JPH04233312A - マイクロ波能動フィルタ回路 - Google Patents

マイクロ波能動フィルタ回路

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JPH04233312A
JPH04233312A JP2408684A JP40868490A JPH04233312A JP H04233312 A JPH04233312 A JP H04233312A JP 2408684 A JP2408684 A JP 2408684A JP 40868490 A JP40868490 A JP 40868490A JP H04233312 A JPH04233312 A JP H04233312A
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JP
Japan
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pseudo
gyrator
circuit
field effect
effect transistor
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JP2408684A
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English (en)
Inventor
Shinji Hara
信二 原
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00Networks using active elements
    • H03H11/02Multiple-port networks
    • H03H11/04Frequency selective two-port networks
    • H03H11/08Frequency selective two-port networks using gyrators

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  • Networks Using Active Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、マイクロ波能動フィ
ルタ回路に関し、特に、ジャイレータ回路により構成さ
れたインダクタを利用して簡単化されたマイクロ波能動
フィルタ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、一般に知られる低域通過フィル
タの回路図である。図4を参照して、この低域通過フィ
ルタは、2つのキャパシタ71および72と、インダク
タ70とを含む。マイクロ波帯、特に小型化を重視した
モノリシックマイクロ波集積回路において、このような
フィルタが構成される場合では、容量素子として、金属
(METAL)−誘電体薄膜(DIELECTRIC)
−金属(METAL)によって形成されるMIMキャパ
シタが用いられる。一方、インダクタとして、誘電体基
板上で金属をスパイラル状に巻いたスパイラルインダク
タが用いられる。
【0003】図7は、従来のスパイラルインダクタの構
造図である。図7(A)は平面構造を示し、図7(B)
が図7(A)内の矢視B−Bにおける断面構造を示す。 スパイラルインダクタは、この図に示すように、ガリウ
ム砒素基板82の一方の面上に金属導体パターン81が
渦巻状に形成されており、金属導体パターン81の各端
部81aおよび82bがスパイラルインダクタの2つの
端子を構成する。
【0004】図8は、ジャイレータを用いたインダクタ
の回路ブロック図である。インダクタ65は、カスケー
ド接続された2つのジャイレータ回路62および64と
、その間に接続されたキャパシタ63とを含む。このよ
うに、2つのジャイレータ回路62および64と1つの
キャパシタ63とにより、インダクタ65を等価的に構
成できることは一般に知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図7に示した従来のス
パイラルインダクタは、簡単な構成であるが、所望のイ
ンダクタを得るためには、スパイラルインダクタの形状
が大きくなり、それにともなってスパイラルインダクタ
により発生する磁界が漏れ、周辺回路に悪影響を及ぼす
。したがって、スパイラルインダクタ周辺に他の回路を
形成することができず、回路の集積化を著しく阻害して
いた。
【0006】また、スパイラルインダクタに変えて図8
に示したジャイレータを用いたインダクタ65を使用し
ようとしても、ジャイレータ回路の回路構成が複雑であ
るため、集積回路の占有面積が増加するのを防ぐことが
出来なかった。
