JP5584112B2 - Variable gain amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、移動体通信機器、テレビジョン放送受信機等に用いられる利得可変型増幅器に係り、特に低コスト化、広帯域化を図ったものに関する。 The present invention relates to a variable gain amplifier used in a mobile communication device, a television broadcast receiver, and the like, and more particularly, to a low cost and wide band.
移動体通信機器等の無線通信に用いられる増幅器は、強電界の入力信号を増幅する際、増幅信号に歪みが発生してしまうため、利得可変型増幅器とする場合がある。一般的な利得可変型増幅器は、例えば特許文献1に記載されているように、バイパス回路を備えている。
An amplifier used for wireless communication such as a mobile communication device may be a variable gain amplifier because an amplified signal is distorted when an input signal having a strong electric field is amplified. A general variable gain amplifier includes a bypass circuit as described in
図5に、特許文献1に開示されている第1の従来例の利得可変増幅器を示す。図5に示すように、増幅回路301は高周波信号を増幅する回路であり、バイパス回路302は強電界の入力信号により増幅回路301で増幅された信号が歪むのを防ぐために、入力信号をバイパスする回路である。増幅回路301の入力およびバイパス回路302の入力は、入力側のインピーダンス整合回路303を介して信号入力端子305に接続している。増幅回路301の出力およびバイパス回路302の出力は、出力側のインピーダンス整合回路304を介して信号出力端子306に接続している。
FIG. 5 shows a first conventional variable gain amplifier disclosed in
電源供給端子307は、バイパス回路302を構成する電界効果型トランジスタ321のゲートに電圧を供給するとともに、インピーダンス整合回路304を介して増幅回路301を構成する電界効果型トランジスタ311のドレインに電圧を供給するように接続している。
The
制御端子308は、増幅回路301を構成する抵抗素子316を介し、電界効果型トランジスタ312のゲートに接続するとともに、バイパス回路302を構成する抵抗素子325を介して電界効果型トランジスタ321のドレインに接続している。
The control terminal 308 is connected to the gate of the
増幅回路301は、電界効果型トランジスタ311を主に構成され、電界効果型トランジスタ311のソースは、コンデンサ素子313を介して接地されるとともに電界効果型トランジスタ312のドレインに接続し、電界効果型トランジスタ312のソースは、ダイオード素子314と抵抗素子315の直列接続を介して接地されている。また電界効果型トランジスタ311のゲートは、インピーダンス整合回路303を介して高周波信号が入力される信号入力端子305に接続している。
The
バイパス回路302は、電界効果型トランジスタ321を主に構成され、電界効果型トランジスタ321のドレインは、コンデンサ素子326を介して出力側のインピーダンス整合回路304に接続するとともに、抵抗素子325を介して制御端子308に接続し、電界効果型トランジスタ321のソースは、コンデンサ素子322を介して入力側のインピーダンス整合回路303に接続している。また電界効果型トランジスタ321のドレインとソースは、抵抗素子323を介して互いに接続している。
The
制御端子308に印加する電圧は、利得最大時には、信号入力端子305に入力した信号が増幅回路301を通過して信号増幅動作が行われるとともに、バイパス回路302を通過しないような値に設定される。一方利得最小時には、増幅回路301を信号が通過せず、バイパス回路302を信号が通過するような値に設定される。
When the gain is maximum, the voltage applied to the control terminal 308 is set to such a value that the signal input to the
図5に示す第1の従来例では、利得可変型増幅器を構成する全ての電界効果型トランジスタが、ゲートとソースが短絡された際にドレインとソース間が導通する、いわゆるディプレッション型で構成されている。 In the first conventional example shown in FIG. 5, all the field effect transistors constituting the variable gain amplifier are constituted by a so-called depletion type in which the drain and the source are electrically connected when the gate and the source are short-circuited. Yes.
一方、増幅回路の性能向上を目的として、利得可変型増幅器を構成する全ての電界効果型トランジスタが、ゲートとソースが短絡された際にドレインとソース間の導通が遮断される、いわゆるエンハンスメント型で構成した利得可変型増幅器とすることもできる。 On the other hand, for the purpose of improving the performance of the amplifier circuit, all the field effect transistors constituting the variable gain amplifier are so-called enhancement type in which the conduction between the drain and the source is cut off when the gate and the source are short-circuited. It is also possible to configure a variable gain amplifier.
