JPH07154158A - 単一バイアスブロックを有する低電圧rf増幅器および混合器 - Google Patents
単一バイアスブロックを有する低電圧rf増幅器および混合器Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】低電源の適用における従来技術のダイナミック
レンジ上の重要な制限を除去する新規な低電圧RF増幅
器を提供する。 【構成】電源と、ベース、コレクタおよび交流接地エミ
ッタを有するトランジスタと、負荷に電流が流れない時
前記電源の全電圧が前記コレクタに印加されるように前
記コレクタと前記電源間に効果的に接続される負荷と、
前記ベースをバイアスする手段とからなるバイアスされ
た低電圧RF増幅器であって、前記バイアス手段が前記
バイアス手段を前記トランジスタの外部装荷の効果から
緩衝するための手段を含むことを特徴とする、バイアス
された低電圧RF増幅器。
レンジ上の重要な制限を除去する新規な低電圧RF増幅
器を提供する。 【構成】電源と、ベース、コレクタおよび交流接地エミ
ッタを有するトランジスタと、負荷に電流が流れない時
前記電源の全電圧が前記コレクタに印加されるように前
記コレクタと前記電源間に効果的に接続される負荷と、
前記ベースをバイアスする手段とからなるバイアスされ
た低電圧RF増幅器であって、前記バイアス手段が前記
バイアス手段を前記トランジスタの外部装荷の効果から
緩衝するための手段を含むことを特徴とする、バイアス
された低電圧RF増幅器。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、単一バイアスブロック
が温度と半導体プロセスパラメータの両方の補償を多重
低電圧RF回路に提供し得る、低電圧RF増幅器および
混合器並びに半導体回路へのこれらの集積に関する。
が温度と半導体プロセスパラメータの両方の補償を多重
低電圧RF回路に提供し得る、低電圧RF増幅器および
混合器並びに半導体回路へのこれらの集積に関する。
【0002】
【従来の技術】図面、特に図1に関して、無線周波増幅
器は、周知であり常用されている。このような増幅器
は、共通エミッタ(すなわち、交流接地されたエミッ
タ)配置において一般に高電圧、例えば、12〜15ボ
ルトで動作する。図1に示されるような従来の無線周波
増幅器に関して、無線周波入力信号RFは、入力端末2
0、結合コンデンサを通じてNPNトランジスタQ1の
ベース電極へに印加され得る。コレクタ電極は負荷抵抗
RLを通じてバイアス回路に接続されている。増幅され
た出力電圧信号はトランジスタQ1のコレクタ電極から
得られ結合コンデンサを通じて出力端末22へ印加され
る。
器は、周知であり常用されている。このような増幅器
は、共通エミッタ(すなわち、交流接地されたエミッ
タ)配置において一般に高電圧、例えば、12〜15ボ
ルトで動作する。図1に示されるような従来の無線周波
増幅器に関して、無線周波入力信号RFは、入力端末2
0、結合コンデンサを通じてNPNトランジスタQ1の
ベース電極へに印加され得る。コレクタ電極は負荷抵抗
RLを通じてバイアス回路に接続されている。増幅され
た出力電圧信号はトランジスタQ1のコレクタ電極から
得られ結合コンデンサを通じて出力端末22へ印加され
る。
【0003】図1にブロック形式で示される増幅器用バ
イアス回路は、従来図2および図3に示され、またHe
ywardとDeMawの「無線アマチュアのためのソ
リッドステート設計」、American Radio
Relay League,Inc Newingt
on,Conneticut 1986(11〜12ペ
ージ、図13、14を参照)にさらに詳細に開示される
ような幾つかの形式を取り得る。図2のバイアス回路に
おいて、温度安定性はトランジスタの使用により高めら
れ、図3においては、演算増幅器の使用により高められ
る。
イアス回路は、従来図2および図3に示され、またHe
ywardとDeMawの「無線アマチュアのためのソ
リッドステート設計」、American Radio
Relay League,Inc Newingt
on,Conneticut 1986(11〜12ペ
ージ、図13、14を参照)にさらに詳細に開示される
ような幾つかの形式を取り得る。図2のバイアス回路に
おいて、温度安定性はトランジスタの使用により高めら
れ、図3においては、演算増幅器の使用により高められ
る。
【0004】周知のように、コレクタ電流ゼロにおける
共通エミッタ増幅器のコレクタ電極上の電圧は、そのダ
イナミックレンジの上端において拘束を加える。ダイナ
ミックレンジは、電圧クリッピングが始まる時の利得圧
縮の結果生じる上音のため他の周波数チャンネルに妨害
を与える。図1の増幅器内のバイアス回路を通じる電圧
降下の結果、負荷抵抗に印加される最大電圧は、Vcc
よりかなり低く、典型的には約0.6Vccになる。
共通エミッタ増幅器のコレクタ電極上の電圧は、そのダ
イナミックレンジの上端において拘束を加える。ダイナ
ミックレンジは、電圧クリッピングが始まる時の利得圧
縮の結果生じる上音のため他の周波数チャンネルに妨害
を与える。図1の増幅器内のバイアス回路を通じる電圧
降下の結果、負荷抵抗に印加される最大電圧は、Vcc
よりかなり低く、典型的には約0.6Vccになる。
【0005】最近、例えば、米国特許第5,105,1
65号明細書に示されるように、エミッタが誘導子を含
むRF増幅器のエミッタよりもむしろベースにバイアス
