(57)【要約】  複数のソース接地トランジスタ（３）が互いに並列に接続され、複数のゲート接地トランジスタ（４）が互いに並列に接続されている。複数のゲート接地トランジスタ（４）のソース（４ｓ）が複数のソース接地トランジスタ（３）のドレイン（３ｄ）にそれぞれ接続されている。複数のグラウンドパッド（５）が複数のソース接地トランジスタ（３）のソース（３ｓ）に接続されている。複数の接地容量（６）が複数のゲート接地トランジスタ（４）のゲート（４ｇ）とグラウンドパッド（５）との間に接続されている。グラウンドパッド（５）と複数のゲート接地トランジスタ（４）との間において、複数のソース接地トランジスタ（３）と複数の接地容量（６）が交互に配置されている。
2014073091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列に接続された複数のソース接地トランジスタと、
互いに並列に接続され、前記複数のソース接地トランジスタのドレインにそれぞれ接続されたソースを持つ複数のゲート接地トランジスタと、
前記複数のソース接地トランジスタのソースに接続されたグラウンドパッドと、
前記複数のゲート接地トランジスタのゲートと前記グラウンドパッドとの間にそれぞれ接続された複数の接地容量とを備え、
前記グラウンドパッドと前記複数のゲート接地トランジスタとの間において、前記複数のソース接地トランジスタと前記複数の接地容量が交互に配置されていることを特徴とするカスコードアンプ。
【請求項２】
互いに並列に接続された複数のソース接地トランジスタと、
互いに並列に接続され、前記複数のソース接地トランジスタのドレインにそれぞれ接続されたソースを持つ複数のゲート接地トランジスタと、
前記複数のソース接地トランジスタのソースに接続されたグラウンドパッドと、
前記複数のゲート接地トランジスタのゲートと前記グラウンドパッドとの間に接続された接地容量とを備え、
前記接地容量は前記グラウンドパッドの下に配置され、複数の配線で前記複数のゲート接地トランジスタのゲートに接続されていることを特徴とするカスコードアンプ。
【請求項３】
互いに並列に接続された複数のソース接地トランジスタと、
互いに並列に接続され、前記複数のソース接地トランジスタのドレインにそれぞれ接続されたソースを持つ複数のゲート接地トランジスタと、
前記複数のソース接地トランジスタのソースに接続されたグラウンドパッドと、
前記複数のゲート接地トランジスタのゲートと前記グラウンドパッドとの間に接続された接地容量とを備え、
前記接地容量は前記複数のソース接地トランジスタと前記複数のゲート接地トランジスタの間に配置されていることを特徴とするカスコードアンプ。
【請求項４】
半導体基板を更に備え、
前記半導体基板上において、前記半導体基板の縁から内側に向かって前記グラウンドパッド、前記複数のソース接地トランジスタ、前記複数のゲート接地トランジスタが順に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のカスコードアンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に携帯電話等の移動体通信機器に用いられるカスコードアンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＣＤＭＡをはじめとする携帯電話用電力増幅器において低コスト化を実現する１つの手段として、ＣＭＯＳプロセスを用いたカスコードアンプの開発が活発になってきている。【０００３】
図６は、カスコードアンプの基本構成を示す回路図である。点線枠内がカスコードアンプであり、それ以外は電力増幅器を構成するために必要な回路素子である。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２はｎチャネルＭＯＳトランジスタであり、カスコード接続されている。カスコード接続されたトランジスタを用いた増幅器をカスコードアンプと呼ぶ。【０００４】
トランジスタＴｒ１のゲートが入力整合回路を介してＲＦ入力信号端子ＩＮに接続され、かつゲートバイアス端子Ｖｇ１に接続されている。トランジスタＴｒ１のソースは接地されている。即ち、トランジスタＴｒ１はソース接地トランジスタである。【０００５】
トランジスタＴｒ２のゲートが容量Ｃ１を介して接地され、かつゲートバイアス端子Ｖｇ２に接続されている。即ち、トランジスタＴｒ２はゲート接地トランジスタである。トランジスタＴｒ２のソースがトランジスタＴｒ１のドレインに接続されている。トランジスタＴｒ２のドレインは線路Ｌ１を介してカスコードアンプのドレイン電源端子Ｖｄに接続され、かつ出力整合回路を介してＲＦ出力信号端子ＯＵＴに接続されている。線路Ｌ１は特定の電気長を有しインダクタとして作用する。【０００６】
従来のカスコード増幅器では、利得と効率の優れたＧａＡｓなどの化合物半導体が用いられてきた。近年、移動体通信の分野では通信量の増加等に対応するために複数の変調方式と複数の周波数帯に対応したマルチモードマルチバンド技術が重要視されている。さらに移動体端末では、マルチモードマルチバンド技術を小型、低コストに実現することが重要である。このため、移動体端末向けでは、集積化とコストの点で優れているシリコンデバイスを用いたカスコード増幅器が注目されている。【０００７】
