KR20070015048A - 고주파 전력 증폭기 - Google Patents

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Abstract

멀티 핑거형의 트랜지스터를 사용했을 경우에, 왜곡 특성을 개선할 수 있는 고주파 전력 증폭기를 얻는다. 복수의 트랜지스터 셀을 전기적으로 병렬 접속한 멀티 핑거형의 트랜지스터와, 복수의 트랜지스터 셀의 게이트 전극에 접속된 입력측 정합회로와, 각 트랜지스터 셀의 게이트 전극과 입력측 정합회로 사이에 각각 접속된 공진회로를 가지고, 공진회로는, 트랜지스터의 동작 주파수의 2차 고조파의 주파수에서 공진하여 게이트 전극에 단락 또는 충분히 낮은 부하를 부여한다.
트랜지스터, 동작 주파수, 게이트 전극, 공진회로

Description

고주파 전력 증폭기{HIGH FREQUENCY POWER AMPLIFIER}
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 회로도,
도 3은 실시예 1에 따른 고주파 전력 증폭기 및 종래의 고주파 전력 증폭기의 왜곡 특성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도,
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도,
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도,
도 7은 본 발명의 실시예 5에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도,
도 8은 본 발명의 실시예 6에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도,
도 9는 본 발명의 실시예 7에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도,
도 10은 본 발명의 실시예 8에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도,
도 11은 본 발명의 실시예 8에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 회로도,
도 12는 종래의 고주파 전력 증폭기의 회로도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1 : 트랜지스터 셀 2 : 입력측 정합회로
3 : 출력측 정합회로 4 : 공진회로
5 : 트랜지스터 6, 7, 10, 11 : 본딩 와이어
8 : 칩 9 : MIM커패시터(용량)
12 : 스루홀 13 : 스파이럴 인덕터
14 : 패드 16 : 제2의 공진회로
[기술분야]
본 발명은, 이동통신, 위성통신용 등의 마이크로파, 밀리미터파대의 통신기에 이용되는 고주파 전력 증폭기에 관한 것이다.
[배경기술]
멀티 캐리어 신호 또는 최근의 CDMA방식 등의 변조파 신호를 사용하는 마이크로파 통신 시스템에서는, 고주파 전력 증폭기의 비선형성에 의해 발생하는 왜곡의 영향을 가능한 한 작게 할 필요가 있다. 이에 대하여 입력측의 2차 고조파를 단락에 가까운 부하 조건으로 하면, 고효율로 동작하는 것이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1참조).
또한 이동통신, 위성통신용의 고출력 전력증폭기에서는, 대전력을 얻기 위해서, 복수의 트랜지스터 셀을 전기적으로 병렬접속하여 게이트 폭을 크게 한 멀티 핑거형의 트랜지스터가 이용된다.
이러한 종래의 고주파 전력 증폭기를 도 12에 나타낸다. 복수의 트랜지스터 셀(1)이 전기적으로 병렬접속되고, 그 게이트 전극에 입력측 정합회로(2)가 접속되며, 드레인 전극에 출력측 정합회로(3)가 접속되어 있다. 그리고, 고조파 부하를 제어하기 위해, 트랜지스터의 동작 주파수의 2차 고조파의 주파수에서 공진하는 공진회로(4)가 게이트 전극에 접속되어 있다.
[특허문헌 1] 특허 제2695395호 공보
[발명의 개시]
멀티 핑거형의 트랜지스터를 사용했을 경우, 필연적으로 트랜지스터의 입출력 임피던스도 낮아지고, 트랜지스터와 동작 주파수로 임피던스 정합시키기 위한 정합회로의 부하도 상당히 작아진다. 따라서, 2차 고조파에서 단락 조건으로 하는 경우에는, 임피던스가 상당히 낮은 기본파 부하에 대하여 더욱 저임피던스의 부하를 고조파 주파수로 실현할 필요가 있다.
