(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳ回路を利用した整合回路を有する増幅器において、各部分の材料や工程の種類によらずに、外部端子数が少なく、高いＱを持つ回路構成を実現する。【解決手段】増幅器は、入力信号を増幅する半導体デバイス１０２と集積回路１０３を含むパッケージ１０１を備え、入力信号の特性に応じて内部整合をとる。集積回路１０３は、マイクロ電子機械回路１０４と制御回路１０５を含む。制御回路１０５は、入力信号の特性に応じた制御信号をマイクロ電子機械回路１０４に出力し、マイクロ電子機械回路１０４は、その制御信号に従って、半導体デバイス１０２に接続される回路素子値を変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の特性に応じて内部整合をとる増幅器であって、
前記入力信号を増幅する半導体デバイスと集積回路を含むパッケージを備え、
前記集積回路は、マイクロ電子機械回路と制御回路を含み、該制御回路は、前記入力信号の特性に応じた制御信号を該マイクロ電子機械回路に出力し、該マイクロ電子機械回路は、該制御信号に従って、前記半導体デバイスに接続される回路素子値を変更することを特徴とする増幅器。
【請求項２】
前記制御回路は、前記入力信号の周波数に応じた制御信号を前記マイクロ電子機械回路に出力することを特徴とする請求項１記載の増幅器。
【請求項３】
前記制御回路は、前記増幅器の帯域幅に応じた制御信号を前記マイクロ電子機械回路に出力することを特徴とする請求項１または２記載の増幅器。
【請求項４】
前記マイクロ電子機械回路は、前記入力信号の周波数が大きくなると前記回路素子値が小さくなるように、該回路素子値を変更することを特徴とする請求項１または２記載の増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）を利用した整合回路を有し、入力信号の特性に応じて内部整合をとる増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の分野では、同一のシステムが使用する周波数帯域を各国、あるいは各地域で異ならせたり、１つの端末に複数のシステムを持たせたりする技術が導入されつつあり、１つの電力増幅器により複数の入力周波数に対応することが求められている。
【０００３】
電力増幅器の入力周波数に応じて、ＭＥＭＳによりキャパシタンスを変更し（例えば、下記の非特許文献１を参照）、整合回路を調整するシステムが提案されている。
ＭＥＭＳは高いＱを持っており、整合に適しているが、高周波増幅器においては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ等の半導体デバイスと整合回路を離れた位置に設けると、線路に由来する付加インダクタンスや付加キャパシタンスが発生する。そのため、Ｑが低くなり、整合回路調整が設計通りに機能しない。
【０００４】
そこで、下記の特許文献１では、能動素子とＭＥＭＳ回路を同一の基板上に集積化し、高いＱ（quality factor）と広い帯域幅を持つ電力増幅器が提示されている。
【特許文献１】特表２００３−５０４９０６号公報
【非特許文献１】“無線通信用ＲＦ−ＭＥＭＳデバイス”、［online］、雑誌ＦＵＪＩＴＳＵ２００５−７月号（ＶＯＬ．５６，ＮＯ．４）、ｐ．３３８−３３９、［平成１９年１月１８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://img.jp.fujitsu.com/downloads/jp/jmag/vol56-4/paper11.pdf ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の増幅器には、次のような問題がある。
特許文献１のように、半導体デバイスとＭＥＭＳ回路を同一基板上に集積化する場合、スイッチ端子とキャパシタンスを変化させる素子の数だけのＭＥＭＳ制御端子を外部に設ける必要があり、作業が煩雑になる。
【０００６】
高周波回路でよく使われるガリウム砒素（ＧａＡｓ）回路、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）回路等と、ＭＥＭＳ回路を集積化する場合であれば、ＧａＡｓ回路またはＳｉＧｅ回路の後工程としてＭＥＭＳ製作工程を付加できると言われている。
【０００７】
しかし、半導体デバイス、ＭＥＭＳ回路、およびＭＥＭＳ制御回路を集積化する場合には、３つの部分それぞれに最適な材料あるいは工程があるため、同一基板上に集積化できないことがある。あるいは、製造工程の増加と、それによるデバイスの歩留まりの劣化等により、集積化が制限されてしまう。
【０００８】
本発明の課題は、ＭＥＭＳ回路を利用した整合回路を有する増幅器において、各部分の材料や工程の種類によらずに、外部端子数が少なく、高いＱを持つ回路構成を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