をかけることが提案されている。しかしながら、このよ
うな増幅器のバイアスはバイアス回路トランジスタを負
荷効果から緩衝するための手段を含んでいない。
65号明細書に示されるように、エミッタが誘導子を含
むRF増幅器のエミッタよりもむしろベースにバイアス
をかけることが提案されている。しかしながら、このよ
うな増幅器のバイアスはバイアス回路トランジスタを負
荷効果から緩衝するための手段を含んでいない。
【0006】
【発明の概要】本発明の1つの目的は、低電源の適用に
おける従来技術のダイナミックレンジ上の重要な制限を
除去する新規な低電圧RF増幅器および方法を提供する
ことにある。本発明の別の目的は、利得圧縮に起因する
ダイナミックレンジの損失を減少させる新規な増幅器お
よび方法を提供することにある。
おける従来技術のダイナミックレンジ上の重要な制限を
除去する新規な低電圧RF増幅器および方法を提供する
ことにある。本発明の別の目的は、利得圧縮に起因する
ダイナミックレンジの損失を減少させる新規な増幅器お
よび方法を提供することにある。
【0007】本発明の別の目的は、RF増幅器における
上音干渉を最小化するための新規な方法および回路を提
供し、雑音指数を著しく減少させないでRF増幅器の利
得圧縮を減少させる新規な方法および回路を提供するこ
とにある。さらに、本発明の別の目的は、負荷効果から
バイアスを緩衝する新規な増幅器および方法を提供し、
また、低電圧増幅器を温度補償する新規な方法および回
路を提供することにある。
上音干渉を最小化するための新規な方法および回路を提
供し、雑音指数を著しく減少させないでRF増幅器の利
得圧縮を減少させる新規な方法および回路を提供するこ
とにある。さらに、本発明の別の目的は、負荷効果から
バイアスを緩衝する新規な増幅器および方法を提供し、
また、低電圧増幅器を温度補償する新規な方法および回
路を提供することにある。
【0008】混合器(ミクサ)は、低周波情報信号(例
えば、音響周波数信号)を伝送用無線周波へ周波数上昇
させ、受信した無線周波信号を周波数低下させるために
RF通信において一般的に使用されている。従来の単一
平衡混合器が図6に示され、ここで局部発振器信号LO
は無線周波信号RFと混合され、中間周波信号IFを提
供する。図6に示されるように、混合器用バイアスは、
利得制御抵抗RGを有するトランジスタQ3のエミッタ
回路の電流源により提供され得る(必ずしもその必要は
ないが)。
えば、音響周波数信号)を伝送用無線周波へ周波数上昇
させ、受信した無線周波信号を周波数低下させるために
RF通信において一般的に使用されている。従来の単一
平衡混合器が図6に示され、ここで局部発振器信号LO
は無線周波信号RFと混合され、中間周波信号IFを提
供する。図6に示されるように、混合器用バイアスは、
利得制御抵抗RGを有するトランジスタQ3のエミッタ
回路の電流源により提供され得る(必ずしもその必要は
ないが)。
【0009】周知のように、混合器の雑音指数は入力信
号のSN比に対する出力信号のSN比である。抵抗hは
トランジスタQ3の利得を制御し、そのため回路のダイ
ナミックレンジに影響する。加えて、それはRFトラン
ジスタのエミッタ回路内にあるので、入力インピーダン
スおよび混合器の雑音指数にも影響する。例えば、図8
に示されるような従来の二重平衡混合器においては、典
型的に2つのRF増幅トランジスタQ5、Q6のエミッ
タ回路中の利得制御抵抗RGが配置され、2つの相補無
線周波入力信号
号のSN比に対する出力信号のSN比である。抵抗hは
トランジスタQ3の利得を制御し、そのため回路のダイ
ナミックレンジに影響する。加えて、それはRFトラン
ジスタのエミッタ回路内にあるので、入力インピーダン
スおよび混合器の雑音指数にも影響する。例えば、図8
に示されるような従来の二重平衡混合器においては、典
型的に2つのRF増幅トランジスタQ5、Q6のエミッ
タ回路中の利得制御抵抗RGが配置され、2つの相補無
線周波入力信号
【0010】
【数1】
【0011】を常に必要とする。順番の相補RF入力信
号の発生は、高価な平衡入力変成器の使用を必要とする
かもしれない。2つのRF入力信号が望まれる(すなわ
ち、不平衡混合器)場合、図8の端末28は接地され、
出力信号
号の発生は、高価な平衡入力変成器の使用を必要とする
かもしれない。2つのRF入力信号が望まれる(すなわ
ち、不平衡混合器)場合、図8の端末28は接地され、
出力信号
【0012】
【数2】
【0013】は利用可能な出力信号を使用しないで固有
電力の損失を避けるため適当な位相で(図示しない回路
で)結合される。一般的に、このような結合は著しいバ
ンド幅の損失になる。LOトランジスタのベース−コレ
クタコンデンサ補償は、図8に示されるような二重平衡
混合器により本来提供される。このような補償はCuを
否定し局部発振トランジスタのスイッチングを改善し、
それらをより効率化し、中断点を増加させる。しかしな
がら、単一平衡混合器では、交差トランジスタの第2の
対の不存在がLOスイッチングを低下させる。
電力の損失を避けるため適当な位相で(図示しない回路
で)結合される。一般的に、このような結合は著しいバ
ンド幅の損失になる。LOトランジスタのベース−コレ
クタコンデンサ補償は、図8に示されるような二重平衡
混合器により本来提供される。このような補償はCuを
否定し局部発振トランジスタのスイッチングを改善し、
それらをより効率化し、中断点を増加させる。しかしな
がら、単一平衡混合器では、交差トランジスタの第2の
