増幅器および無線通信装置
【課題】電源の破壊を防止することが可能な増幅器およびその増幅器を搭載した無線通信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る増幅器は、電源部から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタ３１と、トランジスタ３１と同一の半導体基板３０上で、かつ電源部２１とトランジスタ３１との電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に、直流電気的に開放状態となる過電流防止素子３２とを備えている
【解決手段】本発明に係る増幅器は、電源部から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタ３１と、トランジスタ３１と同一の半導体基板３０上で、かつ電源部２１とトランジスタ３１との電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に、直流電気的に開放状態となる過電流防止素子３２とを備えている
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅器および無線通信装置に関し、詳細には、電源を用いて駆動されるトランジスタを用いた増幅器およびその増幅器を搭載した無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話システムに代表される様々な無線通信システムが使用されている。これに伴って、これらの無線通信システムを用いた様々なサービスを受けるための無線機も多数製造・販売されている。無線機の種類も、携帯電話やパーソナルコンピュータに接続して用いるＰＣカード等の小型なものから、無線ＬＡＮで用いられるアクセスポイント等の中型のもの、さらに携帯電話基地局のような大型のものまで様々な種類が存在する。
【０００３】
通常、無線機はアンテナを具備し、空間中に信号を送信したり空間中の信号を受信して交信を行う。信号の電力は、空間中を伝播してゆく過程において、降雨による散乱等により減衰する。このため、無線機は、通常、アンテナから信号を送信する場合には、システム仕様で規定された範囲内で必要なレベルにまで電力を増幅するための電力増幅器を備えており、また、アンテナで信号を受信する際に信号を復調するために必要なレベルにまで電力を増幅する低雑音増幅器を備えている。
【０００４】
電力増幅器や低雑音増幅器等の増幅器には、通常、半導体トランジスタが用いられ、それらを駆動するための電源を外部から供給する必要がある。電源とは、具体的には、小型無線機の場合は電池であり、大型無線機の場合はバッテリーなどである。
【０００５】
増幅器に用いられる半導体トランジスタは、半導体トランジスタが許容できる大きさを超えた大電力信号が入力された場合や、半導体トランジスタが許容できる規定値以上の電圧が電源から供給された場合には破壊されてしまう。半導体トランジスタが破壊された場合には、破壊される箇所にも拠るが、半導体トランジスタの有する端子のうち端子同士が短絡状態になる場合もある。すなわち、電源によって駆動電圧を印加されている端子が接地されている端子と短絡され、電源が短絡されてしまうことが起こりうる。
【０００６】
例えば、バイポーラトランジスタを用いたエミッタ接地増幅器を例に挙げると、コレクタ端子に駆動用電源が接続され、ベース端子に入力側の電源が接続され、エミッタ端子は接地される。ここで、エミッタ接地増幅器に大電力信号が入力され、エミッタ接地増幅器が破壊されたとする。エミッタ接地増幅器が破壊された時の状態は様々な態様があるが、例えば、コレクタ端子とエミッタ端子が短絡して破壊される場合もある。この場合には、コレクタ端子に接続された駆動用電源が短絡されてしまうことになる。
【０００７】
このように電源が短絡された場合、電源回路や電圧変換器などに大電流が流れ、これらの回路が破壊されてしまったり、電流経路に抵抗器などがある場合には、回路が発熱する場合がある。
【０００８】
例えば、特許文献１では、トランジスタのソース−ドレイン間の電位差である検出電圧を所定電圧と比較し、検出電圧が所定電圧を超えた場合に、トランジスタのゲートに短絡検出信号を送出してトランジスタをオフさせ、トランジスタの破壊を防ぐ方法が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１７１１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、同文献の技術では、何等かの原因で電源の短絡が生じた場合に、トランジスタを保護することは可能であるが、電源の短絡自体を防止することができないという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電源の破壊を防止することが可能な増幅器およびその増幅器を搭載した無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電源部から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタと、前記トランジスタと同一基板上で、かつ前記電源部と前記トランジスタとの電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に直流電気的に開放状態となる過電流防止素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、高周波信号を送信または受信する無線通信装置において、高周波信号を電力増幅する増幅器と、無線通信装置の各部に駆動電力を供給する、電池を含む電源部と、を備え、前記増幅器は、前記電源部から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタと、前記電源部と前記トランジスタとの電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に、直流電気的に開放状態となる過電流防止素子と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、トランジスタと同一基板上で、かつ電源部と前記トランジスタとの電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に直流電気的に開放状態となる過電流防止素子を備えているので、トランジスタが短絡状態で破壊された場合には、過電流防止素子が直流的に開放状態となるように破壊されるため、電源が破壊されることはなく、電源の破壊を防止することが可能な増幅器およびその増幅器を搭載した無線通信装置を提供することが可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る増幅器および無線通信装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必要であるとは限らない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置１の一構成例を示す図である。無線送信装置１は、図１に示す如く、ベースバンド信号処理部１１と、ベースバンド用ローパスフィルタ１２と、第１のシンセサイザ１３と、直交変調器１４と、ＩＦフィルタ１５と、第２のシンセサイザ１６と、アップコンバータ１７と、ＲＦフィルタ１８と、増幅器１９と、アンテナ２０と、電源部２１とを備えている。
【００１７】
ベースバンド信号処理部１１は、ベースバンド信号を生成してローパスフィルタ１２に出力する。ベースバンド用ローパスフィルタ１２は、ベースバンド信号処理部１１から入力されるベースバンド信号の所定の帯域を通過させて直交変調部１４に出力する。第１のシンセサイザ１３は、所定周波数の正弦波及び余弦波を直交変調部１４に出力する。直交変調器１４は、第１のシンセサイザ１３から入力される所定周波数の正弦波及び余弦波をベースバンド用ローパスフィルタ１２から入力されるベースバンド信号でそれぞれ変調して、ＩＦ信号をＩＦフィルタ１５に出力する。
