功率放大模块的制作方法

功率放大模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种功率放大模块。
【背景技术】
[0002]近年来，已使用应对多个频带(band)的移动体通信机。这种应对多频带的移动体通信机中，对于用于将发送至基站的信号的功率进行放大的功率放大模块(Power AmpModule)，也要求应对多频带。例如，专利文献I中揭示了一种具有与多个频带的无线频率(RF:射频)信号相对应的多个输入端子的功率放大模块。
现有技术文献专利文献
[0003]专利文献1:日本专利特开2011-166354号公报

【发明内容】

发明所要解决的技术问题
[0004]专利文献I所揭示的功率放大模块中，为了将多个频带中所选择的I个频带的RF信号输入至功率放大器，使用了用于将多个输入端子中的一个选择性地连接至功率放大器的开关。开关一般使用场效应晶体管(FET:Field Effect Transistor) ο因此，在使用异质结双极性晶体管(HBT:Heterojunct1n Bipolar Transistor)等的双极性晶体管来构成功率放大器时，功率放大模块的制造工序会变得复杂，从而导致成本增加。
[0005]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，使应对多频带的功率放大模块的制造成本降低。
解决技术问题所采用的技术方案
[0006]本发明的一个方面所涉及的功率放大模块具有:第I信号输入端子，向该第I信号输入端子输入第I频带的第I无线频率信号；第2信号输入端子，向该第2信号输入端子输入第2频带的第2无线频率信号；第I?第3功率放大器；以及偏置控制电路，第I信号输入端子与第I功率放大器的输入端子进行电连接，第2信号输入端子与第2功率放大器的输入端子进行电连接，第I以及第2功率放大器的输出端子与第3功率放大器的输入端子进行电连接，偏置控制电路对应于第I及第2频率频带中所选择的频带，进行控制以向第I以及第2功率放大器的一方提供偏置电流。
发明效果
[0007]根据本发明，能使应对多频带的功率放大模块的制造成本降低。
【附图说明】
[0008]图1是表示本发明的一个实施方式的通信单元100的结构例的图。
图2是表示功率放大模块180的结构的一例的框图。
图3是表示功率放大模块180的一部分的结构例的图。 图4A是表示偏置控制电压VC2为高电平时从驱动级的功率放大器230以及231与功率级的功率放大器322的连接点(图3所示的A点)看到的、功率放大器231侧的阻抗的一例的模拟结果。
图4B是表示偏置控制电压VC2为低电平时从驱动级的功率放大器230以及231与功率级的功率放大器322的连接点(图3所示的A点)看到的、功率放大器231侧的阻抗的一例的模拟结果。
图5是表示HBT芯片200布局的一例的图。
图6A是表示在将RF信号的输入端子部的接合引线和对使用接合引线的电感进行旁路连接的端子形成于HBT芯片200的同一边时、考虑到引线彼此的耦合效应时的功率放大模块180中的稳定系数K的一例的模拟结果。
图6B是表示在将RF信号的输入端子部的接合引线和对使用接合引线的电感进行旁路连接的端子如图5所示形成时、考虑到引线彼此的耦合效应时的功率放大模块180中的稳定系数K的一例的模拟结果。
【具体实施方式】
[0009]以下，参照附图对于本发明的一个实施方式进行说明。图1是表示本发明的一个实施方式的通信单元的结构例的图。通信单元100是移动电话等移动体通信机中用于与基站之间收发RF信号的单元。如图1所示，通信单元100包含基带部110 ;RF部120 ;—体型收发模块130;以及天线140。
[0010]基带部110 基于 HSUPA(High Speed Uplink Packet Access:高速上行链路分组接入)、LTE(Long Term Evolut1n:长期演进)等调制方式，对基带信号进行数字信号处理。在向基站发送信号时，基带部110基于调制方式对输入信号进行调制，将调制信号输出至RF部120。在从基站接收信号时，基带部110将从RF部120接收的调制信号基于调制方式进行解调。