図6に、電界効果型トランジスタをエンハンスメント型で構成した第2の従来例の利得可変型増幅器を示す。図6に示すように、増幅回路401は入力する高周波信号を増幅する回路であり、バイパス回路402は強電界の入力信号により増幅回路401で増幅された信号が歪むのを防ぐために、入力信号をバイパスする回路である。増幅回路401の入力およびバイパス回路402の入力は、入力側のインピーダンス整合回路403を介して信号入力端子405に接続している。増幅回路401の出力およびバイパス回路402の出力は、出力側のインピーダンス整合回路404を介してコンデンサ素子442の一方の端子に接続し、コンデンサ素子442の他方の端子は、信号出力端子406に接続している。
FIG. 6 shows a second variable gain amplifier of a conventional example in which a field effect transistor is configured as an enhancement type. As shown in FIG. 6, an
電源供給端子407は、インダクタンス素子441を介して出力側のインピーダンス整合回路404に接続している。
The
増幅回路401は、電界効果型トランジスタ411、412を主に構成し、電界効果型トランジスタ411のソースは、電界効果型トランジスタ412のドレインと接続し、電界効果型トランジスタ411のドレインは、出力側のインピーダンス整合回路404に接続し、電界効果型トランジスタ411のゲートは、抵抗素子415を介してゲート電圧供給端子410に接続している。電界効果型トランジスタ412のゲートは、抵抗素子416を介して第1の制御端子408と接続し、電界効果型トランジスタ412のソースは接地している。また増幅回路401の入力は、コンデンサ素子417を介して入力側のインピーダンス整合回路403に接続している。
The
バイパス回路402は、電界効果型トランジスタ421を主に構成し、電界効果型トランジスタ421のゲートは、抵抗素子424を介して第2の制御端子409に接続し、電界効果型トランジスタ421のドレインは、コンデンサ素子426を介して出力側のインピーダンス整合回路404に接続するとともに、抵抗素子425を介して第1の制御端子408に接続し、電界効果型トランジスタ421のソースは、コンデンサ素子422を介して入力側のインピーダンス整合回路403に接続している。また電界効果型トランジスタ421のドレインとソースは、抵抗素子423を介して互いに接続している。
The
第1、第2の制御端子408、409およびゲート電圧供給端子410に印加する電圧は、利得最大時には、信号入力端子405に入力した信号が、増幅回路401を通過して信号増幅動作が行われると共に、バイパス回路402を遮断するような値に設定され、一方利得最小時には、増幅回路401を信号が通過せずバイパス回路402を通過するような値に設定されている。
The voltage applied to the first and
以上のような利得可変型増幅器は、例えば、テレビジョン放送受信機に用いられる場合、受信機の低コスト化の要求の高まりとともに、低コスト化が要求されている。また世界中のテレビジョン放送の周波数に対応するため、数十MHzから数百MHz帯までの広い周波数帯域に対応することが要求されている。このような要求に応えるには、集積化された半導体チップの製造コストを削減し、数十MHzの低い周波数から対応する性能を有することで対応することが考えられる。 For example, when the variable gain amplifier as described above is used in a television broadcast receiver, there is a demand for cost reduction along with an increasing demand for cost reduction of the receiver. Moreover, in order to cope with the frequency of television broadcasting all over the world, it is required to deal with a wide frequency band from several tens of MHz to several hundreds of MHz. In order to meet such a demand, it is conceivable to reduce the manufacturing cost of an integrated semiconductor chip and respond by having performance corresponding to a low frequency of several tens of MHz.
しかしながら、従来の利得可変型増幅器では、このような要求に応えることは容易ではなかった。たとえば、図6に示す第2の従来例では、数十MHzのような低い周波数において利得最大時の雑音指数が劣化し、受信機の求める性能特性を満足することができない。 However, it is not easy to meet such a demand with the conventional variable gain amplifier. For example, in the second conventional example shown in FIG. 6, the noise figure at the time of maximum gain deteriorates at a low frequency such as several tens of MHz, and the performance characteristics required by the receiver cannot be satisfied.
