JP6069956B2 - Transistor optimum load characteristic measuring apparatus and transistor optimum load characteristic measuring method - Google Patents

Transistor optimum load characteristic measuring apparatus and transistor optimum load characteristic measuring method Download PDF

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本発明はトランジスタ最適負荷特性の測定装置および測定方法に関し、例えば、周波数特性を有する寄生成分が無視出来ない周波数帯域におけるトランジスタの最適負荷特性測定装置および最適負荷特性測定方法に好適に利用出来るものである。   The present invention relates to a measuring device and measuring method for optimum transistor load characteristics, and can be suitably used for, for example, a device for measuring optimum load characteristics and a method for measuring optimum load characteristics in a frequency band where parasitic components having frequency characteristics cannot be ignored. is there.

主に無線通信や無線電力伝送などが行われる高周波領域で使用される、トランジスタなどを用いた増幅器に関して、高調波を含む波形に対する最適な負荷インピーダンスを得る方法が求められている。   For an amplifier using a transistor or the like used mainly in a high frequency region where wireless communication or wireless power transmission is performed, there is a demand for a method for obtaining an optimum load impedance for a waveform including harmonics.

高効率増幅器の分野において、F級増幅器、逆F級増幅器、E級増幅器、J級増幅器など、様々な形式が提案されている。これらの増幅器において、基本的な考え方は共通している。すなわち、トランジスタに印加される電圧の波形と、トランジスタに流れ込む電流の波形とにおいて、一方が有限の値となる期間は、他方が零または最小値となる。このように、トランジスタにおける電力の消費を零または最小限に抑えることによって、高効率化が図られている。   In the field of high efficiency amplifiers, various types such as a class F amplifier, an inverse class F amplifier, a class E amplifier, and a class J amplifier have been proposed. These amplifiers share a basic concept. In other words, in the waveform of the voltage applied to the transistor and the waveform of the current flowing into the transistor, during the period when one is a finite value, the other is zero or the minimum value. In this way, high efficiency is achieved by suppressing power consumption in the transistor to zero or to a minimum.

このとき、電圧波形の形状と、電流波形の形状とが重要となる。これらの波形は、基本波とその高調波との和で表される。したがって、基本波と、各高調波とのそれぞれについて負荷インピーダンスを調整することによって、これらの波形の調整がなされる。   At this time, the shape of the voltage waveform and the shape of the current waveform are important. These waveforms are represented by the sum of the fundamental wave and its harmonics. Therefore, these waveforms are adjusted by adjusting the load impedance for each of the fundamental wave and each harmonic.

しかしながら、電圧波形および電流波形の、振幅および位相を、負荷インピーダンスだけで完全に調整することは出来ない。その理由は、トランジスタ自体の等価非線形電流源としての特性が関与するからである。トランジスタのこの特性は、半導体の種類、形状、製造プロセスなど多くのパラメータに依存する。したがって、実際には、上述した種々の形式に対して理想的な動作を実現することは困難であり、個別のトランジスタ毎に最適な負荷インピーダンスを見積もる必要がある。   However, the amplitude and phase of the voltage waveform and current waveform cannot be completely adjusted only by the load impedance. This is because the characteristics of the transistor itself as an equivalent nonlinear current source are involved. This characteristic of a transistor depends on many parameters such as the type, shape, and manufacturing process of the semiconductor. Therefore, in practice, it is difficult to realize an ideal operation for the various types described above, and it is necessary to estimate an optimum load impedance for each individual transistor.

個別のトランジスタ毎に最適な負荷インピーダンスの条件を得るための方法の一つとして、数値シミュレーションによって最適化を図る方法がある。しかし、この方法を実現するためには、数値シミュレーションで利用可能な非常に精密な大信号トランジスタのモデルが必要となり、実用上非常に困難である。   One method for obtaining the optimum load impedance condition for each individual transistor is a method of optimization by numerical simulation. However, in order to realize this method, a very precise large-signal transistor model that can be used in numerical simulation is required, which is very difficult in practice.

もう一つの方法として、実験的に色々なインピーダンスを実現して調整する方法もある。しかし、マイクロ波の帯域では、システムが非常に複雑かつ高価になり、現状では高々3次高調波程度までの調整が限界とされている。   As another method, there is a method of adjusting various impedances experimentally. However, in the microwave band, the system becomes very complicated and expensive, and at present, the adjustment to the third harmonic at most is the limit.

なお、非特許文献1(Frederick H. Raab, “Class−E, Class−C, Class−F Power Amplifiers Based Upon a Finite Number of Harmonics”, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.49, NO.8, AUGUST 2001.)にも記載されているように、トランジスタにおける電圧および電流の波形を数学的に解析・計算すると、高調波の次数の増加に伴って、効率が徐々に飽和しつつ向上していくことが知られている。   Non-Patent Literature 1 (Frederick H. Raab, “Class-E, Class-C, Class-F Power Amplifiers Based Up a Number of Harmonics”, IEEE TRANSACTION SONNON E. , AUGUST 2001.), mathematically analyzing and calculating the voltage and current waveforms in the transistor, the efficiency increases gradually with increasing harmonic order. It is known to go.

特開2012−027034号公報JP 2012-027034 A

Frederick H. Raab, “Class−E, Class−C, Class−F Power Amplifiers Based Upon a Finite Number of Harmonics”, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.49, NO.8, AUGUST 2001.Frederick H.M. Raab, “Class-E, Class-C, Class-F Power Amplifiers Based Up a Finite Number of Harmonics”, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE AND QUALITY. 49, NO. 8, AUGUST 2001.

本発明によれば、比較的簡便な測定装置および測定方法によって、3次以上の高調波での調整までもが可能となる。その他の課題と新規な特徴は、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。   According to the present invention, even a third-order or higher harmonic can be adjusted by a relatively simple measuring device and measuring method. Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

以下に、(発明を実施するための形態)で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、(特許請求の範囲)の記載と(発明を実施するための形態)との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、(特許請求の範囲)に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   The means for solving the problem will be described below using the numbers used in the (DETAILED DESCRIPTION). These numbers are added to clarify the correspondence between the description of (Claims) and (Mode for Carrying Out the Invention). However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in (Claims).

一実施の形態によれば、トランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法は、トランジスタの特性を、入力信号の周波数に依存する寄生成分特性と、寄生成分特性以外の真性部特性とに分けて考え、寄生成分特性および真性部特性に対する最適負荷をそれぞれに測定し、これらの測定結果に基づいてトランジスタ最適負荷特性を算出する。   According to one embodiment, a transistor optimum load characteristic measuring apparatus and a transistor optimum load characteristic measuring method are characterized by converting a transistor characteristic into a parasitic component characteristic depending on a frequency of an input signal and an intrinsic part characteristic other than the parasitic component characteristic. The optimum load for the parasitic component characteristic and the intrinsic part characteristic is measured separately, and the transistor optimum load characteristic is calculated based on the measurement results.

