特許 7553181 ドハティ増幅装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】ドハティ増幅装置

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/02 20060101AFI20240910BHJP

【ＦＩ】

H03F1/02 188

【請求項の数】 6

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020178800

(22)【出願日】2020-10-26

(65)【公開番号】P2021078113

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2023-05-22

(31)【優先権主張番号】62/926,720

(32)【優先日】2019-10-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100124800

【弁理士】

【氏名又は名称】諏澤 勇司

(72)【発明者】

【氏名】ジェイムズ ウォン

【審査官】竹内 亨

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１６７３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７６２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３３５５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０９８２２３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｆ １／００－３／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力高周波（ＲＦ）信号を増幅するドハティ増幅装置であって、その出力において飽和出力から既定量よりも小さいバックオフレベルを有するドハティ増幅装置であり、
基板と、
前記基板上に底板及び出力板を有する複合パッケージ増幅器と、
前記入力ＲＦ信号を増幅するためのキャリア増幅器で、その出力電力を前記バックオフレベルで飽和させる、前記底板上に設けられたキャリア増幅器と、
前記入力ＲＦ信号を増幅するためのピーク増幅器で、前記バックオフレベルでオンになり、その出力を前記飽和出力で飽和させる、前記底板上に設けられたピーク増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力と前記ピーク増幅器の出力とを合成する合成ノードと、
第１の伝送線路及び第２の伝送線路を有する出力整合回路と、
前記基板上に設けられ、一方の伝送線路及び他方の伝送線路を有する第３の伝送線路と、
を備え、
前記第１の伝送線路が前記キャリア増幅器と前記合成ノードとの間に設けられ、
前記第２の伝送線路が前記合成ノードと前記ピーク増幅器との間に設けられ、
前記出力板が、前記合成ノードに接続された一方の端子と、前記他方の伝送線路を介して外部ポートに接続する終端端子と、を有し、前記一方の伝送線路に接続され、
前記出力板及び前記他方の伝送線路が、それぞれ、ドハティ増幅装置の対象となる信号に対してπ／４ラジアン以下の電気長を有する、
ドハティ増幅装置。

【請求項2】

前記出力板の一方の端子が複数の配線によって前記合成ノードに接続されている、
請求項１に記載のドハティ増幅装置。

【請求項3】

前記出力板の前記一方の端子が、前記他方の伝送線路に接続する点の反対側にある、
請求項２に記載のドハティ増幅装置。

【請求項4】

前記キャリア増幅器及びピーク増幅器がそれぞれ、独立して入力整合回路に接続されている、
請求項１に記載のドハティ増幅装置。

【請求項5】

前記基板上に設けられ、容量を介して前記他方の伝送線路に接続されている端子、
をさらに備える、請求項１に記載のドハティ増幅装置。

【請求項6】

入力高周波（ＲＦ）信号を増幅する増幅装置であって、
基板と、
前記基板上に底板及び出力板を有する複合パッケージ増幅器と、
前記底板上に設けられた、前記入力ＲＦ信号を増幅するための第１の増幅器及び第２の増幅器と、
前記第１の増幅器の出力と前記第２の増幅器の出力とを合成する合成ノードと、
前記第１の増幅器と前記合成ノードとの間に設けられた第１の伝送線路、及び前記合成ノードと前記第２の増幅器との間に設けられた第２の伝送線路を有する、前記底板上に設けられた出力整合回路と、
前記出力板が接続された一方の伝送線路、及び前記一方の伝送線路を外部ポートに接続する他方の伝送線路を有する、前記基板上に設けられた第３の伝送線路と、
前記出力板の前記合成ノード側の一方の端子と前記合成ノードとを接続する複数の配線と、
を備え、
前記出力板及び前記他方の伝送線路が、それぞれ、前記増幅装置の対象となる信号に対してπ／４ラジアン以下の電気長を有する、
増幅装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0002]本出願は、ドハティ増幅装置に関する。

【0002】

［関連出願の相互参照］
[0001]本出願は、２０１９年１０月２８日に出願された米国特許仮出願第６２／９２６，７２０号の米国特許法第１１９条に基づく優先権を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0003】

[0003]例として、同じサイズの能動デバイスを有する標準的なドハティ増幅器、特に図４に示すような出力λ／４変換器を有するものを使用する。表１は、様々な変換器プロファイルに必要な関連付けられたインピーダンス整合のリストを示す。

【表1】

[0004]したがって、設計上の制約に基づいて、表１を相互に関連付けて、複合パッケージドハティ増幅器を設計するのに必要な最適な基板及びインピーダンスを決定することができる。

