JPH05308229A - マイクロ波低雑音増幅回路 - Google Patents

マイクロ波低雑音増幅回路

Info

Publication number
JPH05308229A
JPH05308229A JP11132692A JP11132692A JPH05308229A JP H05308229 A JPH05308229 A JP H05308229A JP 11132692 A JP11132692 A JP 11132692A JP 11132692 A JP11132692 A JP 11132692A JP H05308229 A JPH05308229 A JP H05308229A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
noise
inductor
input matching
circuit
fet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11132692A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinji Hara
信二 原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP11132692A priority Critical patent/JPH05308229A/ja
Publication of JPH05308229A publication Critical patent/JPH05308229A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/08Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
    • H03F1/22Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively
    • H03F1/223Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively with MOSFET's
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/26Modifications of amplifiers to reduce influence of noise generated by amplifying elements
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/56Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
    • H03F1/565Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for using inductive elements
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/193High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/489A coil being added in the source circuit of a common source stage, e.g. as degeneration means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Microwave Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】入力インピーダンスが非常に高くなり、低雑音
化が困難な低周波領域で雑音指数が向上するFETを用
いた低雑音増幅器を提供する。 【構成】FETのゲート電極とソース電極間にキャパシ
タを装荷し、ソース電極と接地導体間にインダクタを装
荷する。 【効果】上記の構成により、FETの入力インピーダン
スが低下するため、入力整合回路に要するインダクタン
ス値が減少し、入力整合回路の損失が低減し、増幅器の
雑音指数が向上できる。また、等価雑音抵抗の低下、入
力整合をとるソースアドミタンスと雑音を最小とするソ
ースアドミタンスの値の接近の効果により、雑音指数と
入力整合特性の双方の最適化を容易とする。さらに、安
定化指数の増加により、安定な増幅器が容易に実現でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波低雑音増幅
回路に係り、特にモノリシックマイクロ波集積回路に適
したマイクロ波低雑音増幅回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は従来のマイクロ波増幅回路の高周
波等価回路の一例である。1はソース接地の電界効果ト
ランジスタ(FET)、2、3、4はそれぞれ上記FE
T1のゲート、ドレイン、ソース端子、10、11はイ
ンダクタ、12、13はキャパシタであり、インダクタ
10とキャパシタ12で入力側の整合回路20を構成
し、インダクタ11とキャパシタ13で出力側の整合回
路21を構成している。22、23はそれぞれ増幅器の
入出力端子、24は共通導体(接地導体)である。ここ
で、上記インダクタ10、11は、通常高インピーダン
スの伝送線路を用いて実現されている。また、小型化が