【００１８】
ＩＦフィルタ１５は、直交変調器１４から入力されるＩＦ信号に対して所定の帯域を通過させてアップコンバータ１７に出力する。第２のシンセサイザ１６は、複数個の選択可能なチャンネルの中から選択した１個のチャンネルの周波数の正弦波を生成してアップコンバータ１７に出力する。アップコンバータ１７は、第２のシンセサイザ１６から入力される正弦波をＩＦフィルタ１５から入力されるＩＦ信号で変調して、ＲＦ信号をＲＦフィルタ１８に出力する。ＲＦフィルタ１８は、アップコンバータ１７から入力されるＲＦ信号の所定の帯域を通過させて増幅器１９に出力する。増幅器１９は、ＲＦフィルタ１８から入力されるＲＦ信号を電力増幅して、アンテナ２０に出力する。
【００１９】
電源部２１は、無線通信装置１の各部に駆動電力を供給する。電源部２１は、電池２２と、電池２２から出力されるＤＣ電力を所定レベルに変換して無線通信装置１の各部に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２３とを備えている。
【００２０】
図２は、図１の増幅器１９の一構成例を示す図である。増幅器１９は、図２に示すように、電源部２１から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタ３１と、電源部２１とトランジスタ３１との電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に直流電気的に開放状態となる過電流防止素子３２と、信号入力端子３３と、信号出力端子３４と、入力整合回路３５と、出力整合回路３６とを備えている。トランジスタ３１および過電流防止素子３２は、半導体基板３０上に形成されている。
【００２１】
トランジスタ３１は、半導体基板３０上に、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）やＳｉＧｅ（シリコンゲルマン）などの半導体で形成することができる。過電流防止素子３２は、すず、鉛、銀、およびベーター黄銅等やこれらの合金のように、ある定格値以上の電流が導体に流れるとその内部抵抗により発熱し、その発熱温度に一定時間さらされた場合に融解・溶断される低融点金属を使用することができる。また、過電流防止素子３２は、上述したように、トランジスタ３１が形成される半導体基板３０と同一の基板上に形成され、電流ヒューズとして機能する。
【００２２】
トランジスタ３１と過電流防止素子３２は、公知の半導体製造プロセスを使用して、同一の半導体基板３０上に、同一の半導体製造プロセス中で形成することができる。また、トランジスタ３１と過電流防止素子３２は、ＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ「マイクロ波モノリシック集積回路」）として同一半導体基板３０上に集積することができる。これにより、増幅器１９の回路規模の増大や部品点数の増加を防止することができ、増幅器１９を小型かつ安価に構成することができる。
【００２３】
なお、増幅器１９には、ＲＦフィルタ１８（図１参照）から変調された高周波信号が入力されるが、以下の説明では、説明の簡略化のために、周波数が１ＧＨｚの正弦波（以下、「ＳＩＮ波」と称する）を入力信号として使用した場合について説明する。
【００２４】
つぎに、上記構成の増幅器１９の動作の概略を説明する。まず、信号入力端子３３から１ＧＨｚのＳＩＮ波信号が入力される。信号入力端子３３から入力されたＳＩＮ波信号は、入力整合回路３５でインピーダンス整合された後、トランジスタ３１で増幅される。トランジスタ３１で増幅されたＳＩＮ波信号は、出力整合回路３６でインピーダンス整合された後、信号出力端子３４から出力される。
【００２５】
図３は、図２の増幅器１９の詳細な構成例を示す図である。トランジスタ３１は、バイポーラトランジスタを用いたエミッタ接地増幅器で構成されている。過電流防止素子３２は、電源部２１とトランジスタ３１のコレクタ端子間の電源供給線路上に挿入接続されている。
【００２６】
入力整合回路３５は、その一端側が信号入力端子３３に接続され、その他端側が第２の入力キャパシタＣ２に接続された第１の入力キャパシタＣ１と、その一端側が第１の入力キャパシタＣ２に接続され、その他端側がトランジスタ３１のベース端子に接続された第２の入力キャパシタＣ２と、第１のキャパシタＣ１と第２のキャパシタＣ２の接続点と接地間に接続された第１の入力インダクタＬ１と、第２のキャパシタＣ２とトランジスタ３１のベース端子の接続点と電源部３１間に挿入接続されたベースバイアス供給用チョークインダクタＬ２と、を備えている。
【００２７】
この入力整合回路３５において、第１の入力キャパシタＣ１、第１の入力インダクタＬ１、および第２の入力キャパシタＣ２は、信号入力端子３３から入力される入力信号が反射損失が少ない状態でトランジスタ３１に入力するように、入力インピーダンス整合回路を形成している。
【００２８】
出力整合回路３６は、その一端側が過電流防止素子３２と接続され、その他端側がトランジスタ３１のコレクタ端子と接続されたコレクタバイアス供給用チョークインダクタＬ３と、その一端側がトランジスタ３１のコレクタ端子とコレクタバイアス供給用チョークインダクタＬ３の接続点に接続され、その他端側が第２の出力キャパシタＣ４に接続された第１の出力インダクタＬ４と、その一端側が第１の出力インダクタＬ４と接続され、その他端側が信号出力端子３４と接続された第２の出力キャパシタＣ４と、第１の出力インダクタＬ４と第２の出力キャパシタＣ４の接続点と接地間に接続された第１の出力キャパシタＣ３と、を備えている。
【００２９】
この出力整合回路３６では、第１の出力インダクタＬ４、第１の出力キャパシタＣ３、および第２の出力キャパシタＣ４は、トランジスタ３１から出力される出力信号が反射損失が少ない状態で信号出力端子３４に出力されるように、出力インピーダンス整合回路を形成している。
【００３０】
トランジスタ３１は、電源部２１から過電流防止素子３２およびコレクタバイアス供給用チョークインダクタＬ３を介して、コレクタバイアスが供給される。また、トランジスタ３１には、電源部２１からベースバイアス供給用チョークインダクタＬ２を介して、ベースバイアスが供給される。
【００３１】
つぎに、図３の構成の増幅器１９が通常の増幅動作を行う場合について説明する。以下の説明では、トランジスタ３１のコレクタ端子が直流電圧３．５Ｖにバイアスされており、ベース端子は直流電圧１．５Ｖにバイアスされているものとして説明する。この場合、トランジスタ３１のコレクタ端子からエミッタ端子には、直流バイアス電流１００ｍＡが流れているものとして説明する。
【００３２】
まず、信号入力端子３３から入力整合回路３５に入力されたＳＩＮ波信号は、第１の入力キャパシタＣ１、第１の入力インダクタＬ１、および第２の入力キャパシタＣ２を介して、トランジスタ３１のベース端子に入力される。ベース端子に入力されたＳＩＮ波信号は、トランジスタ３１の利得倍に増幅されてコレクタ端子から出力される。コレクタ端子の出力は、第１の出力インダクタＬ４、第１の出力キャパシタＣ３、および第２の出力キャパシタＣ４を介して信号出力端子３４に出力される。
【００３３】
過電流防止素子３２の特性について詳細に説明する。ここで、過電流防止素子３２の特性を説明するために、まず、トランジスタ３１が増幅動作をする場合にコレクタ端子に流れ得る最大電流値について説明する。図４は、Ａ級増幅動作を行うトランジスタ３１の特性の一例を示す図である。
【００３４】
