KURODA NAOTAKA (JP)
TANOMURA MASAHIRO (JP)
KURODA NAOTAKA (JP)
| JPS60158314U | 1985-10-22 | |||
| JP2001508954A | 2001-07-03 | |||
| JPS60127022U | 1985-08-27 |
| ベースバンド信号を発生するベースバンド信号発生手段と、 発生した前記ベースバンド信号をRF信号に変換するRF信号変換手段と、 電力増幅手段と、 発熱手段と、 前記ベースバンド信号に基づいて前記電力増幅手段から発生した発熱量と、前記発熱手段から発生した発熱量とを一定にする制御手段と、 前記発熱手段から発生した前記発熱量を前記電力増幅手段に伝熱する伝熱手段とを有することを特徴とする半導体装置。 |
| 前記制御手段は、変換された前記RF信号と、前記電力増幅手段に前記RF信号が入力された際に前記電力増幅器が発熱する発熱量との関係を蓄えた第1の記憶手段と、 前記発熱手段へ入力される信号と、前記発熱手段から発生した発熱量との関係を蓄えた第2の記憶手段と、 前記第1の記憶手段に蓄積されているデータと、前記第2の記憶手段に蓄積されているデータとを参照し、前記増幅器から発生した発熱量と、前記発熱手段から発生した発熱量とを一定にする信号を前記発熱手段へ送信する発熱素子制御手段とで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 |
| 前記制御手段は、前記RF信号を2分配する分配手段と、 前記分配手段にて分配された分配RF信号と、前記RF信号のピーク信号とを減算する減算手段とで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 |
| 前記発熱手段の熱時定数と、前記電力増幅手段の熱時定数とが同一であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。 |
| 前記発熱手段は、前記電力増幅手段として構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。 |
本発明は、高出力増幅器、特にレーダ用 出力増幅器を有する半導体装置に関する。
レーダ用高出力増幅器の出力信号は、時 に応じて変化する入力信号に対して、振幅 位相が線形であることが望ましい。
以下、振幅と位相が、線形でない状態を 振幅歪、並びに、位相歪と定義する。
振幅歪と位相歪を補償する技術として、 帯電話基地局用増幅器に一般的に用いられ いる、プレディストータ技術があげられる
しかしながら、この技術は、発熱素子の 己発熱に起因した振幅歪、並びに、位相歪( 熱メモリー効果)を補償することが難しかっ 。
これに関連する技術を次に開示する。
例えば、上述した自己発熱による温度制 回路技術として、特許文献1が開示されてい る。
特許文献1は、増幅器付近に温度センサを もたせ、一定周期で温度を観測し、その温度 変化を制御ユニット内の判定回路に取り込み 、温度変化に応じた冷却ファンの動作制御を 行い、増幅器の急激な温度変化を緩やかにし た冷却制御を行うことが記載されている。
しかしながら、この技術の場合、一定周 での温度観測であるため、リアルタイムで じる自己発熱に起因した歪を補償すること 困難であった。
別の解決策として、特許文献2が開示され ている。
特許文献2は、温度モニタ回路は増幅器の 温度に対応する信号を温度制御回路に出力し 、温度制御回路は、温度モニタ回路の出力値 が演算記憶装置が算出した平衡温度になるよ うに加熱・冷却装置を制御して増幅器を制御 する。この温度制御により増幅器の温度を短 時間に安定させた状態で増幅器の出力をパワ ーモニタ回路で測定することが記載されてい る。
しかながら、この技術の場合、リアルタ ムで増幅器の温度をモニタしているものの モニタ信号を温度制御回路に送り、さらに 温度制御回路からの制御信号をもとに加熱 冷却装置を動作させるため、リアルタイム 生じる自己発熱に起因した歪を補償するこ ができない。
さらに、増幅器の正確な温度をモニタす ことは、数um以下の温度プローブが必要で るため、現実的ではない。
また別の解決策として、特許文献3が開示 されている。
特許文献3は、増幅器の信号送信時には放 熱制御、信号停止時には加熱制御を行って、 増幅器の温度制御を行うことが記載されてい る。
