の経路の容量性の回転を持つRF信号が抵抗R61の両端の間に印加されるものと推測される。尚、図2の横軸はRF送信出力信号の位相を示し、図2の縦軸は抵抗R61の消費電力を示し、図2の結果は、高周波回路シミュレーションによるものである。   From FIG. 2, it can be understood that the worst condition when the value of VSWR (voltage standing wave ratio) is 15 consumes approximately 430 mW, which greatly exceeds the maximum allowable power consumption Pmax. As a result, when the value of VSWR (voltage standing wave ratio) becomes extremely large, the resistor R61 of the output power coupler Out_PC of the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. 1 is blown. That is, when impedance mismatch between the output and the antenna occurs, the RF signal having inductive rotation of one path before synthesis and the capacitive rotation of the other path can be corrected even if the distortion of the combined signal can be corrected. It is assumed that the RF signal possessed is applied between both ends of the resistor R61. 2 indicates the phase of the RF transmission output signal, the vertical axis of FIG. 2 indicates the power consumption of the resistor R61, and the result of FIG. 2 is based on a high-frequency circuit simulation.

本発明は、以上のような本発明に先立った本発明者等の検討の結果、なされたものである。   The present invention has been made as a result of the study of the present inventors prior to the present invention as described above.

従って、本発明の目的とするところは、負荷変動によってVSWR(電圧定在波比)の値が極端に大きくなった場合でも、出力電力結合器の電子部品の溶断の危険性を軽減することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to reduce the risk of fusing of electronic components of the output power coupler even when the value of VSWR (voltage standing wave ratio) becomes extremely large due to load fluctuation. is there.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうちの代表的なものについて簡単に説明すれば下記のとおりである。   A typical one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、本発明の代表的なRF電力増幅装置(HPA_MD)は、第1RF電力増幅回路(PA1)と、第2RF電力増幅回路(PA2)と、ウィルキンソン・パワー・コンバイナによって構成された出力電力結合器(Out_PC)とを具備する。   That is, a typical RF power amplifier (HPA_MD) of the present invention includes an output power combiner configured by a first RF power amplifier circuit (PA1), a second RF power amplifier circuit (PA2), and a Wilkinson power combiner. (Out_PC).

前記出力電力結合器(Out_PC)の第1と第2の入力端子に前記第1と前記第2のRF電力増幅回路の第1と第2のRF増幅出力信号がそれぞれ供給され、前記出力電力結合器の前記出力端子(Out)からRF増幅出力信号が生成される。   First and second RF amplified output signals of the first and second RF power amplifier circuits are respectively supplied to first and second input terminals of the output power combiner (Out_PC), and the output power combiner An RF amplified output signal is generated from the output terminal (Out) of the device.

前記出力電力結合器で、前記第1入力端子と前記出力端子の間は所定のインピーダンスに設定され、前記第2入力端子と前記出力端子の間は前記所定のインピーダンスと略等しいインピーダンスに設定されている。前記出力電力結合器の前記第1入力端子と前記第2入力端子との間の抵抗(R61)は、例えば、渦電流を生成するインダクタ等のリアクタンス素子(L63)によって置換されたことを特徴とする(図3参照)。   In the output power combiner, a predetermined impedance is set between the first input terminal and the output terminal, and an impedance substantially equal to the predetermined impedance is set between the second input terminal and the output terminal. Yes. The resistor (R61) between the first input terminal and the second input terminal of the output power coupler is replaced with a reactance element (L63) such as an inductor that generates eddy current, for example. (See FIG. 3).

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。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、負荷変動によってVSWR(電圧定在波比)の値が極端に大きくなった場合でも、出力電力結合器の電子部品の溶断の危険性を軽減することができる。   That is, even when the value of VSWR (voltage standing wave ratio) becomes extremely large due to load fluctuation, the risk of fusing of the electronic components of the output power coupler can be reduced.

《代表的な実施の形態》
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
<Typical embodiment>
First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described. The reference numerals of the drawings referred to with parentheses in the outline description of the representative embodiments merely exemplify what are included in the concept of the components to which the reference numerals are attached.

〔1〕本発明の代表的な実施の形態は、第1RF電力増幅回路(PA1)と、第2RF電力増幅回路(PA2)と、出力電力結合器(Out_PC)とを具備するRF電力増幅装置(HPA_MD)である。   [1] A typical embodiment of the present invention is an RF power amplifying apparatus comprising a first RF power amplifying circuit (PA1), a second RF power amplifying circuit (PA2), and an output power combiner (Out_PC) ( HPA_MD).

前記出力電力結合器(Out_PC)は、第1入力端子と第2入力端子と出力端子(Out)とを含むウィルキンソン・パワー・コンバイナによって構成されている。   The output power combiner (Out_PC) includes a Wilkinson power combiner including a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal (Out).

前記出力電力結合器(Out_PC)の前記第1入力端子と前記第2入力端子とに、前記第1RF電力増幅回路の第1RF増幅出力信号と前記第2RF電力増幅回路の第2RF増幅出力信号とがそれぞれ供給される。   A first RF amplified output signal of the first RF power amplifier circuit and a second RF amplified output signal of the second RF power amplifier circuit are connected to the first input terminal and the second input terminal of the output power combiner (Out_PC). Supplied respectively.

前記出力電力結合器の前記出力端子(Out)からは、前記RF電力増幅装置(HPA_MD)のRF増幅出力信号が生成される。   An RF amplified output signal of the RF power amplifier (HPA_MD) is generated from the output terminal (Out) of the output power combiner.

前記出力電力結合器の前記第1入力端子と前記出力端子との間は所定のインピーダンスに設定され、前記出力電力結合器の前記第2入力端子と前記出力端子との間は前記所定のインピーダンスと略等しいインピーダンスに設定されている。   A predetermined impedance is set between the first input terminal and the output terminal of the output power coupler, and a predetermined impedance is set between the second input terminal and the output terminal of the output power coupler. The impedance is set to be approximately equal.

前記ウィルキンソン・パワー・コンバイナによって構成された前記出力電力結合器の前記第1入力端子と前記第2入力端子の間の抵抗(R61)は、リアクタンス素子(L63)によって置換されたことを特徴とする(図3参照)。   The resistor (R61) between the first input terminal and the second input terminal of the output power combiner configured by the Wilkinson power combiner is replaced by a reactance element (L63). (See Figure 3).

前記実施の形態によれば、前記出力端子(Out)の負荷変動によって生成される不所望なRF信号が前記リアクタンス素子(L63)に印加されて、前記リアクタンス素子(L63)に電流が流れる。しかし、前記電流による消費電力は無効消費電力であるので、前記リアクタンス素子(L63)は前記抵抗(R61、図1)のように熱的に破壊される可能性が低減されることができる。   According to the embodiment, an undesired RF signal generated by a load variation at the output terminal (Out) is applied to the reactance element (L63), and a current flows through the reactance element (L63). However, since the power consumption due to the current is reactive power consumption, the possibility that the reactance element (L63) is thermally destroyed like the resistor (R61, FIG. 1) can be reduced.

好適な実施の形態では、前記リアクタンス素子はインダクタ(L63)であることを特徴とする(図3参照)。   In a preferred embodiment, the reactance element is an inductor (L63) (see FIG. 3).

他の好適な実施の形態では、前記インダクタ(L63)は渦電流を生成することを特徴とする(図3参照)。   In another preferred embodiment, the inductor (L63) generates an eddy current (see FIG. 3).

前記他の好適な実施の形態によれば、前記インダクタ(L63)によって生成される前記渦電流は電力損失を生成するので、前記出力端子(Out)の過渡的な負荷変動による不所望なRF信号のエネルギーを短時間に吸収することが可能となる。   According to another preferred embodiment, since the eddy current generated by the inductor (L63) generates a power loss, an undesired RF signal due to a transient load fluctuation at the output terminal (Out). It is possible to absorb this energy in a short time.

別の好適な実施の形態によるRF電力増幅装置(HPA_MD)は、入力端子と第1出力端子と第2出力端子とを含む入力電力分割器(In_PD)を更に具備する。   The RF power amplifying apparatus (HPA_MD) according to another preferred embodiment further includes an input power divider (In_PD) including an input terminal, a first output terminal, and a second output terminal.

前記入力電力分割器の前記入力端子にはRF入力信号が供給可能とされ、前記入力電力分割器の前記第1出力端子に生成される第1RF入力信号は前記第1RF電力増幅回路(PA1)の入力端子に供給され、前記入力電力分割器の前記第2出力端子に生成される第2RF入力信号は前記第2RF電力増幅回路(PA2)の入力端子に供給されることを特徴とする(図3参照)。   An RF input signal can be supplied to the input terminal of the input power divider, and a first RF input signal generated at the first output terminal of the input power divider is supplied from the first RF power amplifier circuit (PA1). The second RF input signal supplied to the input terminal and generated at the second output terminal of the input power divider is supplied to the input terminal of the second RF power amplifier circuit (PA2) (FIG. 3). reference).

更に別の好適な実施の形態では、前記入力電力分割器の前記入力端子と前記第1出力端子の間と、前記第1RF電力増幅回路(PA1)と、前記出力電力結合器の前記第1入力端子と前記出力端子の間とによって、第1信号経路が形成される。   In yet another preferred embodiment, between the input terminal and the first output terminal of the input power divider, the first RF power amplifier circuit (PA1), and the first input of the output power combiner. A first signal path is formed between the terminal and the output terminal.

前記入力電力分割器の前記入力端子と前記第2出力端子の間と、前記第2RF電力増幅回路(PA2)と、前記出力電力結合器の前記第2入力端子と前記出力端子の間とによって、第2信号経路が形成される。   Between the input terminal and the second output terminal of the input power divider, the second RF power amplifier circuit (PA2), and between the second input terminal and the output terminal of the output power combiner, A second signal path is formed.

前記第1信号経路のトータルの第1トータル位相シフト量と前記第2信号経路のトータルの第2トータル位相シフト量とは、互いに略等しく設定されたことを特徴とする(図3参照)。   The total first total phase shift amount of the first signal path and the total second total phase shift amount of the second signal path are set substantially equal to each other (see FIG. 3).

