KR20150135085A - 리니어라이저 - Google Patents

Abstract

신뢰성을 개선하고 설계의 자유도를 향상시킬 수 있는 리니어라이저를 얻는다. 입력 단자 IN과 출력 단자 OUT 사이에 접속점 T1이 접속되어 있다. 접속점 T1과 접지점 사이에 다이오드 D가 접속되어 있다. 전압 단자 T2와 접속점 T1 사이에 저항 R이 접속되어 있다. 전압 단자 T2에 0V가 인가되고 있다. 이에 따라, 다이오드 D의 애노드 전류가 낮아도 되기 때문에, 애노드 전극 메탈에 마이그레이션이 발생하지 않아, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 애노드 전류값을 제한할 필요가 없기 때문에, 리니어라이저 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.

Description

리니어라이저{LINEARIZER}

본 발명은, 고주파 증폭기의 왜곡 특성을 개선하는 다이오드 리니어라이저에 관한 것이다.

최근, 질화물 반도체(예를 들면 GaN)를 사용한 트랜지스터의 연구 개발이 활발하며, 그것의 응용예로서 통신용 출력 증폭기가 있다. GaN을 사용한 증폭기는, 종래의 화합물 반도체(예를 들면 GaAs)를 사용한 증폭기와 비교하여, 고출력화할 수 있다. 그러나, 낮은 입력 전력으로부터 이득이 완만하게 감소하는 GaN 특유의 소프트 콤프레션(soft compression)에 의해, 특히 AMAM 특성이 저하한다고 하는 문제가 있다.

AMAM 특성을 보상하는 아날로그 프리디스토션(predistortion)으로서, 다이오드를 사용한 리니어라이저가 있다. 그중에서도 병렬 다이오드 리니어라이저는 회로 구성이 간단하고, 소형이며 또한 저소비전력이다(예를 들면, 비특허문헌 1, 2 참조).

SiC 기판을 사용한 GaN계의 증폭기 MMIC에 리니어라이저를 내장하는 경우, 에피택셜 기판이 고가이기 때문에, 최대한 소형의 회로가 요망되고 있다. 병렬 다이오드 리니어라이저는 간단한 구성으로 되기 때문에 GaN-MMIC에 있어서는 최적의 회로이다.

병렬 다이오드 리니어라이저는, 통상, 그것의 전단 또는 후단에 접속되는 증폭기의 AMAM, AMPM의 역특성을 갖도록 설계된다. 리니어라이저의 다이오드에 인가되는 전압에 의해 리니어라이저의 AMAM, AMPM 특성이 변화한다. 이 때문에, 리니어라이저는 AMAM, AMPM을 제어하는 제어 단자를 갖고 있어, 증폭기의 AMAM, AMPM에 따라 리니어라이저의 인가전압을 제어·조정하고 있다.

Kazuhisa Yamauchi, Kazutomi Mori, Masatoshi Nakayama, Yasuo Mitsui, and Tadashi Takagi, "A Microwave Miniaturized Linearizer Using a Parallel Diode with a Bias Feed Resistance," IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 45, NO. 12, DECEMBER 1997 Kazuhisa Yamauchi, Masatoshi Nakayama, Yukio Ikeda, Hiromasa Nakaguro, Naoto Kadowaki, and Takahiko Araki, "AN 18GHZ-BAND MMIC LINEARIZER USING A PARALLEL DIODE WITH A BIAS FEED RESISTANCE AND A PARALLEL CAPACITOR," 2000 IEEE

리니어라이저에 바이어스 인가하면, 다이오드 애노드 전극에 전류가 흐른다. 이 때문에, 애노드 전극 메탈에 마이그레이션이 발생해서 신뢰성이 저하한다. 이것을 방지하기 위해서는 애노드 전류값을 제한할 필요가 있어, 리니어라이저 설계의 자유도가 억제된다.

본 발명은, 전술한 것과 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 신뢰성을 개선하고 설계의 자유도를 향상시킬 수 있는 리니어라이저를 얻는 것이다.

본 발명에 관한 리니어라이저는, 입력 단자와, 출력 단자와, 상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 접속된 접속점과, 상기 접속점과 접지점 사이에 접속된 다이오드와, 전압 단자와, 상기 전압 단자와 상기 접속점 사이에 접속된 저항을 구비하고, 상기 전압 단자에 0V가 인가되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 리니어라이저의 전압 단자에 0V를 인가함으로써, 다이오드의 애노드 전류가 낮아도 되기 때문에, 애노드 전극 메탈에 마이그레이션이 발생하지 않아, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 애노드 전류값을 제한할 필요가 없기 때문에, 리니어라이저 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 리니어라이저를 나타낸 회로도다.
도 2는 다이오드의 등가회로를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 관한 리니어라이저의 AMAM 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 관한 리니어라이저의 AMPM 특성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 2에 관한 리니어라이저를 나타낸 회로도다.
도 6은 다이오드의 용량과 애노드 전압의 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 3에 관한 리니어라이저를 나타낸 회로도다.
도 8은 왜곡 특성이 보상되는 증폭기의 AMAM, AMPM 특성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 3에 관한 리니어라이저의 AMPM, AMPM 특성을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 4에 관한 리니어라이저를 나타낸 블록도다.

