JPH1155046A - 高周波増幅器 - Google Patents
高周波増幅器Info
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- JPH1155046A JPH1155046A JP20672497A JP20672497A JPH1155046A JP H1155046 A JPH1155046 A JP H1155046A JP 20672497 A JP20672497 A JP 20672497A JP 20672497 A JP20672497 A JP 20672497A JP H1155046 A JPH1155046 A JP H1155046A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】入出力整合回路やバイアス回路の占有面積を小
さくしてチップサイズを減少させ、かつ整合条件の調整
を容易とした高周波増幅器を提供する。 【解決手段】増幅用トランジスタM1,M2のゲートお
よびドレインに、整合兼バイアス供給用トランジスタM
3〜M6のソースを接続し、トランジスタM3〜M6の
ドレインを電源端B1に接続し、さらに抵抗R5〜R8
およびR13〜R16によりトランジスタM3〜M6に
一定のゲートバイアスを与えることによって、増幅用ト
ランジスタM1,M2のゲートおよびドレイン側から整
合兼バイアス供給用トランジスタM3〜M6のソース側
を見た反射係数が誘導性となるように構成する。
さくしてチップサイズを減少させ、かつ整合条件の調整
を容易とした高周波増幅器を提供する。 【解決手段】増幅用トランジスタM1,M2のゲートお
よびドレインに、整合兼バイアス供給用トランジスタM
3〜M6のソースを接続し、トランジスタM3〜M6の
ドレインを電源端B1に接続し、さらに抵抗R5〜R8
およびR13〜R16によりトランジスタM3〜M6に
一定のゲートバイアスを与えることによって、増幅用ト
ランジスタM1,M2のゲートおよびドレイン側から整
合兼バイアス供給用トランジスタM3〜M6のソース側
を見た反射係数が誘導性となるように構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はミリ波帯などの高周
波領域で使用される増幅器に係り、特にMMIC化に適
した高周波増幅器に関する。
波領域で使用される増幅器に係り、特にMMIC化に適
した高周波増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】ミリ波帯などの高周波信号を増幅する高
周波増幅器の設計においては、FET(電界効果トラン
ジスタ)などの増幅素子の特性を最大限に利用するた
め、増幅素子の信号入力端および信号出力端(例えば、
ソース接地されたFETの場合、ゲートおよびドレイ
ン)に、素子の入出力インピーダンスを最大利得特性と
なるインピーダンスあるいは最小ノイズ特性となるイン
ピーダンスに変換するための整合回路を付加することが
必要である。このような入出力整合回路は、通常、信号
線から分岐させた適当な長さを持つスタブを用いて構成
される。
周波増幅器の設計においては、FET(電界効果トラン
ジスタ)などの増幅素子の特性を最大限に利用するた
め、増幅素子の信号入力端および信号出力端(例えば、
ソース接地されたFETの場合、ゲートおよびドレイ
ン)に、素子の入出力インピーダンスを最大利得特性と
なるインピーダンスあるいは最小ノイズ特性となるイン
ピーダンスに変換するための整合回路を付加することが
必要である。このような入出力整合回路は、通常、信号
線から分岐させた適当な長さを持つスタブを用いて構成
される。
【0003】一方、この入出力整合回路とは別に増幅素
子を最適なバイアス条件に保つためのバイアス回路が必
要である。一般に高周波増幅器では、このバイアス回路
は高周波の信号成分を遮断し、直流のみを通過させる誘
導性の伝送線路を用いて構成される。
子を最適なバイアス条件に保つためのバイアス回路が必
要である。一般に高周波増幅器では、このバイアス回路
は高周波の信号成分を遮断し、直流のみを通過させる誘
導性の伝送線路を用いて構成される。
【0004】このような高周波増幅器を半導体基板上に
能動素子や分布定数線路を配置して構成されるMMIC
(モノリシックマイクロ波集積回路)で実現することを
考えた場合、基板上のスタブや伝送線路などの配線は、
λ/4(λは使用中心波長)の長さの分布定数線路を基
本に設計される。例えば、ミリ波帯の回路では入出力整
合回路やバイアス回路を構成するために、1mm程度の
長さのスタブや伝送線路を増幅素子の信号入出力端に接
続することが必要となる。このため、入出力整合回路や
バイアス回路が増幅素子に比較して非常に大きな面積を
占めることになり、集積回路のチップサイズの増大によ
る製造コストの上昇、歩留まりの低下といった問題が起
こる。
能動素子や分布定数線路を配置して構成されるMMIC
(モノリシックマイクロ波集積回路)で実現することを
考えた場合、基板上のスタブや伝送線路などの配線は、
λ/4(λは使用中心波長)の長さの分布定数線路を基
本に設計される。例えば、ミリ波帯の回路では入出力整
合回路やバイアス回路を構成するために、1mm程度の
長さのスタブや伝送線路を増幅素子の信号入出力端に接
続することが必要となる。このため、入出力整合回路や
バイアス回路が増幅素子に比較して非常に大きな面積を
占めることになり、集積回路のチップサイズの増大によ
る製造コストの上昇、歩留まりの低下といった問題が起
こる。
【0005】図10に、従来の高周波増幅器の回路図を
示す。この高周波増幅器は2つの増幅用トランジスタM
101,M102を段間接続用キャパシタC101を介
