(57)【要約】【課題】共通化した主電源端子または接地用端子を設けることにより、半導体全体の面積を小形化するとともに、各増幅器の間のアイソレーションを高めて各増幅器を安定に動作させることのできる半導体増幅器を得る。【解決手段】半導体基板５０上に並列に構成された第１および第２の増幅器５、６と、第１および第２の増幅器５、６に個別に接続された第１および第２の電源スイッチ９、１３と、半導体基板５０の外部から第１および第２の電源スイッチ９、１３を介して第１および第２の増幅器５、６に電源を供給するための主電源端子１０と、を備えている。第１の電源スイッチ９は、主電源端子１０と第１の増幅器５との間に挿入され、第２の電源スイッチ１３は、主電源端子１０と第２の増幅器６との間に挿入されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に並列に構成された第１および第２の増幅器と、
前記第１および第２の増幅器に個別に接続された第１および第２の電源スイッチと、
前記半導体基板の外部から前記第１および第２の電源スイッチを介して前記第１および第２の増幅器に電源を供給するための主電源端子と、を備え、
前記第１の電源スイッチは、前記主電源端子と前記第１の増幅器との間に挿入され、
前記第２の電源スイッチは、前記主電源端子と前記第２の増幅器との間に挿入されたことを特徴とする半導体増幅器。
【請求項２】
前記第１および第２の増幅器は、それぞれ複数の単位増幅器により構成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体増幅器。
【請求項３】
前記第１および第２の電源スイッチは、それぞれ複数個の電源スイッチからなり、前記複数の単位増幅器のそれぞれの電源端子に個別に接続されたことを特徴とする請求項２に記載の半導体増幅器。
【請求項４】
前記複数個の電源スイッチは、それぞれ前記主電源端子に直接接続されたことを特徴とする請求項３に記載の半導体増幅器。
【請求項５】
半導体基板上に並列に構成された第１および第２の増幅器と、
前記半導体基板の外部から前記第１および第２の増幅器に個別に電源を供給するための第１および第２の電源端子と、
前記半導体基板の外部の地絡体に接続された接地用端子と、
前記第１の電源端子と前記接地用端子との間に挿入された第１のバイパスコンデンサおよび第１の電源スイッチからなる第１の直列回路と、
前記第２の電源端子と前記接地用端子との間に挿入された第２のバイパスコンデンサおよび第２の電源スイッチからなる第２の直列回路と、
を備えたことを特徴とする半導体増幅器。
【請求項６】
半導体基板上に並列に構成された第１および第２の増幅器と、
前記半導体基板の外部から前記第１および第２の増幅器に個別に電源を供給するための第１および第２の電源端子と、
前記半導体基板の外部の地絡体に接続された接地用端子と、
前記第１および第２の電源端子と前記接地用端子との間に挿入されたバイパスコンデンサと、
前記第１の電源端子と前記バイパスコンデンサとの間に挿入された第１の電源スイッチと、
前記第１の電源端子と前記バイパスコンデンサとの間に挿入された第１の電源スイッチと、
を備えたことを特徴とする半導体増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板上に構成される半導体増幅器に関し、特に電源端子を削減して小形化およびコストダウンを実現するための新規な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体増幅器は、複数（２個）の単位増幅器から構成されており、外部の電源から単一の電源スイッチを介して、それぞれ単位増幅器に給電が行われている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の従来の半導体増幅器においては、外部から供給された電源は、電源端子から電源スイッチを通過した後に分岐し、それぞれの単位増幅器に入力される。そして、すべての単位増幅器をオフする必要がある場合には、電源スイッチを開放して電源供給を遮断する。また、一方の単位増幅器のみを動作させる場合には、電源スイッチを短絡して双方の単位増幅器に電源を供給しつつ、別に設けた制御回路により、他方の単位増幅器の動作を停止させている。
【０００４】
このように、従来の半導体増幅器においては、複数の単位増幅器の電源端子が配線を介して直接的に接続されているので、一方の増幅器（以下、「第１の増幅器」という）が動作していない場合でも、その増幅器の電源端子には電源電圧が印加されており、動作中の増幅器（以下、「第２の増幅器」という）の電源端子から外部からみると、電源スイッチを介した電源のインピーダンスと、第２の増幅器の電源端子のインピーダンスとが並列接続されていることになる。
【０００５】
