KR20010108018A

KR20010108018A - 이동체 통신장치

Info

Publication number: KR20010108018A
Application number: KR1020017007401A
Authority: KR
Inventors: 마츠나가요시쿠니; 요시다이사오; 카츠에다미네오; 모리카와마사토시; 후지오카토루
Original assignee: 가나이 쓰토무; 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2001-12-07
Also published as: WO2000039921A1; TW462147B

Abstract

종래의 이동체 통신장치에 이용하는 고주파 전력증폭기에서는, 전원전압이 저하한 때의 출력전력을 우선하여 출력정합회로를 조정하지 않으면 안되었다. 이로 인해, 전원전압이 통상인 때의 출력전력이 오버스팩으로 되고, 효율이 낮게 되어버린다고 하는 문제가 있었다. 이것을 해결하기 위해서, 안테나와, 고주파 전력증폭기와, 수신부와, 제어부와, 전지(배터리)를 가지는 이동체 통신장치에 있어서, 고주파 전력증폭기를, 고주파 신호를 증폭하는 복수단의 증폭소자와, 입력정합회로와, 단간정합회로와, 증폭소자에 인가되는 전원전압의 레벨에 의해 출력의 임피던스정합의 상태를 변화시키는 수단을 구비하는 출력정합회로로 구성하였다. 이것에 의해, 고주파 전력증폭기의 저소비전력(고효율)화를 달성하는 것이 가능하게 되어, 이동체 통신장치의 저소비전력화 및 소형경량화를 실현할 수 있다.

Description

이동체 통신장치{MOBILE COMMUNICATION UNIT}

근래, GSM(Global System for Mobile Communications)방식, 혹은 PDC(Personal Digital Cellular)방식의 휴대전화 등으로 대표되는 이동체 통신장치가 급속하게 보급되고 있다. 이들 이동체 통신장치는, 일반적으로, 전파의 방사와 수신을 하는 안테나와, 전력변조된 고주파신호를 증폭하여 안테나에 공급하는 고주파 전력증폭기와, 안테나에서 수신한 고주파신호를 신호처리하는 수신부와, 이들의 제어를 행하는 제어부와, 이들에 전원전압을 공급하는 전지로 구성되어 있다. 또, 이와 같은 이동체 통신장치의 구성에 대해서는, 예컨대 「히타치평론」,vol.78, No.11(1996-11)의 제21쪽~제26쪽에 개시되어 있다.

이동체 통신장치가 보급된 원인은, 그 소형, 경량이라는 뛰어난 장점을 활용하여, 「어떤 때나, 어느 곳에서나, 누구와도」 정보의 전달이 가능하게 된 것에 있다. 그러나, 이 이동체 통신장치의 보다 한층의 보급을 도모하기 위해, 이동체 통신장치를 더욱 소형경량화 및 저소비전력화하는 것이 요망되고 있다. 그 때문에,이동체 통신장치를 구성하는 각 구성부품의 더욱 소형경량화 및 저소비전력화를 실현할 필요가 있다.

상기 구성부품의 하나로서, 안테나에 고주파신호를 공급하는 고주파 전력증폭기가 있다. 일반적으로, 이동체 통신장치를 구성하는 부품 가운데, 그 고주파 전력증폭기는 가장 소비전력이 크다. 따라서, 이동체 통신장치를 더욱 저소비전력화하기 위해서는, 이 고주파 전력증폭기의 소비전력을 저감하는 것, 즉, 고주파 전력증폭기의 효율을 향상시키는 것이 유효하다. 또, 이 종류의 이동체 통신장치의 고주파 증폭에 관해서는, 예컨대, 일본특개평5-152976호 공보, 일본특개평8-222973호 공보 등에 개시되어 있다.