図４において、横軸はコレクタ端子の電圧値、縦軸はコレクタ端子を流れる電流値を示している。また、図４において、実線は、ベース電圧Ｖｂ＝１．３Ｖ、１．５Ｖ、１．６Ｖ、１．７Ｖとした場合のコレクタ電圧に対するコレクタ電流特性、黒丸は直流バイアス点、一点鎖線はトランジスタ３１の負荷線をそれぞれ示している。なお、Ｖｍａｘで示されるコレクタ電流が「ゼロ」のときのコレクタ電圧は、トランジスタ３１が破壊されてしまうブレークダウン電圧より十分低い電圧であるものとする。
【００３５】
トランジスタ３１がＡ級増幅動作を行う場合、バイアス点を中心にコレクタ電流およびコレクタ電圧は等しい振幅で変化する。換言すると、トランジスタ３１の動作点は負荷線上を動くことになる。トランジスタのＡ級増幅動作の詳細な説明は、参考文献「マイクロ波トランジスタ」高山洋一郎著 社団法人電子情報通信学会などに記載されているため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３６】
Ａ級増幅動作をするトランジスタ３１にＳＩＮ波信号が入力された場合、コレクタ端子に流れる最大電流値は２００ｍＡとなる。本実施の形態では、過電流防止素子３２は、少なくとも２００ｍＡ以下の電流では物理的に開放状態にならないように構成されている。
【００３７】
また、本実施の形態においては、トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合とは、トランジスタ３１のコレクタ端子とエミッタ端子が短絡されることに相当する。トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合、本実施の形態では電源部２１が短絡されることになる。電源部２１が短絡された場合には、コレクタ端子と電源部２１を接続する線路に短絡電流が流れることになるが、この短絡電流は、コレクタ端子に流れる最大電流値２００ｍＡを大きく上回ることになる。
【００３８】
一例として短絡電流が７Ａである場合について考察する。本形態では、電源部２１より供給される電圧が３．５Ｖであるため、トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合に、電源部２１と短絡面との間に存在する電源部２１の内部抵抗や短絡状態で破壊されたトランジスタ３１の寄生抵抗などの抵抗値の合計は０．５Ωとなる。
【００３９】
上述したように、通常の増幅動作時にはコレクタ電流が２００ｍＡ以上になることはないため、コレクタ電流が２００ｍＡ以上になる場合は過電流状態である。しかるに、実際の実装回路においては、トランジスタ特性の製造バラツキ、動作時の温度変化による電流値のバラツキ、および雑音の重畳による一時的な電流増加等により、瞬間的に２００ｍＡを超えてしまう場合もある。このため、２００ｍＡを超える電流が瞬間的に流れた場合であっても電源が短絡されたような異常な状態であるとは限らない。そこで、本実施の形態においては、過電流防止素子３２は、トランジスタ３１の通常動作時にコレクタ端子に流れ得る最大電流値のｎ倍（但し、ｎ＞１）の電流が流れた場合に物理的に開放状態で破壊されるように構成している。以下の説明では、一例として、過電流防止素子３２を、トランジスタ３１の通常動作時の最大電流値２００ｍＡの５倍である１Ａの電流が流れた場合に、物理的に開放状態で破壊されるように構成した場合について説明する。
【００４０】
図５は、過電流防止素子３２の特性の一例を示す図である。図５において、横軸は過電流防止素子３２が破壊される定格電流であり、左縦軸は内部抵抗、右縦軸は過電流防止素子３２の内部抵抗により過電流防止素子３２が発熱・溶断するときの発熱量を示している。また、図４において、（Ａ）は、過電流防止素子３２の内部抵抗の特性、（Ｂ）は、過電流防止素子３２の溶断時の発熱量の特性を示している。
【００４１】
図５において、過電流防止素子３２は定格電流が１Ａであるため、内部抵抗が０．１Ωであり、２．０Ｊの熱量が発生すると溶断する特性を有する。過電流防止素子３２は、増幅器１９が通常の増幅動作をしている際にトランジスタ３１のコレクタ端子に流れる電流２００ｍＡの５倍の電流である１Ａの電流が流れることが無い限り、物理的に開放状態で破壊されること無く、抵抗値０．１Ωの低抵抗体として機能する。
【００４２】
つぎに、トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合の動作について説明する。トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合には、電源部２１の電圧は、全て過電流防止素子３２に印加されることになる。すなわち、過電流防止素子３２には、３．５Ｖ以上の電源電圧が印加され、過電流防止素子３２の内部抵抗値が０．１Ωの場合は、３５Ａ以上の大電流が流れることになる。
【００４３】
過電流防止素子３２は、２．０Ｊの熱量が発生した場合に溶断・破壊されるため、トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合には、過電流防止素子３２に３５Ａの電流が流れ、２．０Ｊを超える熱量が発生し、過電流防止素子３２は開放状態で破壊される。過電流防止素子３２が開放状態で破壊された場合には、電源部２１は開放状態になり、電源部２１には短絡電流が流れることを防止することができる。
【００４４】
以上説明したように、実施の形態１の増幅器１９によれば、トランジスタ３１と同一の半導体基板３０上で、かつ電源部２１とトランジスタ３１との電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に、直流電気的に開放状態となる過電流防止素子３２とを備えているので、トランジスタと過電流防止素子とを同一の半導体基板上に形成して小型・安価な構成とすることができ、また、トランジスタが短絡状態で破壊された場合には、過電流防止素子が直流的に開放状態となるように破壊されるため、電源部が短絡されて破壊されることを防止することができる。
【００４５】
また、過電流防止素子３２は、すず、鉛、銀、およびベーター黄銅のいずれか１つ、または、これらの合金からなる低融点金属で形成されており、所定値以上の電流が流れた場合に、発熱して溶断する低抵抗導体であることとしたので、安価な材料を使用して、所定値以上の電流が流れた場合に、物理的に開放状態で破壊される過電流防止素子を実現することができる。
【００４６】
また、過電流防止素子３２が破壊される電流の所定値を、トランジスタ３１の正常動作時に流れる最大電流値のｎ倍（ｎ＞１）としたので、トランジスタ３１の短絡に起因するものではなく、トランジスタ特性の製造バラツキ、動作時の温度変化による電流値のバラツキ、および雑音の重畳による一時的な電流増加等により、瞬時的にトランジスタ３１の最大電流値を少し越える電流が過電流防止素子３２に流れた場合に過電流防止素子３２が破壊されるのを防止することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態１では、増幅器１９が周波数１ＧＨｚのＳＩＮ波を増幅する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、１ＧＨｚ以外の周波数の信号を増幅する場合や、ＳＩＮ波ではなく振幅変調や位相変調された変調波を増幅する場合についても適用可能である。
【００４８】
また、本実施の形態１では、過電流防止素子３２が、トランジスタ３１のコレクタ電流の最大電流値の５倍の電流が流れた場合に破壊される特性を有する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、溶断熱量などの値が異なる場合であってもよい。
【００４９】
また、本実施の形態１では、トランジスタ３１として、エミッタ接地型バイポーラトランジスタを例示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、コレクタ接地型またはベース接地型バイポーラトランジスタでもよく、また、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用することにしてもよい。
