(57)【要約】【課題】チップ面積の増大を招くことなく、低損失で広帯域な出力整合を実現する。【解決手段】増幅対象の信号を相互に１８０度の位相差を有する信号に分配する１８０°ハイブリッド１と、１８０°ハイブリッド１から出力された一方の分配信号がゲート電極Ｇに与えられるトランジスタ３と、１８０°ハイブリッド１から出力された他方の分配信号がゲート電極Ｇに与えられ、ドレイン電極Ｄがトランジスタ３のドレイン電極Ｄと接続されているトランジスタ４とを設け、１８０°ハイブリッド６がトランジスタ３のドレイン電極Ｄから出力された信号とトランジスタ４のドレイン電極Ｄから出力された信号の位相を揃えて合成する。【選択図】図１
2010252162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅対象の信号を相互に１８０度の位相差を有する信号に分配する信号分配回路と、上記信号分配回路から出力された一方の分配信号がゲート電極に与えられる第１のトランジスタと、上記信号分配回路から出力された他方の分配信号がゲート電極に与えられ、ドレイン電極が上記第１のトランジスタのドレイン電極と接続されている第２のトランジスタと、上記第１のトランジスタのドレイン電極から出力された信号と上記第２のトランジスタのドレイン電極から出力された信号の位相を揃えて合成する信号合成回路とを備えた広帯域増幅器。
【請求項２】
第１及び第２のトランジスタが１チップに集積され、チップ上の線路パターンで上記第１のトランジスタのドレイン電極と上記第２のトランジスタのドレイン電極が接続されていることを特徴とする請求項１記載の広帯域増幅器。
【請求項３】
第１及び第２のトランジスタのドレイン電極間を接続している線路パターンが、上記第１及び第２のトランジスタにおけるドレイン電極の電気的な対称点から引き出されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の広帯域増幅器。
【請求項４】
ドレインフィンガーとドレインパッドがエアブリッジで接続されており、上記エアブリッジの下に形成されたチップ上の線路パターンで第１及び第２のトランジスタのドレイン電極間が接続されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の広帯域増幅器。
【請求項５】
第１のトランジスタのソース電極と第２のトランジスタのソース電極がチップ上の線路パターンで接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の広帯域増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トランジスタの寄生容量を相殺して広帯域な動作を実現する広帯域増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来の広帯域増幅器を示す構成図である。
入力信号分配回路１０１は、増幅対象の信号を入力すると、その入力信号を分配する。
トランジスタ１０２は、入力信号分配回路１０１から出力された一方の分配信号がゲート電極に与えられ、ドレイン電極にはインダクタ１０３がシャントに接続されている。
トランジスタ１０４は、入力信号分配回路１０１から出力された他方の分配信号がゲート電極に与えられ、ドレイン電極にはインダクタ１０５がシャントに接続されている。
インダクタ１０３，１０５がトランジスタ１０２，１０４のドレイン電極とシャントに接続されているのは、トランジスタ１０２，１０４の寄生出力容量を相殺して、広帯域な動作を実現するためである。
出力信号合成回路１０６は、トランジスタ１０２のドレイン電極から出力された信号と、トランジスタ１０４のドレイン電極から出力された信号を合成して、合成後の信号を出力する。
【０００３】
ただし、図５の回路を実際に構成しようとする場合、図６に示すように、トランジスタ１０２，１０４のドレインに直流バイアスを印加するためのキャパシタ１０７，１０８が必要となる。
キャパシタ１０７，１０８は不可避的に寄生抵抗成分を持つので、図６に示すような回路構成は損失が大きく、増幅器の出力電力及び電力変換効率が低下する。
【０００４】
そこで、以下の特許文献１では、出力電力及び電力変換効率の低下を防ぐことが可能な広帯域増幅器として、バランス型増幅器（平衡型増幅器）が開示されている。
図５の広帯域増幅器を平衡型増幅器で構成すると、図７のような回路構成となる。
図７の平衡型増幅器では、入力信号分配回路１０９が増幅対象の信号を相互に１８０度の位相差を有する信号に分配して、２つの分配信号をトランジスタ１０２，１０４のゲート電極に与えることで、平衡型の広帯域増幅器（バランス型増幅器）を構成している。
