JP5307377B2 - Power amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、バイポーラトランジスタを用いた電力増幅器に係り、特に、無線通信装置用のマイクロ波モノリシック集積回路(MMIC)化された電力増幅器の動作特性の改善等を図ったものに関する。 The present invention relates to a power amplifier using a bipolar transistor, and more particularly to a power amplifier using a microwave monolithic integrated circuit (MMIC) for a wireless communication apparatus for improving operational characteristics.
バイポーラトランジスタを用いた電力増幅器集積回路の出力段トランジスタは、一般に、トランジスタ単位セル(以下「単位セル」と称する)と称される1つのトランジスタを、複数個、並列動作させるよう構成されており、それによって目標とする出力電力が達成可能となっている。かかる出力段トランジスタを構成する各単位セルは、等距離間隔で配置され、各単位セルのコレクタ、ベース及びエミッタの各電極は、隣接する単位セルのそれぞれの電極と共通に接続されるものとなっている。 An output stage transistor of a power amplifier integrated circuit using bipolar transistors is generally configured to operate in parallel a plurality of one transistor called a transistor unit cell (hereinafter referred to as “unit cell”). Thereby, the target output power can be achieved. The unit cells constituting the output stage transistor are arranged at equidistant intervals, and the collector, base and emitter electrodes of each unit cell are connected in common with the respective electrodes of the adjacent unit cells. ing.
例えば、出力電力28dBm(=630mW)、電力付加効率39.3%、動作周波数1.88GHz、コレクタ・エミッタ間電圧Vce=3.4V、のGaAsヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下「HBT」と称する)を設計する場合、出力段トランジスタの総エミッタ面積は、約5400μm2となると報告されている(非特許文献1参照)。例えば、単位セルに、エミッタ1本当たりのエミッタ面積が60μm2で、エミッタ本数2のダブルエミッタトランジスタを用いるとした場合、出力トランジスタの単位セル数は、45となる。 For example, a GaAs heterojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as “HBT”) having an output power of 28 dBm (= 630 mW), a power added efficiency of 39.3%, an operating frequency of 1.88 GHz, and a collector-emitter voltage Vce = 3.4 V. When designing, it has been reported that the total emitter area of the output stage transistor is about 5400 μm 2 (see Non-Patent Document 1). For example, when a double emitter transistor having an emitter area per emitter of 60 μm 2 and 2 emitters is used for the unit cell, the number of unit cells of the output transistor is 45.
一方、電力増幅器における出力段トランジスタにあっては、その配置が動作特性に重要な影響を与えるものとなっている。
すなわち、線形電力増幅器に要求される性能として、高効率、低歪み、熱安定性などの要素が挙げられる。これらの性能を出力トランジスタから最大限引き出すためには、並列動作状態にある各単位セルが全て均一に動作していることが望ましい。ここで、均一動作とは、各単位セルの出力電力波形が一致していることを意味する。
On the other hand, the arrangement of the output stage transistors in the power amplifier has an important influence on the operating characteristics.
That is, the performance required for the linear power amplifier includes factors such as high efficiency, low distortion, and thermal stability. In order to maximize these performances from the output transistor, it is desirable that all the unit cells in the parallel operation state operate uniformly. Here, the uniform operation means that the output power waveforms of the unit cells match.
例えば、電力増幅器は、飽和出力に近い出力電力になる程、高効率となる一方、歪みが急増する傾向にある。各単位セルが均一動作していない場合、特定の単位セルが飽和出力に達して歪みを発生する一方、その他の単位セルは、出力電力が低下し、低効率となる。このため、出力段トランジスタの総合的な性能は、単位セルの並列動作が均一である場合と比べて低下することとなる。 For example, power amplifiers have higher efficiency as output power approaches saturated output, while distortion tends to increase rapidly. When each unit cell is not operating uniformly, a specific unit cell reaches a saturated output and generates distortion, while the other unit cells have low output power and low efficiency. For this reason, the overall performance of the output stage transistor is degraded as compared with the case where the parallel operation of the unit cells is uniform.
また、上述のように飽和出力に達して歪みを発生している特定の単位セルは、他の単位セルと比較してより多くのコレクタ電流が流れており、発熱量も大きい。各単位セル間に温度分布が存在する場合、GaAs HBTは、熱不安定現象の1つである電流コラプスが発生するコレクタ電流しきい値を減少させるため、各単位セルの放熱性及びコレクタ電流の均一化が、熱安定上、重要となる。
各単位セルのコレクタ電流は、正の温度相関を有することから、上述のような温度分布は、各単位セルの自己発熱により強調され、各単位セル動作の均一性は、さらに損なわれることとなる。
それ故、各単位セルの放熱性は、高いことが望ましい。
In addition, as described above, in a specific unit cell that has reached the saturation output and generates distortion, more collector current flows and the amount of generated heat is larger than other unit cells. When a temperature distribution exists between the unit cells, the GaAs HBT reduces the collector current threshold value at which current collapse, which is one of the thermal instability phenomena, occurs. Uniformity is important for thermal stability.