して入力端子INと出力端子OUT間に接続した2段増
幅器であり、入出力整合回路は伝送線路ML1,ML
2,ML5,ML6,ML7,ML10,ML11とス
タブST1,ST2,ST3,ST4,ST5,ST
6,ST7,ST8によって構成され、バイアス回路は
伝送線路ML3,ML4,ML8,ML9と、ラジアル
スタブRST1,RST2,RST3,RST4と、抵
抗R101,R102,R103,R104およびキャ
パシタC101,C102,C103,C104によっ
て構成される。
示す。この高周波増幅器は2つの増幅用トランジスタM
101,M102を段間接続用キャパシタC101を介
して入力端子INと出力端子OUT間に接続した2段増
幅器であり、入出力整合回路は伝送線路ML1,ML
2,ML5,ML6,ML7,ML10,ML11とス
タブST1,ST2,ST3,ST4,ST5,ST
6,ST7,ST8によって構成され、バイアス回路は
伝送線路ML3,ML4,ML8,ML9と、ラジアル
スタブRST1,RST2,RST3,RST4と、抵
抗R101,R102,R103,R104およびキャ
パシタC101,C102,C103,C104によっ
て構成される。
【0006】図11に、図10の高周波増幅器のICチ
ップレイアウト例を示す。同図から分かるように、スタ
ブST1,ST2,ST3,ST4,ST5,ST6,
ST7,ST8や伝送線路ML1,ML2,ML5,M
L6,ML7,ML10,ML11で構成される入出力
整合回路およびバイアス回路が増幅用トランジスタM1
01,M102に比較して非常に大きな面積を占めてお
り、チップサイズが増大している。
ップレイアウト例を示す。同図から分かるように、スタ
ブST1,ST2,ST3,ST4,ST5,ST6,
ST7,ST8や伝送線路ML1,ML2,ML5,M
L6,ML7,ML10,ML11で構成される入出力
整合回路およびバイアス回路が増幅用トランジスタM1
01,M102に比較して非常に大きな面積を占めてお
り、チップサイズが増大している。
【0007】また、入出力整合回路に用いられるスタブ
ST1,ST2,ST3,ST4,ST5,ST6,S
T7,ST8は、集積回路の完成後には簡単に調整でき
ず、手作業による微調整によって所望の周波数での最小
ノイズ条件、あるいは最大利得条件にトリミングを行う
必要があり、このことも製造コストの上昇および量産性
低下の一因となっている。
ST1,ST2,ST3,ST4,ST5,ST6,S
T7,ST8は、集積回路の完成後には簡単に調整でき
ず、手作業による微調整によって所望の周波数での最小
ノイズ条件、あるいは最大利得条件にトリミングを行う
必要があり、このことも製造コストの上昇および量産性
低下の一因となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のミリ波帯などの高周波増幅器では、増幅素子の入出力
側に付加されるスタブで構成される整合回路や、伝送線
路で構成されるバイアス回路の占める面積が増幅素子の
それに比較して大きく、集積回路化した場合にチップサ
イズの増大による製造コストの上昇、歩留まりの低下と
いう問題があり、さらに集積回路完成後の調整が容易で
ないことも、製造コストを押し上げ、かつ量産性を低下
させる要因となっていた。
のミリ波帯などの高周波増幅器では、増幅素子の入出力
側に付加されるスタブで構成される整合回路や、伝送線
路で構成されるバイアス回路の占める面積が増幅素子の
それに比較して大きく、集積回路化した場合にチップサ
イズの増大による製造コストの上昇、歩留まりの低下と
いう問題があり、さらに集積回路完成後の調整が容易で
ないことも、製造コストを押し上げ、かつ量産性を低下
させる要因となっていた。
【0009】本発明は、上記した従来の問題点を解消す
べくなされたもので、入出力整合回路やバイアス回路の
占有面積を小さくしてチップサイズを減少させ、かつ整
合条件の調整を容易とした高周波増幅器を提供すること
を目的とする。
べくなされたもので、入出力整合回路やバイアス回路の
占有面積を小さくしてチップサイズを減少させ、かつ整
合条件の調整を容易とした高周波増幅器を提供すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る高周波増幅器は増幅素子の信号入力端
および信号出力端の少なくとも一方に、該信号入力端ま
たは信号出力端から見た反射係数が誘導性となるように
配置された能動素子を接続し、この能動素子を介して増
幅素子にバイアスを供給する構成としたことを特徴とす
る。
め、本発明に係る高周波増幅器は増幅素子の信号入力端
および信号出力端の少なくとも一方に、該信号入力端ま
たは信号出力端から見た反射係数が誘導性となるように
配置された能動素子を接続し、この能動素子を介して増
幅素子にバイアスを供給する構成としたことを特徴とす
る。
【0011】より具体的には、増幅用トランジスタのゲ
ートまたはベースおよびドレインまたはコレクタの少な
くとも一方に、整合兼バイアス供給用トランジスタのソ
ースまたはエミッタを接続し、該整合兼バイアス供給用
トランジスタのドレインまたはコレクタを電源端に接続
したことを特徴とする。この整合兼バイアス供給用トラ
ンジスタは、ゲートまたはベースの電位がほぼ一定に保
たれるようにすることが望ましい。
ートまたはベースおよびドレインまたはコレクタの少な
くとも一方に、整合兼バイアス供給用トランジスタのソ
ースまたはエミッタを接続し、該整合兼バイアス供給用
トランジスタのドレインまたはコレクタを電源端に接続
したことを特徴とする。この整合兼バイアス供給用トラ
ンジスタは、ゲートまたはベースの電位がほぼ一定に保
たれるようにすることが望ましい。
