JPH11274853A - 高周波集積回路装置 - Google Patents
高周波集積回路装置Info
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- JPH11274853A JPH11274853A JP10072303A JP7230398A JPH11274853A JP H11274853 A JPH11274853 A JP H11274853A JP 10072303 A JP10072303 A JP 10072303A JP 7230398 A JP7230398 A JP 7230398A JP H11274853 A JPH11274853 A JP H11274853A
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- Microwave Amplifiers (AREA)
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】チップ面積を小さくでき、かつ設計が容易な自
己バイアス回路を有する高周波集積回路装置を提供す
る。 【解決手段】発振器回路を構成するFET11のソース
に接続された負性抵抗を発現するためのソーススタブ1
8とショートスタブ20との間に、自己バイアス回路を
構成する抵抗19を挿入し、MIMキャパシタを必要と
しない自己バイアス回路を構成する。
己バイアス回路を有する高周波集積回路装置を提供す
る。 【解決手段】発振器回路を構成するFET11のソース
に接続された負性抵抗を発現するためのソーススタブ1
8とショートスタブ20との間に、自己バイアス回路を
構成する抵抗19を挿入し、MIMキャパシタを必要と
しない自己バイアス回路を構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MMIC(モノリ
シックマイクロ波集積回路)などの高周波集積回路装置
に係り、特に自己バイアスされたトランジスタを含む機
能回路を有する高周波集積回路装置に関する。
シックマイクロ波集積回路)などの高周波集積回路装置
に係り、特に自己バイアスされたトランジスタを含む機
能回路を有する高周波集積回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、周波数資源の枯渇により、マイク
ロ波、ミリ波といった超高周波が通信用途に使用される
ようになってきている。このようなマイクロ波帯、ミリ
波帯による通信を実現するためのキーコンポーネントと
して、MMIC(マイクロ波モノリシック集積回路)が
挙げられる。MMICは、HEMT、MESFETまた
はHBTといった超高周波でも良好な特性を持つ能動素
子と、伝送線路、MIMキャパシタおよび抵抗などの受
動素子を同一基板上に形成して構成される。
ロ波、ミリ波といった超高周波が通信用途に使用される
ようになってきている。このようなマイクロ波帯、ミリ
波帯による通信を実現するためのキーコンポーネントと
して、MMIC(マイクロ波モノリシック集積回路)が
挙げられる。MMICは、HEMT、MESFETまた
はHBTといった超高周波でも良好な特性を持つ能動素
子と、伝送線路、MIMキャパシタおよび抵抗などの受
動素子を同一基板上に形成して構成される。
【0003】図9に、従来のMMICの回路例として、
発振器回路を構成した例を示す。同図において、電界効
果トランジスタ(FET)101のゲートは、スタブ1
02を介して発振周波数可変のための可変容量キャパシ
タ103に接続されるとともに、スタブ104の一端に
接続される。スタブ104の他端はキャパシタ105を
介して接地されるとともに、ゲートバイアス印加端子1
06に接続される。
発振器回路を構成した例を示す。同図において、電界効
果トランジスタ(FET)101のゲートは、スタブ1
02を介して発振周波数可変のための可変容量キャパシ
タ103に接続されるとともに、スタブ104の一端に
接続される。スタブ104の他端はキャパシタ105を
介して接地されるとともに、ゲートバイアス印加端子1
06に接続される。
【0004】FET101のソースは発振に必要な負性
抵抗を生成するためのスタブ107を介して接地され、
これによりFET101は不安定な状態とされている。
FET101のドレインは、出力回路111の入力側に
接続されるとともに、スタブ108の一端に接続され、
スタブ108の他端はキャパシタ109を介して接地さ
れるとともに、ドレインバイアス印加端子110に接続
されている。出力回路111の出力側は、出力端子11
2に接続されている。
抵抗を生成するためのスタブ107を介して接地され、
これによりFET101は不安定な状態とされている。
FET101のドレインは、出力回路111の入力側に
接続されるとともに、スタブ108の一端に接続され、
スタブ108の他端はキャパシタ109を介して接地さ
れるとともに、ドレインバイアス印加端子110に接続
されている。出力回路111の出力側は、出力端子11
2に接続されている。
【0005】この発振器回路においては、FET101
のゲートおよびドレインのバイアス回路を信号伝送線路
よりも高いインピーダンスに見せるようにするために、
バイアス回路を構成するスタブ104,108をλ/4
(λは使用中心周波数における波長)程度の長さの伝送
線路で構成し、かつ接地用キャパシタ105,109を
大容量のMIMキャパシタで構成する。このため、バイ
アス回路の占有面積が大きくなり、MMICのチップ面
積が増大するばかりでなく、バイアス印加端子106,
110を介してMMIC外部からバイアス電圧を印加す
る必要があり、外部バイアス用電源が2つ必要となる。
のゲートおよびドレインのバイアス回路を信号伝送線路
よりも高いインピーダンスに見せるようにするために、
バイアス回路を構成するスタブ104,108をλ/4
(λは使用中心周波数における波長)程度の長さの伝送