Since the collector current of each unit cell has a positive temperature correlation, the temperature distribution as described above is emphasized by the self-heating of each unit cell, and the uniformity of each unit cell operation is further impaired. .
Therefore, it is desirable that the heat dissipation of each unit cell is high.
ところで、各単位セルが均一動作しない原因としては、各単位セルの負荷インピーダンス及び、放熱性の差異を挙げることができる。トランジスタの飽和出力波形は、トランジスタの直流特性を表すIce−Vce(コレクタ電流対コレクタ電圧)静特性カーブ上のニー電圧と関係するため、ニー電圧決定要因の1つであるコレクタ抵抗の差異も、各単位セルの均一動作に影響する。 By the way, the reason why each unit cell does not operate uniformly can be the difference in load impedance and heat dissipation of each unit cell. Since the saturation output waveform of the transistor is related to the knee voltage on the Ice-Vce (collector current vs. collector voltage) static characteristic curve representing the DC characteristic of the transistor, the difference in collector resistance, which is one of the knee voltage determining factors, is also This affects the uniform operation of each unit cell.
図6には、例えば、特許文献1等に開示されている従来の出力段トランジスタにおける電極配置の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ、この従来構成について説明する。
この出力段トランジスタは、2つのトランジスタ単位セル列が並列接続されて構成されたものとなっている。
すなわち、トランジスタ単位セル列C LINEは、複数のトランジスタ単位セルTrが並列接続されて設けられてなるもので、例えば、この図6に示された構成例においては、5つのトランジスタ単位セルTrから構成されたものとなっている。
FIG. 6 shows a configuration example of electrode arrangement in a conventional output stage transistor disclosed in, for example, Patent Document 1 and the like, and this conventional configuration will be described below with reference to FIG.
This output stage transistor is configured by connecting two transistor unit cell rows in parallel.
That is, the transistor unit cell column C LINE is formed by connecting a plurality of transistor unit cells Tr in parallel. For example, in the configuration example shown in FIG. 6, the transistor unit cell column C LINE includes five transistor unit cells Tr. It has been made.
具体的には、この出力段トランジスタは、コレクタ電極配線101Aと、エミッタ電極配線102Aと、ベース電極配線103A,103Bとを有して構成されたものとなっている。
コレクタ電極配線101Aは、平行して設けられた2つの単位セル列用コレクタ電極1A,2Aを有してなり、それぞれ上述した単位セルTrの数に応じたコレクタ電極11Aが形成されたものとなっている。なお、図6においては、図を簡潔として理解を容易とするため、単位セル列用コレクタ電極1A,2Aの各々における複数のコレクタ電極の内の一つに代表して符号を付して他の符号を省略することとする。
Specifically, this output stage transistor is configured to include a
The
エミッタ電極配線102Aは、単位セル列用コレクタ電極1A,2Aに対応するように、対向する2つの側縁部分に、それぞれ単位セルの数に応じたエミッタ電極25Aが形成されてなるものである。かかるエミッタ電極配線102Aは、単位セル列用コレクタ電極1A,2Aと交差するようにして、単位セル列用コレクタ電極1A,2Aの下層側に配設されると共に、バイアホール7Aを介して接地されるものとなっている。なお、複数のエミッタ電極についても、先のコレクタ電極同様、その内の一つに代表して符号を付して他の符号を省略することとする。
また、ベース電極配線103A,103Bは、それぞれ単位セル列用コレクタ電極1A,2Aに対応して配設されるものとなっている。
The
The
かかる構成における出力段トランジスタの等価回路は、図7に示されたように表すことができる。
すなわち、一方のセル列には、5つのトランジスタTr1a〜Tr5aが、また、他方のセル列には、5つのトランジスタTr1b〜Tr5bが、それぞれコレクタが共通に接続されて設けられ、一方のセル列は、出力端子5Aに、他方のセル列は、出力端子6Aに、それぞれ接続されると共に、2つの出力端子5A,6Aが相互に接続されて、セル列のコレクタ同士が相互に接続されるものとなっている。
That is, one cell column is provided with five transistors Tr1a to Tr5a, and the other cell column is provided with five transistors Tr1b to Tr5b with collectors connected in common. The other cell row is connected to the
ところで、上述の従来の構成にあって、エミッタ電極配線102Aの幅、長さが等しく形成されているため、放熱性は比較的均一である。これに対して、コレクタ電極配線101Aは、特に、単位セル列用コレクタ電極1A,2Aの幅が狭く、長いため、各単位セル間に、配線抵抗分とインダクタンス分が存在し、各単位セルの負荷インピーダンスとコレクタ抵抗が不均一なものとなっている。
By the way, in the above-described conventional configuration, since the width and length of the
なお、特許文献1に開示されたHBTにおいては、エミッタ接地にバンプを用いることが提案されているが、電力増幅器の場合、バンプ形成箇所が出力段トランジスタに多数集中しているため、バンプ形成箇所が集積回路チップ内で偏りのあるものとなる可能性がある。このように、集積回路チップ内でバンプ形成箇所が偏ったり、また、そのバンプ高さが不均一な場合、実装基板との接続の際、数多くの接続作業を安定して行うことに、困難さが生じるため、接続作業の容易性という観点からは、従来のバイアホールを用いたエミッタ接地が優れている。 In the HBT disclosed in Patent Document 1, it is proposed to use bumps for grounding the emitter. However, in the case of a power amplifier, bump formation points are concentrated on the output stage transistors. May be biased within the integrated circuit chip. As described above, when the bump formation location is uneven in the integrated circuit chip or the bump height is non-uniform, it is difficult to stably perform many connection operations when connecting to the mounting board. Therefore, from the viewpoint of easy connection work, conventional emitter grounding using via holes is superior.
