(57)【要約】【課題】出力が大きく、効率が高い電力増幅器を提供する。【解決手段】本発明の電力増幅器１００は、ベースに入力された信号を増幅し、コレクタから増幅された信号を出力するバイポーラトランジスタ１０２と、バイポーラトランジスタ１０２のエミッタと接地との間にインダクタ１０７とを備える。前記エミッタと接地との間のインダクタンスは、インダクタ１０７を設けないときの前記エミッタと接地との間の寄生インダクタンスよりも大きいので、バイポーラトランジスタ１０２は、エミッタを大きくすることなく、出力を大きくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに入力された信号を増幅し、コレクタから増幅された信号を出力する第１のバイポーラトランジスタを備える電力増幅器であって、
前記第１のバイポーラトランジスタのエミッタと接地との間に付加インダクタンス素子を備え、
前記エミッタと接地との間のインダクタンスは、前記付加インダクタンス素子を設けないときの前記エミッタと接地との間の寄生インダクタンスよりも大きいことを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
前記付加インダクタンス素子は、金属配線により構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記付加インダクタンス素子は、伝送線路により構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記付加インダクタンス素子は、スパイラルコイルにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項５】
前記付加インダクタンス素子は、ボンディングワイヤにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項６】
前記付加インダクタンス素子のインダクタンスは、前記寄生インダクタンスよりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項７】
前記付加インダクタンス素子のインダクタンスは、１０ｐＨ以上であることを特徴とする請求項６に記載の電力増幅器。
【請求項８】
前記エミッタと接地との間に容量素子をさらに備え、
前記容量素子は、前記付加インダクタンス素子と並列に接続され、
前記容量素子と前記付加インダクタンス素子との共振効果により、前記エミッタと接地との間のインダクタンスが、前記エミッタを前記付加インダクタンス素子のみを介して接地したときの前記エミッタと接地との間のインダクタンスよりも大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項９】
ベースに入力された信号を増幅する第２のバイポーラトランジスタをさらに備え、
前記第２のバイポーラトランジスタの出力信号が前記第１のバイポーラトランジスタのベースに入力されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力増幅器が半導体基板上に実装されていることを特徴とする集積回路。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力増幅器を送信電力増幅器として備える通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低歪み、高出力、高効率が要求される電力増幅器、および電力増幅器を搭載した通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や無線通信では、デジタル変調方式として、ＱＰＳＫ（４元位相変移偏重）やＱＡＭ(４元振幅変調)などが一般に用いられている。これらのデジタル変調システムは、信号の振幅と位相との両方に情報を乗せるため、信号の波形の忠実な増幅が必要であり、電力増幅器には低い歪み動作が要求される。
【０００３】
また、長距離、高速転送を可能とするブロードバンドコミニュケーションシステムとして、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥなどが挙げられる。これらのシステムで使用されるパワーアンプは、長距離転送、高速転送を目的とするため、これまでのＷＬＡＮなどに比べて高出力が要求される。また、携帯電話などのモバイル端末で使用されるパワーアンプの場合、高効率動作も要求される。
【０００４】