【0012】このように構成される本発明の高周波増幅
器では、整合兼バイアス供給用トランジスタのソースま
たはエミッタ側から見た出力インピーダンス特性を利用
して入出力整合のためのインピーダンス変換を行うと同
時に、増幅用トランジスタに安定したバイアスを供給す
る。
器では、整合兼バイアス供給用トランジスタのソースま
たはエミッタ側から見た出力インピーダンス特性を利用
して入出力整合のためのインピーダンス変換を行うと同
時に、増幅用トランジスタに安定したバイアスを供給す
る。
【0013】増幅用トランジスタの入出力インピーダン
スは、周波数によって抵抗成分およびリアクタンス成分
が変わる。例えば、この増幅用トランジスタの入力イン
ピーダンスについてみると、増幅用トランジスタがゲー
トまたはベースを信号入力端とし、ソースまたはエミッ
タが接地されている方式の場合、低周波領域でインピー
ダンスが高く、高周波領域でインピーダンスが低い容量
性を示す。入出力インピーダンスは、増幅用トランジス
タのゲートまたはベースのバイアス電圧によって大きく
変化する。
スは、周波数によって抵抗成分およびリアクタンス成分
が変わる。例えば、この増幅用トランジスタの入力イン
ピーダンスについてみると、増幅用トランジスタがゲー
トまたはベースを信号入力端とし、ソースまたはエミッ
タが接地されている方式の場合、低周波領域でインピー
ダンスが高く、高周波領域でインピーダンスが低い容量
性を示す。入出力インピーダンスは、増幅用トランジス
タのゲートまたはベースのバイアス電圧によって大きく
変化する。
【0014】一方、整合兼バイアス供給用トランジスタ
はドレインまたはコレクタが接地されているため、ソー
ス側またはエミッタ側から見た出力インピーダンスにつ
いて見ると、低周波領域でインピーダンスが低く、高周
波領域でインピーダンスが高い誘導性を示すことが可能
である。これは周波数の上昇に伴う電流利得の減少によ
る効果である。
はドレインまたはコレクタが接地されているため、ソー
ス側またはエミッタ側から見た出力インピーダンスにつ
いて見ると、低周波領域でインピーダンスが低く、高周
波領域でインピーダンスが高い誘導性を示すことが可能
である。これは周波数の上昇に伴う電流利得の減少によ
る効果である。
【0015】従って、増幅用トランジスタの信号入力端
であるゲートまたはベースに、ドレイン接地またはコレ
クタ接地の整合兼バイアス供給用トランジスタのソース
またはエミッタを接続して、増幅用トランジスタのゲー
トまたはベースから整合兼バイアス供給用トランジスタ
のソースまたはエミッタ側を見た反射係数が誘導性を示
すように構成することにより、集積回路のチップサイズ
増大の大きな要因となるλ/4の長さの伝送線路および
スタブやバイアス供給用誘導性線路を用いることなく、
増幅トランジスタの入力インピーダンスを系の特性イン
ピーダンスである例えば50Ωに整合させることが可能
となる。
であるゲートまたはベースに、ドレイン接地またはコレ
クタ接地の整合兼バイアス供給用トランジスタのソース
またはエミッタを接続して、増幅用トランジスタのゲー
トまたはベースから整合兼バイアス供給用トランジスタ
のソースまたはエミッタ側を見た反射係数が誘導性を示
すように構成することにより、集積回路のチップサイズ
増大の大きな要因となるλ/4の長さの伝送線路および
スタブやバイアス供給用誘導性線路を用いることなく、
増幅トランジスタの入力インピーダンスを系の特性イン
ピーダンスである例えば50Ωに整合させることが可能
となる。
【0016】同様に、増幅用トランジスタの信号出力端
であるドレインまたはコレクタに、整合兼バイアス供給
用トランジスタのソースまたはエミッタを接続して、増
幅用トランジスタのドレインまたはコレクタから整合兼
バイアス供給用トランジスタのソースまたはエミッタ側
を見た反射係数が誘導性を示すように構成することによ
って、λ/4の長さの伝送線路およびスタブやバイアス
供給用誘導性線路を用いることなく、増幅トランジスタ
の出力インピーダンスを系の特性インピーダンスに整合
させることが可能となる。
であるドレインまたはコレクタに、整合兼バイアス供給
用トランジスタのソースまたはエミッタを接続して、増
幅用トランジスタのドレインまたはコレクタから整合兼
バイアス供給用トランジスタのソースまたはエミッタ側
を見た反射係数が誘導性を示すように構成することによ
って、λ/4の長さの伝送線路およびスタブやバイアス
供給用誘導性線路を用いることなく、増幅トランジスタ
の出力インピーダンスを系の特性インピーダンスに整合
させることが可能となる。
【0017】従って、本発明によると、高周波増幅器を
集積回路化する場合、増幅トランジスタ以外の入出力整
合回路やバイアス回路の占有面積を減少させて、チップ
サイズを効果的に縮小することができ、製造コストの低
減と歩留まりの向上が達成される。
集積回路化する場合、増幅トランジスタ以外の入出力整
合回路やバイアス回路の占有面積を減少させて、チップ
サイズを効果的に縮小することができ、製造コストの低
減と歩留まりの向上が達成される。
【0018】しかも、本発明の高周波増幅器において
は、整合兼バイアス供給用トランジスタのゲートまたは
ベースと電源端との間に素子を接続した場合、その素子
のインピーダンスが高周波領域に見えてくるため、この
素子を例えば可変抵抗器としてそのインピーダンスを変
化させることによって、整合兼バイアス供給用トランジ
スタの入力インピーダンスを調整することも可能とな
る。このようにすると、従来のスタブを用いた方式にお
いて調整を行う場合に必要であった導体パターンのトリ
ミングが不要となることから、最適化のための調整を容
易に行うことが可能となり、調整に要する時間も大幅に