一方、集積回路チップと実装基板との接続の容易性を確保しつつ、各単位セル動作の均一性を改善しようとすると、負荷インピーダンスとコレクタ抵抗の均一性を改善が必要であり、そのため、コレクタ電極配線の幅を広くしたり、単位セルの配置間隔を狭くすることが考えられるが、これは、放熱性の低下を招き、かつ、温度分布を強調する結果となるため、熱安定性を著しく低下させるという問題が生ずる。 On the other hand, in order to improve the uniformity of the operation of each unit cell while ensuring the easy connection between the integrated circuit chip and the mounting substrate, it is necessary to improve the uniformity of the load impedance and the collector resistance. Although it is conceivable to increase the width of the electrode wiring or to reduce the arrangement interval of the unit cells, this causes a decrease in heat dissipation and emphasizes the temperature distribution, so that the thermal stability is remarkably increased. The problem of lowering arises.
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、集積回路チップと実装基板との接続の容易性や、放熱性の良好さを維持したままで、各単位セル動作の均一性を改善することのできる電力増幅器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and improves the uniformity of the operation of each unit cell while maintaining the ease of connection between the integrated circuit chip and the mounting substrate and good heat dissipation. An object of the present invention is to provide a power amplifier capable of performing
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る電力増幅器は、
一つのトランジスタを形成する基本単位である単位セル数に応じた複数のコレクタ電極が形成されてなるコレクタ電極配線と、前記単位セル数に応じた複数のエミッタ電極が形成されてなるエミッタ電極配線と、前記単位セル数に応じた複数のベース電極が形成されてなるベース電極配線とを有してなる出力段トランジスタを用いてなる電力増幅器であって、
前記コレクタ電極配線は、複数のコレクタ電極が直線状に配設されてなる単位セル列用コレクタ電極配線が2つ平行するようにして、各々の一方の端部で接続されて、当該一方の端部が出力端とされてなり、
前記エミッタ電極配線は、前記2つの単位セル列用コレクタ電極配線にそれぞれ平行する2つの側縁部分を有し、当該側縁部分には、それぞれ前記単位セル列用コレクタ電極配線における単位セル数に対応する複数のエミッタ電極が形成される一方、バイアホールを介して接地され、
前記ベース電極配線は、前記2つの単位セル列用コレクタ電極配線に対応して2つ設けられ、それぞれ前記単位セル列用コレクタ電極配線における単位セル数に対応した複数のベース電極が形成されてなり、
前記2つの単位セル列用コレクタ電極配線は、コレクタ電極の配設方向における長さが同一で、かつ、それぞれの単位セル数が同一とされる一方、前記出力端として接続された各々の単位セル列用コレクタ電極配線の端部と反対側の端部が配線接続されてなる出力段トランジスタが形成されて、前記各単位セルにおけるインピーダンスの均一化を可能としてなるものである。
In order to achieve the above object of the present invention, a power amplifier according to the present invention comprises:
A collector electrode wiring formed with a plurality of collector electrodes corresponding to the number of unit cells, which is a basic unit forming one transistor, and an emitter electrode wiring formed with a plurality of emitter electrodes corresponding to the number of unit cells; A power amplifier using an output stage transistor having a base electrode wiring formed with a plurality of base electrodes corresponding to the number of unit cells,
The collector electrode wiring is connected at one end of each one so that two collector electrode wirings for a unit cell array in which a plurality of collector electrodes are arranged in a straight line are parallel to each other. Part is the output end,
The emitter electrode wiring has two side edge portions respectively parallel to the two unit cell column collector electrode wires, and the side edge portion has a unit cell number in the unit cell column collector electrode wiring. while corresponding plurality of emitter electrodes Ru is formed, it is grounded via the via hole,
Two base electrode wirings are provided corresponding to the two unit cell column collector electrode wirings, and a plurality of base electrodes corresponding to the number of unit cells in each of the unit cell column collector electrode wirings are formed. ,
The two unit cell column collector electrode wirings have the same length in the arrangement direction of the collector electrodes, and the same number of unit cells, but each unit cell connected as the output terminal output stage transistor end of the end portion of the column for the collector electrode wiring opposite side is routed connection is formed, is made by allowing a uniform impedance in the respective unit cells.
