(57)【要約】【課題】  高周波電力増幅モジュールにおける電力増幅の効率を向上させるとともに、チップのレイアウト面積を縮小化する。【解決手段】  半導体チップＣＨの中央部には、パワーアンプ領域３８が位置している。このパワーアンプ領域３８は、高周波信号を増幅するパワーアンプ３２ａが形成される領域であり、この領域内にセンスアンプ３２ｂが形成されている。すなわち、パワーアンプ３２ａが形成される領域とセンスアンプ３２ｂが形成される領域とがそれぞれ独立したセルではなく、同一のセル内に形成されている。【選択図】  図５
2006270526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を増幅する電力増幅部に設けられた最終段のパワーアンプ部を備えた半導体装置であって、
前記パワーアンプ部は、
前段のドライバ用アンプから出力された高周波信号を増幅する電力増幅用トランジスタと、
前記電力増幅用トランジスタの電流をセンスするカレントセンス用トランジスタとよりなり、
前記カレントセンス用トランジスタは、
前記電力増幅用トランジスタのセル内に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記電力増幅部は、
異なる２つの周波数帯域の高周波信号を増幅することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
高周波信号を増幅する電力増幅部に設けられた最終段のパワーアンプ部を備えた高周波電力増幅モジュールであって、
前記パワーアンプ部は、
前段のドライバ用アンプから出力された高周波信号を増幅する電力増幅用トランジスタと、
前記電力増幅用トランジスタの電流をセンスするカレントセンス用トランジスタとよりなり、
前記カレントセンス用トランジスタは、
前記電力増幅用トランジスタのセル内に形成されていることを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
【請求項４】
請求項３記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
前記電力増幅部は、
異なる２つの周波数帯域の高周波信号を増幅することを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅の高効率化技術に関し、特に、高周波信号における電力増幅特性のばらつき低減に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信の１つとして、携帯電話が広く普及しており、その機能に対しても多様性が求められている。たとえば、携帯電話に用いられる高周波電力増幅モジュールでは、小型化の要求が非常に強く、それを実現するために、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）／ＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）／ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）などの異なる周波数帯域の通信方式を１チップに有しているものが広く用いられている。
【０００３】
高周波電力増幅モジュールにおいては、出力パワーの自動調整回路として、カレントセンス回路を用いているものが知られている。このカレントセンス回路による出力パワーの調整は、３段目のメインアンプと同等の動作を行うセンスアンプの電流値によって出力電圧をモニタし、出力パワーを制御するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記のような高周波電力増幅モジュールにおける出力パワーの調整技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００５】
すなわち、前述した小型化の要求から、微細化技術によって半導体チップのサイズが飛躍的に縮小されているが、それに伴い、アンプを構成するトランジスタのゲート寸法などのばらつき低減が重要となっている。
【０００６】
カレントセンス回路を構成するメインアンプとセンスアンプとは同一の半導体チップ上に形成されているが、これらアンプを構成するトランジスタはそれぞれ独立してレイアウトされているので、２つ分のトランジスタ（セル）の面積が必要となり、チップサイズの縮小が困難となっている。
【０００７】
また、独立したセルを形成することによって、各々のセルの製造ばらつきが大きくなってしまい、メインアンプとセンスアンプとの電流値のずれが大きくなり、所望の電力増幅の性能を維持できなくなってしまう恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、高周波電力増幅モジュールにおける電力増幅の効率を向上させるとともに、チップのレイアウト面積を縮小化する技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１１】
