高频电路及高频模块制造技术

提供了一种高频电路和高频模块，其中通过数字控制补偿改善了补偿操作的准确性。放大器单元的放大器元件的放大增益被偏置控制单元的偏置电流控制。校准电路的工艺监测电路包括第一和第二元件特性检测器和电压比较器。检测器将复制元件的电流转换为第一和第二检测电压。电压比较器比较第一和第二检测电压并且提供比较输出信号到搜索控制单元。响应于比较器的比较输出信号和时钟产生单元的时钟信号，控制器根据预定搜索算法产生多位数字补偿值，第二检测器的偏置控制单元被反馈控制。

【技术实现步骤摘要】
高频电路及高频模块相关申请的交叉引用2011年8月5日申请的申请号为2011-171642的日本专利申请所公开的内容，包括其说明书、附图及摘要，通过引用其整体的方式在此并入。
技术介绍
本专利技术涉及一种高频电路及包含该电路的高频模块，并且尤其是涉及，当通过数字控制补偿由于半导体制造工艺中的变化导致的高频功率放大器电路中使用的高频功率放大晶体管的放大特性的变化时，有效改善补偿操作准确性的技术。过去，MOS晶体管和双极晶体管已经被用于装在例如手机的无线通信终端的发射机中的RF功率放大器的功率放大晶体管。为了改善功率放大晶体管的放大特性，减小MOS晶体管的沟道长度和双极晶体管的基底宽度是有效的。然而，MOS晶体管的沟道长度和双极晶体管的基底宽度由于MOS晶体管和双极晶体管的半导体制造工艺等而变化。因此，当MOS晶体管的沟道长度L变化时，MOS晶体管的沟道电导β变化，或者当双极晶体管的基底宽度Wb变化时，有效基底宽度通过早期效应变化并且集电极电流改变；因此，高频功率放大特性的稳定性有可能被削弱。以下引用的专利文献1公开了一种高频功率放大器电路，该电路包括放大晶体管、电流模拟晶体管和偏置产生电路，其中通过比较以流过电流模拟晶体管的电流为基础产生的电压和通过电流-电压转换元件转换恒流电路的电流产生的参考电压，偏置产生电路提供给放大晶体管和电流模拟晶体管用于抑制由于短沟道效应或早期效应的改变的偏置。以下引用的专利文献2公开了一种放大器，其包括偏置单元、放大器单元、电流检测元件、参考电流产生单元和电流比较器单元。偏置单元包括参考晶体管和复制放大晶体管。参考晶体管的第一偏置电流和复制放大晶体管的第二偏置电流被提供到电流检测元件。电流检测元件产生对应于第一偏置电流和第二偏置电流之间的差的检测电流。电流比较器单元控制复制放大晶体管的第二偏置电流，从而电流检测元件的检测电流与参考电流产生单元的参考电流一致。（专利文献1）日本未决公开专利2005-123861（专利文献2）日本未决公开专利2010-263405
技术实现思路
在本专利技术之前，本专利技术人从事在半导体制造工艺中对变化具有抵抗性的高频放大器的研究和开发。在研究和开发中，本专利技术人研究了专利文献1公开的技术和专利文献2公开的技术作为相关技术。本专利技术人所作的检验阐明了两种技术具有以下问题：也就是，在两种技术中，由于半导体制造工艺变化引起的高频放大器的电路误差通过配置模拟系统的反馈环被检测和补偿；因此，操作模拟电路的功耗是巨大的。另一方面，在本专利技术之前，本专利技术人检查了包括提供给半导体芯片中的放大器复制晶体管的栅极长度监测电路的高频功率放大器电路。偏置场效应晶体管和功率放大场效应晶体管耦合以配置电流镜，偏置控制电路产生的偏置电流被提供给偏置场效应晶体管。栅极长度监测电路产生基于栅极长度的检测电压，偏置控制电路根据检测电压控制偏置电流值；因此，功率放大场效应晶体管跨导的栅极长度依赖性被补偿了。当详细解释时，栅极长度监测电路的模拟检测电压通过A/D转换器被转换成数字信号，并且响应于数字信号，偏置控制电路开环控制偏置电流值。当进一步详细解释时，由A/D转换器转换的数字信号被提供给转换表格，偏置数字信息从转换表格中产生并且被提供到偏置控制电路。因此，在现有的第三种技术中，偏置控制电路以数字信号控制偏置电流值；因此，可以降低操作模拟电路的功耗，其已经被指出是上述两种技术的缺点。在本专利技术之前，本专利技术人已经详细检验过第三种技术并且得到了如下结论。即，在第三种技术中，跨导的栅极长度依赖性通过偏置控制电路以数字信号开环控制偏置电流值来补偿；因此，也就存在欠补偿或过补偿的可能。原因不仅在于栅极长度监测电路的检测电压取决于栅极长度的事实，而且还在于例如栅极氧化层厚度和沟道迁移率等参数依半导体制造工艺而改变的事实。这是由本专利技术人在本专利技术之前所作的检验阐明的原因。因此，为了解决该问题，需要改变对应于半导体制造工艺参数等的改变的转换表格。也就是，即使半导体制造工艺参数改变，由转换表格产生的响应于来自A/D转换器的数字信号的偏置数字信息通过改变转换表格而被适当地改变。