CN1461520A - Fet频带放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供可获得高增益的FET频带放大器。AM接收机包含的FET频带放大器5由例如5级的放大器11～15和其间插入的BPF16构成。放大器11～15分别采用p沟道FET作为放大元件并作为差动放大器动作。BPF16使比整个FET频带放大器的放大频带宽的频带分量通过。通过除去由3级的放大器11～13放大的信号的低通分量，可以降低1/f噪声，通过除去高通分量可以降低热噪声。从而，BPF16的后级连接的放大器14、15不会因噪声分量引起饱和。
Description
技术领域
本发明涉及用于各种接收机等的FET频带放大器。
背景技术
AM接收机和FM接收机等的各种接收机中，采用以高增益放大所定频带的信号的频带放大器。代表的频带放大器有前端包含的高频放大器和放大中频信号的中频放大器等。高频放大器中，仅仅选择放大以调谐频率为中心的所定频带的信号。该场合的中心频率可根据选台的状态可变地设定。另外，中频放大器中，仅仅选择放大中频附近的狭小频带的信号。该场合的中心频率，例如在FM接收机的场合设定成10.7MHz，在AM接收机的场合设定成455kHz的固定值。另外，在这样的放大器中设定高增益的场合，通常采用多级连接晶体管的多级放大器。
但是，上述的频带放大器若设定高增益，则可能产生由噪声分量引起该多级放大器饱和而无法获得设计上的增益的问题。
发明公开
本发明针对上述问题而提出，其目的在于提供可获得高增益的FET频带放大器。
为了解决上述的问题，本发明的FET频带放大器包括采用FET作为放大元件的级联连接的多级放大器以及插入这些多级放大器的中级、通带设定成比放大频带宽的带通滤波器。该多级放大器至少从初级到n级中采用p沟道FET。通过采用其通带比放大频带宽的带通滤波器，可以除去比该通带低的频带中存在的1/f噪声和比该通带高的频带中存在的热噪声。另外，通过采用迁移率小的p沟道FET作为放大元件，可以使放大器内部中噪声的发生变得更少。从而，由于可以防止由噪声分量引起放大器的饱和，因而可以仅仅放大想放大的本来的信号分量，可获得整个FET频带放大器的高增益。另外，通过采用FET作为放大元件，FET的制造过程中，整个FET频带放大器可以在半导体基片上制作，与采用双极型晶体管作为放大元件的场合相比，容易实现集成化，同时实现降低成本和节省空间。
特别是，上述的放大器是使2个FET差动动作的差动放大器在噪声分量累积、放大器饱和的级数为m时，最好在比该级数m少的级联连接的放大器的后级配置带通滤波器。由于带通滤波器插入使得级联连接的级数小于m，可防止m级以后的放大器因噪声分量引起饱和，提高整个FET频带放大器全体的增益。
另外，本发明的FET频带放大器由采用FET作为放大元件的级联连接的多级放大器构成。各级放大器具有用以除去比来自输入输出信号的放大频带分量的上限值高的高通分量的高通分量除去部分和用以除去比来自输入输出信号的放大频带分量的下限值低的低通分量的低通分量除去部分，同时，这些放大器至少从初级到n级的FET采用p沟道FET。各级的放大器中，由于除去了放大频带以外的分量，因而不会由噪声分量引起增益的限制，而且，通过采用迁移率小的p沟道FET作为放大元件，可以进一步减少放大器内部中噪声的发生，从而可以获得整个FET频带放大器的高增益。
特别是，上述的低通分量除去部分最好是其截止频率设定为比放大频带的下限值低的高通滤波器。由于各级的放大器中具有高通滤波器，因而可容易地除去比该高通滤波器的截止频率低的1/f噪声。
另外，上述的放大器是使2个FET差动动作的差动放大器，低通分量除去部分最好是将各级的放大器的差动输出信号的低通分量合成后的信号同相位输入2个FET的反馈电路。通过仅仅合成差动放大器的差动输出信号包含的低通分量，并同相位反馈到输入端，可以使与该低通分量对应的差动放大器的差动动作停止，因而可以降低该低通分量包含的1/f噪声。