また更に別の好適な実施の形態では、前記第1信号経路の前半の前記入力電力分割器の前記入力端子から前記第1RF電力増幅回路の前記入力端子までの第1前半位相シフト量と、前記第2信号経路の前半の前記入力電力分割器の前記入力端子から前記第2RF電力増幅回路の前記入力端子までの第2前半位相シフト量とは、反対極性で絶対値が略等しく設定されている。   In still another preferred embodiment, a first first half phase shift amount from the input terminal of the input power divider in the first half of the first signal path to the input terminal of the first RF power amplifier circuit, and The second half phase shift amount from the input terminal of the input power divider in the first half of the second signal path to the input terminal of the second RF power amplifier circuit is set to have an opposite polarity and substantially equal to the absolute value. .

前記第1信号経路の後半の前記第1RF電力増幅回路の出力端子から前記出力電力結合器の前記出力端子までの第1後半位相シフト量と、前記第2信号経路の後半の前記第2RF電力増幅回路の出力端子から前記出力電力結合器の前記出力端子までの第2後半位相シフト量とは、反対極性で絶対値が略等しく設定されていることを特徴とする(図3参照)。   A first second phase shift amount from the output terminal of the first RF power amplifier circuit in the second half of the first signal path to the output terminal of the output power combiner; and the second RF power amplification in the second half of the second signal path The second half phase shift amount from the output terminal of the circuit to the output terminal of the output power combiner is set to have an opposite polarity and an almost absolute value (see FIG. 3).

また更に別の好適な実施の形態では、前記入力電力分割器の前記第1出力端子と前記第1RF電力増幅回路(PA1)の前記入力端子との間に第1入力整合回路(In_MN1)が挿入され、前記入力電力分割器の前記第2出力端子と前記第2RF電力増幅回路(PA2)の前記入力端子との間に第2入力整合回路(In_MN2)が挿入されていることを特徴とする(図3、図4参照)。   In still another preferred embodiment, a first input matching circuit (In_MN1) is inserted between the first output terminal of the input power divider and the input terminal of the first RF power amplifier circuit (PA1). And a second input matching circuit (In_MN2) is inserted between the second output terminal of the input power divider and the input terminal of the second RF power amplifier circuit (PA2). (See FIGS. 3 and 4).

また更に別の好適な実施の形態では、前記第1RF電力増幅回路(PA1)の前記出力端子と前記出力電力結合器の前記第1入力端子との間に第1出力整合回路(Out_MN1)が挿入され、前記第2RF電力増幅回路(PA2)の前記出力端子と前記出力電力結合器の前記第2入力端子との間に第2出力整合回路(Out_MN2)が挿入されていることを特徴とする(図3参照)。   In still another preferred embodiment, a first output matching circuit (Out_MN1) is inserted between the output terminal of the first RF power amplifier circuit (PA1) and the first input terminal of the output power coupler. And a second output matching circuit (Out_MN2) is inserted between the output terminal of the second RF power amplifier circuit (PA2) and the second input terminal of the output power coupler. (See FIG. 3).

また更に別の好適な実施の形態では、前記出力電力結合器(Out_MN&PC)の前記第1入力端子と前記出力端子の間で前記第1RF電力増幅回路(PA1)の出力整合が行われ、前記出力電力結合器の前記第2入力端子と前記出力端子の間で前記第2RF電力増幅回路(PA2)の出力整合が行われることを特徴とする(図4参照)。   In still another preferred embodiment, output matching of the first RF power amplifier circuit (PA1) is performed between the first input terminal and the output terminal of the output power combiner (Out_MN & PC), and the output The output matching of the second RF power amplifier circuit (PA2) is performed between the second input terminal and the output terminal of the power combiner (see FIG. 4).

更に他の好適な実施の形態は、前記出力電力結合器の前記第1入力端子と前記出力端子の間に前記所定のインピーダンスを有する第1回路素子が接続され、前記出力電力結合器の前記第2入力端子と前記出力端子の間に前記略等しいインピーダンスを有する第2回路素子が接続されていることを特徴とする(図3参照)。   In another preferred embodiment, a first circuit element having the predetermined impedance is connected between the first input terminal and the output terminal of the output power coupler, and the output power coupler includes a first circuit element. A second circuit element having substantially the same impedance is connected between two input terminals and the output terminal (see FIG. 3).

より好適な実施の形態では、前記第1回路素子と前記第2回路素子とは、それぞれ所定のライン長を有するマイクロストリップ・ラインによって構成されていることを特徴とする(図3参照)。   In a more preferred embodiment, the first circuit element and the second circuit element are each configured by a microstrip line having a predetermined line length (see FIG. 3).

更により好適な実施の形態では、前記第1回路素子は第1無損失集中定数回路(C61、L61、C63)によって構成され、前記第2回路素子は第2無損失集中定数回路(C62、L62、C63)によって構成されていることを特徴とする(図3参照)。   In an even more preferred embodiment, the first circuit element is constituted by a first lossless lumped constant circuit (C61, L61, C63), and the second circuit element is constituted by a second lossless lumped constant circuit (C62, L62). , C63) (see FIG. 3).

具体的な一つの実施の形態では、前記第1RF電力増幅回路(PA1)と前記第2RF電力増幅回路(PA2)のパワートランジスタが形成された半導体チップ(61)に前記インダクタ(L63)が集積化されたことを特徴とする(図5、図6、図11参照)。   In a specific embodiment, the inductor (L63) is integrated on a semiconductor chip (61) on which power transistors of the first RF power amplifier circuit (PA1) and the second RF power amplifier circuit (PA2) are formed. (See FIGS. 5, 6, and 11).

他の具体的な一つの実施の形態では、前記第1RF電力増幅回路(PA1)と前記第2RF電力増幅回路(PA2)のパワートランジスタが形成された半導体チップ(61)が搭載された配線基板(60)に前記インダクタ(L63)が搭載されたことを特徴とする(図10参照)。   In another specific embodiment, a wiring board on which a semiconductor chip (61) on which power transistors of the first RF power amplifier circuit (PA1) and the second RF power amplifier circuit (PA2) are formed is mounted ( 60), the inductor (L63) is mounted (see FIG. 10).

より具体的な一つの実施の形態は、前記パワートランジスタと前記インダクタ(L63)が集積化された前記半導体チップ(61)はシリコン基板によって構成されたことを特徴とする(図5、図6参照)。   In a more specific embodiment, the semiconductor chip (61) in which the power transistor and the inductor (L63) are integrated is formed of a silicon substrate (see FIGS. 5 and 6). ).

更により具体的な一つの実施の形態は、前記パワートランジスタはLD型MOSランジスタである。   In an even more specific embodiment, the power transistor is an LD type MOS transistor.

他の更により具体的な一つの実施の形態は、前記パワートランジスタと前記インダクタ(L63)とが集積化された前記半導体チップ(61)は化合物半導体基板によって構成されたことを特徴とする(図11参照)。   Another even more specific embodiment is characterized in that the semiconductor chip (61) in which the power transistor and the inductor (L63) are integrated is constituted by a compound semiconductor substrate (FIG. 11).

《実施の形態の説明》
次に、実施の形態について更に詳述する。尚、発明を実施するための最良の形態を説明するための全図において、前記の図と同一の機能を有する部品には同一の符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。
<< Description of Embodiment >>
Next, the embodiment will be described in more detail. In all the drawings for explaining the best mode for carrying out the invention, components having the same functions as those in the above-mentioned drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.

《高出力RF電力増幅器モジュールの構成》
図3は、本発明の1つの実施の形態による平衡型のRF電力増幅器の構成を示す図である。
<< Configuration of High Output RF Power Amplifier Module >>
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a balanced RF power amplifier according to one embodiment of the present invention.

図3に示す平衡型のRF電力増幅器は、具体的には高出力RF電力増幅器モジュールHPA_MDとして構成されている。図3の高出力RF電力増幅器モジュールHPA_MDは、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDと同様に、入力電力分割器In_PD、第1と第2の入力位相シフタIn_PS1〜2、第1と第2の入力整合回路In_MN1〜2、第1と第2のRF電力増幅回路PA1〜2を含んでいる。また図3の高出力RF電力増幅器モジュールHPA_MDは、図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDと同様に、更に、第1と第2の出力整合回路Out_MN1〜2、第1と第2の出力位相シフタOut_PS1〜2、出力電力結合器Out_PCを含んでいる。尚、高出力RF電力増幅器モジュールHPA_MDの入力端子Inには入力容量C01を介して、824MHz〜849MHzの周波数のGSM850のRF送信入力信号と889Hz〜915MHzの周波数のGSM900のRF送信入力信号とが供給可能とされている。   The balanced RF power amplifier shown in FIG. 3 is specifically configured as a high-power RF power amplifier module HPA_MD. The high power RF power amplifier module HPA_MD in FIG. 3 is similar to the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. 1 in that the input power divider In_PD, the first and second input phase shifters In_PS1-2, and the first and second It includes input matching circuits In_MN1-2 and first and second RF power amplifier circuits PA1-2. Further, the high output RF power amplifier module HPA_MD of FIG. 3 further includes the first and second output matching circuits Out_MN1 to 2 and the first and second output phase shifters, similarly to the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. Out_PS1-2 and output power combiner Out_PC are included. The GSM850 RF transmission input signal having a frequency of 824 MHz to 849 MHz and the GSM900 RF transmission input signal having a frequency of 889 Hz to 915 MHz are supplied to the input terminal In of the high output RF power amplifier module HPA_MD via the input capacitor C01. It is possible.

図3の高出力RF電力増幅器モジュールHPA_MDの入力電力分割器In_PD、入力位相シフタIn_PS1〜2、入力整合回路In_MN1〜2、RF電力増幅回路PA1〜2、出力整合回路Out_MN1〜2、出力位相シフタOut_PS1〜2の構成は図1と同様なので、その繰り返しの説明は省略する。   Input power divider In_PD, input phase shifter In_PS1-2, input matching circuit In_MN1-2, RF power amplifier circuit PA1-2, output matching circuit Out_MN1-2, output phase shifter Out_PS1 of high output RF power amplifier module HPA_MD in FIG. Since the configurations of ˜2 are the same as those in FIG. 1, repeated description thereof is omitted.

図3の高出力RF電力増幅器モジュールHPA_MDが図1に示すRF電力増幅器モジュールHPA_MDと相違するのは、出力電力結合器Out_PCの構成と動作とのみである。   The high power RF power amplifier module HPA_MD in FIG. 3 differs from the RF power amplifier module HPA_MD shown in FIG. 1 only in the configuration and operation of the output power combiner Out_PC.