重要なモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)に
おいては、半導体基板上に、高インピーダンスの線路を
渦巻き状に巻いたスパイラルインダクタと呼ばれる素子
が良く用いられる。
【0003】図5は、従来のマイクロ波増幅回路におけ
る高周波等価回路の他の例である。図4に示す場合に比
べ、ソース電極4と共通導体24間にインダクタ14を
装荷したFET31を用いている。ソースにインダクタ
を装荷することにより、特性の良い低雑音増幅回路が実
現できるという特徴がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図4に示す上記従来の
構成においては、以下のような理由により、特性の良い
低雑音増幅回路を構成することは困難であった。増幅回
路の雑音指数Fは、(1)式で示される。 F=Fmin+4Rn|Γs−Γopt2/(1−|Γs2)|1+Γopt2 ………(1) ここで、Rnは規格化等価雑音抵抗、Γsは、FETのゲ
ート端子2から入力整合回路20をみたソース反射係
数、Γoptは、最小雑音指数Fminを与えるソース反射係
数を示す。
【0005】一般に雑音指数を最小とする整合回路のソ
ース反射係数Γoptと、入力整合をとるソース反射係
数、即ち利得を最大とする整合回路のソース反射係数S
11(FETの入力反射係数S11の共役複素数)は一致せ
ず、図4に示した回路構成では、入力整合と雑音指数双
方を最適にすることは困難であった。
【0006】また、上記式(1)から、規格化等価雑音
抵抗Rnが大きい場合には、上記ゲート端子2から入力
整合回路20をみたソース反射係数Γsと最小雑音指数
を与えるソース反射係数Γoptの差が雑音指数の悪化に
大きな影響を与えるため、入力整合と雑音指数双方の最
適化がより困難であった。
【0007】上記の問題点を解決するために、低雑音増
幅回路として、図5に示すような回路構成が良く用いら
れている。ソース電極4にインダクタ14を装荷したF
ET31は、図4に示すFET1に比べて、最小雑音指
数を与えるソース反射係数Γoptと利得を最大とする整
合回路のソース反射係数S11の差が小さくなり、また等
価雑音抵抗が小さくなる等の利点があり、入力整合と雑
音指数双方を最適にすることが容易になるという特徴が
ある。
【0008】しかしながら、この効果が生じるのは、用
いられる周波数が遮断周波数の1/4程度以上の比較的
高い周波数においてである。図6は遮断周波数約30G
Hz、ゲート幅150μmのFETを用いて、10GH
zにおいて、インダクタ装荷の効果を示したグラフであ
り、図7は1GHzにおいて、インダクタ装荷の効果を
示したグラフである。横軸は装荷するインダクタンス
値、縦軸は各種性能指数である。
【0009】Kは安定化指数とよばれるパラメータであ
り、大きいほど良く、1以上であれば絶対安定となり、
どのような入出力整合回路を用いても増幅回路は安定な
動作を行う。|S11−Γopt|は入力整合をとるソース
反射係数と雑音最小となるソース反射係数との差を表
し、小さいほど良く、0の場合に、雑音最小かつ完全に
整合のとれた増幅器が実現できる。また、前述のように
規格化等価雑音抵抗Rnが小さいほど|S11−Γopt|の
影響が小さくなる。
【0010】図6においては、インダクタ装荷の効果が
顕著に出ており、Rnの減少、|S11−Γopt|の減少に
より、入力整合と雑音指数の最適化が容易となる。ま
た、安定化指数KもL≧0.3nHでは1以上となり、
回路は絶対安定となる。
【0011】しかしながら、図7においては、|S11
Γopt|は減少しているが、インダクタLの値を5nH
以上の大きな値としても規格化等価雑音抵抗Rnが低下
しないために、周波数の高い場合と比べると、入力整合
と雑音指数の最適化が困難である。さらに、実際のMM
ICにおいては、線路の損失が無視できず、以下の理由
により、比較的周波数の低い領域においては、低雑音増
幅回路の実現が困難であった。
【0012】増幅回路の雑音指数は、主として、入力整
合回路の損失とFETの雑音指数によって、決定され
る、FETの雑音特性は周波数が高くなるほど劣化し、
近似的には周波数の1次関数となる
【0013】一方、整合回路においては周波数が低くな
るほど大きなインダクタンス値が必要となり、長い線路
長が必要となる。線路幅一定の時、単位長さあたりの損
失が一定であるため、その損失は周波数に反比例して減
少する。従って、周波数が10GHz程度以上の比較的
高い場合、増幅回路の雑音特性はFETの性能によって
決定される。
【0014】一方、3GHz程度以下の比較的周波数が
低い場合、整合回路での損失が支配的となる。図8はこ
れを模式的に示した図である。また、FETの入力イン
ピーダンスは周波数が遮断周波数に比べて十分小さい領
域においては非常に高インピーダンスとなっているの
で、整合回路には、さらに高インダクタンスが要求さ
れ、その損失が増す。
【0015】特に、通常のMMICにおいては配線の金
属厚みは2μm程度であり、その損失が回路特性に与え
る影響は非常に大きい。よって、低周波領域での雑音特
性は主として、入力整合回路の損失で決まってしまう。
従って、図4及び図5のようなFETの入力反射係数S
11及び規格化雑音抵抗Rnが低下しない従来の構成にお
いては、低周波において低雑音増幅回路を実現すること
は困難であった。
【0016】低周波において入力インピーダンスを下
げ、低雑音増幅回路を実現するためには、ゲート幅の大