另外，本发明的FET频带放大器由采用FET作为放大元件的级联连接的多级放大器构成。各级的放大器具有用以除去比来自输入输出信号的放大频带分量的上限值高的高通分量的高通分量除去部分，同时，这些放大器的至少初级到n级的FET采用p沟道FET，还具有将比最终级的放大器的输出信号包含的放大频带分量的下限值低的低通分量以反相的状态反馈到初级放大器的反馈电路。通过仅仅将最终级的放大器的输出信号包含的低通分量以反相的状态反馈到初级放大器的输入端来消除该低通分量，因而可以除去该低通分量包含的1/f噪声。另外，通过采用迁移率小的p沟道FET作为放大元件，可以减少放大器内部发生的1/f噪声本身。
特别是，上述的高通分量除去部分最好是其截止频率设定成比放大频带的上限值高的低通滤波器。由于各级的放大器的输出端具有低通滤波器，因而可容易地除去比该低通滤波器的截止频率高的热噪声。
另外，该低通滤波器包含的电容最好利用次级的放大器包含的FET的寄生电容。通过利用FET的寄生电容取代作为单体零件的电容，可减少零件个数，从而可以降低成本。特别是，由于半导体基片上形成的FET会产生寄生电容，通过利用该寄生电容，与采用单体电容构成低通滤波器的场合相比，可有效利用半导体基片上的空间，使芯片小型化。
另外，本发明的FET频带放大器由采用FET作为放大元件的级联连接的多级放大器构成，放大器的至少到m级为止包含的放大元件采用p沟道FET。通过采用迁移率小的p沟道FET，可以抑制1/f噪声的发生，防止由1/f噪声引起放大器的饱和。
另外，最好m+1级以后的放大器包含的放大元件采用n沟道FET。通过采用n沟道FET作为对防止放大器饱和贡献程度小的后级的放大器包含的放大元件，与全部采用p沟道FET的场合相比，可使构成零件的占有面积小型化。
另外，最好将到m级为止的放大器包含的FET的沟道长度L及沟道宽度W设定成比m+1级以后的放大器包含的FET的沟道长度L及沟道宽度W大的值。通过仅仅使对防止放大器饱和贡献程度大的前级的放大器包含的FET的沟道长度L和沟道宽度W取较大的值，与全部FET的这些值取较大的值的场合相比，可使构成零件的占有面积小型化。
另外，考虑作为放大元件的多级连接的多个放大器包含的FET时，最好前级配置的放大器包含的FET的沟道长度L及沟道宽度W设定成比其后级配置的放大器包含的FET的沟道长度L及沟道宽度W大的值。一般认为，FET中发生的1/f噪声分别与沟道长度L和沟道宽度W的倒数成比例增大。从而，通过设定大的沟道长度L和沟道宽度W，可以降低该FET中发生的1/f噪声。特别是，考虑多级连接的FET时，由于前级部分包含的FET中发生的1/f噪声在其后级的FET中被放大，从而，为了降低全体的低频噪声，最好降低前级部分包含的FET发生的1/f噪声。另外，考虑到由于后级部分包含的FET中发生的1/f噪声在其后级的FET中放大的程度小，因而对降低全体的低频噪声的贡献比例也少。从而，通过将该后级部分包含的FET的沟道长度L和沟道宽度W设定为比其前级的FET的这些值更小，可以减少FET的占有面积，实现芯片的小型化以降低成本。
另外，考虑作为放大元件的多级连接的多个放大器包含的FET时，最好分别设定FET的沟道长度L和沟道宽度W，使得该FET发生的噪声分量比该FET的输入信号包含的噪声分量小。通过使任一FET发生的噪声分量小于该FET的输入信号中的噪声分量，可降低全体的低频噪声。
另外，最好利用CMOS工艺或MOS工艺，在半导体基片上一体形成构成零件。通过利用这些处理，与采用双极等的场合相比可简化处理，可降低零件成本及包含FET频带放大器的制品成本。
另外，最好在上述的半导体基片上形成N阱，在该N阱上形成全部或一部分的构成零件。通过在N阱上形成全部或一部分构成零件，可防止噪声电流流过N阱和其下的半导体基片之间形成的pn接合面，防止N阱上的电路发生的噪声通过半导体基片回到其他零件。
另外，上述的半导体基片中，最好在构成零件的周围形成保护环。从而，可更有效地防止N阱上形成的电路发生的噪声通过半导体基片回到其他零件。
另外，最好上述的保护环形成于从半导体基片表面直到比N阱更深的位置为止。通过在到更深的位置为止形成保护环，可除去越过该保护环回到低频区域的1/f噪声。
附图说明
图1是表示包含第1实施例的FET频带放大器的AM接收机的一般结构图。