化合物半導体を用いたカスコード増幅器では、ソース接地トランジスタのソースがビアホールを用いて接地される（例えば、非特許文献１参照）。ビアホールのインダクタンスは小さいためデバイスの特性の劣化は小さく、さらにビアホールの配置には大きな制約が無いため自由なレイアウトが可能である。しかし、シリコンデバイスの場合には、一般にビアホールを使用できないため、シリコン基板上にグラウンドパッドを設け、ワイヤを介して外部のグラウンドに接続する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】高木、高山、石川、本城著、２０１１電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、エレクトロニクス講演論文集、Ｃ−２−２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ソース接地トランジスタのソースは十分に接地されていることが望ましいため、ソースに接続されるグラウンドパッドをシリコン基板の縁の近くに配置してワイヤインダクタンスを小さくする。さらに、グラウンドパッドの数を増やして合成インダクタンスを小さくすることが望ましい。しかし、グラウンドパッドの増加はチップサイズの拡大を生じる。【００１０】
また、グラウンドパッドが多く、トランジスタサイズが大きい場合には、ゲート接地トランジスタのゲートから接地容量までの距離がゲートトランジスタの位置によって不均一になる。このため、ゲートから接地容量までの配線の抵抗とインダクタンス成分によりアンバランス動作が生じるという問題がある。【００１１】
さらに、ゲート接地トランジスタから接地容量までの配線の寄生抵抗が大きい場合、ゲートの高周波的な接地が不十分となり、カスコード増幅器の利得、出力、効率の劣化を生じるという問題がある。【００１２】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はチップサイズを縮小し、アンバランス動作を防ぎ、利得、出力、効率を向上させることができるカスコードアンプを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るカスコードアンプは、互いに並列に接続された複数のソース接地トランジスタと、互いに並列に接続され、前記複数のソース接地トランジスタのドレインにそれぞれ接続されたソースを持つ複数のゲート接地トランジスタと、前記複数のソース接地トランジスタのソースに接続されたグラウンドパッドと、前記複数のゲート接地トランジスタのゲートと前記グラウンドパッドとの間にそれぞれ接続された複数の接地容量とを備え、前記グラウンドパッドと前記複数のゲート接地トランジスタとの間において、前記複数のソース接地トランジスタと前記複数の接地容量が交互に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、チップサイズを縮小し、アンバランス動作を防ぎ、利得、出力、効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るカスコードアンプを示す上面図である。
【図２】図１の一部を拡大した上面図である。
【図３】比較例に係るカスコードアンプを示す拡大上面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るカスコードアンプを示す拡大上面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るカスコードアンプを示す拡大上面図である。
【図６】カスコードアンプの基本構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係るカスコードアンプについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るカスコードアンプを示す上面図である。図２は図１の一部を拡大した上面図である。シリコン基板１の主面上の一部の領域にカスコードアンプ２が設けられている。
【００１８】
複数のソース接地トランジスタ３が互いに並列に接続され、複数のゲート接地トランジスタ４が互いに並列に接続されている。ソース接地トランジスタ３はゲート３ｇ、ソース３ｓ、ドレイン３ｄを持ち、ゲート接地トランジスタ４はゲート４ｇ、ソース４ｓ、ドレイン４ｄを持つ。ソース接地トランジスタ３のゲート３ｇは入力端子ＩＮであり、ゲート接地トランジスタ４のドレイン４ｄは出力端子ＯＵＴである。
【００１９】
複数のゲート接地トランジスタ４のソース４ｓが複数のソース接地トランジスタ３のドレイン３ｄにそれぞれ接続されている。即ち、ゲート接地トランジスタ４とソース接地トランジスタ３がカスコード接続されている。複数のグラウンドパッド５が複数のソース接地トランジスタ３のソース３ｓに接続されている。