【0004】

[0005]コンパクトな増幅器設計及び送信ソリューションに対する要求は、より洗練されているが統合されたソリューションを必要とする。

【0005】

[0006]図５の従来の増幅器の設計では、パッケージ化されたトランジスタが、受動部品を形成する関連付けられた入力及び出力整合ネットワークとともに能動デバイスを形成する。しかしながら、設計実装面積の縮小に加えて、送信電力の需要が高まるにつれて、これらの要素を分離して、単一のエンティティに統合する必要がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

[0007]本実施形態は、入力高周波（ＲＦ）信号を増幅するドハティ増幅装置を提供する。その出力において飽和出力からプリセット量よりも小さいバックオフレベルを有するドハティ増幅装置は、基板と、基板上に底板及び出力板を有する複合パッケージ増幅器と、バックオフレベルでその出力電力を飽和させる、底板上に設けられた、入力ＲＦ信号を増幅するためのキャリア増幅器と、ドハティ増幅器がその出力においてバックオフレベルよりも小さい場合に実質的なリークを示し、バックオフレベルでオンになり、その出力を飽和出力で飽和させるように構成された、底板上に設けられたピーク増幅器と、キャリア増幅器の出力とピーク増幅器とを合成する合成ノードと、第１の伝送線路及び第２の伝送線路を有する出力整合回路と、基板上に設けられ、一方の伝送線路及び他方の伝送線路を有する第３の伝送線路と、を有する。第１の伝送線路は、キャリア増幅器と合成ノードとの間に設けられている。第２の伝送線路は、合成ノードとピーク増幅器との間に設けられ、出力板は、一方の端子と、他方の伝送線路を介して外部ポートに接続する終端端子と、を有し、一方の伝送線路上に実装されている。出力板及び第３の伝送線路は、ドハティ増幅装置の対象となる信号に対してπ／４ラジアン未満の電気長を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

[0008]前述及び他の目的、態様、並びに利点は、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からよりよく理解されるであろう。

【図1A】本発明の複合パッケージ増幅装置の構成を示す図である。

【図1B】本発明の複合パッケージ増幅装置の基板を示す図である。

【図2A】複合パッケージ増幅装置の一実施形態の構成を示す図である。

【図2B】複合パッケージ増幅装置の別の実施形態の構成を示す図である。

【図3】複合パッケージ増幅装置の一実施形態の断面の構成を示す図である。

【図4】ドハティ増幅器のブロック図である。

【図5】複合パッケージ化された従来の増幅装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

[0009]次に、本出願によるドハティ増幅装置の一部の実施形態を詳細に説明する。図面の説明では、互いに同一若しくは同様の数字又は記号は、説明を重複することなく、互いに同一又は同様の要素を指す。

【0009】

[0010]ドハティ増幅装置の実際の実施態様は、図１Ａに示す複合パッケージ増幅器である。図示する寸法は、３０ｍｍｘ２５ｍｍである。

【0010】

[0011]厚さ０．５０８ｍｍのプリント回路板（ＰＣＢ）基板と共に代替のアプローチ＃２（表１に示す）がこの絶縁材料において使用されている。その場合、例えば、ＰＣＢ基板３０は、複合エポキシなどの材料で作られており、その誘電率は３．０以上である。

【0011】

[0012]複合パッケージ増幅装置は、ＰＣＢ基板３０と、複合パッケージ増幅器２０と、入力ＲＦ電力分割器１と、メイン経路入力整合ネットワーク２と、ピーク経路入力整合ネットワーク３と、を有する。

【0012】

[0013]複合パッケージ増幅器２０、入力ＲＦ電力分割器１、メイン経路入力整合ネットワーク２、及びピーク経路入力整合ネットワークは、ＰＣＢ基板３０上に設けられている。

【0013】

[0014]ＰＣＢ基板３０は、ＰＣＢ基板３０の主面に設けられた、入力メイン経路５、入力ピーク経路６、出力メイン・ピーク経路７、最終変換器８、出力ＲＦ経路９、入力ＲＦ経路１９、及び、接地パターン６０と、ＰＣＢ基板３０の背面に設けられた接地金属６５と、を有する。

【0014】

[0015]最終変換器８は、マイクロストリップラインなどである。ＰＣＢ基板３０上に設けられたマイクロストリップラインは、ＰＣＢ基板３０の背面に接地金属を有する。

【0015】

[0016]３ｄＢハイブリッドカプラ部品などの入力ＲＦ電力分割器１は、入力ＲＦ経路１９に接続されている。メイン経路入力整合ネットワーク２は、入力ＲＦ電力分割器１と複合パッケージ増幅器２０との間に配置されている。メイン経路入力整合ネットワーク２は、第１のコンデンサＣ１を介して入力ＲＦ電力分割器１に接続され、パターン３１ｂを介して複合パッケージ増幅器２０に接続され、第１の抵抗器Ｒ１を介して入力メイン経路５に並列に接続されている。その場合、例えば、第１のコンデンサＣ１の容量値は、約６ｐｆであり、第１の抵抗器Ｒ１の抵抗値は、約１０オームである。

