[go: up one dir, main page]

CN110476353B - 二极管线性化电路 - Google Patents

二极管线性化电路 Download PDF

Info

Publication number
CN110476353B
CN110476353B CN201780088822.1A CN201780088822A CN110476353B CN 110476353 B CN110476353 B CN 110476353B CN 201780088822 A CN201780088822 A CN 201780088822A CN 110476353 B CN110476353 B CN 110476353B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diode
linearization circuit
circuit
signal path
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780088822.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110476353A (zh
Inventor
金谷康
山本和也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN110476353A publication Critical patent/CN110476353A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110476353B publication Critical patent/CN110476353B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3241Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
    • H03F1/3276Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits using the nonlinearity inherent to components, e.g. a diode
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/195High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only in integrated circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3205Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in field-effect transistor amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3241Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/24Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages
    • H03F3/245Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages with semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/85Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
    • H10D62/8503Nitride Group III-V materials, e.g. AlN or GaN
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00Diodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00Diodes
    • H10D8/60Schottky-barrier diodes 
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/405Indexing scheme relating to amplifiers the output amplifying stage of an amplifier comprising more than three power stages
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/85Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/60Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D10/00 or H10D18/00, e.g. integration of BJTs
    • H10D84/611Combinations of BJTs and one or more of diodes, resistors or capacitors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/811Combinations of field-effect devices and one or more diodes, capacitors or resistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明涉及的二极管线性化电路呈在RF信号路径和接地之间相对于RF信号路径经由电容器而并联地装配了线性化电路芯部的结构,因此在使具有不同的增益扩展特性的多个线性化电路芯部选择性地动作时,不需要使用了FET等的开关。并且,在RF信号输入输出端子之间,也不需要用于阻断直流的串联的电容器。因此,能够扩展可通过二极管线性化电路补偿的增益的范围。并且,能够降低二极管线性化电路断开时的RF信号路径的插入损耗,并且能够扩展动作时的增益扩展的范围。另外,不使用开关,或者需要的电容器的元件个数少,因此电路尺寸也小。

