(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポートに入力される高周波信号を増幅して出力ポートに出力する高周波増幅回路において、高周波信号を増幅する第１のバイポーラトランジスタを備え、前記第１のバイポーラトランジスタのベース端子と前記入力ポートが容量を介して接続され、前記容量には、ダイオードと第１の抵抗を直列に接続した回路が並列に接続されており、前記ダイオードのアノードが前記第１のバイポーラトランジスタ側に配置され、前記ダイオードのカソードは入力ポート側に配置され、前記ダイオードのカソードは第１のインダクタおよび第２の抵抗の少なくとも一方を介して直流的に接地され、前記第１のバイポーラトランジスタのベース端子と接続するバイアス回路は、前記第１の抵抗を介して前記ダイオードのアノードとも接続され、もって前記第１のバイポーラトランジスタのベース端子に流れ込む直流電流を抑制することを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項２】
請求項１記載の高周波増幅回路であって、前記ダイオードのカソードは少なくとも前記第１のインダクタを介して直流的に接地されており、前記第１のインダクタの少なくとも一部はボンディングワイヤで形成されていることを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の高周波増幅回路であって、前記ダイオードは、第２のバイポーラトランジスタのベース端子とコレクタ端子を接続したノードをアノードとし、エミッタ端子をカソードとして形成され、前記第１の抵抗は前記容量のインピーダンスに比べて同等以上の抵抗値であることを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項４】
請求項３記載の高周波増幅回路であって、前記第１のバイポーラトランジスタと、前記第2のバイポーラトランジスタは同一の基板に同一のプロセスにより集積化されたことを特徴とする高周波増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）802.11a/b/gに準拠する無線LAN(Local Area Network)に用いられているOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調信号や、携帯電話で用いられているCDMA（Code Division Multiple Access）方式の高周波信号等の高周波増幅回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信端末においては小型化が要求されており、それに使用される部品も小型化が要求されている。高周波増幅器においても例外ではなく、パワー密度の許容値が大きいGaAsバイポーラトランジスタプロセスによって高周波増幅器の小型化が実現されている（例えば公知文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２７９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところがバイポーラトランジスタは、温度上昇によって電流が増加し、さらに温度上昇するといった熱的正帰還による熱暴走の危険性がある。また、GaAs基板の熱伝導率が低いため高温になりやすい。
【０００５】
このような温度上昇の一例としては、大電力が入力された場合がある。OFDM信号や、CDMA信号は振幅が変動するために、これらの信号を増幅する高周波増幅回路には、線形性の要求から、通常使用する電力に対し３〜10dB程度大きい飽和電力が要求される。図3に従来の構成による高周波増幅回路を示す。このような線形性の要求に対応するためには、バイアス回路２の出力インピーダンスは低周波において小さい必要がある。
【０００６】
したがって何らかの原因により、過大な電力が入力された場合には、バイポーラトランジスタ1のベース・エミッタ間のダイオード特性により整流作用が起こり、バイアス回路２からベースに流れる電流が急増すると同時に、コレクタ電流も増幅率に応じて増大する。その結果、高周波増幅回路の温度上昇が発生することになる。一般的に温度上昇は信頼性を低下させるとともに、極端な場合には非可逆な損傷を引き起こす可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題を解決し、過大な電力が入力された場合においても高周波増幅用のバイポーラトラジスタの温度上昇を抑制し、高信頼性を保つ高周波増幅回路を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の高周波増幅回路は、入力ポートに入力される高周波信号を増幅して出力ポートに出力する高周波増幅回路において、高周波信号を増幅する第１のバイポーラトランジスタを備え、前記第１のバイポーラトランジスタのベース端子と前記入力ポートが容量を介して接続され、前記容量には、ダイオードと第１の抵抗を直列に接続した回路が並列に接続されており、前記ダイオードのアノードが前記第１のバイポーラトランジスタ側に配置され、前記ダイオードのカソードは入力ポート側に配置され、前記ダイオードのカソードは第１のインダクタおよび第２の抵抗の少なくとも一方を介して直流的に接地され、前記第１のバイポーラトランジスタのベース端子と接続するバイアス回路は、前記第１の抵抗を介して前記ダイオードのアノードとも接続され、もって前記第１のバイポーラトランジスタのベース端子に流れ込む直流電流を抑制することを特徴とする。