[0011]RF部120进行基带信号与RF信号的转换。在向基站发送信号时，RF部120将从基带部110接收的基带信号转换成用于进行无线发送的RF信号，输出至一体型收发模块130。在从基站接收信号时，RF部120将从一体型收发模块130接收的RF信号转换成基带信号，输出至基带部110。RF信号例如为几百MHz至几GHz左右。基带部110可输出多个频带(band)的RF信号。RF部120中所选择的RF信号的频带例如由来自基带部110的控制信号进行控制。
[0012]一体型收发模块130进行用于通过天线140收发RF信号的信号处理。如图1所示，一体型收发模块130包含发送模块150、接收模块160以及天线开关170。
[0013]发送模块150进行用于将RF信号发送至基站的信号处理。如图1所示，发送模块150包含功率放大模块180。发送模块150进行与RF信号的频带相对应的滤波处理，或使用功率放大模块180进行RF信号的放大处理。
[0014]接收模块160对于从基站接收到的RF信号，进行与RF信号的频带相对应的滤波处理，或使用低噪声放大器(LNA:Low Noise Amplifier)进行去噪处理。
[0015]天线开关170在发送模块150和接收模块160之间，对应于收发的RF信号的频带进行信号路径的切换。
[0016]图2是表示功率放大模块180的结构的一例的框图。如图2所示，功率放大模块180包含HBT芯片200 ;匹配电路(MN hatching Network) 201、202 ;偏置控制电路210 ;以及开关220。功率放大模块180应对多个频带。图2所示的示例中，功率放大模块180应对 8 个频带，分别是 BI (1920 ?1980MHz) ；B2 (1850 ?1910MHz) ；B3 (1710 ?1785MHz)；B4(1710 ?1755MHz) ；B26(814 ?849MHz) ；B20 (832 ?862MHz) ；B5 (824 ?849MHz);以及B8 (880?915MHz)。此外，本实施方式中，将B1、B2、B3以及B4的4个频带称为高频带，将B26、B20、B5以及B8的4个频带称为低频带。
[0017]HBT芯片200是用于对多个频带的RF信号进行放大的集成电路，使用HBT构成。此外，本实施方式中，说明了使用HBT作为用于进行RF信号放大的放大元件的结构，但为了进行RF信号放大，也可使用HBT以外的晶体管。如图1所示，HBT芯片200包含功率放大器(PA:Power Amplif ier) 230?235 ;偏置电路240?245 ;匹配电路250?255 ;以及电感ILl ?IL4。
[0018]功率放大器230?235是用于进行RF信号放大的放大电路。功率放大器230?232设置为用于放大高频带，功率放大器233?235设置为用于放大低频带。
[0019]更具体而言，功率放大器230 (第I功率放大器)是对从端子INl (第I信号输入端子)输入的BI或者B2的频带的RF信号(第I无线频率信号)进行放大的初段(驱动级)功率放大器。此外，功率放大器231 (第2功率放大器)是对从端子IN2 (第2信号输入端子)输入的B3或者B4的频带的RF信号(第2无线频率信号)进行放大的初段(驱动级)功率放大器。而且，功率放大器232 (第3功率放大器)是对B1、B2、B3或者B4的频带的RF信号进行放大的第二级(功率级)功率放大器。
[0020]同样地，功率放大器233 (第4功率放大器)是对从端子IN3 (第3信号输入端子)输入的B26或者B20的频带的RF信号(第3无线频率信号)进行放大的初段(驱动级)功率放大器。此外，功率放大器234 (第5功率放大器)是对从端子IN4 (第4信号输入端子)输入的B5或者B8的频带的RF信号(第4无 线频率信号)进行放大的初段(驱动级)功率放大器。而且，功率放大器235 (第6功率放大器)是对B26、B20、B5或者B8的频带的RF信号进行放大的第二级(功率级)功率放大器。