Description

二极管线性化电路
技术领域
本发明涉及主要用于改善GaAs类、GaN类化合物半导体功率放大器的线性特性的二极管线性化电路。
背景技术
就以14GHz频带为代表的卫星通信用小型地球站所使用的功率放大器而言,为了抑制由信号的品质劣化导致的通信速度的下降,要求预先由标准而决定的线性特性。图7中的(a)示出功率放大器201的结构例,图7中的(b)示出线性特性的例子。如图7中的(a)所示,从RF信号输入端子11输入的功率通过多级放大器211、212、213而放大,最后通过内部匹配型场效应晶体管(FET)放大器214而放大至所期望的功率水平,从RF信号输出端子12输出。与此时的输入功率Pin相对的功率增益Gp的例子由图7中的(b)的特性305示出。
就特性305而言,功率增益Gp相对于输入功率Pin从固定值开始减小的水平为Pin1,因此线性输入功率表示为Pin1。如图7中的(b)所示,图7中的(a)的二极管线性化电路101起到将线性输入功率Pin1改善为特性306的Pin1a的作用。这里,小于或等于线性输入功率的功率增益Gp为固定值,因而与线性输入功率Pin1相对应的输出功率也是线性的。放大器的线性输入功率、线性输出功率的改善对信号的畸变进行改善,因而改善信号品质,促进通信速度的提高,因而就通信用途的放大器而言是重要的特性指标之一。
如图8所示,二极管线性化电路能够通过简便的电路结构而实现,记载于专利文献1(P.8、图1)、专利文献2(P.9、图2)、专利文献3(P.7、图1)、专利文献4(P.13、图13)以及非专利文献1(Fig.4)等。此外,如图7中的(a)所示,最近的功率放大器由包含线性化电路101、放大级211~213的功率放大器MMIC(单片微波集成电路)203和包含内部匹配型场效应晶体管(FET)放大器214的、被封装件封装的功率放大器204构成。(例如,参照非专利文献1的Fig.1)
专利文献1:日本特开平11-355055号
专利文献2:日本特开2001-144550号
专利文献3:日本特开2004-254095号
专利文献4:日本特开2011-182191号
非专利文献1:2014Digest of IEEE MTT-S InternationalMicrowaveSymposium,“A Ku-band 20W GaN-MMIC Amplifier withBuilt-in Linearizer”
发明内容
作为二极管线性化电路,存在图8中的(a)所示的并联型101以及图8中的(b)所示的串联型102。在图8中的(a)中,二极管41的阴极接地,阳极经由电阻31而与偏置端子3连接。二极管41的阳极经由电容器21而与RF信号输入端子1连接,经由电容器22而与RF信号输出端子2连接。另一方面,在图8中的(b)中,一端与RF信号输出端子2连接的电容器22的另一端与二极管41的阴极连接。二极管41的阴极进一步经由RF阻断电感51而接地。由箭头示出的Idio表示流过二极管41的DC电流。通过该电感51,从而Idio从偏置端子3流向接地,RF信号不向接地方向泄漏而是朝向RF信号输出端子2。电容器21、22是将在输入输出端子1、2的外部连接的电路的DC偏置电压与施加于二极管41的DC偏置电压进行电气分离所需要的电路元件。
并联型二极管线性化电路101示出图9中的(a)所示的相对于输入功率的增加而从某个规定的水平开始损耗减小的增益扩展型的特性,串联型二极管线性化电路102示出图9中的(b)所示的相对于输入功率的增加而从某个规定的水平开始损耗增加的增益压缩型的特性。在图中,损耗由负的增益Gp表示。在哪种频率从哪种水平开始损耗减小或增加依赖于偏置电流、二极管41的结面积、级联的级数等设计常数。例如,图9中的(a)的特性301在低的输入功率水平处损耗减小,其变化小,为ΔIL1。另一方面,特性302在高的输入功率水平处损耗开始减小,其变化大,为ΔIL2。图9中的(b)的特性303、304也同样如此。它们的特性能够大致通过设计常数而变更。
此外,上述的增益扩展以及增益压缩特性取决于由流过二极管的平均电流和平均电压的变化引起的非线性电阻的变化。例如,就并联型而言,在输入功率小时呈现低的电阻值,但如果输入功率超过某个水平,则由于平均电流的增加和平均电压的减小,电阻值增加。其结果,损耗减小,呈现增益扩展特性。相反,就串联型而言,由于电阻值的增加,通过损耗增大,因此呈现增益压缩特性。
在这里,图7中的(a)的内部匹配型FET放大器204通常呈现的增益压缩特性通过线性化电路101的增益扩展特性而得到补偿,线性特性得到改善,但如图9中的(a)所示,使线性化电路101的增益扩展特性为特性301还是特性302是由预先设计的值决定的。因此,存在以下问题,即,如果变更放大器204,其动作频率、增益压缩特性变化,则由于1个线性化电路101能够补偿的特性范围的限制,无法良好地补偿放大器的特性。
本发明涉及的二极管线性化电路具备RF信号路径以及线性化电路芯部,该RF信号路径的一端与RF信号输入端子连接,另一端与RF信号输出端子连接,该线性化电路芯部包含:二极管,其具有阳极以及与接地用端子连接的阴极;电阻,其一端与偏置端子连接,另一端与所述阳极连接;以及电容器,其一端与所述RF信号路径连接,另一端与所述阳极连接。包含所述偏置端子、所述电阻、所述二极管以及所述电容器的所述线性化电路芯部在所述RF信号路径与所述接地用端子之间并联连接有多个。
发明的效果
本发明涉及的二极管线性化电路呈在RF信号路径和接地之间相对于RF信号路径经由电容器而并联地配备了线性化电路芯部的结构,因此在使具有不同的增益扩展特性的多个线性化电路芯部选择性地动作时,不需要使用了FET等的开关。并且,在RF信号输入输出端子之间,也不需要用于阻断直流的串联的电容器。因此,能够扩展可通过二极管线性化电路补偿的增益的范围。并且,能够降低二极管线性化电路断开时的RF信号路径的插入损耗,并且能够扩展动作时的增益扩展的范围。另外,不使用开关,或者需要的电容器的元件个数少,因此电路尺寸也小。
