JPH09205328A - モノリシックの同調可能なhbt能動的フィードバックを有する低ノイズ・低歪hemtの低ノイズ増幅器 - Google Patents

モノリシックの同調可能なhbt能動的フィードバックを有する低ノイズ・低歪hemtの低ノイズ増幅器

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JPH09205328A
JPH09205328A JP9000837A JP83797A JPH09205328A JP H09205328 A JPH09205328 A JP H09205328A JP 9000837 A JP9000837 A JP 9000837A JP 83797 A JP83797 A JP 83797A JP H09205328 A JPH09205328 A JP H09205328A
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feedback
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hbt
monolithic microwave
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Kevin W Kobayashi
ダブリュー コバヤシ ケヴィン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モノリシック高電子移動度トランジスタ(H
EMT)のスレッシュホールド電圧の変化を考慮するよ
うにバイアス電流を調整するためのモノリシック集積回
路を含むHEMT低ノイズ増幅器(LNA)マイクロ波
モノリシック集積回路(MMIC)を提供する。 【解決手段】 マイクロ波モノリシック集積回路(MM
IC)として形成された低ノイズ増幅器(LNA)は、
高電子移動度トランジスタ(HEMT)を含み、同調可
能なヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)能動
的フィードバックを使用して、増幅器の利得−帯域巾及
び直線性能を改善すると共に、HEMTの自己バイアス
を与える。本発明のMMICは、自己バイアスを向上す
るのに加えて、MMIC LNAが製造された後に、ノ
イズ指数性能を著しく悪化することなく、LNAの周波
数帯域巾及び直線特性を調整できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2ポートマイクロ
波モノリシック集積回路(MMIC)として形成された
高直線性・低ノイズ増幅器(LNA)に係り、より詳細
には、モノリシック集積型の同調可能なヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ(HBT)の能動的フィードバック
を有するモノリシック高電子移動度トランジスタ(HE
MT)の高直線性LNAであって、HEMTを自己バイ
アスすると共に、MMICが形成された後にLNAのノ
イズ指数性能を著しく低下せずにLNAの利得、帯域巾
及び直線特性を調整することのできる高直線性のLNA
に係る。
【0002】
【従来の技術】既知のワイヤレス及びセルラーの商業的
用途では、比較的高い直線性を有する低ノイズ増幅器
(LNA)がマイクロ波受信器に必要とされる。低ノイ
ズの用途では、高電子移動度トランジスタ(HEMT)
が他の公知技術に比して優れたノイズ指数性能を与える
ことが知られている。不都合なことに、このようなHE
MTのスレッシュホールド電圧は比較的敏感であり、デ
バイスのプロファイルと、HEMTを製造するプロセス
技術とに基づいて変化することが知られている。これ
は、参考としてここに取り上げるIEEEマイクロウエ
イブ・アンド・ガイデッド・ウエイブ・レター、第5
巻、第4号、1995年、4月、第124−126ペー
ジに掲載されたドウイットCストレイト、ケルビンWコ
バヤシ、アーロンKオキ、及びドナルドKウメモト著の
「選択的MBEによるモノリシックHBT調整のHEM
T LNA(A MONOLITHIC HBT-REGULATED HEMT LNA BY
SELECTIVEMBE)」に説明されている。特に、HEMT材
料プロファイルの僅かなウェハごとの変動と、ゲートプ
ロセスは、スレッシュホールド電圧のウェハごとの変動
を生じさせる。スレッシュホールド電圧は、同じウェハ
上の隣接デバイス間でも変化することが知られている。
従って、このようなHEMT LNAの使用は、バイア
ス電流の調整を必要とする。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】種々のオフチップ及び
モノリシック集積の調整器は、このような変動を補償す
ることが知られている。例えば、HEMT LNAと一
体化されるモノリシックHEMT調整回路が、参考とし
てここに取り上げるProc.IEEE 1994マイ
クロウエイブ・アンド・ミリメータウエイブ・モノリシ
ック・サーキット・シンポジウム、1994年、第12
1−124ページに掲載されたK.Wコバヤシ、Rエス
ファンディナリ、Bネルソン、Kミノット、Wジョー
ン、Mバイデンベンダー、Rレイ、K.Lタン、及び
J.ベレンズ著の「モノリシックHEMT調整自己バイ
アスLNA(A Monolithic HEMT Regulated Self-Biased
LNA) 」に説明されている。HEMT調整器が一体化さ