그러나, 종래의 고주파 전력 증폭기에서는, 게이트 전극을 합성하여 입력측합성 회로에 접속한 후에 공진회로를 접속하고 있었기 때문에, 저임피던스의 부하를 얻을 수 없으며, 왜곡 특성을 개선할 수 없었다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 행해진 것으로, 그 목적은, 멀티 핑거형의 트랜지스터를 사용했을 경우에, 왜곡 특성을 개선할 수 있는 고 주파 전력 증폭기를 얻는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기는, 복수의 트랜지스터 셀을 전기적으로 병렬 접속한 멀티 핑거형의 트랜지스터와, 복수의 트랜지스터 셀의 게이트 전극에 접속된 입력측 정합회로와, 각 트랜지스터 셀의 게이트 전극과 입력측 정합회로 사이에 각각 접속된 공진회로를 가지고, 공진회로는, 트랜지스터의 동작 주파수의 2차 고조파의 주파수에서 공진하여 게이트 전극에 단락 또는 충분히 낮은 부하를 부여한다. 본 발명의 그 밖의 특징은 이하에 밝힌다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
실시예 1
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도이며, 도 2는 그 회로도이다.
복수의 트랜지스터 셀(1)을 전기적으로 병렬접속 함으로써, 멀티 핑거형의 트랜지스터(5)가 형성되어 있다. 그리고, 복수의 트랜지스터 셀(1)의 게이트 전극은, 본딩 와이어(6)에 의해 입력측 정합회로(2)에 접속되어 있다. 또한 복수의 트랜지스터 셀(1)의 드레인 전극은, 본딩 와이어(7)에 의해 출력측 정합회로(3)에 접속되고 있다. 그리고, 복수의 트랜지스터 셀(1)의 소스 전극은 접지되어 있다. 또한 본딩 와이어(6, 7)는 인덕터로서 기능한다.
그리고, 본 발명에 있어서는, 각 트랜지스터 셀(1)의 게이트 전극과 입력측 정합회로(2) 사이에, 공진회로(4)가 각각 접속되어 있다. 다시 말해, 각 트랜지스터 셀(1)의 게이트 전극은, 각각 전송선로(17)를 통해 공진회로(4)에 접속되고, 또한 본딩 와이어(6)의 일단에 접속되어 있다. 또한 본딩 와이어(6)의 타단은, 입력측 정합회로(2)에 접속되어 있다.
이 공진회로(4)는, 트랜지스터(5)와는 다른 칩(8)위에 형성한 MIM커패시터(9)를 가지고, MIM커패시터(9)의 일단은 대응하는 트랜지스터 셀(1)의 게이트 전극과 본딩 와이어(10)에 의해 접속되며, 타단은 본딩 와이어(11)에 의해 그라운드면에 접속되어, 접지되어 있다. 이 본딩 와이어(10)는 인덕터로서 기능한다. 이와 같이, 능동소자인 트랜지스터(5)와는 다른 칩(8)에, 프로세스 가공율이 높은 수동 소자인 MIM커패시터(9)를 제작함으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 공진회로(4)는, 트랜지스터(5)의 동작 주파수의 2차 고조파의 주파수에서 공진하여 게이트 전극에 단락 또는 충분히 낮은 부하를 주도록 설정되고 있다. 이에 따라 트랜지스터 셀(1)의 게이트측에서 본 2차 고조파 부하를 종래로부터도 저임피던스로 할 수 있다.
도 3은, 실시예 1에 따른 고주파 전력 증폭기 및 종래의 고주파 전력 증폭기의 왜곡 특성을 나타내는 도면이다. 가로축에는 증폭기의 포화 출력에 대한 오프셋 백오프량, 세로축에는 2파 입력시의 3차 상호변조왜곡을 나타내고 있다. 이에 따라 실시예 1에 따른 고주파 전력 증폭기에서는, 대폭적으로 왜곡 특성이 개선되 는 것을 알 수 있다.
실시예 2
도 4는, 본 발명의 실시예 2에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도이다. 본 실시예에서는, MIM커패시터(9)의 타단은, 트랜지스터(5)와 동일 칩 위에 형성된 스루홀(12)과 본딩 와이어(11)에 의해 접속되고, 스루홀(12)을 통해 접지되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1과 같다. 이에 따라 본딩 와이어의 변화 등에 의한 특성변동을 억제할 수 있다.