图2是表示第1实施例的FET频带放大器的结构图。
图3是表示图2的FET频带放大器包含的放大器的结构电路图。
图4是表示第2实施例的FET频带放大器的结构电路图。
图5是表示利用FET的寄生电容减少电容数的FET频带放大器的结构电路图。
图6是表示第3实施例的FET频带放大器的结构电路图。
图7是表示第4实施例的FET频带放大器的结构图。
图8是表示MOS型FET的栅极宽度W和栅极长度L的图。
图9是表示第5实施例的FET频带放大器的概略结构平面图。
图10的图9所示结构的截面图。
图11是图2所示FET频带放大器中追加了AGC电路后的结构图。
最佳实施例
以下，详细说明适用本发明的实施例的FET频带放大器。
(第1实施例)
图1是表示包含第1实施例的FET频带放大器的AM接收机的一般结构图。图中所示AM接收机由高频放大电路1、混频电路2、本机振荡器3、BPF(带通滤波器)4，6、FET频带放大器5、AM检波电路7构成。天线9接收的AM波由高频放大电路1放大后，通过与本机振荡器3输出的本机振荡信号混合，从高频信号频率变换为中频信号。例如，令高频放大电路1输出的信号的频率为f1，本机振荡器3输出的本机振荡信号的频率为f2，则混频电路2输出具有f1-f2频率的信号。
BPF4、6设在作为中频放大电路动作的FET频带放大器5的前级及后级，从输入的中频信号只抽出455kHz附近的频率分量。FET频带放大器5对中频信号包含的所定频带分量进行放大。AM检波电路7对FET频带放大器5放大后的中频信号执行AM检波处理。
图2是表示本实施例的FET频带放大器5的结构图。如图2，本实施例的FET频带放大器5由5级的放大器11～15、3级的放大器13和4级的放大器14之间插入的BPF16构成。放大器11～15分别具有所定的增益，整个FET频带放大器5具有各放大器11～15的增益相乘后的增益。该FET频带放大器5与其他电路一起在半导体基片上利用CMOS工艺或MOS工艺一体形成。从而，通过简化制造工序，可以降低零件或整个AM接收机的制品成本。
图3是表示放大器11结构电路图。另外，其他放大器12～15也与放大器11具有相同结构。如图3，放大器11由成对的p沟道MOS型的FET111、112、成为漏极电阻的电阻113、114以及恒流电路115构成。2个FET111、112的源极共同连接到恒流电路115。从而，FET111、112的各源极·漏极间流过的电流的合计等于由该恒流电路115生成的电流。另外，前级的电路输出的信号输入2个FET111、112的各栅极间。
这样，放大器11具有进行差动动作的2个FET111、112，例如，具有增益A1。若其他放大器12～15的各个增益为A2、A3、A4、A5，则整个FET频带放大器5理论上可实现A1A2A3A4A5的增益。
但是，通常，即使获得这样的高增益，也有因1/f噪声和热噪声引起后级的放大器饱和而无法获得那么高的增益的情况。特别是在MOS型的FET111、112的场合，1/f噪声的影响更为显著。
一般地说，1/f噪声是出现在信号的低频区域的噪声，频率越低则噪声电平越高。反之，热噪声是出现在信号的高频区域的噪声，频率越高则噪声电平越高。MOS型FET发生的噪声电压vn可以表示成vn＝((8kT(1+η)/(3gm)
+KF/(2fCoxWLK’))Δf) …(1)
这里，k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，gm是互导，Cox是夹着栅极氧化膜的栅极和沟道之间的电容，W是栅极宽，L是栅极长，f是频率，Δf是频率f的频带宽。KF是噪声参数，为10-20～10-25程度的值。另外，η、K为所定的参数。
从该式中可明白，右边的第1项表示热噪声，随着温度(T)升高而变大。另外，右边的第2项表示1/f噪声，与f的倒数成比例。
若放大器11～15分别发生的噪声(1/f噪声和热噪声的合计)为en1、en2、en3、en4、en5，则放大器11～15的各个输出信号包含的噪声电平e1、e2、e3、e4、e5如下。
e1＝en1
e2＝e1A2+en2
＝en1A2+en2
e3＝e2A3+en3