しかしながら、この技術では、送信時と 止時の2状態の制御しか行えないため、例え ば、FMCW変調方式のような、入力信号が三角 形の場合には適用することができない。
さらに、この技術では、熱時定数の大き ペルチェ等の熱交換素子を用いて温度制御 行っているため、リアルタイムで温度制御 行うことが原理的に難しい。
また別の解決策として、特許文献4が開示 されている。
特許文献4は、送信対象となる信号を増幅 する送信増幅器で、温度が低い場合に効率的 に増幅部を暖めることに関して記載がある。
具体的には、増幅部が信号を増幅する構成
おいて、温度検出手段が温度を検出する。
幅部自己発熱促進制御手段および増幅部自
発熱促進制御手段は、温度検出手段により
出される温度が所定の閾値未満又は所定の
値以下である場合に、増幅部による自己発
を促進させる制御を行ない、増幅部による
己発熱を促進させ、増幅部のバイアス制御
行なっている。
しかしながら、特許文献4は、温度補償制 御回路と増幅器の間を電気的な信号で結線し 、電気的な信号で制御を行なっているが、温 度補償制御回路と増幅器の間を熱的な配線で 結線し、熱自体を送ることに関して示唆され ていなく、これによる効果が何ら示唆されて いない。
そこで本発明は、上述した従来の問題点 踏まえ、増幅器の自己発熱に起因した振幅 、並びに、位相歪を解決するため、温度補 制御回路と増幅器の間を熱的な配線で結線 、熱自体を送る構成を有する半導体装置の 供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明にか る第1の半導体装置は、ベースバンド信号を 発生するベースバンド信号発生手段と、発生 した前記ベースバンド信号をRF信号に変換す RF信号変換手段と、電力増幅手段と、発熱 段と、前記ベースバンド信号に基づいて前 電力増幅手段から発生した発熱量と、前記 熱手段から発生した発熱量とを一定にする 御手段と、前記発熱手段から発生した前記 熱量を前記電力増幅手段に伝熱する伝熱手 とを有することを特徴とする。
本発明によれば、温度補償制御回路と増 器の間を熱的な配線で結線し、熱自体を送 構成を有することで、増幅器の自己発熱に 因した振幅歪、並びに、位相歪を解決する 導体装置を提供可能とする。
本発明は、以下に記載することを可能す 。
電力増幅器の発熱量が常に一定の状態に たれることで、自己発熱に起因した振幅歪 並びに、位相歪を低減することを実現する
また、リアルタイムで自己発熱に起因し 歪を補償することを実現する。
また、複雑なロジック回路を必要とせず 前記電力増幅器の発熱量を一定に保つこと 可能になるため、低価格、かつ、低歪な半 体装置を実現する。
また、発熱素子と電力増幅器の熱時定数 同じにすることで、自己発熱に起因した歪 容易に抑制することを実現する。
さらに、発熱素子を電力増幅器で構成す ことで、発熱素子と電力増幅器の熱時定数 同じにすることを実現する。
上記を実現する本発明の半導体装置につ て、以下の実施形態を用いて説明する。
以下に記載する実施の形態は、本発明を 適にもしくは最良に実施する形態であり、 れに限定されるものではなく、当業者が容 に想到できる範囲内において、変形、修正 能とする。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態にかかる半導体装置
構成を示す図である。
本実施形態にかかる半導体装置は、ベー バンド信号発生器1、RF信号変換器2、電力増 幅器3、発熱素子4、増幅器発熱量記憶部5、発 熱素子発熱量記憶部6、発熱素子制御部7およ 伝熱線8を有する。
ベースバンド信号発生手段としてのベー バンド信号発生器1は、ベースバンド信号を 発生し、RF信号変換器2にベースバンド信号を 印加する。
RF信号変換手段としてのRF信号変換器2は 例えば、電圧制御型発信器で形成され、電 制御型発信器を用い、ベースバンド信号を 圧制御型発信器の電圧制御端子に印加する とで、RF信号をベースバンド信号で変調する ことができる。
発熱手段としての発熱素子4は、抵抗体、 ダイオード、トランジスタで構成してもよい 。
第1の記憶手段としての増幅器発熱量記憶 部5は、RF信号変換器2から出力されたRF信号と 電力増幅器3に前記RF信号が入力された時に電 力増幅器3が発熱する発熱量の関係を蓄えた のである。