図１は、本発明の増幅器の原理図である。図１の増幅器は、入力信号を増幅する半導体デバイス１０２と集積回路１０３を含むパッケージ１０１を備え、入力信号の特性に応じ
て内部整合をとる。
【００１０】
集積回路１０３は、マイクロ電子機械回路１０４と制御回路１０５を含む。制御回路１０５は、入力信号の特性に応じた制御信号をマイクロ電子機械回路１０４に出力し、マイクロ電子機械回路１０４は、その制御信号に従って、半導体デバイス１０２に接続される回路素子値を変更する。
【００１１】
マイクロ電子機械回路１０４は、半導体デバイス１０２の入力側または出力側、あるいはその両側に設けられ、半導体デバイス１０２に接続されるキャパシタンス、インダクタンス等の回路素子値を変更することで、増幅器の内部整合をとる。制御回路１０５は、入力信号の周波数、電力等の特性に応じた制御信号をマイクロ電子機械回路１０４に出力することで、その特性に応じた整合回路調整を行う。
【００１２】
パッケージ１０１および半導体デバイス１０２は、例えば、後述する図２のパッケージ２０１およびＦＥＴ２０３に対応し、集積回路１０３は、例えば、集積回路２０２または／および２０４に対応する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＭＥＭＳ回路とＭＥＭＳ制御回路が１つの集積回路として製作されるため、ＭＥＭＳ制御端子は集積回路内に含まれ、増幅器の外部に設ける必要がなくなる。
また、増幅器パッケージ内に半導体デバイスとＭＥＭＳ回路が実装されるため、その増幅器に最適なインダクタンスを持つ線路長で、半導体デバイスとＭＥＭＳ回路を接続することができる。したがって、付加インダクタンスや付加キャパシタンスを極力抑えて、高いＱを維持することができ、整合回路調整が設計通りに機能する。
【００１４】
さらに、ＭＥＭＳ回路およびＭＥＭＳ制御回路からなる集積回路と半導体デバイスを同一基板上に集積化する必要がないため、それぞれに対して異なる材料および工程を用いることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図２は、本実施形態の高周波増幅器パッケージの一例を示している。底面をグランド面とするパッケージ２０１内に、集積回路２０２、２０４、およびＦＥＴ２０３が実装されている。ＦＥＴ２０３は、例えば、ＧａＡｓを用いた電力増幅用ＦＥＴのベアチップである。
【００１６】
また、集積回路２０２は、同一基板上に集積化されたＭＥＭＳ制御回路２１１とＭＥＭＳ回路２１２からなるチップであり、集積回路２０４は、同一基板上に集積化されたＭＥＭＳ制御回路２２１とＭＥＭＳ回路２２２からなるチップである。ＭＥＭＳ回路２１２および２２２は、シリコン微細加工技術により製造され、ＭＥＭＳ制御回路２１１および２２１は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）回路で製作される。
【００１７】
パッケージの外部には、入力端子２３１、出力端子２３２、ＭＥＭＳ制御端子２３３、２３６、ゲート電圧端子２３４、およびドレイン電圧端子２３５が設けられる。このうち、入力端子２３１は、ＭＥＭＳ回路２１２の無線周波数（ＲＦ）入力端子２３９に接続され、出力端子２３２は、ＭＥＭＳ回路２２２のＲＦ出力端子２４４に接続される。
【００１８】
ＭＥＭＳ制御端子２３３および２３６は、ＭＥＭＳ制御回路２１１および２２１の制御端子２３７および２３８にそれぞれ接続される。ゲート電圧端子２３４およびドレイン電圧端子２３５は、ＦＥＴ２０３のゲート２４１およびドレイン２４２にそれぞれ接続され
る。
【００１９】
ＭＥＭＳ回路２１２のＲＦ出力端子２４０およびＭＥＭＳ回路２２２のＲＦ入力端子２４３は、ＦＥＴ２０３のゲート２４１およびドレイン２４２にそれぞれ接続される。端子間の接続には、ワイヤボンディングが用いられる。
【００２０】
このようなパッケージ構造によれば、増幅器の入力側整合回路が１チップの集積回路２０２内に収められ、出力側整合回路が１チップの集積回路２０４内に収められる。さらに、これらの整合回路がＦＥＴ２０３と隣接して同一パッケージ内に収められているため、高いＱで内部整合をとることができる。
【００２１】
図３は、図２のパッケージ構造を採用した増幅器の構成例を示している。この構成では、ＭＥＭＳ可変キャパシタを制御することで、ＦＥＴに対して並列に挿入された容量値を変更することができる。パッケージ３０１は、図２のパッケージ２０１に対応し、ＭＥＭＳ回路３０２、３０４、ＭＥＭＳ制御回路３０５、３０６、およびＦＥＴ３０３を備える。
【００２２】
ゲート電圧ＶG およびドレイン電圧ＶD とグランド面の間には、それぞれキャパシタ３１３および３１４が設けられ、ゲート電圧ＶG およびドレイン電圧ＶD は、それぞれインダクタ３１５および３１６を介してＦＥＴ３０３のゲートおよびドレインに供給される。
【００２３】
ＲＦ信号ＳINは、キャパシタ３１１を介してＭＥＭＳ回路３０２に入力され、ＲＦ信号ＳOUT は、キャパシタ３１２を介してＭＥＭＳ回路３０４から出力される。ＭＥＭＳ設定信号ＳMEMSは、ＭＥＭＳ制御回路３０５および３０６に入力される。