前記一実施の形態によれば、測定対象となるトランジスタの最適負荷特性を、周波数に依存しない真性部特性を本来期待される動作周波数帯域よりも低い周波数帯域で測定し、周波数に依存する寄生成分特性を別途に測定し、これらの測定値からトランジスタの最適負荷特性を算出するので、比較的簡便な測定装置を用いることが可能である。また、これらの測定結果に基づいて、最適な特性を有する負荷回路を設計することが出来る。   According to the one embodiment, the optimum load characteristic of the transistor to be measured is measured in a frequency band lower than the operating frequency band where the intrinsic part characteristic independent of the frequency is originally expected, and the frequency-dependent parasitic component Since the characteristics are measured separately and the optimum load characteristics of the transistor are calculated from these measured values, it is possible to use a relatively simple measuring device. Also, based on these measurement results, a load circuit having optimum characteristics can be designed.

図1は、本発明の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置の構成を示す機能ブロック図である。FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of a transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2Aは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続部10のより詳細な構成を示すブロック回路図である。FIG. 2A is a block circuit diagram showing a more detailed configuration of the connection unit 10 in the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図2Bは、本発明の第1の実施形態による接続部10のうち、接続回路部11のより詳細な構成を示すブロック回路図である。FIG. 2B is a block circuit diagram showing a more detailed configuration of the connection circuit unit 11 in the connection unit 10 according to the first embodiment of the present invention. 図3Aは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、ドレイン・ソース間電圧Vdsと、ドレイン電流Idとにおける波形を測定した結果の一例を示すグラフである。FIG. 3A is a graph showing an example of results obtained by measuring waveforms at the drain-source voltage Vds and the drain current Id using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図3Bは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の一例を示すスミスチャートである。FIG. 3B is a Smith chart showing an example of a result of measuring a change in transistor load characteristics with frequency using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図3Cは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、ドレイン・ソース間電圧Vdsと、ドレイン電流Idとにおける波形を測定した結果の別の一例を示すグラフである。FIG. 3C is a graph showing another example of the result of measuring the waveforms at the drain-source voltage Vds and the drain current Id using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. . 図3Dは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の別の一例を示すスミスチャートである。FIG. 3D is a Smith chart showing another example of a result of measuring a change in transistor load characteristics with frequency using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて得られたトランジスタ負荷特性の測定結果に基づいて試作された増幅器の特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the characteristics of a prototyped amplifier based on the transistor load characteristic measurement results obtained by using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus and transistor optimum load characteristic measuring method according to the first embodiment of the present invention. It is. 図5Aは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて測定した、ドレイン・ソース間電圧Vdsと、ドレイン電流Idとにおける波形を測定した結果の一例を示すグラフである。FIG. 5A shows the result of measuring the waveforms of the drain-source voltage Vds and the drain current Id measured using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus and transistor optimum load characteristic measuring method according to the first embodiment of the present invention. It is a graph which shows an example. 図5Bは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて測定した、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の一例を示すスミスチャートである。FIG. 5B is a Smith chart showing an example of a result of measuring a change in transistor load characteristic with frequency, measured using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus and transistor optimum load characteristic measuring method according to the first embodiment of the present invention. It is. 図6Aは、本発明の第2の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部11の構成を示すブロック回路図である。FIG. 6A is a block circuit diagram showing a configuration of the connection circuit unit 11 in the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図6Bは、本発明の第3の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部11の構成を示すブロック回路図である。FIG. 6B is a block circuit diagram showing a configuration of the connection circuit unit 11 in the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention.

添付図面を参照して、本発明によるトランジスタ最適負荷特性の測定装置および測定方法を実施するための形態を以下に説明する。   With reference to the accompanying drawings, a mode for carrying out a measuring apparatus and a measuring method for optimum transistor load characteristics according to the present invention will be described below.

(第1の実施形態)
本発明が基づく原理について説明する。トランジスタの特性は、入力信号の周波数に依存する寄生成分特性と、寄生成分特性以外の真性部特性とに分けて考えることが出来る。本発明では、寄生成分特性と、真性部特性に対する最適負荷特性とを別々に測定した後、これらの測定結果に基づいてトランジスタの最適負荷特性を算出する。
(First embodiment)
The principle on which the present invention is based will be described. The characteristics of the transistor can be considered by dividing it into a parasitic component characteristic depending on the frequency of the input signal and an intrinsic part characteristic other than the parasitic component characteristic. In the present invention, the parasitic component characteristic and the optimum load characteristic with respect to the intrinsic part characteristic are measured separately, and then the optimum load characteristic of the transistor is calculated based on these measurement results.

より具体的には、トランジスタが大信号非線形動作を行うように調整された入力信号を生成してトランジスタの入力側に入力する。同時に、この入力信号に同期した基本波および高調波を含む別の信号を生成してトランジスタの出力側に入力する。このとき、トランジスタの電流波形および電圧波形を、トランジスタの出力側に接続したオシロスコープ等を用いて直接計測する。   More specifically, an input signal adjusted so that the transistor performs a large signal nonlinear operation is generated and input to the input side of the transistor. At the same time, another signal including a fundamental wave and a harmonic wave synchronized with the input signal is generated and input to the output side of the transistor. At this time, the current waveform and voltage waveform of the transistor are directly measured using an oscilloscope or the like connected to the output side of the transistor.

このような測定方法は、現在におけるGHz(ギガヘルツ)帯域などの、本来期待される動作周波数帯域では実現困難であるが、より低いMHz(メガヘルツ)帯域などの周波数帯域であれば十分に実現可能である。さらに、MHz帯域などの比較的低い周波数帯域での測定は、高周波動作するトランジスタの内部に現れる容量やインダクタンスなどの寄生成分特性が無視出来るので、それ以外の真性部特性を得ることが出来る。すなわち、トランジスタの真性部は、特性が周波数に依存しない非線形電流源として表せるので、MHz帯域の測定でも最適化を図ることが可能である。つまり、このようにして得られる測定結果は、GHz帯域における真性部特性と見なすことが可能である。   Such a measurement method is difficult to realize in the expected operating frequency band such as the current GHz (gigahertz) band, but can be sufficiently realized in a frequency band such as a lower MHz (megahertz) band. is there. Furthermore, in a relatively low frequency band such as the MHz band, parasitic component characteristics such as capacitance and inductance appearing inside a transistor operating at a high frequency can be ignored, so that other intrinsic part characteristics can be obtained. In other words, since the intrinsic part of the transistor can be expressed as a nonlinear current source whose characteristics do not depend on the frequency, optimization can be achieved even in the measurement in the MHz band. That is, the measurement result obtained in this way can be regarded as intrinsic part characteristics in the GHz band.

その一方で、GHz帯域などの周波数帯域におけるトランジスタの寄生成分特性は、ネットワークアナライザなどを用いて測定することが可能である。この測定結果は、例えばSパラメータ群などの形で得られるが、Sパラメータ群をYパラメータ群に変換する数学的手法が知られている。Yパラメータ群の形式に変換された寄生成分特性を、GHz帯域などの周波数帯域における真性部特性に加算することで、本来期待される動作周波数帯域におけるトランジスタの特性を得ることが出来る。   On the other hand, the parasitic component characteristics of a transistor in a frequency band such as the GHz band can be measured using a network analyzer or the like. This measurement result is obtained in the form of, for example, an S parameter group, and a mathematical method for converting the S parameter group into a Y parameter group is known. By adding the parasitic component characteristics converted into the Y parameter group format to the intrinsic part characteristics in the frequency band such as the GHz band, the transistor characteristics in the expected operating frequency band can be obtained.

