JPH01254013A - ガリウム・ひ素・モノリシック・マイクロ波集積回路前置増幅器 - Google Patents

ガリウム・ひ素・モノリシック・マイクロ波集積回路前置増幅器

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JPH01254013A
JPH01254013A JP1045556A JP4555689A JPH01254013A JP H01254013 A JPH01254013 A JP H01254013A JP 1045556 A JP1045556 A JP 1045556A JP 4555689 A JP4555689 A JP 4555689A JP H01254013 A JPH01254013 A JP H01254013A
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JP
Japan
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coupled
effect transistor
field effect
terminal
stage
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Pending
Application number
JP1045556A
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English (en)
Inventor
Joseph M Duffalo
ジョセフ・エム・ダッファロ
Jr Steven C Lazar
スティーブン・シー・レーザー,ジュニア
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motorola Solutions Inc
Original Assignee
Motorola Inc
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Publication date
Application filed by Motorola Inc filed Critical Motorola Inc
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/193High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/58Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
    • H01L2223/64Impedance arrangements
    • H01L2223/66High-frequency adaptations
    • H01L2223/6644Packaging aspects of high-frequency amplifiers
    • H01L2223/665Bias feed arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高周波(R「)パワー・モジュールに関し、更
に詳しくは、集積回路前置増幅器に関する。前置増幅器
とは無線通信で通常使用する増幅器の一種である。
(従来技術及び解決すべき課題) 現在、可搬式のセルラー無線機が広く普及している。し
かし、残念ながらこれらの無線機はユーザーが快適に持
ち運ぶには大きすぎ、カリ重すぎるという欠点があり、
無線機の小型化が望まれている。
現在のセルラー無線電話機が大きいことは、信号を増幅
もしくは受信するパワー・モジュール、またはこれらの
パワー・七ジ]−ルに必要なバッテリーのサイズによる
ところが多い。設削者はこれまで100MH2から1.
5GHzの高周波用のモノリシック・マイクロ波集積回
路(MMrC)増幅器を設計することができなかった。
その代わりに、伝送ライン、時には大型のバイポーラ接
合トランジスタを必要とするハイブリッド回路を使用し
てきた。上記伝送ラインは多くのスペースをとる。また
、これら従来のハイブリッド回路は製造費用が非常に高
いという問題点もあった。
MMIC前置増幅器はガリウム・ひ素で構成するべきで
ある。それはガリ【クム・ひ素(GaAS)素子がシリ
コン(S i )素子と違い、固有の絶縁特性を備えて
おりRF倍信号ロスを防ぐためである。si MMIC
ではRF倍信号一部がロスするため、無線の運用効率を
大幅に減少させることになる。これに対し、GaAs 
 MMIC前置増幅器は好適ではあるが、設計者はそれ
らをRFに適用するのに必要な増幅を達成することがで