短縮され、製造コストの低減および量産性の向上が図ら
れる。
は、整合兼バイアス供給用トランジスタのゲートまたは
ベースと電源端との間に素子を接続した場合、その素子
のインピーダンスが高周波領域に見えてくるため、この
素子を例えば可変抵抗器としてそのインピーダンスを変
化させることによって、整合兼バイアス供給用トランジ
スタの入力インピーダンスを調整することも可能とな
る。このようにすると、従来のスタブを用いた方式にお
いて調整を行う場合に必要であった導体パターンのトリ
ミングが不要となることから、最適化のための調整を容
易に行うことが可能となり、調整に要する時間も大幅に
短縮され、製造コストの低減および量産性の向上が図ら
れる。
【0019】また、増幅用トランジスタのゲートまたは
ベースにトランジスタで構成される定電流源を接続し、
この定電流源トランジスタのドレイン・ゲート間容量ま
たはコレクタ・ベース間容量をドレインまたはコレクタ
とゲートまたはベース間に印加するバイアス電圧の調整
で変化させることにより、増幅用トランジスタの入出力
インピーダンスをさらに広範囲に調整することが可能と
なり、入出力整合のための調整がより容易となる。
ベースにトランジスタで構成される定電流源を接続し、
この定電流源トランジスタのドレイン・ゲート間容量ま
たはコレクタ・ベース間容量をドレインまたはコレクタ
とゲートまたはベース間に印加するバイアス電圧の調整
で変化させることにより、増幅用トランジスタの入出力
インピーダンスをさらに広範囲に調整することが可能と
なり、入出力整合のための調整がより容易となる。
【0020】さらに、整合兼バイアス供給用トランジス
タのゲートまたはベースにダーリントン接続のトランジ
スタを設けることにより、整合兼バイアス供給用トラン
ジスタの周波数特性を向上させ、入出力整合条件をさら
に広範囲に変化させることもできる。
タのゲートまたはベースにダーリントン接続のトランジ
スタを設けることにより、整合兼バイアス供給用トラン
ジスタの周波数特性を向上させ、入出力整合条件をさら
に広範囲に変化させることもできる。
【0021】
【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。 (第1の実施形態)図1に、本発明の第1の実施形態に
係る高周波増幅器の回路図を示す。この高周波増幅器は
FET(以下、単にトランジスタという)を用いた2段
増幅器であり、2つのソース接地された増幅用トランジ
スタM1,M2を主体として構成されている。すなわ
ち、入力端子INに第1の増幅用トランジスタM1の信
号入力端であるゲートが接続されている。第1の増幅用
トランジスタM1のソースは接地され、信号出力端であ
るドレインは段間接続用キャパシタC1を介して第2の
増幅用トランジスタM2の信号入力端であるゲートに接
続されている。第2の増幅用トランジスタM2のソース
は接地され、信号出力端であるドレインは出力端子OU
Tに接続されている。
施の形態を説明する。 (第1の実施形態)図1に、本発明の第1の実施形態に
係る高周波増幅器の回路図を示す。この高周波増幅器は
FET(以下、単にトランジスタという)を用いた2段
増幅器であり、2つのソース接地された増幅用トランジ
スタM1,M2を主体として構成されている。すなわ
ち、入力端子INに第1の増幅用トランジスタM1の信
号入力端であるゲートが接続されている。第1の増幅用
トランジスタM1のソースは接地され、信号出力端であ
るドレインは段間接続用キャパシタC1を介して第2の
増幅用トランジスタM2の信号入力端であるゲートに接
続されている。第2の増幅用トランジスタM2のソース
は接地され、信号出力端であるドレインは出力端子OU
Tに接続されている。
【0022】本実施形態では、整合兼バイアス供給用ト
ランジスタM3,M4,M5,M6によって、増幅用ト
ランジスタM1,M2の入出力整合とバイアス供給が行
われる。抵抗R1,R2,R3,R4はトランジスタM
3,M4,M5,M6の電流ドレイン用である。抵抗R
5とR13,R6とR14,R7とR15,R8とR1
6はそれぞれトランジスタM3,M4,M5,M6のゲ
ートバイアス電位発生用分圧抵抗であり、これらの分圧
抵抗によってトランジスタM1,M2のゲート電位は一
定に保たれ、従ってゲート・ソース間電圧Vgsも一定に
保たれる。
ランジスタM3,M4,M5,M6によって、増幅用ト
ランジスタM1,M2の入出力整合とバイアス供給が行
われる。抵抗R1,R2,R3,R4はトランジスタM
3,M4,M5,M6の電流ドレイン用である。抵抗R
5とR13,R6とR14,R7とR15,R8とR1
6はそれぞれトランジスタM3,M4,M5,M6のゲ
ートバイアス電位発生用分圧抵抗であり、これらの分圧
抵抗によってトランジスタM1,M2のゲート電位は一
定に保たれ、従ってゲート・ソース間電圧Vgsも一定に
保たれる。
【0023】すなわち、トランジスタM3のソースは第
1の増幅用トランジスタM1のゲートに接続されると共
に抵抗R1を介して接地され、ドレインは電源端B1に
接続され、ゲートは電源端B1と接地間に接続された分
圧抵抗R5,R13の接続点に接続される。また、トラ
ンジスタM4のソースは第1の増幅用トランジスタM1
のドレインに接続されると共に抵抗R2を介して接地さ
れ、ドレインは電源端B1に接続され、ゲートは電源端
B1と接地間に接続された分圧抵抗R6,R14の接続
点に接続される。
1の増幅用トランジスタM1のゲートに接続されると共
に抵抗R1を介して接地され、ドレインは電源端B1に
接続され、ゲートは電源端B1と接地間に接続された分
圧抵抗R5,R13の接続点に接続される。また、トラ
ンジスタM4のソースは第1の増幅用トランジスタM1