ここで、使用されるオシロスコープやネットワークアナライザとして、従来の機材をそのまま流用出来ることに注目されたい。   Here, it should be noted that conventional equipment can be used as it is as an oscilloscope or network analyzer.

そこで、本発明の第1の実施形態によるトランジスタの最適負荷特性測定方法は、以下のような工程を含む。まず、特性測定対象となるトランジスタを用意して、トランジスタ最適負荷特性測定装置に接続する。次に、トランジスタの特性のうち、真性部特性に対する最適負荷特性の測定を行う。さらに、トランジスタの特性のうち、寄生成分特性の測定を行う。なお、真性部特性に対する最適負荷特性の測定と、寄生成分特性の測定とは、どちらを先に行っても構わないし、既存の測定結果を一部流用しても構わない。最後に、真性部特性に対する最適負荷特性の測定結果と、寄生成分特性の測定結果とに基づいて、トランジスタに適合する負荷回路のパラメータを算出する。   Therefore, the transistor optimum load characteristic measuring method according to the first embodiment of the present invention includes the following steps. First, a transistor as a characteristic measurement target is prepared and connected to a transistor optimum load characteristic measurement apparatus. Next, among the characteristics of the transistor, the optimum load characteristic with respect to the intrinsic part characteristic is measured. Further, among the characteristics of the transistor, the parasitic component characteristics are measured. Note that either the measurement of the optimum load characteristic with respect to the intrinsic part characteristic or the measurement of the parasitic component characteristic may be performed first, or a part of the existing measurement result may be used. Finally, based on the measurement result of the optimum load characteristic with respect to the intrinsic part characteristic and the measurement result of the parasitic component characteristic, the parameters of the load circuit suitable for the transistor are calculated.

本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性の測定方法を行うために用いるトランジスタ最適負荷特性測定装置について説明する。ここでは、測定対象となるトランジスタのGHz帯域における特性を求める場合を具体例に挙げて説明する。   The transistor optimum load characteristic measuring apparatus used for performing the transistor optimum load characteristic measuring method according to the first embodiment of the present invention will be described. Here, a case where characteristics in a GHz band of a transistor to be measured are obtained will be described as a specific example.

図1は、本発明の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置の構成を示す機能ブロック図である。図1に示すトランジスタ最適負荷特性測定装置は、接続部10と、入力信号生成部20と、測定部30と、演算部40とを含んでいる。   FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of a transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. The transistor optimum load characteristic measuring apparatus shown in FIG. 1 includes a connection unit 10, an input signal generation unit 20, a measurement unit 30, and a calculation unit 40.

図2Aは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続部10のより詳細な構成を示すブロック回路図である。図2Aに示した接続部10は、第1接続端子101と、第2接続端子102と、第3接続端子103と、第1入力端子104と、第2入力端子105と、第1出力端子106と、第2出力端子107と、接続回路部11とを含んでいる。   FIG. 2A is a block circuit diagram showing a more detailed configuration of the connection unit 10 in the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. 2A includes a first connection terminal 101, a second connection terminal 102, a third connection terminal 103, a first input terminal 104, a second input terminal 105, and a first output terminal 106. And a second output terminal 107 and a connection circuit unit 11.

図2Aに示した接続部10の構成要素の接続関係について説明する。第1接続端子101は、第1入力端子104に接続されている。第2接続端子102と、第2入力端子105と、第1出力端子106と、第2出力端子107とは、接続回路部11に接続されている。第3接続端子103は、接地されている。接続回路部11は、接地されている。   The connection relationship of the components of the connection unit 10 illustrated in FIG. 2A will be described. The first connection terminal 101 is connected to the first input terminal 104. The second connection terminal 102, the second input terminal 105, the first output terminal 106, and the second output terminal 107 are connected to the connection circuit unit 11. The third connection terminal 103 is grounded. The connection circuit unit 11 is grounded.

第1接続端子101は、トランジスタ1のゲートに接続される。第2接続端子102は、トランジスタ1のドレインに接続される。第3接続端子103は、トランジスタ1のソースに接続される。なお、トランジスタ1の極性や、接地方法の変更などに応じて第1〜第3接続端子101〜103の接続関係は適宜交換可能である。   The first connection terminal 101 is connected to the gate of the transistor 1. The second connection terminal 102 is connected to the drain of the transistor 1. The third connection terminal 103 is connected to the source of the transistor 1. Note that the connection relationship of the first to third connection terminals 101 to 103 can be appropriately exchanged depending on the polarity of the transistor 1, the change of the grounding method, and the like.

第1入力端子104と、第2入力端子105とは、入力信号生成部20に接続される。第1出力端子106と、第2出力端子107とは、測定部30に接続される。   The first input terminal 104 and the second input terminal 105 are connected to the input signal generation unit 20. The first output terminal 106 and the second output terminal 107 are connected to the measurement unit 30.

第2接続端子102と、グランドとの間の電圧を、ドレイン・ソース間電圧Vdsと呼ぶ。第1入力端子104と、グランドとの間の電圧を、第1入力電圧Vaと呼ぶ。第2入力端子105と、グランドとの間の電圧を、第2入力電圧Vbと呼ぶ。ドレインに流れ込む電流を、ドレイン電流Idと呼ぶ。   A voltage between the second connection terminal 102 and the ground is referred to as a drain-source voltage Vds. A voltage between the first input terminal 104 and the ground is referred to as a first input voltage Va. A voltage between the second input terminal 105 and the ground is referred to as a second input voltage Vb. A current flowing into the drain is referred to as a drain current Id.

第1入力電圧Vaは、例えば、直流成分va0と、交流成分va×sin(ωt)との和であってもよい。ここで、vaは交流成分の振幅を表し、ωは基本周波数の角振動数を表し、tは時間を表す。   The first input voltage Va may be, for example, the sum of a direct current component va0 and an alternating current component va × sin (ωt). Here, va represents the amplitude of the AC component, ω represents the angular frequency of the fundamental frequency, and t represents time.

第2入力電圧Vbは、例えば、直流成分vb0と、交流成分Σ(vbi×sin(iωt+θbi))との和であってもよい。ここで、iは高調波の番号を表し、vbiはi次高調波の振幅を表し、ωは基本周波数の角振動数を表し、tは時間を表し、θbiはi次高調波成分の位相を表す。   The second input voltage Vb may be, for example, the sum of the direct current component vb0 and the alternating current component Σ (vbi × sin (iωt + θbi)). Here, i represents the harmonic number, vbi represents the amplitude of the i-th harmonic, ω represents the angular frequency of the fundamental frequency, t represents time, and θbi represents the phase of the i-th harmonic component. Represent.