すなわち、図3の高出力RF電力増幅器モジュールHPA_MDの出力電力結合器Out_PCはウィルキンソン・パワー・コンバイナによって構成され、第1入力端子と出力端子との間に第1マイクロストリップ・ラインまたは第1無損失集中定数回路が接続され、第2入力端子と出力端子との間に第2マイクロストリップ・ラインまたは第2無損失集中定数回路が接続され、第1入力端子と第2入力端子との間にインダクタL63が接続される。出力端子に接続される負荷の入力インピーダンスが50Ωとすれば、第1と第2のマイクロストリップ・ラインは50Ω×(2)1/2=70.5Ωの特性インピーダンスとなるようなライン幅とライン長とを持ち、インダクタL63は2×50Ω=100Ωのインピーダンスを持つ。GSM800またはGSM850のGSM方式の携帯電話端末のRF周波数は略1GHzであるので、4分の1波長(λ/4)のマイクロストリップ・ラインのライン長は略4.5cmと、極めて長くなってしまう。従って、図3の高出力RF電力増幅器モジュールHPA_MDの出力電力結合器Out_PCでは、第1と第2の無損失集中定数回路が使用される。第1無損失集中定数回路は、ローパス型フィルタの容量C61、インダクタL61、容量C63によって70.5Ωのインピーダンスを持つように構成される。第2無損失集中定数回路も、ローパス型フィルタの容量C62、インダクタL62、容量C63によって70.5Ωのインピーダンスを持つように構成される。第1と第2の無損失集中定数回路はそれぞれ90°の位相を生成するので、第1と第2の無損失集中定数回路は第1入力端子と第2入力端子の間に180°の位相差を生成する。一方、第1入力端子と第2入力端子との間の100Ωのインピーダンスを持つインダクタL63は第1出力端子と第2出力端子の間に0°の位相差を生成するので、第1入力端子と第2入力端子との間で180°の位相差の信号と0°の位相差の信号とはキャンセルされて最大アイソレーションが得られる。 That is, the output power combiner Out_PC of the high output RF power amplifier module HPA_MD of FIG. 3 is constituted by a Wilkinson power combiner, and a first microstrip line or a first lossless circuit is provided between the first input terminal and the output terminal. A lumped constant circuit is connected, a second microstrip line or a second lossless lumped constant circuit is connected between the second input terminal and the output terminal, and an inductor is connected between the first input terminal and the second input terminal. L63 is connected. If the input impedance of the load connected to the output terminal is 50Ω, the first and second microstrip lines have a line width and a line such that the characteristic impedance is 50Ω × (2) 1/2 = 70.5Ω. The inductor L63 has an impedance of 2 × 50Ω = 100Ω. Since the RF frequency of a GSM mobile phone terminal of GSM800 or GSM850 is about 1 GHz, the line length of a quarter-wave (λ / 4) microstrip line is as long as about 4.5 cm. . Therefore, the first and second lossless lumped constant circuits are used in the output power combiner Out_PC of the high output RF power amplifier module HPA_MD in FIG. The first lossless lumped constant circuit is configured to have an impedance of 70.5Ω by the low-pass filter capacitor C61, inductor L61, and capacitor C63. The second lossless lumped constant circuit is also configured to have an impedance of 70.5Ω by the low-pass filter capacitor C62, inductor L62, and capacitor C63. Since the first and second lossless lumped constant circuits each generate a phase of 90 °, the first and second lossless lumped constant circuits have a position of 180 ° between the first input terminal and the second input terminal. Generate a phase difference. On the other hand, the inductor L63 having an impedance of 100Ω between the first input terminal and the second input terminal generates a phase difference of 0 ° between the first output terminal and the second output terminal. The 180 ° phase difference signal and the 0 ° phase difference signal with the second input terminal are canceled to obtain the maximum isolation.

このように、図3の高出力RF電力増幅器モジュールHPA_MDの出力電力結合器Out_PCの第1入力端子と第2入力端子との間では、図1の100Ωの抵抗R61は除去され、その代わりにインダクタL63が接続されている。   Thus, between the first input terminal and the second input terminal of the output power coupler Out_PC of the high output RF power amplifier module HPA_MD of FIG. 3, the 100Ω resistor R61 of FIG. L63 is connected.

図3の高出力RF電力増幅器モジュールHPA_MDの出力電力結合器Out_PCの第1入力端子と第2入力端子との間に接続されたインダクタL63のインダクタンスの値は、下記の計算式に従って設定される。ただし、この時のRF送信信号の周波数fは、800MHzとする。   The inductance value of the inductor L63 connected between the first input terminal and the second input terminal of the output power coupler Out_PC of the high output RF power amplifier module HPA_MD in FIG. 3 is set according to the following calculation formula. However, the frequency f of the RF transmission signal at this time is 800 MHz.

R61=jωL63=j2πfL63 …(式1)
100Ω=6.28×800×10×L63
∴L63=19.9×10−6=19.9nH
図3の高出力RF電力増幅器モジュールHPA_MDの出力電力結合器Out_PCで図1の100Ωの抵抗R61の代わりに使用されたインダクタL63の両端間には、負荷変動によって不所望なRF信号が印加される。インダクタL63のインダクタンスの値に従って、負荷変動での不所望なRF信号によるインダクタL63に流れる電流が決定される。この電流がインダクタL63に流れることによる消費電力は無効消費電力であるので、図3の出力電力結合器Out_PCのインダクタL63は図1の出力電力結合器Out_PCの抵抗R61のように熱的に破壊される可能性は低減される。
R61 = jωL63 = j2πfL63 (Expression 1)
100Ω = 6.28 × 800 × 10 6 × L63
∴L63 = 19.9 × 10 −6 = 19.9 nH
An undesired RF signal is applied between both ends of the inductor L63 used in place of the 100Ω resistor R61 of FIG. 1 in the output power coupler Out_PC of the high output RF power amplifier module HPA_MD of FIG. . In accordance with the inductance value of the inductor L63, the current flowing through the inductor L63 due to an undesired RF signal due to load variation is determined. Since the power consumed by this current flowing through the inductor L63 is reactive power, the inductor L63 of the output power coupler Out_PC in FIG. 3 is thermally destroyed like the resistor R61 of the output power coupler Out_PC in FIG. The possibility of being reduced is reduced.

図3の出力電力結合器Out_PCの好ましいインダクタL63は、出力端子Outの過渡的な負荷変動による不所望なRF信号のエネルギーを短時間に吸収する能力を持つと伴に、エネルギー吸収の際の熱的破壊の可能性が低減される工夫を有するものである。出力電力結合器Out_PCの好ましいインダクタL63の詳細は、下記の具体的な実施の形態において詳細に説明する。   The preferred inductor L63 of the output power combiner Out_PC of FIG. 3 has the ability to absorb undesired RF signal energy due to transient load fluctuations at the output terminal Out in a short time, and heat during energy absorption. It has a device that reduces the possibility of mechanical destruction. Details of the preferred inductor L63 of the output power combiner Out_PC will be described in detail in the following specific embodiments.

《具体的な高出力RF電力増幅器モジュール》
図4は、本発明の具体的な実施の形態による平衡型のRF電力増幅器の構成を示す図である。
<< Specific High-Output RF Power Amplifier Module >>
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a balanced RF power amplifier according to a specific embodiment of the present invention.

図4に示す高出力RF電力増幅器モジュールの入力分割器・入力位相シフタIn_PD&PSは、図3の高出力RF電力増幅器モジュールの入力電力分割器In_PDの機能と第1と第2の入力位相シフタIn_PS1〜2の機能とを持ったものである。すなわち、図4の入力分割器・入力位相シフタIn_PD&PSの容量C21とインダクタL22とは、入力端子の入力信号を第1出力端子と第2出力端子に信号分割すると伴に、第1と第2の出力端子に90°の位相差を生成するものである。図4の入力分割器・入力位相シフタIn_PD&PSは、図3の入力電力分割器In_PDの機能と第1と第2の入力位相シフタIn_PS1〜2と比較すると、素子数が削減され、図3の抵抗R11も省略されている。   The input divider / input phase shifter In_PD & PS of the high output RF power amplifier module shown in FIG. 4 includes the functions of the input power divider In_PD of the high output RF power amplifier module of FIG. 3 and the first and second input phase shifters In_PS1. It has two functions. That is, the capacitor C21 and the inductor L22 of the input divider / input phase shifter In_PD & PS in FIG. 4 divide the input signal of the input terminal into the first output terminal and the second output terminal, and the first and second outputs. A 90 ° phase difference is generated at the output terminal. The input divider / input phase shifter In_PD & PS in FIG. 4 has a reduced number of elements compared to the function of the input power divider In_PD in FIG. 3 and the first and second input phase shifters In_PS1 and 2, and the resistance in FIG. R11 is also omitted.

また、図4に示す高出力RF電力増幅器モジュールの出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCは、図3の高出力RF電力増幅器モジュールの第1と第2の出力整合回路Out_MN1〜2の機能と出力電力結合器Out_PCの機能とを持ったものである。すなわち、図4の出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCは、第1と第2のRF電力増幅回路PA1〜2および第1と第2の出力位相シフタOut_PS1〜2の比較的低い出力インピーダンスと出力端子Outのアンテナの比較的高い入力インピーダンスとの間を整合する機能を持っている。すなわち、図4の出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL61とインダクタL62とは、第1と第2の出力位相シフタOut_PS1〜2の比較的低い出力インピーダンスを比較的高いインピーダンスに変換する。更に、図4の出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL61とインダクタL62とは、第1と第2の出力位相シフタOut_PS1〜2の第1と第2の出力信号を結合して、結合されたRF出力信号を出力端子Outに供給する。   Further, the output matching circuit / output power combiner Out_MN & PC of the high output RF power amplifier module shown in FIG. 4 has the functions and outputs of the first and second output matching circuits Out_MN1 and 2 of the high output RF power amplifier module of FIG. It has the function of the power combiner Out_PC. In other words, the output matching circuit / output power combiner Out_MN & PC in FIG. 4 includes relatively low output impedances and outputs of the first and second RF power amplifier circuits PA1-2 and the first and second output phase shifters Out_PS1-2. It has a function of matching with the relatively high input impedance of the antenna at the terminal Out. That is, the inductor L61 and the inductor L62 of the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC in FIG. 4 convert the relatively low output impedances of the first and second output phase shifters Out_PS1 to 2 into relatively high impedances. Further, the inductor L61 and the inductor L62 of the output matching circuit / output power combiner Out_MN & PC of FIG. 4 combine the first and second output signals of the first and second output phase shifters Out_PS1 to 2 and combine them. The RF output signal is supplied to the output terminal Out.