[0021]偏置电路240?245分别基于从偏置控制电路210提供的偏置控制电压VCl?VC6，对功率放大器230?235提供偏置电流。例如，偏置电路240在偏置控制电压VCl为高电平时，将偏置电流提供至功率放大器230，在偏置控制电压VCl为低电平时，不生成偏置电流。关于偏置电路241?245也同样地进行动作。
[0022]此外，本实施方式中，对应于作为发送对象被选择的频带，对偏置控制电压VCl?VC6进行控制。具体而言，例如，在被选择的频带为BI时，偏置控制电压VCl以及VC3被控制为高电平，而偏置控制电压VC2被控制为低电平。此时，由于不从偏置电路241提供偏置电流，因此功率放大器231成为关闭。由此，功率放大器231的输出成为高阻抗，来自功率放大器230的RF信号被输入至功率放大器232。此外，例如，在被选择的频带为B3时，偏置控制电压VC2以及VC3被控制为高电平，而偏置控制电压VCl被控制为低电平。此时，由于不从偏置电路240提供偏置电流，因此功率放大器230成为关闭。由此，功率放大器230的输出成为高阻抗，来自功率放大器231的RF信号被输入至功率放大器232。低频带侧也是同样的。由此，HBT芯片200中，无需利用开关切换输入至功率放大器的信号，就能够应对多个频带。
[0023]匹配电路250?255分别是用于使前后的电路间的阻抗匹配的电路，使用电容、电感构成。
[0024]设置电感ILl?IL4，以用于提高电连接有输出端子的功率放大器间的隔离性，且容易取得匹配。具体而言，设置电感ILl(第I电感)以及电感IL2(第2电感)，以用于提高功率放大器230和231之间的隔离性，且容易取得从各个驱动级至功率级的阻抗匹配。此夕卜，设置电感IL3以及IL4，同样地以用于提高功率放大器233和234之间的隔离性，且容易取得从各个驱动级至功率级的阻抗匹配。此外，可使电感IL2的电感值比电感ILl的电感值更大。这是因为，从功率放大器230侧输出的RF信号(BI或者B2)比从功率放大器231输出的RF信号(B3或者B4)频率更高，所需要的电感分量可减小与作为对象的阻抗匹配的频率值较高的量相当的大小。关于电感IL3以及IL4也是同样的。
[0025]偏置控制电路210基于用于选择频带的控制信号CTRL，控制偏置控制电压VCl?VC6的电平。偏置控制电路210例如使用FET构成。具体而言，例如，在选择BI或者B2时，偏置控制电路210使偏置控制电压VCl以及VC3成为高电平，使其他的偏置控制电压成为低电平。此外，例如，在选择B3或者B4时，偏置控制电路210使偏置控制电压VC2以及VC3成为高电平，使其他的偏置控制电压成为低电平。此外，例如，在选择B26或者B20时，偏置控制电路210使偏置控制电压VC4以及VC6成为高电平，使其他的偏置控制电压成为低电平。此外，例如，在选择B5者B8时，偏置控制电路210使偏置控制电压VC5以及VC6成为高电平，使其他的偏置控制电压成为低电平。
[0026]开关220基于用于选择频带的控制信号CTRL，将从功率放大器232或者功率放大器235输出的RF信号输出至被选择的频带的输出端子。此外，图2所示的结构中，对于每一频带各设置有一个输出端子，但也可由多个频带共享一个输出端子。
[0027]图3是表示功率放大模块180的一部分的结构例的图。具体而言，图3中示出了作为高频带侧电路的功率放大器230?232、偏置电路240?242、以及匹配电路252的结构例。图3中虽未示出，但低频带侧的电路也可同样地构成。
[0028]功率放大器230包含晶体管Tl以及电阻R1。晶体管Tl中，通过电感PLl向集电极施加电源电压V。。，通过电阻Rl向基极输入频带BI或者B2的RF信号，发射极接地。晶体管Tl对输入至发射极的RF信号进行放大，从集电极输出。来自晶体管Tl的放大信号通过电感ILl以及匹配电路252输出至功率级的功率放大器232。