なお、出力信号合成回路１１０は、相互に１８０度の位相差を有する信号をトランジスタ１０２，１０４のドレイン電極から入力し、それらの信号の位相を揃えて合成して出力する。
【０００５】
平衡型増幅器では、平衡動作の動作対称面上の電位が交流的に接地電位（以下、「仮想接地」と称する）に保たれるという特徴を有する。
平衡型増幅器では、平衡動作によって仮想接地点が形成されるので、図６のキャパシタ１０７，１０８が不要となる（図７を参照）。
これにより、キャパシタ１０７，１０８の寄生抵抗による損失を回避することができる。
ただし、特許文献１に開示されている回路構成に、図７の回路を実際に適用しようとすると、図８に示すように、入力信号分配回路１０９とトランジスタチップ１１１の間には、ボンディングワイヤ１１２，１１４が必要となり、トランジスタチップ１１１と出力信号合成回路１１０の間には、ボンディングワイヤ１１３，１１５が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０１２８４０号（段落番号［０００９］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の広帯域増幅器は以上のように構成されているので、平衡動作によって仮想接地点が形成されることで、キャパシタ１０７，１０８を不要にしているが、入力信号分配回路１０９とトランジスタチップ１１１の間には、ボンディングワイヤ１１２，１１４が必要となり、トランジスタチップ１１１と出力信号合成回路１１０の間には、ボンディングワイヤ１１３，１１５が必要となる。このように、ボンディングワイヤ１１２〜１１５が付加されると、トランジスタ１０２，１０４の寄生出力容量を効果的に相殺することができなくなり、狭帯域な整合しか実現することができなくなる課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、チップ面積の増大を招くことなく、低損失で広帯域な出力整合を実現することができる広帯域増幅器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る広帯域増幅器は、増幅対象の信号を相互に１８０度の位相差を有する信号に分配する信号分配回路と、信号分配回路から出力された一方の分配信号がゲート電極に与えられる第１のトランジスタと、信号分配回路から出力された他方の分配信号がゲート電極に与えられ、ドレイン電極が第１のトランジスタのドレイン電極と接続されている第２のトランジスタとを設け、信号合成回路が第１のトランジスタのドレイン電極から出力された信号と第２のトランジスタのドレイン電極から出力された信号の位相を揃えて合成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、増幅対象の信号を相互に１８０度の位相差を有する信号に分配する信号分配回路と、信号分配回路から出力された一方の分配信号がゲート電極に与えられる第１のトランジスタと、信号分配回路から出力された他方の分配信号がゲート電極に与えられ、ドレイン電極が第１のトランジスタのドレイン電極と接続されている第２のトランジスタとを設け、信号合成回路が第１のトランジスタのドレイン電極から出力された信号と第２のトランジスタのドレイン電極から出力された信号の位相を揃えて合成するように構成したので、チップ面積の増大を招くことなく、低損失で広帯域な出力整合を実現することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による広帯域増幅器を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による広帯域増幅器のトランジスタチップ２を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２による広帯域増幅器のトランジスタチップ２を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による広帯域増幅器のトランジスタチップ２を示す構成図である。
【図５】従来の広帯域増幅器を示す構成図である。
【図６】図５の広帯域増幅器の実現方法を示す説明図である。
【図７】図５の広帯域増幅器を平衡型増幅器で構成した場合の構成図である。
【図８】図７の広帯域増幅器の実現方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による広帯域増幅器を示す構成図である。
図１において、１８０°ハイブリッド１は増幅対象の信号を入力すると、その入力信号を相互に１８０度の位相差を有する信号に分配する信号分配回路である。
トランジスタチップ２は複数個のトランジスタ３，４が１チップに集積されており、１８０°ハイブリッド１から出力された分配信号を増幅する。