【００５０】
また、実施の形態１では、増幅器１９は、１つのトランジスタ３１を備えた構成としたが、本発明はこれに限られるものではなく、複数のトランジスタを備えた構成としてもよい。
【００５１】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る増幅器について説明する。上記実施の形態１の増幅器１９は、トランジスタ３１および過電流防止素子３２を同一半導体基板３０上に形成した構成である。これに対して、実施の形態２に係る増幅器１９は、過電流防止素子３２をトランジスタ３１と同一の半導体基板３上に形成せずに、トランジスタ３１が形成されている半導体基板が実装されるセラミック基板上に実装した場合について説明する。実施の形態２において、実施の形態１と共通する部分の説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００５２】
図６は、実施の形態２に係る増幅器１９の一構成例を示す図である。図６において、図２と同等機能を有する部位には同一符号を付している。増幅器１９は、図６に示すように、トランジスタ３１、過電流防止素子３２、信号入力端子３３、出力信号端子３４、入力整合回路３５、および出力整合回路３６を備えている。トランジスタ３１、過電流防止素子３２、入力整合回路３５、および出力整合回路３６は、セラミック基板４０に実装されている。
【００５３】
トランジスタ３１は、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）やＳｉＧｅ（シリコンゲルマン）などで形成される半導体トランジスタで構成されている。過電流防止素子３２は、すず、鉛、銀、ベーター黄銅などや、それらの合金などのように、ある規定値以上の温度に一定時間曝された場合に融解、溶断される低融点金属を用いた電流ヒューズであり、かつ、トランジスタ３１が形成されたＭＭＩＣが実装されるセラミック基板４０に実装されている。
【００５４】
実施の形態２の増幅器１９は、トランジスタ３１と過電流防止素子３２が同一の半導体基板上に形成されていないため、トランジスタ３１や電源部２１として、別個に任意の特性を持つものを用いる必要がある場合であっても、トランジスタ３１や電源部２１の特性に合わせた最適な過電流防止素子３２を選択して、増幅器１９を構成することができる。すなわち、種々の特性を有する電源部２１やトランジスタ３１を組み合わせた任意の特性を有し、かつ、電源部２１が短絡されることを防止できる増幅器１９を実現することができる。
【００５５】
トランジスタ３１を半導体基板上に形成する方法、および過電流防止素子３２をセラミック基板に実装する方法は、公知の方法を使用することができるので、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
過電流防止素子３２としては、例えば、セラミック基板４０上の表面に実装可能なチップ部品タイプの電流ヒューズを使用することができ、上記図５に示した特性を有するものを使用することができる。トランジスタ３１、入力整合回路３５、および出力整合回路３６の回路構成は、上記図３の構成と同様であるのでその説明は省略する。
【００５７】
実施の形態２の増幅器１９においては、信号入力端子３３から入力された入力信号を増幅し、信号出力端子３４より出力する通常の増幅動作、および、トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合に過電流防止素子３２が開放状態で破壊されることにより電源部２１の短絡を防ぐ動作は実施の形態１と同様である。
【００５８】
以上説明したように、実施の形態２の増幅器１９によれば、特性の異なる様々なトランジスタや電源部を使用する増幅器において、増幅器に使用されるトランジスタが短絡状態で破壊された場合に電源が短絡されてしまうことを防止し、電源に短絡電流が流れることによる電源回路等の破壊を防止することが可能となる。
【００５９】
なお、実施の形態２においては、実施の形態１と同様に、入力信号周波数や変調方式、トランジスタの構造等が異なる場合についても適用可能である。また、実施の形態２においては、トランジスタと過電流防止素子が同一セラミック基板上に実装される場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、セラミック基板の代わりに樹脂基板を使用することにしても良い。
【００６０】
また、上記実施の形態１および実施の形態２では、増幅器を無線通信装置に適用した場合について説明したが、本発明の増幅器は、無線通信装置以外の他の機器にも適用可能であり、高周波信号を増幅する装置に広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る増幅器は、高周波信号を増幅する増幅器に広く有用であり、また、本発明に係る無線通信装置は、携帯電話端末やＰＨＳ端末等の移動端末、基地局、およびデジタルテレビジョン信号の送信装置等の各種無線通信装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る増幅器の構成例を示す図である。
【図３】図２の増幅器の詳細な構成例を示す図である。
【図４】図３のトランジスタの電流電圧特性の一例を示す図である。
【図５】図３の過電流防止素子の電流ヒューズの特性の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る増幅器の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 無線通信装置
１１ ベースバンド信号処理部
１２ ベースバンド用ローパスフィルタ
１３ 第１のシンセサイザ
１４ 直交変調器
１５ ＩＦフィルタ
１６ 第２のシンセサイザ
１７ アップコンバータ
１８ ＲＦフィルタ
１９ 増幅器
２０ アンテナ
２１ 電源部
２２ 電池
２３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３１ トランジスタ
３２ 過電流防止素子
３３ 信号入力端子
３４ 信号出力端子
３５ 入力整合回路
３６ 出力整合回路
４０ セラミック基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅器および無線通信装置に関し、詳細には、電源を用いて駆動されるトランジスタを用いた増幅器およびその増幅器を搭載した無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話システムに代表される様々な無線通信システムが使用されている。これに伴って、これらの無線通信システムを用いた様々なサービスを受けるための無線機も多数製造・販売されている。無線機の種類も、携帯電話やパーソナルコンピュータに接続して用いるＰＣカード等の小型なものから、無線ＬＡＮで用いられるアクセスポイント等の中型のもの、さらに携帯電話基地局のような大型のものまで様々な種類が存在する。
【０００３】
通常、無線機はアンテナを具備し、空間中に信号を送信したり空間中の信号を受信して交信を行う。信号の電力は、空間中を伝播してゆく過程において、降雨による散乱等により減衰する。このため、無線機は、通常、アンテナから信号を送信する場合には、システム仕様で規定された範囲内で必要なレベルにまで電力を増幅するための電力増幅器を備えており、また、アンテナで信号を受信する際に信号を復調するために必要なレベルにまで電力を増幅する低雑音増幅器を備えている。
【０００４】
電力増幅器や低雑音増幅器等の増幅器には、通常、半導体トランジスタが用いられ、それらを駆動するための電源を外部から供給する必要がある。電源とは、具体的には、小型無線機の場合は電池であり、大型無線機の場合はバッテリーなどである。
【０００５】