のドレインに接続されると共に抵抗R2を介して接地さ
れ、ドレインは電源端B1に接続され、ゲートは電源端
B1と接地間に接続された分圧抵抗R6,R14の接続
点に接続される。
【0024】同様に、トランジスタM5のソースは第2
の増幅用トランジスタM2のゲートに接続されると共に
抵抗R3を介して接地され、ドレインは電源端B1に接
続され、ゲートは電源端B1と接地間に接続された分圧
抵抗R7,R15の接続点に接続される。また、トラン
ジスタM5のソースは第2の増幅用トランジスタM2の
ドレインに接続されると共に抵抗R4を介して接地さ
れ、ドレインは電源端B1に接続され、ゲートは電源端
B1と接地間に接続された分圧抵抗R8,R16の接続
点に接続される。
の増幅用トランジスタM2のゲートに接続されると共に
抵抗R3を介して接地され、ドレインは電源端B1に接
続され、ゲートは電源端B1と接地間に接続された分圧
抵抗R7,R15の接続点に接続される。また、トラン
ジスタM5のソースは第2の増幅用トランジスタM2の
ドレインに接続されると共に抵抗R4を介して接地さ
れ、ドレインは電源端B1に接続され、ゲートは電源端
B1と接地間に接続された分圧抵抗R8,R16の接続
点に接続される。
【0025】次に、本実施形態の高周波増幅器の動作を
説明する。入力端子INから入力された高周波信号は、
まず第1の増幅用トランジスタM1で増幅された後、段
間接続用キャパシタC1を介して第2の増幅用トランジ
スタM2に供給され、この第2の増幅用トランジスタM
2で増幅された高周波信号が出力端子OUTより例えば
集積回路外部へ出力される。
説明する。入力端子INから入力された高周波信号は、
まず第1の増幅用トランジスタM1で増幅された後、段
間接続用キャパシタC1を介して第2の増幅用トランジ
スタM2に供給され、この第2の増幅用トランジスタM
2で増幅された高周波信号が出力端子OUTより例えば
集積回路外部へ出力される。
【0026】このときの増幅用トランジスタM1,M2
のトランジスタ単体での入力反射係数(トランジスタM
1,M2をゲート側から見た反射係数)は、トランジス
タM1,M2のゲート・ソース間電圧Vgsによって大き
く変わるが、一般的に使用する動作領域では容量性とな
る。
のトランジスタ単体での入力反射係数(トランジスタM
1,M2をゲート側から見た反射係数)は、トランジス
タM1,M2のゲート・ソース間電圧Vgsによって大き
く変わるが、一般的に使用する動作領域では容量性とな
る。
【0027】この増幅用トランジスタM1,M2の入力
反射係数を図2のスミスチャートに示す。図2では、増
幅用トランジスタM1,M2のゲート・ソース間電圧V
gsをVgs=Vgs1 ,Vgs2 ,Vgs3 (Vgs1 >Vgs2 >
Vgs3 )と変えたときの入力反射係数を示している。い
ずれの入力反射係数も容量性であるが、ゲート・ソース
間電圧Vgsが高いほど、インピーダンスが低くなってい
ることが分かる。
反射係数を図2のスミスチャートに示す。図2では、増
幅用トランジスタM1,M2のゲート・ソース間電圧V
gsをVgs=Vgs1 ,Vgs2 ,Vgs3 (Vgs1 >Vgs2 >
Vgs3 )と変えたときの入力反射係数を示している。い
ずれの入力反射係数も容量性であるが、ゲート・ソース
間電圧Vgsが高いほど、インピーダンスが低くなってい
ることが分かる。
【0028】一方、整合兼バイアス供給用トランジスタ
M3,M4,M5,M6の出力反射係数(トランジスタ
M3,M4,M5,M6をソース側から見た反射係数)
を図3のスミスチャートに示す。図3では、増幅用トラ
ンジスタM1,M2のゲート・ソース間電圧をVgs=V
gs2とした場合について、抵抗R5〜R8,R13〜R
16の合成抵抗値RbをRb=Rb1,Rb2,Rb3(Rb1
<Rb2<Rb3)と変えたときの出力反射係数を示してい
る。
M3,M4,M5,M6の出力反射係数(トランジスタ
M3,M4,M5,M6をソース側から見た反射係数)
を図3のスミスチャートに示す。図3では、増幅用トラ
ンジスタM1,M2のゲート・ソース間電圧をVgs=V
gs2とした場合について、抵抗R5〜R8,R13〜R
16の合成抵抗値RbをRb=Rb1,Rb2,Rb3(Rb1
<Rb2<Rb3)と変えたときの出力反射係数を示してい
る。
【0029】図3に示されるように、整合兼バイアス供
給用トランジスタM3,M4,M5,M6の出力反射係
数は、それぞれのバイアス条件によって異なるが、いず
れも誘導性を示している。これは出力インピーダンスZ
out が近似的に、 Zout =Zb/(1+β) (1) に表されることから分かる。ここで、Zbは整合兼バイ
アス供給用トランジスタM3,M4,M5,M6をゲー
ト側から見たインピーダンス、βはトランジスタM3,
M4,M5,M6の電流利得である。
給用トランジスタM3,M4,M5,M6の出力反射係
数は、それぞれのバイアス条件によって異なるが、いず
れも誘導性を示している。これは出力インピーダンスZ
out が近似的に、 Zout =Zb/(1+β) (1) に表されることから分かる。ここで、Zbは整合兼バイ
アス供給用トランジスタM3,M4,M5,M6をゲー
ト側から見たインピーダンス、βはトランジスタM3,
M4,M5,M6の電流利得である。
【0030】電流利得βは、次式に示される周波数依存
性を持つ。 β=βo/(1+jωτ) (2) ここで、βoはDCでの電流利得、ωは角周波数、τは
トランジスタM3,M4,M5,M6の電荷蓄積時間で
ある。
性を持つ。 β=βo/(1+jωτ) (2) ここで、βoはDCでの電流利得、ωは角周波数、τは
トランジスタM3,M4,M5,M6の電荷蓄積時間で
ある。