[0029]功率放大器231包含晶体管T2以及电阻R2。晶体管T2中，通过电感PL2向集电极施加电源电压V。。，通过电阻R2向基极输入频带B3或者B4的RF信号，发射极接地。晶体管T2对输入至发射极的RF信号进行放大，从集电极输出。来自晶体管T2的放大信号通过电感IL2以及匹配电路252输出至功率级的功率放大器232。
[0030]功率放大器232包含晶体管T3以及电阻R3。晶体管T3中，通过电感PL3向集电极施加电源电压V。。，通过电阻R3向基极输入来自驱动级的功率放大器230或者231的RF信号，发射极接地。晶体管T3对输入至发射极的RF信号进行放大，从集电极输出。来自晶体管T3的放大信号通过匹配电路201进行输出。
[0031]功率放大器240包含晶体管T4以及电阻R4、R5。晶体管T4中，向集电极施加电源电压\c，通过电阻R4向基极施加偏置控制电压VCl，发射极通过电阻R5连接至功率放大器230的输入。例如，在偏置控制电压VCl为高电平时，晶体管T4成为导通，偏置电流提供至功率放大器230。另一方面，在偏置控制电压VCl为低电平时，晶体管T4成为断开，偏置电流不提供至功率放大器230。
[0032]偏置电路241包含晶体管T5以及电阻R6、R7。晶体管T5中，向集电极施加电源电压\c，通过电阻R6向基极施加偏置控制电压VC2，发射极通过电阻R7连接至功率放大器231的输入。例如，在偏置控制电压VC2为高电平时，晶体管T5成为导通，偏置电流提供至功率放大器231。另一方面，在偏置控制电压VC2为低电平时，晶体管T5成为断开，偏置电流不提供至功率放大器231。
[0033]偏置电路242包含晶体管T6以及电阻R8、R9。晶体管T6中，向集电极施加电源电压\c，通过电阻R8向基极施加偏置控制电压VC3，发射极通过电阻R9连接至功率放大器232的输入。例如，在偏置控制电压VC3为高电平时，晶体管T6成为导通，偏置电流提供至功率放大器232。另一方面，在偏置控制电压VC3为低电平时，晶体管T6成为断开，偏置电流不提供至功率放大器232。
[0034]匹配电路252包含电容Cl、C2以及电感SLl。电容Cl、C2进行串联连接。电感SLl (第3电感)通过端子LTl (旁路连接端子)旁路连接于电容Cl、C2之间。
[0035]图4A以及图4B是表示从驱动级的功率放大器230以及231与功率级的功率放大器322的连接点(图3所示的A点)看到的、功率放大器231侧的阻抗的一例的模拟结果。图4A示出了偏置控制电压VC2为高电平的情况，图4B示出了偏置控制电压VC2为低电平的情况。
[0036]在偏置控制电压VC2为高电平时，偏置电路241成为开启，偏置电流提供至功率放大器231，功率放大器231成为开启。此时，如图4A所示，从A点看到的功率放大器231侧的阻抗变得较小。另一方面，在偏置控制电压VC2为低电平时，偏置电路241成为关闭，偏置电流不提供至功率放大器231，功率放大器231成为关闭。此时，如图4B所示，从A点看到的功率放大器231侧的阻抗变得较大。
[0037]由此，在选择频带BI或者B2时，通过使偏置控制电压VC2成为低电平，从而使偏置电路241以及功率放大器231成为关闭，可从A点使功率放大器231侧成为高阻抗。由此，无需使用开关，就可选择频带BI或者B2的RF信号的信号路径。关于其他频带也同样地，通过控制偏置控制电压VCl?VC6，从而无需使用开关就可选择RF信号的信号路径。
[0038]图5是表示HBT芯片200布局的一例的图。此外，图5中只示出了与此处说明相关的要素。S卩，图5中并没有示出HBT芯片200所包含的所有要素。例如，图5中示出了 6个端子INl?IN4、LTl、LT2 JSHBT芯片200中还存在其他端子。