本発明によれば、集積回路チップと実装基板との接続の容易性や、放熱性の良好さを維持したままで、各単位セルの負荷インピーダンスを均一化することができるので、各単位セル動作の均一性を確保し、それによって、出力段トランジスタの総合的な動作特性が確実に改善されるという効果を奏するものである。 According to the present invention, it is possible to equalize the load impedance of each unit cell while maintaining the ease of connection between the integrated circuit chip and the mounting substrate and good heat dissipation. As a result, the overall operating characteristics of the output stage transistor are reliably improved.
以下、本発明の実施の形態について、図1乃至図5を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における電力増幅器の出力段トランジスタの構成例について、図1を参照しつつ説明する。ここで、電力増幅器は、特に、無線通信装置用のもので、マイクロ波モノリシック集積回路(MMIC)化されるものである。
かかる電力増幅器に用いられる本発明の実施の形態における出力段トランジスタは、コレクタ同士が相互に接続された複数のトランジスタからなるトランジスタ列(セル列)CLINEが、複数並列に接続されてなるもので、本発明の実施の形態においては、2つのトランジスタ列が並列接続されたものとなっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.
The members and arrangements described below do not limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention.
First, a configuration example of the output stage transistor of the power amplifier in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the power amplifier is particularly for a wireless communication device, and is a microwave monolithic integrated circuit (MMIC).
The output stage transistor in the embodiment of the present invention used for such a power amplifier is formed by connecting a plurality of transistor rows (cell rows) CLINE composed of a plurality of transistors whose collectors are mutually connected, In the embodiment of the present invention, two transistor arrays are connected in parallel.
図1には、かかる出力段トランジスタの構成例であって、特に、電極の配置に主眼をおいた構成例が示されている。
本発明の実施の形態における出力段トランジスタは、2つの単位セル列用コレクタ電極配線1,2を有してなるコレクタ電極配線101と、複数のエミッタ電極25〜34が形成されてなるエミッタ電極配線102と、複数のベース電極35〜44が形成されてなる2つのベース電極配線103a,103bとに大別されて構成されたものとなっている(詳細は後述)。
FIG. 1 shows a configuration example of such an output stage transistor, particularly a configuration example focusing on the electrode arrangement.
The output stage transistor in the embodiment of the present invention includes a
コレクタ電極配線101には、2つの単位セル列用コレクタ電極配線1,2が、平行するようにして、それぞれの一方の端部が、出力用配線3によって相互に接続されたものとなっている一方、2つの単位セル列用コレクタ電極配線1,2の他方の端部は、セル列間接続配線4により相互に接続されたものとなっている。
単位セル列用コレクタ電極配線1,2は、いずれも基本的に同一の構成を有してなるもので、以下、一方の単位セル列用コレクタ電極配線1について、説明し、その説明を以て、他方の単位セル列用コレクタ電極配線2の説明に代えることとする。なお、以下の一方の単位セル列用コレクタ電極配線1の説明において、
構成要素の符号の後に他方の単位セル列用コレクタ電極配線2の対応する構成要素の符号を必要に応じて括弧書きで表記することとする。
The
Each of the unit cell column
After the reference numerals of the constituent elements, the reference numerals of the corresponding constituent elements of the other unit cell column
単位セル列用コレクタ電極配線1(2)は、その平面全体外観形状が矩形状、すなわち、より具体的には長方形状に形成されると共に、その長手軸方向(図1においては、紙面左右方向)の一方の側縁部分には、長手軸方向において適宜な間隔を隔てて複数のコレクタ電極11〜16(17〜22)が直線状に配設されている。
単位セル列用コレクタ電極配線1は、予め定められた単位セル数により一つ多い数のコレクタ電極が形成されるものとなっている。すなわち、本発明の実施の形態においては、単位セル列用コレクタ電極配線1(2)は、単位セル数が5であるため、6つのコレクタ電極11〜16(17〜22)が設けられたものとなっている。
これは、単位セル列用コレクタ電極配線1(2)においてそれぞれ端部に位置するコレクタ電極11,16(17,22)を除いて、他のコレクタ電極12〜15(18〜21)は、隣接する単位セルにおけるコレクタ電極として共用されるものとなっているためである。
The unit cell column collector electrode wiring 1 (2) has an overall appearance of a rectangular shape, that is, more specifically, a rectangular shape, and more specifically, a longitudinal direction (in FIG. A plurality of collector electrodes 11 to 16 (17 to 22) are linearly arranged at an appropriate interval in the longitudinal axis direction.
The unit cell column collector electrode wiring 1 is formed with a larger number of collector electrodes by a predetermined number of unit cells. That is, in the embodiment of the present invention, since the unit cell column collector electrode wiring 1 (2) has 5 unit cells, six collector electrodes 11 to 16 (17 to 22) are provided. It has become.
This is because the
なお、ここで、単位セルは、1つのトランジスタが形成される単位であり、図1に示された構成例においては、便宜的に、以下に述べるように各単位セルに符号を付している。
すなわち、一方の単位セル列用コレクタ電極1においては、セル列間接続配線4側から順に、Tr1a、Tr2a、Tr3a、Tr4a、Tr5aとし、他方の単位セル列用コレクタ電極配線2においては、セル列間接続配線4側から順に、Tr1b、Tr2b、Tr3b、Tr4b、Tr5bとしている。
Here, the unit cell is a unit in which one transistor is formed, and in the configuration example shown in FIG. 1, for convenience, a reference numeral is assigned to each unit cell as described below. .