【００２４】
ＭＥＭＳ回路３０２は、インダクタ３２１、キャパシタ３２２、３２３、およびＭＥＭＳ可変キャパシタ３２４、３２５からなり、ＭＥＭＳ回路３０４は、インダクタ３３１、キャパシタ３３２、３３３、およびＭＥＭＳ可変キャパシタ３３４、３３５からなる。
【００２５】
ＭＥＭＳ可変キャパシタ３２４および３２５の容量値を変えることにより、ＦＥＴ３０３のゲート側の整合をとることができ、ＭＥＭＳ可変キャパシタ３３４および３３５の容量値を変えることにより、ＦＥＴ３０３のドレイン側の整合をとることができる。
【００２６】
ＭＥＭＳ制御回路３０５は、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３４１、３４２、ラッチ３４３、３４４、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４５、およびシリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換器３４６からなり、ＭＥＭＳ制御回路３０６は、Ｄ／Ａ変換器３５１、３５２、ラッチ３５３、３５４、ＲＯＭ３５５、およびＳ／Ｐ変換器３５６からなる。
【００２７】
ＭＥＭＳ設定信号ＳMEMSは、シリアル信号であり、データの始まりを示すスタートビット、ＭＥＭＳ制御回路３０５および３０６に設定されるデータ信号、データの終わりを示すストップビット等で構成される。このデータ信号としては、入力信号の周波数、電力等の特性に対応するＲＯＭ３４５および３５５のアドレスが用いられる。
【００２８】
例えば、増幅器の中心周波数を変更する構成の場合、各中心周波数に応じたＭＥＭＳ可変キャパシタ３２４および３２５の制御電圧値が、あらかじめＲＯＭ３４５に書き込まれており、各中心周波数に応じたＭＥＭＳ可変キャパシタ３３４および３３５の制御電圧値が、あらかじめＲＯＭ３５５に書き込まれている。そして、入力信号の中心周波数に対応する制御電圧値が書き込まれているアドレスが、ＭＥＭＳ設定信号ＳMEMSのデータ信号として用いられる。
【００２９】
Ｓ／Ｐ変換器３４６は、シリアル信号ＳMEMSをパラレル信号に変換してＲＯＭ３４５に出力し、ＲＯＭ３４５は、入力されたパラレル信号が示すアドレスから制御電圧値を示すデジタル信号を出力する。ラッチ３４３および３４４は、それぞれＭＥＭＳ可変キャパシタ３２４および３２５の制御電圧値をラッチして、Ｄ／Ａ変換器３４１および３４２に出力する。Ｄ／Ａ変換器３４１および３４２は、それらの制御電圧値をアナログ信号に変換し、それぞれＭＥＭＳ可変キャパシタ３２４および３２５に制御電圧として出力する。
【００３０】
これにより、ＭＥＭＳ可変キャパシタ３２４および３２５の容量値が、入力信号の中心周波数に対応する値に設定され、ゲート側の整合回路が調整される。同様にして、ＭＥＭＳ制御回路３０６は、ＭＥＭＳ可変キャパシタ３３４および３３５の容量値を入力信号の中心周波数に対応する値に設定し、ドレイン側の整合回路を調整する。
【００３１】
図４は、増幅器の別の構成例を示している。この構成では、ＭＥＭＳ可変キャパシタを制御することで、ＦＥＴに対して並列に挿入された容量値を変更することができるとともに、ＭＥＭＳスイッチにより３個のインダクタを切り替えることで、ＦＥＴに対して直列に挿入されたインダクタンスの値を変更することができる。パッケージ４０１は、図２のパッケージ２０１に対応し、ＭＥＭＳ回路４０２、４０４、ＭＥＭＳ制御回路４０５、４０６、およびＦＥＴ４０３を備える。
【００３２】
キャパシタ４１１〜４１４およびインダクタ４１５および４１６の役割については、図３のキャパシタ３１１〜３１４およびインダクタ３１５および３１６と同様である。
ＭＥＭＳ回路４０２は、ＭＥＭＳスイッチ４２１、４２３、インダクタ４２２−１〜４２２−３、キャパシタ４２４、４２５、およびＭＥＭＳ可変キャパシタ４２６、４２７からなり、ＭＥＭＳ回路４０４は、ＭＥＭＳスイッチ４３１、４３３、インダクタ４３２−１〜４３２−３、キャパシタ４３４、４３５、およびＭＥＭＳ可変キャパシタ４３６、４３７からなる。インダクタ４２２−１〜４２２−３は、それぞれ異なるインダクタンスを有し、インダクタ４３２−１〜４３２−３は、それぞれ異なるインダクタンスを有する。
【００３３】
ＭＥＭＳ可変キャパシタ４２６、４２７、４３６、および４３７の動作については、図３のＭＥＭＳ可変キャパシタ３２４、３２５、３３４、および３３５と同様である。ＭＥＭＳスイッチ４２１および４２３を切り替えることにより、インダクタ４２２−１〜４２２−３のいずれか１つを選択して、ＦＥＴ４０３のゲートに接続することができ、ＭＥＭＳスイッチ４３１および４３３を切り替えることにより、インダクタ４３２−１〜４３２−３のいずれか１つを選択して、ＦＥＴ４０３のドレインに接続することができる。
【００３４】