きなかった。わずかに8〜12GHz増幅器のみが現在
入手でさる。現在、セルラー無線通信では450MH2
〜900MHzの周波数が最も頻繁に使用されているた
め、多くのアプリケーションに役立たせるには300M
Hz〜1.5GHzまでの範囲で動作する素子が必要で
ある。
(発明の概要) 本発明の目的は、RF周波数応用のための新しい改良型
の前置増幅器で従来素子より小型で安価なものを提供す
ることである。
本発明の他の目的は、入力整合が良く、コンポーネント
総数が少なく、かつコンパクトなパッケージで高利得を
もたらすRF周波数応用のための新しい改良型の前置増
幅器を提供することである。
本発明のざらに他の目的は、300MHz〜1.5GH
2という低い周波数範囲で25dbより大きな利1qを
)qるGaAz  MMIC前置増幅器を提供すること
である。
本発明の上記およびその他の目的と効果は3段のモノリ
シック集積回路によって達成する。その第1段では、受
信信号に整合する接続経路を提供するためにコモンゲー
ト電界効果トランジスタを利用し、第2段はA級利得を
提供するコモンソース電界効果トランジスタを利用し、
第3段ではB級増幅出力を提供するためにオープンドレ
イン電界効果トランジスタを使用する。
(好適な実施例) 第1図を参照すると、半導体チップ20が半導体チップ
パッケージ10の上に記されている。半導体チップ20
は、3段構成のモノリシック集積回路を含む。3段とは
、整合回路段30.A級利得段40.B級利得段50で
ある。
整合回路段30の主要構成要素は、コモンゲートNチャ
ネル電界効果トランジスタ(FET)34である。FE
T34のソースは入力ピン15から信号を受信する。ま
たFET34のソースと結合しているのが接地抵抗器3
2である。FET34のドレインはインダクタ36に結
合している。
インダクタ36はパッケージ10の上のピン12への接
続経路を形成する。FET34のドレインはまた独立し
た接続経路に沿ってA級利1ワ回路段40に結合してい
る。
A級利1q回路段40の主要構成部分はへチャネルFE
T44である。FET44のゲートとFET34のドレ
インとの間にブロックコンデンサ41が結合している。
接地バイアス抵抗器42はFET44のゲートとブロッ
クコンデンサ41との間に結合している。FET=14
のソースは抵抗器47とコンデンサ4Bの並列結合に結
合している。抵抗器47とコンデンサ48は共にアース
に接続している。パッケージ10上のピン16も抵抗器
47とコンデンサ48の並列結合に結合している。イン
ダクタ46はFET44のドレインとピン11との間に
結合している。FET44のドレインはまた、独立した
接続経路に添ってB級利得回路段50に結合している。
B級利得回路段50の主要構成部分はオープンドレイン
FET54である。FET54のゲートとFET44の
ドレインとの間に結合しているのがブロックコンデンサ
51である。またバイアス抵抗器52はB級利得回路段
50においても使用され、その1つの端子はFET54
とブロックコンデンサ51との間に結合し、2つ目の端
子はピン13に結合している。FET54のソースは接
地コンデンサ58とピン19の両方に結合している。F
ET54のオープンドレインは出力ピン17に結合して
いる。
この時点まで触れなかったが、インダクタ61、62.
63.64.65.66.67及び68は、半導体チッ
プパッケージ10と半導体チップ20との間のワイヤボ
ンディングによる奇生インダクタンスを示すことに注意
すべきである。ざらに注意すべきは、半導体チップ20
は、それがガリウム・ひ素で構成されるときに最も効率
がよく、またFET34.44.54は金属半導体電界
効果トランジスタ(MESFET)であることである。
FET34のドレインとFET44のドレインはそれぞ
れインダクタ72およびインダクタ71を介してバイア
ス節点77に結合している。バイアス節点77は接地コ
ンデンυ゛74に結合しており、また、バイアス電圧供
給を受信できる。第1図では、共通バイアス節点および
接地コンテン1ノを使用しているが、FET34および
FET44には別々のバイアス節点と接地コンデンサを
使用できることが当業者にとって明らかなはずである。
第1図に示す回路の動作は以下の通りである:信号はパ
ッケージ10の入力ピン15で受信し、インダクタ61
を通って整合回路段30に入る。
整合回路段30をそのように呼ぶ理由は、FET34の
ゲートを接地するので入力信号の反射がほとんどないこ
とである。このことは広い周波数範囲に当てはまる。
バイアス節点77をバイアス電圧供給(通常5〜7ボル
ト)に接続する場合には、バイアス抵抗器32を使用し
てFET34のゲートとソースの間に電位差をセットア