図１４は、従来の一般的な一段のバイポーラトランジスタを用いた電力増幅器１０００を示す図である。電力増幅器１０００は、入力端子１００１、バイポーラトランジスタ１００２、出力端子１００３、電圧供給端子１００４、整合回路１００５および整合回路１００６を備えている。高周波信号が入力端子１００１から、整合回路１００５を介してエミッタ接地のバイポーラトランジスタ１００２のベース端子に入力されて増幅される。増幅された高周波信号は、整合回路１００５を介して出力端子１００３から出力される。また、バイポーラトランジスタ１０２のベースバイアス電圧が、電圧供給端子１００４から供給される。
【０００５】
整合回路１００５は、入力端子１００１とバイポーラトランジスタ１００２のベースとのインピーダンスを整合する回路である。また、整合回路１００６は、バイポーラトランジスタ１００２のコレクタの出力負荷がバイポーラトランジスタ１００２の必要な利得と出力とに対応するように、バイポーラトランジスタ１００２のコレクタの出力負荷を整合させる回路である。
【０００６】
図１４に示す電力増幅器１０００において、バイポーラトランジスタ１００２のエミッタサイズと整合回路１００６の負荷インピーダンスとの両者を変化させることにより、電力増幅器１０００の出力を調整することができる。例えば、電力増幅器１０００の出力を増やす場合、バイポーラトランジスタ１００２のエミッタサイズを大きくし、整合回路１００６の負荷インピーダンスを小さくする方法により、電流を増やすことができる。
【０００７】
ここで、電力増幅器を半導体基板上に実装する際には、必ず接地電極に寄生インダクタンスが発生する。この寄生インダクタンスは、利得を下げるように作用するため、なるべく小さくすることが求められる。これに関しては、トランジスタのエミッタと接地との間にコンデンサを設けることにより、寄生インダクタンスによる利得低下を抑制する電力増幅器が、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２２８０９４号公報（平成１９年９月６日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に構成では、寄生インダクタンスの作用を抑制しているため、電力増幅器の出力を大きくすることができない。また、図１４に示す従来の電力増幅器１０００においては、出力を大きくするために、バイポーラトランジスタ１００２のエミッタサイズを大きくし、負荷インピーダンスを小さくする方法を取っていた。しかし、この方法では、出力を大きくするほど消費電力が増大してしまう。そのため、出力を大きくするとともに、効率の高い電力増幅器を作ることは困難であるという問題が生ずる。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、出力を大きく、効率が高い電力増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電力増幅器は、上記の課題を解決するために、ベースに入力された信号を増幅し、コレクタから増幅された信号を出力する第１のバイポーラトランジスタを備える電力増幅器であって、前記第１のバイポーラトランジスタのエミッタと接地との間に付加インダクタンス素子を備え、前記エミッタと接地との間のインダクタンスは、前記付加インダクタンス素子を設けないときの前記エミッタと接地との間の寄生インダクタンスよりも大きいことを特徴としている。
【００１１】
上記の構成によれば、電力増幅器は、エミッタが接地されたエミッタ接地増幅器であり、エミッタと接地との間に付加インダクタンス素子が設けられていることにより、エミッタと接地との間のインダクタンスは、付加インダクタンス素子を設けないときのエミッタと接地との間の寄生インダクタンスよりも大きくなっている。ここで、エミッタ接地増幅器では、エミッタと接地とのインダクタンスが増加すると出力が増加する。よって、出力を大きくするために、本発明に係る電力増幅器は、エミッタの面積を増加させる必要がないので、消費電力の増大を抑えることができる。したがって、出力を大きく効率が高い電力増幅器を提供することができるという効果を奏する。
【００１２】
また、本発明に係る電力増幅器は、前記付加インダクタンス素子は、金属配線により構成されることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る電力増幅器は、前記付加インダクタンス素子は、伝送線路により構成されることが好ましい。
【００１４】
上記の構成によれば、金属配線や伝送線路は、その形状を自由に変えてレイアウトすることができるので、レイアウトの隙間を利用して付加インダクタンス素子を形成することができる。したがって、半導体チップ上のレイアウトを有効活用することができる。
【００１５】