ＭＥＭＳ制御回路４０５は、Ｄ／Ａ変換器４４１、４４２、ラッチ４４３、４４４、４４５、ＲＯＭ４４６、およびＳ／Ｐ変換器４４７からなり、ＭＥＭＳ制御回路４０６は、Ｄ／Ａ変換器４５１、４５２、ラッチ４５３、４５４、４５５、ＲＯＭ４５６、およびＳ／Ｐ変換器４５７からなる。
【００３５】
ＲＯＭ４４６には、入力信号の特性に応じたＭＥＭＳ可変キャパシタ４２６および４２７の制御電圧値と、入力信号の特性に応じたＭＥＭＳスイッチ４２１および４２３の制御信号が、あらかじめ書き込まれている。また、ＲＯＭ４５６には、入力信号の特性に応じたＭＥＭＳ可変キャパシタ４３６および４３７の制御電圧値と、入力信号の特性に応じたＭＥＭＳスイッチ４３１および４３３の制御信号が、あらかじめ書き込まれている。
【００３６】
Ｓ／Ｐ変換器４４７は、ＭＥＭＳ設定信号ＳMEMSをパラレル信号に変換してＲＯＭ４４６に出力し、ＲＯＭ４４６は、入力されたパラレル信号が示すアドレスから制御電圧値および制御信号を出力する。
【００３７】
ラッチ４４３および４４５は、それぞれＭＥＭＳ可変キャパシタ４２６および４２７の制御電圧値をラッチして、Ｄ／Ａ変換器４４１および４４２に出力する。Ｄ／Ａ変換器４４１および４４２は、それらの制御電圧値をアナログ信号に変換し、それぞれＭＥＭＳ可変キャパシタ４２６および４２７に制御電圧として出力する。これにより、ＭＥＭＳ可変キャパシタ４２６および４２７の容量値が、入力信号の特性に対応する値に設定される。
【００３８】
また、ラッチ４４４は、制御信号をラッチしてＭＥＭＳスイッチ４２１および４２３に出力する。これにより、入力信号の特性に対応するインダクタが選択されて、ＦＥＴ４０３のゲートに接続される。
【００３９】
同様にして、ＭＥＭＳ制御回路４０６は、ＭＥＭＳ可変キャパシタ４３６および４３７の容量値を入力信号の特性に対応する値に設定し、入力信号の特性に対応するインダクタを選択してＦＥＴ４０３のドレインに接続する制御を行う。
【００４０】
図５は、増幅器のさらに別の構成例を示している。この構成では、ＭＥＭＳ可変キャパシタを制御することで、ＦＥＴに対して並列に挿入された容量値を変更することができるとともに、ＭＥＭＳスイッチによりｎ個のインダクタを切り替えることで、ＦＥＴに対して直列に挿入されたインダクタンスの値を変更することができる。
【００４１】
キャパシタ５１１〜５１４およびインダクタ５１５および５１６の役割については、図３のキャパシタ３１１〜３１４およびインダクタ３１５および３１６と同様である。
ＦＥＴ５０３のゲート側のＭＥＭＳ回路は、ＭＥＭＳスイッチ５２１、５２３、インダクタ５２２−１〜５２２−ｎ、キャパシタ５２４、およびＭＥＭＳ可変キャパシタ５２６からなり、ＦＥＴ５０３のドレイン側のＭＥＭＳ回路は、ＭＥＭＳスイッチ５３１、５３３、インダクタ５３２−１〜５３２−ｎ、キャパシタ５３４、およびＭＥＭＳ可変キャパシタ５３６からなる。インダクタ５２２−１〜５２２−ｎは、それぞれ異なるインダクタンスを有し、インダクタ５３２−１〜５３２−ｎは、それぞれ異なるインダクタンスを有する。
【００４２】
ＭＥＭＳスイッチ５２１および５２３を切り替えることにより、インダクタ５２２−１〜５２２−ｎのいずれか１つを選択して、ＦＥＴ５０３のゲートに接続することができ、ＭＥＭＳスイッチ５３１および５３３を切り替えることにより、インダクタ５３２−１〜５３２−ｎのいずれか１つを選択して、ＦＥＴ５０３のドレインに接続することができる。
【００４３】
ＭＥＭＳ制御回路５０５は、Ｄ／Ａ変換器５４１、ラッチ５４２、５４３、ＲＯＭ５４４、およびＳ／Ｐ変換器５４５からなり、ＭＥＭＳ制御回路５０６は、Ｄ／Ａ変換器５５１、ラッチ５５２、５５３、ＲＯＭ５５４、およびＳ／Ｐ変換器５５５からなる。
【００４４】
ＭＥＭＳ制御回路５０５は、図４のＭＥＭＳ制御回路４０５と同様にして、ＭＥＭＳ可変キャパシタ５２６の容量値を設定し、インダクタを選択してＦＥＴ５０３のゲートに接続する制御を行う。また、ＭＥＭＳ制御回路５０６は、図４のＭＥＭＳ制御回路４０６と同様にして、ＭＥＭＳ可変キャパシタ５３６の容量値を設定し、インダクタを選択してＦＥＴ５０３のドレインに接続する制御を行う。
【００４５】
ＭＥＭＳスイッチ５２１、５２３、５３１、および５３３の各々には、例えば、インダクタの数ｎと同数の２値信号線が接続されており、ｎ個の信号のいずれか１つのみを論理“１”に設定することにより、対応するインダクタが選択される。
【００４６】
ところで、インダクタンスの値を増減することは、リアクタンスの値を増減することに
対応するので、図５のｎ個のインダクタンスの代わりに、固定インダクタンスを有するインダクタに対して可変キャパシタを直列に接続する構成を採用してもよい。これにより、整合回路のリアクタンスを変化させることができる。
【００４７】
図６は、このような増幅器の構成例を示している。キャパシタ６１１〜６１４およびインダクタ６１５および６１６の役割については、図３のキャパシタ３１１〜３１４およびインダクタ３１５および３１６と同様である。
【００４８】