図7に、第2の従来例における利得最大時の雑音指数を示す。図7に示すように、入力信号の周波数が100MHz付近を境に、数十MHz程度の低い周波数で雑音指数が急激に劣化していることがわかる。特に、200MHzの信号を印加したときの雑音指数が約2.7dBであるのに対し、20MHzの信号を入力したときは約5dBと大幅に劣化していることがわかる。 FIG. 7 shows the noise figure at the time of maximum gain in the second conventional example. As shown in FIG. 7, it can be seen that the noise figure rapidly deteriorates at a frequency as low as several tens of MHz, with the frequency of the input signal near 100 MHz. In particular, it can be seen that the noise figure when a 200 MHz signal is applied is about 2.7 dB, whereas when a 20 MHz signal is input, the noise figure is significantly degraded to about 5 dB.
このような低い周波数における雑音指数の劣化のメカニズムは、次のように考えられる。図6に示した電界効果型トランジスタ412は、利得最小時において電界効果型トランジスタ411のドレイン−ソース間の動作電流を遮断し、利得最大時には電界効果型トランジスタ411のドレイン−ソース間の動作電流を導通させるよう動作する、いわゆるDCバイアススイッチ回路の構成となっている。
The mechanism of the noise figure degradation at such a low frequency is considered as follows. The
この利得最大時における電界効果型トランジスタ412のドレインとソース間は、理想的には短絡の状態であることが望ましい。しかしながら、電界効果型トランジスタ412は、電界効果型トランジスタの性能上、ゲートに印加された電圧に応じた電流をドレインとソース間に導通させることから、ドレインとソース間に等価抵抗が生じることになる。
It is desirable that the drain and source of the
図8に電界効果型トランジスタのドレイン−ソース間の電圧と、ドレイン−ソース間の電流を表す、いわゆる静特性の概略図を示す。仮にドレインに0.25〜0.35Vの電圧振幅が印加し、ゲートには0.85Vの電圧を印加する場合、ドレインの電圧振幅が最大の場合、ドレインとソース間の電流は図8のA点の値(約42mA)となる。一方、ドレインの電圧振幅が最小の場合、ドレインとソース間の電流はB点の値(約35mA)となる。このときのドレインとソース間の等価的な抵抗値は約14Ωである。 FIG. 8 shows a schematic diagram of so-called static characteristics representing a drain-source voltage and a drain-source current of a field effect transistor. If a voltage amplitude of 0.25 to 0.35 V is applied to the drain and a voltage of 0.85 V is applied to the gate, and if the voltage amplitude of the drain is maximum, the current between the drain and source is A in FIG. The point value (about 42 mA) is obtained. On the other hand, when the voltage amplitude of the drain is minimum, the current between the drain and the source is the value at the point B (about 35 mA). The equivalent resistance value between the drain and source at this time is about 14Ω.
ところで、電界効果型トランジスタは、構成上ドレインとゲート間、及びソースとゲート間に寄生の容量を有している。ドレインに印加される信号周波数において、この寄生容量が充分に小さいインピーダンスであれば、ドレインに印加された電圧振幅が、ドレインとゲート間の寄生容量を介してゲートに電圧振幅を生じさせる。 By the way, the field effect transistor has parasitic capacitance between the drain and the gate and between the source and the gate. If this parasitic capacitance is sufficiently small at the signal frequency applied to the drain, the voltage amplitude applied to the drain causes a voltage amplitude at the gate via the parasitic capacitance between the drain and the gate.
これらドレインの電圧振幅と、ゲートの電圧振幅はほぼ同じ位相となるため、ドレイン電圧が最大の時、ゲート電圧も最大となる。 Since the drain voltage amplitude and the gate voltage amplitude have substantially the same phase, when the drain voltage is maximum, the gate voltage is also maximum.
仮にドレインに0.25〜0.35Vの電圧振幅が印加されたとき、ドレインとゲート間の寄生容量を介して、ゲートに0.8〜0.9Vの電圧振幅が生じていたとする。この場合、ドレインの電圧振幅が最大の時、ゲートの電圧振幅も最大となり、ドレインとソース間の電流は図8に示すC点の値(約48mA)となる。一方、ドレインの電圧振幅が最小の時、ゲートの電圧振幅も最小となり、ドレインとゲート間の電流はD点の値(約32mA)となる。この時のドレインとソース間の等価的な抵抗値は約6Ωである。 It is assumed that when a voltage amplitude of 0.25 to 0.35 V is applied to the drain, a voltage amplitude of 0.8 to 0.9 V is generated at the gate via a parasitic capacitance between the drain and the gate. In this case, when the voltage amplitude of the drain is maximum, the voltage amplitude of the gate is also maximum, and the current between the drain and the source becomes the value at point C (about 48 mA) shown in FIG. On the other hand, when the voltage amplitude of the drain is the minimum, the voltage amplitude of the gate is also the minimum, and the current between the drain and the gate becomes the value at point D (about 32 mA). At this time, an equivalent resistance value between the drain and the source is about 6Ω.