That is, in one unit cell column collector electrode 1, Tr1a, Tr2a, Tr3a, Tr4a, Tr5a are sequentially formed from the inter-cell column connection wiring 4 side, and in the other unit cell column
したがって、単位セル列用コレクタ電極配線1(2)において、コレクタ電極11,12(17,18)は、単位セルTr1a(Tr1b)において用いられ、コレクタ電極12,13(18,19)は、単位セルTr2a(Tr2b)において用いられ、コレクタ電極13,14(19,20)は、単位セルTr3a(Tr3b)において用いられ、コレクタ電極14,15(20,21)は、単位セルTr4a(Tr4b)において用いられ、コレクタ電極15,16(21,22)は、単位セルTr5a(Tr5b)において用いられるものとなっている。
かかるコレクタ電極11〜16(17〜22)は、単位セル列用コレクタ電極配線1(2)の長手軸方向において適宜な間隔を隔てて、かつ、長手軸方向対して直交するように側縁部分から外向へ向かって矩形状に突出形成されたものとなっている。
Therefore, in the unit cell column collector electrode wiring 1 (2), the collector electrodes 11, 12 (17, 18) are used in the unit cell Tr1a (Tr1b), and the
The collector electrodes 11 to 16 (17 to 22) have side edge portions so as to be spaced at an appropriate interval in the longitudinal axis direction of the unit cell column collector electrode wiring 1 (2) and to be orthogonal to the longitudinal axis direction. It protrudes in a rectangular shape from the outside toward the outside.
すなわち、一方の単位セル列用電極配線1におけるコレクタ電極11〜16と、他方の単位セル列用電極配線2における17〜22は、それぞれの側縁部分から互いに反対方向へ突出形成されたものとなっている。
また、2つの単位セル列用電極配線1,2は、その長手軸方向(図1においては紙面左右方向)、すなわち、換言すれば、コレクタ電極11〜16、17〜22の配設方向における長さが同一に設定されている。
That is, collector electrodes 11 to 16 in one unit cell
The two unit cell
一方の単位セル列用コレクタ電極配線1と他方の単位セル列用コレクタ電極配線2を、一方の端部で接続する出力用配線3は、その平面全体外観形状が長方形状に形成され、その長手軸方向(図1において紙面上下方向)の一方の側縁部分に、上述した2つの単位セル列用コレクタ電極配線1,2が、適宜な間隔を隔てて、平行し、かつ、出力用配線3に対して直交するように、出力用配線3と一体形成されて設けられたものとなっている。
The output wiring 3 that connects one unit cell column collector electrode wiring 1 and the other unit cell column
この出力用配線3において、単位セル列用コレクタ電極配線1,2のそれぞれの端部近傍に位置する部位は、それぞれの出力端子5,6とされている。
また、セル列間接続配線4は、矩形状に形成されて、2つの単位セル列用電極配線1,2の他方の端部、すなわち、出力用配線3を介して接続された端部と反対側の端部を接続するものとなっている。
In the output wiring 3, the portions located near the end portions of the unit cell column
The inter-cell column connection wiring 4 is formed in a rectangular shape and is opposite to the other end of the two unit cell
エミッタ電極配線102は、平面全体外観形状が長方形状に形成されると共に、その長手軸方向(図1において紙面左右方向)の対向する2つの側縁部分には、それぞれ適宜な間隔を隔てて、5つづつエミッタ電極25〜29、30〜34が、長手軸に対して直交するように外向へ矩形状に突出形成されたものとなっている。
The
このエミッタ電極配線102は、コレクタ電極配線101の下層側に配設されるものとなっており、その際、エミッタ電極25〜29は、一方の単位セル列用コレクタ電極1の長手軸方向に対して直交し、かつ、その先端部分が先に説明した各単位セルTr1a〜Tr5aにおいて対応するコレクタ電極11〜16の間に、それぞれ位置するように、また、エミッタ電極30〜34は、他方の単位セル列用コレクタ電極2の長手軸方向に対して直交し、かつ、その先端部分が先に説明した各単位セルTr1b〜Tr5bにおいて対応するコレクタ電極17〜22の間に、それぞれ位置するように配設されたものとなっている。
そして、かかるエミッタ電極配線102は、バイアホール7を介して接地されるものとなっている。
The
The
ベース電極配線103a,103bは、2つの単位セル列用コレクタ電極配線1,2に対応して設けられているもので、いずれも全体外観形状が比較的細長の長方形状に形成されると共に、その長手軸方向(図1において紙面左右方向)の一方の側縁部分に先のエミッタ電極25〜29、30〜34の間隔に対応するようにしてベース電極35〜39、40〜44が突出形成されてなるものである。
すなわち、一方のベース電極配線103aにおいて、ベース電極35〜39は、ベース電極配線103aの長手軸方向において、その一方の側縁部分から長手軸に対して直交するように矩形状に突出形成されており、各々の間隔は、エミッタ電極25〜29の間隔に一致するものとなっている。
The
That is, in one
また、他方のベース電極配線103bにおいても、ベース電極40〜44は、ベース電極配線103bの長手軸方向において、その一方の側縁部分から長手軸に対して直交するように矩形状に突出形成されており、各々の間隔は、エミッタ電極30〜34の間隔に一致するものとなっている。
そして、ベース電極配線103aは、ベース電極35〜39の各々の先端部分が、適宜な間隔を介してエミッタ電極25〜29の先端部分と対向するように配設され、また、ベース電極配線103bは、ベース電極40〜4の各々の先端部分が、適宜な間隔を介してエミッタ電極30〜34の先端部分と対向するように配設されるものとなっている。