因此，可使得补偿操作适度。此外在第三种技术中，当转换表格并不是并入高频功率模块中，而是并入RFIC（射频半导体集成电路）中时，需要耦合控制逻辑电路到高频功率模块中的A/D转换器和偏置控制电路。此外，需要在高频功率模块的控制逻辑电路和RFIC的转换表格之间从A/D转换器传输数字信号和从转换表格中传输偏置数字信息。还需要从RFIC提供操作时钟给高频功率模块的控制逻辑电路。这是由本专利技术人在本专利技术之前所作的检验阐明的事实。作为上述本专利技术人在本专利技术之前所作的检验的结果，作出了本专利技术。因此，本专利技术目的在于，当通过数字控制补偿由于半导体制造工艺的变化引起的高频功率放大器电路中高频功率放大晶体管放大特性的变化时，改善补偿操作的准确性。本专利技术的另一目的在于提供一种高频功率模块，该模块不需要高频功率模块和外部RFIC之间与补偿操作相关的数字信号和数字信息的传输，并且其不需要从外部提供操作时钟。本专利技术的再一目的在于降低用于补偿高频功率放大晶体管放大特性的改变的校准电路的功耗。本专利技术的上述和其它目的以及新特性通过本实施方式及附图的描述将会变得清晰。以下简要解释本申请公开的典型专利技术。即，根据本专利技术典型实施方式的高频电路（1）包括具有放大器单元（21）和偏置控制单元（22）的高频功率放大器电路（20）；工艺监测电路（100）；搜索控制单元（104）；和时钟产生单元（105）。放大器单元（21）的放大器晶体管（212）的放大增益通过偏置控制单元（22）建立的放大晶体管（212）的偏置电流控制。工艺监测电路（100）包括第一元件特性检测器（101）、第二元件特性检测器（102）和电压比较器（103）。第一元件特性检测器（101）的第一复制晶体管（1015）、第二元件特性检测器（102）的第二复制晶体管（1025）和放大器单元（21）的放大晶体管（212）由相同的半导体制造工艺形成。第一元件特性检测器（101）将第一复制晶体管（1015）的第一输出电流转换成第一检测电压（VOUT1）。第二元件特性检测器（102）将第二复制晶体管（1025）的第二输出电流转换成第二检测电压（VOUT2）。电压比较器（103）比较第一检测电压（VOUT1）和第二检测电压（VOUT2），并且提供比较输出信号到搜索控制单元（104）。响应于时钟产生单元（105）产生的时钟信号以及电压比较器（103）的比较输出信号，搜索控制单元（104）根据预定搜索算法产生用于最小化第一检测电压（VOUT1）和第二检测电压（VOUT2）之间差别的多位数字误差补偿值。响应于搜索控制单元（104）中最终存储的数字误差补偿值，第二元件特性检测器（102）和偏置控制单元（22）根据预定搜索算法（参考图2）被反馈控制。以下简要解释由本申请公开的典型专利技术获得的影响。即，根据本专利技术，当通过数字控制补偿由于半导体制造工艺的变化引起的高频功率放大器电路中高频功率放大晶体管放大特性的变化时，能够改善补偿操作的准确性。附图说明图1是示出根据本专利技术实施方式1的高频功率模块1的基本配置图；图2是示出根据图1中所示的本专利技术实施方式1的高频功率模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频电路，包括高频功率放大器电路，包括放大器单元和偏置控制单元；工艺监测电路；搜索控制单元；和时钟产生单元，其中配置高频功率放大器电路的放大器单元的放大晶体管的放大增益被偏置控制单元设定的放大晶体管的偏置电流控制，其中工艺监测电路包括第一元件特性检测器、第二元件特性检测器和电压比较器，其中第一元件特性检测器的第一复制晶体管、第二元件特性检测器的第二复制晶体管和放大器单元的放大晶体管由相同的半导体制造工艺形成，其中第一元件特性检测器将第一复制晶体管的第一输出电流转换成第一检测电压，其中第二元件特性检测器将第二复制晶体管的第二输出电流转换成第二检测电压，其中电压比较器比较第一检测电压和第二检测电压，并提供比较输出信号给搜索控制单元，其中，响应于时钟产生单元产生的时钟信号和电压比较器的比较输出信号，搜索控制单元根据预定搜索算法产生用于最小化第一检测电压和第二检测电压之间的差的多位数字误差补偿值，并且其中响应于根据预定搜索算法最终存储在搜索控制单元中的数字误差补偿值，第二元件特性检测器和偏置控制单元被反馈控制。

【技术特征摘要】