도 13은 본 발명에 앞서 검토한 고주파 전력증폭기의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 13에서, 참조번호 1은 입력정합회로(IMC: Input matching circuit), 2는 단간정합회로(ISMC: Interstage matching circuit), 3은 출력정합회로, 4는 구동회로, Pin은 입력전력(단자), Vapc는 출력전력 제어전압, Vdd는 전원전압, Pout은 출력전력(단자)을 각각 나타내고 있다. 여기서, 증폭소자(T1)의 게이트로의 바이어스전압은 출력전력 제어전압(Vapc)을 저항(R1,R2)으로 분압하여 공급된다. 또, 증폭소자(T1)의 드레인으로는 전원전압(Vdd)이 스트립라인(SL1)을 통해 공급된다. 출력정합회로(3)는 고정 커패시터(C1, C2, C3, C4)와 스트립라인(SL2)으로 구성된다. 여기서, 커패시터(C4)는 직류 바이어스 전류를 커트하기 위한 결합 커패시터이다. 커패시터(C1~C3)의 용량치와 스트립라인(SL2)의 길이나 폭은 증폭소자(T1)와 출력단자 사이의 임피던스가 정합되도록 조정되어 있다. 마찬가지로,입력정합회로(1), 단간정합회로(2)도, 복수개의 커패시터와 스트립라인으로 구성되어 있어, 입력단자와 구동회로(4)의 사이, 구동회로(4)와 증폭소자(T1)의 사이의 각각의 임피던스를 정합하고 있다. 또, 이하에서는, 사용주파수가 900MHz이고, 고정 커패시터(C1~C4)의 값이 각각 C1은 6pF 또는 8pF, C2는 7pF, C3는 1pF, C4는 18pF를 일례로서 이용한 경우로 설명한다.

본 발명에 앞서 검토한 상기 주파수 전력증폭기의 특성예를 도 14에 나타낸다. 도 14의 (A)는 전원전압(Vdd)이 통상의 3.5V인 때의 출력전력(Pout)과 효율(η)의 관계를 나타내는 그래프이다. 동(同) 도면의 (B)는 전원전압(Vdd)과 출력전력(Pout)의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 고주파 전력증폭기의 출력정합회로는 전원전압(Vdd)이 전지의 소모에 의해 3.0V로 저하한 때에도 목표성능의 출력전력(Pout)(예컨대, 주파수가 900MHz에서의 출력전력(Pout)의 목표성능을, 전원전압(Vdd)이 3.0V인 때는 3.0W, 전원전압(Vdd)이 3.5V인 때는 3.6W로 한다.)을 얻도록 튜닝(정합)을 행하고 있다. 즉, 출력우선의 튜닝을 행하고 있다. 여기서, 출력우선의 튜닝이라는 것은 출력정합회로(3)를 구성하는 커패시터의 값을 작게 하여, 출력전력(Pout)을 크게 하는 튜닝인 것이다. 커패시터(C1)의 값으로서 6pF라는 작은 쪽의 값을 이용한 경우에 얻어지는 출력전력(Pout)은 전원전압(Vdd)이 3.0V에서 목표성능인 3W(점 P11)이다.

이와 같은 출력우선의 튜닝을 행하면, 전원전압(Vdd)이 통상의 3.5V인 때의 출력전력(Pout)은 동(同) 도 14의 (B)에 나타낸 바와 같이 4W(점 P1)로 되고, 목표성능인 3.6W를 초과한다. 그러나, 동(同) 도면의 (B)보다 역으로 효율(η)은 45%(점 P1)로 낮아진다.

도 13에 나타낸 구성에서, 고주파 전력증폭기의 효율을 향상시키는 데는 출력정합회로(3)의 튜닝상태를 변경하는 것 외에 방법이 없다. 그래서, 효율우선의 튜닝을 행한다. 여기서, 효율우선의 튜닝이라는 것은 출력정합회로(3)를 구성하는 커패시터의 값을 크게 하여 효율(η)을 높게 하는 튜닝인 것이다. 그래서, 콘덴서(C1)의 값으로서 8pF라는 큰 쪽의 값을 이용하여, 도 14의 (A)에 나타낸 바와 같이 효율(η)을 49%(점 P2)로 높게 튜닝한다.

이와 같은 효율우선의 튜닝을 행하면, 전원전압(Vdd)이 3.5V인 때의 출력전력(Pout)은 목표성능인 3.6W(점 P2)로 된다. 그러나, 전원전압(Vdd)이 3.0V로 저하한 때의 출력전력(Pout)은 도 14의 (B)에 나타낸 바와 같이 2.7W(점 P21)로 저하하고, 목표성능에 미치지 못하게 되어버린다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 앞서 검토한 고주파 전력증폭기의 구성에서는, 목표성능을 달성하기 위해, 전원전압이 3.0V로 낮은 쪽에서의 출력전력을 우선한 출력우선의 튜닝으로 하지 않으면 안된다. 이 때문에, 전원전압이 3.5V로 높은 쪽에서의 출력전력은 오버스팩(overspec)으로 되어, 효율이 저하해 버린다고 하는 문제가 있었다.

또, 효율의 향상을 도모하기 위해서 효율우선의 튜닝을 행하면, 출력전력이 저하해 버려, 전원전압이 3.0V로 낮은 쪽에서의 목표성능을 달성할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 이동체 통신장치에 있어서, 고주파 전력증폭기의 저소비전력화, 즉 고효율화를 달성하는 것이 가능하게 되는 기술을 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 이동체 통신장치에 있어서, 소형경량화를 더욱 도모하는 것이 가능하게 되는 기술을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상기 및 그 외 목적과 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백하게 될 것이다.

