[发明专利]高频功率放大器及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及高频功率放大器及其工作方法，尤其涉及可有效减轻高频功率放大器的功率放大场效应晶体管的跨导gm对栅极长度的依赖性导致的的功率增益变动的技术。

背景技术

以往，为了使功率放大特性对电源电压变动稳定，使用电流镜电路偏置方式根据来自恒流源的恒流被偏置的源极接地n沟道MOS晶体管的沟道长度调制效应而产生的电流增加量，在由p沟道MOS晶体管构成的电流镜电路和由n沟道MOS晶体管构成的电流镜电路中被检测出来(例如，参照下述专利文献1)。

另外，以往存在以下技术，即：为了自动修正高频功率放大器的MOSFET的短沟道效应所引起的偏置的偏离，而使用以与功率放大晶体管相同的沟道长度用相同工艺来形成的电流复制用晶体管(例如，参照下述专利文献2)。

并且，以往存在以下技术，为了修正高频功率放大器的FET的短沟道效应所引起的偏置的偏离，在高频功率放大器的半导体芯片上分别设置连接在电流镜电路的输出侧的功率放大晶体管的栅极端子上的焊盘和连接在电流镜电路的输入侧的偏置晶体管的栅极端子上的焊盘(例如，参照下述专利文献3)。

专利文献1：日本特开2005-150917号公报

专利文献2：日本特开2005-123861号公报

专利文献3：日本特开2005-020518号公报

发明内容

近年来，伴随着便携电话终端的小型化，要求发送器的高频(RF)功率放大器的小型化。作为RF功率放大器的放大元件以MOS-FET为例，通过使栅极长度精细化，能够改善高频特性，通过高集成能够实现RF功率放大器的小型化。然而，由于由栅极长度的精细化所产生的短沟道效应，使阈值的偏差和沟道长度调制效应变大。其结果，在RF功率放大器中产生偏置误差，成为功率增益的偏差的原因。

通常，在RF功率放大器中根据电流镜电路偏置方式对放大用MOS晶体管设定偏置。因此，若将电流镜电路输入侧的偏置电流设定成固定的值，则即使电流镜电路的MOS晶体管的阈值产生变动，也能够向电流镜电路输出侧的放大用MOS晶体管供给稳定的无功电流。但是，在考虑沟道长度调制系数λ的情况下，即使将偏置电流设定成固定的值，放大用MOS晶体管的无功电流也根据沟道长度调制系数λ的值而产生变化，成为产生功率增益偏差的一个原因。即，由于放大用MOS晶体管被集成后的半导体集成电路的制造误差，MOS晶体管的栅极长度具有误差，其结果沟道长度调制系数λ也具有偏差，因此放大用MOS晶体管的偏置电流具有偏差，产生功率增益的偏差。另外，在本申请的说明书中，在未向RF功率放大器供给高频输入信号的无信号状态下，在根据电流镜电路偏置方式对放大用MOS晶体管设定偏置时，将流过电流镜电路输入侧的晶体管中的电流称为偏置电流，将流过电流镜电路输出侧的放大用晶体管中的电流称为无功电流。

在上述专利文献1中记载有以下技术，为了使功率放大特性对电源电压变动稳定，在由p沟道MOS晶体管构成的电流镜电路和由n沟道MOS晶体管构成的电流镜电路中检测由使用电流镜电路偏置方式根据来自恒流源的恒流被偏置的源极接地n沟道MOS晶体管的沟道长度调制效应产生的电流增加量。从来自其他恒流源的其他恒流中减去检测电流，并向构成输出侧的功率放大MOS晶体管和电流镜电路的输入侧的MOS晶体管提供差电流。能够根据由n沟道MOS晶体管构成的电流镜电路的2个n沟道MOS晶体管的尺寸比和沟道长度调制系数λ来降低基于电源电压变动的、流过输出侧的功率放大MOS晶体管的电流的变动幅度。

在上述专利文献2中记载有以下技术，为了自动修正高频功率放大器的MOSFET的短沟道效应所引起的偏置的偏离，使用采用与功率放大晶体管相同的沟道长度且相同工艺所形成的电流复制用晶体管。流过电流复制用晶体管的电流通过由P沟道MOS晶体管构成的电流镜电路和连接成二极管的N沟道MOS晶体管转换成电压。基准偏置电路包括：由其他P沟道MOS晶体管构成的其他电流镜电路；被连接在其他电流镜电路的输入侧的外部端子与接地电位之间的外部电阻；以及被连接在其他电流镜电路的输出侧与接地电位之间的其他连接成二极管的N沟道MOS晶体管。基准偏置电路的其他连接成二极管的N沟道MOS晶体管的电压和依赖于流过电流复制用晶体管中的电流的连接成二极管的N沟道MOS晶体管的电压通过差动放大器被比较。差动放大器的输出电压被提供给功率放大晶体管和电流复制用晶体管的栅极，抑制功率放大晶体管的无功电流在短沟道效应下产生变化。