본 발명의 실시형태에 관한 리니어라이저에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 동일 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명의 반복을 생략하는 경우가 있다.

실시형태 1.

도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 관한 리니어라이저를 나타낸 회로도다. 입력 단자 IN으로부터 Ku대의 고주파신호가 입력된다. 입력 단자 IN과 출력 단자 OUT 사이에 접속점 T1이 접속되어 있다. 입력 단자 IN과 접속점 T1 사이에 커패시터 C1과 정합회로 M1이 접속되어 있다. 접속점 T1과 출력 단자 OUT 사이에 커패시터 C2와 정합회로 M2가 접속되어 있다. 커패시터 C1, C2는 DC 컷트용이다. 접속점 T1과 접지점 사이에 다이오드 D가 접속되어 있다. 전압 단자 T2와 접속점 T1 사이에 저항 R이 접속되어 있다. 저항 R의 저항값은 2000Ω이다. 전압 단자 T2에 0V가 인가되고 있다.

도 2는, 다이오드의 등가회로를 도시한 도면이다. 다이오드 D는 가변 저항 성분과 가변 용량 성분을 갖는다. 도 3은, 본 발명의 실시형태 1에 관한 리니어라이저의 AMAM 특성을 도시한 도면이다. 도 4는, 본 발명의 실시형태 1에 관한 리니어라이저의 AMPM 특성을 도시한 도면이다.

입력 신호의 주파수가 Ku대로 높은 경우, 다이오드 D의 용량 성분의 임피던스(1/ωC)가 낮아진다. 이 때문에, 접속점 T1의 전위가 0V이고 저항 성분의 임피던스가 높아도 다이오드 D로서는 임피던스가 낮아진다. 따라서, 작은 신호인 경우에는 다이오드 D의 임피던스가 낮기 때문에, 리니어라이저의 손실은 커진다.

한편, 큰 신호인 경우에는 다이오드 D에 순방향으로 전류가 흘러, 접속점 T1의 전위는 0V로부터 저전압측으로 시프트하기 때문에, 저항 성분의 임피던스는 높아진다. 저전압측(본 실시형태에서는 부전압측)으로 시프트하면 용량 성분이 낮아진다. 따라서, 다이오드 D의 임피던스가 높아져, 리니어라이저의 손실이 작아진다. 이에 따라, 도 3에 나타낸 것과 같이 AMAM의 다이나믹 레인지를 확보할 수 있다. AMPM 특성에 대해서는 비특허문헌 1, 2와 동일한 동작 원리이다.

본 실시형태에서는, 리니어라이저의 전압 단자에 0V를 인가함으로써, 다이오드 D의 애노드 전류가 낮아도 되기 때문에, 애노드 전극 메탈에 마이그레이션이 발생하지 않아, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 애노드 전류값을 제한할 필요가 없기 때문에, 리니어라이저 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다. 이때, 본 실시형태에서는 다이오드 D의 캐소드를 접지했지만, 애노드를 접지한 경우에도, 전류의 방향이 바뀌는 것 뿐이며, 동일한 효과가 얻어진다.

실시형태 2.

도 5는, 본 발명의 실시형태 2에 관한 리니어라이저를 나타낸 회로도다. 리니어라이저의 전압 단자 T2가 접지되어 있다. 다이오드 D는 드레인과 소스를 단락한 HEMT 구조를 갖는다. 그 밖의 구성은 실시형태 1과 같다.

전압 단자 T2를 접지하고 있기 때문에, 리니어라이저용의 전원이 불필요하게 된다. 그리고, MMIC 내부의 배선 레이아웃이 간단해진다. 따라서, 앰프 모듈의 구성을 간략화 및 소형화하여, 코스트를 삭감할 수 있다.