본 발명은 300MHz이상의 마이크로파대를 사용하는 이동체 통신장치에 관한 것으로, 특히, 고주파신호를 전력증폭하여 출력하는 고주파 전력증폭기에 적용하여 유효한 기술에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 이동체 통신장치의 개략구성예(블록도)를 도시한 도면이고,

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 고주파 전력증폭기의 회로구성예를 도시한 도면이며,

도 3은 제 1 실시예에 있어서 인버터소자의 동작예를 도시한 도면,

도 4는 제 1 실시예에 있어서 가변 커패시터의 용량-전압 특성예를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 고주파 전력증폭기의 특성예를 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 있어서 고주파 전력증폭기의 회로구성예를 도시한 도면,

도 7은 제 2 실시예에 있어서 가변용량소자의 구조예를 도시한 도면,

도 8은 제 2 실시예에 있어서 가변용량소자의 용량-전압 특성예를 도시한 도면,

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 있어서 고주파 전력증폭기의 회로구성예를 도시한 도면,

도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 있어서 고주파 전력증폭기의 회로구성예를 도시한 도면,

도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 있어서 증폭소자 이후의 레이아웃예를 도시한 도면,

도 12는 본 발명의 제 5 실시예에 있어서 고주파 전력증폭기의 회로구성예를 도시한 도면,

도 13은 본 발명에 앞서 검토한 고주파 전력증폭기의 회로구성예를 도시한 도면,

도 14는 도 13에 나타낸 고주파 전력증폭기의 특성예를 도시한 도면이다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 이동체 통신장치는, 전파의 방사와 수신을 하는 안테나와, 전력변조된 고주파신호를 증폭하여 상기 안테나로 공급하는 고주파 전력증폭기와, 상기 안테나에서 수신한 고주파신호를 신호처리하는 수신부와, 이들의 제어를 행하는 제어부와, 이들에 전원전압을 공급하는 전지를 가지고, 상기 고주파 전력증폭기가 고주파신호를 증폭하는 복수단의 증폭소자(구동회로를 포함한다)와, 입력의 임피던스정합을 행하는 입력정합회로와, 상기 증폭소자간의 임피던스정합을 행하는 단간정합회로와, 상기 증폭소자에 인가되는 전원전압의 레벨에 의해 출력의 임피던스정합의 상태를 변화시키는 수단을 구비하는 출력정합회로로 구성된 것이다.

이 경우, 상기 증폭소자에 인가되는 전원전압의 레벨에 의해 출력의 임피던스정합의 상태를 변화시키는 수단을 가변용량소자로 구성하면 매우 적절하다.

이 가변용량소자는 MOS형 소자를 이용하는 것이 가능하다. 여기서, MOS형 소자는 반전층(反轉層)을 가져도 좋다.

혹은, 상기 증폭소자에 인가되는 전원전압의 레벨에 의해 출력의 임피던스정합의 상태를 변화시키는 수단을, 전원전압을 입력으로 하는 인버터와, 이 인버터의 출력이 인가되는 가변 커패시터로 구성하여도 좋다.

또, 상기 이동체 통신장치에 있어서, 상기 증폭소자를 절연게이트형 전계효과 트랜지스터로 하면 매우 적절하다.

이 경우, 증폭소자로서 병렬접속구성의 절연게이트형 전계효과 트랜지스터를 이용하는 것도 가능하다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또, 실시예를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일 기능을 가지는 구성부분에는 동일한 참조번호를 부여하고, 그의 반복의 상세한 설명은 생략한다.

<실시예 1>

도 1은 본 발명의 이동체 통신장치의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 동(同) 도면에 나타내는 이동체 통신장치는 존선택방식(또는 셀선택방식)의 휴대전화기 소위 CELLPHONE으로 하여 구성되어 있다.

본 실시예의 이동체 통신장치는, 전파의 방사와 수신을 하는 안테나(51)와, 저주파신호를 변조하여 마이크로파대의 고주파신호로 변환하는 송신부(20)와, 고주파신호를 증폭하여 안테나(51)에 공급하는 고주파 전력증폭기(RFPA: Radio frequency power amplifier)(24)와, 안테나(51)에서 수신한 고주파신호를 신호처리하는 수신부(30)와, 이들의 제어를 행하는 제어부(40)와, 이들에 전원전압(Vdd)과 기준전압(GND)을 공급하는 전지(50) 등으로 구성된다.