れたモノリシックHEMT LNAは、バイアス調整を
改善するが、デバイスは、ウェハ上のスレッシュホール
ド変動に依然として敏感である。
【0004】HEMT LNAのMMICは、自己バイ
アスが困難であるのに加えて、直線性能が比較的限定さ
れている。増幅器の直線性能を改善するための技術は多
数のものが知られている。このような技術は、1971
年6月のIEEE Trans.オン・コミュニケーシ
ョン・テクノロジー、第COM−19巻、第3号、第3
20−325ページに掲載されたHセイデル著の「L−
4キャリアシステム増幅器に適用されるフィードフォワ
ード実験(A Feedforward Experiment Appliedto an L-4
Carrier System Amplifier) 」;1993 IEEE
MMWMCシンポジウム・ダイジェスト、アトラン
タ、ジョージニア州、第155−158ページに掲載さ
れたAカッツ、Sムーチャラ、及びJクラッシン著の
「C、X及びKu帯域サテライト用途のための受動的F
ET MMICリニアライザ(PassiveFET MMIC Lineari
zers for C, X and Ku-Band Satellite Application
s)」;1985 IEEE MTTシンポジウム・ダイ
ジェスト、セントルイス、ミズリー州、第661−66
4ページに掲載されたAカッツ、Rスダーサナ及びDア
ーバート著の「宇宙船用途に対して直線化された反射ダ
イオード(A Reflective Diode Linearized for Spacecr
aft Applications) 」;及び1986年12月のIEE
Eトランザクションズ・オン・MTT、第MTT−34
巻、第1327−1986ページに掲載されたRイナ
ダ、Hオガワ、Sキタズミ及びPデサンティ著の「宇宙
使用のコンパクトリニアライザ(A Compact Linearize
r)」に説明されたフィードフォワード直線化及び予歪技
術を含み、これら文献は全て参考としてここに取り上げ
るものである。これらの技術は、比較的複雑なシステム
を伴うことが知られており、カプラー、増幅器、移相器
等の付加的なハードウェアを必要とし、これらは、MM
IC上の比較的広いエリアを消費する上に、MMICの
大量の商業的生産に対して経済的に実現できないことが
知られている。更に、このような技術は、通常、電力増
幅器の直線性を改善するために使用されるが、LNAの
ノイズ性能に悪影響を及ぼす。
【0005】又、増幅器の相互変調歪(IMD)性能を
改善するために、能動的及び受動的電界効果トランジス
タ(FET)フィードバックネットワークを使用するこ
とも知られている。このようなネットワークの例が、1
991 IEEE MTTシンポジウム・ダイジェス
ト、ボストン、マサチューセッツ州、第525−528
ページに掲載されたMムラグチ及びMアイカワ著「リニ
アリミッタ:11GHzモノリシック低歪可変利得増幅
器(An 11GHz Monolithic Low Distortion Variable Gai
n Amplifier)」;1995 IEEE MTTシンポジ
ウム・ダイジェスト、オーランド、フロリダ州、第16
19−1622ページに掲載されたKニシカワ及びTト
クミツ著「能動的なフィードバックを用いたMMIC低
歪可変利得増幅器(An MMIC Low-Distortion Variable-G
ain Amplifier Using Active Feedback)」;及び199
3 IEEE MMWMCシンポジウム・ダイジェス
ト、アトランタ、ジョージニア州、第113−116ペ
ージに掲載されたJ.Cペドロ及びJペレツ著「能動的
フィードバックを用いたMMIC直線化増幅器(An MMIC
Linearized Amplifier Using Active Feedback)」に詳
細に説明されている。これら文献は全て参考としてここ
に取り上げる。このような技術は、大きな信号の圧縮状
態のもとでIMD性能を改善するが、このような技術
は、優れたノイズ指数性能には適していない。
【0006】既知のHEMT LNA MMICに伴う
別の問題は、このようなデバイスの利得及び帯域巾性能
がプロセス変化に敏感であり、そして半導体の製造及び
パッケージングが完了した後には調整できないことであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、公知技
術の問題を解消するHEMT LNA MMICを提供
することである。
【0008】本発明の別の目的は、HEMTデバイスの
スレッシュホールド電圧の変動を加味するようにバイア
ス電流を調整するためのモノリシック集積回路を含むH
EMT LNA MMICを提供することである。
【0009】本発明の更に別の目的は、改良された直線
性能を有するHEMT LNAを提供することである。
【0010】本発明の更に別の目的は、MMICが製造
された後に、ノイズ指数性能を低下することなく、デバ
イスの利得、帯域巾及び直線性能を電子的に調整するこ
とのできるHEMT LNA MMICを提供すること
である。
【0011】要約すれば、本発明は、モノリシックマイ
クロ波集積回路(MMIC)として形成された低ノイズ
増幅器(LNA)に係る。このLNAは、高電子移動度
トランジスタ(HEMT)を含み、ヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ(HBT)の能動的フィードバックを用