対の不存在がLOスイッチングを低下させる。
【0014】より低いダイサイズ、プロセスインピーダ
ンスおよび電力の効率的使用が望まれるICで特に効果
があるので、単一バイアスブロックを使用して多重アナ
ログ回路用バイアスを提供することも知られている。例
えば、図13に示されるように、単一バイアスブロック
は、一定の電流源を通じて接続される電源Vcc、2つ
のトランジスタおよび抵抗からなり、共通エミッタまた
は接地された交流エミッタ配置以外に多重アナログ電圧
増幅器用バイアス電圧を提供する。このような低電圧バ
イアス増幅器およびECLゲートの例は、例えば、Gr
ayとMeyerの「アナログICの解析および設
計」、John Wiley & Sons,Inc
1977(236ページの図4.22を参照)に解説さ
れている。このようなバイアス回路は負荷が微分である
ので注入された電源ノイズに対する免疫性を与えるが、
このような微分回路は比較的乏しい雑音指数性能を提供
し、従ってRF回路には必ずしも適さない。
ンスおよび電力の効率的使用が望まれるICで特に効果
があるので、単一バイアスブロックを使用して多重アナ
ログ回路用バイアスを提供することも知られている。例
えば、図13に示されるように、単一バイアスブロック
は、一定の電流源を通じて接続される電源Vcc、2つ
のトランジスタおよび抵抗からなり、共通エミッタまた
は接地された交流エミッタ配置以外に多重アナログ電圧
増幅器用バイアス電圧を提供する。このような低電圧バ
イアス増幅器およびECLゲートの例は、例えば、Gr
ayとMeyerの「アナログICの解析および設
計」、John Wiley & Sons,Inc
1977(236ページの図4.22を参照)に解説さ
れている。このようなバイアス回路は負荷が微分である
ので注入された電源ノイズに対する免疫性を与えるが、
このような微分回路は比較的乏しい雑音指数性能を提供
し、従ってRF回路には必ずしも適さない。
【0015】本発明の別の目的は、従来技術の多くの制
限と、複数の回路のダイナミックレンジに関する低電圧
電源の効果を除去する新規なバイアスブロックおよび方
法を提供し、また、増幅器および混合器のような複数の
共通エミッタ回路用バイアスを提供する新規な単一バイ
アスブロックおよび方法を提供することにある。周知の
ように、増幅器の利得は、プロセスパラメータと共に回
路内の半導体の動作温度に依存する。例えば、ICダイ
温度の1℃の温度上昇は、ベース−エミッタ電圧VBEに
おける2.2ミリボルトの変化となる。
限と、複数の回路のダイナミックレンジに関する低電圧
電源の効果を除去する新規なバイアスブロックおよび方
法を提供し、また、増幅器および混合器のような複数の
共通エミッタ回路用バイアスを提供する新規な単一バイ
アスブロックおよび方法を提供することにある。周知の
ように、増幅器の利得は、プロセスパラメータと共に回
路内の半導体の動作温度に依存する。例えば、ICダイ
温度の1℃の温度上昇は、ベース−エミッタ電圧VBEに
おける2.2ミリボルトの変化となる。
【0016】βとVBEの不整合の効果はエミッタ抵抗の
縮退とともに実質的に減少し、縮退は交流安定性を改善
し利得を減少させるが、雑音指数を低下させる。さら
に、同一温度、同一バイアス条件で、同一特性を有する
ように設計された同じダイ上のトランジスタを不整合と
することができ、不整合のβにより30%変量を有する
コレクタ電流を提供することができる。
縮退とともに実質的に減少し、縮退は交流安定性を改善
し利得を減少させるが、雑音指数を低下させる。さら
に、同一温度、同一バイアス条件で、同一特性を有する
ように設計された同じダイ上のトランジスタを不整合と
することができ、不整合のβにより30%変量を有する
コレクタ電流を提供することができる。
【0017】図13に示されるように、「ミラー」回路
によりエミッタ回路に抵抗を有する回路のこれらのパラ
メータを補償することも知られている。このミラー回路
では、同一の動作温度とプロセスパラメータを被る半導
体トランジスタが、演算回路の導通を制御する演算増幅
器に印加される基準電圧を調節するセンサとして使用さ
れている。
によりエミッタ回路に抵抗を有する回路のこれらのパラ
メータを補償することも知られている。このミラー回路
では、同一の動作温度とプロセスパラメータを被る半導
体トランジスタが、演算回路の導通を制御する演算増幅
器に印加される基準電圧を調節するセンサとして使用さ
れている。
【0018】本発明の別の目的は、回路の利得がコレク
タ回路の利得制御抵抗のトリミング、例えば、レーザに
より制御され、その結果雑音指数、入力インピーダンス
が影響を受けない、単一または多重の共通エミッタ混合
器段階用バイアスを提供する新規な単一バイアスブロッ
クおよび方法を提供することにある。さらに、本発明の
目的は、増幅器および混合器のような複数の共通エミッ
タ回路用温度補償を提供する新規なバイアスブロックお
よび方法を提供することにある。
タ回路の利得制御抵抗のトリミング、例えば、レーザに
より制御され、その結果雑音指数、入力インピーダンス
が影響を受けない、単一または多重の共通エミッタ混合
器段階用バイアスを提供する新規な単一バイアスブロッ
クおよび方法を提供することにある。さらに、本発明の
目的は、増幅器および混合器のような複数の共通エミッ
タ回路用温度補償を提供する新規なバイアスブロックお
よび方法を提供することにある。
【0019】