また、本発明に係る電力増幅器は、前記付加インダクタンス素子は、スパイラルコイルにより構成されることが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、スパイラルコイルは、小さいチップ面積でインダクタンスを大きくすることができる。したがって、付加インダクタンス素子を金属配線や伝送線路によって構成する場合に比べ、容易に電力増幅器の出力を大きくすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る電力増幅器は、前記付加インダクタンス素子は、ボンディングワイヤにより構成されることが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、ボンディングワイヤは金属配線やスパイラルコイルに比べ、寄生抵抗が小さく電力増幅器の飽和出力の低下が抑制されるので、電力増幅器の飽和出力を容易に大きくすることができる。
【００１９】
また、本発明に係る電力増幅器は、前記付加インダクタンス素子のインダクタンスは、前記寄生インダクタンスよりも大きいことが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る電力増幅器は、前記付加インダクタンス素子のインダクタンスは、１０ｐＨ以上であることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、電力増幅器の出力をさらに大きくすることができる。
【００２２】
また、本発明に係る電力増幅器は、前記エミッタと接地との間に容量素子をさらに備え、前記容量素子は、前記付加インダクタンス素子と並列に接続され、前記容量素子と前記付加インダクタンス素子との共振効果により、前記エミッタと接地との間のインダクタンスが、前記エミッタを前記付加インダクタンス素子のみを介して接地したときの前記エミッタと接地との間のインダクタンスよりも大きいことが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、付加インダクタンス素子と並列に接続された容量素子をエミッタと接地との間にさらに備え、容量素子と付加インダクタンス素子との共振効果により、容量素子を設けない場合に比べ、インダクタンスが増加している。したがって、電力増幅器の出力をさらに大きくすることが可能となる。
【００２４】
また、本発明に係る電力増幅器は、ベースに入力された信号を増幅する第２のバイポーラトランジスタをさらに備え、前記第２のバイポーラトランジスタの出力信号が前記第１のバイポーラトランジスタのベースに入力されることが好ましい。
【００２５】
エミッタ接地増幅器では、エミッタと接地との間のインダクタンスを増加させると、増幅器の利得が低下する。これに対し、上記の構成によれば、第２のバイポーラトランジスタをさらに備え、第２のバイポーラトランジスタによって増幅された信号を第１のバイポーラトランジスタによって増幅させている。これにより、第１のバイポーラトランジスタのエミッタと接地との間のインダクタンスの増加による利得の低下を、第２のバイポーラトランジスタによって補うことができる。
【００２６】
また、本発明に係る集積回路は、上記電力増幅器が半導体基板上に実装されている。
【００２７】
また、本発明に係る通信装置は、上記電力増幅器を送信電力増幅器として備えている。
【００２８】
上記の構成によれば、出力を大きく効率が高い通信装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る電力増幅器は、以上のように、ベースに入力された信号を増幅し、コレクタから増幅された信号を出力する第１のバイポーラトランジスタを備える電力増幅器であって、前記第１のバイポーラトランジスタのエミッタと接地との間に付加インダクタンス素子を備え、前記エミッタと接地との間のインダクタンスは、前記付加インダクタンス素子を設けないときの前記エミッタと接地との間の寄生インダクタンスよりも大きいので、出力を大きく効率が高い電力増幅器を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
〔実施の形態１〕
本発明の第１の実施の形態について図１から図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３１】
本実施の形態の、一段のバイポーラトランジスタを用いた電力増幅器１００の回路を図１に示す。電力増幅器１００は、入力端子１０１、バイポーラトランジスタ１０２、出力端子１０３、電圧供給端子１０４、整合回路１０５、整合回路１０６およびインダクタ１０７（付加インダクタンス素子）を備えている。入力端子１０１、バイポーラトランジスタ１０２、出力端子１０３、電圧供給端子１０４、整合回路１０５および整合回路１０６は、図１４に示す従来の電力増幅器１０００の入力端子１００１、バイポーラトランジスタ１００２、出力端子１００３、電圧供給端子１００４、整合回路１００５および整合回路１００６と略同様である。また、バイポーラトランジスタ１０２とバイポーラトランジスタ１００２とはエミッタサイズが同一である。すなわち、図１に示す電力増幅器１００は、図１４に示す従来の電力増幅器１０００において、さらにインダクタ１０７を備えた構成である。