図8におけるA点とB点の例に比べ、C点とD点の例ではドレインの電圧振幅とゲートの電圧振幅が同位相であることから、ゲートとドレイン間の電圧振幅は小さいものとなる。 Compared to the example of points A and B in FIG. 8, the voltage amplitude between the gate and the drain is smaller in the example of the point C and the point D because the voltage amplitude of the drain and the voltage amplitude of the gate are in phase. .
以上より、ゲートとドレイン間の電圧振幅が大きいほど、ドレインとソース間の等価抵抗は大きく、ゲートとドレイン間の電圧振幅が小さいほど、ドレインとソース間の等価抵抗は小さくなる。 As described above, the larger the voltage amplitude between the gate and the drain, the larger the equivalent resistance between the drain and the source, and the smaller the voltage amplitude between the gate and the drain, the smaller the equivalent resistance between the drain and the source.
図9及び図10に第2の従来例における電界効果型トランジスタ412のドレイン−ゲート間電圧を示す。図9は信号入力端子405に入力する周波数が200MHzの時の例である。このときの電界効果型トランジスタ412のドレイン−ゲート間電圧は約0.570Vから約0.576Vの波形であり、この電圧振幅は約6mVである。
9 and 10 show the drain-gate voltage of the
一方、図10は信号入力端子405に入力する周波数が20MHzの時の例である。このときの電界効果型トランジスタ412のドレイン−ゲート間電圧は約0.567Vから約0.579Vの波形であり、この電圧振幅は約12mVである。
On the other hand, FIG. 10 shows an example when the frequency input to the
以上説明したように図9と図10を比べると、200MHzの信号を印加したときに比べて、20MHzの信号を印加したときは、およそ2倍の電圧振幅が生じている。すなわち、200MHzの信号を印加したときに比べると、20MHzの信号を印加したときは、電界効果型トランジスタ412のドレインとソース間の等価抵抗が大きくなっているといえる。
As described above, when FIG. 9 is compared with FIG. 10, the voltage amplitude is approximately doubled when a 20 MHz signal is applied compared to when a 200 MHz signal is applied. That is, it can be said that the equivalent resistance between the drain and the source of the field-
ところで、増幅回路において、増幅用の電界効果型トランジスタのソースを接地する場合、ソースとグランドの間に寄生する抵抗が大きいほど雑音指数が劣化することが一般的に知られている。 By the way, in the amplifier circuit, when the source of the field effect transistor for amplification is grounded, it is generally known that the noise figure degrades as the resistance parasitic between the source and the ground increases.
図6の第2の従来例において、増幅用の電界効果型トランジスタ411のソースは電界効果型トランジスタ412のドレインとソースを介して接地している。このため電界効果型トランジスタ412のドレインとソース間の等価抵抗が大きい場合、増幅回路412の雑音指数が劣化することになる。
In the second conventional example of FIG. 6, the source of the amplification
また図5の第1の従来例も第2の従来例と同様の回路構成であり、同様に雑音指数が劣化する。 Also, the first conventional example of FIG. 5 has the same circuit configuration as the second conventional example, and the noise figure deteriorates in the same manner.
このような数十MHz程度の低い周波数における雑音指数を改善するために、電界効果型トランジスタ412のドレインとソース間の等価抵抗を小さくすることを目的として、電界効果型トランジスタ412のゲート幅を増加させることが考えられる。しかし、所望の雑音指数の特性を得るためには大幅にゲート幅を増加させる必要があり、集積化された半導体チップの製造コストの増加につながることから、前述の低コスト化の課題を解決することができない。
In order to improve the noise figure at such a low frequency of about several tens of MHz, the gate width of the
本発明は上記のような問題を鑑みてなされたものであり、数十MHz程度の低い周波数での雑音指数を改善しつつ、低コスト化の要求に応えることを可能とした利得可変型増幅器を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and a variable gain amplifier capable of meeting the demand for cost reduction while improving the noise figure at a low frequency of about several tens of MHz. provide.