【0007】したがって、これらのインダクタを用いて
能動フィルタを構成しようとすると、その占有面積の増
加を防ぐことができず、集積化の妨げとなっていた。
【0008】この発明は、上記のような課題を解決する
ために成されたもので、簡単化された回路構成を有する
能動フィルタ回路を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明に係るマイクロ
波能動フィルタ回路は、カスケード接続された第1およ
び第2の疑似ジャイレータ手段と、第1の疑似ジャイレ
ータ手段の入力ノードと基準電位との間に接続された第
1の容量手段と、第1および第2の疑似ジャイレータ手
段の共通接続ノードと基準電位との間に接続された第2
の容量手段と、第2の疑似ジャイレータ手段の出力ノー
ドと基準電位との間に接続された第3の容量手段とを含
む。各第1および第2の疑似ジャイレータ手段は、第1
の電界効果トランジスタを含む第1の反転増幅器と、第
1の反転増幅器の後段にカスケード接続された、第2の
電界効果トランジスタを含む第2の反転増幅器と、それ
ぞれの疑似ジャイレータ手段の出力ノードの電圧を入力
ノードに負帰還する負帰還手段とを備える。第1の電界
効果トランジスタは、ゲートがそれぞれの疑似ジャイレ
ータ手段の入力ノードに接続され、ソースが基準電位に
接続される。第2の電界効果トランジスタは、ゲートが
第1の電界効果トランジスタのドレインに接続され、ソ
ースがそれぞれの疑似ジャイレータ手段の出力ノードに
接続され、ドレインがそれぞれの疑似ジャイレータ手段
の出力ノードに接続される。
【0010】
【作用】この発明におけるマイクロ波能動フィルタ回路
では、能動フィルタ回路を構成する第1および第2の疑
似ジャイレータ手段が簡単な回路によって構成される。 すなわち、各第1および第2の疑似ジャイレータ手段が
、カスケード接続された第1および第2の反転増幅器と
、疑似ジャイレータ手段の出力ノードの電圧を入力ノー
ドに負帰還する負帰還手段とによって構成される。
【0011】
【実施例】理想的な電界効果トランジスタは、ゲート,
ソース間の電圧に比例した電流を出力する電圧制御電流
源によって表現される。理想的な電界効果トランジスタ
では出力インピーダンスは無限大となり、かつ順方向伝
送位相特性は180度となる。したがって、ソース接地
の電界効果トランジスタのアドミッタンス行列は次のよ
うに表わされる。
【0012】
【数1】
【0013】また、カスケード接続された2段の電界効
果トランジスタのアドミッタンス行列は次の様になる。
【0014】
【数2】
【0015】ここで、G1およびG2は、電界効果トラ
ンジスタの相互コンダクタンスを示す正の実数である。
【0016】行列(1)および(2)により、後に説明
するこの発明の回路のアドミッタンス行列は次の様にな
る。
【0017】
【数3】
【0018】アドミッタンス行列(3)は、その回路が
ジャイレータとして動作することを意味している。しか
しながら、電界効果トランジスタによって構成された実
際の回路では、多くの浮遊容量成分が存在するので、そ
れにより高周波特性が劣化している。したがって、実際
の回路において行列(3)に示したアドミッタンス行列
を得ることが困難であることが指摘される。しかしなが
ら、この発明の実施例では、このような不都合が以下の
ように解消されている。
【0019】図1は、この発明の一実施例を示す低域通
過フィルタの等価回路図である。この低域通過フィルタ
は、2つの疑似ジャイレータ回路10および20とキャ
パシタ63とによって構成された能動インダクタ回路を
含む。疑似ジャイレータ回路10および20は、共通接
続ノードN3を介してカスケード接続される。ノードN
3と接地との間にキャパシタ63が接続される。疑似ジ
ャイレータ回路10の入力ノードN1と接地との間にキ
ャパシタ71が接続される。疑似ジャイレータ回路20
の出力ノードN2と接地との間にキャパシタ72が接続
される。
【0020】各疑似ジャイレータ回路10および20は
、同じ回路構成を有する。たとえば、疑似ジャイレータ
回路10は、各々が反転増幅器を構成するカスケード接
続された電界効果トランジスタ14および15と、負帰
還のための電界効果トランジスタ16と、抵抗17とを
含む。トランジスタ14は、ゲートがノードN1に接続
され、ソースが接地される。トランジスタ15は、ゲー
トがトランジスタ14のドレインに接続され、ソースが
接地される。トランジスタ16は、ゲートがトランジス
タ15のドレインに接続され、ドレインがノードN1に
接続され、ソースが接地される。各トランジスタ14,
15および16のゲートとソースとの間にゲート−ソー
ス間容量18,19および20がそれぞれ存在すること
が指摘される。トランジスタ14のドレインとトランジ