きなFETを用いれば良いが、この場合は消費電力が増
大するという欠点があった。また、線路の損失を減少さ
せるために線路の金属厚を増加させる場合には、通常の
プロセスに加えて、メッキ工程等の厚膜化の工程を余分
に要し、製造工程が複雑になるという欠点がある上に、
10μm程度の厚みを実現しても増幅回路における整合
回路の損失は、依然として支配的であった。従って、従
来の構成では、低周波において、低消費電力かつ低雑音
の増幅回路を作ることが困難であった。本発明の目的
は、以上の問題点を解決し、FETの入力インピーダン
スが非常に高いマイクロ波の周波数領域において、低雑
音増幅回路を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解
決するため、電界効果トランジスタ(FET)を用いた
マイクロ波増幅回路において、ゲート電極とソース電極
間に容量性素子を装荷し、ソース電極と共通導体(接地
電極)間に誘導性素子を装荷した構成にする。
【0018】
【作用】上記のように、ゲート電極とソース電極の間に
キャパシタを装荷し、ソース電極と接地電極間にインダ
クタを装荷することにより、入力インピーダンス、等価
雑音抵抗の低下が可能となり、入力整合回路の損失を低
下せしめ、増幅器の総合的な雑音特性を向上させること
ができる
【0019】
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例のブロック図
であり、上述する図4及び図5に示した従来技術に対応
する部分は同一符号を付し、説明を省略する。図1にお
いて、41はキャパシタとインダクタを装荷したFET
であり、2、3、4はそれぞれ上記FETのゲート電
極、ドレイン電極、ソース電極である。上記ゲート電極
2とソース電極4の間にはキャパシタ5を装荷し、ソー
ス電極4と接地導体24の間には、インダクタ6を装荷
する。
【0020】図2は、キャパシタ5とインダクタ6を装
荷したFET41の1GHzにおける各種性能指数を示
したものである。横軸は装荷するキャパシタンス値であ
り、インダクタLは2nH一定としている。キャパシタ
5を付加することにより、入力整合をとるソース反射係
数S11と雑音最小となるソース反射係数Γoptの接近、
低入力インピーダンス化、低等価雑音抵抗化、また安定
化指数の増大等の効果が得られる。
【0021】従って、前記の理由により、入力整合回路
に要するインダクタンス値が小さくなるため、入力整合
回路の損失を小さくすることができる。また、等価雑音
抵抗の低減によって、雑音特性と入力整合を同時に最適
化することが可能となる。
【0022】図3は、本発明における第2の実施例であ
る。第1の実施例におけるFETのドレイン電極3と、
出力側整合回路21間に第2のFETをカスコード接続
したものである。上記第2のFETのソース電極34を
他のFETのドレイン電極に接続し、第2のFETのゲ
ート電極32を接地導体24に接続し、第2のFETの
ドレイン電極33を出力整合回路21に接続したいわゆ
るカスコードFET51を用いている。この実施例にお
いては、上記図1に示す第1の実施例に比べて高利得化
が可能となる。当然のことながら双ゲートFETを用い
ても同様である。さらに容量5の値は比較的小さいの
で、FETの電極構造等を工夫することによって、容量
5を実現することも可能である。
【0023】尚、前記インダクタ6,10,11として
本件出願人が先に出願した特願平4−102761号で
提案している如き構造のインダクタを用いると、より低
雑音特性の効果が向上する。このような構造のインダク
タを図9に示す。
【0024】同図において、(a)は平面図、(b)は
そのA−A’断面図である。6はスパイラル状をしたイ
ンダクタ、8は伝送線路である。上層配線6aの直下に
同一のパターンの下層配線6bを設けており、これらの
上層配線6aと下層配線6bの間の誘電体層16はコン
タクトホール形成工程によって除去され、コンタクトホ
ール15において上層配線6aと下層配線6bは互いに
接触し、1つの配線層を形成している。従って、この配
線層の金属厚は上層配線6aの金属厚と下層配線6bの
金属厚の和となり、増加する。そしてその分、インダク
タ6の損失抵抗が小さくなり、低雑音特性が向上する。
図9において、7は交差する部分のエアブリッジ配線、
17は同じくその部分の下層配線であり、9はガリウム
ひ素基板である。
【0025】
【発明の効果】本発明は以上のような構成であるので、
入力インピーダンスの低下によって、入力整合回路の損
失を減少させ、等価雑音抵抗の低下によって、雑音整合
と入力整合の双方をとることが容易となり、比較的低い
マイクロ波帯におけるモノリシック集積回路化が容易
な、特性の良いマイクロ波低雑音増幅回路を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例の回路図。
【図2】 本発明の第1の実施例の特性説明図。
【図3】 本発明の第2の実施例の回路図。
【図4】 従来例の回路図。
【図5】 他の従来例の回路図。
【図6】 図5に示す従来例を高周波に適用した場合の
特性説明図。
【図7】 図5に示す従来例を低周波に適用した場合の
特性説明図。
【図8】 増幅回路の雑音特性を示す模式図。
【図9】 本実施例で使用するインダクタの構造例を示
す図。
【符号の説明】
2 ゲート電極 4 ソース電極 5 キャパシタ 6 インダクタ 24 共通導体 41、51 FET