【実施例】本発明は、添付図面を参照しつつ以下の実施
例により説明される。(図1の従来例と比較を容易にす
るために同様の番号決めとなっている)図4に関して、
トランジスタQ1のコレクタ回路の負荷RLは、バイア
ス回路を通じるよりもむしろ直接Vccに接続されてい
る。実際の低電圧適用において、バイアス回路の電圧降
下は40%以上となる可能性があり、Vccへの負荷の
直接接続は負荷およびRFトランジスタを通じて利用で
きる電圧を著しく増加させる。この利用可能な電圧の増
加は、増幅器のダイナミックレンジを極めて増大させ
る。逆に言えば、所望のダイナミックレンジを提供する
のに必要な電力量は著しく減少する。
例により説明される。(図1の従来例と比較を容易にす
るために同様の番号決めとなっている)図4に関して、
トランジスタQ1のコレクタ回路の負荷RLは、バイア
ス回路を通じるよりもむしろ直接Vccに接続されてい
る。実際の低電圧適用において、バイアス回路の電圧降
下は40%以上となる可能性があり、Vccへの負荷の
直接接続は負荷およびRFトランジスタを通じて利用で
きる電圧を著しく増加させる。この利用可能な電圧の増
加は、増幅器のダイナミックレンジを極めて増大させ
る。逆に言えば、所望のダイナミックレンジを提供する
のに必要な電力量は著しく減少する。
【0020】この負荷は増幅器の内部で同一IC内、I
Cの外部またはこれらの組合せとすることができる。負
荷はエミッタ回路よりむしろコレクタ内にあるので、高
められたダイナミックレンジは上音妨害を最小化する。
特にバイアスの温度補償が望まれる場合、トランジスタ
Q1の装荷効果からバイアス回路を保護することが必要
である。図5の右手部分に示された好ましい実施例にお
いて、基準電圧VR が印加される従来の適当な演算増幅
器24により、バッファが提供される。温度補償に関連
して下記に解説されるように、基準電圧は電源と接地も
しくは共通回路との間の単式抵抗分割器により誘導され
得る。代わりに、基準信号はバンドギャップまたは所望
の温度係数を有する他の基準回路のような電源の独立し
たソースから誘導され得る。
Cの外部またはこれらの組合せとすることができる。負
荷はエミッタ回路よりむしろコレクタ内にあるので、高
められたダイナミックレンジは上音妨害を最小化する。
特にバイアスの温度補償が望まれる場合、トランジスタ
Q1の装荷効果からバイアス回路を保護することが必要
である。図5の右手部分に示された好ましい実施例にお
いて、基準電圧VR が印加される従来の適当な演算増幅
器24により、バッファが提供される。温度補償に関連
して下記に解説されるように、基準電圧は電源と接地も
しくは共通回路との間の単式抵抗分割器により誘導され
得る。代わりに、基準信号はバンドギャップまたは所望
の温度係数を有する他の基準回路のような電源の独立し
たソースから誘導され得る。
【0021】演算回路24からの出力信号は、可変抵抗
器30を通じてRF増幅トランジスタ24のベースと共
に帰還ループ内のトランジスタQをバイアスするのに使
用される。下記に解説されるように、演算トランジスタ
24からの出力信号は、図5に示される増幅器のような
RF装置、他の複数の接地エミッタにおけるトランジス
タQ2−QNのベースにも印加され得る。
器30を通じてRF増幅トランジスタ24のベースと共
に帰還ループ内のトランジスタQをバイアスするのに使
用される。下記に解説されるように、演算トランジスタ
24からの出力信号は、図5に示される増幅器のような
RF装置、他の複数の接地エミッタにおけるトランジス
タQ2−QNのベースにも印加され得る。
【0022】本発明の多くの側面は、不平衡および二重
平衡混合器と同様に単一平衡混合器に対して適用可能で
ある。(図6の従来の単一平衡混合器との比較を容易に
するために同様の素子は同様の番号決めに従う)図7の
単一平衡混合器に示されるように、混合器用の電流源バ
イアスがトランジスタQ3のエミッタ回路から除去さ
れ、本発明のバイアス回路がそのベースに接続されてい
る。さらに、利得制御抵抗RG がトランジスタQ3のエ
ミッタ回路回路からそのコレクタ回路へ移動している。
平衡混合器と同様に単一平衡混合器に対して適用可能で
ある。(図6の従来の単一平衡混合器との比較を容易に
するために同様の素子は同様の番号決めに従う)図7の
単一平衡混合器に示されるように、混合器用の電流源バ
イアスがトランジスタQ3のエミッタ回路から除去さ
れ、本発明のバイアス回路がそのベースに接続されてい
る。さらに、利得制御抵抗RG がトランジスタQ3のエ
ミッタ回路回路からそのコレクタ回路へ移動している。
【0023】混合器の雑音指数は、実質的に、図6のQ
3のベースとエミッタにおける何れかの抵抗性雑音源の
関数である。Q3がベース、エミッタにおける雑音源に
敏感である理由は、これらの雑音源がQ3における電力
利得により増幅されるということである。したがって、
図6のQ3のエミッタから図7のコレクタへのRG の移
動は、雑音指数を改善するであろう。
3のベースとエミッタにおける何れかの抵抗性雑音源の
関数である。Q3がベース、エミッタにおける雑音源に
敏感である理由は、これらの雑音源がQ3における電力
利得により増幅されるということである。したがって、
図6のQ3のエミッタから図7のコレクタへのRG の移
動は、雑音指数を改善するであろう。
【0024】混合器の利得は、実質的にRL とRG の関
数である。人は利得を減少させる手段としてRG のみを
残しRLGをほとんど制御していない。前に説明したよ
