TW501341B - High-frequency power amplifier - Google Patents
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Description
501341 五、發明說明(l) -----— 發明所屬技術領域 田雔明係有關於高頻用電力放大器’尤其係有關於使 用雙極性電晶體之高頻用電力放大器之穩定性之改善。 習知技術 在最近之攜帶式終端機例如行動電話之普及,小型、 重量輕成為開發之重點,高輸出之高頻用電力放大 關鍵零件。 4 異接面雙極性電晶體(Heterojunction bipolar transistor,以下稱為HBT)具有大的電流增益沒,在以
AlG^As構成射極、以GaAs構成基極之GaAs系之HBT,配合 其南速性’常用於行動電話之高輸出功率之高頻用電力 大器。 發明要解決之課題 圖5係以往之高頻用電力放大器之電路圖。 在圖5 ’ 11 〇係高頻用電力放大器,1 〇2係組裝用基
板’ 104係MMIC晶片,106係高頻用電力放大器用之HBT, 108係對於HBT106之輸入侧匹配電路,no係對於HBT106之 輸出側匹配電路,112係用以控制對Ηβτ1〇6施加之基極電 位之偏壓電路,Π 4係偏壓電路11 2之隔離用電阻,11 6係 兩頻電力之信號輸入端子,118係高頻電力之信號輸出端 子’ 120係輪出控制用輸入端子,ι22及124係直流電壓電 位之電源端子,1 2 6係接地端子。
第5頁 501341 五、發明說明(2) 輸入信號輸入端子116 28之高頻之信號電力經由輸入 側匹配電路1 0 8用HBT1 〇 6放大後,經由輸出側匹配電路11 〇 自信號輸出端子118輸出。此時,由依據自輸出控制用輸 入端子120之控制信號控制之偏壓電路丨12供給HBT1〇6之基 極既定之電壓之基極電流。在該偏壓電路丨12和HBT1 06之 基極之間設置隔離用電阻丨丨4,抑制信號電力之一部分向 偏壓電路浪漏之漏電力之繞入。發生向偏壓電路之漏電力 之繞入時,偏壓電路變成不穩定,電力放大器之穩定性降
低’不要之振盪所引起之過電流流動,有可靠性惡化之情 況。 隨著放大器高輪出功率化,輸入HBT1〇6之信號電力也 變大,因漏電力也變大,為了抑制之,被迫需要增大隔離 =電阻114之電阻值ri。而,供給HBT1〇6之基極之基極電 fib需要既定之電流值,還需要既定之基極電位V2。可 是,為了抑制漏電力而增大隔離用電阻114之電阻值以 時’如下式所示,作用於基極之電位V2降低。 即,V2 = V1 -Ibx R1 少在此’ V1係偏壓電路112之輸出電壓,又基極電流Ib 係定值。
因而’有的情況發生無法施加所要之基極電位。 在其對桌上,在MMIC晶片104上形成在所要之高頻裤 帶可得到高阻抗特性之電感器替代隔離用電阻丨丨4 g^ 會令作用於HBT106之基極之電位V2降低,可抑制_
向偏壓電路112之漏…,但是腿C晶片之H
2118-3983-PF.ptd 第6頁 501341 五、發明說明(3) 大’有MMIC晶片1〇4之晶片費用增加之問題點。 本發明為解決上述之問題點,其第一目的在於提供一 種高頻用電力放大器,信號電力向偏壓電路之漏電力小、 穩定性高、便宜。 此外,在特開平U-274867號公報、特開平1〇-322145 號公報記載,在放大用電晶體上使用FET,使用FET之閘極 偏壓電阻器,但是本發明係關於雙極性電晶體,使得構造 不同。 又,在三菱電機技報· ν0174 · N〇. 6 · 2〇()() · P43(401)〜P46(404)記載了 雙頻帶HBT MMIC放大 0 無下述之本發明之記載。 ° 1一疋 解決課題之 本發明 基板;第一 經由輸入侧 輸出放大後 板上,供給 設於該半導 端子,配設 基板連接; 組裝用基板 構造,不增 往偏壓電路 手段 之面頻 雙極性 匹配電 之信號 該第一 體基板 於該半 電抗元 ,配設 加半絕 之漏電 用電力放大 電晶體,配 路輸入信號 之集極;偏 雙極性電晶 上,和該偏 導體基板上 件,接在該 了該電抗元 緣性半導體 力變少。