第2の記憶手段としての発熱素子発熱量記 憶部6は、発熱素子4への入力信号と発熱素子4 の発熱量の関係を蓄える。
発熱素子制御手段としての発熱素子制御 7は、増幅器発熱量記憶部5と発熱素子発熱 記憶部6のデータを参照し電力増幅器3と発熱 素子4の発熱量を一定にする信号を発熱素子4 送信する。
伝熱手段としての伝熱線8は、例えば、カ ーボンナノチューブ、炭素複合材、銅を含ん だ金属配線で構成され、発熱素子4の発熱量 電力増幅器3に伝熱するものである。
上述した構成による作用および効果につ て図1および図2を用いて説明する。
本実施形態にかかる発熱素子制御部7は、 電力増幅器3の発熱量と、発熱素子4の発熱量 の和を常に一定に保つように、電力増幅器3 および発熱素子4を制御している。
これによって、図2の発熱量に示すように 、発熱素子制御部7が電力増幅器3と発熱素子4 の発熱量の和を常に一定に保たれ、発熱素子 4の発熱量は、伝熱線8を通して電力増幅器3に 伝えられる。
これにより、電力増幅器3の発熱量を一定 の状態に保つことができる。
そのため、電力増幅器3の自己発熱に起因 した振幅歪、並びに、位相歪を低減すること が可能になる。
本実施形態によれば、電力増幅器3の温度 をモニタする必要が無いため、リアルタイム で自己発熱に起因した歪を補償することが可 能になる。
具体的には、ベースバンド信号を発生す ベースバンド信号発生器と、ベースバンド 号をRF信号に変換するRF信号変換器と、電力 増幅器と、発熱素子と、ベースバンド信号に 基づいて電力増幅器と発熱素子の発熱量を一 定にする制御部と、発熱素子の発熱量を電力 増幅器に伝熱する手段とを備えることで、電 力増幅器の発熱量が常に一定の状態に保たれ 、自己発熱に起因した振幅歪、並びに、位相 歪を低減することが可能になる。
また、上述の制御部を、RF信号と電力増 器にRF信号が入力された時に電力増幅器が発 熱する発熱量の関係を蓄えた増幅器発熱量記 憶部と、発熱素子への入力信号と発熱素子の 発熱量の関係を蓄えた発熱素子発熱量記憶部 と、増幅器発熱量記憶部と発熱素子発熱量記 憶部のデータを参照し電力増幅器と発熱素子 の発熱量を一定にする信号を発熱素子へ送信 する発熱素子制御部とで、構成することで、 リアルタイムで自己発熱に起因した歪を補償 することが可能になる。
(第2の実施形態)
図3は、第2の実施形態にかかる半導体装置
構成を示す図である。
本実施形態にかかる半導体装置は、ベー バンド信号発生器1、RF信号変換器2、RF信号 換器22、電力増幅器3、発熱素子4、伝熱線8 分配器9、減算器10およびRF信号変換器14を有 る。
ベースバンド信号発生手段としてのベー バンド信号発生器1は、ベースバンド信号を 発生し、RF信号変換器2にベースバンド信号を 印加する。
RF信号変換手段としてのRF信号変換器2お びRF信号変換器22は、例えば、電圧制御型発 器で形成され、電圧制御型発信器を用い、 ースバンド信号を電圧制御型発信器の電圧 御端子に印加することで、RF信号をベース ンド信号で変調することができる。
発熱手段としての発熱素子4は、抵抗体、 ダイオード、トランジスタで構成してもよい 。
伝熱手段としての伝熱線8は、例えば、カ ーボンナノチューブ、炭素複合材、銅を含ん だ金属配線で構成され、発熱素子4の発熱量 電力増幅器3に伝熱するものである。
分配手段としての分配器9は、RF信号変換 2から出力されたRF信号を2分配する。
RF信号変換手段としてのRF信号変換器14は ピークベースバンド信号をRF信号に変換す 。
減算手段としての減算器10は、分配器9に 分配された分配RF信号と前記RF信号のピーク 信号の減算を行う。
本実施形態にかかる半導体装置は、減算 10からの出力信号を発熱素子4に印加し、分 器9にて分配された別の分配RF信号を電力増 器3に印加する。
これによれば、複雑なロジック回路を必 とせず、電力増幅器3の発熱量を一定に保つ ことが可能になるため、低価格、かつ、低歪 な半導体装置を実現することが可能になる。
具体的には、ベースバンド信号を発生す ベースバンド信号発生器と、ベースバンド 号をRF信号に変換するRF信号変換器と、電力 増幅器と、発熱素子と、ベースバンド信号に 基づいて電力増幅器と発熱素子の発熱量を一 定にする制御部と、発熱素子の発熱量を電力 増幅器に伝熱する手段とを備えることで、電 力増幅器の発熱量が常に一定の状態に保たれ 、自己発熱に起因した振幅歪、並びに、位相 歪を低減することが可能になる。