ＦＥＴ６０３のゲート側のＭＥＭＳ回路は、インダクタ６２１、ＭＥＭＳ可変キャパシタ６２２、６２５、およびキャパシタ６２３、６２４からなり、ＦＥＴ６０３のドレイン側のＭＥＭＳ回路は、インダクタ６３１、ＭＥＭＳ可変キャパシタ６３２、６３５、およびキャパシタ６３３、６３４からなる。
【００４９】
インダクタ６２１に直列に接続されたＭＥＭＳ可変キャパシタ６２２の容量値を変えることにより、ＦＥＴ６０３のゲート側のリアクタンスを変えることができ、インダクタ６３１に直列に接続されたＭＥＭＳ可変キャパシタ６３２の容量値を変えることにより、ＦＥＴ６０３のドレイン側のリアクタンスを変えることができる。
【００５０】
ＭＥＭＳ制御回路６０５は、Ｄ／Ａ変換器６４１、６４２、ラッチ６４３、６４４、ＲＯＭ６４５、およびＳ／Ｐ変換器６４６からなり、ＭＥＭＳ制御回路６０６は、Ｄ／Ａ変換器６５１、６５２、ラッチ６５３、６５４、ＲＯＭ６５５、およびＳ／Ｐ変換器６５６からなる。
【００５１】
ＭＥＭＳ制御回路６０５は、図３のＭＥＭＳ制御回路３０５と同様にして、ＭＥＭＳ可変キャパシタ６２２および６２５の容量値を設定し、ＭＥＭＳ制御回路６０６は、図３のＭＥＭＳ制御回路３０６と同様にして、ＭＥＭＳ可変キャパシタ６３２および６３５の容量値を設定する。
【００５２】
次に、図７のスミスチャートを参照しながら、図５または図６の増幅器において入力信号の中心周波数に応じて内部整合をとる場合について説明する。例えば、スミスチャート上の点７０１が、ＦＥＴ単体の出力インピーダンスを示すＳパラメータＳ２２に対応するとする。
【００５３】
この場合、ＦＥＴのドレイン側に直列に挿入されたインダクタンスの値を増加させると、スミスチャート上の点は、点７０１から矢印７０２の方向に動き、例えば、点７０３の位置に移動する。さらに、ＦＥＴのドレイン側に並列に挿入された容量値を増加させると、点７０３から矢印７０４の方向に動く。角周波数をω、インダクタンスの値をＬS 、容量値をＣP とすると、矢印７０２の方向の移動量はωＬS によって決まり、矢印７０４の方向の移動量はωＣP によって決まる。
【００５４】
例えば、異なる中心周波数に応じた内部整合点がスミスチャート上の同じ点にあるとすると、ωが増減した分だけＬS およびＣP を減増すればよいことが分かる。これにより、ωＬS およびωＣP を不変に保つことができ、異なる中心周波数に対して同じ内部整合点を実現することができる。
【００５５】
図８は、増幅器のさらに別の構成例を示している。この構成では、ＭＥＭＳ可変キャパシタを制御することで、ＦＥＴに対して並列に挿入された容量値を変更することができるとともに、ＭＥＭＳスイッチによりｎ個のインダクタを切り替えることで、ＦＥＴに対して並列に挿入されたインダクタンスの値を変更することができる。
【００５６】
キャパシタ８１１〜８１４およびインダクタ８１５および８１６の役割については、図３のキャパシタ３１１〜３１４およびインダクタ３１５および３１６と同様である。
ＦＥＴ８０３のゲート側のＭＥＭＳ回路は、インダクタ８２１、キャパシタ８２２、およびＭＥＭＳ可変キャパシタ８２３からなり、ＦＥＴ８０３のドレイン側のＭＥＭＳ回路は、インダクタ８３１、ＭＥＭＳスイッチ８３２、８３４、インダクタ８３３−１〜８３３−ｎ、キャパシタ８３５、およびＭＥＭＳ可変キャパシタ８３６からなる。インダクタ８３３−１〜８３３−ｎは、それぞれ異なるインダクタンスを有する。
【００５７】
ＭＥＭＳスイッチ８３２および８３４を切り替えることにより、インダクタ８３３−１〜８３３−ｎのいずれか１つを選択して、ＦＥＴ８０３のドレイン側の回路に並列に接続することができる。
【００５８】
ＭＥＭＳ制御回路８０５は、Ｄ／Ａ変換器８４１、ラッチ８４２、ＲＯＭ８４３、およびＳ／Ｐ変換器８４４からなり、ＭＥＭＳ制御回路８０６は、Ｄ／Ａ変換器８５１、ラッチ８５２、８５３、ＲＯＭ８５４、およびＳ／Ｐ変換器８５５からなる。
【００５９】
ＭＥＭＳ制御回路８０５は、図３のＭＥＭＳ制御回路３０５と同様にして、ＭＥＭＳ可変キャパシタ８２３の容量値を設定する。また、ＭＥＭＳ制御回路８０６は、図４のＭＥＭＳ制御回路４０６と同様にして、ＭＥＭＳ可変キャパシタ８３６の容量値を設定し、インダクタを選択する制御を行う。
【００６０】
図９は、図８のｎ個のインダクタンスの代わりに、インダクタに対して可変キャパシタを直列に接続した構成例を示している。キャパシタ９１１〜９１４およびインダクタ９１５および９１６の役割については、図３のキャパシタ３１１〜３１４およびインダクタ３１５および３１６と同様である。
【００６１】
ＦＥＴ９０３のゲート側のＭＥＭＳ回路は、インダクタ９２１、キャパシタ９２２、およびＭＥＭＳ可変キャパシタ９２３からなり、ＦＥＴ９０３のドレイン側のＭＥＭＳ回路は、インダクタ９３１、キャパシタ９３３、およびＭＥＭＳ可変キャパシタ９３４からなる。
【００６２】
インダクタ９３２に直列に接続されたＭＥＭＳ可変キャパシタ９３４の容量値を変えることにより、ＦＥＴ９０３のドレイン側に並列に挿入されたリアクタンスを変えることができる。
【００６３】