図１の例では、トランジスタチップ２が２個のトランジスタ３，４を実装しているものを示しているが、全体で偶数個のトランジスタを実装していればよい。
【００１３】
トランジスタ３は１８０°ハイブリッド１から出力された一方の分配信号がゲート電極に与えられる第１のトランジスタであり、トランジスタ３はソース電極が接地されており、ドレイン電極がトランジスタ４のドレイン電極とチップ上の線路パターン５で接続されている。
トランジスタ４は１８０°ハイブリッド１から出力された他方の分配信号がゲート電極に与えられる第２のトランジスタであり、トランジスタ４はソース電極が接地されており、ドレイン電極がトランジスタ３のドレイン電極とチップ上の線路パターン５で接続されている。
図１では、トランジスタ３，４が１個ずつ実装されている例を示しているが、トランジスタ３，４がＮ個（Ｎ＝２，３，・・・）ずつ実装されていてもよい。
【００１４】
線路パターン５はトランジスタ３のドレイン電極とトランジスタ４のドレイン電極を接続しているチップ上の細い線路である。
１８０°ハイブリッド６はトランジスタ３のドレイン電極から出力された信号とトランジスタ４のドレイン電極から出力された信号の位相を揃えて合成し、合成後の信号を出力する信号合成回路である。
【００１５】
図２はこの発明の実施の形態１による広帯域増幅器のトランジスタチップ２を示す構成図である。
図２において、１１はトランジスタ３のゲート電極Ｇ、１２はトランジスタ３のソース電極Ｓ、１３はトランジスタ３のドレイン電極Ｄである。
２１はトランジスタ４のゲート電極Ｇ、２２はトランジスタ４のソース電極Ｓ、２３はトランジスタ４のドレイン電極Ｄである。
なお、線路パターン５は、トランジスタ３，４におけるドレイン電極Ｄの電気的な対称点１３ａ，２３ａから引き出されている。
【００１６】
次に動作について説明する。
１８０°ハイブリッド１は、増幅対象の信号を入力すると、その入力信号を相互に１８０度の位相差を有する信号に分配し、一方の分配信号をトランジスタ３のゲート電極Ｇに与え、他方の分配信号をトランジスタ３のゲート電極Ｇに与える。
【００１７】
トランジスタ３，４は、１チップに集積されており、１８０°ハイブリッド１から分配信号がゲート電極Ｇに与えられると、その分配信号を増幅して、ドレイン電極Ｄから増幅後の分配信号を出力する。
ここで、トランジスタ３，４は、平衡動作するトランジスタであり、チップ上の線路パターン５で、ドレイン電極Ｄ同士が接続されているので、平衡動作の動作対称面上の電位が交流的に接地電位に保たれる。
このため、トランジスタチップ２の対称面上には、図２に示すように、仮想接地点が形成される。
【００１８】
したがって、線路パターン５は、電気的には、トランジスタ３，４のドレイン電極Ｄからシャントに接続されたインダクタンスとして作用する。
シャントインダクタがトランジスタチップ２上に形成されているので、トランジスタチップ２と１８０°ハイブリッド６を接続するボンディングワイヤの影響によって整合が狭帯域になることはなく、広帯域な整合を実現することができる。
また、線路パターン５の損失は小さいので、高出力及び高効率な動作を実現することができる
また、線路パターン５は、トランジスタ３，４におけるドレイン電極Ｄの電気的な対称点１３ａ，２３ａから引き出されているので、線路パターン５を接続したことに伴うトランジスタ３，４内での電気的な対称性の乱れを最小限に抑えることができる。
【００１９】
１８０°ハイブリッド６は、トランジスタ３のドレイン電極Ｄから出力された信号とトランジスタ４のドレイン電極Ｄから出力された信号の位相を揃えて合成し、合成後の信号を出力する。
これにより、広帯域増幅器から増幅後の信号が得られる。
【００２０】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、増幅対象の信号を相互に１８０度の位相差を有する信号に分配する１８０°ハイブリッド１と、１８０°ハイブリッド１から出力された一方の分配信号がゲート電極Ｇに与えられるトランジスタ３と、１８０°ハイブリッド１から出力された他方の分配信号がゲート電極Ｇに与えられ、ドレイン電極Ｄがトランジスタ３のドレイン電極Ｄと接続されているトランジスタ４とを設け、１８０°ハイブリッド６がトランジスタ３のドレイン電極Ｄから出力された信号とトランジスタ４のドレイン電極Ｄから出力された信号の位相を揃えて合成するように構成したので、チップ面積の増大を招くことなく、低損失で広帯域な出力整合を実現することができる効果を奏する。
【００２１】
また、この実施の形態１によれば、トランジスタ３，４のドレイン電極Ｄ間を接続している線路パターン５が、トランジスタ３，４におけるドレイン電極Ｄの電気的な対称点１３ａ，２３ａから引き出されているように構成したので、線路パターン５を接続したことに伴うトランジスタ３，４内での電気的な対称性の乱れを最小限に抑えることができる効果を奏する。