송신부(20)는, 마이크로폰(21), 부호화 및 변조 등의 기능을 포함하는 베이스밴드유닛(BBU: Base band unit)(22), 믹서(23) 등에 의해 구성된다. 송신부(20)는 마이크로폰(21)이나 콘솔(CONS: Console)(44)로부터의 신호를 디지털부호화 및 변조처리한 후, 소정의 마이크로파대의 고주파신호로 변환한다. 이 고주파신호는 고주파 전력증폭기(24)에서 증폭되어, 안테나 공용기(DUP: Duplexer)(52)를 통해 안테나(51)에 급전(給電)된다.

수신부(30)는, 저잡음 증폭기(LNA: Low noise amplifier)(31), 믹서(32), 중간주파 증폭기(IF: Intermediate frequency amplifier)(31), 검파기(DET: Detector)(34), 복조기(DEM: Demodulator)(35), D/A변환기(36), 저주파 증폭기(LF: Low frequency Amplifier)(37) 및 스피커(38) 등에 의해 구성된다. 수신부(30)는 안테나(51)로부터 안테나 공용기(52)를 통해 수신되는 고주파신호를 증폭한 후, 검파 및 복조처리하여 신호의 재생을 행한다.

제어부(40)는, 국부발진기(OSC: Oscillator)(41), 수신전계강도검출기(RSSI: Received signal strength indicator)(42), 제어유닛(CNTU: Control Unit)(43), 표시 및 조작의 기능을 포함하는 콘솔(44), A/D변환기(45) 및 D/A변환기(46, 47) 등에 의해 구성된다. 제어부(40)는 수신전계강도에 기초하여 기지국의 선택, 고주파 전력증폭기의 출력전력의 제어, 수신신호의 게인(gain)제어 등의 각종 제어를 행한다.

도 2는 본 실시예에서의 고주파 전력증폭의 회로구성예를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 고주파 전력증폭기는 입력정합회로(1)와, 단간정합회로(2)와, 출력정합회로(3)와, 구동회로(4) 등으로 구성된다. 도 2에서, Pin은 입력전력, Vapc는 출력전력 제어전압, Vdd는 전원전압, Pout는 출력전력을 각각 나타내고 있다. 여기서, 증폭소자(T1)의 게이트 바이어스전압은 출력전력 제어전압(Vapc)을 저항(R1, R2)으로 분압하여 공급된다. 또, 증폭소자(T1)의 드레인으로는 전원전압(Vdd)이 스트립라인(SL1)을 통해 공급된다.

출력정합회로(3)에 있어서, 본 발명에 앞서 검토한 도 13의 회로에서의 구성소자와 같은 구성소자에는 동일참조부호를 부여하고 있다. 즉, 출력정합회로(3)는, 마이크로스트립라인(SL2)과, 고정 커패시터(C2(예컨대 7pF), C3(예컨대 1pF), C4(예컨대 18pF), C10(예컨대 100pF))와, 가변 커패시터(Cd)로 구성된다. 이 출력정합회로(3)는 전원전압(Vdd)에 의존하여 증폭소자(T1)와 출력단자간의 정합상태를 조정한다. 상세하게는, 저항(R10)과, 전원전압(Vdd)을 입력으로 하는 인버터소자(T10)로 구성되는 인버터회로에 의해, 전원전압(Vdd)의 변화를 역으로 변환한 전압(Vd)을 가변 커패시터(Cd)에 인가하고, 가변 커패시터(Cd)의 용량치를조정한다.

여기서, 인버터회로의 동작과 가변 커패시터(Cd)의 용량치의 관계를 도 3과 도 4를 이용하여 설명한다. 인버터소자(T10)는 문턱치전압이 3.0V보다 약간 낮은(예컨대 2.7V정도) N채널의 전계효과 트랜지스터(FET)이고, 게이트전압(Vg)이 3.0V와 3.5V인 때의 드레인전류(Id)-드레인전압(Vd)의 직류특성은 도 3에 나타낸 바와 같은 특성을 가진다.

도 3에서, 점 A를 통하는 실선의 직선은 전원전압(Vdd)이 3.5V인 때의 부하선이고, 점 B를 통하는 점선의 직선은 전원전압(Vdd)이 3.0V인 때의 부하선이다. 부하선의 기울기는 부하로 되는 저항(R10)에 의해 결정된다. 본 실시예에서의 저항(R10)은 일례로서 2㏀을 사용하고 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 인버터소자(T10)의 드레인전압(Vd)은 전원전압(Vdd)이 3.5V인 때, 즉 게이트전압(Vg)이 3.5V인 때 대략 0.5V로 되고, 전원전압(Vdd)이 3.0V인 때 대략 2V로 된다.