ドレイン・ソース間電圧Vdsを、ドレイン電流Idの反数で割ることで、負荷側インピーダンスが得られる。このとき、トランジスタ1の入力側には、トランジスタ1が非線形動作を行うに十分大きい信号が供給されているので、トランジスタ1自身が基本波および高調波を含む出力信号を出力している。これに対して、出力側から同じ周波数の信号を供給すると、基本波および高調波の各周波数で定在波が生じる。さらに、出力側から供給する信号の振幅および位相を適宜に調整することによって、様々な反射係数が実現出来、等価的なインピーダンスの調整が可能となる。したがって、トランジスタ1に接続される負荷インピーダンスの値を、高調波の領域も含めて、等価的に様々に変化させることが可能である。こうすることで、高効率特性等を実現する最適なインピーダンスを見つけることが出来る。   The load-side impedance is obtained by dividing the drain-source voltage Vds by the reciprocal of the drain current Id. At this time, since a sufficiently large signal is supplied to the input side of the transistor 1 so that the transistor 1 performs a nonlinear operation, the transistor 1 itself outputs an output signal including a fundamental wave and a harmonic. On the other hand, when signals having the same frequency are supplied from the output side, standing waves are generated at the fundamental and harmonic frequencies. Furthermore, by appropriately adjusting the amplitude and phase of the signal supplied from the output side, various reflection coefficients can be realized, and an equivalent impedance can be adjusted. Therefore, the value of the load impedance connected to the transistor 1 can be changed in various ways equivalently including the harmonic region. By doing so, it is possible to find an optimum impedance that realizes high efficiency characteristics and the like.

図2Bは、本発明の第1の実施形態による接続部10のうち、接続回路部11のより詳細な構成を示すブロック回路図である。図2Bに示した接続回路部11は、第1〜第5の抵抗111〜115を含んでいる。   FIG. 2B is a block circuit diagram showing a more detailed configuration of the connection circuit unit 11 in the connection unit 10 according to the first embodiment of the present invention. The connection circuit unit 11 illustrated in FIG. 2B includes first to fifth resistors 111 to 115.

図2Bに示した接続回路部11の構成要素の接続関係について説明する。第1の抵抗111における一方の端部は、第2接続端子102と、第2の抵抗112における一方の端部とに接続されている。第2の抵抗112における他方の端部は、第1出力端子106と、第3の抵抗113における一方の端部とに接続されている。第3の抵抗113における他方の端部は、接地されている。第1の抵抗111における他方の端部は、第2入力端子105と、第4の抵抗114における一方の端部とに接続されている。第4の抵抗114における他方の端部は、第2出力端子107と、第5の抵抗115における一方の端部とに接続されている。第5の抵抗115における他方の端部は、接地されている。   The connection relationship of the components of the connection circuit unit 11 illustrated in FIG. 2B will be described. One end of the first resistor 111 is connected to the second connection terminal 102 and one end of the second resistor 112. The other end of the second resistor 112 is connected to the first output terminal 106 and one end of the third resistor 113. The other end of the third resistor 113 is grounded. The other end of the first resistor 111 is connected to the second input terminal 105 and one end of the fourth resistor 114. The other end of the fourth resistor 114 is connected to the second output terminal 107 and one end of the fifth resistor 115. The other end of the fifth resistor 115 is grounded.

図2Bに示した構成要素のうち、接続回路部11に含まれないものについては、図2Aと同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。   Among the components shown in FIG. 2B, those not included in the connection circuit unit 11 are the same as those in FIG. 2A, and thus further detailed description is omitted.

本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、測定対象となるトランジスタ1の最適負荷特性を実際に測定した例について説明する。この例では、入力信号生成部20として既存の2出力任意波形発生装置およびネットワークアナライザを用い、測定部30として既存のデジタルオシロスコープを用い、演算部40として2出力任意波形発生装置、デジタルオシロスコープおよびネットワークアナライザを制御するコンピュータを用いた。このコンピュータは、トランジスタ最適負荷特性測定プログラムを格納する記憶部と、2出力任意波形発生装置、デジタルオシロスコープおよびネットワークアナライザを制御する制御信号を生成出力する出力部と、デジタルオシロスコープおよびネットワークアナライザによる測定結果を入力する入力部と、測定結果を格納する記憶部と、測定結果に基づいて各種演算を行う演算部とを有している。なお、トランジスタ最適負荷特性測定プログラムは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定方法をコンピュータで実行可能に生成し、入力信号生成部20および測定部30の動作を適宜に制御するものであって、記憶部に格納されている。   An example in which the optimum load characteristic of the transistor 1 to be measured is actually measured using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. In this example, an existing 2-output arbitrary waveform generator and network analyzer are used as the input signal generation unit 20, an existing digital oscilloscope is used as the measurement unit 30, and a 2-output arbitrary waveform generator, digital oscilloscope and network are used as the calculation unit 40. A computer controlling the analyzer was used. This computer includes a storage unit for storing a transistor optimum load characteristic measurement program, an output unit for generating and outputting a control signal for controlling a 2-output arbitrary waveform generator, a digital oscilloscope and a network analyzer, and a measurement result obtained by the digital oscilloscope and the network analyzer. Input unit, a storage unit for storing the measurement result, and a calculation unit for performing various calculations based on the measurement result. The transistor optimum load characteristic measurement program generates the transistor optimum load characteristic measurement method according to the first embodiment of the present invention so that it can be executed by a computer, and appropriately controls the operations of the input signal generation unit 20 and the measurement unit 30. And is stored in the storage unit.

真性部特性に対する最適負荷特性および寄生成分特性の一部として既存の測定結果のデータを用いる場合、測定部30は、そのデータを格納した記憶部や、そのデータを外部から入力する入力部などを具備する。   When using existing measurement result data as part of the optimum load characteristic and parasitic component characteristic for the intrinsic part characteristic, the measurement part 30 includes a storage part storing the data, an input part for inputting the data from the outside, and the like. It has.

真性部特性に対する最適負荷特性の測定では、トランジスタ1の出力端子に直列に抵抗部を接続し、この抵抗部の両端の電圧を計測し、この計測結果からトランジスタ1に流れ込むドレイン電流Idを算出している。また、基本波および高調波のインピーダンスは、電圧波形および電流波形を離散フーリエ変換による信号処理で周波数成分に分解し、周波数ごとに「電圧/(−電流)」を計算することで算出している。   In the measurement of the optimum load characteristic with respect to the intrinsic part characteristic, a resistance part is connected in series to the output terminal of the transistor 1, the voltage at both ends of the resistance part is measured, and the drain current Id flowing into the transistor 1 is calculated from the measurement result. ing. Further, the impedance of the fundamental wave and the harmonic wave is calculated by decomposing the voltage waveform and the current waveform into frequency components by signal processing by discrete Fourier transform and calculating “voltage / (− current)” for each frequency. .

このような測定を実際に行って得られた結果の例を2つ、図3A〜図3Dを参照して紹介する。   Two examples of results obtained by actually performing such measurement will be introduced with reference to FIGS. 3A to 3D.

図3Aは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、ドレイン・ソース間電圧Vdsと、ドレイン電流Idとにおける波形を測定した結果の一例を示すグラフである。図3Aの測定は、基本周波数f0=20MHzで行っている。   FIG. 3A is a graph showing an example of results obtained by measuring waveforms at the drain-source voltage Vds and the drain current Id using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. The measurement of FIG. 3A is performed at the fundamental frequency f0 = 20 MHz.