【００３２】
電力増幅器１００では、高周波信号が入力端子１０１から入力され、整合回路１０５を介してバイポーラトランジスタ１０２のベース端子に入力される。バイポーラトランジスタ１０２により増幅された高周波信号は、バイポーラトランジスタ１０２のコレクタ端子から出力され、整合回路１０６を介して出力端子１０３から出力される。バイポーラトランジスタの１０２のベースバイアス電圧は、電圧供給端子１０４から供給される。
【００３３】
なお、整合回路１０５は、入力端子１０１と、バイポーラトランジスタ１０２のベースとのインピーダンスを整合するための回路である。また、整合回路１０６は、バイポーラトランジスタ１０２のコレクタの出力負荷を、バイポーラトランジスタの必要な特性に合わせるように整合するための回路である。
【００３４】
また、バイポーラトランジスタ１０２のエミッタと接地との間には、所定のインピーダンス値をもつインダクタ１０７が設けられている。インダクタ１０７は、コイルを設けることにより構成してもよいし、後述のように、金属配線、ボンディングワイヤ、スパイラルコイル等で構成してもよい。インダクタ１０７を設けることにより、バイポーラトランジスタ１０２のエミッタと接地との間のインダクタンスは、エミッタを直接接地した場合の寄生インダクタンスに比べ、大きくなっている。
【００３５】
このように、図１４に示す従来の電力増幅器１０００と、図１に示す本実施の形態の電力増幅器１００との違いは、図１に示すインダクタ１０７の有無だけである。それ以外は、例えばバイポーラトランジスタ１０２とバイポーラトランジスタ１００２とは、エミッタサイズなどが同じである。また、整合回路１０６と整合回路１００６とは、同じ回路であるため、両者は略同様の負荷インピーダンスを有する。したがって、電力増幅器１００の消費電力は、従来の電力増幅器１０００の消費電力に等しい。
【００３６】
これに加え、本実施形態の電力増幅器１００では、バイポーラトランジスタ１０２のエミッタと接地とのインダクタンスが従来の電力増幅器１０００におけるバイポーラトランジスタ１００２のエミッタと接地とのインダクタンスよりも大きいので、電力増幅器１００の出力は電力増幅器１０００よりも高くなる。ここで、本実施形態では、インダクタ１０７のインダクタンスを５０ｐＨとしており、この場合の電力増幅器１００の出力について具体的に説明する。
【００３７】
続いて、図１４に示す従来の電力増幅器１０００の出力と、図１に示す本実施の形態の電力増幅器１００の出力との比較を、シミュレーョンによって行った。上記シミュレーションの結果を、図２に示す。なお、図２において、縦軸は利得（Ｇａｉｎ）を、横軸は出力電力（Ｐｏｕｔ）を示す。また、図中の実線１０１０は従来の電力増幅器１０００のシミュレーション結果を、図中の破線１１０は本実施の形態の電力増幅器１００のシミュレーション結果を示す。
【００３８】
図２で示されるように、電力増幅器１００および電力増幅器１０００は、どちらも出力電力がある程度まで増加すると、利得が急激に減衰することが分かる。ここで、出力電力が５ｄＢｍのときの利得から、利得が５ｄＢ程度減衰したところにおける出力電力を、電力増幅器の飽和出力とする。この飽和出力を分かりやすくするために、図２に示す利得に基づき、利得偏差を計算した。この利得偏差を図３に示す。
【００３９】
図３において、縦軸は上記利得偏差（ｄＧａｉｎ）を、横軸は出力電力を示す。また、図中の実線１０２０は従来の電力増幅器１０００の利得偏差を、図中の破線１２０は本実施の形態における電力増幅器１００の利得偏差を示す。図３では、利得偏差を示しているので、縦軸の値が−５となったときにおける出力電力を、電力増幅器の飽和出力とする。
【００４０】
図３では、破線１２０で示された飽和出力のほうが実線１０２０で示された飽和出力よりも大きいことから、本実施の形態の電力増幅器１００の出力のほうが従来の電力増幅器１０００の出力よりも高いことが分かる。すなわち、本実施の形態における電力増幅器１００は、インダクタ１０７を有するため、従来の電力増幅器１０００に比べて出力が伸びている。
【００４１】
図４は、図３に示す電力増幅器の利得偏差に基づいた電力増幅器の効率（電力付加効率：ＰＡＥ）を示す。図４において、縦軸は効率を、横軸は出力電力を示す。また、図中の実線１０３０は、図１４に示す従来の電力増幅器１０００の効率を表している。図中の破線１３０は、本実施の形態における電力増幅器１００の効率を表している。図４から、本実施の形態の電力増幅器１００は、従来の電力増幅器１０００に比べて、効率が下がることなく、出力（飽和出力）を大きくすることができることが分かる。
【００４２】