【０００９】
また前記高周波増幅回路においては、前記ダイオードのカソードは少なくとも前記第1のインダクタを介して直流的に接地されており、前記第1のインダクタの少なくとも一部はボンディングワイヤで形成することが好ましい。
【００１０】
また、前記高周波増幅回路においては、前記ダイオードは、第２のハイポーラトランジスタのベース端子とコレクタ端子を接続したノードをアノードとし、エミッタ端子をカソードとして形成し、前記第１の抵抗は前記容量のインピーダンスに比べて同等以上の抵抗値とするのが好ましい。
【００１１】
また、前記高周波増幅回路においては、前記第1のバイポーラトランジスタと、前記第2のバイポーラトランジスタは同一の基板に同一のプロセスにより集積化されて形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、過大な電力が入力された場合においても高周波増幅用のバイポーラトラジスタの温度上昇を抑制し、高信頼性を保つ高周波増幅回路を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る高周波増幅回路の第1の実施形態の構成を示す図である。図１の回路図では、高周波増幅用の第１のバイポーラトランジスタ１は単独で示したが、複数のバイポーラトランジスタを並列に接続して用いてもよい。かかる構成によれば、最大電流を大きくすることが出来る。第１のバイポーラトランジスタのベース端子と入力ポート９が容量３を介して接続されている。すなわち、容量３の一端は第１のバイポーラトランジスタ１のベース端子に、他端は入力ポート９に接続されている。さらに、容量３には、ダイオード６と第１の抵抗５を直列に接続した回路が並列に接続されている。この場合、ダイオード６は、アノードが第1のバイポーラトランジスタ１側に配置され、ダイオード６のカソードは入力ポート９側に配置されている。容量３は、第１のバイポーラトランジスタ1のベース端子の入力インピーダンスZbを入力ポートにおいて適当な値Zaに変換するための整合回路の一部である。この変換されたインピーダンスZaは、通常Zbより大きくなる。ダイオード６のカソードは直流的に第1のインダクタ４を介して接地されている。第１のインダクタ４は、容量3と同様に整合回路の一部をなす。第１の抵抗５の一端は、第１のバイポーラトランジスタ１のベース端子に接続され、他端はダイオード６のアノードに接続されている。第１の抵抗５は、容量３のインピーダンスに比べ同等以上の抵抗値を持つように構成する。これは第１の抵抗５における高周波信号の損失を抑えるためである。第１のバイポーラトランジスタ１をバイアスするためのバイアス回路２は、第１のバイポーラトランジスタ１のベース端子に接続されている。
【００１４】
このような構成の高周波増幅回路に対し、入力ポート９へ高周波信号が入力され、出力ポート１１から増幅された高周波信号が出力される。出力ポート１１には通常であれば整合回路が接続されるが、ここでは図示を省略した。第１のバイポーラトランジスタ１のコレクタ端子にはチョークインダクタ７を介して直流電源が接続されている。
【００１５】
このように構成することにより入力ポート９の電圧振幅は、ノード１０の電圧振幅より大きくすることが出来る。これは入力ポート９から第１のバイポーラトランジスタ１側を見たインピーダンスが、ノード１０から第１のバイポーラトランジスタ１側を見たインピーダンスより大きいため、整合回路に損失が無い場合、バイポーラトランジスタ１へ流れる電力が一定であるためである。電力は（電圧振幅）２／インピーダンスに比例するため、インピーダンスが１０倍であれば電圧振幅はおよそ３倍大きいことになる。
【００１６】
電圧振幅が大きいと、ダイオード６の整流作用も大きくなるため、過大な電力が入力ポート９に入力された時にノード１０から電流を取り入れ、第１のインダクタ４を介して接地に逃がすことから、第１のバイポーラトランジスタ１のベース端子に流れ込む直流電流を効果的に抑制する。このような働きにより、第１のバイポーラトランジスタ１のコレクタ電流を抑え、温度上昇や熱破壊を抑制することが出来る。
【００１７】