図3Aに示したグラフは、第1のグラフV4Aと、第2のI4Aとを含んでいる。第1のグラフV4Aは、ドレイン・ソース間電圧Vdsの時間変化を表している。第1のグラフV4Aにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電圧値を表している。第2のグラフI4Aは、ドレイン電流Idの時間変化を表している。第2のグラフI4Aにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電流値を表している。   The graph shown in FIG. 3A includes a first graph V4A and a second I4A. The first graph V4A represents the time change of the drain-source voltage Vds. In the first graph V4A, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage value. The second graph I4A represents the time change of the drain current Id. In the second graph I4A, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the current value.

図3Bは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の一例を示すスミスチャートである。図3Bの測定は、図3Aの場合と同じ条件で行っており、基本周波数f0=20MHzである。   FIG. 3B is a Smith chart showing an example of a result of measuring a change in transistor load characteristics with frequency using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. The measurement in FIG. 3B is performed under the same conditions as in FIG. 3A, and the fundamental frequency f0 = 20 MHz.

図3Bに示したスミスチャートは、第1〜第5の測定点F14B〜F54Bを含んでいる。第1の測定点F14Bは、基本周波数f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第2の測定点F24Bは、第2高調波周波数2f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第3の測定点F34Bは、第3高調波周波数3f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第4の測定点F44Bは、第4高調波周波数4f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第5の測定点F54Bは、第5高調波周波数5f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。   The Smith chart shown in FIG. 3B includes first to fifth measurement points F14B to F54B. The first measurement point F14B indicates the transistor load characteristic at the fundamental frequency f0. The second measurement point F24B indicates the transistor load characteristic at the second harmonic frequency 2f0. The third measurement point F34B indicates the transistor load characteristic at the third harmonic frequency 3f0. The fourth measurement point F44B indicates the transistor load characteristic at the fourth harmonic frequency 4f0. The fifth measurement point F54B indicates the transistor load characteristic at the fifth harmonic frequency 5f0.

図3Aおよび図3Bに示した測定では、84%のドレイン効率が得られた。   In the measurements shown in FIGS. 3A and 3B, a drain efficiency of 84% was obtained.

図3Cは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、ドレイン・ソース間電圧Vdsと、ドレイン電流Idとにおける波形を測定した結果の別の一例を示すグラフである。図3Aの測定は、基本周波数f0=20MHzで行っている。   FIG. 3C is a graph showing another example of the result of measuring the waveforms at the drain-source voltage Vds and the drain current Id using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. . The measurement of FIG. 3A is performed at the fundamental frequency f0 = 20 MHz.

図3Cに示したグラフは、第1のグラフV4Cと、第2のI4Cとを含んでいる。第1のグラフV4Cは、ドレイン・ソース間電圧Vdsの時間変化を表している。第1のグラフV4Cにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電圧値を表している。第2のグラフI4Cは、ドレイン電流Idの時間変化を表している。第2のグラフI4Cにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電流値を表している。   The graph shown in FIG. 3C includes a first graph V4C and a second I4C. The first graph V4C represents the time change of the drain-source voltage Vds. In the first graph V4C, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage value. The second graph I4C represents the time change of the drain current Id. In the second graph I4C, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the current value.

図3Dは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の別の一例を示すスミスチャートである。図3Dの測定は、図3Cの場合と同じ条件で行っており、基本周波数f0=20MHzである。   FIG. 3D is a Smith chart showing another example of a result of measuring a change in transistor load characteristics with frequency using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. The measurement in FIG. 3D is performed under the same conditions as in FIG. 3C, and the fundamental frequency f0 = 20 MHz.

図3Dに示したスミスチャートは、第1〜第5の測定点F14D〜F54Dを含んでいる。第1の測定点F14Dは、基本周波数f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第2の測定点F24Dは、第2高調波周波数2f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第3の測定点F34Dは、第3高調波周波数3f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第4の測定点F44Dは、第4高調波周波数4f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第5の測定点F54Dは、第5高調波周波数5f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。   The Smith chart shown in FIG. 3D includes first to fifth measurement points F14D to F54D. The first measurement point F14D indicates the transistor load characteristic at the fundamental frequency f0. The second measurement point F24D indicates the transistor load characteristic at the second harmonic frequency 2f0. The third measurement point F34D indicates the transistor load characteristic at the third harmonic frequency 3f0. The fourth measurement point F44D indicates the transistor load characteristic at the fourth harmonic frequency 4f0. The fifth measurement point F54D indicates the transistor load characteristic at the fifth harmonic frequency 5f0.

図3Cおよび図3Dに示した測定では、86%のドレイン効率が得られた。   In the measurements shown in FIGS. 3C and 3D, a drain efficiency of 86% was obtained.

寄生成分特性の測定については、例えば、次のように行う。入力信号生成部20として2ポートネットワークアナライザを接続する。トランジスタ1を接続した接続部10において、第2接続端子102を第2入力端子105に接続し直すと、第1入力端子104、第2入力端子105およびグラウンドからなる2端子対回路となる。ネットワークアナライザの第1ポートを第1入力端子104に接続し、ネットワークアナライザの第2ポートを第2入力端子105に接続することで、トランジスタ1の2ポートSパラメータが測定される。具体的には、ネットワークアナライザの第1ポートから出力される参照波を第1入力端子104に入力し、第1入力端子104から出力される反射電力を測定し、測定結果からS11パラメータを算出する。同様に、参照波を第1入力端子104に入力し、第2入力端子105から出力される通過電力を測定し、S21パラメータを算出する。ネットワークアナライザの第2ポートから出力される参照波を第2入力端子105に入力し、第2入力端子105から出力される反射電力を測定し、測定結果からS22パラメータを算出する。同様に、参照波を第2入力端子105に入力し、第1入力端子104から出力される通過電力を測定し、S12パラメータを算出する。   For example, the parasitic component characteristics are measured as follows. A 2-port network analyzer is connected as the input signal generator 20. When the second connection terminal 102 is reconnected to the second input terminal 105 in the connection unit 10 to which the transistor 1 is connected, a two-terminal pair circuit including the first input terminal 104, the second input terminal 105, and the ground is obtained. By connecting the first port of the network analyzer to the first input terminal 104 and connecting the second port of the network analyzer to the second input terminal 105, the 2-port S parameter of the transistor 1 is measured. Specifically, the reference wave output from the first port of the network analyzer is input to the first input terminal 104, the reflected power output from the first input terminal 104 is measured, and the S11 parameter is calculated from the measurement result. . Similarly, the reference wave is input to the first input terminal 104, the passing power output from the second input terminal 105 is measured, and the S21 parameter is calculated. The reference wave output from the second port of the network analyzer is input to the second input terminal 105, the reflected power output from the second input terminal 105 is measured, and the S22 parameter is calculated from the measurement result. Similarly, the reference wave is input to the second input terminal 105, the passing power output from the first input terminal 104 is measured, and the S12 parameter is calculated.

なお、Sパラメータのそれぞれを測定する際に必要となる、接続部10および入力信号生成部20の接続関係の切り替えは、演算部40が行う制御によって適宜に行われることが望ましい。   Note that the switching of the connection relationship between the connection unit 10 and the input signal generation unit 20 that is required when measuring each of the S parameters is preferably performed appropriately by control performed by the calculation unit 40.