うに、エミッタにRG を使用することは雑音指数を低下
させる。この抵抗を図7のQ3のコレクタへ移動するこ
とにより、混合器の利得はミラーコンデンサ効果の利用
により減少することができる。この利得減少はミラーコ
ンデンサにより決定される極上の周波数にのみ適用さ
れ、図7の位相をRF適用に適当なものとする。この方
法では、回路のダイナミックレンジの制限は除去され、
利得を制御することができ、回路の雑音指数に影響を与
えずに著しく交流安定性が改善される。
数である。人は利得を減少させる手段としてRG のみを
残しRLGをほとんど制御していない。前に説明したよ
うに、エミッタにRG を使用することは雑音指数を低下
させる。この抵抗を図7のQ3のコレクタへ移動するこ
とにより、混合器の利得はミラーコンデンサ効果の利用
により減少することができる。この利得減少はミラーコ
ンデンサにより決定される極上の周波数にのみ適用さ
れ、図7の位相をRF適用に適当なものとする。この方
法では、回路のダイナミックレンジの制限は除去され、
利得を制御することができ、回路の雑音指数に影響を与
えずに著しく交流安定性が改善される。
【0025】図6に示唆されているが、リアクタンス回
路が図6および図7のトランジスタQ3のコレクタまた
はエミッタに付加してもよく、IF周波数における雑音
寄与を減少することができる。図8に示されるように、
従来の二重平衡混合器は、一般にエミッタ回路内に利得
制御抵抗RG を配置する(2つの抵抗RO /2に分割さ
れて示されている)。エミッタ回路内の電流源の存在
は、電流源を通じる電圧降下により頭上スペース(he
adroom)を減少させる。
路が図6および図7のトランジスタQ3のコレクタまた
はエミッタに付加してもよく、IF周波数における雑音
寄与を減少することができる。図8に示されるように、
従来の二重平衡混合器は、一般にエミッタ回路内に利得
制御抵抗RG を配置する(2つの抵抗RO /2に分割さ
れて示されている)。エミッタ回路内の電流源の存在
は、電流源を通じる電圧降下により頭上スペース(he
adroom)を減少させる。
【0026】本発明によれば、図9に示されるように、
バイアスVGが2つのNPNトランジスタQ5、Q6の
ベースに提供される。バイアス回路を通じる電圧降下が
除去されるので、低電圧電源を使用することができ前述
したように同一のダイナミックレンジを達成することが
できる。さらに、単一平衡混合器を用いて同様な方法
で、エミッタ回路内の利得制御抵抗を誘導子で置き換
え、かつRFトランジスタQ5、Q6のコレクタ回路内
の2つの利得制御抵抗RG/2を配置することにより、
実質的に入力インピーダンス、負荷インピーダンスまた
は雑音指数に影響を与えないで利得を制御できる効果を
有する。
バイアスVGが2つのNPNトランジスタQ5、Q6の
ベースに提供される。バイアス回路を通じる電圧降下が
除去されるので、低電圧電源を使用することができ前述
したように同一のダイナミックレンジを達成することが
できる。さらに、単一平衡混合器を用いて同様な方法
で、エミッタ回路内の利得制御抵抗を誘導子で置き換
え、かつRFトランジスタQ5、Q6のコレクタ回路内
の2つの利得制御抵抗RG/2を配置することにより、
実質的に入力インピーダンス、負荷インピーダンスまた
は雑音指数に影響を与えないで利得を制御できる効果を
有する。
【0027】バイポーラトランジスタが例示されている
が、本発明で述べられた電流変換に対して制御されたス
イッチングおよび電圧を提供する限りにおいて、MOS
FETのような他のタイプのトランジスタを使用しても
よい。前述したように、LOトランジスタのベース−コ
レクタ容量補償は、本来二重平衡混合器により提供され
る。ベース−コレクタ容量補償の概念は、アナログ微分
増幅回路におけるその適用として周知であり、より詳細
には、Grebeneの「バイポーラおよびMOSIC
設計」、John Wiley and Sons、N
ew York、New York、1984(415
〜417ページ参照)。混合器への適用において、ベー
ス−コレクタ容量補償はLOスイッチング機構のスイッ
チング速度を改善する。これは、LO回路のバンド幅に
関するCuの効果を否定することにより達成される。C
uを否定するとバンド幅を上げ、そのためスイッチング
速度を減少させる。これは混合器の変換効率および中断
点を改善する。図6に示されるような従来の単一平衡混
合器、または図7の新規な単一平衡混合器において、交
差結合したトランジスタの第2の対の不存在はLOスイ
ッチングを遅くさせ中断点を減少させる。しかしなが
ら、図11に示されるように、鎖線で示されるようにエ
ミッタを回路するかまたはベースに接続して、交差結合
したトランジスタQ1およびQ2の第2の対を付加して
もよい。
が、本発明で述べられた電流変換に対して制御されたス
イッチングおよび電圧を提供する限りにおいて、MOS
FETのような他のタイプのトランジスタを使用しても
よい。前述したように、LOトランジスタのベース−コ
レクタ容量補償は、本来二重平衡混合器により提供され
る。ベース−コレクタ容量補償の概念は、アナログ微分
増幅回路におけるその適用として周知であり、より詳細
には、Grebeneの「バイポーラおよびMOSIC
設計」、John Wiley and Sons、N
ew York、New York、1984(415
〜417ページ参照)。混合器への適用において、ベー
ス−コレクタ容量補償はLOスイッチング機構のスイッ