이와 같이, 전원전압(Vdd)이 3.5V에서 3.0V까지의 범위에서 변화하면, 인버터소자(T10)의 드레인전압(Vd)은 0.5V에서 2V의 범위에서 변화한다. 이 때, 가변 커패시터(Cd)의 용량치(Cx)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 드레인전압(Vd)이 0.5V에서 2V의 범위에서 변화하므로, 대략 9pF에서 6pF의 범위에서 변화한다. 이것에 의해, 도 2의 출력정합회로(3)의 정합(튜닝)상태가 조정된다.

이 때의 고주파 전력증폭기의 특성을 도 5에 나타낸다. 동(同) 도면의 (A)는 전원전압(Vdd)이 통상의 3.5V인 때의 출력전력(Pout)과 효율(η)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5의 (B)는 전원전압(Vdd)과 출력전력(Pout)의 관계를 나타내는 그래프이다. 이제, 전원전압(Vdd)이 통상의 3.5V인 때, 인버터소자(T10)의 게이트전압(Vg)은 3.5V이므로, 드레인전압(Vd)은 도 3의 특성에 의해 0.5V이다. 따라서, 도 4에 의해 가변 커패시터(Cd)의 용량치(Cx)는 대략 9pF이다. 이 때, 본 실시예의 경우, 직류바이어스전류 커트용의 커패시터(C10)의 용량치가 대략 100pF이므로, 커패시터(C10)와 가변 커패시터(Cd)의 직렬접속의 용량치는 대략 8pF로 되어, 큰 쪽의 용량치이다. 따라서, 용량치를 크게 하여 튜닝하는 경우에 상당하므로, 이 때의 출력정합회로(3)의 튜닝상태는 효율우선의 튜닝으로 된다.

고주파 전력증폭기의 특성은, 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 전원전압(Vdd)이 3.5V에서, 출력전력(Pout)이 3.6W(목표성능), 효율(η)이 49%(점 P2)로 된다. 또, 전원전압(Vdd)이 전지의 소모에 의해 3.0V로 저하하면, 인버터소자(T10)의 게이트전압(Vg)도 3.0V로 되므로, 도 3에 의해 가변 커패시터에 인가되는 인버터소자(T10)의 드레인전압(Vd)은 2V로 된다. 따라서, 가변 커패시터(Cd)의 용량치(Cx)는 도 4의 특성보다 대략 6pF로 저하하여, 작은 쪽의 용량치이다. 이 때 출력정합회로(3)의 튜닝상태는 출력우선의 튜닝으로 변하고, 도 14의 (B)에서 나타낸 점선의 특성선에서의 전원전압(Vdd)이 3.0V인 때의 특성에 상당하는 출력전력(점 P11)으로 된다. 즉, 고주파 전력증폭기의 출력전력(Pout)은, 도 5의 (B) 중에 마찬가지로 점선으로 나타낸 바와 같이, 목표성능인 3W(점 P11)로 된다.

이와 같이, 도 5의 (B)에 점선으로 나타낸 앞서 검토한 고주파 전력증폭기의 특성(도 14의 (B)에서 점 P1과 점 P11 사이를 잇는 점선으로 나타낸 특성과 같다)과 비교, 도 5의 (B)에 점 P2와 점 P11 사이를 잇는 실선으로 나타낸 본 실시예에서의 고주파 전력증폭기의 특성은, 전원전압(Vdd)이 3.0V인 때의 출력전력(Pout)은 같은 3W이면서, 도 5의 (A)에서 알 수 있는 바와 같이 전원전압(Vdd)이 3.5V에서의 효율(η)을 45%(점 P1)에서 49%(점 P2)로 4%정도 향상시키는 것이 가능하다.

<실시예 2>

도 6은 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 고주파 전력증폭기의 회로구성도이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 고주파 전력증폭기는, 실시예 1과 마찬가지로, 입력정합회로(1)와, 단간정합회로(2)와, 출력정합회로(3)와, 구동회로(4) 등으로 구성된다. 본 실시예는 도 2에서 나타낸 출력정합회로(3)의 인버터소자(T10)와 저항(R10), 커패시터(C10), 가변 커패시터(Cd) 대신에, 가변용량소자(11)를 이용한 구성으로 하고 있는 점이 상기 실시예 1과 상위(相違)하다. 따라서, 본 실시예의 출력정합회로(3)는, 스트립라인(SL2)과, 고정 커패시터(C2, C3, C4)와, 가변용량소자(11)로 구성되고, 전원전압(Vdd)에 의존하여 가변용량소자(11)의 용량치가 변화하는 것에 의해 증폭소자(T1)와 출력단자(Pout) 사이의 정합상태가 조정된다. 또, 가변용량소자(11)와 커패시터(C2, C3)의 위치가 교체되어도 정합상태의 조정은 가능하다.