通常、電源は低インピーダンスであり、第２の増幅器の特性に影響を与えることはないが、第１の増幅器の電源端子のインピーダンスは、必ずしも低いとはいえず、これが原因で第２の増幅器の特性が劣化する場合がある。たとえば、第２の増幅器で増幅された高周波信号の一部が第２の増幅器の電源端子に漏洩した場合には、第１の増幅器の電源端子でその一部が反射して、再び、第２の増幅器の電源端子に戻って入力端子に漏洩する可能性がある。
【０００６】
【特許文献１】特願２０００−６０５３０４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の半導体増幅器は、たとえば上記特許文献１の場合、各増幅器の電源端子間アイソレーションが低いと、本来の信号経路とは別に、第２の増幅器の電源端子を含むひとつのループが構成され、特定の条件を満たす周波数において不要な発振が生じるという課題があった。
【０００８】
また、第１の増幅器の電源端子が非常に低インピーダンスであったとしても、高周波信号がマイクロ波帯の場合には、第１の増幅器の電源端子と第２の増幅器の電源端子との間の配線が、高周波信号の周波数に対して１／４波長に相当する長さであれば、第２の増幅器の電源端子からみたインピーダンスが非常に高くなるので、第２の増幅器の電源端子に漏洩した高周波信号がすべて反射され、容易に発振が生じるという課題があった。
【０００９】
さらに、上記課題を解決するためには、一般的に、複数の増幅器ごとに個別の電源端子を設けて、１つの電源端子から１つの増幅器に電源を供給しなければならないので、電源端子の数が増えて、半導体全体の面積が大きくなりコストアップを招くという課題があった。
【００１０】
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、半導体基板上の複数の単位増幅器からなる半導体増幅器において、共通化した主電源端子または接地用端子を設けることにより、半導体全体の面積を小形化するとともに、各増幅器の間のアイソレーションを高めて各増幅器を安定に動作させることのできる半導体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】
【００１１】
この発明による半導体増幅器は、半導体基板上に並列に構成された第１および第２の増幅器と、第１および第２の増幅器に個別に接続された第１および第２の電源スイッチと、半導体基板の外部から第１および第２の電源スイッチを介して第１および第２の増幅器に電源を供給するための主電源端子と、を備え、第１の電源スイッチは、主電源端子と第１の増幅器との間に挿入され、第２の電源スイッチは、主電源端子と第２の増幅器との間に挿入されたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、半導体のコストが面積に大きく依存することから、電源端子の数を減らすことにより、コストダウン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】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る半導体増幅器を示す回路構成図である。
図１において、半導体増幅器は、半導体基板５０上に並列に構成された第１および第２の増幅器５、６と、第１および第２の増幅器５、６に個別に接続された第１および第２の電源スイッチ９、１３と、半導体基板５０の外部から第１および第２の電源スイッチ９、１３を介して第１および第２の増幅器５、６に電源を供給するための主電源端子１０と、を備えている。これらはすべて、半導体基板５０上に構成されている。
【００１４】
第１の電源スイッチ９は、主電源端子１０と第１の増幅器５との間に挿入され、第２の電源スイッチ１３は、主電源端子１０と第２の増幅器６との間に挿入されている。第１の増幅器５は、直列接続された２個の単位増幅器１、２により構成され、同様に、第２の増幅器６は、直列接続された２個の単位増幅器３、４により構成されている。
【００１５】
第１の電源スイッチ９は、単位増幅器１、２の各電源端子７、８に接続され、第２の電源スイッチ１３は、単位増幅器３、４の各電源端子１１、１２に接続されている。すなわち、単位増幅器１、２の各電源端子７、８は、第１の電源スイッチ９を介して、半導体増幅器に対する主電源端子１０に接続され、同様に、単位増幅器３、４の各電源端子１１、１２は、第２の電源スイッチ１３を介して、主電源端子１０に接続されている。
【００１６】
次に、図１に示したこの発明の実施の形態１による動作について説明する。
たとえば第１の増幅器５（単位増幅器１、２）が動作する場合には、図１に示したように、第１の電源スイッチ９が短絡（オン）となり、半導体増幅器全体の主電源端子１０から、単位増幅器１、２に電源供給が行われる。このとき、第２の電源スイッチ１３は開放（オフ）となり、第２の増幅器６（単位増幅器３、４）には電源が供給されないので、第２の増幅器６は動作しない。
【００１７】
このように、第２の電源スイッチ１３をオフすることにより、半導体増幅器全体の主電源端子１０から第２の増幅器６への経路が遮断されるので、第１の増幅器５と第２の増幅器６との間のアイソレーションを高めることができ、半導体増幅器を安定に動作させることができる。