図4は、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて得られたトランジスタ負荷特性の測定結果に基づいて試作された増幅器の特性を示すグラフである。図4に示したグラフは、第1〜第4のグラフG1〜G4を含んでいる。   FIG. 4 is a graph showing the characteristics of a prototyped amplifier based on the transistor load characteristic measurement results obtained by using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus and transistor optimum load characteristic measuring method according to the first embodiment of the present invention. It is. The graph shown in FIG. 4 includes first to fourth graphs G1 to G4.

第1のグラフG1は、本発明の第1の実施形態に基づく増幅器におけるゲインの、入力電力に伴う変化を表している。第1のグラフG1において、横軸は入力電力を表し、縦軸はゲインを表している。第2のグラフG2は、本発明の第1の実施形態に基づく増幅器における出力電力の、入力電力に伴う変化を表している。第2のグラフG2において、横軸は入力電力を表し、縦軸は出力電力を表している。第3のグラフG3は、本発明の第1の実施形態に基づく増幅器における効率の、入力電力に伴う変化を表している。第3のグラフG3において、横軸は入力電力を表し、縦軸は効率を表している。第4のグラフG4は、本発明の第1の実施形態に基づく増幅器における電力付加効率の、入力電力に伴う変化を表している。第4のグラフG4において、横軸は入力電力を表し、縦軸は電力付加効率を表している。   The first graph G1 represents the change with the input power of the gain in the amplifier according to the first embodiment of the present invention. In the first graph G1, the horizontal axis represents input power, and the vertical axis represents gain. The second graph G2 represents a change with the input power of the output power in the amplifier according to the first embodiment of the present invention. In the second graph G2, the horizontal axis represents input power, and the vertical axis represents output power. The third graph G3 represents the change with the input power of the efficiency in the amplifier according to the first embodiment of the invention. In the third graph G3, the horizontal axis represents input power, and the vertical axis represents efficiency. The fourth graph G4 represents the change with the input power of the power added efficiency in the amplifier according to the first embodiment of the present invention. In the fourth graph G4, the horizontal axis represents input power, and the vertical axis represents power added efficiency.

なお、第1〜第4のグラフG1〜G4に共通するパラメータとして、基本周波数f0は1.88GHzであり、ドレイン・ソース間電圧Vdsは3.7Vであり、ゲート・ソース間電圧Vgsは−1.0Vである。   As parameters common to the first to fourth graphs G1 to G4, the fundamental frequency f0 is 1.88 GHz, the drain-source voltage Vds is 3.7 V, and the gate-source voltage Vgs is −1. 0.0V.

図4に示した第3のグラフG3から読み取れるように、この例では、最大効率77%という高効率負荷特性が、実測によって確認された。   As can be read from the third graph G3 shown in FIG. 4, in this example, a high efficiency load characteristic with a maximum efficiency of 77% was confirmed by actual measurement.

ただし、この例では、試作した負荷回路が、最適化による設計値からずれていたことが確認された。そこで、試作した増幅器の負荷回路の設計値からのずれに伴う特性劣化の程度を見積もるために、このずれを考慮した負荷回路特性を算出し、その特性に対して測定を行った結果を、図5Aおよび図5Bに示す。   However, in this example, it was confirmed that the prototype load circuit was deviated from the optimized design value. Therefore, in order to estimate the degree of characteristic degradation due to deviation from the design value of the prototype load circuit, we calculated the load circuit characteristics taking this deviation into account, and measured the results for the characteristics. Shown in 5A and FIG. 5B.

図5Aは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて測定した、ドレイン・ソース間電圧Vdsと、ドレイン電流Idとにおける波形を測定した結果の一例を示すグラフである。図5Aの測定は、基本周波数f0=20MHzで行っている。   FIG. 5A shows the result of measuring the waveforms of the drain-source voltage Vds and the drain current Id measured using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus and transistor optimum load characteristic measuring method according to the first embodiment of the present invention. It is a graph which shows an example. The measurement of FIG. 5A is performed at the fundamental frequency f0 = 20 MHz.

図5Aに示したグラフは、第1のグラフV8Aと、第2のI8Aとを含んでいる。第1のグラフV8Aは、ドレイン・ソース間電圧Vdsの時間変化を表している。第1のグラフV8Aにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電圧値を表している。第2のグラフI8Aは、ドレイン電流Idの時間変化を表している。第2のグラフI8Aにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電流値を表している。   The graph shown in FIG. 5A includes a first graph V8A and a second I8A. The first graph V8A represents the time change of the drain-source voltage Vds. In the first graph V8A, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage value. The second graph I8A represents the time change of the drain current Id. In the second graph I8A, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the current value.

図5Bは、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて測定した、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の一例を示すスミスチャートである。図5Bの測定は、図5Aの場合と同じ条件で行っており、基本周波数f0=20MHzである。   FIG. 5B is a Smith chart showing an example of a result of measuring a change in transistor load characteristic with frequency, measured using the transistor optimum load characteristic measuring apparatus and transistor optimum load characteristic measuring method according to the first embodiment of the present invention. It is. The measurement in FIG. 5B is performed under the same conditions as in FIG. 5A, and the fundamental frequency is f0 = 20 MHz.

図5Bに示したスミスチャートは、第1〜第5の測定点F18B〜F58Bを含んでいる。第1の測定点F18Bは、基本周波数f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第2の測定点F28Bは、第2高調波周波数2f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第3の測定点F38Bは、第3高調波周波数3f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第4の測定点F48Bは、第4高調波周波数4f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。第5の測定点F58Bは、第5高調波周波数5f0におけるトランジスタ負荷特性を示している。   The Smith chart shown in FIG. 5B includes first to fifth measurement points F18B to F58B. The first measurement point F18B indicates the transistor load characteristic at the fundamental frequency f0. The second measurement point F28B indicates the transistor load characteristic at the second harmonic frequency 2f0. The third measurement point F38B indicates the transistor load characteristic at the third harmonic frequency 3f0. The fourth measurement point F48B indicates the transistor load characteristic at the fourth harmonic frequency 4f0. The fifth measurement point F58B indicates the transistor load characteristic at the fifth harmonic frequency 5f0.

図5Aおよび図5Bに示した測定結果からは、ドレイン効率が86%から80%に低下することが確認された。このことにより、負荷回路の修正でさらなる高効率化が見込まれることが予測される。   From the measurement results shown in FIGS. 5A and 5B, it was confirmed that the drain efficiency was reduced from 86% to 80%. As a result, it is predicted that further improvement in efficiency can be expected by correcting the load circuit.

このように、本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法によれば、任意のトランジスタに対する最適条件が、実験的に、かつ、簡便に導出することが可能となる。また、得られた測定結果に対する評価も簡便に行うことが可能である。   As described above, according to the transistor optimum load characteristic measuring apparatus and the transistor optimum load characteristic measuring method according to the first embodiment of the present invention, the optimum condition for an arbitrary transistor can be derived experimentally and simply. It becomes possible. Moreover, it is possible to simply evaluate the obtained measurement result.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置について説明する。本発明の第2の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置は、図2Aおよび図2Bに示した本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部11の構成を変更したものに等しい。本発明の第2の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、その他の構成要素については、第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
A transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. The transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention has the configuration of the connection circuit unit 11 in the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 2A and 2B. Equal to the change. Since the other components of the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention are the same as those of the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment, further detailed description will be given. Omitted.