여기서, 가변용량소자(11)의 구조예와 용량-전압 특성예를 도 7과 도 8을 이용하여 설명한다. 가변용량소자(11)는 고주파 전력증폭기의 증폭소자(T1)와 마찬가지의 프로세스를 이용한 경우, 도 7에 나타낸 바와 같이, 고농도의 p++기판(70)상에 p형 에피택셜(epitaxial)(p-epi)층(71)을 형성하고, p-epi층(71)내에 n층(72)을 형성하며, 또한 고농도의 n+층(73)으로 전극(74)과의 오믹접촉을 행하여 형성한 MOS형 소자로 구성할 수 있다. 가변용량소자(11)는 이 MOS형 소자의 입력용량을 이용하는 것이다. 또, n+층(73)과 고농도의 p+층으로 하여도 좋지만, 이 경우에는 n층(72)을 전원전압(Vdd)이 인가된 때에 표면반전층이 형성되는 불순물농도로 설정하여 둘 필요가 있다.

MOS형 소자의 입력용량의 크기는 일반적으로 산화막(SiO₂)(75)의 두께나 n층(72)의 이온투입농도 등에 의해 어느 정도 조정가능하다. 구체적으로 필요한 용량치(Cy)의 전압 의존성은, 도 8에 실선으로 나타낸 바와 같이, 전원(단자)전압(Vdd)이 3V인 때 약 6pF이고, 단자전압(Vdd)이 3.5V인 때 8pF로 되면 좋다. 본 실시예에서의 가변용량소자(11)의 용량치(Cy)는 단자전압(Vdd)이 3.5V이하가 되면 약 5.5pF에서 포화하고, 단자전압(Vdd)이 3.5V이상이 되면 약 8.5pF에서 포화하고 있다. 그러나, 가변용량소자(11)의 특성은 단자전압(Vdd)이 3.0V에서 3.5V의 범위에서, 도 8의 점선에 따른 특성이면, 변화량이 증가하여도 전혀 문제는 없다.

본 실시예의 고주파 전력증폭기의 특성은, 상술한 실시예 1의 고주파 전력증폭기의 특성과 마찬가지이고, 도 13에 나타낸 구성의 고주파 전력증폭기에 비해 고효율화가 가능하다. 또, 본 실시예 2의 고주파 전력증폭기에서는, 전원전압(Vdd)에서 직접 가변용량소자(11)를 조정하기 때문에, 회로의 증대나 전류소비 등이 발생하지 않고, 고주파 전력증폭기의 회로의 변경을 필요로 하지 않는 이점도 있다.

<실시예 3>

도 9는 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 고주파 전력증폭기의 회로구성도이다. 본 실시예의 고주파 전력증폭기가 상술한 실시예 2의 고주파 전력증폭기와 다른 점은, 출력정합회로(3)를 구성하는 가변용량소자(12)와 병렬로 고정 커패시터(C5)를 설치한 것이다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 가변용량소자(12)의 용량치의 절대치를 작게 할 수 있으므로, 가변용량소자(12)의 사이즈가 작아서 좋다고 하는 이점이 있다. 또, 프로세스 오차에 의해 가변용량소자(12)의 용량치의 가변범위의 중심값이 변동한 경우에도, 고정 커패시터(C5)로 조정할 수 있는 이점도 있다.

<실시예 4>

도 10은 본 발명의 제 4 실시예를 나타내는 고주파 전력증폭기의 회로구성도이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 고주파 전력증폭기도 상기 실시예 1~3과 마찬가지로, 입력정합회로(도면에서는 생략)와, 단간정합회로(2)와, 출력정합회로(3)와, 구동회로(도면에서는 생략) 등으로 구성된다. 도 10에서, 증폭소자(T2, T3)로의 바이어스전압은 출력전력 제어전압(Vapc)을 저항(R1, R2)으로 분압하여 공급된다. 또, 증폭소자(T2, T3)의 드레인으로는 전원전압(Vdd)이 스트립라인(SL1, SL2)을 통해 공급된다. 출력정합회로(3)는 스트립라인(SL2)과 고정 커패시터(C6, C7, C4)와 가변용량소자(13)로 구성된다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 전원전압(Vdd)에 의존하여 증폭소자(T2, T3)와 출력단자(Pout) 사이의 정합상태가 조정된다.