2011.08.05 JP 2011-1716421.一种高频电路，包括高频功率放大器电路，包括放大器单元和偏置控制单元；工艺监测电路；搜索控制单元；和时钟产生单元，其中配置高频功率放大器电路的放大器单元的放大晶体管的放大增益被偏置控制单元设定的放大晶体管的偏置电流控制，其中工艺监测电路包括第一元件特性检测器、第二元件特性检测器和电压比较器，其中第一元件特性检测器的第一复制晶体管、第二元件特性检测器的第二复制晶体管和放大器单元的放大晶体管由相同的半导体制造工艺形成，其中第一元件特性检测器将第一复制晶体管的第一输出电流转换成第一检测电压，其中第二元件特性检测器将第二复制晶体管的第二输出电流转换成第二检测电压，其中电压比较器比较第一检测电压和第二检测电压，并提供比较输出信号给搜索控制单元，其中，响应于时钟产生单元产生的时钟信号和电压比较器的比较输出信号，搜索控制单元根据预定搜索算法产生用于最小化第一检测电压和第二检测电压之间的差的多位数字误差补偿值，并且其中响应于根据预定搜索算法最终存储在搜索控制单元中的数字误差补偿值，第二元件特性检测器和偏置控制单元被反馈控制，其中，在用于形成高频功率放大器电路的半导体制造工艺的变化能够被基本上忽略的理想状况下，第一元件特性检测器的第一检测电压和第二元件特性检测器的第二检测电压被设定到基本相等的电压电平，其中，在所述理想状况下，第二复制晶体管的第二输出电流被设定为大于第一复制晶体管的第一输出电流，其中第一元件特性检测器包括用于将第一复制晶体管的第一输出电流转换为第一检测电压的第一电流-电压转换电阻器，第二元件特性检测器包括用于将第二复制晶体管的第二输出电流转换为第二检测电压的第二电流-电压转换电阻器，并且其中第一电流-电压转换电阻器被设定为大于第二电流-电压转换电阻器，以将第一检测电压和第二检测电压设定为理想状况下的处于基本相等的电压电平。2.根据权利要求1的高频电路，其中第一元件特性检测器包括耦合到第一复制晶体管以配置电流镜的第一偏置晶体管，和用于使第一电流穿过第一偏置晶体管的第一电流源，其中第二元件特性检测器包括耦合到第二复制晶体管以配置电流镜的第二偏置晶体管，和用于使第二电流穿过第二偏置晶体管的第二电流源，其中放大器单元包括耦合到放大晶体管以配置电流镜的第三偏置晶体管，其中流过放大器单元的第三偏置晶体管的第三电流由配置为第三电流源的偏置控制单元设定，并且其中响应于最终存储在搜索控制单元中的数字误差补偿值，控制流过第二元件特性检测器的第二电流源的第二电流值和流过放大器单元的第三电流源的第三电流值。3.根据权利要求2的高频电路，其中第一元件特性检测器包括：第一参考电压源；第一运算放大器；和包括第一输入P沟道MOSFET和第一输出P沟道MOSFET的第一电流镜晶体管对，其中第二元件特性检测器包括：第二参考电压源；第二运算放大器；和包括第二输入P沟道MOSFET和第二输出P沟道MOSFET的第二电流镜晶体管对，其中第一参考电压源的第一参考电压被提供到第一运算放大器的非反相输入端，其中第一运算放大器的输出端耦合到第一电流镜晶体管对的第一输入P沟道MOSFET的源极和第一输出P沟道MOSFET的源极，其中第一输入P沟道MOSFET的栅极和第一输出P沟道MOSFET的栅极相互耦合，其中第一输入P沟道MOSFET的栅极耦合到第一输入P沟道MOSFET的漏极、第一复制晶体管的输出电极和第一运算放大器的反相输入端，其中第一输出P沟道MOSFET的漏极耦合到第一电流电压转换电阻器和电压比较器的一个输入端，其中第二参考电压源的第二参考电压被提供到第二运算放大器的非反相输入端，其中第二运算放大器的输出端耦合到第二电流镜晶体管对的第二输入P沟道MOSFET的源极和第二输出P沟道MOSFET的源极，其中第二输入P沟道MOSFET的栅极和第二输出P沟道MOSFET的栅极相互耦合，其中第二输入P沟道MOSFET的栅极耦合到第二输入P沟道MOSFET的漏极、第二复制晶体管的输出电极和第二运算放大器的反相输入端，其中第二输出P沟道MOSFET的漏极耦合到第二电流电压转换电阻器和电压比较器的另一输入端，并且其中第二参考电压源的第二参考电压被设定为大于第一参考电压源的第一参考电压。4.根据权利要求3的高频电路，其中第一复制晶体管、第二复制晶体管、放大晶体管、第一偏置晶体管、第二偏置晶体管和第三偏置晶体管都是由相同的半导体制造工艺形成的N沟道MOSFET。5.根据权利要求3的高频电路，其中第一复制晶体管、第二复制晶体管、放大晶体管、第一偏置晶体管、第二偏置晶体管和第三偏置晶体管都是由相同的半导体制造工艺形成的双极晶体管。6.根据权利要求3的高频电路，其中第一复制晶体管、第二复制晶体管、放大晶体管、第一偏置晶体管、第二偏置晶体管和第三偏置晶体管都是由相同的半导体制造工艺形...

【专利技术属性】
技术研发人员：门井凉，林范雄，清水智，山本昭夫，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：