실시예 3
도 5는, 본 발명의 실시예 3에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도이다. 본 실시예에서는, MIM커패시터(9)의 타단은, 트랜지스터(5)와는 다른 칩(8)위에 형성한 스루홀(12)을 통해 접지되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1 또는 2와 동일하다. 이에 따라 본딩 와이어를 한 개로 할 수 있기 때문에, 인덕턴스의 변동을 억제할 수 있다.
실시예 4
도 6은, 본 발명의 실시예 4에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도이다. 본 실시예에서는, 공진회로는, 트랜지스터(5)와 동일 칩 위에 형성된 MIM커패시터(9)를 가지고 있다. 그리고, MIM커패시터(9)의 일단은, 본딩 와이어(10)에 의해 입력측 정합회로(2)에 접속되고, 입력측 정합회로(2)는 트랜지스터 셀(1)의 게이트 전극과 본딩 와이어(6)에 의해 접속되어 있다. 따라서, MIM커패시터(9)의 일단은 트랜지스터 셀(1)의 게이트 전극과 접속되어 있다. 또한 MIM커패시터(9)의 타단은, 트랜지스터(5)과 동일 칩 위에 형성된 스루홀(12)을 통해 접지되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1∼3과 같다. 이러한 MIM커패시터의 집적화에 의해, 조립 공정을 간략화할 수 있다.
실시예 5
도 7은, 본 발명의 실시예 5에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도이다. 본 실시예에서는, 공진회로는, 트랜지스터(5)와 동일 칩 위에 형성된 MIM커패시터(9), 스루홀(12) 및 스파이럴 인덕터(13)를 가진다. 그리고, MIM커패시터(9)의 일단은 스파이럴 인덕터(13)를 통해 트랜지스터 셀(1)의 게이트 전극에 접속되고, MIM 커패시터(9)의 타단은 스루홀(12)을 통해 접지되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1∼4와 같다.
이에 따라 실시예 7과 마찬가지로 MIM커패시터(9)와 스파이럴 인덕터(13)의 집적에 의해 조립 공정이 간략화됨과 동시에, 본딩 와이어 대신에 스파이럴 인덕터(13)를 공진회로의 인덕터로서 사용함으로써, 공진주파수의 설계 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 조립 불균일을 저감할 수 있다.
실시예 6
도 8은, 본 발명의 실시예 6에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도이다. 본 실시예에서는, 공진회로는, 트랜지스터(5)와는 다른 칩 위에 형성된 MIM커패시터(9)를 가진다. 그리고, MIM커패시터(9)의 일단은, 게이트 전극으로부터 게이트·드레인 방향과는 90도 방향으로 연장하는 패드(14)와 본딩 와이어(10)에 의해 접속되고 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1∼5와 같다.
이에 따라 게이트·드레인 방향에 공진회로를 배치할 필요가 없기 때문에, 게이트 전극과 입력측 정합회로(2)를 접속하는 본딩 와이어(6) 길이의 자유도가 높아지고, 설계가 용이가 된다.
실시예 7
도 9는, 본 발명의 실시예 7에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도이다. 본 실시예에서는, 공진회로는, 트랜지스터(5)와 동일 칩 위이며 트랜지스터(5)에 대하여 게이트·드레인 방향과는 90도 방향의 영역에 형성된 MIM커패시터(9), 스루홀(12) 및 스파이럴 인덕터(13)를 가진다. 그리고, MIM커패시터(9)의 일단은 스파이럴 인덕터를 통해 게이트 전극에 접속되고, MIM 커패시터(9)의 타단은 스루홀(12)을 통해 접지되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1∼6과 같다.
실시예 8
도 10은, 본 발명의 실시예 1에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타내는 상면도이며, 도 11은 그 회로도이다. 본 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기는, 실시예 1에 따른 고주파 전력 증폭기에, 제2의 공진회로(16)를 부가한 것이다. 제2의 공진회로(16)는, 트랜지스터(5)의 동작 주파수의 신호파의 전기 길이의 1/4만큼 공진회로로부터 떨어진 위치에 설치된다.