従って、図4の第1と第2の出力位相シフタOut_PS1〜2と出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCは、図3の第1と第2の出力整合回路Out_MN1〜2、第1と第2の出力位相シフタOut_PS1〜2、出力電力結合器Out_PCと比較すると、素子数が削減されている。   Accordingly, the first and second output phase shifters Out_PS1 to 2 and the output matching circuit / output power combiner Out_MN & PC in FIG. 4 are the same as the first and second output matching circuits Out_MN1 to 2, first and second in FIG. Compared with the output phase shifter Out_PS1 to 2 and the output power combiner Out_PC, the number of elements is reduced.

尚、図4に示す高出力RF電力増幅器モジュールでは、RF集積回路を介してベースバンド処理ユニットから供給される送信パワーレベル信号Vrampによる自動パワー制御(APC:Automatic Power Control)を行うためにパワー検出器Pdetが配置されている。パワー検出器Pdetは、第1検出回路DET1と第2検出回路DET2と加算回路Sumとを含んでいる。第1検出回路DET1の入力端子には容量C64と第1出力位相シフタOut_PS1を介して第1RF電力増幅回路PA1の出力信号が供給され、第2検出回路DET2の入力端子には容量C65と第2出力位相シフタOut_PS2と介して第1RF電力増幅回路PA1の出力信号が供給されている。第1検出回路DET1の検出出力信号と第2検出回路DET2の検出出力信号とは加算回路Sumに供給され、加算回路Sumの出力から生成されるパワー検出信号Vdetは自動パワー制御増幅器APC_Ampの反転入力端子−に供給される。自動パワー制御増幅器APC_Ampの非反転入力端子+には送信パワーレベル信号Vrampが供給されて、自動パワー制御増幅器APC_Ampの出力から生成される自動パワー制御信号VapcによってRF電力増幅器モジュールHPA_MDの入力端子Inに接続された可変利得増幅器VGAの利得が制御される。   In the high-power RF power amplifier module shown in FIG. 4, power detection is performed to perform automatic power control (APC: Automatic Power Control) using a transmission power level signal Vramp supplied from a baseband processing unit via an RF integrated circuit. A device Pdet is arranged. The power detector Pdet includes a first detection circuit DET1, a second detection circuit DET2, and an addition circuit Sum. The output signal of the first RF power amplifier circuit PA1 is supplied to the input terminal of the first detection circuit DET1 via the capacitor C64 and the first output phase shifter Out_PS1, and the capacitor C65 and the second signal are supplied to the input terminal of the second detection circuit DET2. The output signal of the first RF power amplifier circuit PA1 is supplied via the output phase shifter Out_PS2. The detection output signal of the first detection circuit DET1 and the detection output signal of the second detection circuit DET2 are supplied to the addition circuit Sum, and the power detection signal Vdet generated from the output of the addition circuit Sum is the inverting input of the automatic power control amplifier APC_Amp. To the terminal. A transmission power level signal Vramp is supplied to the non-inverting input terminal + of the automatic power control amplifier APC_Amp, and the automatic power control signal Vapc generated from the output of the automatic power control amplifier APC_Amp is applied to the input terminal In of the RF power amplifier module HPA_MD. The gain of the connected variable gain amplifier VGA is controlled.

図5は、図4に示す高出力RF電力増幅器モジュールにおける第1と第2のRF電力増幅回路PA1〜2の最終段RF増幅器A3および第1と第2の出力位相シフタOut_PS1〜2および出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのデバイス配置を示す図である。   5 shows the final stage RF amplifier A3 and the first and second output phase shifters Out_PS1-2 and output matching of the first and second RF power amplifier circuits PA1-2 in the high-power RF power amplifier module shown in FIG. It is a figure which shows the device arrangement | positioning of a circuit and output electric power coupler Out_MN & PC.

図5の左側には、第1と第2のRF電力増幅回路PA1〜2の初段RF増幅器A1と次段RF増幅器A2と最終段RF増幅器A3を構成する複数のLD型NチャンネルパワーMOSトランジスタを集積化したシリコンチップSi_Chipが配置されている。しかし、図5では、第1と第2のRF電力増幅回路PA1〜2の最終段RF増幅器A3のパワーMOSトランジスタのみ示されている。2個の最終段RF増幅器A3のパワーMOSトランジスタの間には、図3の出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL63を構成するスパイラル・インダクタが配置されている。   On the left side of FIG. 5, a plurality of LD type N-channel power MOS transistors constituting the first stage RF amplifier A1, the next stage RF amplifier A2, and the last stage RF amplifier A3 of the first and second RF power amplifier circuits PA1 and PA2 are shown. An integrated silicon chip Si_Chip is arranged. However, in FIG. 5, only the power MOS transistor of the final stage RF amplifier A3 of the first and second RF power amplifier circuits PA1-2 is shown. Between the power MOS transistors of the two final stage RF amplifiers A3, a spiral inductor constituting the inductor L63 of the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC of FIG. 3 is arranged.

一方、図5の右側には、図4に示す高出力RF電力増幅器モジュールの配線基板の一部が示されている。図5の右側の配線基板の一部には、図4の高出力RF電力増幅器モジュールの第1と第2の出力位相シフタOut_PS1〜2および出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCを構成するための超小型電子部品が搭載されている。この超小型電子部品は「0603型」の表面実装デバイス(SMD)であり、インダクタは記号SMD_Lと実線とで示され、容量は記号SMD_Cと破線とで示されている。   On the other hand, a part of the wiring board of the high-power RF power amplifier module shown in FIG. 4 is shown on the right side of FIG. A part of the wiring board on the right side of FIG. 5 is used to configure the first and second output phase shifters Out_PS1 to 2 and the output matching circuit / output power combiner Out_MN & PC of the high output RF power amplifier module of FIG. It is equipped with ultra-small electronic components. This microelectronic component is a “0603 type” surface mount device (SMD), an inductor is indicated by a symbol SMD_L and a solid line, and a capacitance is indicated by a symbol SMD_C and a broken line.

第1RF電力増幅回路PA1の最終段RF増幅器A3のパワーMOSトランジスタのドレインは、3本のボンディングワイヤWBによって第1出力位相シフタOut_PS1を構成するインダクタL51の一端に接続されている。第1出力位相シフタOut_PS1で、インダクタL51の他端は容量C51の一端に接続され、容量C51の他端は接地配線GNDに接続される。第1出力位相シフタOut_PS1のインダクタL51の他端と容量C51の一端とは配線領域T1に接続され、配線領域T1はシリコンチップSi_Chip上のインダクタL63の一端と出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL61の一端に接続されている。出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCで、インダクタL61の他端は出力端子Outの配線領域に接続され、出力端子Outの配線領域は容量C63の一端に接続され、容量C63の他端は接地配線GNDに接続される。   The drain of the power MOS transistor of the final stage RF amplifier A3 of the first RF power amplifier circuit PA1 is connected to one end of an inductor L51 constituting the first output phase shifter Out_PS1 by three bonding wires WB. In the first output phase shifter Out_PS1, the other end of the inductor L51 is connected to one end of the capacitor C51, and the other end of the capacitor C51 is connected to the ground wiring GND. The other end of the inductor L51 of the first output phase shifter Out_PS1 and one end of the capacitor C51 are connected to the wiring region T1, and the wiring region T1 is connected to one end of the inductor L63 on the silicon chip Si_Chip and the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC. It is connected to one end of the inductor L61. In the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC, the other end of the inductor L61 is connected to the wiring region of the output terminal Out, the wiring region of the output terminal Out is connected to one end of the capacitor C63, and the other end of the capacitor C63 is grounded. Connected to GND.

第2RF電力増幅回路PA2の最終段RF増幅器A3のパワーMOSトランジスタのドレインも、3本のボンディングワイヤWBによって第2出力位相シフタOut_PS2を構成する容量C52の一端に接続されている。第2出力位相シフタOut_PS2で、容量C52の他端はインダクタL52の一端に接続され、インダクタL52の他端は接地配線GNDに接続される。第2出力位相シフタOut_PS2の容量C52の他端とインダクタL52の一端とは配線領域T2に接続され、配線領域T2はシリコンチップSi_Chip上のインダクタL63の他端と出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL62の一端に接続されている。出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCで、インダクタL62の他端は出力端子Outの配線領域に接続され、出力端子Outの配線領域は容量C63の一端に接続され、容量C63の他端は接地配線GNDに接続される。また、第2出力位相シフタOut_PS2のインダクタL52の一端と他端とには、出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCの容量C62の一端と他端とがそれぞれ接続されている。   The drain of the power MOS transistor of the final-stage RF amplifier A3 of the second RF power amplifier circuit PA2 is also connected to one end of the capacitor C52 constituting the second output phase shifter Out_PS2 by three bonding wires WB. In the second output phase shifter Out_PS2, the other end of the capacitor C52 is connected to one end of the inductor L52, and the other end of the inductor L52 is connected to the ground wiring GND. The other end of the capacitor C52 of the second output phase shifter Out_PS2 and one end of the inductor L52 are connected to the wiring region T2, and the wiring region T2 is connected to the other end of the inductor L63 on the silicon chip Si_Chip and the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC. Connected to one end of the inductor L62. In the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC, the other end of the inductor L62 is connected to the wiring region of the output terminal Out, the wiring region of the output terminal Out is connected to one end of the capacitor C63, and the other end of the capacitor C63 is grounded. Connected to GND. Also, one end and the other end of the capacitor C62 of the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC are connected to one end and the other end of the inductor L52 of the second output phase shifter Out_PS2, respectively.

図6は、図5に示した高出力RF電力増幅器モジュールの配線基板およびシリコンチップSi_Chipの要部端面構造を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing a structure of an end face of a main part of the wiring board and silicon chip Si_Chip of the high-power RF power amplifier module shown in FIG.