線路で構成し、かつ接地用キャパシタ105,109を
大容量のMIMキャパシタで構成する。このため、バイ
アス回路の占有面積が大きくなり、MMICのチップ面
積が増大するばかりでなく、バイアス印加端子106,
110を介してMMIC外部からバイアス電圧を印加す
る必要があり、外部バイアス用電源が2つ必要となる。
【0006】これらの欠点を緩和する手段の一つとし
て、図10に示すようにFET201のソースに抵抗2
02とキャパシタ203の並列回路からなるバイアス回
路を接続する方法がある。このようなバイアス回路の形
式は一般に自己バイアス型と呼ばれ、FETのしきい値
電圧が負の場合に良く使われる。
て、図10に示すようにFET201のソースに抵抗2
02とキャパシタ203の並列回路からなるバイアス回
路を接続する方法がある。このようなバイアス回路の形
式は一般に自己バイアス型と呼ばれ、FETのしきい値
電圧が負の場合に良く使われる。
【0007】この自己バイアス回路によると、FET2
01のゲートに与える電位を接地電位とした場合でも、
FET201のゲート・ソース間電圧Vgsが Vgs=−(Id×R) 但し、Id:FET201のドレイン電流 R202 :抵抗202の抵抗値 となる。このため動作時のVgsが負であれば、Idと
R202 の値を適当に選ぶことによって、バイアス電源と
してはソースバイアス用電源のみを用意するだけでFE
T201を動作させることができる。さらに、バイアス
電源の電圧が変動したり、またはFET201の特性が
設計値よりずれた場合、自己バイアス回路の抵抗202
により負帰還がかかるため、FET201の特性変動を
抑えることができる。
01のゲートに与える電位を接地電位とした場合でも、
FET201のゲート・ソース間電圧Vgsが Vgs=−(Id×R) 但し、Id:FET201のドレイン電流 R202 :抵抗202の抵抗値 となる。このため動作時のVgsが負であれば、Idと
R202 の値を適当に選ぶことによって、バイアス電源と
してはソースバイアス用電源のみを用意するだけでFE
T201を動作させることができる。さらに、バイアス
電源の電圧が変動したり、またはFET201の特性が
設計値よりずれた場合、自己バイアス回路の抵抗202
により負帰還がかかるため、FET201の特性変動を
抑えることができる。
【0008】ところで、自己バイアス回路を構成する抵
抗202は直流領域でのみ働けばよく、高周波領域では
信号成分を減衰させ、特性を劣化させる要素となる。こ
れを防ぐため、図10の回路では抵抗202に並列にキ
ャパシタ203を接続して、高周波領域における自己バ
イアス回路のインピーダンスを十分に下げているが、こ
のキャパシタ203には大容量のMIMキャパシタを必
要とするため、チップ面積の増大は避けられない。
抗202は直流領域でのみ働けばよく、高周波領域では
信号成分を減衰させ、特性を劣化させる要素となる。こ
れを防ぐため、図10の回路では抵抗202に並列にキ
ャパシタ203を接続して、高周波領域における自己バ
イアス回路のインピーダンスを十分に下げているが、こ
のキャパシタ203には大容量のMIMキャパシタを必
要とするため、チップ面積の増大は避けられない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、自己
バイアス回路の採用によってバイアス用電源の数を減ら
すことができる反面、MMIC上の抵抗とMIMキャパ
シタの並列回路によって構成される従来の自己バイアス
回路においては、高周波領域で十分にインピーダンスを
下げることができるような大容量のMIMキャパシタを
形成するには大面積が必要であり、MMICのチップ面
積が増大するという問題点がある。
バイアス回路の採用によってバイアス用電源の数を減ら
すことができる反面、MMIC上の抵抗とMIMキャパ
シタの並列回路によって構成される従来の自己バイアス
回路においては、高周波領域で十分にインピーダンスを
下げることができるような大容量のMIMキャパシタを
形成するには大面積が必要であり、MMICのチップ面
積が増大するという問題点がある。
【0010】また、このような自己バイアス回路をマイ
クロ波やミリ波帯で使用する場合、自己バイアス回路の
MIMキャパシタが分布定数線路として見えてしまうた
め、このMIMキャパシタのインピーダンスを考慮して
MMICの設計を行う必要がある。しかし、MIMキャ
パシタ周囲のレイアウト状況によっては、MIMキャパ
シタのインピーダンスを求めることが難しく、このこと
が抵抗とMIMキャパシタの並列回路で構成される自己
バイアス回路を含んだMMICの設計を困難にしてい
た。
クロ波やミリ波帯で使用する場合、自己バイアス回路の
MIMキャパシタが分布定数線路として見えてしまうた
め、このMIMキャパシタのインピーダンスを考慮して
MMICの設計を行う必要がある。しかし、MIMキャ
パシタ周囲のレイアウト状況によっては、MIMキャパ
シタのインピーダンスを求めることが難しく、このこと
が抵抗とMIMキャパシタの並列回路で構成される自己
バイアス回路を含んだMMICの設計を困難にしてい
た。
【0011】本発明は、このような自己バイアス回路を
用いた場合の問題点を解決し、チップ面積を小さくで
き、かつ設計が容易な自己バイアス回路を有する高周波
集積回路装置を提供することを目的とする。
用いた場合の問題点を解決し、チップ面積を小さくで
き、かつ設計が容易な自己バイアス回路を有する高周波
集積回路装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明では自己バイアスされたトランジスタを含む
機能回路を有する高周波集積回路装置において、一端が
基準電位点(例えば接地電位点)に接続された第1のス
タブ(ショートスタブ)の他端とトランジスタのソース
またはエミッタとの間、あるいは第1のスタブとトラン
ジスタのソースまたはエミッタに一端が接続された第2