いてHEMTを自己バイアスする。自己バイアスを向上
するのに加えて、本発明によるMMICは、LNAのノ
イズ指数性能を著しく低下することなく、LNAの利
得、周波数帯域及び直線性能を調整できるようにする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の上記及び他の目的は、添
付図面を参照した以下の詳細な説明より容易に理解され
よう。図1及び2は、モノリシックマイクロ波集積回路
(MMIC)を形成するモノリシック集積ヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ(HBT)能動的フィードバック
を備えた本発明による高電子移動度トランジスタ(HE
MT)低ノイズ増幅器(LNA)の2つの実施形態を示
す。HBT能動的フィードバックは、HEMTの自己バ
イアスを与えるのに加えて、調整可能であり、これは、
HEMT LNAの利得−帯域巾を電子的に調整できる
ようにする一方、ノイズ指数性能を著しく低下せずに直
線性能を改善できるようにする。以下に詳細に述べるよ
うに、HBTのバイアスの調整によりHEMTへのHB
Tフィードバックを増加することにより、デバイスの利
得−帯域巾を約11GHzから16GHzへ増加するこ
とができる。又、HBTフィードバックの同調は、直線
性、特に、IP3性能を、30dBmのピークIP3を
もつ1ないし11GHz帯域にわたり20dBm未満か
ら24dBm以上へと改善する。抵抗性フィードバック
のみをもつ既知のHEMT増幅器に対して、HBTフィ
ードバックをもつHEMTLNAは、チップサイズ又は
DC消費電力を著しく増加せずに、利得−帯域巾の約5
0%の改善を与えると共に、IP3の6ないし10の改
善を与える。特に、能動的フィードバックとしてHBT
又はバイポーラトランジスタを使用することにより、F
ET及びHEMTフィードバックデバイスに勝る多数の
効果が与えられる。例えば、HBT/バイポーラデバイ
スは、自己バイアスが比較的容易で、低いDC電流及び
消費電力を与え、そして比較的小さな領域で実施できる
と共にDCブロッキングキャパシタを必要としない。こ
れは、参考としてここに取り上げるIEEEマイクロウ
エーブ・アンド・ガイデッド・ウエイブ・レター、第4
巻、第5号、第146−148ページ、1994年5月
に掲載されたK.Wコバヤシ、L.Tトラン、J.Rベ
レビア、A.Kオキ、及びD.Cストレイト著の「In
AlAs/InGaAsヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを用いた新規な能動的フィードバック設計(A Novel
Active Feedback Design Using InAlAs/InGaAs Hetero
junction Bipolar Transistors) 」に詳細に説明されて
いる。
【0013】本発明によるHEMT LNAの2つの実
施形態について開示する。図1に示す第1の実施形態に
おいては、カスコード接続された2つのHBTが、HE
MTの能動的フィードバックを与えるために使用され
る。図2に示された第2の実施形態では、単一のHBT
が能動的フィードバックに使用される。両方の実施形態
は、選択的分子ビームエピタキシー(MBE)及び合体
HEMT−HBTプロセスを用いたHEMT及びHBT
のモノリシック集積に基づき、これらは、参考としてこ
こに取り上げるIEEEトランザクションズ・オン・エ
レクトロン・デバイシス、第42巻、第4号、1995
年4月、第618−623ページに掲載されたD.Cス
トレイト、D.Kウエモト、K.Wコバヤシ、及びA.
Kオキ著の「選択的MBEによるモノリシックHEMT
−HBT集積(Monolithic HEMT-HBTIntegration by Sel
ective MBE)」;及びIEEEマイクロウエイブ・アン
ド・ガイデッド・ウエイブ・レター、第5巻、第4号、
1995年4月、第124−126ページに掲載された
ドウエイCストレイト、ケルビンWコバヤシ、アーロン
Kオキ、及びドナルドKウメモト著の「選択的MBEに
よるモノリシックHBT−調整HEMT LNA(A Mon
olithic HBT-regurated HEMT LNA by Selective MBE)」
に詳細に説明されている。このプロセスは、0.2μM
のゲート長さの仮像InGaAs−GaAs HEMT
を2μMのエミッタ巾のGaAs−AlGaAs HB
Tと一体化する。HEMTデバイスは、利得−帯域巾の
積fT が60GHzより大きい状態で最大利得GM >5
00mS/mmを得ることができる。HBTデバイス
は、利得がβ=60、利得−帯域巾の積fT 及び最大周
波数fMAX が各々23GHz及び50GHz、電流密度
がJC =20KA/cm2 を達成する。
【0014】HEMT M1 と、カスコード接続された
2つのHBT Q1 及びQ2 とを組み込んだ図1に示す
本発明の1つの実施形態では、HEMT−HBT LN
AMMICは、約20ないし25mAにバイアスされる
0.2μm×200μmのHEMTデバイスとして構成
される。HBTデバイスQ1 及びQ2 は、可変コレクタ
バイアス電流(Ifb)が約0ないし5mAの2×10μ
m2 4本指エミッタHBTによって構成される。一次供
給電圧Vddは、約5ボルトDCであり、その消費電流は
約20.4ないし24mAである。同調可能な二次供給
電圧Vssは、0から−5ボルトDCまで変化し、約0.