図6に示すように、配線基板60は最上層配線WL0と中間層配線WL1と最下層配線WL2とを含む多層配線絶縁基板によって構成され、配線基板60の上にはシリコンチップ61と0603型表面実装デバイス(SMD)62とが搭載されている。配線基板60には、放熱と接地強化のための高熱伝導性・高導電性物質で形成されたビアViaが、配線基板60の最上層から最下層までを貫通するように形成されている。ビアViaの上部にはシリコンチップ61の下側主表面が半田によって電気的かつ機械的に接続されている一方、ビアViaの下部には携帯電話端末のマザーボードの接地配線と半田によって熱的かつ電気的かつ機械的に接続される接地配線GNDが形成されている。配線基板60の下側主表面でビアViaの下部に形成された接地配線GNDの周辺には、携帯電話端末のマザーボードの信号配線と電気的かつ機械的に接続される複数の信号端子Tが形成されている。   As shown in FIG. 6, the wiring board 60 is constituted by a multilayer wiring insulating substrate including an uppermost layer wiring WL0, an intermediate layer wiring WL1, and a lowermost layer wiring WL2, and a silicon chip 61 and a 0603 type surface are formed on the wiring substrate 60. A mounting device (SMD) 62 is mounted. In the wiring board 60, vias formed of a highly heat conductive and highly conductive material for heat dissipation and grounding reinforcement are formed so as to penetrate from the uppermost layer to the lowermost layer of the wiring board 60. The lower main surface of the silicon chip 61 is electrically and mechanically connected to the upper portion of the via Via by solder, while the lower main surface of the silicon chip 61 is thermally and electrically connected to the ground wiring of the motherboard of the mobile phone terminal and solder by the solder. A ground wiring GND that is connected mechanically and mechanically is formed. A plurality of signal terminals T that are electrically and mechanically connected to the signal wiring of the mother board of the mobile phone terminal are formed around the ground wiring GND formed on the lower main surface of the wiring board 60 and below the vias. Has been.

このように、図6に示した高出力RF電力増幅器モジュールでは、第1と第2のRF電力増幅回路PA1〜2を構成する複数のパワーMOSトランジスタを集積化したシリコンチップ61は、配線基板60に形成された低熱抵抗の放熱ビアViaの上部に形成されている。従って、シリコンチップ61からの熱は、放熱ビアViaと接地配線GNDとを介して携帯電話端末のマザーボードへ効率的に放散されることができる。   As described above, in the high-power RF power amplifier module shown in FIG. 6, the silicon chip 61 in which the plurality of power MOS transistors constituting the first and second RF power amplifier circuits PA1 and PA2 are integrated includes the wiring substrate 60. Is formed on the heat radiation via via having a low thermal resistance. Therefore, the heat from the silicon chip 61 can be efficiently dissipated to the mother board of the mobile phone terminal through the heat dissipation vias and the ground wiring GND.

従って、出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL63が出力端子Outでの負荷変動による不所望なRF信号のエネルギーを短時間で吸収する際に多少の発熱を伴ったとしても、このインダクタL63からの熱も効率的に放散されることができる。   Therefore, even if the inductor L63 of the output matching circuit / output power combiner Out_MN & PC absorbs an undesired RF signal energy due to load fluctuation at the output terminal Out in a short time, this inductor L63 The heat from can also be dissipated efficiently.

尚、厚み(t)が0.23mmの0603型表面実装デバイス(SMD)62を利用して、また、パワーMOSトランジスタの熱抵抗低減のため略0.2mmの厚みとしたシリコンチップ61を利用する。更に、ボンディングワイヤWBのワイヤ高さも略0.3mm以下に設定する。ボンディングワイヤWBを配線するワイヤボンディング工程の後、表面保護樹脂63をRF電力増幅器モジュールの表面に形成する。その結果、RF電力増幅器モジュールのトータルの厚みを略1.2mmまたはそれ以下に設定することができるので、近年の小型・薄型の携帯電話端末内部に図6の高出力RF電力増幅器モジュールは容易に搭載可能とされるものである。   A 0603 type surface mount device (SMD) 62 having a thickness (t) of 0.23 mm is used, and a silicon chip 61 having a thickness of about 0.2 mm is used to reduce the thermal resistance of the power MOS transistor. . Furthermore, the wire height of the bonding wire WB is also set to about 0.3 mm or less. After the wire bonding step of wiring the bonding wire WB, the surface protection resin 63 is formed on the surface of the RF power amplifier module. As a result, the total thickness of the RF power amplifier module can be set to approximately 1.2 mm or less, so that the high-power RF power amplifier module of FIG. It can be installed.

《シリコンチップに集積化されたインダクタ》
図7は、図6に示したシリコンチップ61に集積化された出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL63の平面構造と要部端面構造を示す図である。
《Inductor integrated on silicon chip》
FIG. 7 is a diagram showing the planar structure and the end face structure of the inductor L63 of the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC integrated on the silicon chip 61 shown in FIG.

図7(A)にはインダクタL63の平面構造が示され、図7(B)にはインダクタL63の要部端面構造が示されている。   FIG. 7A shows a planar structure of the inductor L63, and FIG. 7B shows a principal end face structure of the inductor L63.

図7(A)に示すように、スパイラル形状のインダクタL63の最外周の右上の一端で図6の配線領域T1に接続され、インダクタL63の最内周の左下の他端はクロスアンダー配線を介して図6の配線領域T2に接続される。更に、スパイラル形状のインダクタL63の最外周の外部には、カードリングGDが形成されている。このカードリングGDは、その内部のインダクタL63を、周辺からのRF妨害信号もしくは漏洩電荷の影響から保護する機能を持ったものである。   As shown in FIG. 7A, the upper right end of the outermost periphery of the spiral inductor L63 is connected to the wiring region T1 of FIG. 6, and the lower left end of the innermost periphery of the inductor L63 is connected via a cross-under wiring. Are connected to the wiring region T2 of FIG. Further, a card ring GD is formed outside the outermost periphery of the spiral inductor L63. This card ring GD has a function of protecting the inductor L63 in the card ring GD from the influence of an RF interference signal or leakage charge from the periphery.

図7(B)に示すように、スパイラル形状のインダクタL63はシリコンチップ61で最上層信号配線M2によって主に形成されている。しかし、インダクタL63の最内周の左下の他端に接続されたクロスアンダー配線は、最上層ビア配線Via2と中間層信号配線M1とによって形成されている。カードリングGDは、シリコンチップ61で中間層信号配線M1と中間層ビア配線Via1と最下層信号配線M0と最下層ビア配線Via0によって形成されている。このカードリングGDの下部は、シリコンチップ61を貫通して形成されたP型高濃度不純物領域Pを介してチップ裏面接地電極GNDに接続される。 As shown in FIG. 7B, the spiral-shaped inductor L63 is mainly formed of the silicon chip 61 by the uppermost signal wiring M2. However, the cross under wiring connected to the lower left other end of the innermost circumference of the inductor L63 is formed by the uppermost layer via wiring Via2 and the intermediate layer signal wiring M1. The card ring GD is formed of the silicon chip 61 by the intermediate layer signal wiring M1, the intermediate layer via wiring Via1, the lowermost layer signal wiring M0, and the lowermost layer via wiring Via0. The lower portion of the card ring GD is connected to the chip back surface ground electrode GND through a P-type high concentration impurity region P + formed through the silicon chip 61.

出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL63は、出力端子Outでの負荷変動による不所望なRF信号によって磁界を発生して、この磁界によって渦電流(Eddy Current)がシリコンチップ61の導電層もしくはチップ裏面接地電極GNDに流れる。この渦電流の通過によって負荷変動による不所望なRF信号のエネルギーが短時間で吸収される。その際に、多少の発熱を伴っても、このインダクタL63からの熱は図6に示した配線基板60に形成された低熱抵抗の放熱ビアViaと接地配線GNDとを介して効率的に放散されることができる。   The inductor L63 of the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC generates a magnetic field by an undesired RF signal due to load fluctuations at the output terminal Out, and the eddy current (Eddy Current) is generated by the magnetic field by the conductive layer of the silicon chip 61. Alternatively, it flows to the chip back surface ground electrode GND. By passing the eddy current, the energy of an undesired RF signal due to load fluctuation is absorbed in a short time. At this time, even if some heat is generated, the heat from the inductor L63 is efficiently dissipated through the low thermal resistance heat radiation vias and the ground wiring GND formed in the wiring board 60 shown in FIG. Can.

図8は、図5乃至図7に示したシリコンチップ61に集積化された出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL63のRF特性に関する実測データを示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing measured data regarding the RF characteristics of the inductor L63 of the output matching circuit / output power combiner Out_MN & PC integrated on the silicon chip 61 shown in FIGS.

図8(A)にはインダクタL63のQ値が示され、図8(B)にはインダクタL63の直列抵抗成分Rが示され、図8(C)にはインダクタL63のインダクタンスLが示されている。   8A shows the Q value of the inductor L63, FIG. 8B shows the series resistance component R of the inductor L63, and FIG. 8C shows the inductance L of the inductor L63. Yes.

GSM850のRF送信入力信号は824MHz〜849MHzの周波数であり、GSM900のRF送信入力信号は889Hz〜915MHzの周波数である。また、DCS1800のRF送信入力信号は1710MHz〜1785MHzの周波数であり、PCS1900のRF送信入力信号は1850Hz〜1910MHzの周波数である。従って、携帯電話端末で使用されるRF送信周波数は、基本波成分でも略800MHz〜2GHzで、2倍高調波成分でも略4GHzである。   The RF transmission input signal of GSM850 has a frequency of 824 MHz to 849 MHz, and the RF transmission input signal of GSM900 has a frequency of 889 Hz to 915 MHz. Further, the RF transmission input signal of DCS 1800 has a frequency of 1710 MHz to 1785 MHz, and the RF transmission input signal of PCS 1900 has a frequency of 1850 Hz to 1910 MHz. Therefore, the RF transmission frequency used in the mobile phone terminal is approximately 800 MHz to 2 GHz even for the fundamental wave component, and approximately 4 GHz for the second harmonic component.

図8(C)からインダクタL63のインダクタンスLは略4GHzの付近まで略一定の値であるのに対して、図8(B)からインダクタL63の直列抵抗成分Rは周波数の増加に対して急激に増加することが理解できる。インダクタL63の直列抵抗成分Rは周波数の増加に対して急激に増加するのは、直列抵抗成分RがインダクタL63の磁界によって生成される渦電流による損失が周波数の増加によって増加するためと推察される。   From FIG. 8 (C), the inductance L of the inductor L63 is a substantially constant value up to about 4 GHz, whereas from FIG. 8 (B), the series resistance component R of the inductor L63 abruptly increases as the frequency increases. It can be understood that it increases. The reason why the series resistance component R of the inductor L63 rapidly increases as the frequency increases is presumed that the loss due to the eddy current generated in the series resistance component R by the magnetic field of the inductor L63 increases as the frequency increases. .