上記課題を解決するため本願発明は、入力する高周波信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の入出力間に並列に接続され、入力する前記高周波信号のバイパス経路となるバイパス回路とを備えた利得可変型増幅器において、前記増幅回路は、信号増幅動作をする第1のトランジスタと、前記増幅回路の動作電流を導通または遮断するための第2のトランジスタとを備え、前記第1のトランジスタのソースと前記第2のトランジスタのドレインを接続し、前記第2のトランジスタのソースを接地し、前記第1のトランジスタのゲートに高周波信号を入力し、前記第1のトランジスタのドレインから増幅した高周波信号を出力する構成とし、コンデンサ素子の一方の端子を前記第2のトランジスタのドレインに、あるいは前記第1のトランジスタのゲートに接続し、前記コンデンサ素子の他方の端子を前記第2のトランジスタのゲートに接続したことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention includes an amplifier circuit for amplifying an input high-frequency signal, and a bypass circuit connected in parallel between the input and output of the amplifier circuit and serving as a bypass path for the input high-frequency signal. In the variable gain amplifier, the amplification circuit includes a first transistor that performs a signal amplification operation, and a second transistor that conducts or cuts off an operation current of the amplification circuit, and the source of the first transistor And the drain of the second transistor are connected, the source of the second transistor is grounded, a high frequency signal is input to the gate of the first transistor, and the high frequency signal amplified from the drain of the first transistor is And one terminal of the capacitor element is connected to the drain of the second transistor or the first transistor. Connected to the gate of the data, characterized in that the other terminal of the capacitor element is connected to a gate of the second transistor.
本発明の利得可変型増幅器は、増幅回路の電流を導通、遮断するトランジスタのゲートと、このトランジスタのドレインまたは増幅回路のトランジスタのゲートとの間をコンデンサ素子を介して接続することで、数十MHz程度の低い周波数での雑音指数の劣化を抑えつつ、低コスト化の要求に応えることを可能とする。 The variable gain amplifier of the present invention is connected to the gate of a transistor that conducts and cuts off the current of the amplifier circuit, and the drain of this transistor or the gate of the transistor of the amplifier circuit through a capacitor element, and thereby This makes it possible to meet the demand for cost reduction while suppressing deterioration of the noise figure at a frequency as low as about MHz.
本発明の利得可変型増幅器は、増幅回路の電流を導通、遮断するトランジスタのゲートと、このトランジスタのドレインとの間に、あるいは増幅回路のトランジスタのゲートとの間に、コンデンサ素子を備えることで、増幅回路の電流を導通、遮断するトランジスタのドレインとゲート間の電圧振幅が抑えられ、数十MHz程度の低い周波数での雑音指数の劣化を抑える構成としている。以下、本発明の実施例について、詳細に説明する。 The variable gain amplifier according to the present invention includes a capacitor element between the gate of the transistor that conducts and cuts off the current of the amplifier circuit and the drain of the transistor, or between the gate of the transistor of the amplifier circuit. The voltage amplitude between the drain and gate of the transistor that conducts and cuts off the current of the amplifier circuit is suppressed, and the deterioration of the noise figure at a low frequency of about several tens of MHz is suppressed. Examples of the present invention will be described in detail below.