이에 따라 입력측으로부터 2배파 주파수의 신호가 입력되었을 경우, 제2의 공진회로(16)에 의해 반사되므로, 트랜지스터의 게이트 단면에서의 2배파 부하의 변동을 감소시킬 수 있다.
여기에서, 상기 실시예 1∼8에서는, 공진회로가 각 트랜지스터 셀의 게이트 전극과 입력측 정합회로 사이에 각각 접속하는 경우에 관하여 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 공진회로가 각 트랜지스터 셀의 드레인 전극과 출력측 정합회로 사이에 각각 접속할 수도 있다.
본 발명에 의해, 멀티 핑거형의 트랜지스터를 사용했을 경우에, 왜곡 특성을 개선할 수 있다.

Claims (10)

  1. 복수의 트랜지스터 셀을 전기적으로 병렬 접속한 멀티 핑거형의 트랜지스터와,
    상기 복수의 트랜지스터 셀의 게이트 전극에 접속된 입력측 정합회로와,
    각 트랜지스터 셀의 게이트 전극과 상기 입력측 정합회로 사이에 각각 접속된 공진회로를 가지고,
    상기 공진회로는, 상기 트랜지스터의 동작 주파수의 2차 고조파의 주파수에서 공진하여 상기 게이트 전극에 단락 또는 충분히 낮은 부하를 주는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공진회로는, 상기 트랜지스터와는 다른 칩 위에 형성한 용량을 가지고, 상기 용량의 일단은 대응하는 트랜지스터 셀의 게이트 전극과 본딩 와이어에 의해 접속되는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 용량의 타단은, 상기 트랜지스터와 동일 칩 위에 형성된 스루홀과 본딩 와이어에 의해 접속되고, 상기 스루홀을 통해 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 용량의 타단은, 상기 용량과 동일 칩 위에 형성된 스루홀을 통해 접지되는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 공진회로는, 상기 트랜지스터와 동일 칩 위에 형성된 MIM커패시터를 가지고, 상기 MIM커패시터의 일단은 대응하는 트랜지스터 셀의 게이트 전극과 본딩 와이어에 의해 접속되고, 상기 MIM커패시터의 타단은, 상기 트랜지스터와 동일 칩 위에 형성된 스루홀을 통해 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 공진회로는, 상기 트랜지스터와 동일 칩 위에 형성된 MIM커패시터, 스루홀 및 스파이럴 인덕터를 가지고,
    상기 MIM커패시터의 일단은 상기 스파이럴 인덕터를 통해 대응하는 트랜지스터 셀의 게이트 전극에 접속되고,
    상기 MIM커패시터의 타단은 상기 스루홀을 통해 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 공진회로는, 상기 트랜지스터와는 다른 칩 위에 형성된 MIM커패시터를 가지고,
    상기 MIM커패시터의 일단은, 상기 게이트 전극으로부터 상기 게이트·드레인 방향과는 90도 방향으로 뻗는 패드와 본딩 와이어에 의해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 공진회로는, 상기 트랜지스터와 동일 칩위에 있고 상기 트랜지스터에 대해 상기 게이트·드레인 방향과는 90도 방향의 영역에 형성된 MIN커패시터, 스루홀 및 스파이럴 인덕터를 가지고,
    상기 MIN커패시터의 일단은 상기 스파이럴 인덕터를 통해 상기 게이트 전극에 접속되고,
    상기 MIN커패서터의 타단은 상기 스루홀을 통해 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 동작 주파수의 신호파의 전기 길이의 1/4만큼 상기 공진 회로로부터 떨어진 위치에 설치된 제 2공진회로를 더 가지는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  10. 복수의 트랜지스터 셀을 전기적으로 병렬 접속한 멀티 핑거형의 트랜지스터와,
    상기 복수의 트랜지스터 셀의 드레인 전극에 접속된 출력측 정합회로와,
    각 트랜지스터 셀의 드레인 전극과 상기 출력측 정합회로의 사이에 각각 접속된 공진회로를 가지고,
    상기 공진회로는, 상기 트랜지스터의 동작 주파수의 2차 고조파의 주파수에서 공진하여 상기 게이트 전극에 단락 또는 충분히 낮은 부하를 부여하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
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