JP4956059B2 - 可変利得増幅器 - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
最大利得設定時(この条件の場合、制御電圧:2〜2.5V)の場合は初段のカスコード型増幅器10のみ動作する。初段のカスコード型増幅器10の出力インピーダンスおよび利得を向上させるとともに、入力端子および出力端子間のアイソレーションを向上させるために、各々多段構成のカスコード型増幅器(カスコード型増幅器10,20)を設置した。理論上、段数が増えるにつれてアイソレーションおよび利得は向上していく。しかし、実際には3段、4段と積み重ねた場合、電源電圧に対しては直流的動作範囲が減少するので電源電圧を上げるしかない。また、実装面積が拡大するので寄生容量増大による周波数特性劣化が生じる。これら双方を考慮すると、低電圧且つ高周波帯域で動作させる上では、図1(a)に示したような3段カスコード接続が好適である。
最大利得設定時(この条件の場合、制御電圧:2〜2.5V)から制御電圧が降下するに伴いFET12,13のゲートバイアスVG12も降下する。この時FET11のゲートバイアスVG11は変化せず一定のバイアスを与えている。一方で、ソースドレイン間電圧については、飽和領域から線形領域に動作点が移行するに伴い初段の回路電流(FET11のドレイン電流IdsNM11)が減少し始め、利得も同様に減少していく。この場合、電流(IdsNM11)が減少するため出力端子のDC電位(Vdd−RL×IdsNM11)が上昇する(RLは共通負荷抵抗)。それにより、出力の線形ダイナミックレンジが減少し、出力側の線形性が劣化してしまう。このため初段において減少する電流と等価分の電圧が2段目のFET21のゲートバイアスに印加され、2段目のカスコード型増幅器20が動作し始める。このとき、カスコード接続されたFET22のゲートバイアスには、FET21を飽和領域で動作させるような固定電圧値が印加される。
さらに制御電圧を降下させることで初段のカスコード型増幅器10のFET12,13のゲートバイアスVG12をさらに降下させ、電流を減少、利得を減少させ、2段目のカスコード型増幅器20の電流を増加させることで、交流的動作を初段から2段目へと移行させる。このとき初段の電流が減少しているため入力端に強い信号が印加されると歪みが発生してしまうのが一般的である(特にバイポーラトランジスタでは線形性の劣化が顕著に見られる)。しかし、入力段のFET11の動作領域を飽和領域から線形領域へ動作点を移行させているので、この線形動作領域では歪みに強く、線形性を逸脱して劣化させないようにしている。また、2段目のカスコード型増幅器20の出力側のFET23,24のトランジスタサイズ比およびゲートバイアスの印加状態により利得の可変幅を調整している。
さらに制御電圧を降下させることで初段のカスコード型増幅器10のFET12,13のゲートバイアスVG12をさらに降下させ、電流が流れない状態まで絞り込み、直流的、交流的な動作を停止させる。強入力信号が入力された場合、入力トランジスタが動作し線形性が劣化する要因を作り込んでしまうため、残留的なDCバイアスが無いよう、GNDレベルまで電位を落とすようにする
(第2実施形態)
(第3実施形態)
(第4実施形態)
10 カスコード型増幅器
11〜13 FET
20 カスコード型増幅器
21〜24 FET
30 カスコード型増幅器
31〜33 FET
40 カスコード型増幅器
41〜43 FET
50 カスコード型増幅器
51〜54 FET
60 カスコード型増幅器
61〜66 FET
70 カスコード型増幅器
71〜78 FET
80 カスコード型増幅器
81〜86 FET
90 カスコード型増幅器
91〜96 FET
100 カスコード型増幅器
101〜108 FET
111〜116 減衰器
121〜123 負荷
130 ゲートバイアス制御回路
Claims (7)
- カスコード接続された複数の電界効果トランジスタによって構成されたn個(nは2以上の整数)のカスコード型増幅器と、減衰器とを備え、
前記n個のカスコード型増幅器は、前記減衰器を介して、互いに並列に接続されており、
前記n個のカスコード型増幅器のうちの初段カスコード型増幅器は、前記複数の電界効果トランジスタのうちの第1、第2及び第3の電界効果トランジスタを含み、
前記第1の電界効果トランジスタのソースが接地され、前記第2の電界効果トランジスタのソースが前記第1の電界効果トランジスタのドレインに接続され、前記第3の電界効果トランジスタのソースが前記第2の電界効果トランジスタのドレインに接続され、
交流的動作を前記初段カスコード型増幅器から他のカスコード型増幅器へと移行させる際に、前記第1の電界効果トランジスタのゲート電位を変化させずかつ前記第2及び前記第3の電界効果トランジスタのゲート電位を下げることにより、前記第1の電界効果トランジスタの動作点を飽和領域から線形領域へ移行させる、
ことを特徴とする可変利得増幅器。 - 請求項1に記載の可変利得増幅器において、
前記電界効果トランジスタは、MOS型である可変利得増幅器。 - 請求項1または2に記載の可変利得増幅器において、
前記n個のカスコード型増幅器のうちの前記初段カスコード型増幅器は、当該可変利得増幅器の入力端子に接続されており、
前記n個のカスコード型増幅器のうちj番目(jは2以上n以下の整数)のカスコード型増幅器は、(j−1)個の前記減衰器を介して、前記入力端子に接続されている可変利得増幅器。 - 請求項3に記載の可変利得増幅器において、
n番目の前記カスコード型増幅器は、出力電流可変型の増幅器である可変利得増幅器。 - 請求項4に記載の可変利得増幅器において、
前記各カスコード型増幅器の出力端が接続された負荷を備え、
n番目の前記カスコード型増幅器は、ソースどうしが接続された第1および第2の電界効果トランジスタを含み、
前記第1および第2の電界効果トランジスタのドレインは、それぞれ、前記負荷および電源に接続される可変利得増幅器。 - 請求項1乃至5いずれかに記載の可変利得増幅器において、
前記nは2に等しい可変利得増幅器。 - 請求項1乃至6いずれかに記載の可変利得増幅器において、
前記カスコード型増幅器は、差動型である可変利得増幅器。
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