次に、本実施の形態の電力増幅器１００の飽和出力が、従来の電力増幅器１０００とほぼ同様の飽和出力となるように調整した場合の電力増幅器１００の特性を、電力増幅器１０００の特性と比較する。具体的には、図１に示す整合回路１０６の負荷インピーダンスを図１４に示す整合回路１００６の負荷インピーダンスよりも大きくすることにより、電力増幅器１００の飽和出力を、従来の電力増幅器１０００の飽和出力とほぼ同様になるように、小さくすることを図った。なお、このときも、インダクタ１０７のインダクタンス値を５０ｐＨとした。その比較結果は図５に示す。
【００４３】
図５は、本実施の形態の電力増幅器１００および従来の電力増幅器１０００の、出力電力と利得との関係を示す。なお、縦軸は利得を、横軸は出力電力を示す。また、図中の実線１０４０は、従来の電力増幅器１０００の利得を、図中の破線１４０は本実施の形態の電力増幅器１００の利得を示す。図５から分かるように、電力増幅器１０００および電力増幅器１００の両方において、出力が高くなるにつれ、利得が下がる。また、この場合、従来の電力増幅器１０００の出力は、本実施の形態の電力増幅器１００の出力より下がり具合が大きいことが分かる。
【００４４】
図６は、本実施の形態の電力増幅器１００および従来の電力増幅器１０００の、出力電力と利得偏差との関係を示す。なお、縦軸は利得偏差を、横軸は出力電力を示している。また、図中の実線１０５０は、従来の電力増幅器１０００の利得偏差を示している。図中の破線１５０は、本実施の形態の電力増幅器１００の利得偏差を示す。ここで、利得偏差が−５近傍になるときの電力増幅器の出力を、飽和出力とする。図６から、本実施の形態の電力増幅器１００の飽和出力を小さくして、従来の電力増幅器１０００の飽和出力と略同一となるようにしたことが分かる。
【００４５】
続いて、本実施の形態の電力増幅器１００の飽和出力と従来の電力増幅器１０００の飽和出力とが略同一となった場合において、電力増幅器の効率を比較する。図７は、本実施の形態の電力増幅器１００および従来の電力増幅器１０００の、出力電力と効率との関係を示す。なお、縦軸は効率を、横軸は出力を示す。また、図中の実線１０６０は、従来の電力増幅器１０００の効率を、図中の破線１６０は本実施の形態の電力増幅器１００の効率を示す。図７から分かるように、飽和出力が同様の場合、本実施の形態の電力増幅器１００は、従来の電力増幅器１０００に比べて効率が向上している。
【００４６】
このように、本実施の形態の電力増幅器１００は、出力を大きくできるとともに、高効率であることが分かる。
【００４７】
なお、図１において、バイポーラトランジスタ１０２のエミッタを接地した場合、エミッタと接地との間には寄生インダクタンスが発生する。そこで、インダクタ１０７のインダクタンスは、この寄生インダクタンスよりも大きい値となるように設定している。
【００４８】
なお、この寄生インダクタンスは、バイポーラトランジスタの半導体プロセスに起因するものであり、エミッタ端子と接地とが理想的に接続されないことにより発生する。さらに、本実施形態の電力増幅器により所望の効果を得るためには、インダクタ１０７のインダクタンスを、この寄生インダクタンスよりも大きくする必要がある。
【００４９】
また、この寄生インダクタンスの大部分は、エミッタ端子と接地との間のインダクタンスである。通常、電力増幅器のエミッタ端子と接地とは、金属配線や半導体基板に用いる貫通接地ＶＩＡホールを用いて接続される。また、電力増幅器を備えた実際の製品では、電力増幅器は樹脂基板上に実装されることが多い。その場合、樹脂基板の接地配線に、さらに寄生インダクタンスが発生する。この寄生インダクタンスの値は、樹脂基板の種類や、接地の配線、電力増幅器の設置面積により増減する。これら全ての寄生インダクタンスを合計すると、少ない場合、数ｐＨ、多い場合では約１０ｐＨ程度の値となる。
【００５０】
ここで、寄生インダクタンスが大きい場合を想定して、寄生インダクタンスを１０ｐＨとし、インダクタ１０７のインダクタンスを１０ｐＨとしたときのシミュレーションを行った。図８は、このときの出力電力と利得偏差との関係を示す。なお、縦軸は利得偏差を、横軸は出力電力を示す。図中の実線１０７０は、インダクタ１０７を追加せず寄生インダクタンスのみが存在するときの利得偏差を示す。図中の破線１７０は、インダクタ１０７のインダクタンスを１０ｐＨの値で追加したときの利得偏差を示す。この図から、インダクタ１０７のインダクタンスを１０ｐＨにすることで、飽和出力が伸びる効果が現れているのが分かる。
【００５１】
したがって、インダクタ１０７のインダクタンスを寄生インダクタンスの合計よりも大きくすることが好ましい。このため、本実施の形態の電力増幅器では、インダクタ１０７のインダクタンスを１０ｐＨ以上に設定している。これにより、出力を大きくするとともに、十分に効率の高い電力増幅器を提供することができる。