附图说明
图1中的(a)是实施方式1涉及的二极管线性化电路的基本电路结构,(b)是实施方式1涉及的具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路的电路结构。
图2中的(a)是实施方式1涉及的具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路的特性例,(b)是不同的内部匹配型FET放大器的特性例,(c)是实施方式1涉及的使用多个线性化电路芯部而对不同的内部匹配型FET放大器的线性特性进行改善的例子1,(d)是实施方式1涉及的使用多个线性化电路芯部而对不同的内部匹配型FET放大器的线性特性进行改善的例子2。
图3中的(a)是用于对比的具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路的电路结构例1,(b)是用于对比的具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路的电路结构例2。
图4中的(a)是实施方式1涉及的具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路和对比电路的频率特性,(b)是实施方式1涉及的具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路和对比电路的相对于输入功率的插入损耗的特性。
图5中的(a)是将实施方式2涉及的具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路搭载于初级的功率放大器MMIC,(b)是将实施方式2涉及的具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路搭载于级间的功率放大器MMIC。
图6是将功率放大器MMIC和输出级的内部匹配型FET放大器组合后的电路例,该功率放大器MMIC搭载了实施方式3涉及的具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路。
图7中的(a)是将内部匹配型FET放大器和搭载了二极管线性化电路的功率放大器MMIC组合后的电路例,(b)是将内部匹配型FET放大器和搭载了二极管线性化电路的功率放大器MMIC组合后的电路的线性特性改善的例子。
图8中的(a)是并联型二极管线性化电路的电路结构例,(b)是串联型二极管线性化电路的电路结构例。
图9中的(a)是并联型二极管线性化电路的相对于输入功率的插入损耗的变化,(b)是串联型二极管线性化电路的相对于输入功率的插入损耗的变化。
具体实施方式
参照附图,对本发明的实施方式涉及的二极管线性化电路进行说明。连同已经叙述过的附图在内,对相同或者相应的结构要素标注相同的标号,有时省略重复说明。以下,以将GaN类或者GaAs类肖特基结二极管用作二极管的情况作为主要例子而进行说明。
[实施方式1]
图1中的(a)示出本发明的实施方式1涉及的二极管线性化电路105的基本电路结构,图1中的(b)示出为了扩大由线性化电路实现的放大器的线性特性的补偿范围而将2个具有不同的补偿特性的基本电路并联连接的电路结构106。图2中的(a)示出实施方式1涉及的图1中的(b)的二极管线性化电路的特性例,图2中的(b)示出具有不同的增益压缩特性的内部匹配型FET放大器204的增益特性例,图2中的(c)以及图2中的(d)示出通过实施方式1涉及的图1中的(b)的二极管线性化电路106进行了补偿的放大器整体的线性特性的改善的情形。此外,与图9同样地,线性化电路的特性由负的增益Gp示出。
如图1中的(a)所示,RF输入端子1和RF输出端子2由RF信号路径(是指传输线路、配线)连接,存在一端与该RF信号路径连接,另一端与二极管41的阳极连接的电容器23。二极管41的阴极接地,阳极经由电阻31而与偏置端子3连接。动作原理上,如果以相对于所期望的频率的RF信号而呈现充分低的阻抗的方式设定电容器23的值,则二极管线性化电路105的动作与图8中的(a)的并联型二极管线性化电路101等效。
对动作进行说明。在图1的(a)中,向偏置端子3施加适当的正的电压,使某个偏置电流Idio沿着二极管41的正方向流过。在该状态下,如果将RF信号施加于RF信号输入端子1,使输入功率增加,则在大于或等于某个输入功率时偏置电流Idio开始增加,二极管41的平均阳极电压开始减小。与此相对应地,二极管41的电阻值增加,因此如图2中的(a)的特性401或者特性402所示,插入损耗变小,呈现增益扩展特性。如果适当地设定电容器23的值,则从RF信号路径向二极管41的方向观察的阻抗受到二极管41的非线性电阻的变化的影响。因此,图1中的(a)的电路从RF的角度来看执行与图8中的(a)等效的动作。
就图1中的(b)而言,相对于线性化电路芯部106a并联连接有另一个线性化电路芯部106b。追加的线性化电路芯部106b由偏置端子4、电阻32、电容器24以及正向地串联连接的二极管42和二极管43构成。追加二极管43是为了便于说明,但也可以不附加二极管43,而将二极管42的结面积、或者偏置用电阻32的值、电容器24的值设定为与线性化电路芯部106a的值不同。
如此,二极管线性化电路106构成为并联连接了不同的2个线性化电路芯部,因而通过向偏置端子41、42的任意一者施加正的偏置电压,向另一者施加0V或者充分大的负的偏置电压,从而能够使线性化电路芯部106a、106b选择性地动作。其结果,例如,在图1的(b)中,在向偏置端子3施加了正的偏置电压、向偏置端子4施加了负的偏置电压的情况下,在输入功率Pin1处二极管41接通(ON),得到图2中的(a)的特性401,在向偏置端子3施加了负的偏置电压、向偏置端子4施加了正的偏置电压的情况下,在比Pin1高的输入功率Pin2处二极管42、43接通,得到图2中的(a)的特性402。