本発明は、高周波信号を増幅する電力増幅部に設けられた最終段のパワーアンプ部を備えた半導体装置であって、前記パワーアンプ部は、前段のドライバ用アンプから出力された高周波信号を増幅する電力増幅用トランジスタと、前記電力増幅用トランジスタの電流をセンスするカレントセンス用トランジスタとよりなり、前記カレントセンス用トランジスタは、前記電力増幅用トランジスタのセル内に形成されているものである。
【００１２】
また、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。
【００１３】
本発明は、高周波信号を増幅する電力増幅部に設けられた最終段のパワーアンプ部を備えた高周波電力増幅モジュールであって、前記パワーアンプ部は、前段のドライバ用アンプから出力された高周波信号を増幅する電力増幅用トランジスタと、前記電力増幅用トランジスタの電流をセンスするカレントセンス用トランジスタとよりなり、前記カレントセンス用トランジスタは、前記電力増幅用トランジスタのセル内に形成されているものである。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１５】
（１）高周波信号を増幅するパワーアンプ部における製造ばらつきを大幅に低減することができるので、電力増幅の特性ばらつきを大幅に低減することができる。
【００１６】
（２）また、同じセル内に電力増幅用トランジスタとカレントセンス用トランジスタとを形成することによって、レイアウト面積を小さくすることができ、半導体装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態による携帯電話のブロック図、図２は、図１の携帯電話に設けられた高周波電力増幅回路の構成を示したブロック図、図３は、図２の高周波電力増幅回路に設けられたパワーアンプ部、および制御部における構成を示すブロック、図４は、図３のパワーアンプ部を構成するパワーアンプ、およびセンスアンプの回路図、図５は、図４のパワーアンプ、およびセンスアンプにおけるレイアウトの一例を示した説明図、図６は、図５のパワーアンプ、およびセンスアンプのレイアウトにおける詳細な説明図である。
【００１９】
本実施の形態において、通信システムである携帯電話１は、図１に示すように、送受信用アンテナ２、スイッチ３、高周波フィルタ（ＲＦ  Ｆｉｌｔｅｒ）４、高周波電力増幅回路（電力増幅部）５、ＲＦ処理部６、ベースバンド回路７、およびローパスフィルタ（ＬＰＦ）７ａなどから構成されている。
【００２０】
送受信用アンテナ２は、信号電波の送受信を行う。スイッチ３は、送受信した信号を切り替える。高周波フィルタ４は、受信信号から不要波を除去するＳＡＷフィルタなどからなる。
【００２１】
高周波電力増幅回路５は、送信信号を増幅する。ＲＦ処理部６は、受信信号を復調したり、送信信号を変調したりする。ベースバンド回路７は、送信データをＩ信号、Ｑ信号に変換したりＲＦ処理部６を制御する。
【００２２】
特に制限されるものでないが、ＲＦ処理部６は、ＵＳ−ＧＳＭ（８６９−８９４ＭＨｚ）とＥ−ＧＳＭ（９２５−９６０ＭＨｚ）、ＤＣＳ（１８０５−１８８０ＭＨｚ）、ＰＣＳ（１９３０−１９９０ＭＨｚ）の４つの通信方式による信号の変復調が可能に構成されている。
【００２３】
また、これに応じて、高周波フィルタ４は、ＧＳＭ系の周波数帯の受信信号を通過させるフィルタと、ＤＣＳ、ＰＣＳの周波数帯の受信信号を通過させるフィルタとが設けられる。
【００２４】
ＲＦ処理部６は、受信ＲＦ処理部８、受信ベースバンド処理部９、ＶＯＣ制御部１０、ＲＦシンセサイザ１１、ＩＦシンセサイザ１２、ＲＦＶＣＯ１３、ＩＦＶＣＯ１４、位相制御部１５、直交変調器１６、ループフィルタ１７、およびＴＸＶＣＯ１８などから構成されている。
【００２５】
受信ＲＦ処理部８は、受信信号を復調する。受信ベースバンド処理部９は、復調されたＩ，Ｑ信号をそれぞれ増幅してベースバンド回路７へ出力する。ＶＣＯ制御部１０は、ＲＦシンセサイザ１１、ならびにＩＦシンセサイザ１２の基準信号となるクロック信号を生成する。
【００２６】
ＲＦシンセサイザ１１は、ＲＦＶＣＯ（高周波用発振回路）１３と共にＲＦ用ＰＬＬ回路を構成する。ＩＦシンセサイザ１２は、ＩＦＶＣＯ（中間周波数発振回路）１４と共にＩＦ用ＰＬＬ回路を構成する。
【００２７】
位相制御部１５は、ＴＸＶＣＯ１８から出力される送信信号をカプラなどで抽出したフィードバック信号とＲＦＶＣＯ（高周波用発振回路）１３で生成された発振信号を分周した信号とを合成することでそれらの周波数差に相当する周波数の信号を生成し、その位相差を検出する。
【００２８】
直交変調器１６は、生成された直交信号をベースバンド回路７から供給されるＩ信号とＱ信号により変調をかける。ループフィルタ１７は、位相制御部１５の出力に応じた電圧を生成する。ＴＸＶＣＯ（送信用発振回路）１８は、所定の周波数の送信信号を発生する。