図1は本発明における第1の実施例の利得可変型増幅器である。増幅回路101は入力する高周波信号を増幅する回路であり、バイパス回路102は強電界の入力信号により増幅回路101で増幅された信号が歪むのを防ぐために、入力信号をバイパスする回路である。増幅回路101の入力およびバイパス回路の102の入力は、入力側のインピーダンス整合回路103を介して信号入力端子105に接続している。増幅回路101の出力およびバイパス回路102の出力は、出力側のインピーダンス整合回路104を介してコンデンサ素子142の一方の端子に接続し、コンデンサ素子142の他方の端子は、信号出力端子106に接続している。
FIG. 1 shows a variable gain amplifier according to a first embodiment of the present invention. The
電源供給端子107は、インダクタンス素子141を介して出力側のインピーダンス整合回路104に接続している。
The
増幅回路101は、電界効果型トランジスタ111、112を主に構成し、電界効果型トランジスタ111のソースは、電界効果型トランジスタ112のドレインに接続し、電界効果型トランジスタ111のドレインは、出力側のインピーダンス整合回路104に接続し、電界効果型トランジスタ111のゲートは、抵抗素子115を介しゲート電圧供給端子110に接続している。電界効果型トランジスタ112のゲートは、抵抗素子116を介して第1の制御端子108に接続している。また電界効果型トランジスタ112のドレインとゲートは、コンデンサ素子118を介して接続している。
The
バイパス回路102は、電界効果型トランジスタ121を主に構成し、電界効果型トランジスタ121のゲートは、抵抗素子124を介して第2の制御端子109に接続し、電界効果型トランジスタ121のドレインは、コンデンサ素子126を介して出力側のインピーダンス整合回路104に接続するとともに、抵抗素子125を介して第1の制御端子108に接続し、電界効果型トランジスタ121のソースは、コンデンサ素子122を介して入力側のインピーダンス整合回路103に接続している。また電界効果型トランジスタ121のドレインとソースは、抵抗素子123を介して互いに接続している。
The
第1、第2の制御端子108、109およびゲート電圧供給端子110に印加する電圧は、利得最大時には、信号入力端子105に入力した信号が、増幅回路101を通過して信号増幅動作が行われるとともに、バイパス回路102を遮断するような値に設定され、一方利得最小時には、増幅回路101を信号が通過せず、バイパス回路102を信号が通過するような値に設定される。
As for the voltages applied to the first and
このように第1の実施例では、前述の第2の従来例と異なり、コンデンサ素子118が電界効果型トランジスタ112のドレインとゲートとの間に接続した構成となっている。
Thus, in the first embodiment, unlike the second conventional example, the
次に、この第1の実施例におけるコンデンサ素子118の効果について説明する。図1に示した電界効果型トランジスタ112は、利得最小時において電界効果型トランジスタ111のドレイン、ソース間の動作電流を遮断し、利得最大時には電界効果型トランジスタ111のドレイン、ソース間の動作電流を導通させるよう動作する、いわゆるDCバイアススイッチ回路の構成である。
Next, the effect of the
前述したとおり、このスイッチ回路を構成する電界効果型トランジスタのドレインとゲート間に生じる電圧振幅が大きいほど、ドレインとソース間の等価抵抗は大きく、ドレインとゲート間に生じる電圧振幅が小さいほど、ドレインとソース間の等価抵抗は小さくなる。すなわち、ドレインとゲート間の電圧が小さいほど、雑音指数が小さく良好となる。 As described above, the larger the voltage amplitude generated between the drain and the gate of the field effect transistor constituting this switch circuit, the larger the equivalent resistance between the drain and the source, and the smaller the voltage amplitude generated between the drain and the gate, And the equivalent resistance between the source becomes smaller. That is, the smaller the voltage between the drain and gate, the better the noise figure.
電界効果型トランジスタ112のドレインから入力した信号は、この電界効果型トランジスタ112のドレインとゲート間に寄生する容量を介してゲートに伝わる。ドレインに入力した信号の電圧振幅と、ゲートに伝わった信号の電圧振幅はほぼ同じ位相であることから、これらの電圧振幅の差が、電界効果型トランジスタ112のドレインとゲート間の電圧振幅となる。
A signal input from the drain of the
ところで一般的に、コンデンサ素子または寄生の容量を通過するインピーダンスは入力する周波数に反比例する。このため、数十MHz程度の低い周波数では、ドレインに入力した信号が充分ゲートへ伝わらず、ドレインとゲート間の電圧振幅が大きくなる。 In general, the impedance passing through the capacitor element or parasitic capacitance is inversely proportional to the input frequency. For this reason, at a low frequency of about several tens of MHz, a signal input to the drain is not sufficiently transmitted to the gate, and the voltage amplitude between the drain and the gate increases.
第1の実施例におけるコンデンサ素子118は、電界効果型トランジスタ112のドレインに入力された信号が数十MHz程度であっても、充分ゲートに伝わるよう、ドレインとゲート間の容量を大きくし、電界効果型トランジスタ112のドレインとゲート間の電圧振幅が小さくなるようにする働きをもつ。
The
図2に第1の実施例における利得最大時の電界効果型トランジスタ112のドレイン−ゲート間の電圧を示す。この図2は信号入力端子105に入力する周波数が20MHzの時の例である。このときの電界効果型トランジスタ112のドレインとゲート間の電圧は約0.571Vから約0.575Vの波形であり、この電圧振幅は約4mVである。
FIG. 2 shows the drain-gate voltage of the
一方、図10に示した第2の従来例では、この電圧振幅が約12mVであり、第1の実施例では電圧振幅が小さくなっていることがわかる。 On the other hand, in the second conventional example shown in FIG. 10, this voltage amplitude is about 12 mV, and it can be seen that the voltage amplitude is reduced in the first embodiment.