従って、図8(A)に示すようにインダクタL63のQ値(Q=jωL63/R)は、は略4GHzの付近で大幅に低下している。しかし、シリコンチップ61に集積化された出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL63の高周波でのQ値の低下は、出力端子Outでの過渡的な負荷変動による不所望なRF信号のエネルギーを短時間に吸収すると言う好適な動作となるものである。   Therefore, as shown in FIG. 8A, the Q value (Q = jωL63 / R) of the inductor L63 is significantly reduced in the vicinity of about 4 GHz. However, a decrease in the Q value at a high frequency of the inductor L63 of the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC integrated on the silicon chip 61 is caused by an undesired RF signal energy due to a transient load fluctuation at the output terminal Out. This is a suitable operation for absorbing the water in a short time.

図9は、図4乃至図7に示した高出力RF電力増幅器モジュールにおいて、出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCの第1と第2の入力端子の間に図1の場合のように抵抗R61を接続した場合と図4のようにインダクタL63を接続した場合とのRF特性を示す図である。尚、図9は、VSWR(電圧定在波比)の比が9:1の状態での高周波回路シミュレーションの結果を示したものである。   FIG. 9 shows a resistor R61 between the first and second input terminals of the output matching circuit / output power combiner Out_MN & PC in the high output RF power amplifier module shown in FIGS. FIG. 5 is a diagram showing RF characteristics when the capacitor is connected and when the inductor L63 is connected as shown in FIG. FIG. 9 shows the result of a high-frequency circuit simulation in a state where the ratio of VSWR (voltage standing wave ratio) is 9: 1.

図9(A)は、RF送信出力信号の位相の変化に対するRF送信電力Poutの変化を、抵抗R61を接続した場合とインダクタL63を接続した場合とで比較したものである。抵抗R61を接続した場合よりも、インダクタL63を接続した場合の方がRF送信出力信号の位相の変化に対するRF送信電力Poutの変化を小さくすることができる。   FIG. 9A compares the change in the RF transmission power Pout with respect to the change in the phase of the RF transmission output signal between when the resistor R61 is connected and when the inductor L63 is connected. The change in the RF transmission power Pout with respect to the change in the phase of the RF transmission output signal can be made smaller when the inductor L63 is connected than when the resistor R61 is connected.

図9(B)は、RF送信出力信号の位相の変化に対する抵抗R61の消費電流の変化とインダクタL63の消費電流の変化とを比較したものである。どちらの場合も、RF送信出力信号の位相の変化に対する素子の消費電流の変化は、略同一の傾向となっている。   FIG. 9B shows a comparison between a change in current consumption of the resistor R61 and a change in current consumption of the inductor L63 with respect to a change in the phase of the RF transmission output signal. In both cases, the change in the current consumption of the element with respect to the change in the phase of the RF transmission output signal has substantially the same tendency.

《インダクタの他の構成》
図10は、図4に示す高出力RF電力増幅器モジュールの出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL63の他の要部端面構造を示す図である。
<< Other configurations of inductor >>
FIG. 10 is a diagram showing another end face structure of the inductor L63 of the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC of the high-power RF power amplifier module shown in FIG.

図10では、出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL63は図5乃至図7のようにシリコンチップ61に集積化されるのではなく、配線基板60に形成されている。   In FIG. 10, the inductor L63 of the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC is not integrated on the silicon chip 61 as shown in FIGS. 5 to 7, but is formed on the wiring substrate 60.

すなわち、図10に示すように、出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのスパイラル形状のインダクタL63は、配線基板60の最上層配線WL0によって構成されている。また、このインダクタL63は、出力端子Outの負荷変動による不所望なRF信号によって磁界を発生して、この磁界によって渦電流(Eddy Current)が中間層配線WL1に流れる。この渦電流の通過によって負荷変動による不所望なRF信号のエネルギーが、短時間で吸収される。その際に、多少の発熱を伴っても、このインダクタL63からの熱は配線基板60に形成されたビアと接地配線GNDとを介して効率的に放散されることができる。尚、インダクタL63の最内周の端子は、図示されていないがボンディングワイヤによってインダクタL63の最外周の外部の信号配線にクロスオーバーで電気的に接続されることかできる。   That is, as shown in FIG. 10, the spiral inductor L63 of the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC is configured by the uppermost layer wiring WL0 of the wiring board 60. Further, the inductor L63 generates a magnetic field by an undesired RF signal due to a load variation at the output terminal Out, and an eddy current flows through the intermediate layer wiring WL1 by this magnetic field. Due to the passage of the eddy current, energy of an undesired RF signal due to load fluctuation is absorbed in a short time. At this time, even if some heat is generated, the heat from the inductor L63 can be efficiently dissipated through the vias formed in the wiring board 60 and the ground wiring GND. The innermost terminal of the inductor L63 can be electrically connected by crossover to an external signal line on the outermost periphery of the inductor L63 by a bonding wire, although not shown.

図11は、図4に示す高出力RF電力増幅器モジュールの出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL63をGaAs化合物半導体チップGaAs_Chip上に集積化した場合の要部端面構造を示す図である。GaAs化合物半導体チップGaAs_Chipには、第1と第2のRF電力増幅回路PA2の最終段RF増幅器A3のパワートランジスタとしてのヘテロバイポーラトランジスタ(HBT:Hetero Bipolar Transistor)も、集積化されている。化合物半導体チップGaAs_Chipの表面にヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)のコレクタ層(C)とベース層(B)とエミッタ層(E)とが順番に形成されて、エミッタ層(E)はチップGaAs_Chipを貫通して形成されたビアViaを介して裏面の接地電極GNDに熱的に電気的に接続されている。エミッタ層(E)に接続されたビアViaと裏面の接地電極GNDとを介して、ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)からの熱が、効率的に放散されることができる。   FIG. 11 is a diagram showing an end face structure of a main part when the inductor L63 of the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC of the high output RF power amplifier module shown in FIG. 4 is integrated on the GaAs compound semiconductor chip GaAs_Chip. In the GaAs compound semiconductor chip GaAs_Chip, a hetero bipolar transistor (HBT) as a power transistor of the final stage RF amplifier A3 of the first and second RF power amplifier circuits PA2 is also integrated. On the surface of the compound semiconductor chip GaAs_Chip, a collector layer (C), a base layer (B) and an emitter layer (E) of a heterobipolar transistor (HBT) are formed in order, and the emitter layer (E) penetrates the chip GaAs_Chip. And electrically connected to the ground electrode GND on the back surface via the vias formed in this manner. Heat from the heterobipolar transistor (HBT) can be efficiently dissipated through the via via connected to the emitter layer (E) and the ground electrode GND on the back surface.

インダクタL63は、GaAs化合物半導体チップGaAs_Chipの最上層配線によって形成される。また、このインダクタL63は、出力端子Outの負荷変動による不所望なRF信号によって磁界を発生して、この磁界によって渦電流(Eddy Current)が最下層配線に流れる。この渦電流の通過によって負荷変動による不所望なRF信号のエネルギーが、短時間で吸収される。その際に、多少の発熱を伴っても、このインダクタL63からの熱は他のビアViaと裏面の接地電極GNDとを介して効率的に放散されることができる。尚、インダクタL63の最内周の端子は、図示されていないがボンディングワイヤによってインダクタL63の最外周の外部の信号配線にクロスオーバーで電気的に接続されることかできる。また、ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)のエミッタ層(E)に接続されたビアViaと、インダクタL63の直下の最下層配線に接続された他のビアViaとは、GaAs化合物半導体チップGaAs_Chipの裏面でのドライエッチングプロセスで同時に形成されることができる。   The inductor L63 is formed by the uppermost layer wiring of the GaAs compound semiconductor chip GaAs_Chip. Further, the inductor L63 generates a magnetic field by an undesired RF signal due to the load fluctuation of the output terminal Out, and an eddy current (Eddy Current) flows to the lowermost layer wiring due to the magnetic field. Due to the passage of the eddy current, energy of an undesired RF signal due to load fluctuation is absorbed in a short time. At this time, even if some heat is generated, the heat from the inductor L63 can be efficiently dissipated through the other vias Via and the ground electrode GND on the back surface. The innermost terminal of the inductor L63 can be electrically connected by crossover to an external signal line on the outermost periphery of the inductor L63 by a bonding wire, although not shown. In addition, the vias connected to the emitter layer (E) of the heterobipolar transistor (HBT) and the other vias connected to the lowermost layer wiring just below the inductor L63 are on the back surface of the GaAs compound semiconductor chip GaAs_Chip. They can be simultaneously formed by a dry etching process.

図12は、図6に示したシリコンチップ61に集積化されることが可能な出力整合回路・出力電力結合器Out_MN&PCのインダクタL63の他の平面構造を示す図である。   FIG. 12 is a diagram showing another planar structure of the inductor L63 of the output matching circuit / output power coupler Out_MN & PC that can be integrated in the silicon chip 61 shown in FIG.

図12に示すように、図7(A)と同一の構造を持つスパイラル形状のインダクタL63の上部には、凹型の形状のインダクタL64が形成されている。下部のインダクタL63は出力端子Outでの負荷変動による不所望なRF信号によって磁界を発生すると、上部のインダクタL64の一端T3と他端T4の間にも検出信号が生成されることができる。このようにして、上部のインダクタL64は、下部のインダクタL63と磁気的に結合したものである。   As shown in FIG. 12, a concave inductor L64 is formed on the top of a spiral inductor L63 having the same structure as in FIG. When the lower inductor L63 generates a magnetic field by an undesired RF signal due to load fluctuation at the output terminal Out, a detection signal can be generated between one end T3 and the other end T4 of the upper inductor L64. Thus, the upper inductor L64 is magnetically coupled to the lower inductor L63.

図13は、図12に示した下部のインダクタL63と磁気的に結合した上部のインダクタL64の一端T3と他端T4の間に生成される検出信号を利用した本発明の他の具体的な実施の形態による平衡型のRF電力増幅器の構成を示す図である。   FIG. 13 shows another specific implementation of the present invention using a detection signal generated between one end T3 and the other end T4 of the upper inductor L64 magnetically coupled to the lower inductor L63 shown in FIG. It is a figure which shows the structure of the balanced type RF power amplifier by the form of.

図13に示すRF電力増幅器が図4に示す高出力RF電力増幅器と相違するのは、下記の点である。   The RF power amplifier shown in FIG. 13 is different from the high-power RF power amplifier shown in FIG. 4 in the following points.