这里,考虑如下情况,即,就相对于不同的2个内部匹配型FET放大器204的输出功率来说的增益特性而言,如图2中的(b)所示,一者具有特性403,另一者具有特性404。在这种情况下,对于具有在输入功率Pin1处增益压缩开始的特性403的放大器204,为了由二极管线性化电路106得到特性401,向偏置端子3施加正的偏置电压,对于具有在输入功率Pin2处增益压缩开始的特性404的放大器204,为了得到特性402,向偏置端子4施加正的偏置电压。
其结果,如图2中的(c)、(d)所示,作为二极管线性化电路106以及放大器204的放大器整体来说,特性403被改善为特性403a,或者特性404被改善为特性404a,能够将线性输入功率从Pin1改善为Pin1a,或者从Pin2改善为Pin2a。如前所述,线性输出功率也与线性输入功率的改善相对应地得到改善。
接下来,使用对比电路例,对图1中的(b)的特点进行说明。图3中的(a)是对比电路1的电路结构,相当于专利文献3所记载的电路。线性化电路芯部107a和107b并联地设置在从RF信号输入端子1到RF信号输出端子2为止的信号路径和接地之间。线性化电路芯部107a是由偏置端子3a、电阻31a、二极管41a构成的并联型,线性化电路芯部107b由偏置端子3b、电阻31b、二极管41b、41c构成,相当于图1中的(b)的106b。与图1中的(b)的不同在于,线性化电路芯部107a和107b由电容器25连接,从RF信号输入端子1到RF信号输出端子2为止的信号路径需要电容器21、25、22这3个电容器,与此相对,在图1中的(b)中在所述路径没有串联地插入的电容器,取而代之,相对于信号路径而设置有构成分支的2个电容器23、24。
图3中的(b)是另外的方式的对比电路2的电路结构,相当于专利文献4所记载的电路。线性化电路芯部108a和108b并联地设置在从RF信号输入端子1到RF信号输出端子2为止的信号路径和接地之间这一点与图3中的(a)、图1中的(b)相同,但为了对线性化电路芯部108a与108b进行切换,将开关61a以及61b与二极管串联连接,追加了开关的控制端子5a和5b这一点与图3中的(a)、图1中的(b)不同。
图4中的(a)示出使图1中的(b)、图3中的(a)、图3中的(b)的二极管线性化电路为断开(OFF)状态时的从RF信号输入端子1到RF信号输出端子2之间的插入损耗的频率特性例(模拟)。特性501表示图1中的(b)的插入损耗,特性502表示图3中的(a)的插入损耗,特性503表示图3中的(b)的插入损耗。在本例中,14GHz时的特性501、502、503的损耗各自为0.20dB、0.35dB、0.45dB。
图4中的(a)的特性差取决于断开状态的二极管的寄生电阻和电容器21~25、开关61a、61b的影响。在图1中的(b)和图3中的(b)中,开关的有无的影响大。在集成电路中,通常,使用FET开关或者二极管开关来实现开关。因此,无法无视开关的断开状态的寄生电阻。在图3中的(b)中,由于该寄生电阻的影响大,因此与图1中的(b)相比,损耗增大。并且,在图3中的(b)中,在RF信号路径串联连接有电容器21、22。就超过10GHz的频率而言,由于无法无视由通常通过MIM电容器、叉指电容器而形成的电容器的寄生电阻引起的损耗,因此在图3的(b)中,与图1中的(b)相比,插入损耗增大。该电容器处的损耗就毫米波段(例如大于或等于40GHz)而言特别大。
如果将图1中的(b)与图3中的(a)进行对比,则在图3中的(a)的RF信号路径串联连接有电容器21、22。因此,与在RF信号路径没有串联电容器的图1中的(b)相比,图3中的(a)的插入损耗增大。关于图3中的(a)和图3中的(b),与由电容器25引起的寄生电阻的影响相比,断开时的开关61a、61b的寄生电阻对损耗带来的影响大,因此图3中的(b)呈现大的损耗。
这样,实施方式1涉及的线性化电路具有能够降低不使线性化电路动作时的插入损耗这一效果。
图4中的(b)示出在14GHz下作为线性化电路而动作的情况的图1中的(b)和图3中的(b)的增益扩展特性例(模拟)。图1中的(b)的特性504的增益(损耗)的变化量ΔILa与图3中的(b)的增益(损耗)的变化量ΔILb相比较大,因此放大器的增益压缩特性的补偿量也大。该差异取决于接通状态的开关61a、61b的接通电阻的有无。在图3的(b)中,与开关的接通电阻对应地,相比于未附加接通电阻的图1中的(b)的特性,损耗的变化量变小。虽然未图示,但该损耗的变化量之差也存在于图1中的(b)和图3中的(a)之间。与图1中的(b)相比,与电容器21、22、25的寄生电阻相应地限制了图3中的(a)的损耗的变化量。但是,这种情况下的变化量之差与图4中的(b)所示的ΔILa和ΔILb之差即约1dB相比,通常特别小。
这样,实施方式1涉及的线性化电路不容易受到寄生电阻的影响,因此具有能够扩展增益扩展的范围这一效果。另外,不需要电容器25、开关61a、61b,因此能够实现电路尺寸的小型化。
如上所述,实施方式1涉及的二极管线性化电路呈在RF信号路径和接地之间相对于RF信号路径经由电容器而并联地装配了线性化电路芯部的结构,因此在使具有不同的增益扩展特性的多个线性化电路芯部选择性地动作时,不需要使用了FET等的开关。并且,在RF信号输入输出端子之间也不需要用于阻断直流的串联的电容器。因此,能够扩展可通过二极管线性化电路补偿的增益的范围。并且,能够降低二极管线性化电路断开时的RF信号路径的插入损耗,并且能够扩展动作时的增益扩展的范围。另外,不使用开关,或者需要的电容器的元件个数少,因此电路尺寸也小。
[实施方式2]