도 6은 다이오드의 용량과 애노드 전압의 관계를 도시한 도면이다. 본 실시형태에서는 바이어스 점인 0V로부터 부전압 방향으로 시프트한다. 이에 대하여, 통상의 다이오드에서는 부전압 영역에 있어서의 용량 변화량은 거의 없다. 한편, HEMT계의 다이오드(게이트를 애노드, 단락한 드레인과 소스를 캐소드로 한 다이오드)에서는 용량 변화량은 2자릿수만큼 크다. 따라서, 전압에 대한 용량 성분의 변화량이 큰 HEMT계의 다이오드를 사용함으로써 리니어라이저 특성의 다이나믹 레인지를 크게 할 수 있다. 또한, HEMT 프로세스의 다이오드를 사용하면, 리니어라이저와 증폭기를 MMIC 위에 집적할 수 있다.

실시형태 3.

도 7은, 본 발명의 실시형태 3에 관한 리니어라이저를 나타낸 회로도다. 다이오드 D의 캐소드와 접지점 사이에 인덕터 L이 접속되어 있다. 그 밖의 구성은 실시형태 2와 같다.

도 8은, 왜곡 특성을 보상되는 증폭기의 AMAM, AMPM 특성을 도시한 도면이다. AMAM은 단조롭게 감소하지만, AMPM은 일단 증가한 후, 감소한다. 도 9는, 본 발명의 실시형태 3에 관한 리니어라이저의 AMPM, AMPM 특성을 도시한 도면이다. 인덕터 L을 삽입함으로써 리니어라이저의 AMPM 특성을 반전시킬 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 리니어라이저에 의해 증폭기의 AMPM 특성을 포화 영역(AMPM이 반전한 후의 영역)까지 보상할 수 있다.

실시형태 4.

도 10은, 본 발명의 실시형태 4에 관한 리니어라이저를 나타낸 블록도다. 실시형태 1∼3 중 어느 한 개의 리니어라이저(1)의 전단에, GaN계의 트랜지스터(예를 들면, GaN-HEMT)를 갖는 드라이버 증폭기(2)가 설치되어 있다. 리니어라이저(1)의 후단에 고출력 GaN 1단 증폭기(3)가 설치되어 있다. 드라이버 증폭기(2)가 리니어라이저(1)의 입력 단자 IN에 출력 신호를 공급한다. 드라이버 증폭기(2)의 출력 신호로 리니어라이저(1)를 여진함으로써 리니어라이저를 동작시킨다.

도 8에 나타낸 것과 같이 GaN계의 증폭기는 고출력화를 기대할 수 있기는 하지만, GaN 특유의 소프트 콤프레션에 의해 이득이 완만하게 저하하여 간다. 이것을 보상하기 위해 리니어라이저(1)가 필요하지만, 후단이 고출력이기 때문에, 리니어라이저(1)의 출력도 높게 해 둘 필요가 있다. 이것을 위해서는, 다이오드 D를 GaN계로 하면 된다. 단, GaN계의 다이오드의 상승 전압은 약 1.0V로, 종래의 GaAs계의 다이오드의 0.7V와 비교하여 0.3V 높기 때문에, 리니어라이저의 이득 상승에 큰 입력 전력이 필요하다. GaN-HEMT는 GaAs-HEMT와 비교하여 고전력 밀도를 갖고 있기 때문에, 드라이버 증폭기(2)를 GaN계 트랜지스터로 해 놓으면, 리니어라이저(1)를 충분히 드라이브할 수 있다.

또한, 다이오드 D 전용의 프로세스는 불필요하고 HEMT 프로세스로 실현가능하기 때문에, 리니어라이저(1)와 드라이버 증폭기(2)를 MMIC로서 집적화할 수 있어, 회로 면적을 축소할 수 있다.

1 리니어라이저, 2 드라이버 증폭기, C1, C2 커패시터, D 다이오드, IN 입력 단자, L 인덕터, OUT 출력 단자, R 저항, T1 접속점, T2 전압 단자

Claims (6)

1. 입력 단자와,
   출력 단자와,
   상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 접속된 접속점과,
   상기 접속점에 접속된 다이오드와,
   전압 단자와,
   상기 전압 단자와 상기 접속점 사이에 접속된 저항을 구비하고,
   상기 전압 단자에 0V가 인가되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어라이저.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 전압 단자가 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어라이저.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 입력 단자와 상기 접속점 사이에 접속된 제1 커패시터와,
   상기 접속점과 상기 출력 단자 사이에 접속된 제2 커패시터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 리니어라이저.
   
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 다이오드는 HEMT 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 리니어라이저.
   
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 다이오드와 직렬로 접속된 인덕터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 리니어라이저.
   
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   GaN계의 트랜지스터를 갖고, 상기 입력 단자에 출력 신호를 공급하는 드라이버 증폭기를 더 구비하고,
   상기 다이오드는 GaN계인 것을 특징으로 하는 리니어라이저.

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