のスタブの他端との間に抵抗が挿入される。
め、本発明では自己バイアスされたトランジスタを含む
機能回路を有する高周波集積回路装置において、一端が
基準電位点(例えば接地電位点)に接続された第1のス
タブ(ショートスタブ)の他端とトランジスタのソース
またはエミッタとの間、あるいは第1のスタブとトラン
ジスタのソースまたはエミッタに一端が接続された第2
のスタブの他端との間に抵抗が挿入される。
【0013】自己バイアスされたトランジスタを含む機
能回路は、具体的には例えば発振器回路を構成する。こ
の場合、第1のスタブ、または第1のスタブと第2のス
タブを足し合わせたものが発振器回路に必要な負性抵抗
を発現する。
能回路は、具体的には例えば発振器回路を構成する。こ
の場合、第1のスタブ、または第1のスタブと第2のス
タブを足し合わせたものが発振器回路に必要な負性抵抗
を発現する。
【0014】ここで、この抵抗の抵抗値Rbは、 Rb≦ZotanβL1 但し、 β=2π(εr)1/2 ・fo/C C:光速 L1:第1のスタブの長さ εr:第1のスタブの実効誘電率 Zo:第1のスタブの特性インピーダンス fo:高周波集積回路装置の使用中心周波数 に設定される。
【0015】このように構成された本発明の高周波集積
回路装置では、第1のスタブの他端とトランジスタのソ
ースまたはエミッタとの間、あるいは第1のスタブとト
ランジスタのソースまたはエミッタに一端が接続された
第2のスタブの他端との間に自己バイアス回路を構成す
る抵抗が挿入されている。
回路装置では、第1のスタブの他端とトランジスタのソ
ースまたはエミッタとの間、あるいは第1のスタブとト
ランジスタのソースまたはエミッタに一端が接続された
第2のスタブの他端との間に自己バイアス回路を構成す
る抵抗が挿入されている。
【0016】第1のスタブ上の電流分布を見ると、基準
電位点から離れるに従い電流は小さくなり、この電流が
小さい位置に抵抗が接続されていることになる。すなわ
ち、自己バイアス回路を構成する抵抗に流れる電流は小
さく、特に、この抵抗の抵抗値Rbを上述のようにRb
≦ZotanβL1を満たすように選ぶと、電流は非常
に小さくなる。
電位点から離れるに従い電流は小さくなり、この電流が
小さい位置に抵抗が接続されていることになる。すなわ
ち、自己バイアス回路を構成する抵抗に流れる電流は小
さく、特に、この抵抗の抵抗値Rbを上述のようにRb
≦ZotanβL1を満たすように選ぶと、電流は非常
に小さくなる。
【0017】従って、この抵抗による高周波領域での信
号損失が減少するため、従来の自己バイアス回路のよう
に抵抗に対して並列に大容量のMIMキャパシタを接続
する必要がなくなるか、キャパシタを接続する場合で
も、その容量は非常に小さくてよいので、大容量のMI
Mキャパシタを設けることによるチップ面積の増大が避
けられる。また、MIMキャパシタを含むMMICで
は、MIMキャパシタのインピーダンスを考慮して設計
を行う必要があり、これがMMICの設計を困難にする
原因となっているが、このような設計上の問題も同時に
解消される。
号損失が減少するため、従来の自己バイアス回路のよう
に抵抗に対して並列に大容量のMIMキャパシタを接続
する必要がなくなるか、キャパシタを接続する場合で
も、その容量は非常に小さくてよいので、大容量のMI
Mキャパシタを設けることによるチップ面積の増大が避
けられる。また、MIMキャパシタを含むMMICで
は、MIMキャパシタのインピーダンスを考慮して設計
を行う必要があり、これがMMICの設計を困難にする
原因となっているが、このような設計上の問題も同時に
解消される。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。なお、以下の実施形態では自己バ
イアスされたトランジスタを含む機能回路の例として発
振器回路を示しているが、その他の非線形回路、例えば
逓倍器やミキサにも適用することができる。
施の形態を説明する。なお、以下の実施形態では自己バ
イアスされたトランジスタを含む機能回路の例として発
振器回路を示しているが、その他の非線形回路、例えば
逓倍器やミキサにも適用することができる。
【0019】また、以下の説明では一端が基準電位点で
ある接地点に接続されたスタブをショートスタブと呼
び、トランジスタ(FET)のソースに一端が接続され
たスタブをソーススタブと呼ぶことにする。ソーススタ
ブは、機能としては発振器回路に必要な負性抵抗を発現
させるために付加されるスタブである。
ある接地点に接続されたスタブをショートスタブと呼
び、トランジスタ(FET)のソースに一端が接続され
たスタブをソーススタブと呼ぶことにする。ソーススタ
ブは、機能としては発振器回路に必要な負性抵抗を発現
させるために付加されるスタブである。
【0020】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係るMMICの要部の構成を示す回路図で
ある。図1において、FET11は発振器回路の増幅部
を構成する能動素子であり、ゲートはゲートバイアス用
抵抗12を介して接地されると共に、ゲートスタブ13
を介して発振周波数を可変にするための可変容量キャパ
シタ14に接続されている。FET11のドレインはド
レインバイアス用スタブ15の一端に接続され、ドレイ
ンバイアス用スタブ15の他端は接地用キャパシタ16
を介して接地されると共に、ドレインバイアス端子17
に接続されている。
の実施形態に係るMMICの要部の構成を示す回路図で
ある。図1において、FET11は発振器回路の増幅部
を構成する能動素子であり、ゲートはゲートバイアス用
抵抗12を介して接地されると共に、ゲートスタブ13
を介して発振周波数を可変にするための可変容量キャパ
シタ14に接続されている。FET11のドレインはド
レインバイアス用スタブ15の一端に接続され、ドレイ
ンバイアス用スタブ15の他端は接地用キャパシタ16
を介して接地されると共に、ドレインバイアス端子17