5ないし3.6mAを消費する。MMICは、本発明に
よれば、ボンディングパッド及び伝送線をもたずに30
0μ×300μ程度に小さく構成することができる。
【0015】図1を参照すれば、参照番号20で一般的
に示された本発明によるHEMTLNAは、増幅器の低
ノイズ性能を与えるHEMTデバイスM1 を備えてい
る。HEMT M1 のドレインと供給電圧Vddとの間に
は負荷抵抗Rloadが接続されていて、HEMT M1 の
ドレインに負荷を与えると共に、DC供給電圧Vddによ
りHEMT M1 の静止DCバイアスを発生する。供給
電圧Vddと接地点との間にはバイパスキャパシタCBYP
が接続されて、電源電圧Vddの高周波ノイズを抑制す
る。バイパスキャパシタCBYP は、マイクロ波モノリシ
ック集積回路(MMIC)に一体化することができる。
【0016】本発明の重要な特徴によれば、同調可能な
能動的フィードバックネットワークが一対のカスコード
接続HBT Q1 及びQ2 から形成される。又、この能
動的フィードバックネットワークは、HEMTのドレイ
ンとHBT Q1 のベースとの間に接続された再生フィ
ードバック同調抵抗Rbtと、HBT Q1 のエミッタと
HEMT M1 のゲートとの間に接続されたフィードバ
ック抵抗Rfbとを備えている。又、能動的フィードバッ
クネットワークは、HBT Q1 のベースと供給電圧V
ddとの間に接続されたDCバイアス抵抗Rdcと、HBT
Q2 のベースとHBT Q1 のエミッタとの間に接続
されたフィードバック抵抗Cfbとを備えている。フィー
ドバック抵抗Rfbは、公称量の抵抗性フィードバックを
与え、これは、カスコード状の2つのHBTにより形成
された能動的フィードバックにより増強される。HBT
Q1 のベースとHEMT M1 のドレインとの間に接
続された再生フィードバック同調抵抗Rbtは、HBTフ
ィードバックネットワークから再生フィードバックを与
えるように選択することができる。
【0017】本発明の重要な特徴は、HEMT M1 の
フィードバック電流Ifbと、利得−フィードバックの電
子的同調性とをMMICの外部から変更できることであ
る。特に、HEMT M1 のゲートと第2の供給電圧V
SSとの間には、バイアス抵抗RSSが接続される。第2の
供給電圧VSSは、バイアス抵抗RSS、フィードバック抵
抗Rfb、フィードバック同調抵抗Rbt、負荷抵抗
Rload、及びHBT Q1 により、HEMT M1 の自
己バイアスを与えるように、例えば、−1ないし−5ボ
ルトDCの間で変化することができる。このような構成
は、二次供給電圧VSSを調整することによりHBTの能
動的フィードバック回路を同調する方法を提供する。本
発明の重要な特徴は、二次供給電圧をMMICに対して
外部から調整できることに関する。二次供給電圧VSSが
変化すると、HBTの能動的フィードバックネットワー
クの静止バイアス電流Ifbを変化させる。二次供給電圧
VSSの大きさを調整することにより、種々の程度のフィ
ードバックをシステムに誘起させて、能動的フィードバ
ックネットワークの位相及び振幅特性を変化させること
ができる。
【0018】能動的フィードバックのために単一のHB
Tを使用する本発明の別の実施形態が図2に示されてい
る。図1及び2に示された実施形態は、参考としてここ
に取り上げるIEEEトランザクションズ・オン・マイ
クロウェイブ・セオリー・アンド・テクニークス、第4
3巻、第5号、1995年5月、第1004−1009
ページに掲載されたケルビンWコバヤシ、ドイットCス
トレイト、ドナルドKウメモト、及びアーロンKオキ著
の「HBT能動的フィードバック及びP−I−Nダイオ
ード可変利得制御を伴う新規なモノリシックHBT−P
−I−NHEMT集積回路(A Novel Monolithic HBT-P-
I-N-HEMT Integrated Circuit with HBTActive Feedbac
k and P-I-N-Diode Variable Gain Control) 」に詳細
に説明されている。
【0019】図3は、種々の能動的フィードバックバイ
アス電流Ifbに対する本発明のMMIC20の利得応答
を示すグラフである。又、図3は、最大フラット利得応
答;フィードバックバイアス電流Ifb=2mAにおける
典型的な入力及び出力リターンロス応答も示している。
図3に示すように、公称利得は約9dBであり、3dB
帯域巾は、11GHzないし16GHzの範囲である。
図3には、0.5mAないし3.6mAの範囲の異なる
フィードバックバイアス電流Ifbにおける利得対周波数
応答が示されている。これらのフィードバックバイアス
電流Ifbは、−1ボルトないし−5ボルトの二次供給電
圧VSSに対応し、これは、HEMTへの正のフィードバ
ックを増加することにより、図3に示すように、HBT
能動的フィードバックネットワークの位相及び振幅特性
と、増幅器利得の帯域巾とを変化させる。
【0020】図3に示すように、利得ピークは、バイア
スフィードバック電流Ifbが約3.6mAであるときに
生じ、これは、−5ボルトの二次供給電圧VSSに対応す
る。二次供給電圧VSSが、フィードバック電流Ifb=
0.5mAに対応する約−1ボルトまで減少したとき
に、利得は明確なロールオフを有する。2mAのフィー
ドバック電流Ifbに対応する−3ボルトの二次供給電圧
VSSにおいて、利得は、約11GHzまで拡張されたフ
ラットな応答を有し、13GHzに約0.5dBの利得
ピークをもつ。
【0021】リターンロスは、公称50Ωインピーダン
スにノードを振幅整合する尺度である。本発明によるL
NAの入力ノード及び出力ノードのリターンロスが示さ
れている。10dB未満のリターンロスが良好であると
考えられる。図3の下部に示すように、−3ボルトの同
調電圧における対応入力及び出力リターンロスは、上部
帯域縁まで10dBより大きい。
【0022】図4は、MMIC20の帯域巾において二
次供給電圧VSSを変化させる作用を示している。特に、
上記したように、二次供給電圧VSSを変化させると、フ
ィードバックバイアス電流Ifbが変化する。図4は、能
動的フィードバック電流Ifbの関数として3dB帯域巾
を示すグラフである。図4に示すように、フィードバッ
ク電流を約0.5mAから3.6mAまで変化すること
により、3dB帯域巾を約11GHzから16GHzへ
と改善することができ、これは、MMIC20に対する
約50%同調能力に対応する。
【0023】上記したように、本発明によるLNAの直