본 실시예의 고주파 전력증폭기가 상술한 실시예 2의 고주파 전력증폭기와 다른 점은, 트랜지스터 사이즈가 실시예 2에서의 증폭소자(T1)의 1/2, 즉 게이트폭(W)이 1/2인 증폭소자(T2, T3)를 병렬접속 구성으로 이용하고, 스트립라인(SL11, SL21)과 커패시터(C11, C12, C21, C22)와 저항(R3, R4)에 의해 각각의 증폭소자(T2, T3)의 입출력의 임피던스정합을 하고 있는 것이다.

또, 가변용량소자(13)는 도 8과 같은 용량-전압 특성을 가지는 것이면 좋고, 실시예 2의 MOS형 소자를 이용하여도 좋으며, 실시예 3과 같이 고정 커패시터(C5)와 가변용량소자(11)를 병렬접속한 구성으로 하여도 좋다. 다만, 가변용량소자(13)의 용량치는, 증폭소자(T2, T3)의 출력측에 정합용의 커패시터(C21, C22)가 부가된 만큼, 실시예 2의 가변용량소자(11)와는 절대치가 다르지만, 가변범위는 같다. 마찬가지로, 고정 커패시터(C6, C7)의 용량치도 커패시터(C21, C22)가 부가된 것에 의해 실시예 2의 커패시터(C2, C3)와 다르게 되어 있다.

본 실시예에서는, 고주파 전력증폭기의 동작이나 특성에 큰 변화는 없이, 출력전력(Pout)은 같지만, MOS트랜지스터의 게이트폭(W)이 짧게 되면 효율이 올라간다고 하는 성질이 생기게 되는 것에 의해, 더욱 고효율화를 도모하는 것이 가능하다.

도 10에 나타낸 회로도의 증폭소자(T2, T3) 이후의 출력정합회로(3)측의 레이아웃의 일례를 도 11에 나타낸다. 고주파 전력증폭기는, 구리 등의 도체로 이루어지는 스트립라인(SL1, SL2, SL21)을 형성한 세라믹 등의 유전체 기판(10)상에,커패시터(C4, C6, C7, C21, C22), 저항(R4)의 칩부품과, 반도체 칩인 증폭소자(T2, T3)와, 가변용량소자(13)가 실장되어, 모듈화되어 있다.

<실시예 5>

도 12는 본 발명의 제 5 실시예를 나타내는 고주파 전력증폭기의 회로구성도이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 고주파 전력증폭기도 상기 실시예 4와 마찬가지로, 입력정합회로(도면에서는 생략)와, 단간정합회로(2)와, 출력정합회로(3)와, 구동회로(도면에서는 생략) 등으로 구성된다. 도 12에서, 증폭소자(T2, T3)의 각 게이트로의 바이어스전압은 출력전력 제어전압(Vapc)을 저항(R1, R2)으로 분압하여 저항(R5)을 통해 공급된다. 또, 증폭소자(T2, T3)의 드레인으로는 전원전압(Vdd)이 스트립라인(SL3, SL4)을 통해 공급된다. 여기서, 증폭소자(T2, T3)의 트랜지스터 사이즈는, 실시예 4와 마찬가지로, 실시예 2에서의 증폭소자(T1)의 1/2, 즉 게이트폭(W)이 1/2인 증폭소자를 병렬접속 구성으로 이용하고 있다. 출력정합회로(3)는, 스트립라인(SL2)과, 고정 커패시터(C16, C17, C4)와, 가변용량소자(14)로 구성되고, 전원전압(Vdd)에 의존하여 증폭소자(T2, T3)와 출력단자(Pout) 사이의 정합상태가 조정된다.

본 실시예의 고주파 전력증폭기가 상술한 실시예 4의 고주파 전력증폭기와 다른 점은, 증폭소자(T2, T3)의 입력 신호의 위상을 스트립라인(SL12, SL13)과 커패시터(C13, C14, C15)에 의해 180˚다르도록 하고, 동시에 증폭소자(T2, T3)의 출력 신호의 위상도 스트립라인(SL22, SL23)과 커패시터(C23, C24, C25)에 의해 180˚다르도록 구성하고 있는 점이다. 또, 가변용량소자(14)는 도 8과 같은 용량-전압특성을 가지는 것이면 좋고, 실시예 2의 MOS형 소자를 이용하여도 좋으며, 실시예 3과 같이 고정 커패시터(C5)와 가변용량소자(11)를 병렬접속한 구성으로 하여도 좋다. 단, 가변용량소자(14)의 용량치는, 증폭소자(T2, T3)의 출력측에 위상조정용 및 정합용의 커패시터(C23, C24, C25)가 부가된 만큼, 실시예 2의 가변용량소자(11)와는 절대치가 다르지만, 가변범위는 같다. 마찬가지로, 고정 커패시터(C16, C17)의 용량치도 커패시터(C23, C24, C25)가 부가된 것에 의해 실시예 2의 커패시터(C2, C3)와 다르게 되어 있다.