Also, in the other
The
かかる構成においては、例えば、単位セルTr1aを例に採れば、この単位セルTr1aにおいては、コレクタ電極11,12、エミッタ電極25及びベース電極35を有して一つのバイポーラトランジスタが形成されたものとなっている。Tr2a〜Tr5a、Tr1b〜Tr5bについても、個々の説明は省略するが、Tr1a同様に、それぞれ一つのバイポーラトランジスタが、図1に示されたコレクタ電極、エミッタ電極及びベース電極を有するものとなっている。
In such a configuration, for example, if the unit cell Tr1a is taken as an example, the unit cell Tr1a has the
図2には、かかる構成における出力段トランジスタの電気的等価回路が示されており、以下、この等価回路について説明する。
なお、図1に示された構成要素と対応するものについては、同一の符号を付すものとする。また、便宜上、単位セルを表す符号Tr1a〜Tr5a、Tr1b〜Tr5bは、同時に、それぞれの単位セルにおいて形成されるトランジスタの符号とする。
FIG. 2 shows an electrical equivalent circuit of the output stage transistor in such a configuration, and this equivalent circuit will be described below.
In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected about the thing corresponding to the component shown by FIG. For convenience, reference numerals Tr1a to Tr5a and Tr1b to Tr5b representing unit cells are simultaneously used as reference numerals of transistors formed in the respective unit cells.
図1に示されたように構成された結果、Tr1a〜Tr5aは、単位セル列用コレクタ配線電極1によりコレクタ同士が、また、Tr1b〜Tr5bは、単位セル列用コレクタ配線電極2によりコレクタ同士が、それぞれ相互に接続された回路構成となる(図2参照)。
そして、Tr5aのコレクタ側が出力端子5に、Tr5bのコレクタ側が出力端子6に、それぞれ接続されると共に、これら2つの出力端子5,6は、先の出力用配線3を用いたことにより、相互に接続された回路構成となる。
一方、Tr1aとTr1bの各々のコレクタ側もセル列間接続配線4により相互に接続された回路構成となる。
As a result of the configuration shown in FIG. 1, Tr1a to Tr5a are connected to each other by the collector wiring electrode 1 for unit cell columns, and Tr1b to Tr5b are connected to each other by the
The collector side of Tr5a is connected to the
On the other hand, the collector side of each of Tr1a and Tr1b is also connected to each other by inter-cell column connection wiring 4.
また、Tr1a〜Tr5aの各々のベースは、先に説明したベース電極配線103aの使用により、相互に接続された回路構成となり、また、同様に、Tr1b〜Tr5bの各々のベースも、先に説明したベース電極配線103bの使用により、相互に接続された回路構成となる。なお、図2においては、図示を省略してあるが、Tr1a〜Tr5aの各々のベースと、Tr1b〜Tr5の各々のベースは、相互に接続されて同一の入力信号が印加されるものとなっている。
The bases of Tr1a to Tr5a are connected to each other by using the
次に、かかる構成における本発明の実施の形態における出力段トランジスタの動作特性について、図3乃至図5に示された各種の特性図及び、図8乃至図10に示された従来回路における同様な各種の特性図を参照しつつ説明する。
最初に、図3に示された特性線図について説明する。
図3は、本発明の実施の形態における出力段トランジスタの各単位セルのトランジスタTr1a〜Tr5a(又はTr1b〜Tr5b)の出力飽和時のコレクタ・エミッタ間電流Iceの時間変化の例を示した特性線図である。なお、同図においては、Tr1a〜Tr5aとTr1b〜Tr5bの特性は同一であるので、Tr1〜Tr5の表記を用いたものとしている。これは、以下説明する図4及び図5についても同様である。
Next, with respect to the operation characteristics of the output stage transistor in the embodiment of the present invention having such a configuration, various characteristic diagrams shown in FIGS. 3 to 5 and the same in the conventional circuit shown in FIGS. This will be described with reference to various characteristic diagrams.
First, the characteristic diagram shown in FIG. 3 will be described.
FIG. 3 is a characteristic line showing an example of the time change of the collector-emitter current Ice during the output saturation of the transistors Tr1a to Tr5a (or Tr1b to Tr5b) of each unit cell of the output stage transistor according to the embodiment of the present invention. FIG. In the figure, since the characteristics of Tr1a to Tr5a and Tr1b to Tr5b are the same, the notation of Tr1 to Tr5 is used. The same applies to FIGS. 4 and 5 described below.