線性も、ノイズ指数性能を低下せずに改善される。増幅
器の直線性能を決定するための1つの方法は、2トーン
3次遮断点(two-tone third order intercept point)
(IP3)を測定することである。図5は、2トーン3
次遮断点(IP3)応答を能動的フィードバックバイア
ス(VSS、Ifb)の関数として示している。例えば、能
動的フィードバックをもたない等価HEMT LNAの
IP3応答は、公称20dBmの太い線として示されて
いる。図5に示すように、能動的フィードバックバイア
ス電流が増加し、従って、上部帯域縁の正のフィードバ
ックを誘起するにつれて、IP3遮断点は低い周波数に
おいて増加する。バイアスが更に増加するにつれて、こ
の性能は、約8GHzまでの周波数に対して従来のHE
MT LNA IP3応答(即ち能動的フィードバック
なし)を拡張し始める。例えば、−3ボルトの二次供給
電圧VSS及び2mAのフィードバック電流Ifbにおい
て、IP3遮断点は、27ないし30dBmの大きさで
あり、これは、1ないし3GHzの周波数に対し従来の
HEMT LNAよりも約7ないし10dBの改善であ
る。バイアスが更に増加されるにつれて、IP3性能
は、更に高い帯域縁において改善を開始する。例えば、
二次供給電圧VSS=−5ボルト及びフィードバックバイ
アス電流Ifb=3.6mAにおいて、IP3は、1ない
し11GHz帯域にわたって約24dBmであり、これ
は、能動的フィードバックをもたない従来のHEMTに
勝る4dBの改善である。
【0024】図6は、1、3及び5GHzにおいてフィ
ードバックバイアス電流Ifbが変化する状態で出力IP
3及び1dB圧縮(P−1dB)を示すグラフである。
図6に点線で示すように、HBT能動的フィードバック
をもたない従来のHEMTLNAの20dBmのIP3
レベルが示されている。図6を参照すれば、フィードバ
ックバイアス電流Ifbが増加するにつれて、1dB圧縮
点は、3dBmから9dBmへと増加する。1、3及び
5GHzにおいて、応答はほぼ同一である。図示された
ように、2トーン遮断応答IP3は、能動的フィードバ
ックをもたない従来のHEMT LNAに対する20d
Bm IP3の従来のレベルよりも約6ないし10dB
大きな最大遮断点までフィードバックバイアス電流と共
に増加し、次いで、それより大きなフィードバックバイ
アス電流Ifbにおいて若干減少する。3GHzの所与の
周波数の場合に、本発明によるHEMT LNA MM
ICは、従来のHEMT LNAに対しフィードバック
バイアス電流Ifb=3mAにおいて10dBの改善を与
える。それより高い周波数において、2トーン遮断点I
P3を増強するためには更に大きな能動的フィードバッ
クバイアスが必要とされる。例えば、5GHzにおいて
は、26dBmの最適なIP3点が、若干大きなフィー
ドバックバイアス電流Ifb=2.8mAにおいて達成さ
れる。従来のHEMT増幅器では、IP3点は、P−1
dB点よりも約10dB大きい。IP3点とP−1dB
圧縮点との差は、増強された直線性能を測定するのに使
用することができる。従来のHEMT増幅器におけるI
P3とP−1dB点の間の差は、約10dBであるか
ら、10dBより大きな差は、直線性能の改善を示す。
図6に示されたように、各周波数の最適なフィードバッ
クバイアス電流Ifbにおいて、IP3とP1B点との間
の差は、17ないし20dBであり、これは、直線性の
測定において7ないし10dBの改善に対応する。
【0025】図7は、二次供給電圧VSSが−1ボルトな
いし−5ボルトの範囲である一方、フィードバックバイ
アス電流が0.5mAないし3.6mAの範囲であるよ
うな異なるフィードバックバイアス点に対して1ないし
6GHzの周波数帯域にわたる1dB圧縮点を示すグラ
フである。図7の曲線は、P−1dBが能動的なフィー
ドバックバイアス電流Ifbに依存することを示してい
る。例えば、0.5mAの低いバイアス電流Ifbにおい
ては、能動的なフィードバックが増幅器のP−1dBを
制限し、これは帯域巾性能に対する能動的フィードバッ
クの作用である。高いバイアス電流においては、増幅器
のP−1dBが約8dBmにおいて飽和を開始し、帯域
にわたってフラットである。
【0026】能動的なフィードバックによるHEMT
LNAの改善された直線性は、図5及び6に示すように
周波数に依存する。従って、周波数に依存するフィード
バック位相は、低い周波数においては負のフィードバッ
クに対して理想的180°未満(less-than-ideal 180
°) の位相ずれを必要とするのが正しいと考えられる。
高い周波数においては、180°以上の位相が高いフィ
ードバックバイアス電流Ifbにおいて誘起され、正のフ
ィードバックを形成する。
【0027】本発明によるLNAの直線特性が図8及び
9に更に示されており、これらの図は、基本的な単一ト
ーン出力電力及び3次の2トーン相互変調積(IMD)
を1及び3GHzにおける入力電力の関数として示して
いる。これらの曲線は、従来のHEMT LNA(即
ち、従来の抵抗性フィードバックをもつ)を、本発明に
よるHBT同調可能な能動的フィードバックHEMT
LNAと比較するものである。1及び3GHzの両方に
おいて、HBT能動的フィードバック電流Ifbが増加す
るにつれて、3次の相互変調積は、増幅器が例えば−2
0dBmないし0dBmの間で直線的に動作するような
入力電力範囲において従来の抵抗性フィードバック設計
よりも低く抑制される。約−10dBmの入力電力では
IMD抑制が約19ないし20dB改善される。低いフ
ィードバックバイアス電流Ifbのバイアスにおいては、
HBT能動的フィードバックネットワークに発生される
非直線性によりIMD性能が純粋な抵抗性フィードバッ
ク設計よりも若干悪くなる。約1.25mAの入力バイ
アス電流より上では、IMD性能が著しい改善を開始す
る。しかしながら、基本的なトーンが圧縮されるにつれ
て、IMD積は、純粋なフィードバック設計よりも無視
できる程度に低くなる。このように、IMD性能は、入
力電力要件に基づき、HBT能動的フィードバックによ
るHEMT LNAの直線性能の比較的大きな改善を示
す。
【0028】図10に示すように、HEMT LNAの
ノイズ指数性能は、同調可能なHBT能動的フィードバ
ックに対して比較的敏感である。特に、能動的フィード
バックバイアス同調に基づくノイズ応答が示されてい
る。参考のため、能動的フィードバックをもたない従来