【００１８】
なお、半導体基板５０上に構成される第１および第２の電源スイッチ９、１３は、それぞれトランジスタやＦＥＴなどの素子（図示せず）で構成されるが、各電源スイッチ９、１３の実装面積は、半導体外部との接続用端子に比べれば極めて小さい。したがって、各電源スイッチ９、１３の追加によって増大する面積よりも、電源端子数の削減によって低減する面積の方がはるかに大きいので、第１および第２の（複数の）増幅器５、６に対して共通の主電源端子１０を設けることにより、半導体面積を低減しつつ、半導体増幅器を安定に動作させることができる。
【００１９】
なお、上記実施の形態１（図１参照）では、半導体基板５０上に、２個の（第１および第２の）増幅器５、６を構成したが、これに限定されることなく、３個以上の増幅器を構成してもよい。
【００２０】
図２は３個の増幅器の構成例を示す回路構成図であり、図２において、半導体基板５０Ａ上には、前述と同様の第１および第２の増幅器５、６に加えて、第３の増幅器２５が並列に構成されている。第３の増幅器２５は、直列接続された２個の単位増幅器２３、２４からなり、単位増幅器２３、２４の各電源端子２６、２７は、第３の電源スイッチ２８を介して、共通の主電源端子１０に接続されている。この場合も、前述と同様の作用効果を奏することができる。
【００２１】
また、第１および第２の増幅器５、６は、それぞれ２個の単位増幅器で構成したが、これに限定されることはなく、３個以上の単位増幅器で構成してもよい。この場合も、同様の効果を得ることができる。
【００２２】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１）では、各増幅器５、６に対して、個別の電源スイッチを設けたが、図３に示すように、各増幅器５、６内の単位増幅器ごとに個別の電源スイッチを設けてもよい。
【００２３】
図３はこの発明の実施の形態２に係る半導体増幅器を示す回路構成図であり、図３において、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。
【００２４】
この場合、第１の増幅器５に接続される電源スイッチとして、前述の第１の電源スイッチ９に加えて、他の第１の電源スイッチ９ａが追加され、同様に、第２の増幅器６に接続される電源スイッチとして、前述の第２の電源スイッチ１３に加えて、他の第２の電源スイッチ１３ａが追加されている。
【００２５】
第１の増幅器５内の単位増幅器１の電源端子７は、他の第１の電源スイッチ９ａを介して一方の第１の電源スイッチ９に接続されており、同様に、第２の増幅器６内の単位増幅器３の電源端子１１は、他の第２の電源スイッチ１３ａを介して一方の第２の電源スイッチ１３に接続されている。
【００２６】
次に、図３に示したこの発明の実施の形態２による動作について説明する。
たとえば第１の増幅器５が動作している場合には、図３に示すように、第１の電源スイッチ９、９ａが短絡（オン）されており、半導体増幅器全体の主電源端子１０からの電源は、単位増幅器１、２に供給される。一方、第２の電源スイッチ１３、１３ａは開放（オフ）されており、これにより、第２の増幅器６の動作は停止している。
【００２７】
このとき、前述（図１）の構成では、第２の増幅器６は、第２の電源スイッチ１３の開放（オフ）によって電源遮断状態にあり、動作しないが、第１の増幅器５から漏洩した高周波信号の一部は、開放状態の第２の電源スイッチ１３を通過して第２の増幅器６に到達する。なぜなら、開放状態の第２の電源スイッチ１３は、等価的にキャパシタで表されるので、直流信号は遮断するが、高周波信号は、キャパシタ容量に応じて減衰するものの、一部は通過してしまうからである。
【００２８】
特に、各増幅器５、６の動作時の電流が大きい場合には、各電源スイッチ９、１３に用いられるトランジスタやＦＥＴのサイズが大きくなることから、開放時のキャパシタ容量も大きくなるので、高周波信号が受ける減衰量が小さくなる。したがって、図１に示す構成の場合には、第１の増幅器５から漏洩した高周波信号が、第２の増幅器６（単位増幅器３、４）の電源端子１１、１２に到達し、この高周波信号が反射されて再び第１の増幅器５に戻ることになり、第１の増幅器５と第２の増幅器６との間のアイソレーションが劣化することになる。
【００２９】
これに対して、図３に示したこの発明の実施の形態２によれば、他の第１および第２の電源スイッチ９ａ、１３ａを追加し、各電源スイッチ９ａ、１３ａの短絡時の抵抗成分および開放時の容量成分を利用して、第１の増幅器５と第２の増幅器６との間のアイソレーションを高める構成となっている
【００３０】
。
ここで、各電源スイッチ９ａ、１３ａに用いられるトランジスタやＦＥＴは、短絡時には抵抗成分で表される。つまり、短絡状態の第１の電源スイッチ９ａの抵抗成分により、単位増幅器１の電源端子７から外部漏洩する高周波信号を少しでも減衰させることができる。また、第２の電源スイッチ１３ａの容量成分により、第２の増幅器６内の単位増幅器３に達する高周波信号を減衰させることができる。