チング速度を改善する。これは、LO回路のバンド幅に
関するCuの効果を否定することにより達成される。C
uを否定するとバンド幅を上げ、そのためスイッチング
速度を減少させる。これは混合器の変換効率および中断
点を改善する。図6に示されるような従来の単一平衡混
合器、または図7の新規な単一平衡混合器において、交
差結合したトランジスタの第2の対の不存在はLOスイ
ッチングを遅くさせ中断点を減少させる。しかしなが
ら、図11に示されるように、鎖線で示されるようにエ
ミッタを回路するかまたはベースに接続して、交差結合
したトランジスタQ1およびQ2の第2の対を付加して
もよい。
【0028】図11の混合器を不平衡にすることが望ま
しい場合、図12に示されるように相補発振信号LOを
省略し、かつ結合コンデンサを通じてQ4のベースを接
地することにより行ってもよい。抵抗R1、R2、R3
からなる抵抗性電圧分割器をトランジスタQ3およびQ
4のベースを差動的にバイアスするように提供してもよ
い。
しい場合、図12に示されるように相補発振信号LOを
省略し、かつ結合コンデンサを通じてQ4のベースを接
地することにより行ってもよい。抵抗R1、R2、R3
からなる抵抗性電圧分割器をトランジスタQ3およびQ
4のベースを差動的にバイアスするように提供してもよ
い。
【0029】差動バイアスのため、容量補償は平衡混合
器の場合のように有益ではないが、トランジスタスイッ
チング時間における著しい改善を与える可能性がある。
さらに、2つのLOトランジスタQ1およびQ2のバイ
アス、従って伝導の差のため、ほとんどの電力はトラン
ジスタQ2のコレクタにおいて利用可能であり、LOと
LO出力信号との結合に関するバンド幅の問題を避ける
ことができる。
器の場合のように有益ではないが、トランジスタスイッ
チング時間における著しい改善を与える可能性がある。
さらに、2つのLOトランジスタQ1およびQ2のバイ
アス、従って伝導の差のため、ほとんどの電力はトラン
ジスタQ2のコレクタにおいて利用可能であり、LOと
LO出力信号との結合に関するバンド幅の問題を避ける
ことができる。
【0030】本発明の抵抗性電圧分割器の使用の別の効
果は、抵抗R2 が直流バイアスを提供するよう機能する
ばかりでなく、接地されたベース局部発振器段階トラン
ジスタQ2のための成端抵抗としても機能する。RFト
ランジスタ用利得制御抵抗RGは、利得が実質的に雑音
指数を増加させることなく制御され得るコレクタ回路B
O内に配置されることに留意されたい。
果は、抵抗R2 が直流バイアスを提供するよう機能する
ばかりでなく、接地されたベース局部発振器段階トラン
ジスタQ2のための成端抵抗としても機能する。RFト
ランジスタ用利得制御抵抗RGは、利得が実質的に雑音
指数を増加させることなく制御され得るコレクタ回路B
O内に配置されることに留意されたい。
【0031】また、バイアス回路はエミッタ回路よりも
むしろRFトランジスタQ3のベースに接続され、従っ
て、頭上スペースの損失を除去できることに留意された
い。図13に関連して前述したように、単一バイアス回
路は共通エミッタ配置以外のアナログ回路のために使用
される。しかしながら、本発明によれば、図5に示され
るように、単一バイアス回路が複数の低電圧、共通エミ
ッタの無線周波回路をバイアスするように使用され得
る。
むしろRFトランジスタQ3のベースに接続され、従っ
て、頭上スペースの損失を除去できることに留意された
い。図13に関連して前述したように、単一バイアス回
路は共通エミッタ配置以外のアナログ回路のために使用
される。しかしながら、本発明によれば、図5に示され
るように、単一バイアス回路が複数の低電圧、共通エミ
ッタの無線周波回路をバイアスするように使用され得
る。
【0032】図5に関して、バイアス回路の出力端末2
3は複数の低電圧の共通エミッタ回路にベースバイアス
を提供するバスを介して接続される。2つの増幅器が説
明されているが、バイアスされた回路はいずれの形式、
数であってもよく、1以上の増幅器、1以上の混合器お
よび/または1以上の付加回路を含んでもよい。例え
ば、演算増幅器の使用によりバイアス回路内のトランジ
スタを緩衝することが必要である。図5において、演算
増幅器は、トランジスタQ2、Q3−QNの回路の装荷
の効果からトランジスタQ1を緩衝する。
3は複数の低電圧の共通エミッタ回路にベースバイアス
を提供するバスを介して接続される。2つの増幅器が説
明されているが、バイアスされた回路はいずれの形式、
数であってもよく、1以上の増幅器、1以上の混合器お
よび/または1以上の付加回路を含んでもよい。例え
ば、演算増幅器の使用によりバイアス回路内のトランジ
スタを緩衝することが必要である。図5において、演算
増幅器は、トランジスタQ2、Q3−QNの回路の装荷
の効果からトランジスタQ1を緩衝する。
【0033】図5の複数の増幅器の各々の利得は、プロ
セスパラメータと同様に回路内の半導体の動作温度に依
存するので、gとVBE不整合の効果は、コレクタ回路
内の負荷抵抗を交流利得に対してトリムして、雑音指数
を低下させず、各増幅器のベース内のバイアス制御抵抗
30のレーザトリミングにより制御され得る。本発明は
多くの利点を有する。例えば、低電圧増幅器のコレクタ
上に高電圧を利用可能とすることは、ダイナミックレン
ジを増大させる。逆に、所望のダイナミックレンジは低
電源電圧により得られる。
セスパラメータと同様に回路内の半導体の動作温度に依