[0039]如图5所示，在虚线X-Y的右侧配置有高频带侧的电路。具体而言，在虚线X-Y的右侧，作为高频带侧的电路，配置有功率放大器230以及偏置电路240的HBT ; 功率放大器231以及偏置电路241的HBT ;功率放大器232以及偏置电路242的HBT ;以及匹配电路250?252。此外，在虚线X-Y的左侧，作为低频带侧的电路，配置有功率放大器233以及偏置电路243的HBT ;功率放大器234以及偏置电路244的HBT ;功率放大器235以及偏置电路245的HBT ;以及匹配电路253?255。由此，HBT芯片200中，高频带侧的电路与低频带侧的电路以虚线X-Y为基准配置为大致线对称。由此，可在HBT芯片200内高效地配置电路，可缩小芯片面积。
[0040]此外，如图5所示，高频带侧的电路中，RF信号的输入端子IN1、IN2设置于图5中上侧的边，用于连接匹配电路252的电感SLl的端子LTl设置于图5中右侧的边。由此，输入端子INl、IN2和端子LTl不处于相同或者相对的边，而形成于相邻的边，从而可使连接于输入端子IN1、IN2的布线(接合引线)的方向与连接于端子LTl的布线(接合引线)的方向正交。因而，能够抑制连接于输入端子IN1、IN2的布线与连接于端子LTl的布线之间的耦合。此外，如图5所示，通过使输出端子IN1、IN2与端子LTl之间的距离较大，从而可提高对于布线间耦合的抑制效果。关于低频带侧的电路中的输入端子IN3、IN4以及端子LT2也是同样的。此外，端子LT2是用于连接匹配电路255中旁路连接的电感的端子。
[0041]图6A以及图6B是表示功率放大模块180中稳定系数K的一例的模拟结果。图6A以及图6B中，横轴为频率(GHz)，纵轴为稳定系数。图6A是表示在将RF信号的输入端子部的接合引线和对使用接合引线的电感进行旁路连接的端子形成于HBT芯片200的同一边时、考虑到引线彼此的耦合效应时的功率放大模块180中的稳定系数K的一例的模拟结果。图6B是表示在将RF信号的输入端子部的接合引线和对使用接合引线的电感进行旁路连接的端子如图5所示形成时、考虑到引线彼此的耦合效应时的功率放大模块180中的稳定系数K的一例的模拟结果。
[0042]如图6A所示，在将RF信号的输入端子和对电感进行旁路连接的端子形成于HBT芯片200的同一边时，在1.5?1.SGHz附近，稳定系数不足I。由此，若稳定系数不足1，则功率放大模块180的动作变得不稳定。另一方面，如图6B所示，在将RF信号的输入端子和对电感进行旁路连接的端子如图5所示形成时，在进行了模拟的全频带中，稳定系数都在I以上。从该模拟结果也可知，通过将RF信号的输入端子和对电感进行旁路连接的端子如图5所示形成，从而可抑制耦合，功率放大模块180的动作稳定性提高。
[0043]以上，对于本发明的一个实施方式进行了说明。根据本实施方式的功率放大模块180，通过对驱动级的偏置电路中的偏置电流的生成进行控制，从而无需使用由FET构成的开关，就可选择RF信号的信号路径。因而，能使应对多频带的功率放大模块的制造成本降低。此外，与将由FET构成的开关设为不同于HBT芯片的其他芯片的情况相比，芯片间的连接变少，且能降低信号的传输损耗。
[0044]此外，根据本实施方式，通过在驱动级的功率放大器230、231、233、234的输出设置隔离用的电感ILl?IL4，从而可提高电连接有输出端子的功率放大器之间的隔离性。此夕卜，本实施方式中，只示出了设置有隔离用的电感ILl?IL4的结构，但也可采用不设置这些电感ILl?IL4的结构。
[0045]此外，根据本实施方式，通过将RF信号的输入端子和对电感进行旁路连接的端子形成于HBT芯片200中相邻的边，从而可抑制耦合，使功率放大模块180的动作稳定性提尚O
[0046]此外，根据本实施方式，通过将高频带侧的电路和低频带侧的电路配置为大致线对称，从而可缩小芯片面积。
[0047]此外，本实施方式是用于容易理解本发明的实施方式，并不是用于限定解释本发明的实施方式。本发明可在不脱离其主旨的情况下进行变更/改良，本发明中还包括其等同物。
标号说明
[0048]