【００３１】
これにより、第１の増幅器５と第２の増幅器６との間のアイソレーションをさらに高めることができ、前述の実施の形態１の場合よりもさらに半導体増幅器の動作を安定させることができる。
【００３２】
なお、この場合も、前述（図２参照）と同様に、半導体基板５０Ｂ上に３個以上の増幅器を構成することができ、同様の作用効果を奏することができる。
また、第１および第２の増幅器５、６は、それぞれ３個以上の単位増幅器で構成してもよく、同様の効果を得ることができる。
【００３３】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態２（図３）では、第１の増幅器５内の単位増幅器１に対する第１の電源スイッチ９ａと、第２の増幅器６内の単位増幅器３に対する第２の電源スイッチ１３ａとを、それぞれ、一方の第１および第２の電源スイッチ９、１３を介して主電源端子１０に接続したが、図４に示すように、他の第１および第２の電源スイッチ９ａ、１３ａを主電源端子１０に直接接続してもよい。
【００３４】
図４はこの発明の実施の形態３に係る半導体増幅器を示す回路構成図であり、図４において、前述（図１〜図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｃ」を付して詳述を省略する。
【００３５】
この場合、他の第１および第２の電源スイッチ９ａ、１３ａの接続位置が異なる点を除けば、前述（図３）の実施の形態２の構成と同様である。図４においては、半導体増幅器全体の主電源端子１０から単位増幅器１〜４の各電源端子７、８、１１、１２への給電経路に、個別の電源スイッチ９ａ、９、１３ａ、１３が挿入されている。
【００３６】
次に、図４に示したこの発明の実施の形態３による動作について説明する。
たとえば第１の増幅器５が動作中の場合には、図４に示すように、第１の電源スイッチ９、９ａが短絡（オン）されており、半導体増幅器全体の主電源端子１０からの電源は、第１の増幅器５内の単位増幅器１、２に供給される。一方、第２の電源スイッチ１３、１３ａは開放（オフ）されており、第２の増幅器６の動作は停止している。以上の動作は、前述（図３）の実施の形態２の場合と同じである。
【００３７】
このとき、前述（図３）の構成によれば、第１の電源スイッチ９には、第１の増幅器５内の単位増幅器２で消費される電流のみならず、第１の増幅器５内の単位増幅器１で消費される電流も流れる。
これに対し、図４に示したこの発明の実施の形態３によれば、他の第１および第２の電源スイッチ９ａ、１３ａが、主電源端子１０と各単位増幅器１、３との間に挿入されているので、第１の増幅器５が動作中の場合において、第１の電源スイッチ９には、単位増幅器２で消費される電流のみが流れる。
【００３８】
一般に、半導体基板５０Ｃ上に構成される電源スイッチ（トランジスタやＦＥＴ）の面積（エミッタサイズやゲート幅など）は、流す電流量に応じて増大するが、この発明の実施の形態３によれば、前述の実施の形態２の場合に比べて、第１の電源スイッチ９（および、第２の電源スイッチ１３）に流れる電流が小さいので、使用するＦＥＴまたはトランジスタのゲート幅またはエミッタサイズを小さくすることができ、半導体基板５０Ｃの面積を低減することができる。
【００３９】
このように、この発明の実施の形態３では、第１の増幅器５と第２の増幅器６との間のアイソレーションを高めつつ、第１および第２の電源スイッチ９、１３の面積を低減することができる。したがって、第１および第２の（複数の）増幅器５、６に対する主電源端子１０を共通にして半導体面積を低減しつつ、半導体増幅器を安定に動作させることができる。
【００４０】
また、この場合も、半導体基板５０Ｃ上に３個以上の増幅器を構成することができ、また、各増幅器を３個以上の単位増幅器で構成することができ、前述と同様の効果を得られることは言うまでもない。
【００４１】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態１〜３では、バイパスコンデンサについて言及しなかったが、図５に示すように、第１の増幅器５の電源端子７、８と、第２の増幅器６の電源端子１１、１２とに、それぞれバイパスコンデンサ１８、１９が接続された場合においても、個別の電源スイッチ２０、２１を設けることにより、同様の作用効果を奏することができる。
【００４２】
図５はこの発明の実施の形態４に係る半導体増幅器を示す回路構成図であり、図５において、前述（図１〜図４参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｄ」を付して詳述を省略する。
【００４３】
この場合、半導体基板５０Ｄには、外部から第１および第２の増幅器５、６に個別に電源を供給するための第１および第２の電源端子１６、１７と、半導体基板５０Ｄの外部の地絡体に接続された接地用端子２２と、が設けられている。