存するので、gとVBE不整合の効果は、コレクタ回路
内の負荷抵抗を交流利得に対してトリムして、雑音指数
を低下させず、各増幅器のベース内のバイアス制御抵抗
30のレーザトリミングにより制御され得る。本発明は
多くの利点を有する。例えば、低電圧増幅器のコレクタ
上に高電圧を利用可能とすることは、ダイナミックレン
ジを増大させる。逆に、所望のダイナミックレンジは低
電源電圧により得られる。
【0034】利得は入力、出力インピーダンスいずれか
に影響を与えるか、または雑音指数を増加させることな
く混合器において制御され得る。多重RF段、例えば、
増幅器および/または混合器は、ICチップ上の重要な
スペースおよび電力を節約しながら、単一回路によりバ
イアスされ温度補償され得る。
に影響を与えるか、または雑音指数を増加させることな
く混合器において制御され得る。多重RF段、例えば、
増幅器および/または混合器は、ICチップ上の重要な
スペースおよび電力を節約しながら、単一回路によりバ
イアスされ温度補償され得る。
【0035】さらに、混合器は、局部発振器段のベース
を差動バイアスすることにより、電力またはバンド幅の
著しい損失なしに不平衡とされ得る。また、交差結合し
たトランジスタは単一平衡および不平衡混合器における
コンデンサ補償のために使用され得る。温度およびIC
プロセスパラメータの補償を有する1以上の増幅器およ
び1以上の単一または二重平衡混合器を含む単一または
多重低電圧RF回路のための単一バイアスブロックが開
示される。電源は、演算増幅器および/または緩衝回路
を通じてベース回路へバイアスを印加して負荷に十分な
電源電圧を印加することにより増幅器および/または混
合器のダイナミックレンジを犠牲にすることなく、低電
圧とし得る。また、混合器に対して、エミッタからコレ
クタ回路へ利得制御インピーダンスを移動させることに
より、より低い雑音指数が実現される。回路はICの分
離した構成要素もしくは部分であってもよい。増幅器の
ダイナミックレンジに影響を与えずに電源電圧を減少さ
せる方法が開示される。
を差動バイアスすることにより、電力またはバンド幅の
著しい損失なしに不平衡とされ得る。また、交差結合し
たトランジスタは単一平衡および不平衡混合器における
コンデンサ補償のために使用され得る。温度およびIC
プロセスパラメータの補償を有する1以上の増幅器およ
び1以上の単一または二重平衡混合器を含む単一または
多重低電圧RF回路のための単一バイアスブロックが開
示される。電源は、演算増幅器および/または緩衝回路
を通じてベース回路へバイアスを印加して負荷に十分な
電源電圧を印加することにより増幅器および/または混
合器のダイナミックレンジを犠牲にすることなく、低電
圧とし得る。また、混合器に対して、エミッタからコレ
クタ回路へ利得制御インピーダンスを移動させることに
より、より低い雑音指数が実現される。回路はICの分
離した構成要素もしくは部分であってもよい。増幅器の
ダイナミックレンジに影響を与えずに電源電圧を減少さ
せる方法が開示される。
【図1】従来の高電圧RF増幅器のブロック図形式のバ
イアス回路を示す概略回路図である。
イアス回路を示す概略回路図である。
【図2】図1の高電圧増幅器に使用され得る第1の従来
の能動バイアス回路の概略回路図である。
の能動バイアス回路の概略回路図である。
【図3】図1の高電圧増幅器に使用され得る第2の従来
の能動バイアス回路の概略回路図である。
の能動バイアス回路の概略回路図である。
【図4】ブロック形式で示されているバイアス回路を有
する本発明の低電圧RF増幅器の概略回路図である。
する本発明の低電圧RF増幅器の概略回路図である。
【図5】図4のRF増幅器および図7、9、10、11
および12の混合回路のような多重接地エミッタ回路用
基準装置として図4の回路の使用を説明する、図4の低
電圧RF増幅器の1実施例の概略回路図である。
および12の混合回路のような多重接地エミッタ回路用
基準装置として図4の回路の使用を説明する、図4の低
電圧RF増幅器の1実施例の概略回路図である。
【図6】従来の単一平衡混合器の概略回路図である。
【図7】本発明の単一平衡混合器の概略回路図である。
【図8】従来の二重平衡混合器の概略回路図である。
【図9】本発明の二重平衡混合器の概略回路図である。
【図10】本発明の不平衡混合器の概略回路図である。
【図11】交差結合したトランジスタを補償するコンデ
ンサを有する本発明の単一平衡混合器のスイッチング部
の概略回路図である。
ンサを有する本発明の単一平衡混合器のスイッチング部
の概略回路図である。
【図12】コンデンサ補償を有する本発明の不平衡混合
器の概略回路図である。
器の概略回路図である。
【図13】共通エミッタ配置以外の多重低電圧アナログ
回路に使用される従来の単一バイアス回路ブロックの概
略回路図である。
回路に使用される従来の単一バイアス回路ブロックの概
略回路図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード ダグラス シュルツ アメリカ合衆国、フロリダ州 32909、パ ーム ベイ、モヒーガン テラス エス. イー. 1342 (72)発明者 トーマス デーヴィッド ブローガン アメリカ合衆国、フロリダ州 32905、パ ーム ベイ、コーリイ ロード 4650 (72)発明者 サング─グーグ リー アメリカ合衆国、フロリダ州 32907、パ ーム ベイ、ペッカム ストリート エ ヌ.イー. 162