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電界効果トランジスタを用いたマイクロ波
    増幅回路において、ゲート電極とソース電極間に容量性
    素子を装荷し、ソース電極と共通導体間に誘導性素子を
    装荷したことを特徴とするマイクロ波低雑音増幅回路。
JP11132692A 1992-04-30 1992-04-30 マイクロ波低雑音増幅回路 Pending JPH05308229A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11132692A JPH05308229A (ja) 1992-04-30 1992-04-30 マイクロ波低雑音増幅回路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11132692A JPH05308229A (ja) 1992-04-30 1992-04-30 マイクロ波低雑音増幅回路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05308229A true JPH05308229A (ja) 1993-11-19

Family

ID=14558376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11132692A Pending JPH05308229A (ja) 1992-04-30 1992-04-30 マイクロ波低雑音増幅回路

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05308229A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006333060A (ja) * 2005-05-26 2006-12-07 Renesas Technology Corp 高周波電力増幅及びそれを用いた無線通信装置
KR100689743B1 (ko) * 2004-10-01 2007-03-08 삼성전자주식회사 저잡음 증폭기의 정전기 보호 및 입력 임피던스 정합 회로및 저잡음 증폭기
JP2007116750A (ja) * 2002-05-31 2007-05-10 Toshiba Corp 可変インダクタを含む増幅器及びこの増幅器を備えた無線端末
US7323939B2 (en) 2004-12-21 2008-01-29 Electronics And Telecommunications Research Institute Low noise amplifier for wideband tunable matching
JP2008228149A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 New Japan Radio Co Ltd 低雑音増幅器
EP2869465A1 (en) * 2013-11-01 2015-05-06 Nxp B.V. RF amplifier

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007116750A (ja) * 2002-05-31 2007-05-10 Toshiba Corp 可変インダクタを含む増幅器及びこの増幅器を備えた無線端末
KR100689743B1 (ko) * 2004-10-01 2007-03-08 삼성전자주식회사 저잡음 증폭기의 정전기 보호 및 입력 임피던스 정합 회로및 저잡음 증폭기
US7323939B2 (en) 2004-12-21 2008-01-29 Electronics And Telecommunications Research Institute Low noise amplifier for wideband tunable matching
JP2006333060A (ja) * 2005-05-26 2006-12-07 Renesas Technology Corp 高周波電力増幅及びそれを用いた無線通信装置
JP2008228149A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 New Japan Radio Co Ltd 低雑音増幅器
EP2869465A1 (en) * 2013-11-01 2015-05-06 Nxp B.V. RF amplifier
US9419563B2 (en) 2013-11-01 2016-08-16 Nxp B.V. RF amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6400240B2 (en) Integrated resonance circuit consisting of a parallel connection of a microstrip line and a capacitor
US6472941B2 (en) Distributed amplifier with terminating circuit capable of improving gain flatness at low frequencies
US6346859B1 (en) Microwave amplifier with reduced beat noise
JPH08162859A (ja) 多段増幅器
US5233313A (en) High power field effect transistor amplifier
JP2001111364A (ja) マイクロ波増幅器
US4841253A (en) Multiple spiral inductors for DC biasing of an amplifier
JPH05308229A (ja) マイクロ波低雑音増幅回路
JP3303845B2 (ja) 内部整合型出力fet
JPH11220337A (ja) 電力増幅器
EP1154563A2 (en) Frequency multiplier without spurious oscillation
US6239670B1 (en) Short-stub matching circuit
JPH06125224A (ja) 分布増幅器
JPH08116028A (ja) マイクロストリップ線路、スパイラルインダクタ、マイクロ波増幅回路及びマイクロ波増幅装置
JP3373435B2 (ja) 抵抗帰還トランジスタ
JPH06252668A (ja) マイクロ波回路
US7199667B2 (en) Integrated power amplifier arrangement
JPH08321726A (ja) 増幅回路
JPH04287507A (ja) 電界効果トランジスタ増幅器
JP7251660B2 (ja) 高周波増幅器
JP3208245B2 (ja) バイアス回路
WO2022145183A1 (ja) 増幅器
WO2022249380A1 (ja) ドハティ増幅器
JPH06276038A (ja) 高周波低雑音増幅器
JP4688410B2 (ja) 広帯域増幅器