【0016】

[0017]ピーク経路入力整合ネットワーク構成要素３は、入力ＲＦ電力分割器１と複合パッケージ増幅器２０との間に配置されている。ピーク経路入力整合ネットワーク構成要素３は、第２のコンデンサＣ２を介して入力ＲＦ電力分割器１に接続され、パターン３２ｂを介して複合パッケージ増幅器２０に接続され、第２の抵抗器Ｒ２を介して入力ピーク経路６に並列に接続されている。その場合、例えば、第２のコンデンサＣ２の容量値は、約１２ｎｆであり、第２の抵抗器Ｒ２の抵抗値は、約５０オームである。

【0017】

[0018]最終変換器８は、第３のコンデンサＣ３を介して出力ＲＦ経路９と複合パッケージ増幅器２０との間に接続され、出力メイン・ピーク経路７に並列に接続されている。その場合、例えば、第３のコンデンサＣ３の容量値は、約６ｐｆである。

【0018】

[0019]複合パッケージ増幅器２０は、底板２５、内蔵半導体ダイ４０ａ、４０ｂ、内部入力整合構成要素１０ａ、１０ｂ、内部出力整合回路４、入力金属板１１ａ、１１ｂ、出力金属板１２のためのパッケージを有する。内蔵半導体ダイ４０ａ、４０ｂ、内部入力整合回路１０ａ、１０ｂ、内部出力整合回路４は、底板２５上に設けられている。その場合、例えば、入力金属板１１ａ、１１ｂ、出力金属板１２、及び底板は、銅などの材料で作られている。

【0019】

[0020]内蔵半導体ダイ４０ａ、４０ｂはそれぞれ、配線５１ａ、５１ｂによって内部入力整合回路１０ａ、１０ｂに接続されている。内蔵半導体ダイ４０ａ、４０ｂはそれぞれ、配線５２ａ、５２ｂによって内部出力整合回路４に接続されている。出力金属板１２は、配線５５によって内部出力整合回路４に接続されている。複合パッケージ増幅器２０の底板２５及び金属板１１ａ、１１ｂ、１２は、樹脂によって成形されている。その場合、例えば、樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの材料で作られている。

【0020】

[0021]最終変換器８は、第３の伝送線路８ａ及び第４の伝送線路８ｂを有する。出力金属板１２は、最終変換器８の第３の伝送線路８ａに接続されている。入力金属板１１ｂ、１１ａはそれぞれ、第１及び第２の変換器３１ｂ、３２ｂに接続されている。

【0021】

[0022]図１Ｂは、図１Ａの複合パッケージ増幅器を据え付けていない図１ＡのＰＣＢ基板３０を示す。パターン３１、３２は、ＰＣＢ基板３０上に設けられたパターン３１ａ、３２ａ、及びパターン３１ｂ、３２ｂを有する。その場合、パターン３１、３２のパターン３１ａ、３２ａは、それぞれ、複合パッケージ増幅器２０の入力金属板１１ｂ、１１ａに接続されている。

【0022】

[0023]最終変換器８の第３の伝送線路８ａは、複合パッケージ増幅器２０の出力金属板１２に接続されている。

【0023】

[0024]接地パターン６０は、ＰＣＢ基板３０上に設けられたパターン３１ａ、３２ａ、及びパターン３１ａ、３２ｂを有する。その場合、接地パターン６０は、複合パッケージ増幅器２０の底板２５に接続されている。

【0024】

[0025]本発明の主な目的は、低コストであるが大量生産可能な表面実装パッケージの複合増幅器ソリューションを提供することである。

【0025】

[0026]従来の「ドロップイン」セラミックパッケージを制して選択される表面実装パッケージは、主に大量生産中のピックアンドプレース配置の精度によるものである。

【0026】

[0027]しかしながら、特定の表面実装パッケージでは、この特定の例では、電気端子は、１．５２５ｍｍの幅を提供するように設計されている。式１ａ及び式１ｂは、知られている誘電体材料情報に基づいてマイクロストリップの特性インピーダンスを決定するための実験式を示す。
［式１ａ］

【数1】

［式１ｂ］

【数2】

ここで、Ｗは誘電体基板の幅、Ｈは誘電体基板の厚さ、ε_ｅｆｆは基板の実効誘電率を示しており、前述の式を使用して、マイクロストリップの特性インピーダンスを概算することができる。

【0027】

[0028]１．５２５ｍｍの固定幅値を使用して、表２は、様々な厚さを有する標準的な誘電体基板に関連付けられたＲＦ電気インピーダンスの例を示す。

【表2】

[0029]λ／４変換器の長さは、周波数によって異なる（周波数が低いほど長さが長くなる）。ドハティを同じ図として使用して、図２Ａ及び図２Ｂは、このパッケージが異なる周波数に対してどのようにさらに使用され得るかを示す。