Claims (15)
- 【請求項1】電源と、 ベース、コレクタおよび交流接地エミッタを有するトラ
ンジスタと、 負荷に電流が流れない時前記電源の全電圧が前記コレク
タに印加されるように前記コレクタと前記電源間に効果
的に接続される負荷と、前記ベースをバイアスする手段
とからなるバイアスされた低電圧RF増幅器であって、
前記バイアス手段が前記バイアス手段を前記トランジス
タの外部装荷の効果から緩衝するための手段を含むこと
を特徴とする、バイアスされた低電圧RF増幅器。 - 【請求項2】前記バイアス手段がその温度変化によるV
BEおよびドリフトに対して前記トランジスタを補償す
る手段を含み、この補償手段が演算増幅器を含み、かつ
前記バイアス手段もまた演算増幅器を含む、請求項1に
記載のバイアスされた低電圧RF増幅器。 - 【請求項3】前記負荷を通じて提供される前記コレクタ
の直流電圧バイアスを減少させることなく、前記電源か
ら前記ベースをバイアスするための演算増幅器を有する
手段を含む、請求項1または2に記載のバイアスされた
低電圧RF増幅器。 - 【請求項4】前記負荷を通じて提供される前記コレクタ
の直流バイアスを減少させることなく、前記電源から前
記ベースをバイアスするための手段を含み、前記バイア
ス手段が前記トランジスタの外部装荷の効果から前記バ
イアス手段を緩衝するための手段を含み、前記緩衝手段
が演算増幅器を含む、請求項1に記載のバイアスされた
低電圧RF増幅器。 - 【請求項5】電源、負荷および緩衝されたバイアス回
路、減少した電源電圧を直接負荷に印加する段階からな
る特定の電圧ダイナミックレンジを提供するのに要求さ
れる電源電圧の強度を減少させる方法、あるいは電源を
直接負荷に接続する段階からなるダイナミックレンジを
増加させる方法を有する、低電圧交流接地エミッタトラ
ンジスタRF増幅器。 - 【請求項6】各増幅器の頭上スペース、従ってダイナミ
ックレンジを増加させるようにエミッタ−コレクタ回路
よりもむしろ複数の増幅器の各々のベースをバイアスす
る段階からなる複数の無線周波増幅器間の上音妨害を最
小化する方法 - 【請求項7】電源、負荷および緩衝されたバイアス回
路、温度の関数としてベース電流を修正する段階からな
る負荷の相互コンダクタンスに関してトランジスタの相
互コンダクタンスの望ましい温度依存関係を維持する方
法を有する、低電圧交流接地エミッタRF増幅器 - 【請求項8】電源、内部負荷および緩衝されたバイアス
回路、温度の関数としてベース電流を修正する段階から
なる温度変化によるVBEおよびドリフトに対して前記
トランジスタを補償する方法を有する、低電圧交流接地
エミッタトランジスタRF増幅器。 - 【請求項9】そのベースに印加されるRF信号、バイア
ス回路とともにベース、コレクタおよびエミッタを有す
るバイポーラトランジスタを含む混合器において、前記
トランジスタのエミッタ回路よりもむしろベース回路内
にバイアス回路を配置することを特徴とする、混合器。 - 【請求項10】前記混合器が単一RF入力信号を有する
単一平衡混合器であるか、または前記混合器が単一RF
入力信号を有する不平衡混合器であるか、または前記混
合器が第2のバイアス回路とベース、コレクタおよびエ
ミッタとを有する第2のトランジスタを有し、前記第2
のバイアス回路が前記第2のトランジスタのベース回路
内に配置される二重平衡混合器である、請求項9に記載
の混合器。 - 【請求項11】前記2つのトランジスタが共通エミッタ
を有し、唯一のRF入力信号があり、前記共通エミッタ
回路内に誘導子を含む、請求項10に記載の混合器。 - 【請求項12】ベース、コレクタおよびエミッタを有
し、このベースに印加される局部発振信号を有しする2
つのトランジスタを含む混合器において、前記トランジ
スタの各々に対して、ベース、コレクタおよびエミッタ
を有する補償トランジスタを付加し、前記補償トランジ
スタのベースが前記2つのトランジスタの一方のベース
に接続され、前記補償トランジスタのコレクタが前記2
つのトランジスタの他方のコレクタに接続され、前記混
合器が単一RF入力信号を有する単一平衡混合器である
か、または前記混合器が単一RF入力信号を有する不平
衡混合器であるか、あるいは前記補償トランジスタのエ
ミッタが接続されていないか、または前記補償トランジ
スタのエミッタが直接そのベースに接続されていること
を特徴とする、混合器。 - 【請求項13】それぞれベース、前記ベースを差動的に
バイアスするための手段を有し、前記バイアス手段は抵
抗性電圧分割器を含む2つの局部発振段トランジスタを
含む単一の非バイアス混合器において、前記2つの局部
発振段トランジスタのベースを差動的にバイアスする段
階により特徴付けられる、混合器。 - 【請求項14】混合器の入力、出力インピーダンスに影
響を与えないで低電圧混合器の利得を制御する方法であ
って、RF増幅器のエミッタ回路内の抵抗およびインピ
ーダンスを実質的に除去し、RF増幅器のコレクタ回路
内の抵抗値を変化させる段階からなる方法。 - 【請求項15】複数の低電圧、RF、交流接地エミッタ
回路の各々にプロセスパラメータ補償を提供する方法で
あって、バイアス電位の共通の緩衝源から抵抗を通じて
回路の各々のベースをバイアスし、抵抗をレーザトリミ
ングする段階からなる方法。
Applications Claiming Priority (2)
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