のHEMT LNAのノイズ応答を実線で示す。図10
を参照すれば、HEMT LNAの公称ノイズ応答は約
3dBであり、1ないし11GHzにわたって本質的に
フラットである。従って、ノイズ応答は、能動的フィー
ドバックバイアスに不感であり、1ないし11GHzの
帯域において従来のHEMT LNA設計に匹敵する。
約11GHzより上では、利得が能動的フィードバック
バイアスの増加に対してピークになり始め、そしてノイ
ズ性能が急激に悪化し始め、これは、信号と共にノイズ
振幅を再生して、利得ピーク及びノイズ指数の低下を招
く正のフィードバックの影響を示す。しかしながら、こ
のようなノイズ性能の低下は、所望のフラットな利得応
答が得られる1ないし11GHz範囲より上でのみ生じ
る。
【0029】上記の技術に鑑み、本発明の多数の変更及
び修正がなされ得ることが明らかである。従って、本発
明は、特許請求の範囲内で、上記とは異なる仕方でも実
施できることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるHBT能動的フィードバックを有
するHEMT低ノイズ増幅器の回路図である。
【図2】図1に示す低ノイズ増幅器の別の実施形態を示
す図である。
【図3】本発明によるHEMT増幅器の利得及びリター
ンロスを種々の能動的フィードバックバイアス電流に対
し周波数の関数として示すグラフである。
【図4】本発明によるHEMT低ノイズ増幅器に対し能
動的フィードバック電流の関数として帯域巾を示すグラ
フである。
【図5】種々の能動的フィードバックバイアス状態に対
し周波数の関数として2トーンIP3を示すグラフであ
る。
【図6】1、3及び5GHzにおいて種々の能動的フィ
ードバック電流バイアス状態に対し本発明のHEMT
LNAの出力IP3及び1dB圧縮(P−1dB)を示
すグラフである。
【図7】1ないし6GHzの周波数レンジにわたり種々
の能動的フィードバックバイアス状態に対して本発明の
HEMT LNAのP1−dB圧縮点を示すグラフであ
る。
【図8】1GHzにおいて入力電力(PIN)の関数とし
て基本的(単一トーン)な出力電力(POUT)及び3
次(2トーン)の相互変調積(IMD)を示すグラフで
ある。
【図9】3GHzにおいて入力電力(PIN)の関数とし
て基本的(単一トーン)な出力電力(POUT)及び3
次(2トーン)の相互変調積(IMD)を示すグラフで
ある。
【図10】入力電力(PIN)の関数として種々の能動的
フィードバックバイアス状態におけるノイズ応答を示す
グラフである。
【符号の説明】
20 高電子移動度トランジスタ(HEMT)低ノイズ
増幅器(LNA) M1 HEMTデバイス Rload 負荷抵抗 Vdd 供給電圧 CBYP バイパスキャパシタ Q1 、Q2 カスコード接続のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ(HBT) Rbt 再生フィードバック同調抵抗 Rfb フィードバック抵抗 Cfb フィードバックキャパシタ RSS フィードバック抵抗 VSS 第2供給電圧

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 公称利得及び帯域巾を有する低ノイズ増
    幅器(LNA)において、 ゲート、ドレイン及びソース端子を有する高電子移動度
    トランジスタ(HEMT)と、 上記HEMTのゲートに対するフィードバック電流を与
    える手段と、 第1のDC供給電圧を含む上記HEMTの自己バイアス
    を与える手段と、 上記低ノイズ増幅器の外部にあって、上記低ノイズ増幅
    器の利得−帯域巾及び直線性を調整するための利得−帯
    域巾及び直線性調整手段とを備えたことを特徴とする低
    ノイズ増幅器。
  2. 【請求項2】 上記与える手段は、1つ以上の所定のバ
    イポーラトランジスタを含む請求項1に記載の低ノイズ
    増幅器。
  3. 【請求項3】 上記1つ以上の所定のバイポーラトラン
    ジスタは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HB
    T)である請求項1に記載の低ノイズ増幅器。
  4. 【請求項4】 上記与える手段は、上記HEMTのゲー
    トとドレイン端子との間にカスコード接続された一対の
    HBTを含む請求項1に記載の低ノイズ増幅器。
  5. 【請求項5】 上記帯域巾調整手段は、低ノイズ増幅器
    の利得を調整するための利得調整手段を更に備えた請求
    項1に記載の低ノイズ増幅器。
  6. 【請求項6】 上記帯域巾調整手段は、上記フィードバ
    ック電流を変化させる手段を備えた請求項5に記載の低
    ノイズ増幅器。
  7. 【請求項7】 上記変化させる手段は、上記HEMTの
    ゲートに電気的に接続された第2のDC供給電圧を含む
    請求項6に記載の低ノイズ増幅器。
  8. 【請求項8】 上記HEMTのゲートと、上記与える手
    段との間に電気的に接続されたフィードバック抵抗を更
    に備えた請求項7に記載の低ノイズ増幅器。
  9. 【請求項9】 ゲート、ソース及びドレイン端子を有す
    る高電子移動度トランジスタ(HEMT)と、 上記ゲート端子とドレイン端子との間に電気的に接続さ
    れた能動的フィードバック回路であって、1つ以上のヘ
    テロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)を含んでい
    る能動的フィードバック回路と、 上記HEMTを自己バイアスする手段とを備えたことを
    特徴とするモノリシックマイクロ波集積回路(MMI
    C)。
  10. 【請求項10】 上記能動的フィードバック回路は、カ
    スコード接続された2つのHBTを備え、これらは、第
    1及び第2のベース端子と、第1のエミッタ端子と、第
    1のコレクタ端子とを画成し、上記HEMTのゲート端
    子とドレイン端子との間に電気的に接続される請求項9
    に記載のモノリシックマイクロ波集積回路。
  11. 【請求項11】 上記能動的フィードバック回路は、上
    記カスコード接続のHBTの第1エミッタ端子と上記H
    EMTのゲート端子との間に電気的に接続されたフィー
    ドバック抵抗を備えている請求項10に記載のモノリシ
    ックマイクロ波集積回路。
  12. 【請求項12】 上記自己バイアス手段は、上記HEM