【0031】式(1)(2)より、整合兼バイアス供給
用トランジスタM3,M4,M5,M6は、低周波で低
い出力インピーダンス、高周波でZbという出力インピ
ーダンスを持つことが分かる。これはインダクタと同様
な振る舞いとなる。
用トランジスタM3,M4,M5,M6は、低周波で低
い出力インピーダンス、高周波でZbという出力インピ
ーダンスを持つことが分かる。これはインダクタと同様
な振る舞いとなる。
【0032】次に、図1の高周波増幅器を入力端子IN
から見たときの入力反射係数を図4に示す。ここでは、
増幅用トランジスタM1,M2のゲート・ソース間電圧
VgsをVgs2 一定とし、整合兼バイアス供給用トランジ
スタM3のバイアス条件を決める抵抗R5,R13の合
成抵抗値をRb=Rb1,Rb2,Rb3(Rb1<Rb2<Rb
3)と変えて、トランジスタM3のゲート入力インピー
ダンスを変化させたときの入力反射係数を示している。
から見たときの入力反射係数を図4に示す。ここでは、
増幅用トランジスタM1,M2のゲート・ソース間電圧
VgsをVgs2 一定とし、整合兼バイアス供給用トランジ
スタM3のバイアス条件を決める抵抗R5,R13の合
成抵抗値をRb=Rb1,Rb2,Rb3(Rb1<Rb2<Rb
3)と変えて、トランジスタM3のゲート入力インピー
ダンスを変化させたときの入力反射係数を示している。
【0033】図4に示されるように、この入力反射係数
は図2に示した増幅用トランジスタM1単体の誘導性の
入力反射係数と、図3に示した整合兼バイアス供給用ト
ランジスタM3の容量性の出力反射係数とが合成された
特性となり、この例によれば抵抗値RbをRb1,Rb2の
中間程度の適当な値に選ぶと、所望の周波数でインピー
ダンス整合がとられることになる。
は図2に示した増幅用トランジスタM1単体の誘導性の
入力反射係数と、図3に示した整合兼バイアス供給用ト
ランジスタM3の容量性の出力反射係数とが合成された
特性となり、この例によれば抵抗値RbをRb1,Rb2の
中間程度の適当な値に選ぶと、所望の周波数でインピー
ダンス整合がとられることになる。
【0034】一方、抵抗値Rbを変化させて入力整合条
件を変化させたときの増幅用トランジスタM1の利得周
波数特性は図5に示されるようになり、入力整合条件に
よらず20dB以上の一定の利得が得られている。
件を変化させたときの増幅用トランジスタM1の利得周
波数特性は図5に示されるようになり、入力整合条件に
よらず20dB以上の一定の利得が得られている。
【0035】図6に、図1の高周波増幅器をMMIC
(モノリシックマイクロ波集積回路)で構成した場合の
ICチップレイアウトの一例を示す。図6において、図
1と相対応する要素には同一符号を付してある。整合兼
バイアス供給用トランジスタM3,M4,M5,M6
は、増幅用トランジスタM1,M2の信号入出力端(ゲ
ートおよびドレイン)からλ/4以下の距離の領域に配
置されている。
(モノリシックマイクロ波集積回路)で構成した場合の
ICチップレイアウトの一例を示す。図6において、図
1と相対応する要素には同一符号を付してある。整合兼
バイアス供給用トランジスタM3,M4,M5,M6
は、増幅用トランジスタM1,M2の信号入出力端(ゲ
ートおよびドレイン)からλ/4以下の距離の領域に配
置されている。
【0036】このように本実施形態の高周波増幅器は、
整合兼バイアス供給用トランジスタM3,M4,M5,
M6によって増幅用トランジスタM1,M2の入出力整
合およびバイアス供給を行うため、入出力整合やバイア
ス供給のためにλ/4の長さのスタブや伝送線路が不要
となり、回路を非常に小さく構成することができる。図
6の場合、IC上の入力端子IN、出力端子OUT、電
源B1およびグラウンドGND等のパッドによって制限
される大きさまでチップサイズを縮小することができ
る。
整合兼バイアス供給用トランジスタM3,M4,M5,
M6によって増幅用トランジスタM1,M2の入出力整
合およびバイアス供給を行うため、入出力整合やバイア
ス供給のためにλ/4の長さのスタブや伝送線路が不要
となり、回路を非常に小さく構成することができる。図
6の場合、IC上の入力端子IN、出力端子OUT、電
源B1およびグラウンドGND等のパッドによって制限
される大きさまでチップサイズを縮小することができ
る。
【0037】(第2の実施形態)図7は、本発明の第2
の実施形態に係る高周波増幅器の回路図である。本実施
形態では、図1における電流ドレイン用抵抗R1,R
2,R3,R4をそれぞれトランジスタM7,M8,M
9,M10からなる定電流源に置き換えている。
の実施形態に係る高周波増幅器の回路図である。本実施
形態では、図1における電流ドレイン用抵抗R1,R
2,R3,R4をそれぞれトランジスタM7,M8,M
9,M10からなる定電流源に置き換えている。
【0038】これらの定電流源トランジスタM7,M
8,M9,M10のドレイン・ゲート間電圧をバイアス
電圧源B2により変化させると、ドレイン・ゲート間容
量が変化することによって、増幅用トランジスタM1,
M2の入出力インピーダンスを広範囲に調整することが
でき、入出力整合のための調整をより容易に行うことが
可能となる。
8,M9,M10のドレイン・ゲート間電圧をバイアス
電圧源B2により変化させると、ドレイン・ゲート間容
量が変化することによって、増幅用トランジスタM1,
M2の入出力インピーダンスを広範囲に調整することが
でき、入出力整合のための調整をより容易に行うことが
可能となる。
【0039】(第3の実施形態)図8に、本発明の第3
の実施形態に係る高周波増幅器の回路図を示す。本実施
形態においては、図1中の整合兼バイアス供給用トラン
ジスタM3,M4,M5,M6のゲートバイアス電位発