に接続されている。
【0021】FET11のソースは、負性抵抗を発現す
るためのソーススタブ18を介して自己バイアス回路を
構成する抵抗19の一端に接続され、抵抗19の他端は
ショートスタブ20を介して接地されている。そして、
FET11のドレインから出力回路21を介して出力端
子22に発振出力が取り出される構成となっている。出
力端子22は、通常、図示しない終端抵抗を介して接地
される。
るためのソーススタブ18を介して自己バイアス回路を
構成する抵抗19の一端に接続され、抵抗19の他端は
ショートスタブ20を介して接地されている。そして、
FET11のドレインから出力回路21を介して出力端
子22に発振出力が取り出される構成となっている。出
力端子22は、通常、図示しない終端抵抗を介して接地
される。
【0022】次に、本実施形態の回路の動作を説明す
る。図2に示されるように、抵抗19はMMIC上に形
成された抵抗膜からなり、その抵抗値Rbは以下のよう
に表される。 Rb=R・Lr/Wr 但し、R:MMIC上の抵抗材料のシート抵抗 Lr:抵抗19の長さ Wr:抵抗19の幅 そして、この抵抗値Rbは抵抗19に流すことのできる
許容電流がFET11に流れる電流に対して十分大きく
なるように設計される。この場合、抵抗19は長さL
r、幅Wrの伝送線路として見なせるため、設計が非常
に容易となる。
る。図2に示されるように、抵抗19はMMIC上に形
成された抵抗膜からなり、その抵抗値Rbは以下のよう
に表される。 Rb=R・Lr/Wr 但し、R:MMIC上の抵抗材料のシート抵抗 Lr:抵抗19の長さ Wr:抵抗19の幅 そして、この抵抗値Rbは抵抗19に流すことのできる
許容電流がFET11に流れる電流に対して十分大きく
なるように設計される。この場合、抵抗19は長さL
r、幅Wrの伝送線路として見なせるため、設計が非常
に容易となる。
【0023】本実施形態の回路では、抵抗19が自己バ
イアス回路として働くことにより、電源電圧、温度等の
外部環境の変動に対して、より安定な特性を得ることが
できる。また、特に本実施形態のような発振器回路の場
合、抵抗19を設けることにより直流的に安定化するた
め、大振幅動作時の振幅の揺らぎによる位相雑音の低下
を防ぐことができ、出力の大きな発振器回路を実現する
ことが可能となる。
イアス回路として働くことにより、電源電圧、温度等の
外部環境の変動に対して、より安定な特性を得ることが
できる。また、特に本実施形態のような発振器回路の場
合、抵抗19を設けることにより直流的に安定化するた
め、大振幅動作時の振幅の揺らぎによる位相雑音の低下
を防ぐことができ、出力の大きな発振器回路を実現する
ことが可能となる。
【0024】さらに、抵抗19の抵抗値Rbを適切に選
ぶことによって、図10に示した従来の自己バイアス回
路で必要とした大容量のMIMキャパシタが不要とな
る。この効果を図3を用いて説明する。
ぶことによって、図10に示した従来の自己バイアス回
路で必要とした大容量のMIMキャパシタが不要とな
る。この効果を図3を用いて説明する。
【0025】一般に、ショートスタブの長さをL、実効
誘電率をεr、特性インピーダンスをZoとすると、シ
ョートスタブに入力する高周波信号の中心周波数をfo
とした時の線路インピーダンスZは、図3(a)に示さ
れるような特性となり、 Z=ZotanβL で表される。但し、Zoはショートスタブの特性インピ
ーダンス、βはβ=2π(εr)1/2 ・fo/C
(C:光速)で表されるショートスタブの位相定数であ
る。
誘電率をεr、特性インピーダンスをZoとすると、シ
ョートスタブに入力する高周波信号の中心周波数をfo
とした時の線路インピーダンスZは、図3(a)に示さ
れるような特性となり、 Z=ZotanβL で表される。但し、Zoはショートスタブの特性インピ
ーダンス、βはβ=2π(εr)1/2 ・fo/C
(C:光速)で表されるショートスタブの位相定数であ
る。
【0026】図3(b)に、このショートスタブ上の電
流分布を示す。縦軸の|I|は電流の絶対値である。同
図に示されるように、ショートスタブの接地端(図中L
=0の点)から離れるに従い電流は小さくなり、接地端
からの線路長がλ/4の場所では、電流はほぼ零とな
る。
流分布を示す。縦軸の|I|は電流の絶対値である。同
図に示されるように、ショートスタブの接地端(図中L
=0の点)から離れるに従い電流は小さくなり、接地端
からの線路長がλ/4の場所では、電流はほぼ零とな
る。
【0027】従って、図1に示したようにショートスタ
ブ20の接地端から離れた位置に、つまりショートスタ
ブ20の接地端と反対側の端とソーススタブ18との間
に抵抗19を挿入すると、抵抗19に流れる電流が小さ
くなるので、高周波領域での抵抗19による信号損失が
減少する。このため、抵抗19による信号損失を減少さ
せる目的で、図10に示した従来の自己バイアス回路の
ように抵抗に対して並列に大容量のMIMキャパシタを
接続する必要がなくなるか、あるいは抵抗19に並列に
キャパシタを接続する場合でも、その容量は非常に小さ
くてよい。
ブ20の接地端から離れた位置に、つまりショートスタ
ブ20の接地端と反対側の端とソーススタブ18との間
に抵抗19を挿入すると、抵抗19に流れる電流が小さ
くなるので、高周波領域での抵抗19による信号損失が
減少する。このため、抵抗19による信号損失を減少さ
せる目的で、図10に示した従来の自己バイアス回路の
ように抵抗に対して並列に大容量のMIMキャパシタを
接続する必要がなくなるか、あるいは抵抗19に並列に
キャパシタを接続する場合でも、その容量は非常に小さ
くてよい。
【0028】特に、ショートスタブ20の長さを図3中
に示すようにL1としたとき、抵抗19の抵抗値Rbが Rb≦ZotanβL1 を満たしていれば、使用中心周波数(本実施形態の場合
は発振周波数)foで抵抗19に流れる電流が非常に小
さくなり、抵抗19による信号損失はほとんどなくな