【００２２】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による広帯域増幅器のトランジスタチップ２を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
１４はトランジスタ３のドレインフィンガーであり、ドレインフィンガー１４はドレインパッド（トランジスタ３のドレイン電極１３を構成している長方形のパッド）とエアブリッジ１５で接続されている。
２４はトランジスタ４のドレインフィンガーであり、ドレインフィンガー２４はドレインパッド（トランジスタ４のドレイン電極２３を構成している長方形のパッド）とエアブリッジ２５で接続されている。
【００２３】
図３の例では、エアブリッジ１５，２５の下に形成されたチップ上の線路パターン５で、トランジスタ３，４のドレイン電極Ｄ間を接続している。即ち、エアブリッジ１５，２５の下に、細い線路パターン５を通して、トランジスタ３，４のドレイン電極Ｄどうしを接続している。
これにより、上記実施の形態１と比較して、チップ面積を小さくすることができる。
また、ボンディングワイヤによってトランジスタチップ２と１８０°ハイブリッド６を接続する際に、ボンディングワイヤが線路パターン５と接触して、電気特性が変化する懸念をなくすことができる。
【００２４】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による広帯域増幅器のトランジスタチップ２を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
線路パターン３０はトランジスタチップ２上の線路であり、トランジスタ３のソース電極Ｓとトランジスタ４のソース電極Ｓを接続している。
【００２５】
上記実施の形態１，２では、線路パターン５がトランジスタチップ２上で、トランジスタ３のドレイン電極Ｄとトランジスタ４のドレイン電極Ｄを接続しているものについて示したが、図４に示すように、線路パターン５がトランジスタチップ２上で、トランジスタ３のドレイン電極Ｄとトランジスタ４のドレイン電極Ｄを接続するとともに、線路パターン３０がトランジスタチップ２上で、トランジスタ３のソース電極Ｓとトランジスタ４のソース電極Ｓを接続するようにしてもよい。
【００２６】
線路パターン３０が、平衡動作するトランジスタ３，４のソース電極Ｓ間を接続することで、ソース電極Ｓ内の動作対称面上にも、仮想接地点が形成されるので、トランジスタ３，４のソース電極Ｓが持つ寄生インダクタンスを減少させることができる。
ソース電極Ｓが持つ寄生インダクタンスは、直列負帰還を生じて、高周波動作時の利得を低下させることが知られているので、線路パターン３０がトランジスタ３，４のソース電極Ｓ間を接続することで、高周波動作時の利得を改善して、高効率を実現することができる。
【００２７】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、線路パターン３０がトランジスタチップ２上で、トランジスタ３のソース電極Ｓとトランジスタ４のソース電極Ｓを接続するように構成したので、上記実施の形態１，２と同様の効果を奏するほかに、ソース直列帰還インダクタンスを低減することができるため、高利得な広帯域増幅器を得ることができる効果を奏する。
【符号の説明】
【００２８】
１  １８０°ハイブリッド（信号分配回路）、２  トランジスタチップ、３  トランジスタ（第１のトランジスタ）、４  トランジスタ（第２のトランジスタ）、５  線路パターン、６  １８０°ハイブリッド（信号合成回路）、１１  トランジスタ３のゲート電極、１２  トランジスタ３のソース電極、１３  トランジスタ３のドレイン電極、１３ａ  トランジスタ３のドレイン電極の電気的な対称点、１４  ドレインフィンガー、１５  エアブリッジ、２１  トランジスタ４のゲート電極、２２  トランジスタ４のソース電極、２３  トランジスタ４のドレイン電極、２３ａ  トランジスタ４のドレイン電極の電気的な対称点、２４  ドレインフィンガー、２５  エアブリッジ、３０  線路パターン、１０１  入力信号分配回路、１０２，１０４  トランジスタ、１０３，１０５  インダクタ、１０６  出力信号合成回路、１０７，１０８  キャパシタ、１０９  入力信号分配回路、１１０  出力信号合成回路、１１１  トランジスタチップ、１１２〜１１５  ボンディングワイヤ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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