以上のことから、コンデンサ素子118は、電界効果型トランジスタ112のドレインに入力した信号を数十MHz程度の低い周波数においても充分ゲートに伝える役割を持っていることが確認された。
From the above, it was confirmed that the
この第1の実施例における利得最大時の雑音指数を図3に示す。入力信号の周波数が100MHz付近より低い周波数で急激に劣化することがなく、数十MHz程度の低い周波数でも良好な雑音指数となっている。具体的には、200MHzの信号を入力したときの雑音指数が約2.5dBであることに対し、20MHzの信号を入力したときは約2.6dBとなっている。 FIG. 3 shows the noise figure at the maximum gain in the first embodiment. The frequency of the input signal does not deteriorate rapidly at frequencies lower than around 100 MHz, and a good noise figure is obtained even at frequencies as low as several tens of MHz. Specifically, the noise figure when a 200 MHz signal is input is approximately 2.5 dB, whereas when a 20 MHz signal is input, the noise figure is approximately 2.6 dB.
前述の図7に示した第2の従来例における利得最大時の雑音指数と比較すると、数十MHz程度の低い周波数での雑音指数が大幅に改善されたことがわかる。 Compared with the noise figure at the time of maximum gain in the second conventional example shown in FIG. 7, it can be seen that the noise figure at a low frequency of about several tens of MHz is greatly improved.
以上説明したとおり、コンデンサ素子118を備えることにより、電界効果型トランジスタ112のドレインとゲート間の電圧振幅が抑えられ、数十MHz程度の低い周波数での雑音指数の劣化が抑えられることが確認された。なお、上記例では、コンデンサ素子118の容量は10pFと小さいものであり、半導体装置で形成した場合でも、大幅なチップサイズの拡大を伴うことはない。
As described above, it is confirmed that by providing the
図4は本発明における第2の実施例の利得可変型増幅器である。増幅回路201は入力する高周波信号を増幅する回路であり、バイパス回路202は強電界の入力信号により増幅回路201で増幅された信号が歪むのを防ぐために、入力信号をバイパスする回路である。増幅回路201の入力およびバイパス回路の202の入力は、入力側のインピーダンス整合回路203を介して信号入力端子205に接続している。増幅回路201の出力およびバイパス回路202の出力は、出力側のインピーダンス整合回路204を介してコンデンサ素子242の一方の端子に接続し、コンデンサ素子242の他方の端子は、信号出力端子206に接続している。
FIG. 4 shows a variable gain amplifier according to the second embodiment of the present invention. The
電源供給端子207は、インダクタンス素子241を介して出力側のインピーダンス整合回路204に接続している。
The
増幅回路201は、電界効果型トランジスタ211、212を主に構成し、電界効果型トランジスタ211のソースは、電界効果型トランジスタ212のドレインに接続し、電界効果型トランジスタ211のドレインは、出力側のインピーダンス整合回路204に接続し、電界効果型トランジスタ211のゲートは、抵抗素子215を介しゲート電圧供給端子210に接続している。電界効果型トランジスタ212のゲートは、抵抗素子216を介して、第1の制御端子208に接続している。また電界効果型トランジスタ212のゲートは、コンデンサ素子218を介して電界効果型トランジスタ211のゲートに接続している。
The
バイパス回路202は、電界効果型トランジスタ221を主に構成し、電界効果型トランジスタ221のゲートは、抵抗素子224を介して第2の制御端子209に接続し、電界効果型トランジスタ221のドレインは、コンデンサ素子226を介して出力側のインピーダンス整合回路204に接続するとともに、抵抗素子225を介して第1の制御端子208に接続し、電界効果型トランジスタ221のソースは、コンデンサ素子222を介して入力側のインピーダンス整合回路203に接続している。また電界効果型トランジスタ221のドレインとソースは、抵抗素子223を介して互いに接続している。
The
第1、第2の制御端子208、209およびゲート電圧供給端子210に印加する電圧は、利得最大時には、信号入力端子205に入力した信号が、増幅回路201を通過して信号増幅動作が行われるとともに、バイパス回路202を遮断するような値に設定され、一方利得最小時には、増幅回路201を信号が通過せず、バイパス回路202を信号が通過するような値に設定される。
As for the voltages applied to the first and
このように第2の実施例では、前述の第1の実施例と異なり、コンデンサ素子218が電界効果型トランジスタ212のゲートと電界効果型トランジスタ211のゲートに接続した構成となっている。
As described above, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the
次に、この第2の実施例におけるコンデンサ素子218の効果について説明する。信号入力端子205に信号が入力すると、電界効果型トランジスタ212のドレイン、すなわち電界効果型トランジスタ211のソースに生じる電圧振幅と、電界効果型トランジスタ211のゲートに生じる電圧振幅は同じ位相となる。このことから、コンデンサ素子218は、第1の実施例で説明したコンデンサ素子118が伝える信号の電圧振幅は同じ位相であり、同じ役割、効果を担うことになる。
Next, the effect of the