り、並列のMIMキャパシタは不要となる。従って、大
容量のMIMキャパシタを設けることによるチップ面積
の増大という問題がなくなる。
に示すようにL1としたとき、抵抗19の抵抗値Rbが Rb≦ZotanβL1 を満たしていれば、使用中心周波数(本実施形態の場合
は発振周波数)foで抵抗19に流れる電流が非常に小
さくなり、抵抗19による信号損失はほとんどなくな
り、並列のMIMキャパシタは不要となる。従って、大
容量のMIMキャパシタを設けることによるチップ面積
の増大という問題がなくなる。
【0029】また、MIMキャパシタを含むMMICで
は、MIMキャパシタのインピーダンスを考慮して設計
を行う必要があるため、MIMキャパシタ周囲のレイア
ウト状況によってはMMICの設計が困難になるという
問題があったが、こうした設計上の問題も本実施形態の
構成により解消される。
は、MIMキャパシタのインピーダンスを考慮して設計
を行う必要があるため、MIMキャパシタ周囲のレイア
ウト状況によってはMMICの設計が困難になるという
問題があったが、こうした設計上の問題も本実施形態の
構成により解消される。
【0030】(第2の実施形態)図4は、本発明の第2
の実施形態に係るMMICの要部の回路図である。図1
と同一部分に同一符号を付して説明すると、本実施形態
ではFET11のソースが二つの電極に別れており、そ
れぞれの電極にソーススタブ18a,18b、抵抗19
a,19b、およびショートスタブ20a,20bが接
続されている点が第1の実施形態と異なっている。
の実施形態に係るMMICの要部の回路図である。図1
と同一部分に同一符号を付して説明すると、本実施形態
ではFET11のソースが二つの電極に別れており、そ
れぞれの電極にソーススタブ18a,18b、抵抗19
a,19b、およびショートスタブ20a,20bが接
続されている点が第1の実施形態と異なっている。
【0031】図5に、本実施形態のMMICのレイアウ
トを示す。図5(a)はMMICの平面図、(b)は
(a)のA−A′線に沿う断面図である。図5ではFE
T11をいわゆるT型トランジスタで実現し、ソースス
タブ18a,18bおよびショートスタブ20a,20
bをコプレーナ線路で実現している。
トを示す。図5(a)はMMICの平面図、(b)は
(a)のA−A′線に沿う断面図である。図5ではFE
T11をいわゆるT型トランジスタで実現し、ソースス
タブ18a,18bおよびショートスタブ20a,20
bをコプレーナ線路で実現している。
【0032】図5に示されるように、MMIC基板30
上に接地導体膜31とFET11およびコプレーナ線路
が形成されている。FET11は前述した通りT型トラ
ンジスタであり、32はゲート電極、33はドレイン電
極、34a,34bはソース電極である。ソーススタブ
18a,18bおよびショートスタブ20a,20b
は、コプレーナ線路、すなわち接地導体膜31に囲まれ
るように形成された伝送線路からなる。ソーススタブ1
8a,18bの一端はFET11のソース電極34a,
34bにそれぞれ接続され、ショートスタブ20a,2
0bの一端は接地導体膜31に接続されている。
上に接地導体膜31とFET11およびコプレーナ線路
が形成されている。FET11は前述した通りT型トラ
ンジスタであり、32はゲート電極、33はドレイン電
極、34a,34bはソース電極である。ソーススタブ
18a,18bおよびショートスタブ20a,20b
は、コプレーナ線路、すなわち接地導体膜31に囲まれ
るように形成された伝送線路からなる。ソーススタブ1
8a,18bの一端はFET11のソース電極34a,
34bにそれぞれ接続され、ショートスタブ20a,2
0bの一端は接地導体膜31に接続されている。
【0033】そして、ソーススタブ18a,18bの他
端とショートスタブ20a,20bの他端との間に、ソ
ーススタブ18a,18b、ショートスタブ20a,2
0bの端部に両端を接して形成された抵抗膜からなる抵
抗19a,19bがそれぞれ形成されている。
端とショートスタブ20a,20bの他端との間に、ソ
ーススタブ18a,18b、ショートスタブ20a,2
0bの端部に両端を接して形成された抵抗膜からなる抵
抗19a,19bがそれぞれ形成されている。
【0034】この場合、抵抗19a,19bの膜はMM
IC基板30の表面に形成されるため、抵抗19a,1
9bとコプレーナ線路からなるソーススタブ18a,1
8bおよびショートスタブ20a,20bとの接続は、
ほぼ連続的に行われる。従って、抵抗19a,19bは
長さLr、幅Wr、両側の接地導体膜31とのギャップ
がGrのコプレーナ線路として取り扱うことができるた
め、容易にMMICに組み込むことができる。
IC基板30の表面に形成されるため、抵抗19a,1
9bとコプレーナ線路からなるソーススタブ18a,1
8bおよびショートスタブ20a,20bとの接続は、
ほぼ連続的に行われる。従って、抵抗19a,19bは
長さLr、幅Wr、両側の接地導体膜31とのギャップ
がGrのコプレーナ線路として取り扱うことができるた
め、容易にMMICに組み込むことができる。
【0035】また、FET11にT型トランジスタを用
いた場合、本実施形態のように二つのソース電極34
a,34bにそれぞれ対応させて負性抵抗を発現するた
めのソーススタブ18a,18bを設けることが多い。
これに伴い、本実施形態ではソーススタブ18a,18
bにそれぞれ対応させて抵抗19a,19bおよびショ
ートスタブ20a,20bを設けている。
いた場合、本実施形態のように二つのソース電極34
a,34bにそれぞれ対応させて負性抵抗を発現するた
めのソーススタブ18a,18bを設けることが多い。
これに伴い、本実施形態ではソーススタブ18a,18
bにそれぞれ対応させて抵抗19a,19bおよびショ
ートスタブ20a,20bを設けている。
【0036】このような場合、ショートスタブ20a,