【0028】

[0030]図２Ａに示す一実施形態では、誘電体基板（アイテム＃４）と最終変換器（アイテム＃８）との間を相互接続するワイヤボンドの位置が丸で囲まれている。この位置は、ＲＦ信号の励起を変換器の縁部に可能な限り近づけるように選択されている。

【0029】

[0031]図２Ｂに示す別の実施形態では、相互接続する（丸で囲まれた）ワイヤボンドの位置は、パッケージリードフレーム／マイクロストリップ変換器ＴＸ１の上側縁部に位置する。繰り返しになるが、これは、ＲＦの励起がＴＸ１の縁部に可能な限り近くなるのを確実にするためである。

【0030】

[0032]図２Ａは、内部出力整合回路４が、それぞれが配線５２ａ、５２ｂによって内蔵半導体ダイ４０ａ、４０ｂに接続された伝送線路２７、２８（第１及び第２の伝送線路）を有することを示す。内部出力整合回路４の伝送線路２７、２８間に接続された第１の領域は、配線５５によって出力金属板１２に接続されている。第１の領域は、伝送線路２８側に配置されている。配線５５は、伝送線路２７及び２８の第１の領域に集中して接合されている。出力金属板１２及び第４の伝送線路８ｂは、増幅器の対象となる信号に対してπ／４ラジアン未満の電気長を有する。例えば、２ＧＨｚの周波数に相当する出力金属板１２の長さは、５ｍｍである。その場合、出力金属板１２及び第４の伝送線路８ｂの長さは、２０ｍｍである。最終変換器８は、出力金属板１２をマイクロストリップラインとして使用することによって短絡し、第３の伝送線路８ａ及び第４の伝送線路８ｂを有する。複合パッケージ増幅装置１００は、小型の装置を構成する。各伝送線路及び各パターンの例は、銅で作られ、各配線は、金などで作られている。

【0031】

[0033]図２Ｂは、それぞれが配線５２ａ、５２ｂによって内蔵半導体ダイ４０ａ、４０ｂに接続された伝送線路２７、２８を有する内部出力整合回路４を示す。内部出力整合回路４の伝送線路２７と２８との間に接続された第２の領域は、配線５６によって出力金属板１２の代わりに出力金属板１３に接続されている。第２の領域は、伝送線路２７側に配置されている。配線５６は、伝送線路２７、２８の第２の領域に集中して接合されている。出力金属板１３及び第４の伝送線路８ｂは、増幅器の対象となる信号に対してπ／４ラジアン未満の電気長を有する。例えば、１ＧＨｚの周波数に相当する出力金属板１３の長さは、図２Ａの出力金属板１２の長さよりも長く、２０ｍｍである。その場合、出力金属板１３及び第４の伝送線路８ｂの長さは、４０ｍｍである。最終変換器８は、出力金属板１３をマイクロストリップラインとして使用することによって短絡し、第３の伝送線路８ａ及び第４の伝送線路８ｂを有する。複合パッケージ増幅装置１００は、小型の装置を構成する。各伝送線路及び各パターンの例は、銅で作られ、各配線は、金などで作られている。

【0032】

[0034]図３は、図２Ａに示した複合パッケージ増幅器の断面でのドハティ増幅装置の実際の実施態様を示す。複合パッケージ増幅器２０は、ＰＣＢ基板３０上に設けられている。ＰＣＢ基板３０の接地パターン６０は、ビアホール９０によってＰＣＢ基板３０の接地金属６５に電気的及び熱的に接続されている。出力金属板１２は、配線５５によって、内部出力整合要素４の第１の伝送線路２８に接続されている。出力金属板１２は、はんだ付けによって最終変換器８の第３の伝送線路８ａに接合されている。底板２５は、はんだ付けによってＰＣＢ基板３０の接地パターン６０に接合されている。各伝送線路及び各パターンの例は、銅で作られ、各はんだは、金とスズの複合材料で作られ、各配線は、金などで作られている。複合パッケージ増幅器２０の底板２５と入力金属板１１ａと出力金属板１２とは、樹脂で成形されている。

【0033】

[0035]しかしながら、本発明による半導体装置は、これに限定されるものではなく、様々な半導体装置を含むことができる。例えば、別の実施形態は、前述の実施形態のドハティ増幅装置ではなく、従来の増幅装置である。

【0034】

[0036]本明細書では例示のために本発明の特定の実施形態について説明したが、多くの変更形態又は変形形態が当業者には明らかになるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲内に入るようなそのような変更形態及び変形形態をすべて包含することが意図されている。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】