増幅器に用いられる半導体トランジスタは、半導体トランジスタが許容できる大きさを超えた大電力信号が入力された場合や、半導体トランジスタが許容できる規定値以上の電圧が電源から供給された場合には破壊されてしまう。半導体トランジスタが破壊された場合には、破壊される箇所にも拠るが、半導体トランジスタの有する端子のうち端子同士が短絡状態になる場合もある。すなわち、電源によって駆動電圧を印加されている端子が接地されている端子と短絡され、電源が短絡されてしまうことが起こりうる。
【０００６】
例えば、バイポーラトランジスタを用いたエミッタ接地増幅器を例に挙げると、コレクタ端子に駆動用電源が接続され、ベース端子に入力側の電源が接続され、エミッタ端子は接地される。ここで、エミッタ接地増幅器に大電力信号が入力され、エミッタ接地増幅器が破壊されたとする。エミッタ接地増幅器が破壊された時の状態は様々な態様があるが、例えば、コレクタ端子とエミッタ端子が短絡して破壊される場合もある。この場合には、コレクタ端子に接続された駆動用電源が短絡されてしまうことになる。
【０００７】
このように電源が短絡された場合、電源回路や電圧変換器などに大電流が流れ、これらの回路が破壊されてしまったり、電流経路に抵抗器などがある場合には、回路が発熱する場合がある。
【０００８】
例えば、特許文献１では、トランジスタのソース−ドレイン間の電位差である検出電圧を所定電圧と比較し、検出電圧が所定電圧を超えた場合に、トランジスタのゲートに短絡検出信号を送出してトランジスタをオフさせ、トランジスタの破壊を防ぐ方法が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１７１１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、同文献の技術では、何等かの原因で電源の短絡が生じた場合に、トランジスタを保護することは可能であるが、電源の短絡自体を防止することができないという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電源の破壊を防止することが可能な増幅器およびその増幅器を搭載した無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電源部から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタと、前記トランジスタと同一基板上で、かつ前記電源部と前記トランジスタとの電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に直流電気的に開放状態となる過電流防止素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、高周波信号を送信または受信する無線通信装置において、高周波信号を電力増幅する増幅器と、無線通信装置の各部に駆動電力を供給する、電池を含む電源部と、を備え、前記増幅器は、前記電源部から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタと、前記電源部と前記トランジスタとの電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に、直流電気的に開放状態となる過電流防止素子と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、トランジスタと同一基板上で、かつ電源部と前記トランジスタとの電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に直流電気的に開放状態となる過電流防止素子を備えているので、トランジスタが短絡状態で破壊された場合には、過電流防止素子が直流的に開放状態となるように破壊されるため、電源が破壊されることはなく、電源の破壊を防止することが可能な増幅器およびその増幅器を搭載した無線通信装置を提供することが可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る増幅器および無線通信装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必要であるとは限らない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置１の一構成例を示す図である。無線送信装置１は、図１に示す如く、ベースバンド信号処理部１１と、ベースバンド用ローパスフィルタ１２と、第１のシンセサイザ１３と、直交変調器１４と、ＩＦフィルタ１５と、第２のシンセサイザ１６と、アップコンバータ１７と、ＲＦフィルタ１８と、増幅器１９と、アンテナ２０と、電源部２１とを備えている。
【００１７】
ベースバンド信号処理部１１は、ベースバンド信号を生成してローパスフィルタ１２に出力する。ベースバンド用ローパスフィルタ１２は、ベースバンド信号処理部１１から入力されるベースバンド信号の所定の帯域を通過させて直交変調部１４に出力する。第１のシンセサイザ１３は、所定周波数の正弦波及び余弦波を直交変調部１４に出力する。直交変調器１４は、第１のシンセサイザ１３から入力される所定周波数の正弦波及び余弦波をベースバンド用ローパスフィルタ１２から入力されるベースバンド信号でそれぞれ変調して、ＩＦ信号をＩＦフィルタ１５に出力する。
【００１８】
ＩＦフィルタ１５は、直交変調器１４から入力されるＩＦ信号に対して所定の帯域を通過させてアップコンバータ１７に出力する。第２のシンセサイザ１６は、複数個の選択可能なチャンネルの中から選択した１個のチャンネルの周波数の正弦波を生成してアップコンバータ１７に出力する。アップコンバータ１７は、第２のシンセサイザ１６から入力される正弦波をＩＦフィルタ１５から入力されるＩＦ信号で変調して、ＲＦ信号をＲＦフィルタ１８に出力する。ＲＦフィルタ１８は、アップコンバータ１７から入力されるＲＦ信号の所定の帯域を通過させて増幅器１９に出力する。増幅器１９は、ＲＦフィルタ１８から入力されるＲＦ信号を電力増幅して、アンテナ２０に出力する。
【００１９】
電源部２１は、無線通信装置１の各部に駆動電力を供給する。電源部２１は、電池２２と、電池２２から出力されるＤＣ電力を所定レベルに変換して無線通信装置１の各部に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２３とを備えている。
【００２０】
図２は、図１の増幅器１９の一構成例を示す図である。増幅器１９は、図２に示すように、電源部２１から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタ３１と、電源部２１とトランジスタ３１との電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に直流電気的に開放状態となる過電流防止素子３２と、信号入力端子３３と、信号出力端子３４と、入力整合回路３５と、出力整合回路３６とを備えている。トランジスタ３１および過電流防止素子３２は、半導体基板３０上に形成されている。
【００２１】
トランジスタ３１は、半導体基板３０上に、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）やＳｉＧｅ（シリコンゲルマン）などの半導体で形成することができる。過電流防止素子３２は、すず、鉛、銀、およびベーター黄銅等やこれらの合金のように、ある定格値以上の電流が導体に流れるとその内部抵抗により発熱し、その発熱温度に一定時間さらされた場合に融解・溶断される低融点金属を使用することができる。また、過電流防止素子３２は、上述したように、トランジスタ３１が形成される半導体基板３０と同一の基板上に形成され、電流ヒューズとして機能する。
【００２２】
トランジスタ３１と過電流防止素子３２は、公知の半導体製造プロセスを使用して、同一の半導体基板３０上に、同一の半導体製造プロセス中で形成することができる。また、トランジスタ３１と過電流防止素子３２は、ＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ「マイクロ波モノリシック集積回路」）として同一半導体基板３０上に集積することができる。これにより、増幅器１９の回路規模の増大や部品点数の増加を防止することができ、増幅器１９を小型かつ安価に構成することができる。