生用の分圧抵抗のうち、トランジスタM3,M4,M
5,M6のゲートと電源端B1との間に接続されている
抵抗R5,R6,R7,R8を可変抵抗器とし、かつこ
れらの抵抗R5,R6,R7,R8と電源端B1との間
に可変電圧源Vb1,Vb2,Vb3,Vb4をそれぞ
れ挿入している。
の実施形態に係る高周波増幅器の回路図を示す。本実施
形態においては、図1中の整合兼バイアス供給用トラン
ジスタM3,M4,M5,M6のゲートバイアス電位発
生用の分圧抵抗のうち、トランジスタM3,M4,M
5,M6のゲートと電源端B1との間に接続されている
抵抗R5,R6,R7,R8を可変抵抗器とし、かつこ
れらの抵抗R5,R6,R7,R8と電源端B1との間
に可変電圧源Vb1,Vb2,Vb3,Vb4をそれぞ
れ挿入している。
【0040】本実施形態によると、抵抗R5,R6,R
7,R8および可変電圧源Vb1,Vb2,Vb3,V
b4を調整することによって、トランジスタM3,M
4,M5,M6の出力インピーダンスが変化するため、
所望周波数での増幅用トランジスタM1,M2のそれぞ
れの入出力インピーダンスとバイアス回路のインピーダ
ンスとの合成インピーダンスをICチップ完成後に容易
に変更することができる。従って、トリミング作業が不
要となり、IC評価の期間を大幅に短縮することが可能
となる。
7,R8および可変電圧源Vb1,Vb2,Vb3,V
b4を調整することによって、トランジスタM3,M
4,M5,M6の出力インピーダンスが変化するため、
所望周波数での増幅用トランジスタM1,M2のそれぞ
れの入出力インピーダンスとバイアス回路のインピーダ
ンスとの合成インピーダンスをICチップ完成後に容易
に変更することができる。従って、トリミング作業が不
要となり、IC評価の期間を大幅に短縮することが可能
となる。
【0041】(第4の実施形態)図9に、本発明の第4
の実施形態に係る高周波増幅器の回路図を示す。本実施
形態では、図1中の整合兼バイアス供給用トランジスタ
M3,M4,M5,M6のゲートと、ゲートバイアス電
位発生用の分圧抵抗R5とR13,R6とR14,R7
とR15,R8とR16の分圧点との間に、ダーリント
ン接続されたトランジスタM11,M12,M13,M
14を追加している。
の実施形態に係る高周波増幅器の回路図を示す。本実施
形態では、図1中の整合兼バイアス供給用トランジスタ
M3,M4,M5,M6のゲートと、ゲートバイアス電
位発生用の分圧抵抗R5とR13,R6とR14,R7
とR15,R8とR16の分圧点との間に、ダーリント
ン接続されたトランジスタM11,M12,M13,M
14を追加している。
【0042】このように構成することによって、整合兼
バイアス供給用トランジスタM3,M4,M5,M6の
周波数特性はより大きな誘導性を示すことができ、整合
条件を広範囲に変化させることができる。
バイアス供給用トランジスタM3,M4,M5,M6の
周波数特性はより大きな誘導性を示すことができ、整合
条件を広範囲に変化させることができる。
【0043】なお、上記実施形態ではFETを用いて構
成した高周波増幅器について説明したが、バイポーラト
ランジスタ用いて同様の増幅器を構成できることはいう
までもない。パイポーラトランジスタを用いる場合、F
ETのゲート、ドレイン、ソースをバイポーラトランジ
スタのベース、コレクタ、エミッタにそれぞれ置き換え
て考えればよい。
成した高周波増幅器について説明したが、バイポーラト
ランジスタ用いて同様の増幅器を構成できることはいう
までもない。パイポーラトランジスタを用いる場合、F
ETのゲート、ドレイン、ソースをバイポーラトランジ
スタのベース、コレクタ、エミッタにそれぞれ置き換え
て考えればよい。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の高周波増
幅器では、増幅素子の入出力整合およびバイアス供給を
増幅素子の信号入出力端から見た反射係数が誘導性とな
るように配置された能動素子によって行うことにより、
入出力整合回路やバイアス回路の占有面積を小さくして
集積回路化した場合のチップサイズを減少させ、製造コ
ストの低減と歩留まりの向上を図ることができ、しかも
整合条件の調整を煩雑なトリミングを必要とせずに容易
に行うことが可能となり、量産性に優れるという利点が
ある。
幅器では、増幅素子の入出力整合およびバイアス供給を
増幅素子の信号入出力端から見た反射係数が誘導性とな
るように配置された能動素子によって行うことにより、
入出力整合回路やバイアス回路の占有面積を小さくして
集積回路化した場合のチップサイズを減少させ、製造コ
ストの低減と歩留まりの向上を図ることができ、しかも
整合条件の調整を煩雑なトリミングを必要とせずに容易
に行うことが可能となり、量産性に優れるという利点が
ある。
【図1】本発明の第1の実施形態に係る高周波増幅器の
回路図
回路図
【図2】同実施形態における増幅用トランジスタ単体の
入力反射係数を示す図
入力反射係数を示す図
【図3】同実施形態における整合兼バイアス供給用トラ
ンジスタのソース側から見た出力反射係数を示す図
ンジスタのソース側から見た出力反射係数を示す図
【図4】同実施形態における高周波増幅器の入力反射係
数を示す図
数を示す図
【図5】同実施形態における増幅用トランジスタの利得
周波数特性を示す図
周波数特性を示す図
【図6】同実施形態に係る高周波増幅器のICチップレ
イアウト例を示す図
イアウト例を示す図
【図7】本発明の第2の実施形態に係る高周波増幅器の
回路図
回路図
【図8】本発明の第3の実施形態に係る高周波増幅器の
回路図
回路図
【図9】本発明の第4の実施形態に係る高周波増幅器の
回路図
回路図