ツプする。これによりFET34がターンオンする。通
常、バイアス抵抗器32は180オームでこれを通る電
流は10mAとなる。RF倍信号またFET34のドレ
インからA級利得回路40へと伝わる。インダクタ36
.62.72はFET34のドレインからバイアス節点
77に入るRF倍信号ロスを防ぐチョークとして働く。
ブロックコンデンサ41の目的は直流バイアス電流がF
 E T 3 ’4のドレインからFET44のゲート
へと全く伝わらないようにすることである。
バイアス節点77に接続されたバイアス電圧供給はFE
T44に印加される。これによって抵抗器47を通じて
直流電流が生じる。バイアス抵抗器42は、FET44
をターンオンさせるバイアスを生じる助けをする。コン
チング48は直流で開回路として働くか、AC負荷線の
セットを助けるために使用する。FET44はオンにな
っているため、RF倍信号増幅する動きをする。ついで
RF倍信号FET44のドレインからB級利19回路段
50へと伝わる。インダクタ46.63.71はFET
44のドレインから発するRF倍信号ロスを防ぐチョー
クとして働く。バイパス・コンデンサ74を使用して、
バイアス節点77に伝わるRF信@を除去することによ
って、節点77におけるRF接地を確保する。
ブロックコンデンサ51は、直流バイアス電流かFET
44のドレインからFET54のゲートに伝わるのを防
ぐことによってブロックコンデンサ41と同様の目的に
役立つ。バイアス抵抗器52は、ピン13にソースを印
加することによってFET54のゲートをバイアスする
のに使用する。コンデンサ58を再び使用してAC負荷
線をセットすると、RF比出力FET54のオープンド
レインから出力ピン17へと伝わる。FET54のオー
プンドレインは、他の多くの回路に接続できるようにフ
レキシビリティを大きくできる。
FET54のドレインはパワーFETに接続し、ついで
アンテナに接続することが非常に多い。
B級利得回路50段は、A級利得回路の定格効率が約4
7%であるのに対し、約80%の効率のread i 
ngが可能である。B級利得回路50はまた暗電流をO
〜10mAと低くすることが可能である。このことによ
って、FR低信号入力ピン15に印加されないときには
、チップ20の増幅器が流す電流が最小となるためバッ
テリーの寿命を節約することを意味する。
第2図はO〜1.5Gf−1zの周波数について、第1
図の構成部分に指示した数値を与えた場合の入力ピン1
5から出力ピン17までの利)qを示したものである。
デシベルで表した利得の大きさは、通常使用する450
MH2〜900MH2の周波数において所望される25
dbより高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるGaASパワーMM 
I C前置増幅器のチップとパッケージの回線図を示す
。 第2図は、第1図に示す回路のO〜1.5GH7の周波
数範囲にわたる利得の大きざ(単位デシベル)をグラフ
で示したものである。 10・・・チップパッケージ 20・・・半導体チップ 30・・・整合回路段 34.44.54・・・電界効果トランジスタ40・・
・A級利得回路段 50・・・B級利19回路段

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、入力、出力並びに第1、第2、第3、第4及び第5
    のバイアス節点を有するガリウム・ひ素・モノリシック
    ・マイクロ波集積回路前置増幅器であつて: コモンゲート電界効果トランジスタを具備し、受信信号
    のための整合経路をもたらす第1段;該第1段に結合し
    、コモンソース電界効果トランジスタを具備し、前記第
    1段からRF信号を受信して該信号のA級利得を生じう
    る第2段;及び該第2段に結合し、オープンドレイン電
    界効果トランジスタを具備し、前記第2段からA級増幅
    信号を受信して該A級増幅信号のB級利得を生じうる第
    3段; から構成されるガリウム・ひ素・モノリシック・マイク
    ロ波集積回路前置増幅器。 2、前記コモンゲート電界効果トランジスタがゲート、
    ソース及びドレインを有する第1の電界効果トランジス
    タであり、該第1の電界効果トランジスタの前記ゲート
    が第1の電圧供給源に結合し、前記第1の電界効果トラ
    ンジスタの前記ソースが前記入力に結合し;前記第1段
    が、さらに 第1端子が前記第1の電圧供給源に結合し、第2端子が
    前記第1の電界効果トランジスタのソースに結合する第
    1の抵抗器;及び 第1端子が前記第1の電界効果トランジスタのドレイン