20bの長さ(各々の接地端から抵抗19a,19bま
での長さ)をL1a,L1bとしたとき、抵抗19a,
19bの抵抗値Rba,RbbをRba≦Zotanβ
L1a、Rbb≦ZotanβL1bとすることによ
り、T型トランジスタの特性の対称性を保ち、大信号動
作時の歪みを防ぐことができる。
20bの長さ(各々の接地端から抵抗19a,19bま
での長さ)をL1a,L1bとしたとき、抵抗19a,
19bの抵抗値Rba,RbbをRba≦Zotanβ
L1a、Rbb≦ZotanβL1bとすることによ
り、T型トランジスタの特性の対称性を保ち、大信号動
作時の歪みを防ぐことができる。
【0037】また、MMIC上で50μm以上のゲート
幅を持つT型トランジスタを発振器回路に使用する場
合、T型トランジスタの特性がトランジスタ形成プロセ
スの状況により非対称な特性になる場合が多く、大振幅
の出力を取り出す際に特性を劣化させる原因となる。こ
れに対し、本実施形態では二つのソーススタブ18a,
18bの各々に対して抵抗19a,19bを接続してい
ることにより、T型トランジスタからなるFET11の
特性の対称性が得られない場合であっても、抵抗19
a,19bによる負帰還作用によって特性が対称に近付
くため、特性の劣化を伴うことなく大振幅の出力を取り
出すことが可能となる。
幅を持つT型トランジスタを発振器回路に使用する場
合、T型トランジスタの特性がトランジスタ形成プロセ
スの状況により非対称な特性になる場合が多く、大振幅
の出力を取り出す際に特性を劣化させる原因となる。こ
れに対し、本実施形態では二つのソーススタブ18a,
18bの各々に対して抵抗19a,19bを接続してい
ることにより、T型トランジスタからなるFET11の
特性の対称性が得られない場合であっても、抵抗19
a,19bによる負帰還作用によって特性が対称に近付
くため、特性の劣化を伴うことなく大振幅の出力を取り
出すことが可能となる。
【0038】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態に係るMMICについて説明する。本実施形態
のMMICの回路図は第2の実施形態と同じく図4に示
した通りであり、レイアウト構成のみが第2の実施形態
とは異なっている。
実施形態に係るMMICについて説明する。本実施形態
のMMICの回路図は第2の実施形態と同じく図4に示
した通りであり、レイアウト構成のみが第2の実施形態
とは異なっている。
【0039】図6に、本実施形態のMMICのレイアウ
トを示す。図6(a)はMMICの平面図、(b)は
(a)のB−B′線に沿う断面図である。本実施形態
は、FET11をT型トランジスタで実現している点は
第2の実施形態と同様であるが、ソーススタブ18a,
18bおよびショートスタブ20a,20bをマイクロ
ストリップ線路で実現している点が第2の実施形態と異
なる。
トを示す。図6(a)はMMICの平面図、(b)は
(a)のB−B′線に沿う断面図である。本実施形態
は、FET11をT型トランジスタで実現している点は
第2の実施形態と同様であるが、ソーススタブ18a,
18bおよびショートスタブ20a,20bをマイクロ
ストリップ線路で実現している点が第2の実施形態と異
なる。
【0040】すなわち、図6においてはMMIC基板4
0の裏面側に接地導体膜41が形成され、FET11が
形成された表面と同一面上にマイクロストリップ線路か
らなるソーススタブ18a,18bとショートスタブ2
0a,20bおよび抵抗19a,19bが形成されてい
る。
0の裏面側に接地導体膜41が形成され、FET11が
形成された表面と同一面上にマイクロストリップ線路か
らなるソーススタブ18a,18bとショートスタブ2
0a,20bおよび抵抗19a,19bが形成されてい
る。
【0041】本実施形態の構成によってもコプレーナ線
路を用いた第2の実施形態と同様の効果を得ることがで
き、抵抗19a,19bについてもマイクロストリップ
線路からなるソーススタブ18a,18bおよびショー
トスタブ20a,20bとの接続がほぼ連続に行われる
ことにより、長さLr、幅Wr、位相定数βのマイクロ
ストリップ線路として取り扱うことが可能であるため、
容易にMMICに組み込むことができ、設計は容易であ
る。
路を用いた第2の実施形態と同様の効果を得ることがで
き、抵抗19a,19bについてもマイクロストリップ
線路からなるソーススタブ18a,18bおよびショー
トスタブ20a,20bとの接続がほぼ連続に行われる
ことにより、長さLr、幅Wr、位相定数βのマイクロ
ストリップ線路として取り扱うことが可能であるため、
容易にMMICに組み込むことができ、設計は容易であ
る。
【0042】(第4の実施形態)図7に、本発明の第4
の実施形態に係るMMICの回路図を示す。図4と同一
部分に同一符号を付して説明すると、本実施形態ではF
ET11の二つのソース電極の間に接続された安定化抵
抗23が追加されている点が第2および第3の実施形態
と異なる。
の実施形態に係るMMICの回路図を示す。図4と同一
部分に同一符号を付して説明すると、本実施形態ではF
ET11の二つのソース電極の間に接続された安定化抵
抗23が追加されている点が第2および第3の実施形態
と異なる。
【0043】このようにするとFET11のゲート幅が
大きい場合、またはFET11の二つのソース電極が位
置が離れた場合でも、追加した安定化抵抗23によりさ
らに安定化を図ることができる。また、抵抗19a,1
9bの値がばらついた場合でも、安定化抵抗23により
FET11の二つのソース電極の電位が一定となり、発
振器回路の出力が安定化するという効果が得られる。発
振器回路では、負性抵抗を発現するためのソーススタブ
18a,18bがあるため、安定化抵抗23の抵抗値は
発振周波数でのソーススタブ18a,18bのインピー
ダンスと比較して小さければよい。
大きい場合、またはFET11の二つのソース電極が位
置が離れた場合でも、追加した安定化抵抗23によりさ