因 器,因 设於該 之基板 壓電路 體基極 壓電路 ’和該 第一、 件和該 基板之 而’偏 包括半 半導體 和在輸 ,配設 電流; 之輪出 第一雙 第二端 半導體 面積, 壓電路 絕緣性 基板上 出側匹 於該半 第一端 端連接 極性電 子之間 基板, 可使信 穩定的 2118-3983-PF.ptd 第7頁 五、發明說明(4) 此外’因還包括第二雙極性 信號輸入第一雙極 電日日體,將放大後之輪出 放大器之徭2 電曰曰體輸入側匹配電路,在多段之 導體基板之而# ± V 體,不增加半絕緣性半 少。扳之面積’可使信號電力往偏壓電路之漏電力變+ 此外’因電抗元件採用晶片雷咸 _ . ^ 單,組襞面積變小。 月電咸裔,電感值之調整簡 形成ΐ:二電抗元件採用微帶線路,可在組裝用基板上 ❿风1:路圖案,零件數變少。 蚁上 發明之實施例 實施例1 極性ΐ =例1係在半絕緣性⑽基板上配置放大用之雙 壓電路二中、山偏壓電路、和該偏壓電路之輸出端連接之偏 雨出端子以及和放大用之雙極性電晶體之基極連接 之暴極連接端子後,在偏壓電路輸出端子和基極連接端子 之間連接晶片電感器,而且在組裝用基板上併設半絕緣性 GaAs基板和晶片電感器的。 圖1係本實施例1之高頻用電力放大器之電路圖。 在圖1,10係高頻用電力放大器,12係陶磁或玻璃環 氧樹脂之組裝用基板,14係MM IC晶片,1 6係作為電抗元件 之晶片電感器’MMIC晶片14和晶片電感器16黏在組裝用基 板12上而併置。 & 1 8係是MM I C晶片1 4之基板之半絕緣性Ga As基板,2 0係
2118-3983-PF.ptd 第8頁 501341 五、發明說明(5) 在該半絕緣性GaAs基板18上形成之作為第一雙極性電晶體 之南頻用電力放大用之HBT,係射極由AlGaAs、基極由_ GaAs構成之GaAs系HBT ° 22係對於在GaAs基板18上形成之HBT20之輸入側匹配 電路,和HBT20之基極連接,24係對於HBT20之輸出側匹配 電路,和HBT20之集極連接。26係用以控制對HBT20施加之 基極電位之偏壓電路。 圖2係表示偏壓電路例之電路圖。 在圖2,26a、26b係利用電阻分割決定偏壓電路之輸 出端26c之輸出電壓vi後開關之雙極性電晶體,26d係電源 端,26e係控制端,26f係電阻。 ’、 回到圖1,28係輸入高頻信號電力之信號輸入端子, 和輸入側匹配電路22連接,3〇係輸出高頻信號電力之信號 輸出端子,和輸出側匹配電路連接。32係作為第一端子之
偏壓電路輸出端子,和偏壓電路26之輸出端26c連接。W 係作為第二端子之基極連接端子,和ΗΒΤ2〇之基極連接。 ☆ ^ ^係接合線,接合線3 6a連接晶片電感器16之一端和 偏:電,出端子32,接合線36b連接晶片電感器“之另 一鈿和基極連接端子34。 3^係接地端子,該接地端子38和邶72〇之射極連 40係輸出控制輸入端子,和偏壓電路託之控制端“㊀ * : φ工制彳5號。42、44係施加直流電壓電位Vc之電源 端子,電源端子42和偏壓電路26之電源端咖連接。之電源 2118-3983-PF.ptd 第9頁 501341
又’電源端子44和HBT20 之集極連接並施加
集極偏 η t 端子28之高頻之信號電力經由輸入側匹 :電路22用HBT20放大後,經由 輸入:匹 輪出端子30輸出。&時,受到輪入鈐屮㈣电:24“唬 ^ ^ ^ ^ 又則輸入輸出控制輸入端子4〇之 &控制,以既定之電位自偏壓電路26供給HBT2〇之 基極基極電流。
該基極電流透過自偏壓電路26之輸出端子和偏壓電路 輸出端子32連接後,自偏壓電路輸出端子32經由接合線 36a和晶片電感器16之一端連接,再經 其另-端經由接合線36b和基極連接端子34連:感=自 HBT2G之基極連接之路徑,供給HBT2〇之基極。
在該基極電流經過之路徑未使用用以抑制輸入信號之 漏電力之隔離用電阻。使用晶片電感器16,替代隔離用電 阻。因而,高頻之輸入信號電力之頻率變高,又輸入信號 電力之電力量變大,也可令晶片電感器16在所要之高頻頻 帶具有高阻抗特性,可抑制輸入信號繞入偏壓電路2 6之漏 電力。而且,晶片電感器16不會令作用於HBT20之基極之 基極電位降低。 而’晶片電感器16在半絕緣性GaAs基板18上未設置, 因和MMIC晶片14併置的設置於組裝用基板上,GaAs基板18 之尺寸不會變大,和晶片電感器16之平面積(footprint size)無關。 例如,以往之使用隔離用電阻之情況之MM IC晶片之
2118-3983-PF.ptd 第10頁 501341 五、發明說明(7)