图5示出功率放大器MMIC的电路结构,该功率放大器MMIC包含本发明的实施方式2涉及的二极管线性化电路106。图5中的(a)是将图1中的(b)的二极管线性化电路106相对于放大级211~213而前置的功率放大器MMIC 205的电路结构,图5中的(b)是将二极管线性化电路106配置于初级210和次级211之间的功率放大器MMIC206的电路结构。无论哪种结构示出的都是集成化于相同的半导体芯片之上的情况。
另外,如非专利文献1所记载的那样,从降低噪声指数的观点来看,大多是图5中的(b)的结构优于图5中的(a)的结构。
无论是哪种结构,通过适当地设定具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路106的电路常数,都能够与单独一个线性化电路芯部的情况(图1中的(a)的情况)相比,在宽的频率范围对放大级211~213或者放大级210~213具有的增益压缩特性进行补偿。其结果,能够提供在宽的频带具有良好线性特性的功率放大器MMIC。
另外,二极管线性化电路106具有实施方式1所述的效果,因而与搭载了用于对比的二极管线性化电路(例如图3中的(a)、图3中的(b)的电路结构)的功率放大器MMIC 201相比,能够使电路尺寸小型化。
并且,在将二极管线性化电路106以断开状态进行使用的情况下,还能够提高功率放大器MMIC 201的功率增益。以图1中的(b)的具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路为例进行了说明,但即使在不需要多个芯部的情况下,即,在仅将图1中的(a)的基本结构用作线性化电路芯部的情况下,也能够因为电容器个数少而促进小型化。
在本例中将二极管线性化电路106和放大级210~213形成于相同的半导体芯片之上,因而与将两者通过不同的芯片进行制造的情况相比,能够期待如下效果,即,能够降低相对于改善了线性特性的增益特性来说的制造波动的影响。
在实施方式2中叙述的将二极管线性化电路106和放大级210~213形成于相同的半导体芯片之上这一情况,在形成于GaN类半导体芯片之上时效果特别明显。已知使用了GaN类FET的放大级常常从低的输入功率起呈现增益压缩特性(称为软压缩)。因此,从抑制信号品质劣化的观点来看,在大多数情况下,由二极管线性化电路106的集成化实现的放大器整体的软压缩的抑制(线性特性的改善)在实际应用上是重要的。(参照非专利文献1)
[实施方式3]
图6示出功率放大器MMIC 205和内部匹配型FET放大器104的电路结构,功率放大器MMIC 205包含本发明的实施方式3涉及的二极管线性化电路106。这里,在功率放大器MMIC 205搭载的二极管线性化电路106是图1中的(b)所示的电路结构。就FET放大器104而言,根据用途而设想如图2中的(b)所示具有不同的线性输入功率的放大器被后置的情况。
通过预先适当地设定具有多个线性化电路芯部的二极管线性化电路106的电路常数,从而相对于放大级211~213和内部匹配型FET放大器104的增益压缩特性,即使在放大器104的增益压缩特性不同的情况下,也能够提供线性特性良好的输出特性。
另外,二极管线性化电路106具有实施方式1所述的效果,因而与使用内部匹配型FET放大器104和搭载了在对比例中叙述的二极管线性化电路(例如图3中的(a)、图3中的(b)的电路结构)的功率放大器MMIC 201而构成放大器整体的情况相比,能够使放大器整体的电路尺寸小型化。并且,在将二极管线性化电路106以断开状态进行使用的情况下,能够提高放大器整体的功率增益。
此外,上述的实施方式以将GaN类或者GaAs类肖特基结二极管用作二极管的情况为例进行了说明,但除了肖特基结二极管以外也可以是GaN类或者GaAs类pn结二极管。另外,要说明的是,只要发挥与二极管等效的作用,即可得到相同的效果,因此,如果是将双极晶体管(包含异质结晶体管)的基极与集电极进行连接而设为阳极,将发射极设为阴极的npn型双极晶体管(例如,GaN类、GaAs类、InP类、SiGe、Si类双极晶体管),将漏极与栅极进行连接而设为阳极,将源极设为阴极而二极管连接的增强模式(常闭)的FET(例如,GaN类FET、GaAs类FET、Si类MOSFET),则可以得到前述所记载的效果。
GaN类或者GaAs类pn结二极管的势垒电位以及进行了二极管连接的npn型双极晶体管的势垒电位为约0.9~1.2V,与GaN类或者GaAs类肖特基结二极管的势垒电位即约0.6~0.8V相比较高。因此,在二极管41为相同级联级数的情况下,能够将实现增益扩展特性的线性输入功率设定得高。其结果,在图6的内部匹配型FET放大器104所需要的线性输入功率高的情况下,能够使用更少的二极管41的级联级数而实现所期望的线性输入功率,因而能够使线性化电路106的线性化电路芯部的电路尺寸更小型。
另一方面,还存在所期望的线性输入功率低的情况,例如,即使是肖特基结二极管的势垒电位即约0.6~0.8V也高的情况,或者像与所期望的线性输入功率相对应的势垒电位为1.0V这样与二极管的势垒电位的倍数不对应的情况。这时,二极管连接的增强模式的FET是有效的。这是因为,在微米波段的集成电路中所使用的增强模式的FET的阈值电压低,约为0.15~0.3V。由于与二极管的势垒电位相对应的阈值电压低,因而容易从更低的线性输入功率起实现增益扩展特性,另外,适于级联级数的微调整。例如,只要使阈值电压0.25V的增强模式的FET级联4级,则能够实现1.0V的势垒电位。
标号的说明
1:RF信号输入端子
2:RF信号输出端子
3、4、3a、3b:偏置端子
5a、5b:开关的控制端子
21~25:电容器
31、32、31a、32b:电阻
41、42、43、41a、41b、41c:二极管
51:电感
61a、61b:开关
101~108:二极管线性化电路
106a、106b、107a、107b、108a、108b:线性化电路芯部
301~306:特性
401~404、403a、404a:实施方式1涉及的特性
501、504:实施方式1涉及的图1中的(b)的特性
502、503、505:对比电路的特性