以上説明したように第2の実施例においても、第1の実施例と同様に大幅なチップサイズの拡大を伴うことなく、数十MHz程度の低い周波数の雑音指数を改善することで、低コスト化の要求に応えることを可能となった。 As described above, also in the second embodiment, as in the first embodiment, the noise figure of a low frequency of about several tens of MHz is improved without significantly increasing the chip size, thereby reducing the cost. It has become possible to meet the demands of computerization.
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば第1、第2の実施例を組み合わせた形態としてもよく、またスイッチ回路や増幅回路、バイパス回路を多段に接続してもよい。またエンハンスメント型の電界効果型トランジスタは、電界効果型トランジスタに限定されるものでなく、同等の性能特性をもったバイポーラトランジスタとしても良い。さらにデプレッション型の電界効果トランジスタで構成することも可能である。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the first and second embodiments may be combined, and a switch circuit may be used. Or an amplifier circuit and a bypass circuit may be connected in multiple stages. The enhancement type field effect transistor is not limited to the field effect transistor, and may be a bipolar transistor having equivalent performance characteristics. Further, a depletion type field effect transistor can be used.
101、201:増幅回路、102、202:バイパス回路、103、203:インピーダンス整合回路、104、204:インピーダンス整合回路、105、205:信号入力端子、106、206:信号出力端子、107、207:電源供給端子、108、208:第1の制御端子、109、209:第2の制御端子、110、210:ゲート電圧供給端子、111、211:第1の電界効果型トランジスタ、112、212:第2の電界効果型トランジスタ、118、218:コンデンサ素子
101, 201: Amplifier circuit, 102, 202: Bypass circuit, 103, 203: Impedance matching circuit, 104, 204: Impedance matching circuit, 105, 205: Signal input terminal, 106, 206: Signal output terminal, 107, 207: Power supply terminal, 108, 208: first control terminal, 109, 209: second control terminal, 110, 210: gate voltage supply terminal, 111, 211: first field effect transistor, 112, 212: first 2
Claims (1)
前記増幅回路は、信号増幅動作をする第1のトランジスタと、前記増幅回路の動作電流を導通または遮断するための第2のトランジスタとを備え、
前記第1のトランジスタのソースと前記第2のトランジスタのドレインを接続し、前記第2のトランジスタのソースを接地し、
前記第1のトランジスタのゲートに高周波信号を入力し、前記第1のトランジスタのドレインから増幅した高周波信号を出力する構成とし、
コンデンサ素子の一方の端子を前記第2のトランジスタのドレインに、あるいは前記第1のトランジスタのゲートに接続し、
前記コンデンサ素子の他方の端子を前記第2のトランジスタのゲートに接続したことを特徴とする利得可変型増幅器。 In a variable gain amplifier comprising: an amplifier circuit that amplifies an input high-frequency signal; and a bypass circuit that is connected in parallel between the input and output of the amplifier circuit and serves as a bypass path for the input high-frequency signal.
The amplifier circuit includes a first transistor that performs a signal amplification operation, and a second transistor that conducts or cuts off an operation current of the amplifier circuit,
Connecting the source of the first transistor and the drain of the second transistor, grounding the source of the second transistor;
A high-frequency signal is input to the gate of the first transistor, and an amplified high-frequency signal is output from the drain of the first transistor;
One terminal of the capacitor element is connected to the drain of the second transistor or to the gate of the first transistor;
A variable gain amplifier characterized in that the other terminal of the capacitor element is connected to the gate of the second transistor.
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