【００２０】
複数の接地容量６が複数のゲート接地トランジスタ４のゲート４ｇとグラウンドパッド５との間に接続されている。グラウンドパッド５と複数のゲート接地トランジスタ４との間において、複数のソース接地トランジスタ３と複数の接地容量６が交互に配置されている。
【００２１】
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図３は比較例に係るカスコードアンプを示す拡大上面図である。比較例では、ソース接地トランジスタ３のソースに接続するグラウンドパッド５と接地容量６に接続するグラウンドパッド７が別々に設けられている。この結果、グラウンドパッドの数が増加してチップサイズの拡大を生じる。一方、本実施の形態では、接地容量６に接続するグラウンドパッドとソース接地トランジスタ３のソースに接続するグラウンドパッドを共用しているため、チップサイズを縮小することができる。
【００２２】
また、本実施の形態では、グラウンドパッド５と複数のゲート接地トランジスタ４との間において、複数のソース接地トランジスタ３と複数の接地容量６が交互に配置されている。これにより、ゲート接地トランジスタ４から接地容量６までの距離のばらつきを低減できるため、アンバランス動作を防ぐことができる。そして、ゲート接地トランジスタ４のゲート４ｇから接地容量６までの距離が短くなるため配線抵抗が小さくなり、ゲート接地トランジスタ４のゲート４ｇの高周波的な接地が十分となり、カスコード増幅器の利得、出力、効率を向上させることができる。
【００２３】
また、シリコン基板１上において、シリコン基板１の縁から内側に向かってグラウンドパッド５、複数のソース接地トランジスタ３、複数のゲート接地トランジスタ４が順に配置されている。これにより、グラウンドパッド５と外部のグラウンドを接続するワイヤの長さを短くできる。さらに、ソース接地トランジスタ３のソース３ｓからグラウンドパッド５までの配線に起因するインダクタンスを低減できる。この結果、高い利得を得ることができる。
【００２４】
なお、ソース接地トランジスタ３とゲート接地トランジスタ４はＮＭＯＳ型トランジスタ、ＰＭＯＳ型トランジスタ、ＳｉＧｅ−ＨＢＴなどである。また、接地容量６はＭＩＭ（Metal-Insulation-Metal）容量でもＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）でもよい。ソース接地トランジスタ３とゲート接地トランジスタ４の単位ゲート幅に制限は無く、ソース接地トランジスタ３と接地容量６が交互に配置できるように単位ゲート幅を設定する。
【００２５】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係るカスコードアンプを示す拡大上面図である。実施の形態１と同様に、接地容量６に接続するグラウンドパッドとソース接地トランジスタ３のソース３ｓに接続するグラウンドパッドを共用している。そして、実施の形態１とは異なり、接地容量６はグラウンドパッド５の下に配置されている。これにより、実施の形態１よりも更にチップサイズを縮小することができる。
【００２６】
また、接地容量６は複数の配線８で複数のゲート接地トランジスタ４のゲート４ｇに接続されている。これにより、ゲート接地トランジスタ４から接地容量６までの距離のばらつきを低減できるため、アンバランス動作を防ぐことができる。そして、ゲート接地トランジスタ４のゲート４ｇから接地容量６までの距離が短くなるため配線抵抗が小さくなり、ゲート接地トランジスタ４のゲート４ｇの高周波的な接地が十分となり、カスコード増幅器の利得、出力、効率を向上させることができる。
【００２７】
なお、接地容量６はＭＩＭ容量でもＭＯＳでもよいが、ＭＩＭ容量の場合にはその下地電極をゲート接地トランジスタ４のゲート４ｇと共用でき、上地電極をグラウンドパッド５と共用できる。
【００２８】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係るカスコードアンプを示す拡大上面図である。実施の形態１とは異なり、接地容量６は複数のソース接地トランジスタ３と複数のゲート接地トランジスタ４の間に配置されている。これにより、ゲート接地トランジスタ４から接地容量６までの距離のばらつきを低減できるため、アンバランス動作を防ぐことができる。そして、ゲート接地トランジスタ４のゲート４ｇから接地容量６までの距離が短くなるため配線抵抗が小さくなり、ゲート接地トランジスタ４のゲート４ｇの高周波的な接地が十分となり、カスコード増幅器の利得、出力、効率を向上させることができる。
【００２９】
また、実施の形態１と同様に接地容量６に接続するグラウンドパッドとソース接地トランジスタ３のソース３ｓに接続するグラウンドパッドを共用しているため、チップサイズを縮小することができる。
【００３０】