【００５２】
また、インダクタ１０７は、半導体基板上に作成された金属配線、または伝送線路によって構成してもよい。すなわち、通常のレイアウトに比べ金属配線または伝送線路を長く形成することにより、インダクタ１０７を構成する。金属配線または伝送線路は、その形状を自由に変えてレイアウトすることができるので、金属配線や伝送線路の隙間をインダクタ１０７とすることができる。よって、半導体基板上の金属配線等を有効に活用することができる。
【００５３】
金属配線または伝送線路を、インダクタ１０７として作成した場合は、インダクタ１０７に寄生抵抗が発生する。この寄生抵抗は、バイポーラトランジスタ１０２の利得を下げる影響をもたらす。これにより、電力増幅器１００の飽和出力も下がる。このように、インダクタ１０７の寄生抵抗が大きくなると、電力増幅器１００の出力を大きくするという効果が下がってしまうため、この寄生抵抗は、なるべく小さくすることが好ましい。
【００５４】
すなわち、インダクタ１０７のインピーダンスＺＬ（＝|ωＬ|）を、インダクタ１０７の寄生抵抗であるインピーダンス成分ＺＲ（＝Ｒ）よりも十分大きくする必要がある。さらに、インダクタ１０７の寄生抵抗であるインピーダンス成分ＺＲの絶対値を小さくする必要がある。
【００５５】
したがって、本実施の形態では、インダクタ１０７のインピーダンスＺＬを、インダクタ１０７の寄生抵抗であるインピーダンス成分ＺＲよりも大きくするとともに、インダクタ１０７の寄生抵抗であるインピーダンス成分ＺＲの絶対値を小さくすることで、電力増幅器１００の飽和出力をより大きくすることができる。
【００５６】
〔実施の形態２〕
本発明の第２の実施形態について図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
図２、図５で示したように、インダクタ１０７をバイポーラトランジスタ１０２のエミッタに接続すると、従来の電力増幅器に比べて、電力増幅器の利得が低下する傾向がある。そこで、本実施形態では、利得の低下を補うために、電力増幅器のバイポーラトランジスタを二段としている。
【００５８】
図９は、本実施の形態の電力増幅器２００の回路構成を示す図である。電力増幅器２００は、図１に示す電力増幅器１００において、バイポーラトランジスタ２０１、整合回路２０２および電圧供給端子２０３をさらに備え、電圧供給端子１０４および整合回路１０５をそれぞれ電圧供給端子２０４および整合回路２０５に置き換えた構成である。
【００５９】
電力増幅器２００では、高周波信号が入力端子１０１から入力され、整合回路２０２を介してバイポーラトランジスタ２０１のベース端子に入力される。バイポーラトランジスタ２０１のエミッタは接地されている。また、バイポーラトランジスタ２０１で増幅された高周波信号は、バイポーラトランジスタ２０１のコレクタから、整合回路２０５を介してバイポーラトランジスタ１０２のベースに入力される。
【００６０】
なお、バイポーラトランジスタ２０１およびバイポーラトランジスタ１０２のベースバイアス電圧は、それぞれ電圧供給端子２０３および電圧供給端子２０４から供給される。また、整合回路２０２は、入力端子１０１およびバイポーラトランジスタ２０１のベースのインピーダンスを整合する回路である。整合回路２０５は、バイポーラトランジスタ２０１のコレクタおよびバイポーラトランジスタ１０２のベースの負荷を整合する回路である。
【００６１】
以上の構成により、入力端子１０１から入力された高周波信号は、まずバイポーラトランジスタ２０１によって増幅され、バイポーラトランジスタ１０２でさらに増幅される。バイポーラトランジスタ１０２で増幅された高周波信号は、バイポーラトランジスタ１０２のコレクタ端子から出力され、整合回路１０６に入力される。
【００６２】
このように、バイポーラトランジスタ１０２の前段にバイポーラトランジスタ２０１をさらに設けることにより、インダクタ１０７を設けることによるバイポーラトランジスタ１０２の利得の低下を補うことができる。
【００６３】
また、図９に示す電力増幅器２００を用いても利得が足りない場合は、バイポーラトランジスタ２０１の前段にさらにバイポーラトランジスタを追加してもよい。すなわち、三段のバイポーラトランジスタを有する電力増幅器を用いて、利得の低下を補ってもよい。
【００６４】
なお、本実施の形態においても、第１の実施形態と同様、インダクタ１０７のインダクタンス値を５０ｐＨとしている。
【００６５】
〔実施の形態３〕
本発明の第３の実施形態について図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