【００２３】
なお、増幅器１９には、ＲＦフィルタ１８（図１参照）から変調された高周波信号が入力されるが、以下の説明では、説明の簡略化のために、周波数が１ＧＨｚの正弦波（以下、「ＳＩＮ波」と称する）を入力信号として使用した場合について説明する。
【００２４】
つぎに、上記構成の増幅器１９の動作の概略を説明する。まず、信号入力端子３３から１ＧＨｚのＳＩＮ波信号が入力される。信号入力端子３３から入力されたＳＩＮ波信号は、入力整合回路３５でインピーダンス整合された後、トランジスタ３１で増幅される。トランジスタ３１で増幅されたＳＩＮ波信号は、出力整合回路３６でインピーダンス整合された後、信号出力端子３４から出力される。
【００２５】
図３は、図２の増幅器１９の詳細な構成例を示す図である。トランジスタ３１は、バイポーラトランジスタを用いたエミッタ接地増幅器で構成されている。過電流防止素子３２は、電源部２１とトランジスタ３１のコレクタ端子間の電源供給線路上に挿入接続されている。
【００２６】
入力整合回路３５は、その一端側が信号入力端子３３に接続され、その他端側が第２の入力キャパシタＣ２に接続された第１の入力キャパシタＣ１と、その一端側が第１の入力キャパシタＣ２に接続され、その他端側がトランジスタ３１のベース端子に接続された第２の入力キャパシタＣ２と、第１のキャパシタＣ１と第２のキャパシタＣ２の接続点と接地間に接続された第１の入力インダクタＬ１と、第２のキャパシタＣ２とトランジスタ３１のベース端子の接続点と電源部３１間に挿入接続されたベースバイアス供給用チョークインダクタＬ２と、を備えている。
【００２７】
この入力整合回路３５において、第１の入力キャパシタＣ１、第１の入力インダクタＬ１、および第２の入力キャパシタＣ２は、信号入力端子３３から入力される入力信号が反射損失が少ない状態でトランジスタ３１に入力するように、入力インピーダンス整合回路を形成している。
【００２８】
出力整合回路３６は、その一端側が過電流防止素子３２と接続され、その他端側がトランジスタ３１のコレクタ端子と接続されたコレクタバイアス供給用チョークインダクタＬ３と、その一端側がトランジスタ３１のコレクタ端子とコレクタバイアス供給用チョークインダクタＬ３の接続点に接続され、その他端側が第２の出力キャパシタＣ４に接続された第１の出力インダクタＬ４と、その一端側が第１の出力インダクタＬ４と接続され、その他端側が信号出力端子３４と接続された第２の出力キャパシタＣ４と、第１の出力インダクタＬ４と第２の出力キャパシタＣ４の接続点と接地間に接続された第１の出力キャパシタＣ３と、を備えている。
【００２９】
この出力整合回路３６では、第１の出力インダクタＬ４、第１の出力キャパシタＣ３、および第２の出力キャパシタＣ４は、トランジスタ３１から出力される出力信号が反射損失が少ない状態で信号出力端子３４に出力されるように、出力インピーダンス整合回路を形成している。
【００３０】
トランジスタ３１は、電源部２１から過電流防止素子３２およびコレクタバイアス供給用チョークインダクタＬ３を介して、コレクタバイアスが供給される。また、トランジスタ３１には、電源部２１からベースバイアス供給用チョークインダクタＬ２を介して、ベースバイアスが供給される。
【００３１】
つぎに、図３の構成の増幅器１９が通常の増幅動作を行う場合について説明する。以下の説明では、トランジスタ３１のコレクタ端子が直流電圧３．５Ｖにバイアスされており、ベース端子は直流電圧１．５Ｖにバイアスされているものとして説明する。この場合、トランジスタ３１のコレクタ端子からエミッタ端子には、直流バイアス電流１００ｍＡが流れているものとして説明する。
【００３２】
まず、信号入力端子３３から入力整合回路３５に入力されたＳＩＮ波信号は、第１の入力キャパシタＣ１、第１の入力インダクタＬ１、および第２の入力キャパシタＣ２を介して、トランジスタ３１のベース端子に入力される。ベース端子に入力されたＳＩＮ波信号は、トランジスタ３１の利得倍に増幅されてコレクタ端子から出力される。コレクタ端子の出力は、第１の出力インダクタＬ４、第１の出力キャパシタＣ３、および第２の出力キャパシタＣ４を介して信号出力端子３４に出力される。
【００３３】
過電流防止素子３２の特性について詳細に説明する。ここで、過電流防止素子３２の特性を説明するために、まず、トランジスタ３１が増幅動作をする場合にコレクタ端子に流れ得る最大電流値について説明する。図４は、Ａ級増幅動作を行うトランジスタ３１の特性の一例を示す図である。
【００３４】
図４において、横軸はコレクタ端子の電圧値、縦軸はコレクタ端子を流れる電流値を示している。また、図４において、実線は、ベース電圧Ｖｂ＝１．３Ｖ、１．５Ｖ、１．６Ｖ、１．７Ｖとした場合のコレクタ電圧に対するコレクタ電流特性、黒丸は直流バイアス点、一点鎖線はトランジスタ３１の負荷線をそれぞれ示している。なお、Ｖｍａｘで示されるコレクタ電流が「ゼロ」のときのコレクタ電圧は、トランジスタ３１が破壊されてしまうブレークダウン電圧より十分低い電圧であるものとする。
【００３５】
トランジスタ３１がＡ級増幅動作を行う場合、バイアス点を中心にコレクタ電流およびコレクタ電圧は等しい振幅で変化する。換言すると、トランジスタ３１の動作点は負荷線上を動くことになる。トランジスタのＡ級増幅動作の詳細な説明は、参考文献「マイクロ波トランジスタ」高山洋一郎著 社団法人電子情報通信学会などに記載されているため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３６】
Ａ級増幅動作をするトランジスタ３１にＳＩＮ波信号が入力された場合、コレクタ端子に流れる最大電流値は２００ｍＡとなる。本実施の形態では、過電流防止素子３２は、少なくとも２００ｍＡ以下の電流では物理的に開放状態にならないように構成されている。
【００３７】
また、本実施の形態においては、トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合とは、トランジスタ３１のコレクタ端子とエミッタ端子が短絡されることに相当する。トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合、本実施の形態では電源部２１が短絡されることになる。電源部２１が短絡された場合には、コレクタ端子と電源部２１を接続する線路に短絡電流が流れることになるが、この短絡電流は、コレクタ端子に流れる最大電流値２００ｍＡを大きく上回ることになる。
【００３８】
一例として短絡電流が７Ａである場合について考察する。本形態では、電源部２１より供給される電圧が３．５Ｖであるため、トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合に、電源部２１と短絡面との間に存在する電源部２１の内部抵抗や短絡状態で破壊されたトランジスタ３１の寄生抵抗などの抵抗値の合計は０．５Ωとなる。
【００３９】
上述したように、通常の増幅動作時にはコレクタ電流が２００ｍＡ以上になることはないため、コレクタ電流が２００ｍＡ以上になる場合は過電流状態である。しかるに、実際の実装回路においては、トランジスタ特性の製造バラツキ、動作時の温度変化による電流値のバラツキ、および雑音の重畳による一時的な電流増加等により、瞬間的に２００ｍＡを超えてしまう場合もある。このため、２００ｍＡを超える電流が瞬間的に流れた場合であっても電源が短絡されたような異常な状態であるとは限らない。そこで、本実施の形態においては、過電流防止素子３２は、トランジスタ３１の通常動作時にコレクタ端子に流れ得る最大電流値のｎ倍（但し、ｎ＞１）の電流が流れた場合に物理的に開放状態で破壊されるように構成している。以下の説明では、一例として、過電流防止素子３２を、トランジスタ３１の通常動作時の最大電流値２００ｍＡの５倍である１Ａの電流が流れた場合に、物理的に開放状態で破壊されるように構成した場合について説明する。