らに安定化を図ることができる。また、抵抗19a,1
9bの値がばらついた場合でも、安定化抵抗23により
FET11の二つのソース電極の電位が一定となり、発
振器回路の出力が安定化するという効果が得られる。発
振器回路では、負性抵抗を発現するためのソーススタブ
18a,18bがあるため、安定化抵抗23の抵抗値は
発振周波数でのソーススタブ18a,18bのインピー
ダンスと比較して小さければよい。
【0044】図8に、本実施形態のMMICのレイアウ
トを示す。図8(a)はMMICの平面図、(b)は
(a)のC−C′線に沿う断面図である。図8では第2
の実施形態と同様にFET11をT型トランジスタで実
現し、ソーススタブ18a,18bおよびショートスタ
ブ20a,20bを含む各伝送線路をコプレーナ線路で
実現している。本実施形態の場合、FET11の二つの
ソース電極34a,34bがゲート電極32から引き出
される伝送線路35を間に挟んで位置的に離れている。
そして、ソース電極34a,34bに接続された伝送線
路36a,36bの間に安定化抵抗23が形成されてい
る。
トを示す。図8(a)はMMICの平面図、(b)は
(a)のC−C′線に沿う断面図である。図8では第2
の実施形態と同様にFET11をT型トランジスタで実
現し、ソーススタブ18a,18bおよびショートスタ
ブ20a,20bを含む各伝送線路をコプレーナ線路で
実現している。本実施形態の場合、FET11の二つの
ソース電極34a,34bがゲート電極32から引き出
される伝送線路35を間に挟んで位置的に離れている。
そして、ソース電極34a,34bに接続された伝送線
路36a,36bの間に安定化抵抗23が形成されてい
る。
【0045】安定化抵抗23および伝送線路36a,3
6bは、MMIC基板30上の接地導体膜31、ソース
スタブ18a,18b、抵抗19a,19bおよびショ
ートスタブ20a,20b等が形成された表面と同一面
上に、ゲート電極32から引き出された伝送線路35と
交差して形成されており、安定化抵抗23は伝送線路3
2の直下に位置している。そして、伝送線路23は図8
(b)に示されるように誘電体膜37により安定化抵抗
23および伝送線路36a,36bと電気的に分離され
ている。なお、誘電体膜37に代えてエアブリッジを用
いることも可能である。
6bは、MMIC基板30上の接地導体膜31、ソース
スタブ18a,18b、抵抗19a,19bおよびショ
ートスタブ20a,20b等が形成された表面と同一面
上に、ゲート電極32から引き出された伝送線路35と
交差して形成されており、安定化抵抗23は伝送線路3
2の直下に位置している。そして、伝送線路23は図8
(b)に示されるように誘電体膜37により安定化抵抗
23および伝送線路36a,36bと電気的に分離され
ている。なお、誘電体膜37に代えてエアブリッジを用
いることも可能である。
【0046】なお、本実施形態では伝送線路がコプレー
ナ線路で構成され、かつ二本のソーススタブ18a,1
8bが設けられた例を示しているが、伝送線路は第3の
実施形態と同様にマイクロストリップ線路でもよく、ま
たソーススタブが一本の場合でも二つのソース電極間に
接続された安定化抵抗を設けることにより、同様の効果
を得ることができる。
ナ線路で構成され、かつ二本のソーススタブ18a,1
8bが設けられた例を示しているが、伝送線路は第3の
実施形態と同様にマイクロストリップ線路でもよく、ま
たソーススタブが一本の場合でも二つのソース電極間に
接続された安定化抵抗を設けることにより、同様の効果
を得ることができる。
【0047】なお、上記実施形態ではトランジスタとし
てFETを用いた回路について説明したが、バイポーラ
トランジスタを用いた回路にも本発明は適用することが
できる。バイポーラトランジスタの場合、FETのゲー
ト、ドレイン、ソースをそれぞれベース、コレクタ、エ
ミッタに置き換えて考えればよい。
てFETを用いた回路について説明したが、バイポーラ
トランジスタを用いた回路にも本発明は適用することが
できる。バイポーラトランジスタの場合、FETのゲー
ト、ドレイン、ソースをそれぞれベース、コレクタ、エ
ミッタに置き換えて考えればよい。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば自
己バイアスされたトランジスタを含む機能回路を有する
高周波集積回路装置において、ショートスタブの基準電
位点側の端と反対側の端とトランジスタのソースまたは
エミッタとの間に抵抗を挿入することにより、自己バイ
アス回路に大容量のMIMキャパシタを不要としてチッ
プ面積の減少を図り、かつ設計を容易にすることができ
る。
己バイアスされたトランジスタを含む機能回路を有する
高周波集積回路装置において、ショートスタブの基準電
位点側の端と反対側の端とトランジスタのソースまたは
エミッタとの間に抵抗を挿入することにより、自己バイ
アス回路に大容量のMIMキャパシタを不要としてチッ
プ面積の減少を図り、かつ設計を容易にすることができ
る。
【図1】本発明の第1の実施形態に係るMMICの要部
の回路図
の回路図
【図2】第1の実施形態の要部を拡大して示す平面図
【図3】ショートスタブの長さとインピーダンスおよび
電流との関係を示す図
電流との関係を示す図
【図4】第1の実施形態に係るMMICのレイアウトを
示す平面図およびA−A′線に沿う断面図
示す平面図およびA−A′線に沿う断面図
【図5】本発明の第2および第3の実施形態に係るMM
ICの要部の回路図
ICの要部の回路図
【図6】第2の実施形態に係るMMICのレイアウトを
示す平面図およびB−B′線に沿う断面図
示す平面図およびB−B′線に沿う断面図
【図7】本発明の第4の実施形態に係るMMICの要部
の回路図
の回路図
【図8】第4の実施形態に係るMMICのレイアウトを
示す平面図およびC−C′線に沿う断面図
示す平面図およびC−C′線に沿う断面図
【図9】従来のMMICの発振器回路の回路図