図6Aは、本発明の第2の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部11の構成を示すブロック回路図である。図6Aに示した接続回路部11は、第1〜第3の抵抗111〜113を含んでいる。   FIG. 6A is a block circuit diagram showing a configuration of the connection circuit unit 11 in the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. The connection circuit unit 11 illustrated in FIG. 6A includes first to third resistors 111 to 113.

図6Aに示した接続回路部11の構成要素の接続関係について説明する。第1の抵抗111における一方の端部は、第2接続端子102と、第1出力端子106と、第2の抵抗112における一方の端部とに接続されている。ここで、第1出力端子106は、電流プローブを介して、第1の抵抗111における一方の端部および第2接続端子102を結ぶ線路に接続されている。第2の抵抗112における他方の端部は、第2出力端子107と、第3の抵抗113における一方の端部とに接続されている。第3の抵抗113における他方の端部は、接地されている。第1の抵抗111における他方の端部は、第2入力端子105に接続されている。   A connection relationship of the components of the connection circuit unit 11 illustrated in FIG. 6A will be described. One end of the first resistor 111 is connected to the second connection terminal 102, the first output terminal 106, and one end of the second resistor 112. Here, the first output terminal 106 is connected to a line connecting one end of the first resistor 111 and the second connection terminal 102 via a current probe. The other end of the second resistor 112 is connected to the second output terminal 107 and one end of the third resistor 113. The other end of the third resistor 113 is grounded. The other end of the first resistor 111 is connected to the second input terminal 105.

本発明の第2の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定方法では、ドレイン電流Idを、電流プローブを用いて直接測定する。それ以外の詳細については、本発明の第1の実施形態の場合と同様であるので、説明を省略する。   In the transistor optimum load characteristic measuring method according to the second embodiment of the present invention, the drain current Id is directly measured using a current probe. Other details are the same as in the case of the first embodiment of the present invention, and a description thereof will be omitted.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置について説明する。本発明の第3の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置は、図2Aおよび図2Bに示した本発明の第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部11の構成を変更したものに等しい。本発明の第3の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、その他の構成要素については、第1の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
A transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. The transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention has the configuration of the connection circuit unit 11 in the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 2A and 2B. Equal to the change. The other components of the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention are the same as those of the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the first embodiment, so that further detailed description will be given. Omitted.

図6Bは、本発明の第3の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部11の構成を示すブロック回路図である。図6Bに示した接続回路部11は、図2Bに示した本発明の第1の実施形態による接続回路部11に、増幅器116と、バイアス回路12とを加えたものに等しい。図6Bに示した接続回路部11のその他の構成要素は、図2Bに示した本発明の第1の実施形態の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。   FIG. 6B is a block circuit diagram showing a configuration of the connection circuit unit 11 in the transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. The connection circuit unit 11 shown in FIG. 6B is equivalent to the connection circuit unit 11 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2B, to which an amplifier 116 and a bias circuit 12 are added. The other components of the connection circuit unit 11 shown in FIG. 6B are the same as those in the first embodiment of the present invention shown in FIG.

図6Bに示したバイアス回路12の構成要素について説明する。バイアス回路12は、コンデンサ121と、インダクタ122と、直流電圧源123とを含んでいる。   The components of the bias circuit 12 shown in FIG. 6B will be described. The bias circuit 12 includes a capacitor 121, an inductor 122, and a DC voltage source 123.

図6Bに示した接続回路部11の構成要素の接続関係について説明する。第2入力端子105は、増幅器116の入力部に接続されている。増幅器116の出力部は、コンデンサ121における一方の端部に接続されている。コンデンサ121における他方の端部は、インダクタ122における一方の端部と、第1の抵抗111における他方の端部と、第4の抵抗114における一方の端部とに接続されている。インダクタ122における他方の端部は、直流電圧源123における一方の端部に接続されている。直流電圧源123における他方の端部は、接地されている。図6Bに示した接続回路部11の構成要素の他の接続関係については、図2Bに示した本発明の第1の実施形態の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。   The connection relationship of the components of the connection circuit unit 11 illustrated in FIG. 6B will be described. The second input terminal 105 is connected to the input unit of the amplifier 116. An output portion of the amplifier 116 is connected to one end portion of the capacitor 121. The other end of the capacitor 121 is connected to one end of the inductor 122, the other end of the first resistor 111, and one end of the fourth resistor 114. The other end of the inductor 122 is connected to one end of the DC voltage source 123. The other end of the DC voltage source 123 is grounded. Since other connection relationships of the components of the connection circuit unit 11 shown in FIG. 6B are the same as those in the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2B, further detailed description is omitted.

本発明の第3の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置は、特に高電圧トランジスタの最適負荷特性測定に適している。本発明の第3の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定方法は、本発明の第1の実施形態の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。   The transistor optimum load characteristic measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention is particularly suitable for measuring the optimum load characteristic of a high voltage transistor. Since the transistor optimum load characteristic measuring method according to the third embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment of the present invention, further detailed description is omitted.

以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。   The invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. In addition, the features described in the embodiments can be freely combined within a technically consistent range.

1 トランジスタ
10 接続部
101 第1接続端子
102 第2接続端子
103 第3接続端子
104 第1入力端子
105 第2入力端子
106 第1出力端子
107 第2出力端子
11 接続回路部
111〜115 抵抗
116 増幅器
12 バイアス回路
121 コンデンサ
122 インダクタ
123 直流電圧源
20 入力信号生成部
30 測定部
40 演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transistor 10 Connection part 101 1st connection terminal 102 2nd connection terminal 103 3rd connection terminal 104 1st input terminal 105 2nd input terminal 106 1st output terminal 107 2nd output terminal 11 Connection circuit part 111-115 Resistance 116 Amplifier DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Bias circuit 121 Capacitor 122 Inductor 123 DC voltage source 20 Input signal generation part 30 Measurement part 40 Calculation part

Claims (7)