【００４０】
図５は、過電流防止素子３２の特性の一例を示す図である。図５において、横軸は過電流防止素子３２が破壊される定格電流であり、左縦軸は内部抵抗、右縦軸は過電流防止素子３２の内部抵抗により過電流防止素子３２が発熱・溶断するときの発熱量を示している。また、図４において、（Ａ）は、過電流防止素子３２の内部抵抗の特性、（Ｂ）は、過電流防止素子３２の溶断時の発熱量の特性を示している。
【００４１】
図５において、過電流防止素子３２は定格電流が１Ａであるため、内部抵抗が０．１Ωであり、２．０Ｊの熱量が発生すると溶断する特性を有する。過電流防止素子３２は、増幅器１９が通常の増幅動作をしている際にトランジスタ３１のコレクタ端子に流れる電流２００ｍＡの５倍の電流である１Ａの電流が流れることが無い限り、物理的に開放状態で破壊されること無く、抵抗値０．１Ωの低抵抗体として機能する。
【００４２】
つぎに、トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合の動作について説明する。トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合には、電源部２１の電圧は、全て過電流防止素子３２に印加されることになる。すなわち、過電流防止素子３２には、３．５Ｖ以上の電源電圧が印加され、過電流防止素子３２の内部抵抗値が０．１Ωの場合は、３５Ａ以上の大電流が流れることになる。
【００４３】
過電流防止素子３２は、２．０Ｊの熱量が発生した場合に溶断・破壊されるため、トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合には、過電流防止素子３２に３５Ａの電流が流れ、２．０Ｊを超える熱量が発生し、過電流防止素子３２は開放状態で破壊される。過電流防止素子３２が開放状態で破壊された場合には、電源部２１は開放状態になり、電源部２１には短絡電流が流れることを防止することができる。
【００４４】
以上説明したように、実施の形態１の増幅器１９によれば、トランジスタ３１と同一の半導体基板３０上で、かつ電源部２１とトランジスタ３１との電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に、直流電気的に開放状態となる過電流防止素子３２とを備えているので、トランジスタと過電流防止素子とを同一の半導体基板上に形成して小型・安価な構成とすることができ、また、トランジスタが短絡状態で破壊された場合には、過電流防止素子が直流的に開放状態となるように破壊されるため、電源部が短絡されて破壊されることを防止することができる。
【００４５】
また、過電流防止素子３２は、すず、鉛、銀、およびベーター黄銅のいずれか１つ、または、これらの合金からなる低融点金属で形成されており、所定値以上の電流が流れた場合に、発熱して溶断する低抵抗導体であることとしたので、安価な材料を使用して、所定値以上の電流が流れた場合に、物理的に開放状態で破壊される過電流防止素子を実現することができる。
【００４６】
また、過電流防止素子３２が破壊される電流の所定値を、トランジスタ３１の正常動作時に流れる最大電流値のｎ倍（ｎ＞１）としたので、トランジスタ３１の短絡に起因するものではなく、トランジスタ特性の製造バラツキ、動作時の温度変化による電流値のバラツキ、および雑音の重畳による一時的な電流増加等により、瞬時的にトランジスタ３１の最大電流値を少し越える電流が過電流防止素子３２に流れた場合に過電流防止素子３２が破壊されるのを防止することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態１では、増幅器１９が周波数１ＧＨｚのＳＩＮ波を増幅する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、１ＧＨｚ以外の周波数の信号を増幅する場合や、ＳＩＮ波ではなく振幅変調や位相変調された変調波を増幅する場合についても適用可能である。
【００４８】
また、本実施の形態１では、過電流防止素子３２が、トランジスタ３１のコレクタ電流の最大電流値の５倍の電流が流れた場合に破壊される特性を有する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、溶断熱量などの値が異なる場合であってもよい。
【００４９】
また、本実施の形態１では、トランジスタ３１として、エミッタ接地型バイポーラトランジスタを例示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、コレクタ接地型またはベース接地型バイポーラトランジスタでもよく、また、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用することにしてもよい。
【００５０】
また、実施の形態１では、増幅器１９は、１つのトランジスタ３１を備えた構成としたが、本発明はこれに限られるものではなく、複数のトランジスタを備えた構成としてもよい。
【００５１】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る増幅器について説明する。上記実施の形態１の増幅器１９は、トランジスタ３１および過電流防止素子３２を同一半導体基板３０上に形成した構成である。これに対して、実施の形態２に係る増幅器１９は、過電流防止素子３２をトランジスタ３１と同一の半導体基板３上に形成せずに、トランジスタ３１が形成されている半導体基板が実装されるセラミック基板上に実装した場合について説明する。実施の形態２において、実施の形態１と共通する部分の説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００５２】
図６は、実施の形態２に係る増幅器１９の一構成例を示す図である。図６において、図２と同等機能を有する部位には同一符号を付している。増幅器１９は、図６に示すように、トランジスタ３１、過電流防止素子３２、信号入力端子３３、出力信号端子３４、入力整合回路３５、および出力整合回路３６を備えている。トランジスタ３１、過電流防止素子３２、入力整合回路３５、および出力整合回路３６は、セラミック基板４０に実装されている。
【００５３】
トランジスタ３１は、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）やＳｉＧｅ（シリコンゲルマン）などで形成される半導体トランジスタで構成されている。過電流防止素子３２は、すず、鉛、銀、ベーター黄銅などや、それらの合金などのように、ある規定値以上の温度に一定時間曝された場合に融解、溶断される低融点金属を用いた電流ヒューズであり、かつ、トランジスタ３１が形成されたＭＭＩＣが実装されるセラミック基板４０に実装されている。
【００５４】
実施の形態２の増幅器１９は、トランジスタ３１と過電流防止素子３２が同一の半導体基板上に形成されていないため、トランジスタ３１や電源部２１として、別個に任意の特性を持つものを用いる必要がある場合であっても、トランジスタ３１や電源部２１の特性に合わせた最適な過電流防止素子３２を選択して、増幅器１９を構成することができる。すなわち、種々の特性を有する電源部２１やトランジスタ３１を組み合わせた任意の特性を有し、かつ、電源部２１が短絡されることを防止できる増幅器１９を実現することができる。
【００５５】
トランジスタ３１を半導体基板上に形成する方法、および過電流防止素子３２をセラミック基板に実装する方法は、公知の方法を使用することができるので、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