具体的には、動作周波数1.95GHz、コレクタ・エミッタ間電圧Vce=3.5V、一つのセル列における単位セル数5とした場合における特性例である。
なお、図8には、図6に示された従来回路において同様な条件下での特性例が示されている。図8においては、Tr1a〜Tr5aとTr1b〜Tr5bの特性は同一であるので、Tr1〜Tr5の表示を用いたものとしている。これは、以下に説明する図9及び図10についても同様である。
Specifically, it is a characteristic example when the operating frequency is 1.95 GHz, the collector-emitter voltage Vce = 3.5 V, and the number of unit cells in one cell row is 5.
FIG. 8 shows a characteristic example of the conventional circuit shown in FIG. 6 under the same conditions. In FIG. 8, since the characteristics of Tr1a to Tr5a and Tr1b to Tr5b are the same, the display of Tr1 to Tr5 is used. The same applies to FIGS. 9 and 10 described below.
双方を比較して見ると、各単位セルにおけるコレクタ・エミッタ間電流Iceのピーク値は、本発明の実施の形態の出力段トランジスタにあっては、従来回路に比してより均一化していることが確認できる。
具体的には、従来回路におけるトランジスタTr5に比して、本発明の実施の形態におけるトランジスタTr5のピーク値は、明らかに低下する一方、トランジスタTr1のピーク値が、従来回路に比して上昇し、全体としてトランジスタTr1〜Tr5のピーク値の均一化が実現されたものとなっている。
Comparing both, the peak value of the collector-emitter current Ice in each unit cell is more uniform than that of the conventional circuit in the output stage transistor of the embodiment of the present invention. Can be confirmed.
Specifically, the peak value of the transistor Tr5 in the embodiment of the present invention clearly decreases as compared with the transistor Tr5 in the conventional circuit, while the peak value of the transistor Tr1 increases as compared with the conventional circuit. As a whole, the peak values of the transistors Tr1 to Tr5 are made uniform.
図4は、本発明の実施の形態における出力段トランジスタの各単位セルのトランジスタTr1a〜Tr5a(又はTr1b〜Tr5b)のコレクタから負荷側を見た場合のインピーダンスをシミュレーションにより求めた結果を、特性インピーダンスZ0=5Ωのスミスチャートに示したインピーダンス特性図である。
具体的には、動作周波数1.95GHzとし、各単位セルのトランジスタTr1a〜Tr5a、Tr1b〜Tr5bのコレクタとアースとの間に5Ωの純抵抗器を接続し、これを単位セルのトランジスタの代替として、シミュレーションを行って得られた特性図である。
なお、図9には、図6に示された従来回路において同様な条件下での特性例が示されている。
FIG. 4 is a graph showing the impedance obtained when the load side is viewed from the collector of the transistors Tr1a to Tr5a (or Tr1b to Tr5b) of each unit cell of the output stage transistor according to the embodiment of the present invention. It is an impedance characteristic diagram shown in the Smith chart of Z0 = 5Ω.
Specifically, the operating frequency is 1.95 GHz, and a 5Ω pure resistor is connected between the collectors of the transistors Tr1a to Tr5a and Tr1b to Tr5b of each unit cell and the ground, and this is used as an alternative to the unit cell transistor. FIG. 6 is a characteristic diagram obtained by performing a simulation.
FIG. 9 shows an example of characteristics under similar conditions in the conventional circuit shown in FIG.
ここで、5Ωの純抵抗器により単位セルの代替としたのは、次のような理由によるものである。すなわち、トランジスタのコレクタ・エミッタ電流Ice対コレクタ・エミッタ間電圧Vce静特性カーブ上に、負荷曲線を描く場合、先の図3(又は図8)におけるコレクタ・エミッタ間電流Iceのピークは、ニー電圧付近に依存する一方、ニー電圧は、コレクタ・エミッタ間のトランジスタ内部抵抗(5Ω程度)に依存する。そこで、Iceのピーク時における各単位セルのトランジスタのインピーダンス状態を5Ωの純抵抗器に置き換えたものである。
図4及び図9の双方を比較して見ると、各単位セルにおけるインピーダンスは、本発明の実施の形態の出力段トランジスタが、従来回路に比してより均一化していることが確認できる。
Here, the reason why the unit cell is replaced by a 5Ω pure resistor is as follows. That is, when a load curve is drawn on the collector-emitter current Ice vs. collector-emitter voltage Vce static characteristic curve of the transistor, the peak of the collector-emitter current Ice in FIG. 3 (or FIG. 8) is the knee voltage. On the other hand, the knee voltage depends on the transistor internal resistance (about 5Ω) between the collector and the emitter. Therefore, the impedance state of the transistor of each unit cell at the time of Ice peak is replaced with a 5Ω pure resistor.
Comparing both FIG. 4 and FIG. 9, it can be confirmed that the impedance in each unit cell is more uniform in the output stage transistor of the embodiment of the present invention than in the conventional circuit.