ＭＥＭＳ制御回路９０５は、Ｄ／Ａ変換器９４１、ラッチ９４２、ＲＯＭ９４３、およびＳ／Ｐ変換器９４４からなり、ＭＥＭＳ制御回路９０６は、Ｄ／Ａ変換器９５１、ラッチ９５２、ＲＯＭ９５３、およびＳ／Ｐ変換器９５４からなる。
【００６４】
ＭＥＭＳ制御回路９０５は、図３のＭＥＭＳ制御回路３０５と同様にして、ＭＥＭＳ可変キャパシタ９２３の容量値を設定し、ＭＥＭＳ制御回路９０６は、図３のＭＥＭＳ制御回路３０６と同様にして、ＭＥＭＳ可変キャパシタ９３４の容量値を設定する。
【００６５】
次に、図１０のスミスチャートを参照しながら、図８または図９の増幅器において帯域幅を変更する場合について説明する。この場合、ＦＥＴのドレイン側に並列に挿入された容量値を増加させると、スミスチャート上の点は矢印１００１の方向に動き、ＦＥＴのドレイン側に並列に挿入されたインダクタンスの値を減少させると、矢印１００２の方向に、つまり、矢印１００１と同じ軌跡で逆の方向に動く。角周波数をω、インダクタンスの値をＬP 、容量値をＣP とすると、矢印１００１の方向の移動量はωＣP によって決まり、矢印１００２の方向の移動量はωＬP の逆数によって決まる。
【００６６】
例えば、ある周波数ｆ１に対して容量値をＣP を調整することで、ある整合点（例えば、ゲイン最大の点）の状態を実現したとする。この状態で、矢印１００１および１００２の移動量が等量になるようにＣP およびＬP をそれぞれ変化させれば、周波数がｆ１である限り、スミスチャート上の点は整合点から動かない。しかし、ｆ１からずれた周波数に対しては移動量が等量にならず、スミスチャート上の点は整合点からずれることになる。そして、ＣP およびＬP の値が大きくなるほど、ずれの量も大きくなる。
【００６７】
図１１は、入力信号の周波数と増幅量の関係を示している。ｆ１に対する整合点の状態を維持するように、ＣP およびＬP を調整しながら、ＣP およびＬP の値を増加させれば、曲線１１０２が示すように、帯域幅を小さくすることができる。
【００６８】
図１２は、増幅器のさらに別の構成例を示している。この構成では、ＭＥＭＳ可変キャパシタを制御することで、ＦＥＴに対して直列／並列に挿入された容量値を変更することができるとともに、ＭＥＭＳスイッチによりｎ個のインダクタを切り替えることで、ＦＥＴに対して直列／並列に挿入されたインダクタンスの値を変更することができる。
【００６９】
キャパシタ１２１１〜１２１４およびインダクタ１２１５および１２１６の役割については、図３のキャパシタ３１１〜３１４およびインダクタ３１５および３１６と同様である。
【００７０】
ＦＥＴ１２０３のゲート側のＭＥＭＳ回路は、ＭＥＭＳ可変キャパシタ１２２１、１２３０、キャパシタ１２２２、１２２９、ＭＥＭＳスイッチ１２２３、１２２５、１２２６、１２２８、およびインダクタ１２２４−１〜１２２４−ｎ、１２２７−１〜１２２７−ｎからなる。ＦＥＴ１２０３のドレイン側のＭＥＭＳ回路は、ＭＥＭＳ可変キャパシタ１２３５、１２４０、キャパシタ１２３４、１２３９、ＭＥＭＳスイッチ１２３１、１２３３、１２３６、１２３８、およびインダクタ１２３２−１〜１２３２−ｎ、１２３７−１〜１２３７−ｎからなる。
【００７１】
インダクタ１２２４−１〜１２２４−ｎは、それぞれ異なるインダクタンスを有し、インダクタ１２２７−１〜１２２７−ｎは、それぞれ異なるインダクタンスを有する。インダクタ１２３２−１〜１２３２−ｎは、それぞれ異なるインダクタンスを有し、インダクタ１２３７−１〜１２３７−ｎは、それぞれ異なるインダクタンスを有する。
【００７２】
図１２では省略されているが、これらのＭＥＭＳ回路を制御するＭＥＭＳ制御回路は、図３〜図６、図８、および図９に示したＭＥＭＳ制御回路と同様の構成により実現することができる。
【００７３】
このような構成によれば、ＭＥＭＳスイッチ１２２６および１２２８を切り替えることにより、インダクタ１２２７−１〜１２２７−ｎのいずれか１つを選択し、ＭＥＭＳスイッチ１２３６および１２３８を切り替えることにより、インダクタ１２３７−１〜１２３７−ｎのいずれか１つを選択して、並列インダクタンスの値ＬP を調整することができる。例えば、ＬP を減少させると、図１３のスミスチャート上の点は矢印１３０１の方向に動き、その移動量はωＬP の逆数によって決まる。
【００７４】
また、ＭＥＭＳ可変キャパシタ１２３０および１２４０の容量値を変えることにより、並列容量値ＣP を調整することができる。例えば、ＣP を増加させると、スミスチャート上の点は矢印１３０２の方向に動き、その移動量はωＣP によって決まる。
【００７５】
ＭＥＭＳスイッチ１２２３および１２２５を切り替えることにより、インダクタ１２２
４−１〜１２２４−ｎのいずれか１つを選択し、ＭＥＭＳスイッチ１２３１および１２３３を切り替えることにより、インダクタ１２３２−１〜１２３２−ｎのいずれか１つを選択して、直列インダクタンスの値ＬS を調整することができる。例えば、ＬS を増加させると、スミスチャート上の点は矢印１３０３の方向に動き、その移動量はωＬS によって決まる。
【００７６】