    に結合し、第2端子が前記第1のバイアス節点に結合す
    る第1のインダクタ; から構成されることを特徴とする請求項1記載のガリウ
    ム・ひ素・モノリシック・マイクロ波集積回路前置増幅
    器。 3、前記コモンサース電界効果トランジスタがソース、
    ゲート及びドレインを有する第2の電界効果トランジス
    タであり; 前記第2段が、さらに 第1及び第2端子を有する第1のブロックコンデンサで
    あつて、該第1のブロックコンデンサの前記第1端子が
    前記第1の電界効果トランジスタの前記ドレインに結合
    し、前記第1のブロックコンデンサの前記第2端子が前
    記第2の電界効果トランジスタの前記ゲートに結合する
    ところの、第1のブロックコンデンサ; 第1及び第2端子を有する第2の抵抗器であつて、該第
    2の抵抗器の前記第1端子が前記第1の電圧供給源に結
    合し、前記第2の抵抗器の前記第2端子が前記第2の電
    界効果トランジスタの前記ゲートに結合するところの、
    第2の抵抗器;第1及び第2端子を有する第2のインダ
    クタであつて、前記第2のインダクタの前記第1端子が
    前記第2の電界効果トランジスタの前記ドレインに結合
    し、前記第2のインダクタの前記第2端子が前記第2の
    バイアス節点に結合するところの、第2のインダクタ; 第1及び第2端子を有する第3の抵抗器であつて、該第
    3の抵抗器の前記第1端子が前記第1の電圧供給源に結
    合し、前記第3の抵抗器の前記第2端子が前記第2の電
    界効果トランジスタの前記ソース及び前記第3のバイア
    ス節点に結合するところの、第3の抵抗器;並びに 第1端子が前記第1の電圧供給源に結合し、第2端子が
    前記第3の抵抗器の前記第2端子に結合する第2のコン
    デンサ; から構成されることを特徴とする請求項2記載のガリウ
    ム・ひ素・モノリシック・マイクロ波集積回路前置増幅
    器。 4、前記オープンドレイン電界効果トランジスタがソー
    ス、ゲート及びドレインを有する第3の電界効果トラン
    ジスタであり、該第3の電界効果トランジスタの前記ド
    レインが前記出力に結合し、前記第3の電界効果トラン
    ジスタの前記ソースが前記第4のバイアス節点に結合し
    ; 前記第3段が、さらに 第1及び第2端子を有する第3のブロックコンデンサで
    あつて、該第3のブロックコンデンサの前記第1端子が
    前記第2の電界効果トランジスタの前記ドレインに結合
    し、前記第3のブロックコンデンサの第2端子が前記第
    3の電界効果トランジスタの前記ゲートに結合するとこ
    ろの、第3のブロックコンデンサ; 第1及び第2端子を有する第4のコンデンサであつて、
    該第4のコンデンサの前記第1端子が前記第1の電圧供
    給源に結合し、前記第4のコンデンサの前記第2端子が
    前記第3の電界効果トランジスタの前記ソースに結合す
    るところの、第4のコンデンサ;並びに 第1及び第2端子を有する第4の抵抗器であつて、該第
    4の抵抗器の前記第1端子が前記第5のバイアス節点に
    結合し、前記第4の抵抗器の前記第2端子が前記第3の
    電界効果トランジスタの前記ゲートに結合するところの
    、第4の抵抗器;から構成されることを特徴とする請求
    項3記載のガリウム・ひ素・モノリシック・マイクロ波
    集積回路前置増幅器。
JP1045556A 1988-02-29 1989-02-28 ガリウム・ひ素・モノリシック・マイクロ波集積回路前置増幅器 Pending JPH01254013A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US161,650 1980-06-20
US07/161,650 US4890069A (en) 1988-02-29 1988-02-29 Gallium arsenide power monolithic microwave integrated circuit

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Publication Number Publication Date
JPH01254013A true JPH01254013A (ja) 1989-10-11

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ID=22582125

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