Claims (6)

1.一种二极管线性化电路,其具备RF信号路径以及线性化电路芯部,
该RF信号路径的一端与RF信号输入端子连接,另一端与RF信号输出端子连接,
该线性化电路芯部包含:
二极管,其具有阳极以及与接地用端子连接的阴极;
电阻,其一端与偏置端子连接,另一端与所述阳极连接;以及
电容器,其一端与所述RF信号路径连接,另一端与所述阳极连接,
包含所述偏置端子、所述电阻、所述二极管以及所述电容器的所述线性化电路芯部配置于所述RF信号路径的外部,在将1个所述RF信号输入端子和1个所述RF信号输出端子之间连接的1个所述RF信号路径与所述接地用端子之间并联连接有多个。
2.根据权利要求1所述的二极管线性化电路,其特征在于,
所述二极管是GaAs类或者GaN类的肖特基结二极管。
3.根据权利要求1所述的二极管线性化电路,其特征在于,
所述二极管是GaAs类或者GaN类的pn结二极管。
4.根据权利要求1所述的二极管线性化电路,其特征在于,
取代所述二极管,使用进行了二极管连接的双极晶体管或者进行了二极管连接的增强模式的FET。
5.一种二极管线性化电路,其具备半导体芯片、RF信号路径以及线性化电路芯部,
该RF信号路径的一端与在所述半导体芯片之上形成的第1放大级的RF信号输出端子连接,另一端与在所述半导体芯片之上形成的第2放大级的RF信号输入端子连接,
该线性化电路芯部包含:
二极管,其形成于所述半导体芯片之上,具有阳极以及与接地用端子连接的阴极;
电阻,其形成于所述半导体芯片之上,一端与偏置端子连接,另一端与所述阳极连接;以及
电容器,其形成于所述半导体芯片之上,一端与所述RF信号路径连接,另一端与所述阳极连接,
包含所述偏置端子、所述电阻、所述二极管以及所述电容器的所述线性化电路芯部配置于所述RF信号路径的外部,在将1个所述RF信号输入端子和1个所述RF信号输出端子之间连接的1个所述RF信号路径与所述接地用端子之间并联连接有多个。
6.根据权利要求5所述的二极管线性化电路,其特征在于,
所述半导体芯片是GaN类芯片。
CN201780088822.1A 2017-03-28 2017-03-28 二极管线性化电路 Active CN110476353B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/012640 WO2018179087A1 (ja) 2017-03-28 2017-03-28 ダイオードリニアライザ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110476353A CN110476353A (zh) 2019-11-19
CN110476353B true CN110476353B (zh) 2024-02-20