図２は本発明に係る第２の実施形態の高周波増幅回路の回路図である。図１の実施形態と共通する部分の説明は適宜省略する。ダイオード８は、第１のバイポーラトランジスタ１と同様の構造を持つ第２のバイポーラトランジスタのベース端子とコレクタ端子とを接続したノードをアノードとし、エミッタ端子をカソードとして用いる。このようにダイオード８をバイポーラトランジスタ１と同じ構造とすることにより、ダイオード８のオン電圧がバイポーラトランジスタ１のベース端子のオン電圧とほぼ同じになるため、バイアス回路が共通化できる。そのため、安価に構成できる。
【００１８】
また、第1のバイポーラトランジスタと、第2のバイポーラトランジスタを同一の基板に同一のプロセスにより集積化することによって、特に安価に構成することができる。
【００１９】
高周波信号を増幅する第１のバイポーラトランジスタ１は、GaAs基板上に作成した幅２μｍ、長さ４０μｍのエミッタフィンガーを16本並列に接続したヘテロジャンクションバイポーラトランジスタである。また、ベースは、12本の並列に接続されたベースフィンガーから構成される。
【００２０】
容量３はここでは１０ｐＦとした。ＩＣ上に形成されたインダクタ４ａのほか、ボンディングワイヤを第１のインダクタ４の一部４ｂとして用いている。両者合わせて1.1ｎHのインダクタンスを持つ。また、第１の抵抗は５００Ωとした。このような高周波増幅回路に大電力を入力した場合、第１のバイポーラトランジスタ１のコレクタ電流がどうなるかを図３の従来例と比較した。結果を図４に示す。図から明らかなとおり、飽和電力付近において３％程度の電流抑制効果が確認できた。
【００２１】
また、図５は本発明に係る高周波増幅回路の第３の実施形態の回路の構成を示す図である。図５に示す実施形態では、ダイオード６のカソードが直流的に接地されている点が上述の実施形態と異なる。すなわち、ダイオード６は第２の抵抗１２を介して接地されている。図１に示す実施形態のダイオード６の代りに、図２に示す実施形態のダイオード８を用いてもよい。その他の構成は図１または図２に記載された実施形態と同様である。図５に示す実施形態のようにインダクタの代りに第２の抵抗１２を介して接地することによっても、過大な電力が入力ポート９に入力された時に、第１のバイポーラトランジスタ１のゲート端子に流れ込む直流電流を効果的に抑制することができる。すなわち、ダイオード６は第1のインダクタおよび第２の抵抗の少なくとも一方を介して接地されていればよい。ダイオードはインダクタと抵抗の両方を介して接地してもよい。但し、低損失整合の観点からは、ダイオード６は少なくとも第１のインダクタを介して接地することがより好ましい。
【００２２】
また、整合条件によっては第1のインダクタのインダクタンスを非常に大きくすることが必要になる場合が有り得る。その場合は、第1のインダクタの代わりに第2の抵抗を用いて接地することが可能である。一般に、インダクタンスが大きいインダクタに比べて、抵抗は小面積で済むのでコスト面で有利である。また、第１のバイポーラトランジスタ１として、複数のバイポーラトランジスタを並列に接続したものを用いてもよい。この場合は入力ポートと各バイポーラトランジスタのベース端子は、それぞれ別々の容量を介して接続され、前記各容量には、ダイオードと第１の抵抗を直列に接続した回路が並列に接続される。ここで、前記第１の抵抗は、各バイポーラトランジスタ毎に別々の抵抗が用いられる。一方、ダイオードも各バイポーラトランジスタ毎に別々のものを用いてもよいが、ダイオードのアノードが前記各抵抗に共通に接続されるようにして、一つのダイオードを共用することが好ましい。その他の部分については上述の実施形態と同様である。
【００２３】
上記高周波増幅回路は、振幅の変動を伴う変調方式を採用した携帯電話、無線LAN端末などの高周波無線通信機器に用いることができる。特に送信信号の増幅器として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による高周波増幅回路の第１の実施形態の回路図である。
【図２】本発明による高周波増幅回路の第２の実施形態の回路図である。
【図３】従来の高周波増幅回路の回路図である。
【図４】従来例及び本実施形態において大電力が入力したときのコレクタ電流の比較を示した図である。
【図５】本発明による高周波増幅回路の第３の実施形態の回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
１：第１のバイポーラトランジスタ
２：バイアス回路
３：容量
４：第１のインダクタ
４ａ：インダクタ
４ｂ：インダクタの一部（ボンディングワイヤ）
５：第１の抵抗
６、８：ダイオード
７：チョークインダクタ
９：入力ポート
１０：ノード
１１：出力ポート
１２：第２の抵抗
【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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