【００２９】
図２は、高周波電力増幅回路５の構成を示したブロック図である。
【００３０】
高周波電力増幅回路５は、整合回路１９〜２６、２つの電力増幅部（半導体装置、高周波電力増幅モジュール）２７，２８、および制御部２９から構成されている。
【００３１】
電力増幅部２７は、ＵＳ−ＧＳＭ，Ｅ−ＧＳＭ帯の高周波信号における電力増幅を行い、電力増幅部２８は、ＤＣＳ，ＰＣＳ帯における高周波信号の電力増幅を行う。
【００３２】
電力増幅部２７は、ドライバ用アンプ３０，３１、およびパワーアンプ部３２から構成されている。電力増幅部２８も同様に、ドライバ用アンプ３３，３４、およびパワーアンプ部３５から構成されている。
【００３３】
ＵＳ−ＧＳＭ，Ｅ−ＧＳＭ帯の高周波信号が入力される整合回路１９には、ドライバ用アンプ３０が接続されており、該ドライバ用アンプ３０の出力部には整合回路２０の入力部が接続されている。
【００３４】
整合回路２０の出力部は、ドライバ用アンプ３１の入力部が接続されており、該ドライバ用アンプ３１の出力部には、整合回路２１の入力部が接続されている。この整合回路２１の出力部には、パワーアンプ部３２の入力部が接続されており、該パワーアンプ部３２の出力部には、整合回路２２の入力部が接続されている。
【００３５】
同様に、ＤＣＳ，ＰＣＳ帯の高周波信号が入力される整合回路２３には、ドライバ用アンプ３３が接続されており、その出力部には整合回路２４が接続されている。整合回路２４の出力部には、ドライバ用アンプ３４が接続されており、該ドライバ用アンプ３４には、整合回路２５を介してパワーアンプ部３５が接続されている。そして、パワーアンプ部３５の出力部には、整合回路２６の入力部が接続されている。
【００３６】
電力増幅部２７，２８は、制御部２９から出力される制御信号に基づいて電力増幅を行う。制御部２９は、パワーアンプ部３５に設けられたセンストランジスタ３６（図３）から出力される信号をフィードバックし、高周波電力増幅回路５から出力される電力を一定に維持するための制御を行う。
【００３７】
ここで、特に制限されるものでないが、高周波電力増幅回路５におけるドライバ用アンプ３０，３１，３３，３４と制御部２９とがドライバチップとして１つの半導体チップ上に形成されている。また、高周波電力増幅回路５におけるパワーアンプ部３２，３５も、パワー段チップとして１つの半導体チップに形成されている。
【００３８】
図３は、パワーアンプ部３２（，３５）、および制御部２９における接続構成を示すブロックである。
【００３９】
パワーアンプ部３２は、パワーアンプ（電力増幅用トランジスタ）３２ａ、およびセンスアンプ（カレントセンス用トランジスタ）３２ｂから構成されている。これらパワーアンプ３２ａ、ならびにセンスアンプ３２ｂは、たとえば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｔｏｒ）から構成されている。
【００４０】
パワーアンプ３２ａ、およびセンスアンプ３２ｂの入力部には、図２に示す整合回路２１（，２５）がそれぞれ接続されており、パワーアンプ３２ａの出力部がパワーアンプ部３２（，３５）の出力部となる。
【００４１】
パワーアンプ部３２（，３５）の出力部には、ローパスフィルタ７ａが接続されており、スイッチ３を介してアンテナ２から送信信号が出力される。
【００４２】
センスアンプ３２ｂの出力部には、制御部２９（図２）に設けられているＩ／Ｖ（電流／電圧）変換器２９ａが接続されている。このＩ／Ｖ変換器２９ａには、センスアンプ３２ｂから出力される電流を電圧に変換して出力する。
【００４３】
Ｉ／Ｖ変換器２９ａには、同じく制御回路２９に設けられている比較器２９ｂの一方の入力部に接続されている。比較器２９ｂは、Ｉ／Ｖ変換器２９ａが変換した電圧と参照電圧とを比較し、パワーアンプ３２ａの出力が一定となるように制御する。
【００４４】
図４は、パワーアンプ３２ａ、およびセンスアンプ３２ｂの構成を示す回路図である。
【００４５】
パワーアンプ３２ａを構成する第１のトランジスタにおいて、一方の接続部（ドレイン）には、電源電圧ＶＤＤが接続されており、他方の接続部（ソース）には、基準電位ＶＳＳが接続されている。
【００４６】
また、パワーアンプ３２ａを構成する第２のトランジスタにおいて、一方の接続部（ドレイン）には、Ｉ／Ｖ変換器２９ａの出力部が接続されており、他方の接続部（ソース）には、基準電位ＶＳＳが接続されている。
【００４７】
この第２のトランジスタのゲートには、抵抗３６を介して第１のトランジスタのゲートが接続されており、該第１のトランジスタのゲートには、整合回路２１が接続されている。
【００４８】
図５は、パワーアンプ３２ａ、およびセンスアンプ３２ｂにおけるレイアウトの一例を示した図である。
【００４９】
この場合、図示するように、半導体チップＣＨの上方には、左から右にかけて、パッド３７，３７ａがそれぞれ設けられている。そして、それらの下方には、パワーアンプ領域３８が位置している。