Family

ID=61828589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780088822.1A Active CN110476353B (zh) 2017-03-28 2017-03-28 二极管线性化电路

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11031914B2 (zh)
JP (1) JP6305657B1 (zh)
KR (1) KR102329375B1 (zh)
CN (1) CN110476353B (zh)
DE (1) DE112017007373T5 (zh)
WO (1) WO2018179087A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020005177A (ja) * 2018-06-29 2020-01-09 株式会社東芝 高周波増幅回路
JP2020129721A (ja) * 2019-02-07 2020-08-27 株式会社東芝 高周波増幅回路
CN111988003A (zh) * 2020-08-27 2020-11-24 电子科技大学 一种适用于twta和sspa的模拟预失真器通用结构

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60174534A (ja) * 1984-02-20 1985-09-07 Toyo Commun Equip Co Ltd アンテナ・スイツチ回路
JPH01101002A (ja) * 1987-10-13 1989-04-19 Nec Corp 半導体装置
JPH07273628A (ja) * 1994-03-31 1995-10-20 Mitsumi Electric Co Ltd 信号受信回路
JPH08213802A (ja) * 1995-02-02 1996-08-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 高周波スイッチ回路
JP2006157435A (ja) * 2004-11-29 2006-06-15 Sharp Corp 歪補償回路、それを用いた電力増幅器および電力増幅器を備える通信装置
JP2007006433A (ja) * 2005-05-24 2007-01-11 Mitsubishi Electric Corp リミッタ回路
US7202736B1 (en) * 2002-07-09 2007-04-10 Anadigies, Inc. CDMA power amplifier design for low and high power modes
JP2007318463A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Mitsubishi Electric Corp 電力増幅器用バイアス回路
JP2011055027A (ja) * 2009-08-31 2011-03-17 Univ Of Electro-Communications 増幅回路
JP2011234110A (ja) * 2010-04-27 2011-11-17 Mitsubishi Electric Corp 高周波回路
JP2016092612A (ja) * 2014-11-05 2016-05-23 三菱電機株式会社 高周波スイッチ
CN108880484A (zh) * 2018-06-12 2018-11-23 厦门市三安集成电路有限公司 一种功率放大器偏置电路

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3335907B2 (ja) 1998-06-04 2002-10-21 三菱電機株式会社 歪補償回路及び低歪半導体増幅器
US6204718B1 (en) * 1999-06-25 2001-03-20 Scientific-Atlanta, Inc. Method and apparatus for generating second-order predistortion without third-order distortion
JP2001144550A (ja) 1999-11-12 2001-05-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非線型歪み補償回路及び非線型歪み補償電力増幅器
US7208992B1 (en) * 2001-11-08 2007-04-24 C-Cor.Net Corporation Lossy linearizers for analog optical transmitters
JP2004254095A (ja) 2003-02-20 2004-09-09 Mitsubishi Electric Corp 歪補償回路及び低歪半導体増幅器
JP2006148546A (ja) 2004-11-19 2006-06-08 Eudyna Devices Inc 増幅回路及びその制御方法、並びに増幅回路モジュール
JP2008172544A (ja) * 2007-01-12 2008-07-24 Mitsubishi Electric Corp ダイオードリニアライザを用いた歪補償回路
JP2010041634A (ja) 2008-08-08 2010-02-18 Hitachi Metals Ltd 高周波電力増幅器並びにそれを用いた高周波送信モジュール及び送受信モジュール
JP2011182191A (ja) 2010-03-01 2011-09-15 Toshiba Corp 半導体集積回路装置及び送受信システム
JP5565727B2 (ja) * 2010-07-01 2014-08-06 国立大学法人電気通信大学 歪補償回路
JP2015222912A (ja) 2014-05-23 2015-12-10 三菱電機株式会社 リニアライザ
TWI647905B (zh) * 2017-02-15 2019-01-11 立積電子股份有限公司 用於對放大器的線性度進行補償的前置補償器