GaAs基板之面積係〇.8mm2。如本實施例1所示,在組裝用 基板12上設置晶片電感器16並和MMIC晶片14併置之情況, MMIC晶片14之GaAs基板18之尺寸還是〇.8mm2。 現在假如在MM IC晶片上形成例如螺旋電感器,對於此 情況計算其所需之面積。 例如,將本高頻用電力放大器用於行動電話,設輸入 信號之頻率為1GHz時,將為了在高頻上將HBT20和偏壓電 路26之偏壓電晶體26a、26b所需之阻抗值設為30 Ω時,電 感值變成30nH。 在用螺旋電感器構成之情況,MMIC晶片之GaAs基板之 尺寸變成2· 5 mm2,和在組裝用基板12上設置了晶片電感 器1 6時之MM IC晶片1 4之MM IC晶片1 4之GaAs基板1 8之尺寸相 比’需要約3倍。 如以上所示,在本實施例1,不增加昂貴之龍j c晶片 ^GaAs基板之基板面積,就可有效的抑制繞入偏壓電路之 雨頻彳s號之漏電力量,可確保偏壓電路之動作之穩定性。 而且’藉著在組裝用基板上將晶片電感器和MM j c晶片併 ,,不增加MMIC晶片之昂貴之GaAs基板之基板面積,可便 宜的構成〇因此,在本實施例丨之高頻用電力放大器,可 構成偏壓電路穩定、穩定性高、便宜、可能性高之高頻用 電力放大器。 尤其在使用晶片電感器之情況,可藉著零件更換簡單 的,整電感值,最佳化容易,又因可使在組裝用基板上之 組裝面積變小,適合小型化。
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變形例 圖3係本實施例1之變形例之高頻用電力放大器之 圖。本變形例係使用微帶線路替代在前面之 大器10之晶片電感器16之情況。 貝用1:力放 在圖3 ,50係高頻用電力放大器,52係作為電抗元 之微帶線路。
在本變形例之高頻用電力放大器50也和高頻用電力放 大器ίο—樣的動作,不增加昂貴之MMIC晶片之GaAs基板所 需之面積’可使繞入偏壓電路之高頻信號之漏電力量變 少。因而,偏壓電路穩定的動作,可構成便宜、靠 之高頻用電力放大器。 尤其藉者採用微帶線路’因可在組裝用基板12上形成 電路圖案,零件數變少。 實施例2
實施例2係在多段構造之高頻用電力放大器之輸入信 说電力變大之後段’在偏壓電路和放大用之雙極性電晶體 之基極之間連接防止信號電力繞入之晶片電感器,而且在 組裝用基板上併設了配置前段之電力放大器及後段之放大 用之雙極性電晶體和偏壓電路之半絕緣性半導體基板與晶 片電感器的。 圖4係本發明之多段之高頻用電力放大器之電路圖。 在圖4,60係高頻用電力放大器,62係放大器後段,
2118-3983-PF.ptd 第12頁 501341 五、發明說明(9) 用虛線所包圍之部分。該放大器後段62係相當於實施例i 之高頻用電力放大器10之部分。放大器後段62之符號令和 高頻用電力放大器1 0之符號對應。64係在高頻用電力放大 器60新增加之放大器前段,此部分也用虛線包圍。 66係放大器前段64之放大用之HBT,68係前段放大用 之HBT66之輸入側匹配電路,70是HBT66之偏壓電路,72係 設於放大器前段64之HBT66和偏壓電路7〇之間之防止輸入 信號電力繞入之隔離用電阻,76係和HBT66之射極連接之 接地電極,78係偏壓電路70之控制用輸入端子,8〇、82係 施加直流電壓電位Vc之電源端子。 自、號輸入端子28輸入之高頻之輸入信號電力首先用 放大器前段64放大。在放大器前段64因輸入HBT66之輸入 信號電力尚小且基極電流也小,為了防止輸入信號之漏電 力繞入偏壓電路70,使用隔離用電阻72也無礙。用放大器 刖段64放大後之輸入信號電力經由輸入側匹配電路“供^ 放大器後段62之放大用之HBT20。 、" 此時因供給ΗΒΤ20之輸入信號電力變大,往偏壓電路 26之漏電力也變大,又基極電流也多,而且需要避免發生 壓降’為了抑制漏電力,必須增大隔離用電阻之電阻值, 用隔離用電阻無法確保充分之基極電位。 因而,在本高頻用電力放大器6〇,供給放大器後段Μ 之放大用之ΗΒΤ20之基極電流透過自偏壓電路26之輪 子和偏壓電路輸出端子32連接後,自偏壓電路輸^ 經由接合線36a和晶片電感器16之一端連接,再經由晶^片