【００４４】
また、半導体基板５０Ｄ上には、第１の電源端子１６と接地用端子２２との間に挿入された第１のバイパスコンデンサ１８および第１の電源スイッチ２０からなる第１の直列回路と、第２の電源端子１７と接地用端子２２との間に挿入された第２のバイパスコンデンサ１９および第２の電源スイッチ２１からなる第２の直列回路と、が構成されている。第１の電源スイッチ２０は、第１のバイパスコンデンサ１８と接地用端子２２との間に挿入され、第２の電源スイッチ２１は、第２のバイパスコンデンサ１９と接地用端子２２との間に挿入されている。
【００４５】
第１および第２のバイパスコンデンサ１８、１９は、各増幅器５、６の電源端子７、８、１１、１２に漏洩した高周波信号を、接地用端子２２を介して地絡体へ流すようになっている。
他の構成は、前述と同様である。なお、各増幅器５、６の電源端子７、８、１１、１２にも、前述と同様の電源スイッチ９、１３（９ａ、１３ａ）を設けてもよい。
【００４６】
通常、第１および第２のバイパスコンデンサ１８、１９は、各電源端子７、８、１１、１２に漏洩した高周波信号を地絡体に流すために、各単位増幅器１〜４の電源端子ごとに設けられる。しかし、図５においては、第１のバイパスコンデンサ１８を、第１の増幅器５内の複数の単位増幅器１、２の電源端子で共有し、第２のバイパスコンデンサ１９を、第２の増幅器６内の複数の単位増幅器３、４の電源端子で共有している。これにより、各バイパスコンデンサ１８、１９の個数と、各バイパスコンデンサ１８、１９を外部の地絡体と接続するための接地用端子２２の個数とが削減されている。
【００４７】
以上のように、この発明の実施の形態４によれば、前述の実施の形態１〜３と同様に、第１および第２の増幅器５、６に対応した第１および第２の電源スイッチ２０、２１を設け、第１および第２のバイパスコンデンサ１８、１９とともに第１および第２の直列回路を構成して、それぞれ、第１および第２の電源端子１６、１７と接地用端子２２との間に挿入することにより、第１および第２のバイパスコンデンサ１８、１９の個数と、接地用端子２２の個数とを低減しつつ、第１の増幅器５と第２の増幅器６との間のアイソレーションを高めることができる。
【００４８】
なお、上記発明の実施の形態４では、第１および第２の電源スイッチ２０、２１を、それぞれ、第１および第２のバイパスコンデンサ１８、１９と、接地用端子２２との間に設けたが、各直列回路内の位置関係を逆にして、第１および第２の電源スイッチ２０、２１を、第１および第２のバイパスコンデンサ１８、１９と、第１および第２のバイパスコンデンサ１８、１９との間に挿入してもよい。この場合も、前述と同様の効果を奏することができる。
【００４９】
また、図６に示すように、単一のバイパスコンデンサ１８Ｅを接地用端子２２側に挿入し、バイパスコンデンサ１８Ｅと第１および第２の電源端子１６、１７との間に、それぞれ、第１および第２の電源スイッチ２０、２１を設けてもよい。この場合、前述と同様の効果に加えて、バイパスコンデンサ１８Ｅの数をさらに削減することができるので、半導体基板５０Ｅの面積をさらに低減して、コストダウンを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る半導体増幅器を示す回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る半導体増幅器の他の例を示す回路構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る半導体増幅器を示す回路構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る半導体増幅器を示す回路構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る半導体増幅器を示す回路構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る半導体増幅器の他の例を示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
１、２、３、４、２３、２４  単位増幅器、５  第１の増幅器、６  第２の増幅器、７、８、１１、１２、２６、２７  電源端子、９、９ａ、２０  第１の電源スイッチ、１３、１３ａ、２１  第２の電源スイッチ、１６  第１の電源端子、１７  第２の電源端子、１８Ｅ  バイパスコンデンサ、１８  第１のバイパスコンデンサ、１９  第２のバイパスコンデンサ、２２  接地用端子、２５  第３の増幅器、２８  第３の電源スイッチ。
【図１】
2008148098.tif 000003
【図２】
2008148098.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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