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60174534A (ja) * 1984-02-20 1985-09-07 Toyo Commun Equip Co Ltd アンテナ・スイツチ回路
JPH01101002A (ja) * 1987-10-13 1989-04-19 Nec Corp 半導体装置
JPH07273628A (ja) * 1994-03-31 1995-10-20 Mitsumi Electric Co Ltd 信号受信回路
JPH08213802A (ja) * 1995-02-02 1996-08-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 高周波スイッチ回路
US7202736B1 (en) * 2002-07-09 2007-04-10 Anadigies, Inc. CDMA power amplifier design for low and high power modes
JP2006157435A (ja) * 2004-11-29 2006-06-15 Sharp Corp 歪補償回路、それを用いた電力増幅器および電力増幅器を備える通信装置
JP2007006433A (ja) * 2005-05-24 2007-01-11 Mitsubishi Electric Corp リミッタ回路
JP2007318463A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Mitsubishi Electric Corp 電力増幅器用バイアス回路
JP2011055027A (ja) * 2009-08-31 2011-03-17 Univ Of Electro-Communications 増幅回路
JP2011234110A (ja) * 2010-04-27 2011-11-17 Mitsubishi Electric Corp 高周波回路
JP2016092612A (ja) * 2014-11-05 2016-05-23 三菱電機株式会社 高周波スイッチ
CN108880484A (zh) * 2018-06-12 2018-11-23 厦门市三安集成电路有限公司 一种功率放大器偏置电路

Also Published As

Publication number Publication date
JP6305657B1 (ja) 2018-04-04
CN110476353A (zh) 2019-11-19
KR20190120290A (ko) 2019-10-23
WO2018179087A1 (ja) 2018-10-04
JPWO2018179087A1 (ja) 2019-04-04
US11031914B2 (en) 2021-06-08
DE112017007373T5 (de) 2019-12-05
KR102329375B1 (ko) 2021-11-19
US20200014339A1 (en) 2020-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3014766B1 (en) Mmic power amplifier
JP6689450B2 (ja) 電流再利用型電界効果トランジスタ増幅器
EP2869465B1 (en) RF amplifier
CN110476353B (zh) 二极管线性化电路
Kim A wideband triple-stacked CMOS distributed power amplifier using double inductive peaking
US8633771B2 (en) Power amplifier
JP2021093613A (ja) 増幅回路及び通信装置
EP4009519A1 (en) Power amplifier with a power transistor and an electrostatic discharge protection circuit on separate substrates
CN116979906B (zh) 通过使用交叉耦合组件的偏置控制使差分射频功率放大器线性化
US11296655B2 (en) Power amplifier biasing network providing gain expansion
Tan et al. 2–20 GHz ultra-wideband distributed low noise amplifier
Wang et al. Ka-band self-biased monolithic gaas pHEMT low noise amplifier
JPWO2019215849A1 (ja) 分布型増幅器
JP2009267703A (ja) 分布型増幅器
KR20110034514A (ko) 소형 고출력 전력밀도 rf 증폭기
Kulkarni et al. Broadband low noise amplifier design for optimal noise and impedance matching
Vittori et al. Q-band self-biased MMIC LNAs using a 70 nm InGaAs/AlGaAs process
US20250055426A1 (en) Feedback amplifier
JP2019097152A (ja) 電力増幅器及び化合物半導体装置
Jarndal et al. On designing of a broadband GaN low-noise amplifier for WiMax applications
US20250007468A1 (en) Low noise amplifier with post distortion circuit
US20230120079A1 (en) Dynamic power amplifier with external forcing signal
Barrutia et al. Multioctave Distributed MMIC Power Amplifier in Gallium Nitride Technology with P 1dB> 31dBm
Vasjanov et al. Comparison of CMOS power amplifier topologies for a wideband Doherty architecture
Tai et al. Ultra-low Noise Figure Ka-Band MMIC LNA with Graded-Channel GaN HEMTs

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TG01 Patent term adjustment
TG01 Patent term adjustment