過電流防止素子３２としては、例えば、セラミック基板４０上の表面に実装可能なチップ部品タイプの電流ヒューズを使用することができ、上記図５に示した特性を有するものを使用することができる。トランジスタ３１、入力整合回路３５、および出力整合回路３６の回路構成は、上記図３の構成と同様であるのでその説明は省略する。
【００５７】
実施の形態２の増幅器１９においては、信号入力端子３３から入力された入力信号を増幅し、信号出力端子３４より出力する通常の増幅動作、および、トランジスタ３１が短絡状態で破壊された場合に過電流防止素子３２が開放状態で破壊されることにより電源部２１の短絡を防ぐ動作は実施の形態１と同様である。
【００５８】
以上説明したように、実施の形態２の増幅器１９によれば、特性の異なる様々なトランジスタや電源部を使用する増幅器において、増幅器に使用されるトランジスタが短絡状態で破壊された場合に電源が短絡されてしまうことを防止し、電源に短絡電流が流れることによる電源回路等の破壊を防止することが可能となる。
【００５９】
なお、実施の形態２においては、実施の形態１と同様に、入力信号周波数や変調方式、トランジスタの構造等が異なる場合についても適用可能である。また、実施の形態２においては、トランジスタと過電流防止素子が同一セラミック基板上に実装される場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、セラミック基板の代わりに樹脂基板を使用することにしても良い。
【００６０】
また、上記実施の形態１および実施の形態２では、増幅器を無線通信装置に適用した場合について説明したが、本発明の増幅器は、無線通信装置以外の他の機器にも適用可能であり、高周波信号を増幅する装置に広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る増幅器は、高周波信号を増幅する増幅器に広く有用であり、また、本発明に係る無線通信装置は、携帯電話端末やＰＨＳ端末等の移動端末、基地局、およびデジタルテレビジョン信号の送信装置等の各種無線通信装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る増幅器の構成例を示す図である。
【図３】図２の増幅器の詳細な構成例を示す図である。
【図４】図３のトランジスタの電流電圧特性の一例を示す図である。
【図５】図３の過電流防止素子の電流ヒューズの特性の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る増幅器の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 無線通信装置
１１ ベースバンド信号処理部
１２ ベースバンド用ローパスフィルタ
１３ 第１のシンセサイザ
１４ 直交変調器
１５ ＩＦフィルタ
１６ 第２のシンセサイザ
１７ アップコンバータ
１８ ＲＦフィルタ
１９ 増幅器
２０ アンテナ
２１ 電源部
２２ 電池
２３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３１ トランジスタ
３２ 過電流防止素子
３３ 信号入力端子
３４ 信号出力端子
３５ 入力整合回路
３６ 出力整合回路
４０ セラミック基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源部から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタと、
前記トランジスタと同一基板上で、かつ前記電源部と前記ランジスタとの電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に直流電気的に開放状態となる過電流防止素子と、
を備えたことを特徴とする増幅器。
【請求項２】
前記基板は、半導体基板、セラミック基板、または樹脂基板であることを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
前記過電流防止素子は、すず、鉛、銀、およびベーター黄銅のいずれか１つ、または、これらの合金からなる低融点金属で形成されており、前記所定値以上の電流が流れた場合に、発熱して溶断する低抵抗導体であること特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項４】
前記所定値は、前記トランジスタの正常動作時に流れる最大電流値のｎ（ｎ＞１）倍の値であることを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項５】
前記トランジスタは、バイポーラトランジスタまたはＦＥＴであることを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項６】
高周波信号を送信または受信する無線通信装置において、
高周波信号を電力増幅する増幅器と、
無線通信装置の各部に駆動電力を供給する、電池を含む電源部と、
を備え、
前記増幅器は、
前記電源部から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタと、
前記電源部と前記トランジスタとの電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に、直流電気的に開放状態となる過電流防止素子と、
を含むことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１】
電源部から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタと、
前記トランジスタと同一基板上で、かつ前記電源部と前記ランジスタとの電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に直流電気的に開放状態となる過電流防止素子と、
を備えたことを特徴とする増幅器。
【請求項２】
前記基板は、半導体基板、セラミック基板、または樹脂基板であることを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
前記過電流防止素子は、すず、鉛、銀、およびベーター黄銅のいずれか１つ、または、これらの合金からなる低融点金属で形成されており、前記所定値以上の電流が流れた場合に、発熱して溶断する低抵抗導体であること特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項４】
前記所定値は、前記トランジスタの正常動作時に流れる最大電流値のｎ（ｎ＞１）倍の値であることを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項５】
前記トランジスタは、バイポーラトランジスタまたはＦＥＴであることを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項６】
高周波信号を送信または受信する無線通信装置において、
高周波信号を電力増幅する増幅器と、
無線通信装置の各部に駆動電力を供給する、電池を含む電源部と、
を備え、
前記増幅器は、
前記電源部から供給される直流電力で駆動され、入力信号の電力を増幅するトランジスタと、
前記電源部と前記トランジスタとの電源供給線路上に形成され、所定値以上の電流が流れた場合に、直流電気的に開放状態となる過電流防止素子と、
を含むことを特徴とする無線通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１５７７０７（Ｐ２００６−１５７７０７Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４７４１６（Ｐ２００４−３４７４１６）
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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