スタ15のゲートの共通接続ノードと接地との間に抵抗
17が接続される。
【0021】したがって、図1に示した疑似ジャイレー
タ回路10のアドミッタンス行列は、各トランジスタの
相互コンダクタンスをgm,ゲート−ソース間容量をC
gsとすると、次のように表わされる。
【0022】
【数4】
【0023】ここで、添字aはトランジスタ14および
15の値を示し、添字bはトランジスタ16の値を示す
。すなわち、トランジスタ14および15が同じ値の回
路定数を有するものと仮定している。したがって、トラ
ンジスタ14および15の相互コンダクタンスがgma
により示され、ゲート−ソース間容量がCgsaで示さ
れる。また、トランジスタ16の相互コンダクタンスが
gmbで示され、ゲート−ソース間容量がCgsbによ
り示される。なお、ωは角周波数を示し、jが純虚数を
示す。
【0024】行列(4)から、図1に示した疑似ジャイ
レータ回路10は、入力アドミッタンスjωCgsaお
よび出力アドミッタンスjωCgsbを有し、かつ回路
の両端に容量CgsaおよびCgsbが接続された構成
となっていることが解かる。
【0025】しかしながら、この疑似ジャイレータ回路
10は、図1に示すように低域通過フィルタに使用され
ているので、容量CgsaおよびCgsbは、等価的に
キャパシタ71および63に含めて考えることができる
。したがって、この疑似ジャイレータ回路10のアドミ
ッタンス行列として次のものが得られることになる。
【0026】
【数5】
【0027】ここで、抵抗17の値Rを容量Cgsが無
視できる程度の小さな値とすると、アドミッタンス行列
(5)中の要素が実数となり、この回路10はジャイレ
ータとして動作する。すなわち、この疑似ジャイレータ
回路10がジャイレータを構成するための理想的なアド
ミッタンス行列を有するものとして扱えることが理解さ
れる。後段の疑似ジャイレータ回路20についても同様
のことがいえる。
【0028】このように、疑似ジャイレータ回路10お
よび20が理想的なジャイレータとして機能するので、
理想的な能動インダクタ回路が構成でき、キャパシタ7
1および72とともに優れた特性の低域通過フィルタを
得ることができる。しかも、疑似ジャイレータ回路10
および20が極めて簡単な回路から構成されているので
、回路の集積化に貢献することが指摘される。
【0029】図2は、この発明の別の実施例を示す低域
通過フィルタに適用可能な疑似ジャイレータ回路の等価
回路図である。図2に示した疑似ジャイレータ回路30
を図1に示した各疑似ジャイレータ回路10および20
に代えて使用することにより、図1に示した場合よりも
さらに好ましいフィルタ特性を有する低域通過フィルタ
が得られる。
【0030】図2を参照して、この疑似ジャイレータ回
路30は、図1に示した疑似ジャイレータ10と比較す
ると、次のような回路部分が異なっている。すなわち、
電界効果トランジスタ16のドレインと入力ノードN1
との間に電界効果トランジスタ44が接続されている。 トランジスタ44は、ゲートが接地に接続され、ソース
がトランジスタ16のドレインに接続され、ドレインが
入力ノードN1に接続される。したがって、ソース接地
トランジスタ16とゲート接地トランジスタ44からな
るカスコード電界効果トランジスタによって、トランジ
スタ15のドレインからトランジスタ14のゲートへ負
帰還が施されている。
【0031】したがって、図2に示した疑似ジャイレー
タ回路30のアドミッタンス行列は次のように表わされ
る。
【0032】
【数6】
【0033】しかるに、図1の例と同様に、ジャイレー
タとして理想的な次のようなアドミッタンス行列が得ら
れる。
【0034】
【数7】
【0035】ここにおいても、RがCgsよりも十分小
さな値であるとすれば、行列(7)のY21は実数とな
る。また、使用周波数fが遮断周波数ftよりも十分低
い場合には、Y12も実数となる。したがって、回路3
0もジャイレータとして動作し、フィルタを構成するこ
とができる。また、使用周波数fが遮断周波数ftより
も十分低い場合では、gma・Rの値をある程度大きく
設定することができるので、低域通過フィルタに利得を
与えることができる。
【0036】各図4および図5は、それぞれ図1および
図2に示した疑似ジャイレータ回路10および30の実
際の回路図である。すなわち、図1および図2では、等
価回路が示されされたが、図4および図5においてバイ
アスその他のための回路構成が示される。図4および図
5において、Vddが電源を示し、キャパシタおよび抵
抗はいずれも十分大きな値を有するものとする。
【0037】図6は、図2に示した疑似ジャイレータ回
路30を用いて低域通過フィルタを構成したときのフィ
ルタ特性図である。図6を参照して、横軸が周波数(G
Hz)を示し、縦軸が利得(dB)を示す。曲線C1は