図5は、動作周波数を変化させて、本発明の実施の形態における出力段トランジスタの各単位セルのトランジスタTr1a〜Tr5a(又はTr1b〜Tr5b)のコレクタから負荷側を見た場合のインピーダンスをシミュレーションにより求めた結果を、特性インピーダンスZ0=5Ωのスミスチャートに示したインピーダンス特性図である。
具体的には、動作周波数10MHz〜10GHzとした場合の特性図である。なお、単位セルのトランジスタを5Ωの純抵抗器で代替した点は、図4で説明したと同様であるので、ここでの再度の詳細な説明は省略する。
なお、図10には、図6に示された従来回路において同様な条件下での特性例が示されている。
FIG. 5 shows a simulation of impedance when the load side is viewed from the collector of the transistors Tr1a to Tr5a (or Tr1b to Tr5b) of each unit cell of the output stage transistor in the embodiment of the present invention by changing the operating frequency. It is the impedance characteristic figure which showed the calculated | required result in the Smith chart of characteristic impedance Z0 = 5 (ohm).
Specifically, it is a characteristic diagram when the operating frequency is 10 MHz to 10 GHz. Note that the unit cell transistor is replaced with a 5Ω pure resistor in the same manner as described with reference to FIG. 4, and thus detailed description thereof is omitted here.
FIG. 10 shows an example of characteristics under similar conditions in the conventional circuit shown in FIG.
図5及び図10の双方を比較して見ると、動作周波数を変化させた場合にあっても、各単位セルにおけるインピーダンスは、本発明の実施の形態の出力段トランジスタが、従来回路に比してより均一化していることが確認できる。
電力増幅器の動作は、トランジスタのIce−Vce静特性カーブ、動作点及び負荷インピーダンスによって決定されるものであることからすれば、図4,図5に示されたようなインピーダンスの均一性故に、図3に示されたような各単位セルのIceピーク値の均一性が確保されていることが理解できる。
Comparing both FIG. 5 and FIG. 10, even when the operating frequency is changed, the impedance in each unit cell is higher than that of the conventional circuit in the output stage transistor of the embodiment of the present invention. Can be confirmed.
Since the operation of the power amplifier is determined by the Ice-Vce static characteristic curve of the transistor, the operating point, and the load impedance, the impedance uniformity as shown in FIGS. It can be understood that the uniformity of the Ice peak value of each unit cell as shown in FIG.
1,2…単位セル列用コレクタ電極配線
3…出力用配線
4…セル列間接続配線
101…コレクタ電極配線
102…エミッタ電極配線
103a,103b…エミッタ電極配線
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記コレクタ電極配線は、複数のコレクタ電極が直線状に配設されてなる単位セル列用コレクタ電極配線が2つ平行するようにして、各々の一方の端部で接続されて、当該一方の端部が出力端とされてなり、
前記エミッタ電極配線は、前記2つの単位セル列用コレクタ電極配線にそれぞれ平行する2つの側縁部分を有し、当該側縁部分には、それぞれ前記単位セル列用コレクタ電極配線における単位セル数に対応する複数のエミッタ電極が形成される一方、バイアホールを介して接地され、
前記ベース電極配線は、前記2つの単位セル列用コレクタ電極配線に対応して2つ設けられ、それぞれ前記単位セル列用コレクタ電極配線における単位セル数に対応した複数のベース電極が形成されてなり、
前記2つの単位セル列用コレクタ電極配線は、コレクタ電極の配設方向における長さが同一で、かつ、それぞれの単位セル数が同一とされる一方、前記出力端として接続された各々の単位セル列用コレクタ電極配線の端部と反対側の端部が配線接続されてなる出力段トランジスタが形成されて、前記各単位セルにおけるインピーダンスの均一化を可能としてなることを特徴とする電力増幅器。 A collector electrode wiring formed with a plurality of collector electrodes corresponding to the number of unit cells, which is a basic unit forming one transistor, and an emitter electrode wiring formed with a plurality of emitter electrodes corresponding to the number of unit cells; A power amplifier using an output stage transistor having a base electrode wiring formed with a plurality of base electrodes corresponding to the number of unit cells,
The collector electrode wiring is connected at one end of each one so that two collector electrode wirings for a unit cell array in which a plurality of collector electrodes are arranged in a straight line are parallel to each other. Part is the output end,
The emitter electrode wiring has two side edge portions respectively parallel to the two unit cell column collector electrode wires, and the side edge portion has a unit cell number in the unit cell column collector electrode wiring. while corresponding plurality of emitter electrodes Ru is formed, it is grounded via the via hole,
Two base electrode wirings are provided corresponding to the two unit cell column collector electrode wirings, and a plurality of base electrodes corresponding to the number of unit cells in each of the unit cell column collector electrode wirings are formed. ,
The two unit cell column collector electrode wirings have the same length in the arrangement direction of the collector electrodes, and the same number of unit cells, but each unit cell connected as the output terminal An output stage transistor in which an end opposite to the end of the column collector electrode wiring is connected to form an output stage transistor , which makes it possible to equalize impedance in each unit cell .
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