【００５０】
パワーアンプ領域３８の下方において、左側から右側にかけて、パッド３９、抵抗３６、およびパッド４０がそれぞれレイアウトされている。
【００５１】
パッド３７は、センスアンプ３２ｂのドレインが接続される電極であり、パッド３７ａは、パワーアンプ３２ａにおけるドレインが接続される電極である。パッド３９は、センスアンプ３２ｂにおけるソースが接続される電極であり、パッド４０は、パワーアンプ３２ａのゲートが接続されるパッドである。
【００５２】
半導体チップＣＨにおけるパワーアンプ領域３８は、パワーアンプ３２ａが形成される領域であり、この領域内にセンスアンプ３２ｂが形成されている。すなわち、パワーアンプ３２ａが形成される領域とセンスアンプ３２ｂが形成される領域とがそれぞれ独立したセルではなく、同一のセル内に形成されている。
【００５３】
図６は、パワーアンプ領域３８における詳細なレイアウトを示した図である。
【００５４】
図示するように、半導体チップＣＨに形成されたパワーアンプ領域３８における第１、および第２のトランジスタは、ゲートＧとソースＳが折り返してそれぞれ２つずつ形成され、中央部にドレインＤが位置するＬＤＭＯＳ（Ｌａｔｅｒａｌｌｙ  Ｄｉｆｆｕｓｅｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型のＦＥＴから構成されている。
【００５５】
センスアンプ３２ｂは、パワーアンプ領域３８の左上方に形成されており、該センスアンプ３２ｂは１つのトランジスタＴｓから構成されている。パワーアンプ領域３８の左下方に形成されるトランジスタは使用されておらず、この左下方のトランジスタのドレイン端子（ハッチングで示す）はオープンとなっている。
【００５６】
また、パワーアンプ３２ａは、複数のトランジスタＴｍが並列接続された構成からなり、パワーアンプ領域３８における残りの領域がすべてパワーアンプ３２ａを構成するトランジスタＴｍとして形成されている。なお、実際には、パワーアンプ３２ａを構成するトランジスタＴｍの数は、センスアンプ３２ｂを構成するトランジスタＴｓの２０倍〜２００倍程度となっている。
【００５７】
それにより、本実施の形態によれば、同じセル内のパワーアンプ領域３８にパワーアンプ３２ａとセンスアンプ３２ｂをレイアウトして製造することにとにより、製造ばらつきを大幅に低減するとともに、レイアウト面積を小さくすることができる。
【００５８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、携帯電話などの移動通信システムに用いられる高周波信号の電力増幅における高効率化技術に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施の形態による携帯電話のブロック図である。
【図２】図１の携帯電話に設けられた高周波電力増幅回路の構成を示したブロック図である。
【図３】図２の高周波電力増幅回路に設けられたパワーアンプ部、および制御部における構成を示すブロックである。
【図４】図３のパワーアンプ部を構成するパワーアンプ、およびセンスアンプの回路図である。
【図５】図４のパワーアンプ、およびセンスアンプにおけるレイアウトの一例を示した説明図である。
【図６】図５のパワーアンプ、およびセンスアンプのレイアウトにおける詳細な説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  携帯電話
２  送受信用アンテナ
３  スイッチ
４  高周波フィルタ
５  高周波電力増幅回路（電力増幅部）
６  ＲＦ処理部
７  ベースバンド回路
７ａ  ローパスフィルタ
８  受信ＲＦ処理部
９  受信ベースバンド処理部
１０  ＶＯＣ制御部
１１  ＲＦシンセサイザ
１２  ＩＦシンセサイザ
１３  ＲＦＶＣＯ
１４  ＩＦＶＣＯ
１５  位相制御部
１６  直交変調器
１７  ループフィルタ
１８  ＴＸＶＣＯ
１９〜２６  整合回路
２７，２８  電力増幅部（半導体装置、高周波電力増幅モジュール）
２９  制御部
２９ａ  Ｉ／Ｖ変換器
２９ｂ  比較器
３０，３１  ドライバ用アンプ
３２  パワーアンプ部
３２ａ  パワーアンプ（電力増幅用トランジスタ）
３２ｂ  センスアンプ（カレントセンス用トランジスタ）
３３，３４  ドライバ用アンプ
３５  パワーアンプ部
３６  抵抗
３７  パッド
３８  パワーアンプ領域
３９  パッド
４０  パッド
ＣＨ  半導体チップ
Ｔｓ  トランジスタ
Ｔｍ  トランジスタ
Ｓ  ソース
Ｄ  ドレイン
Ｇ  ゲート
【図１】
2006270526.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006270526.tif 000007
【図６】
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