    Tのドレイン端子と上記カスコード接続のHBTとの間
    に電気的に接続された負荷抵抗を備えている請求項11
    に記載のモノリシックマイクロ波集積回路。
  13. 【請求項13】 上記能動的フィードバック回路は、上
    記カスコード接続のHBTの上記第1ベース端子と上記
    HEMTのドレイン端子との間に電気的に接続されたフ
    ィードバック同調抵抗を備えている請求項12に記載の
    モノリシックマイクロ波集積回路。
  14. 【請求項14】 上記自己バイアス手段は、上記カスコ
    ード接続のHBTの上記第2ベース端子と上記第2コレ
    クタ端子との間に電気的に接続されたDCバイアス抵抗
    を備えている請求項13に記載のモノリシックマイクロ
    波集積回路。
  15. 【請求項15】 上記能動的フィードバック回路は、上
    記DCバイアス抵抗と接地点との間に電気的接続された
    バイパスキャパシタを含む請求項14に記載のモノリシ
    ックマイクロ波集積回路。
  16. 【請求項16】 上記モノリシックマイクロ波集積回路
    の外部で上記モノリシックマイクロ波集積回路の利得−
    帯域巾及び直線性能を調整するための手段を更に備えた
    請求項9に記載のモノリシックマイクロ波集積回路。
  17. 【請求項17】 上記調整手段は、第1のDC供給電圧
    及び第2のDC供給電圧を受け取る手段を備え、上記第
    2のDC供給電圧は調整可能である請求項16に記載の
    モノリシックマイクロ波集積回路。
  18. 【請求項18】 ゲート、ソース及びドレイン端子を有
    する高電子移動度トランジスタ(HEMT)と、 上記ゲート端子とドレイン端子との間に電気的に接続さ
    れた能動的フィードバック回路と、 モノリシックマイクロ波集積回路の外部で上記能動的フ
    ィードバック回路のフィードバックを調整する手段とを
    備えたことを特徴とするモノリシックマイクロ波集積回
    路(MMIC)。
  19. 【請求項19】 上記能動的フィードバック回路は、1
    つ以上のヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)
    を含む請求項18に記載のモノリシックマイクロ波集積
    回路。
  20. 【請求項20】 上記調整手段は、DC電圧のソースを
    受け取るための手段を備え、上記DC電圧のソースは調
    整可能である請求項19に記載のモノリシックマイクロ
    波集積回路。
  21. 【請求項21】 上記能動的フィードバック回路は、上
    記HBTに電気的に接続された抵抗性フィードバックを
    備えている請求項18に記載のモノリシックマイクロ波
    集積回路。
JP9000837A 1996-01-16 1997-01-07 モノリシックの同調可能なhbt能動的フィードバックを有する低ノイズ・低歪hemtの低ノイズ増幅器 Pending JPH09205328A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007166101A (ja) * 2005-12-12 2007-06-28 Murata Mfg Co Ltd 電力増幅器および無線機
JP2008245255A (ja) * 2007-02-27 2008-10-09 Seiko Epson Corp 発振回路、発振器
JP2017085480A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 アンリツ株式会社 帰還増幅回路およびその周波数特性制御方法
JP2017092523A (ja) * 2015-11-02 2017-05-25 三菱電機株式会社 半導体装置

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3669534B2 (ja) * 1996-09-12 2005-07-06 ソニー株式会社 半導体増幅装置及び通信端末装置
JP3328542B2 (ja) * 1997-03-19 2002-09-24 富士通株式会社 高周波半導体集積回路装置
US6262631B1 (en) * 1998-04-30 2001-07-17 The Whitaker Corporation Silicon power bipolar junction transistor with an integrated linearizer
JP3607855B2 (ja) * 1999-07-19 2005-01-05 シャープ株式会社 電力増幅器
US6292060B1 (en) 1999-09-13 2001-09-18 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Technique to generate negative conductance in CMOS tuned cascode RF amplifiers
GB0028689D0 (en) * 2000-11-24 2001-01-10 Qualcomm Uk Ltd Amplifier circuit
US6693492B2 (en) 2001-05-18 2004-02-17 International Business Machines Corporation Variable gain low-noise amplifier and method
US7012943B2 (en) 2001-06-28 2006-03-14 Northrop Grumman Corporation Integration of amorphorous silicon transmit and receive structures with GaAs or InP processed devices
US6529080B1 (en) * 2001-09-11 2003-03-04 Sirenza Microdevices, Inc. TOI and power compression bias network
JP4360078B2 (ja) * 2002-11-14 2009-11-11 ミツミ電機株式会社 小型ジョイスティック
US7239858B2 (en) * 2003-12-31 2007-07-03 Wj Communications, Inc. Integrated switching device for routing radio frequency signals