理想的なフィルタの反射特性(S11)を示し、曲線C
2がその伝送特性(S21)を示す。曲線C3は、図2
に示した疑似ジャイレータ回路30を使用した低域通過
フィルタの反射特性(S11)を示し、曲線C4がその
伝送特性(S21)を示す。ここで、S11およびS2
1は、フィルタ特性を示す散乱行列におけるスキャッタ
リングパラメータをそれぞれ示している。図6から、理
想的な低域フィルタ特性に近い特性が得られることが理
解される。
【0038】このように、図1および図2に示した疑似
ジャイレータ回路10,20および30をそれぞれ構成
する電界効果トランジスタのゲート−ソース間容量を、
低域通過フィルタを構成するためのキャパシタ71,6
3および72に含めて扱うことができるので、好ましい
特性を有する低域通過フィルタが得られた。疑似ジャイ
レータ回路10,20および30は、いずれも簡単な回
路構成を有しており、その回路の占有面積が小さいこと
が指摘される。
【0039】なお、図1および図2に示した疑似ジャイ
レータ回路10,20および30は、順方向および逆方
向のいずれについても増幅作用を有しているので、低損
失または利得を有するフィルタを構成することができる
ことが指摘される。
【0040】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、マイ
クロ波能動フィルタ回路が簡単な回路構成を有する2つ
の疑似ジャイレータ手段により構成されたので、簡単化
された、したがって占有面積の小さい能動フィルタ回路
が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す低域通過フィルタの
等価回路図である。
【図2】この発明の別の実施例を示す低域通過フィルタ
に適用可能な疑似ジャイレータ回路の等価回路図である
【図3】一般に知られる低域通過フィルタの回路図であ
る。
【図4】図1に示した疑似ジャイレータ回路を構成する
ための実際の回路図である。
【図5】図2に示した疑似ジャイレータ回路を構成する
ための実際の回路図である。
【図6】図2に示した疑似ジャイレータ回路を用いて低
域通過フィルタを構成したときのフィルタ特性図である
【図7】従来のスパイラルインダクタの構造図である。
【図8】ジャイレータを用いたインダクタの回路ブロッ
ク図である。
【符号の説明】
10  疑似ジャイレータ回路 14  電界効果トランジスタ 15  電界効果トランジスタ 16  電界効果トランジスタ 20  疑似ジャイレータ回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  カスケード接続された第1および第2
    の擬似ジャイレータ手段と、前記第1の疑似ジャイレー
    タ手段の入力ノードと基準電位との間に接続された第1
    の容量手段と、前記第1の疑似ジャイレータ手段の出力
    ノードおよび前記第2の疑似ジャイレータ手段の入力ノ
    ードの共通接続ノードと基準電位との間に接続された第
    2の容量手段と、前記第2の疑似ジャイレータ手段の出
    力ノードと基準電位との間に接続された第3の容量手段
    とを含み、各前記第1および第2の疑似ジャイレータ手
    段は、第1の電界効果トランジスタを含む第1の反転増
    幅器と、前記第1の反転増幅器の後段にカスケード接続
    された、第2の電界効果トランジスタを含む第2の反転
    増幅器とを備え、前記第1の電界効果トランジスタは、
    ゲートがそれぞれの前記疑似ジャイレータ手段の入力ノ
    ードに接続され、ソースが基準電位に接続され、前記第
    2の電界効果トランジスタは、ゲートが前記第1の電界
    効果トランジスタのドレインに接続され、ソースがそれ
    ぞれの前記疑似ジャイレータ手段の基準電位に接続され
    、ドレインがそれぞれの前記擬似ジャイレータ手段の出
    力ノードに接続され、さらに、それぞれの前記疑似ジャ
    イレータ手段の入力ノードと出力ノードとの間に接続さ
    れ、それぞれの前記疑似ジャイレータ手段の出力ノード
    の電圧を入力ノードに負帰還する負帰還手段を備える、
    マイクロ波能動フィルタ回路。
JP2408684A 1990-12-28 1990-12-28 マイクロ波能動フィルタ回路 Withdrawn JPH04233312A (ja)

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JP2408684A JPH04233312A (ja) 1990-12-28 1990-12-28 マイクロ波能動フィルタ回路
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