図１０は、本実施の形態の、一段のバイポーラトランジスタを用いた電力増幅器３００の回路を示す。電力増幅器３００は、図１に示す電力増幅器１００において、インダクタ１０７の代わりにスパイラルコイル３０１を備えた構成である。このように、スパイラルコイル３０１を用いることにより、インダクタンス素子に大きいインダクタンス値を持たせることができる。
【００６７】
なお、上述実施の形態１において説明したように、金属配線を用いてインダクタンス素子を形成する場合、インダクタンスを大きくするためには、金属配線を長くする必要がある。それゆえ、電力増幅器を半導体基板に実装する際には、半導体チップの面積を大きくする必要があり、電力増幅器のレイアウトが困難になる。
【００６８】
本実施の形態のように、スパイラルコイル３０１をインダクタとして用いることで、半導体チップを搭載するための面積を有効に活用できる上に、大きいインダクタンスを得ることができる。
【００６９】
それゆえ、本実施の形態の電力増幅器は、より簡単な構成で飽和出力を大きくすることができる。
【００７０】
〔実施の形態４〕
本発明の第４の実施形態について図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７１】
図１１は、本実施の形態の、一段のバイポーラトランジスタを用いた電力増幅器４００の回路を示す。電力増幅器４００は、図１に示す電力増幅器１００において、インダクタ１０７の代わりにボンディングワイヤ４０１を備えた構成である。すなわち、ボンディングワイヤ４０１の長さを、通常の接続状態におけるボンディングワイヤよりも長く形成することにより、インダクタを構成している。ボンディングワイヤ４０１は、金属配線やスパイラルコイルに比べ、寄生抵抗が小さい。そのため、電力増幅器の飽和出力の低下をより抑制することが可能である。
【００７２】
すなわち、本実施の形態の電力増幅器４００は、金属配線やスパイラルコイルをインダクタンス素子として用いる電力増幅器に比べ、飽和出力を大きくすることができる。
【００７３】
〔実施の形態５〕
本発明の第５の実施形態について図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７４】
図１２は、本実施の形態の、一段のバイポーラトランジスタを用いた電力増幅器５００の回路を示す。電力増幅器５００は、図１に示す電力増幅器１００において、コンデンサ５０１をさらに備えた構成である。コンデンサ５０１は、バイポーラトランジスタ１０２のエミッタと接地との間にインダクタ１０７とともに並列接続されている。
【００７５】
このように、インダクタ１０７と、コンデンサ５０１とを並列接続することにより、共振効果が生じる。なお、コンデンサの容量およびインダクタのインダクタンスによっては、共振効果によってエミッタと接地との間のインダクタンスが減少することもある。そのため、本実施形態では、インダクタ１０７のインダクタンスおよびコンデンサ５０１の容量を、共振効果によりエミッタと接地との間のインダクタンスが増大する値に設定している。このため、より大きいインダクタンス成分を発生させることができる。
【００７６】
すなわち、大きいインダクタンス値が必要とする場合は、金属配線、スパイラルコイルまたはボンディングワイヤのみをインダクタンス素子とする電力増幅器に比べ、本実施の形態の電力増幅器５００は、容易に大きいインダクタンス値を得る構成を実現することができる。そのため、容易に電力増幅器の飽和出力を大きくすることができる。
【００７７】
〔実施の形態６〕
本発明の第６の実施形態について図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００７８】
図１３は、本実施の形態の通信装置１の概略構成を示すブロック図である。通信装置１は、信号処理回路２、変調器３、局部発振器４、ドライバ増幅器５、送信電力増幅器６、送受切換スイッチ７、アンテナ８および電源９を備えている。
【００７９】
信号処理回路２で処理された信号は、変調器３に入力される。また、局部発振器４から出力されたキャリア信号も変調器３に入力される。これにより、変調器３は、信号処理回路２からの信号により、キャリア信号を変調する。変調された信号は、ドライバ増幅器５に入力されて増幅される。そして、ドライバ増幅器５で増幅された変調信号は、さらに送信電力増幅器６に入力されて増幅される。送信電力増幅器６の出力は、送受切換スイッチ７を介してアンテナ８から送信される。また、信号処理回路２、局部発振器４および送信電力増幅器６には、電源９から電力が供給される。
【００８０】
ここで、送信電力増幅器６は、上記実施の形態１〜５において説明した電力増幅器１００、２００、３００、４００および５００のいずれかを含んで構成される。本実施の形態の通信装置１は、出力が大きく、効率が高いという効果を奏する。
【００８１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８２】