US7197279B2 (en) * 2003-12-31 2007-03-27 Wj Communications, Inc. Multiprotocol RFID reader
FR2867632A1 (fr) * 2004-03-12 2005-09-16 St Microelectronics Sa Circuit de conversion d'un signal differentiel en un signal non differentiel, et emetteur rf dote d'un tel circuit
US20050264365A1 (en) * 2004-05-28 2005-12-01 Greg Takahashi Linearity enhanced amplifier
EP1635453A1 (en) 2004-09-12 2006-03-15 Semiconductor Ideas to The Market (ItoM) BV Tunable low noise amplifier
US7546089B2 (en) * 2004-12-23 2009-06-09 Triquint Semiconductor, Inc. Switchable directional coupler for use with RF devices
US7218175B1 (en) 2005-04-11 2007-05-15 Sirenza Microdevices, Inc. Dynamic feedback linearization
US7345547B2 (en) * 2005-10-17 2008-03-18 Wj Communications, Inc. Bias circuit for BJT amplifier
US7612610B2 (en) 2005-10-21 2009-11-03 Northrop Grumman Corporation Active input load wide bandwidth low noise HEMT amplifier
CN100429869C (zh) * 2006-03-20 2008-10-29 哈尔滨工业大学 超宽带微波单片集成放大器
US7634198B2 (en) * 2006-06-21 2009-12-15 Emcore Corporation In-line distortion cancellation circuits for linearization of electronic and optical signals with phase and frequency adjustment
JP2010124433A (ja) * 2008-11-21 2010-06-03 Panasonic Corp 高周波電力増幅器
US8115552B2 (en) * 2010-01-11 2012-02-14 Microchip Technology Incorporated Amplifier circuit with step gain
KR101324572B1 (ko) * 2013-01-07 2013-11-18 주식회사 디제이피 광대역 주파수 검출기
CN106788285A (zh) * 2015-11-20 2017-05-31 厦门宇臻集成电路科技有限公司 一种功率放大器电流反馈偏置电路
US10218319B2 (en) 2016-02-10 2019-02-26 Qorvo Us, Inc. Radio frequency (RF) amplifiers with voltage limiting using non-linear feedback
CN114513171B (zh) * 2022-02-15 2023-05-23 电子科技大学 一种基于hemt的s波段的低噪声放大器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4608542A (en) * 1985-06-06 1986-08-26 Rca Corporation Bandwidth controlled data amplifier
DE69030129T2 (de) * 1989-04-12 1997-10-09 Sumitomo Electric Industries Herstellungsverfahren einer integrierten Halbleiterschaltung
US5312765A (en) * 1991-06-28 1994-05-17 Hughes Aircraft Company Method of fabricating three dimensional gallium arsenide microelectronic device
US5264806A (en) * 1992-05-26 1993-11-23 Trw Inc. Bipolar microwave monolithic amplifier with active feedback
US5355096A (en) * 1993-07-06 1994-10-11 Trw Inc. Compace HBT wide band microwave variable gain active feedback amplifier

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007166101A (ja) * 2005-12-12 2007-06-28 Murata Mfg Co Ltd 電力増幅器および無線機
JP2008245255A (ja) * 2007-02-27 2008-10-09 Seiko Epson Corp 発振回路、発振器
JP2017085480A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 アンリツ株式会社 帰還増幅回路およびその周波数特性制御方法
JP2017092523A (ja) * 2015-11-02 2017-05-25 三菱電機株式会社 半導体装置

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Publication number Publication date
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