特性測定対象である任意のトランジスタの入力側に入力する第1入力信号を生成し、かつ、前記トランジスタの出力側に入力する第2入力信号を生成する入力信号生成部と、
前記トランジスタが有する特性のうち、入力信号の周波数に依存する寄生成分特性以外の真性部特性に対する、最適負荷特性を測定する測定部と、
前記寄生成分特性の測定値と、前記真性部特性に対する前記最適負荷特性の測定値とから、前記トランジスタの前記特性を算出する演算部と
を具備し、
前記第1入力信号は、
前記トランジスタの動作周波数よりも低い基本周波数と、
前記トランジスタが非線形動作を行うに十分大きい電圧振幅と
を有し、
前記第2入力信号は、
前記基本周波数を有する基本波成分と、
前記基本周波数の整数倍の周波数を有する高調波成分と
を含み、
前記測定部は、前記トランジスタの入力側に前記第1入力信号が入力され、かつ、前記トランジスタの出力側に前記第2入力信号が入力されている測定状態において、前記トランジスタのドレイン・ソース間電圧と、前記トランジスタのドレイン電流とを測定し、
前記演算部は、
前記ドレイン・ソース間電圧と、前記ドレイン電流とから、負荷側インピーダンスを算出し、
前記負荷側インピーダンスから、前記トランジスタの前記真性部特性に対する前記最適負荷特性を算出する
トランジスタ最適負荷特性測定装置。
An input signal generation unit that generates a first input signal to be input to an input side of an arbitrary transistor that is a characteristic measurement target, and generates a second input signal to be input to an output side of the transistor;
Among the characteristics of the transistor, a measurement unit that measures the optimum load characteristic for the intrinsic part characteristic other than the parasitic component characteristic that depends on the frequency of the input signal,
A calculation unit that calculates the characteristic of the transistor from the measurement value of the parasitic component characteristic and the measurement value of the optimum load characteristic with respect to the intrinsic part characteristic;
The first input signal is:
A fundamental frequency lower than the operating frequency of the transistor;
The transistor has a sufficiently large voltage amplitude to perform non-linear operation;
The second input signal is
A fundamental wave component having the fundamental frequency;
A harmonic component having a frequency that is an integral multiple of the fundamental frequency,
The measurement unit has a drain-source voltage of the transistor in a measurement state in which the first input signal is input to the input side of the transistor and the second input signal is input to the output side of the transistor. And the drain current of the transistor,
The computing unit is
The load side impedance is calculated from the drain-source voltage and the drain current,
A transistor optimum load characteristic measurement device that calculates the optimum load characteristic for the intrinsic part characteristic of the transistor from the load side impedance.
請求項1に記載のトランジスタ最適負荷特性測定装置において、
前記測定状態において、前記第1入力信号と、前記第2入力信号とは、同期している
トランジスタ最適負荷特性測定装置。
In the transistor optimum load characteristic measuring device according to claim 1,
In the measurement state, the first input signal and the second input signal are synchronized. The transistor optimum load characteristic measurement device.
請求項1または2に記載のトランジスタ最適負荷特性測定装置において、
前記トランジスタを前記入力信号生成部および前記測定部に接続する接続部
をさらに具備し、
前記接続部は、
前記トランジスタのゲート、ドレインおよびソースを接続する第1接続端子、第2接続端子および第3接続端子と、
第1入力部が前記第2接続端子に接続された接続回路部と
を具備し、
前記接続部の前記入力側は、
前記第1接続端子に導通した第1入力端子と、
前記接続回路部の第2入力部に接続された第2入力端子と
を具備し、
前記接続部の前記出力側は、
前記接続回路部の第1出力部に接続された第1出力端子と、
前記接続回路部の第2出力部に接続された第2出力端子と
を具備し、
前記接続回路部は、
前記第1入力部および前記第2入力部の間に接続された第1インピーダンス部と、
前記第1インピーダンスに導通されて、かつ、前記第1出力部および前記第2出力部の間に接続された第2インピーダンス部と
を具備する
トランジスタ最適負荷特性測定装置。
In the transistor optimum load characteristic measuring device according to claim 1 or 2,
Further comprising a connection for connecting the transistor to the input signal generator and the measurement unit;
The connecting portion is
A first connection terminal, a second connection terminal and a third connection terminal connecting the gate, drain and source of the transistor;
A first input unit comprising a connection circuit unit connected to the second connection terminal;
The input side of the connecting portion is
A first input terminal conducted to the first connection terminal;
A second input terminal connected to the second input part of the connection circuit part,
The output side of the connecting portion is
A first output terminal connected to a first output portion of the connection circuit portion;
A second output terminal connected to the second output part of the connection circuit part,
The connection circuit section is
A first impedance unit connected between the first input unit and the second input unit;
A transistor optimum load characteristic measuring apparatus comprising: a second impedance unit that is electrically connected to the first impedance and connected between the first output unit and the second output unit.
請求項1〜3のいずれか一項に記載のトランジスタ最適負荷特性測定装置において、
前記演算部は、
前記特性の算出結果に基づいて、前記トランジスタに適合する負荷回路のインピーダンスを算出する設計部
を具備する
トランジスタ最適負荷特性測定装置。
In the transistor optimum load characteristic measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The computing unit is
A transistor optimum load characteristic measuring apparatus comprising a design unit for calculating an impedance of a load circuit suitable for the transistor based on a calculation result of the characteristic.
特性測定対象である任意のトランジスタの動作周波数よりも低い基本周波数と、前記トランジスタが非線形動作を行うに十分大きい電圧振幅とを有する第1入力信号を生成することと、
前記基本周波数の基本波成分と、前記基本周波数の整数倍の周波数を有する高調波成分とを含む第2入力信号を生成することと、
前記トランジスタの入力側に前記第1入力信号を入力し、かつ、前記トランジスタの出力側に前記第2入力信号を入力した測定状態で、前記トランジスタのドレイン・ソース間電圧を測定することと、
前記測定状態で、ドレイン電流を測定することと、
前記ドレイン・ソース間電圧と、前記ドレイン電流とから、負荷側インピーダンスを算出することと、
前記負荷側インピーダンスから、前記トランジスタの真性部特性に対する最適負荷特性を算出することと、
前記真性部特性に対する前記最適負荷特性と、寄生成分特性とから、前記トランジスタの前記特性を算出することと
を具備する
トランジスタ最適負荷特性測定方法。
Generating a first input signal having a fundamental frequency lower than an operating frequency of an arbitrary transistor whose characteristic is to be measured, and a voltage amplitude sufficiently large for the transistor to perform a nonlinear operation;
Generating a second input signal including a fundamental component of the fundamental frequency and a harmonic component having an integer multiple of the fundamental frequency;
Measuring the drain-source voltage of the transistor in a measurement state in which the first input signal is input to the input side of the transistor and the second input signal is input to the output side of the transistor;
Measuring the drain current in the measurement state;
Calculating a load side impedance from the drain-source voltage and the drain current;
Calculating an optimum load characteristic for the intrinsic part characteristic of the transistor from the load-side impedance;
A transistor optimum load characteristic measurement method comprising: calculating the characteristic of the transistor from the optimum load characteristic with respect to the intrinsic part characteristic and a parasitic component characteristic.
請求項5に記載のトランジスタ最適負荷特性測定方法において、
前記測定状態において、前記第1入力信号と、前記第2入力信号とは、同期している
トランジスタ最適負荷特性測定方法。
In the transistor optimum load characteristic measuring method according to claim 5,
In the measurement state, the first input signal and the second input signal are synchronized. A transistor optimum load characteristic measurement method.
請求項5または6に記載のトランジスタ最適負荷特性測定方法において、
前記算出することは、
前記特性の算出結果に基づいて、前記トランジスタに適合する負荷回路のインピーダンスを算出すること
をさらに具備する
トランジスタ最適負荷特性測定方法。
The transistor optimum load characteristic measuring method according to claim 5 or 6,
Said calculating is
A transistor optimum load characteristic measuring method, further comprising: calculating an impedance of a load circuit suitable for the transistor based on a calculation result of the characteristic.
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