なお、本発明は、以下のようにも表現できる。
【００８３】
すなわち、本発明の電力増幅器は、入力端子から入力される信号を増幅し、増幅信号を出力端子から出力する電力増幅器であって、前記出力端子に、出力するように接続されたコレクタ端子と、前記入力端子に、信号が、入力されるように接続されたベース端子を有する第一のバイポーラトランジスタと、第一のバイポーラトランジスタのエミッタと接地端子の間に、所定の値の第一のインダクタンスを有する。
【００８４】
また、本発明の電力増幅器集積回路は、半導体基板上に、少なくとも、金属配線と、バイポーラトランジスタを備えた電力増幅器集積回路であって、入力端子から入力される信号を増幅し、増幅信号を出力端子から出力する電力増幅器であって、前記出力端子に、出力するように接続されたコレクタ端子と、前記入力端子に、信号が、入力されるように接続されたベース端子を有する第一のバイポーラトランジスタと、第一のバイポーラトランジスタのエミッタと接地端子の間に、前記金属配線により形成された所定の値の第一のインダクタンスを有する。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は消費電力を増やすことなく高出力、高効率の電力増幅器を提供できるため、携帯電話や無線通信器などの低歪み、高出力、高効率が要求される通信装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電力増幅器の回路を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における電力増幅器および従来の電力増幅器の、出力電力と利得との関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における電力増幅器および従来の電力増幅器の、出力電力と利得偏差との関係を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における電力増幅器および従来の電力増幅器の、出力電力と効率との関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における電力増幅器および従来の電力増幅器の、出力電力と利得との関係を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における電力増幅器および従来の電力増幅器の、出力電力と利得偏差との関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における電力増幅器および従来の電力増幅器の、出力電力と効率との関係を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における電力増幅器および従来の電力増幅器の、出力電力と利得偏差との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における電力増幅器の回路を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における電力増幅器の回路を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態における電力増幅器の回路を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態における電力増幅器の回路を示す図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態における通信装置の回路を示す図である。
【図１４】従来の電力増幅器の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１    通信装置
６    送信電力増幅器
１００    電力増幅器
１０２    バイポーラトランジスタ（第１のバイポーラトランジスタ）
１０７    インダクタ（付加インダクタンス素子）
２００    電力増幅器
２０１    バイポーラトランジスタ（第２のバイポーラトランジスタ）
３００    電力増幅器
３０１    スパイラルコイル
４００    電力増幅器
４０１    ボンディングワイヤ
５００    電力増幅器
５０１    コンデンサ（容量素子）
【図１】
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【図２】
2010148057.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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