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五、發明說明(10) 電感器16自其另一端經由接合線36b和基極連接端子34連 接’再和HBT20之基極連接之路徑,供給jjbt2〇之夷極。 因此,可令晶片電感器1 6在所要之高頻頻帶具有高阻 抗特性,輸入放大器後段62之放大用之ΗΒΤ20之輸入信"7號 電力變大,又頻率變高,也可抑制繞入偏壓電路26之°漏電 力。而且,晶片電感器16不會令作用於ΗΒΤ20之基極之夷 極電位降低。 而’晶片電感器1 6在半絕緣性GaAs基板1 8上未設置, 因和MMIC晶片14併置的設置於組裝用基板上,以^2板18 之尺寸不會變大,和晶片電感器16之平面積無關。土 於是,在多段構造之高頻用電力放大器,未必只在 出段’在信號電力變大之電力放大器後段,具有抑制信^ 電力之漏電力向偏壓電路之繞入之效果。而且,不增 貴之MMIC晶片之Ga As基板所需之面積,可使向偏壓電路^ 繞入之高頻信號之漏電力量變少,偏壓電路穩定的動作, 可確保偏壓電路之穩定性。進而可構成便宜、穩定性言、 可靠性高之多段之高頻用電力放大器。 同、 發明之效果 本發明之高頻用電力放大器因包括如以上之說明斤_ 之構造,具有如下之效果。 下 、,若依據本發明之高頻用電力放大器,因包括半絕緣性 半導體基板;第一雙極性電晶體,配設於該半導體基板 上’具有經由輸入侧匹配電路輸入信號之基板和在輪出側
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五、發明說明(π) 匹配電路輸出放大後之彳§號之集極;偏麼電路,配設於今 半導體基板上,供給該第一雙極性電晶體基極電流;第一 端子’配設於該半導體基板上,和該偏壓電路之輸出端^ 接;第二端子,配設於該半導體基板上,和該第一雙極性 電晶體之基板連接;電抗元件,接在該第一、第二端子之 間;以及組裝用基板,配設了該電抗元件和該半導體基 板,利用本構造,不增加半絕緣性半導體基板之面積:可 使信號電力往偏壓電路之漏電力變少。因而,偏壓電路穩 定的動作。進而可構成便宜、可靠性高之高頻用電力放: 器。 此外,因還包括第二雙極性電晶體,將放大後之輸出 信號輸入第一雙極性電晶體之輸入側匹配電路,在多段之 放大器之後段侧之第一雙極性電晶體,不增加半絕緣性半 導體基板之面積,可使信號電力往偏壓電路之漏電力變 少,後段側之第一雙極性電晶體之偏壓電路穩定的動作。 ,而可構成便宜、可靠性高之多段構造之高頻用電力放大 ,藉著更換零件, 。進而可變成可靠
此外,因電抗元件採用晶片電感器 可簡單的調整電感值,又組裝面積變小 性高之構造。 形成電路圖案心 圖式簡單說明
501341 五、發明說明(12) 圖1係本發明之高頻用電力放大器之電路圖。 圖2係本發明之高頻用電力放大器之偏壓電路之電路 圖。 圖3係本發明之高頻用電力放大器之電路圖。 圖4係本發明之多段之高頻用電力放大器之電路圖。 圖5係以往之南頻用電力放大之電路圖。 符號說明 18〜半絕緣性GaAs基板、 2 2〜輸入側匹配電路、 20〜HBT 、 26〜偏壓電路、 32〜偏壓電路輸出端子、 34〜基極連接端子、 16〜晶片電感、 12〜組裝用基板、 66〜前段放大用之HBT。
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Claims (1)
- 501341 六、申請專利範園 1· 一種高頻用電力放大器,其特徵在於包括·· 半絕緣性半導體基板; 第一雙極性電晶體’配設於該半導體基板上,具有經 由輪入側匹配電路輸入信號之基板和在輸出側匹配電路輸 出放大後之信號之集極; 供給該第一雙極 和該偏壓電路之 和該第一雙極性 偏壓電路,配設於該半導體基板上 性電晶體基極電流; 第一端子,配設於該半導體基板上 輸出端連接; 第二端子,配設於該半導體基板上 電晶體之基板連接; 電抗元件,接在該第一、第二端子之間;以及 〇组裝用基板’配設了該電抗元件和該半導體美板。 中,還ms=1項之高頻用電力放大:,其 第-雙極性電晶體之輸入側匹配電路。翰“唬輸入 中3齋=巾凊專利範圍第1或2項之高頻用電力放大器,其 中’電抗元件係晶片電感器。 刀放大益,其 4·如申請專利範圍第1 中’電抗元件係微帶線路,2項之"頻用電力放大器,其 2118-3983-PF.ptd 第17頁
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