また、ＭＥＭＳ可変キャパシタ１２２１および１２３５の容量値を変えることにより、直列容量値ＣS を調整することができる。例えば、ＣS を減少させると、スミスチャート上の点は矢印１３０４の方向に動き、その移動量はωＣS の逆数によって決まる。
【００７７】
このように、インピーダンスの変化量は角周波数ωと回路素子値の積によって決まるので、入力信号の中心周波数が変化する場合は、周波数が大きくなるに従ってインダクタンスの値および容量値が小さくなるように制御すれば、同一のインピーダンスを保持することができる。
【００７８】
なお、スミスチャート上における増幅器の整合点としては、図１４に示すように、ゲイン最大の点１４０１以外にも、効率最大の点１４０２およびインピーダンス整合点１４０３があり、これらは一致しないことが多い。そこで、増幅器の内部整合をとる場合、その増幅器に要求される性能によって、これらの３点のバランスをとった点が制御目標として用いられる。
【００７９】
以上説明した実施形態では、パッケージ内に実装される半導体デバイスとしてＦＥＴを用いているが、その代わりにバイポーラトランジスタを用いてもよい。この場合、図２のＦＥＴ２０３、ゲート電圧端子２３４、ドレイン電圧端子２３５、ゲート２４１、およびドレイン２４２は、バイポーラトランジスタ、ベース電圧端子、コレクタ電圧端子、ベース、およびコレクタにそれぞれ置き換えられる。図３以降の構成図においても同様である。
また、ＦＥＴのゲート側およびドレイン側（バイポーラトランジスタのベース側およびコレクタ側）の両側ではなく、片側のみに整合回路を設ける構成にしてもよい。
【００８０】
（付記１）入力信号の特性に応じて内部整合をとる増幅器であって、
前記入力信号を増幅する半導体デバイスと集積回路を含むパッケージを備え、
前記集積回路は、マイクロ電子機械回路と制御回路を含み、該制御回路は、前記入力信号の特性に応じた制御信号を該マイクロ電子機械回路に出力し、該マイクロ電子機械回路は、該制御信号に従って、前記半導体デバイスに接続される回路素子値を変更することを特徴とする増幅器。
（付記２）前記制御回路は、前記入力信号の周波数に応じた制御信号を前記マイクロ電子機械回路に出力することを特徴とする付記１記載の増幅器。
（付記３）前記制御回路は、前記増幅器の帯域幅に応じた制御信号を前記マイクロ電子機械回路に出力することを特徴とする付記１または２記載の増幅器。
（付記４）前記マイクロ電子機械回路は、前記入力信号の周波数が大きくなると前記回路素子値が小さくなるように、該回路素子値を変更することを特徴とする付記１または２記載の増幅器。
（付記５）前記マイクロ電子機械回路は、前記半導体デバイスに対して直列に接続されたインダクタと、該半導体デバイスに対して並列に接続されたマイクロ電子機械可変キャパシタを含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の増幅器。
（付記６）前記マイクロ電子機械回路は、複数のインダクタと、該複数のインダクタのうち１つを選択し、前記半導体デバイスに対して直列に接続するマイクロ電子機械スイッチと、該半導体デバイスに対して並列に接続されたマイクロ電子機械可変キャパシタを含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の増幅器。
（付記７）前記マイクロ電子機械回路は、前記半導体デバイスに対して直列に接続されたインダクタと、該半導体デバイスに対して直列に接続された第１のマイクロ電子機械可変キャパシタと、該半導体デバイスに対して並列に接続された第２のマイクロ電子機械可変キャパシタを含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の増幅器。
（付記８）前記マイクロ電子機械回路は、前記半導体デバイスに対して直列に接続されたインダクタと、複数のインダクタと、該複数のインダクタのうち１つを選択し、該半導体デバイスに対して並列に接続するマイクロ電子機械スイッチと、該半導体デバイスに対して並列に接続されたマイクロ電子機械可変キャパシタを含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の増幅器。
（付記９）前記マイクロ電子機械回路は、前記半導体デバイスに対して直列に接続された第１のインダクタと、該半導体デバイスに対して並列に接続された第２のインダクタと、該半導体デバイスに対して並列に接続されたマイクロ電子機械可変キャパシタを含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の増幅器。
（付記１０）前記マイクロ電子機械回路は、第１の複数のインダクタと、該第１の複数のインダクタのうち１つを選択し、前記半導体デバイスに対して直列に接続する第１のマイクロ電子機械スイッチと、該半導体デバイスに対して直列に接続された第１のマイクロ電子機械可変キャパシタと、第２の複数のインダクタと、該第２の複数のインダクタのうち１つを選択し、該半導体デバイスに対して並列に接続する第２のマイクロ電子機械スイッチと、該半導体デバイスに対して並列に接続された第２のマイクロ電子機械可変キャパシタを含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の増幅器。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の増幅器の原理図である。