【図10】従来の自己バイアス回路の回路図
11…FET 12…ゲートバイアス用抵抗 13…ゲートスタブ 14…可変容量キャパシタ 15…ドレインスタブ 16…接地用キャパシタ 17…ドレインバイアス端子 18,18a,18b…ソーススタブ 19,19a,19b…抵抗 20,20a,20b…ショートスタブ 21…出力回路 22…出力端子 23…安定化抵抗 30…MMIC基板 31…接地導体膜 32…ゲート電極 33…ドレイン電極 34a,34b…ソース電極 35…伝送線路 36a,36b…伝送線路 37…誘電体膜 40…MMIC基板 41…接地導体膜
Claims (2)
- 【請求項1】自己バイアスされたトランジスタを含む機
能回路を有する高周波集積回路装置において、 一端が基準電位点に接続された第1のスタブの他端と、
前記トランジスタのソースまたはエミッタとの間に、 Rb≦ZotanβL1 但し、 β=2π(εr)1/2 ・fo/C C:光速 L1:前記第1のスタブの長さ εr:前記第1のスタブの実効誘電率 Zo:前記第1のスタブの特性インピーダンス fo:高周波集積回路装置の使用中心周波数 なる抵抗値Rbの抵抗を挿入したことを特徴とする高周
波集積回路装置。 - 【請求項2】自己バイアスされたトランジスタを含む回
路を有する高周波集積回路装置において、 一端が基準電位点に接続された第1のスタブの他端と、
前記トランジスタのソースまたはエミッタに一端が接続
された第2のスタブの他端との間に、 Rb≦ZotanβL1 但し、 β=2π(εr)1/2 ・fo/C C:光速 L1:前記第1のスタブの長さ εr:前記第1のスタブの実効誘電率 Zo:前記第1のスタブの特性インピーダンス fo:高周波集積回路装置の使用中心周波数 なる抵抗値Rbの抵抗を挿入したことを特徴とする高周
波集積回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10072303A JPH11274853A (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 高周波集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10072303A JPH11274853A (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 高周波集積回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11274853A true JPH11274853A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=13485374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10072303A Pending JPH11274853A (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 高周波集積回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11274853A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006507719A (ja) * | 2002-09-13 | 2006-03-02 | ティーエルシー プレシジョン ウェイファー テクノロジー, インコーポレイテッド | 集積回路発振器 |
| KR100877504B1 (ko) * | 2005-07-07 | 2009-01-07 | 삼성전자주식회사 | 고출력 트랜지스터의 드레인 모듈레이션 감소를 위한 장치 및 방법 |
| JP2009147899A (ja) * | 2007-11-22 | 2009-07-02 | Mitsubishi Electric Corp | 電圧制御発振器 |
| JP2014160750A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 高周波rf回路 |
| CN111884599A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-11-03 | 苏州芯智瑞微电子有限公司 | 功率放大器电路及在x波段相控阵雷达的应用及包含该电路的集成电路 |
-
1998
- 1998-03-20 JP JP10072303A patent/JPH11274853A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006507719A (ja) * | 2002-09-13 | 2006-03-02 | ティーエルシー プレシジョン ウェイファー テクノロジー, インコーポレイテッド | 集積回路発振器 |
| KR100877504B1 (ko) * | 2005-07-07 | 2009-01-07 | 삼성전자주식회사 | 고출력 트랜지스터의 드레인 모듈레이션 감소를 위한 장치 및 방법 |
| JP2009147899A (ja) * | 2007-11-22 | 2009-07-02 | Mitsubishi Electric Corp | 電圧制御発振器 |
| JP2014160750A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 高周波rf回路 |
| CN111884599A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-11-03 | 苏州芯智瑞微电子有限公司 | 功率放大器电路及在x波段相控阵雷达的应用及包含该电路的集成电路 |
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