이와 같이 구성하는 것에 의해, 증폭소자(T2)의 게이트에 입력신호가 인가되는 때는, 증폭소자(T3)의 게이트로는 입력 신호는 180˚위상이 다르게 인가되므로, 증폭소자(T2와 T3)는 교대로 온/오프하는 것이 된다. 한편, 증폭소자(T2와 T3)의 출력측에서는, 증폭된 출력 신호의 위상이 다시 180˚다르도록 조정되어 있으므로, 결국 합성된 출력신호는 같은 위상으로 되어, 출력전력은 실시예 4에서의 증폭소자(T2, T3)가 병렬동작한 경우와 같다. 그러나, 본 실시예의 경우는, 증폭소자(T2, T3)가 동시에 온하지 않기 때문에 발열이 1/2로 된다. 따라서, MOS트랜지스터의 온저항의 상승이 억제되므로, 열손실이 적게 되고, 출력이 증가하는 이점이 있다. 또, 본 실시예의 고주파 전력증폭기에서 이용하는 증폭소자(T2, T3)는 실시예 4와 마찬가지로 게이트폭(W)이 작으므로, 더욱 고효율화가 도모된다.

이상, 본 발명의 적절한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위내에서 여러가지 설계변경을 할 수 있는 것은 물론이다.

본 발명에 의하면, 전파의 방사와 수신을 하는 안테나와, 전력변조된 고주파신호를 증폭하여 안테나로 공급하는 고주파 전력증폭기와, 안테나에서 수신한 고주파신호를 신호처리하는 수신부와, 이들의 제어를 행하는 제어부와, 이들에 전원전압을 공급하는 전지를 가지는 이동체 통신장치에 있어서, 상기 고주파 전력증폭기가 고주파신호를 증폭하는 복수단의 증폭소자와, 입력의 임피던스정합을 행하는 입력정합회로와, 증폭소자 사이의 임피던스정합을 행하는 단간정합회로와, 증폭소자에 인가되는 전원전압의 레벨에 의해 출력의 임피던스정합의 상태를 변화시키는 수단을 구비하는 출력정합회로로 구성한 것에 의해, 고주파 전력증폭기의 저소비전력화, 즉 고효율화를 달성하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 이 고효율화 기술에 의해 이동체 통신장치의 소형화를 더욱 도모하는 것이 가능하다.

Claims

전파의 방사와 수신을 하는 안테나와, 전력변조된 고주파신호를 증폭하여 상기 안테나에 공급하는 고주파 전력증폭기와, 상기 안테나에서 수신한 고주파신호를 신호처리하는 수신부와, 이들의 제어를 행하는 제어부와, 이들에 전원전압을 공급하는 전지를 가지는 이동체 통신장치에 있어서,

상기 고주파 전력증폭기가, 고주파신호를 증폭하는 복수단의 증폭소자와, 입력의 임피던스정합을 행하는 입력정합회로와, 상기 증폭소자 사이의 임피던스정합을 행하는 단간(段間)정합회로와, 상기 증폭소자에 인가되는 전원전압의 레벨에 의해 출력의 임피던스정합의 상태를 변화시키는 수단을 구비하는 출력정합회로로 구성된 것을 특징으로 하는 이동체 통신장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전원전압의 레벨에 의해 출력의 임피던스정합의 상태를 변화시키는 수단이 가변용량소자인 것을 특징으로 하는 이동체 통신장치.
제 2 항에 있어서,

상기 가변용량소자가 MOS형 소자인 것을 특징으로 하는 이동체 통신장치.
제 3 항에 있어서,

상기 MOS형 소자가 표면반전층을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 이동체 통신장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전원전압의 레벨에 의해 출력의 임피던스정합의 상태를 변화시키는 수단이, 전원전압을 입력으로 하는 인버터와, 상기 인버터의 출력이 인가되는 가변 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동체 통신장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 증폭소자가 절연게이트형 전계효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 이동체 통신장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 증폭소자가 병렬접속 구성의 절연게이트형 전계효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 이동체 통신장치.