すなわち、図12に示した下部のインダクタL63と磁気的に結合した上部のインダクタL64の一端T3と他端T4の間に生成される検出信号は、誤差増幅器Err_Ampの非反転入力端子+と反転入力端子−とに供給され、誤差増幅器Err_Ampのパワー検出信号Vdetは自動パワー制御増幅器APC_Ampの反転入力端子−に供給される。自動パワー制御増幅器APC_Ampの非反転入力端子+には送信パワーレベル信号Vrampが供給されて、自動パワー制御増幅器APC_Ampの出力から生成される自動パワー制御信号VapcによってRF電力増幅器モジュールHPA_MDの入力端子Inに接続された可変利得増幅器VGAの利得が制御される。   That is, the detection signal generated between one end T3 and the other end T4 of the upper inductor L64 magnetically coupled to the lower inductor L63 shown in FIG. 12 is the non-inverting input terminal + and the inverting input of the error amplifier Err_Amp. And the power detection signal Vdet of the error amplifier Err_Amp is supplied to the inverting input terminal of the automatic power control amplifier APC_Amp. A transmission power level signal Vramp is supplied to the non-inverting input terminal + of the automatic power control amplifier APC_Amp, and the automatic power control signal Vapc generated from the output of the automatic power control amplifier APC_Amp is applied to the input terminal In of the RF power amplifier module HPA_MD. The gain of the connected variable gain amplifier VGA is controlled.

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。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.

例えば、本発明は、デュアルバンドのRF電力増幅器モジュールにも、適用することが可能である。すなわち、デュアルバンドのローバンドであるGSM850のRF送信入力信号(824MHz〜849MHz)とGSM900のRF送信入力信号(889Hz〜915MHz)とを増幅する第1のローバンド平衡型RF電力増幅器の出力電力結合器に本発明を採用する。また、デュアルバンドのハイバンドであるDCS1800のRF送信入力信号(1710MHz〜1785MHz)とPCS1900のRF送信入力信号(1850Hz〜1910MHz)とを増幅する第2のハイバンド平衡型RF電力増幅器の出力電力結合器にも、本発明を採用する。   For example, the present invention can be applied to a dual-band RF power amplifier module. That is, the output power combiner of the first low-band balanced RF power amplifier that amplifies the GSM850 RF transmission input signal (824 MHz to 849 MHz) and the GSM900 RF transmission input signal (889 Hz to 915 MHz), which is a dual band low band. The present invention is adopted. Also, the output power combination of the second high-band balanced RF power amplifier that amplifies the RF transmission input signal (1710 MHz to 1785 MHz) of DCS1800, which is a dual band high band, and the RF transmission input signal (1850 Hz to 1910 MHz) of PCS1900. The present invention is also applied to the vessel.

更に、本発明は上述のようにGSM方式だけに限定されるものではなく、WCDMAのRF送信入力信号を増幅する第3の平衡型RF電力増幅器の出力電力結合器にも、本発明を採用することが可能である。それによって、マルチモードのRF電力増幅器モジュールを構成することが可能である。   Further, the present invention is not limited to the GSM system as described above, and the present invention is also applied to the output power combiner of the third balanced RF power amplifier that amplifies the WCDMA RF transmission input signal. It is possible. Thereby, it is possible to configure a multi-mode RF power amplifier module.

図1は、本発明に先立って本発明者等により検討された平衡型のRF電力増幅器を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a balanced RF power amplifier studied by the present inventors prior to the present invention. 図2は、図1に示すRF電力増幅器モジュールにおいて、負荷変動によって電圧定在波比の値が変化した場合の出力電力結合器の抵抗の消費電力を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the power consumption of the resistance of the output power combiner when the value of the voltage standing wave ratio changes due to load fluctuations in the RF power amplifier module shown in FIG. 図3は、本発明の1つの実施の形態による平衡型のRF電力増幅器の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a balanced RF power amplifier according to one embodiment of the present invention. 図4は、本発明の具体的な実施の形態による平衡型のRF電力増幅器の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a balanced RF power amplifier according to a specific embodiment of the present invention. 図5は、図4に示す高出力RF電力増幅器モジュールにおける第1と第2のRF電力増幅回路の最終段RF増幅器および第1と第2の出力位相シフタおよび出力整合回路・出力電力結合器のデバイス配置を示す図である。FIG. 5 shows the final stage RF amplifier of the first and second RF power amplifier circuits, the first and second output phase shifters, the output matching circuit and the output power combiner in the high output RF power amplifier module shown in FIG. It is a figure which shows device arrangement | positioning. 図6は、図5に示した高出力RF電力増幅器モジュールの配線基板およびシリコンチップの要部端面構造を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a principal-part end face structure of the wiring board and silicon chip of the high-power RF power amplifier module shown in FIG. 図7は、図6に示したシリコンチップに集積化された出力整合回路・出力電力結合器のインダクタの平面構造と要部端面構造を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a planar structure and an end face structure of the main part of the inductor of the output matching circuit / output power coupler integrated on the silicon chip shown in FIG. 図8は、図5乃至図7に示したシリコンチップに集積化された出力整合回路・出力電力結合器のインダクタのRF特性に関する実測データを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing measured data relating to the RF characteristics of the inductor of the output matching circuit / output power coupler integrated on the silicon chip shown in FIGS. 図9は、図4乃至図7に示した高出力RF電力増幅器モジュールにおいて、出力整合回路・出力電力結合器の第1と第2の入力端子の間に図1の場合のように抵抗を接続した場合と図4のようにインダクタを接続した場合とのRF特性を示す図である。FIG. 9 shows a high-power RF power amplifier module shown in FIGS. 4 to 7, in which a resistor is connected between the first and second input terminals of the output matching circuit / output power coupler as shown in FIG. It is a figure which shows RF characteristic with the case where it connects and the case where an inductor is connected like FIG. 図10は、図4に示す高出力RF電力増幅器モジュールの出力整合回路・出力電力結合器のインダクタの他の要部端面構造を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another end face structure of the inductor of the output matching circuit / output power coupler of the high output RF power amplifier module shown in FIG. 図11は、図4に示す高出力RF電力増幅器モジュールの出力整合回路・出力電力結合器のインダクタをGaAs化合物半導体チップ上に集積化した場合の要部端面構造を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an end face structure of a main part when the inductor of the output matching circuit / output power coupler of the high output RF power amplifier module shown in FIG. 4 is integrated on a GaAs compound semiconductor chip. 図12は、図6に示したシリコンチップに集積化されることが可能な出力整合回路・出力電力結合器のインダクタの他の平面構造を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing another planar structure of the inductor of the output matching circuit / output power coupler that can be integrated on the silicon chip shown in FIG. 図13は、図12に示した下部のインダクタと磁気的に結合した上部のインダクタの一端と他端の間に生成される検出信号を利用した本発明の他の具体的な実施の形態による平衡型のRF電力増幅器の構成を示す図である。FIG. 13 shows a balance according to another specific embodiment of the present invention using a detection signal generated between one end and the other end of the upper inductor magnetically coupled to the lower inductor shown in FIG. It is a figure which shows the structure of a type | mold RF power amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

HPA_MD 高出力RF電力増幅器モジュール
In_PD 入力電力分割器
In_PS1 第1の入力位相シフタ
In_PS2 第2の入力位相シフタ
In_MN1 第1の入力整合回路
In_MN2 第2の入力整合回路
PA1 第1RF電力増幅回路
PA2 第2RF電力増幅回路
A1 初段RF増幅器
A2 次段RF増幅器
A3 最終段RF増幅器
Out_MN1 第1の出力整合回路
Out_MN2 第2の出力整合回路
Out_PS1 第1の出力位相シフタ
Out_PS2 第2の出力位相シフタ
Out_PC 出力電力結合器
R61 抵抗
L63 インダクタ
VGA 可変利得増幅器
APC_Amp 自動パワー制御増幅器
In_PD&PS 入力電力分割器
Out_MN&PC 出力整合回路・出力電力結合器
Pdet パワー検出器
DET1 第1検出回路
DET2 第2検出回路
Sum 加算回路
C01、C10…C65 容量
L11、L12…L62 インダクタ
Si_Chip シリコンチップ
WB ボンディングワイヤ
SMD_C 表面実装デバイス(容量)
SMD_L 表面実装デバイス(インダクタ)
T1 配線領域
T2 配線領域
60 配線基板
61 シリコンチップ
62 表面実装デバイス
63 表面保護樹脂
WL0 最上層配線
WL1 中間層配線
WL2 最下層配線
Via ビア
GND 接地配線
T 信号端子
GD ガードリング
M2 最上層信号配線
M1 中間層信号配線
M0 最下層信号配線
Via2 最上層ビア配線
Via1 中間層ビア配線
Via0 最下層ビア配線
GaAs_Chip GaAs化合物半導体チップ
HBT ヘテロバイポーラトランジスタ
C コレクタ
B ベース
E エミッタ
L63 下部インダクタ
L64 上部インダクタ
Err_Amp 誤差増幅器
Vdet パワー検出信号
Vramp 送信パワーレベル信号
Vapc 自動パワー制御信号
HPA_MD High-power RF power amplifier module In_PD Input power divider In_PS1 First input phase shifter In_PS2 Second input phase shifter In_MN1 First input matching circuit In_MN2 Second input matching circuit PA1 First RF power amplifier circuit PA2 Second RF power Amplifier circuit A1 First stage RF amplifier A2 Next stage RF amplifier A3 Last stage RF amplifier Out_MN1 First output matching circuit Out_MN2 Second output matching circuit Out_PS1 First output phase shifter Out_PS2 Second output phase shifter Out_PC Output power combiner R61 Resistor L63 Inductor VGA Variable gain amplifier APC_Amp Automatic power control amplifier In_PD & PS Input power divider Out_MN & PC Output matching circuit / Output power combiner Pdet Power detector DET1 1st Detection circuit DET2 second detection circuit Sum adder circuit C01, C10 ... C65 capacity L11, L12 ... L62 inductor Si_Chip silicon chip WB bonding wires SMD_C surface mount devices (capacitance)
SMD_L Surface mount device (inductor)
T1 wiring area T2 wiring area 60 wiring board 61 silicon chip 62 surface mount device 63 surface protection resin WL0 top layer wiring WL1 middle layer wiring WL2 bottom layer wiring Via via GND ground wiring T signal terminal GD guard ring M2 top layer signal wiring M1 middle Layer signal wiring M0 bottom layer signal wiring Via2 top layer via wiring Via1 middle layer via wiring Via0 bottom layer via wiring GaAs_Chip GaAs compound semiconductor chip HBT heterobipolar transistor C collector B base E emitter L63 lower inductor L64 upper inductor Err_Amp error amplifier Vdet Signal Vramp Transmission power level signal Vapc Automatic power control signal

Claims (16)