なお、接地容量６はＭＩＭ容量でもＭＯＳでもよいが、ＭＩＭ容量の場合にはその上地電極又は下地電極をゲート接地トランジスタ４のゲート４ｇと共用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  シリコン基板（半導体基板）、２  カスコードアンプ、３  ソース接地トランジスタ、４  ゲート接地トランジスタ、５  グラウンドパッド、６  接地容量
【図１】
2014073091.tif 000003
【図２】
2014073091.tif 000004
【図３】
2014073091.tif 000005
【図４】
2014073091.tif 000006
【図５】
2014073091.tif 000007
【図６】
2014073091.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月22日(2014.9.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列に接続された複数のソース接地トランジスタと、
互いに並列に接続され、前記複数のソース接地トランジスタのドレインにそれぞれ接続されたソースを持つ複数のゲート接地トランジスタと、
前記複数のソース接地トランジスタのソースに接続されたグラウンドパッドと、
前記複数のゲート接地トランジスタのゲートと前記グラウンドパッドとの間にそれぞれ接続された複数の接地容量とを備え、
前記グラウンドパッドと前記複数のゲート接地トランジスタとの間において、前記複数のソース接地トランジスタと前記複数の接地容量が交互に配置されていることを特徴とするカスコードアンプ。
【請求項２】
互いに並列に接続された複数のソース接地トランジスタと、
互いに並列に接続され、前記複数のソース接地トランジスタのドレインにそれぞれ接続されたソースを持つ複数のゲート接地トランジスタと、
前記複数のソース接地トランジスタのソースに接続されたグラウンドパッドと、
前記複数のゲート接地トランジスタのゲートと前記グラウンドパッドとの間に接続された接地容量とを備え、
前記接地容量は前記グラウンドパッドの下に配置され、複数の配線で前記複数のゲート接地トランジスタのゲートに接続されていることを特徴とするカスコードアンプ。
【請求項３】
互いに並列に接続された複数のソース接地トランジスタと、
互いに並列に接続され、前記複数のソース接地トランジスタのドレインにそれぞれ接続されたソースを持つ複数のゲート接地トランジスタと、
前記複数のソース接地トランジスタのソースに接続されたグラウンドパッドと、
前記複数のゲート接地トランジスタのゲートと前記グラウンドパッドとの間に接続された接地容量とを備え、
前記接地容量は前記複数のソース接地トランジスタと前記複数のゲート接地トランジスタの間に配置され、
前記複数の接地容量と前記グランドパッドとの間のそれぞれの配線長は均等であることを特徴とするカスコードアンプ。
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月1日(2015.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列に接続された複数のソース接地トランジスタと、
互いに並列に接続され、前記複数のソース接地トランジスタのドレインにそれぞれ接続されたソースを持つ複数のゲート接地トランジスタと、
前記複数のソース接地トランジスタのソースに接続されたグラウンドパッドと、
前記複数のゲート接地トランジスタのゲートと前記グラウンドパッドとの間にそれぞれ接続された複数の接地容量とを備え、
前記グラウンドパッドと前記複数のゲート接地トランジスタとの間において、前記複数のソース接地トランジスタと前記複数の接地容量が交互に配置されていることを特徴とするカスコードアンプ。
【請求項２】
互いに並列に接続された複数のソース接地トランジスタと、
互いに並列に接続され、前記複数のソース接地トランジスタのドレインにそれぞれ接続されたソースを持つ複数のゲート接地トランジスタと、
前記複数のソース接地トランジスタのソースに接続されたグラウンドパッドと、
前記複数のゲート接地トランジスタのゲートと前記グラウンドパッドとの間に接続された接地容量とを備え、
前記接地容量は前記グラウンドパッドの下に配置され、複数の配線で前記複数のゲート接地トランジスタのゲートに接続されていることを特徴とするカスコードアンプ。
【請求項３】
互いに並列に接続された複数のソース接地トランジスタと、
互いに並列に接続され、前記複数のソース接地トランジスタのドレインにそれぞれ接続されたソースを持つ複数のゲート接地トランジスタと、
前記複数のソース接地トランジスタのソースに接続されたグラウンドパッドと、
前記複数のゲート接地トランジスタのゲートと前記グラウンドパッドとの間にそれぞれ接続された複数の接地容量とを備え、
前記複数の接地容量は前記複数のソース接地トランジスタと前記複数のゲート接地トランジスタの間に配置され、
前記複数の接地容量と前記グラウンドパッドとの間のそれぞれの配線長は均等であることを特徴とするカスコードアンプ。
【国際調査報告】
2014073091.tif 000009
2014073091.tif 000010