100通信单元 110基带部 120 RF 部
130 一体型收发模块 140天线 150发送模块 160接收模块 170天线开关 180功率放大模块 200 HBT芯片
201、202、250?255匹配电路 210偏置控制电路 220开关
230?235功率放大器 240?245偏置电路
【主权项】
1.一种功率放大模块，具有: 第I信号输入端子，向该第I信号输入端子输入第I频带的第I无线频率信号； 第2信号输入端子，向该第2信号输入端子输入第2频带的第2无线频率信号； 第I?第3功率放大器；以及 偏置控制电路， 所述第I信号输入端子与所述第I功率放大器的输入端子进行电连接， 所述第2信号输入端子与所述第2功率放大器的输入端子进行电连接， 所述第I以及第2功率放大器的输出端子与所述第3功率放大器的输入端子进行电连接， 所述偏置控制电路对应于所述第I以及第2频率频带中所选择的频带，进行控制以向所述第I以及第2功率放大器的一方提供偏置电流。2.如权利要求1所述的功率放大模块，其特征在于，具有: 第I电感，该第I电感设置于所述第I以及第2功率放大器的输出端子和所述第3功率放大器的输入端子的连接点、与所述第I功率放大器的输出端子之间；以及 第2电感，该第2电感设置于所述连接点、与所述第2功率放大器的输出端子之间。3.如权利要求2所述的功率放大模块，其特征在于， 所述第I频带是比所述第2频带更高的频带， 所述第2电感的电感值比所述第I电感的电感值更大。4.如权利要求1?3中的任一项所述的功率放大模块，其特征在于，还具有: 旁路连接端子，该旁路连接端子电连接于所述第I以及第2功率放大器的输出端子与所述第3功率放大器的输入端子之间；以及 第3电感，该第3电感的一端与所述旁路连接端子电连接，另一端接地， 所述第I以及第2信号输入端子形成于半导体集成电路的第I边， 所述旁路连接端子形成于所述半导体集成电路的与所述第I边相邻的第2边， 连接于所述第I信号输入端子的布线方向与连接于所述第2线号输入端子的布线方向正交。5.如权利要求1?4中的任一项所述的功率放大模块，其特征在于，还具有: 第3信号输入端子，向该第3信号输入端子输入第3频带的第3无线频率信号； 第4信号输入端子，向该第4信号输入端子输入第4频带的第4无线频率信号；以及 第4?第6功率放大器， 所述第3信号输入端子与所述第4功率放大器的输入端子进行电连接， 所述第4线号输入端子与所述第5功率放大器的输入端子进行电连接， 所述第4以及第5功率放大器的输出端子与所述第6功率放大器的输入端子进行电连接， 所述偏置控制电路构成为对应于第I?第4频带中所选择的频带，向所述第I?第4功率放大器中的某一个提供偏置电流， 所述第I?第3功率放大器与所述第4?第6功率放大器配置为大致线对称。6.—种一体型收发模块，具有:包含权利要求1?5中的任一项所述的功率放大模块且通过天线发送无线频率信号的发送模块；以及通过所述天线接收无线频率信号的接收模 块。
【专利摘要】本发明的功率放大模块使应对多频带的功率放大模块的制造成本降低。该功率放大模块具有：第1信号输入端子，向该第1信号输入端子输入第1频带的第1无线频率信号；第2信号输入端子，向该第2信号输入端子输入第2频带的第2无线频率信号；第1～第3功率放大器；以及偏置控制电路，第1信号输入端子与第1功率放大器的输入端子进行电连接，第2信号输入端子与第2功率放大器的输入端子进行电连接，第1以及第2功率放大器的输出端子与第3功率放大器的输入端子进行电连接，偏置控制电路对应于第1以及第2频带中所选择的频带，进行控制以向第1以及第2功率放大器的一方提供偏置电流。
【IPC分类】H03F3/20
【公开号】CN104883143
【申请号】CN201510090710
【发明人】筒井孝幸
【申请人】株式会社村田制作所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年2月28日
【公告号】US20150249433