第1RF電力増幅回路と、第2RF電力増幅回路と、出力電力結合器とを具備するRF電力増幅装置であって、
前記出力電力結合器は、第1入力端子と第2入力端子と出力端子とを含むウィルキンソン・パワー・コンバイナによって構成されており、
前記出力電力結合器の前記第1入力端子と前記第2入力端子とに、前記第1RF電力増幅回路の第1RF増幅出力信号と前記第2RF電力増幅回路の第2RF増幅出力信号とがそれぞれ供給され、
前記出力電力結合器の前記出力端子からは、前記RF電力増幅装置のRF増幅出力信号が生成され、
前記出力電力結合器の前記第1入力端子と前記出力端子との間は所定のインピーダンスに設定され、前記出力電力結合器の前記第2入力端子と前記出力端子との間は前記所定のインピーダンスと略等しいインピーダンスに設定されており、
前記ウィルキンソン・パワー・コンバイナによって構成された前記出力電力結合器の前記第1入力端子と前記第2入力端子の間には、抵抗素子は接続されず、インダクタが接続されることを特徴とするRF電力増幅装置。
An RF power amplifying apparatus comprising a first RF power amplifying circuit, a second RF power amplifying circuit, and an output power combiner,
The output power combiner is constituted by a Wilkinson power combiner including a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal;
A first RF amplified output signal of the first RF power amplifier circuit and a second RF amplified output signal of the second RF power amplifier circuit are respectively supplied to the first input terminal and the second input terminal of the output power combiner. ,
From the output terminal of the output power combiner, an RF amplified output signal of the RF power amplifier is generated,
A predetermined impedance is set between the first input terminal and the output terminal of the output power coupler, and a predetermined impedance is set between the second input terminal and the output terminal of the output power coupler. It is set to approximately equal impedance,
An RF is characterized in that a resistance element is not connected and an inductor is connected between the first input terminal and the second input terminal of the output power combiner constituted by the Wilkinson power combiner. Power amplification device.
前記インダクタは渦電流を生成することを特徴とする請求項1に記載のRF電力増幅装置。 The RF power amplifying apparatus according to claim 1, wherein the inductor generates an eddy current . 入力端子と第1出力端子と第2出力端子とを含む入力電力分割器を更に具備して、
前記入力電力分割器の前記入力端子にはRF入力信号が供給可能とされ、前記入力電力分割器の前記第1出力端子に生成される第1RF入力信号は前記第1RF電力増幅回路の入力端子に供給され、前記入力電力分割器の前記第2出力端子に生成される第2RF入力信号は前記第2RF電力増幅回路の入力端子に供給されることを特徴とする請求項2に記載のRF電力増幅装置。
An input power divider including an input terminal, a first output terminal, and a second output terminal;
An RF input signal can be supplied to the input terminal of the input power divider, and a first RF input signal generated at the first output terminal of the input power divider is supplied to an input terminal of the first RF power amplifier circuit. The RF power amplifier according to claim 2, wherein the second RF input signal supplied to the second output terminal of the input power divider is supplied to the input terminal of the second RF power amplifier circuit. apparatus.
前記入力電力分割器の前記入力端子と前記第1出力端子の間と、前記第1RF電力増幅回路と、前記出力電力結合器の前記第1入力端子と前記出力端子の間とによって、第1信号経路が形成され、
前記入力電力分割器の前記入力端子と前記第2出力端子の間と、前記第2RF電力増幅回路と、前記出力電力結合器の前記第2入力端子と前記出力端子の間とによって、第2信号経路が形成され、
前記第1信号経路のトータルの第1トータル位相シフト量と前記第2信号経路のトータルの第2トータル位相シフト量とは、互いに略等しく設定されたことを特徴とする請求項3に記載のRF電力増幅装置。
A first signal between the input terminal of the input power divider and the first output terminal, the first RF power amplifier circuit, and between the first input terminal and the output terminal of the output power combiner. A pathway is formed,
A second signal between the input terminal and the second output terminal of the input power divider, the second RF power amplifier circuit, and between the second input terminal and the output terminal of the output power combiner; A pathway is formed,
4. The RF according to claim 3, wherein a total first total phase shift amount of the first signal path and a total second total phase shift amount of the second signal path are set substantially equal to each other. 5. Power amplification device.
前記第1信号経路の前半の前記入力電力分割器の前記入力端子から前記第1RF電力増幅回路の前記入力端子までの第1前半位相シフト量と、前記第2信号経路の前半の前記入力電力分割器の前記入力端子から前記第2RF電力増幅回路の前記入力端子までの第2前半位相シフト量とは、反対極性で絶対値が略等しく設定されており、
前記第1信号経路の後半の前記第1RF電力増幅回路の出力端子から前記出力電力結合器の前記出力端子までの第1後半位相シフト量と、前記第2信号経路の後半の前記第2RF電力増幅回路の出力端子から前記出力電力結合器の前記出力端子までの第2後半位相シフト量とは、反対極性で絶対値が略等しく設定されていることを特徴とする請求項4に記載のRF電力増幅装置。
A first first-phase shift amount from the input terminal of the input power divider in the first half of the first signal path to the input terminal of the first RF power amplifier circuit; and the input power division of the first half of the second signal path. The second first half phase shift amount from the input terminal of the device to the input terminal of the second RF power amplifier circuit is set to have an opposite polarity and an approximately equal absolute value,
A first second phase shift amount from the output terminal of the first RF power amplifier circuit in the second half of the first signal path to the output terminal of the output power combiner; and the second RF power amplification in the second half of the second signal path 5. The RF power according to claim 4, wherein the second half phase shift amount from the output terminal of the circuit to the output terminal of the output power combiner is set to have an opposite polarity and substantially equal absolute value. Amplification equipment.
前記入力電力分割器の前記第1出力端子と前記第1RF電力増幅回路の前記入力端子との間に第1入力整合回路が挿入され、前記入力電力分割器の前記第2出力端子と前記第2RF電力増幅回路の前記入力端子との間に第2入力整合回路が挿入されていることを特徴とする請求項5に記載のRF電力増幅装置。 A first input matching circuit is inserted between the first output terminal of the input power divider and the input terminal of the first RF power amplifier circuit, and the second output terminal of the input power divider and the second RF The RF power amplifier according to claim 5, wherein a second input matching circuit is inserted between the input terminal of the power amplifier circuit . 前記第1RF電力増幅回路の前記出力端子と前記出力電力結合器の前記第1入力端子との間に第1出力整合回路が挿入され、前記第2RF電力増幅回路の前記出力端子と前記出力電力結合器の前記第2入力端子との間に第2出力整合回路が挿入されていることを特徴とする請求項6に記載のRF電力増幅装置。 A first output matching circuit is inserted between the output terminal of the first RF power amplifier circuit and the first input terminal of the output power combiner, and the output terminal of the second RF power amplifier circuit and the output power combiner The RF power amplifying apparatus according to claim 6, wherein a second output matching circuit is inserted between the second input terminal of the device. 前記出力電力結合器の前記第1入力端子と前記出力端子の間で前記第1RF電力増幅回路の出力整合が行われ、前記出力電力結合器の前記第2入力端子と前記出力端子の間で前記第2RF電力増幅回路の出力整合が行われることを特徴とする請求項に記載のRF電力増幅装置。 Output matching of the first RF power amplifier circuit is performed between the first input terminal and the output terminal of the output power combiner, and the second input terminal and the output terminal of the output power combiner are The RF power amplifier according to claim 6 , wherein output matching of the second RF power amplifier circuit is performed . 前記出力電力結合器の前記第1入力端子と前記出力端子の間に前記所定のインピーダンスを有する第1回路素子が接続され、前記出力電力結合器の前記第2入力端子と前記出力端子の間に前記略等しいインピーダンスを有する第2回路素子が接続されていることを特徴とする請求項に記載のRF電力増幅装置。 A first circuit element having the predetermined impedance is connected between the first input terminal and the output terminal of the output power coupler, and between the second input terminal and the output terminal of the output power coupler. The RF power amplifying apparatus according to claim 6 , wherein the second circuit element having the substantially equal impedance is connected . 前記第1回路素子と前記第2回路素子とは、それぞれ所定のライン長を有するマイクロストリップ・ラインによって構成されていることを特徴とする請求項に記載のRF電力増幅装置。 10. The RF power amplifying apparatus according to claim 9 , wherein each of the first circuit element and the second circuit element includes a microstrip line having a predetermined line length . 前記第1回路素子は第1無損失集中定数回路によって構成され、前記第2回路素子は第2無損失集中定数回路によって構成されていることを特徴とする請求項に記載のRF電力増幅装置。 10. The RF power amplifier according to claim 9 , wherein the first circuit element is constituted by a first lossless lumped constant circuit, and the second circuit element is constituted by a second lossless lumped constant circuit. . 前記第1RF電力増幅回路と前記第2RF電力増幅回路のパワートランジスタが形成された半導体チップに前記インダクタが集積化されたことを特徴とする請求項11に記載のRF電力増幅装置。 The RF power amplifying apparatus according to claim 11 , wherein the inductor is integrated on a semiconductor chip on which power transistors of the first RF power amplifying circuit and the second RF power amplifying circuit are formed . 前記第1RF電力増幅回路と前記第2RF電力増幅回路のパワートランジスタが形成された半導体チップが搭載された配線基板に、前記インダクタが搭載されたことを特徴とする請求項11に記載のRF電力増幅装置。 12. The RF power amplifier according to claim 11 , wherein the inductor is mounted on a wiring board on which a semiconductor chip on which power transistors of the first RF power amplifier circuit and the second RF power amplifier circuit are formed is mounted. apparatus. 前記パワートランジスタと前記インダクタが集積化された前記半導体チップはシリコン基板によって構成されたことを特徴とする請求項12に記載のRF電力増幅装置。 13. The RF power amplifying apparatus according to claim 12 , wherein the semiconductor chip on which the power transistor and the inductor are integrated is formed of a silicon substrate . 前記パワートランジスタはLD型MOSランジスタであることを特徴とする請求項14に記載のRF電力増幅装置。 The RF power amplifier according to claim 14 , wherein the power transistor is an LD type MOS transistor . 前記パワートランジスタと前記インダクタとが集積化された前記半導体チップは化合物半導体基板によって構成されたことを特徴とする請求項12に記載のRF電力増幅装置。 13. The RF power amplifier according to claim 12 , wherein the semiconductor chip in which the power transistor and the inductor are integrated is formed of a compound semiconductor substrate .
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