【図10】従来の高周波増幅器の回路図
【図11】従来の高周波増幅器のICチップレイアウト
例を示す図
例を示す図
IN…入力端子 OUT…出力端子 M1,M2…増幅用トランジスタ C1…段間接続用トランジスタ M3,M4,M5,M6…整合兼バイアス供給用トラン
ジスタ R1,R2,R3,R4…電流ドレイン用抵抗 R5,R6,R7,R8,R13,R14,R15,R
16…ゲートバイアス電位発生用分圧抵抗 B1…電源端 M7,M8,M9,M10…定電流源用トランジスタ B2…バイアス電圧源 Vb1,Vb2,Vb3,Vb4…可変電圧源 M11,M12,M13,M14…ダーリントン接続ト
ランジスタ
ジスタ R1,R2,R3,R4…電流ドレイン用抵抗 R5,R6,R7,R8,R13,R14,R15,R
16…ゲートバイアス電位発生用分圧抵抗 B1…電源端 M7,M8,M9,M10…定電流源用トランジスタ B2…バイアス電圧源 Vb1,Vb2,Vb3,Vb4…可変電圧源 M11,M12,M13,M14…ダーリントン接続ト
ランジスタ
Claims (5)
- 【請求項1】増幅素子の信号入力端および信号出力端の
少なくとも一方に、該信号入力端または信号出力端から
見た反射係数が誘導性となるように配置された能動素子
を接続し、この能動素子を介して前記増幅素子にバイア
スを供給する構成としたことを特徴とする高周波増幅
器。 - 【請求項2】増幅用トランジスタのゲートまたはベース
およびドレインまたはコレクタの少なくとも一方に、整
合兼バイアス供給用トランジスタのソースまたはエミッ
タを接続し、該整合兼バイアス供給用トランジスタのド
レインまたはコレクタを電源端に接続したことを特徴と
する高周波増幅器。 - 【請求項3】前記整合兼バイアス供給用トランジスタの
ゲートまたはベースの電位をほぼ一定に保つ手段を有す
ることを特徴とする請求項2に記載の高周波増幅器。 - 【請求項4】前記整合兼バイアス供給用トランジスタの
ゲートまたはベースと電源端との間に可変抵抗器を接続
したことを特徴とする請求項2に記載の高周波増幅器。 - 【請求項5】前記整合兼バイアス供給用トランジスタの
ゲートまたはベースにダーリントン接続されたトランジ
スタを有することを特徴とする請求項2または3に記載
の高周波増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20672497A JPH1155046A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 高周波増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20672497A JPH1155046A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 高周波増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1155046A true JPH1155046A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16528067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20672497A Pending JPH1155046A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 高周波増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1155046A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004056805A (ja) * | 2002-07-23 | 2004-02-19 | Da-Lightcom | バイアス付与用アクティブ装荷装置を備えた超広帯域分布型増幅回路 |
| US9536604B1 (en) | 2016-01-06 | 2017-01-03 | International Business Machines Corporation | Impedance matching system for DDR memory |
| KR20220100489A (ko) * | 2021-01-08 | 2022-07-15 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 피드백 구조를 포함하는 w-대역 증폭기 |
-
1997
- 1997-07-31 JP JP20672497A patent/JPH1155046A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004056805A (ja) * | 2002-07-23 | 2004-02-19 | Da-Lightcom | バイアス付与用アクティブ装荷装置を備えた超広帯域分布型増幅回路 |
| US9536604B1 (en) | 2016-01-06 | 2017-01-03 | International Business Machines Corporation | Impedance matching system for DDR memory |
| KR20220100489A (ko) * | 2021-01-08 | 2022-07-15 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 피드백 구조를 포함하는 w-대역 증폭기 |
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