また、上述の制御部を、RF信号を2分配す 分配器と、分配器にて分配された分配RF信 とRF信号のピーク信号を減算する減算器とで 構成し、減算器からの出力信号を発熱素子に 印加し、分配器にて分配された別の分配RF信 を電力増幅器に印加することで、複雑なロ ック回路を必要とせず、電力増幅器の発熱 を一定に保つことが可能になるため、低価 、且つ、低歪な半導体装置を実現すること 可能になる。
また、発熱素子4は、電力増幅器3と同じ 成にしてもよい。
この構成にすることで、発熱素子4と電力 増幅器3の熱時定数を同一にすることが可能 なるため、自己発熱に起因した歪を容易に 制することが可能になる。
(第3の実施形態)
図4は、第3の実施形態にかかる半導体装置
構成を示す図である。
本実施形態にかかる半導体装置は、ベー バンド信号発生器1、RF信号変換器2、電力増 幅器3、発熱素子4、増幅器発熱量記憶部5、発 熱素子発熱量記憶部6、発熱素子制御部7、半 体基板11およびモジュール基板13を有する。
ベースバンド信号発生手段としてのベー バンド信号発生器1は、ベースバンド信号を 発生し、RF信号変換器2にベースバンド信号を 印加する。
RF信号変換手段としてのRF信号変換器2お びRF信号変換器22は、例えば、電圧制御型発 器で形成され、電圧制御型発信器を用い、 ースバンド信号を電圧制御型発信器の電圧 御端子に印加することで、RF信号をベース ンド信号で変調することができる。
発熱手段としての発熱素子4は、抵抗体、 ダイオード、トランジスタで構成してもよい 。
第1の記憶手段としての増幅器発熱量記憶 部5は、RF信号変換器2から出力されたRF信号と 電力増幅器3に前記RF信号が入力された時に電 力増幅器3が発熱する発熱量の関係を蓄えた のである。
第2の記憶手段としての発熱素子発熱量記 憶部6は、発熱素子4への入力信号と発熱素子4 の発熱量の関係を蓄える。
発熱素子制御手段としての発熱素子制御 7は、増幅器発熱量記憶部5と発熱素子発熱 記憶部6のデータを参照し電力増幅器3と発熱 素子4の発熱量を一定にする信号を発熱素子4 送信する。
半導体基板11は、電力増幅器3が形成され いる。電力増幅器3を形成した半導体基板11 裏面上に、発熱素子4を配置する。
モジュール基板13は、電力増幅器3がフリ プチップ実装され、発熱素子4への制御信号 は、モジュール基板13上に形成した配線、並 に、半導体基板11に形成した貫通ビアを通 て送る。
本実施形態によれば、ベースバンド信号 発生するベースバンド信号発生器と、ベー バンド信号をRF信号に変換するRF信号変換器 と、電力増幅器と、発熱素子と、ベースバン ド信号に基づいて電力増幅器と発熱素子の発 熱量を一定にする制御部と、発熱素子の発熱 量を電力増幅器に伝熱する手段とを備えるこ とで、電力増幅器の発熱量が常に一定の状態 に保たれ、自己発熱に起因した振幅歪、並び に、位相歪を低減することが可能になる。
また、上述の制御部を、RF信号と電力増 器にRF信号が入力された時に電力増幅器が発 熱する発熱量の関係を蓄えた増幅器発熱量記 憶部と、発熱素子への入力信号と発熱素子の 発熱量の関係を蓄えた発熱素子発熱量記憶部 と、増幅器発熱量記憶部と発熱素子発熱量記 憶部のデータを参照し電力増幅器と発熱素子 の発熱量を一定にする信号を発熱素子へ送信 する発熱素子制御部とで、構成することで、 リアルタイムで自己発熱に起因した歪を補償 することが可能になる。
さらに、電力増幅器3を形成した半導体基 板11の裏面上に発熱素子4をマウントすること で、電力増幅器3を形成した半導体基板11が、 伝熱線の役割を果たすため、特別な伝熱線を 設ける必要が無いため、低コスト化がはかれ る。
この出願は、2008年1月30日に出願された日 本出願特願2008-019221を基礎とする優先権を主 し、その開示の全てをここに取り込む。
1 ベースバンド信号発生器(ベースバンド
号発生手段)
2、22 RF信号変換器(RF信号変換手段)
3 電力増幅器(電力増幅手段)
4 発熱素子(発熱手段)
5 (発熱素子発熱量)記憶部(第1の記憶手段)
6 (増幅器発熱量)記憶部(第2の記憶手段)
7 発熱素子制御部(発熱素子制御手段)
8 伝熱線(伝熱手段)
9 分配器(分配手段)
10 減算器(減算手段)
11 半導体基板
13 モジュール基板
14 ピークベースバンド信号のRF信号変換