【図２】増幅器パッケージの構造を示す図である。
【図３】第１の増幅器の構成図である。
【図４】第２の増幅器の構成図である。
【図５】第３の増幅器の構成図である。
【図６】第４の増幅器の構成図である。
【図７】第４の増幅器の調整を示す図である。
【図８】第５の増幅器の構成図である。
【図９】第６の増幅器の構成図である。
【図１０】第５および第６の増幅器の調整を示す図である。
【図１１】周波数と増幅量の関係を示す図である。
【図１２】第７の増幅器の構成図である。
【図１３】第７の増幅器の調整を示す図である。
【図１４】増幅器の整合点を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０１、２０１、３０１、４０１  パッケージ
１０２  半導体デバイス
１０３、２０２、２０４  集積回路
１０４  マイクロ電子機械回路
１０５  制御回路
２０３、３０３、４０３、５０３、６０３、８０３、９０３、１２０３  ＦＥＴ
２１１、２２１、３０５、３０６、４０５、４０６、５０５、５０６、６０５、６０６、８０５、８０６、９０５、９０６  ＭＥＭＳ制御回路
２１２、２２２、３０２、３０４、４０２、４０４  ＭＥＭＳ回路
２３１  入力端子
２３２  出力端子
２３３、２３６  ＭＥＭＳ制御端子
２３４  ゲート電圧端子
２３５  ドレイン電圧端子
２３７、２３８  制御端子
２３９、２４３  ＲＦ入力端子
２４０、２４４  ＲＦ出力端子
２４１  ゲート
２４２  ドレイン
３１５、３１６、３２１、３３１、４１５、４１６、４２２−１、４２２−２、４２２−３、４３２−１、４３２−２、４３２−３、５１５、５１６、５２２−１、５２２−２、５２２−ｎ、５３２−１、５３２−２、５３２−ｎ、６１５、６１６、６２１、６３１、８１５、８１６、８２１、８３１、８３３−１、８３３−２、８３３−ｎ、９１５、９１６、９２１、９３１、９３２、１２１５、１２１６、１２２４−１、１２２４−２、１２２４−ｎ、１２２７−１、１２２７−２、１２２７−ｎ、１２３２−１、１２３２−２、１２３２−ｎ、１２３７−１、１２３７−２、１２３７−ｎ  インダクタ
３１１、３１２、３１３、３１４、３２２、３２３、３３２、３３３、４２４、４２５、４３４、４３５、５１１、５１２、５１３、５１４、５２４、５３４、６１１、６１２、６１３、６１４、６２３、６２４、６３３、６３４、８１１、８１２、８１３、８１４、８２２、８３５、９１１、９１２、９１３、９１４、９２２、９３３、１２１１、１２１２、１２１３、１２１４、１２２２、１２３４、１２２９、１２３９  キャパシタ
３２４、３２５、３３４、３３５、４２６、４２７、４３６、４３７、５２６、５３６、６２２、６２５、６３２、６３５、８２３、８３６、９２３、９３４、１２２１、１２３０、１２３５、１２４０  ＭＥＭＳ可変キャパシタ
３４１、３４２、３５１、３５２、４４１、４４２、４５１、４５２、５４１、５５１、６４１、６４２、６５１、６５２、８４１、８５１、９４１、９５１  Ｄ／Ａ変換器
３４３、３４４、３５３、３５４、４４３、４４４、４４５、４５３、４５４、４５５、５４２、５４３、５５２、５５３、６４３、６４４、６５３、６５４、８４２、８５２、８５３、９４２、９５２  ラッチ
３４５、３５５、４４６、４５６、５４４、５５４、６４５、６５５、８４３、８５４、９４３、９５３  ＲＯＭ
３４６、３５６、４４７、４５７、５４５、５５５、６４６、６５６、８４４、８５５、９４４、９５４  Ｓ／Ｐ変換器
４２１、４２３、４３１、４３３、５２１、５２３、５３１、５３３、８３２、８３４、１２２３、１２２５、１２２６、１２２８、１２３１、１２３３、１２３６、１２３８
ＭＥＭＳスイッチ
７０１、７０３  点
７０２、７０４、１００１、１００２、１３０１、１３０２、１３０３、１３０４  矢印
１１０２  曲線
１４０１  ゲイン最大の点
１４０２  効率最大の点
１４０３  インピーダンス整合点
【図１】
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【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８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図２】
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【図７】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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