＝(en1A2+en2)A3+en3
e4＝e3A4+en4
＝((en1A2+en2)A3+en3)A4+en4
e5＝e4A5+en5
＝(((en1A2+en2)A3+en3)A4+en4)A5+en5…(2)
这样，各个放大器11～15间输入输出的信号中包含主要存在低频区域的1/f噪声和主要存在高频区域的热噪声，而且越是后级的放大器，这些噪声电平被越放大并累积，该噪声电平若超过各放大器11～15的饱和电平E0，则其以后的放大器的输出发生蠕变。
为了避免这样的缺点，本实施例的FET频带放大器5采用BPF16。该BPF16使放大频带的分量(信号包含的想放大的分量)通过，同时除去上述的1/f噪声和热噪声。考虑图1所示本实施例的AM接收机的场合，也可以用FET频带放大器5只放大455kHz附近的中频信号的频带。从而，作为BPF16的特性，必须使下侧的截止频率(kHz)不大于455-α(2α是中频信号的频带)，设定成可充分除去1/f噪声的值，同时，上侧的截止频率不小于455+α，设定成可充分除去热噪声的值。
另外，令级数为m、使各放大器11～15的噪声电平e1～e5不超过饱和电平E0时，必须在比该级数m少的级联连接的放大器的后级配置BPF16。本实施例中，令3级的放大器13的输出信号包含的噪声电平e3在饱和电平E0以下，4级的放大器14的输出信号包含的噪声电平e4在饱和电平E0以上，3级的放大器13和4级的放大器14之间插入BPF16。
这样，由于BPF16的后级连接的放大器14、15中的噪声分量增加，因而可防止饱和。
这样，本实施例的FET频带放大器5中，3级的放大器13和4级的放大器14之间插入BPF16，由于除去了到此为止放大的1/f噪声和热噪声，其后级的放大器14、15不会因这些噪声分量引起饱和而限制增益，可以确保整个FET频带放大器5的高增益。
另外，通过采用迁移率小的p沟道FET作为各放大器11～15中包含的作为放大元件的FET111、112，可进一步减少各放大器的内部中噪声的发生，从而可以进一步抑制因噪声分量的增加引起的各放大器的饱和，可以可靠确保整个FET频带放大器5的高增益。
特别是，与双极晶体管相比，MOS型FET的1/f噪声更多，因而若放大器多级连接而构成FET频带放大器5，则1/f噪声变多，可能无法获得必要的增益。从而，在半导体基片上利用CMOS工艺或MOS工艺一体形成FET频带放大器5或包含其他电路的全部零件的场合，采用p沟道FET是降低1/f噪声并可实现实用化的有效手段。
另外，本实施例中，在3级的放大器13和4级的放大器14之间插入BPF16，但也可以在更前级端配置BPF16。另外，BPF16的后级连接的多级放大器中，当噪声电平再增加并达到饱和电平E0的场合，可以在第2级以后配置BPF。
另外，本实施例中，虽然全部放大器11～15采用了p沟道型的FET111、112，但是也可以是从降低噪声效果大的初级到n级(例如2级)为止的放大器采用p沟道FET111、112。这样，可以有效地降低累积的噪声分量。
(第2实施例)
上述的第1实施例中，3级的放大器13的后级插入一个BPF以除去噪声分量，但是也可以在各级的放大器中除去噪声分量。
图4是表示第2实施例的FET频带放大器的结构电路图。图4所示的本实施例的FET频带放大器由5级的放大器11A、12A、…、15A级联连接而构成。这些放大器的构成基本相同，因而以下以初级放大器11A为例说明其详细结构和动作。
放大器11A由2个p沟道MOS型的FET111、112、8个电阻113、114、120、121、123、124、125、126、恒流电路115、5个电容116～119、122构成。其中，FET111、112、电阻113、114、恒流电路115与图3所示的放大器11的结构相同，因而附上相同符号。
电容116与一个FET111的漏极电阻即电阻113并联，除去FET111的漏极输出的一个输出信号包含的高通分量。同样，电容117与另一个FET112的漏极电阻即电阻114并联，除去FET112的漏极输出的另一个输出信号包含的高通分量。这些电阻113、114、电容116、117相当于高通分量除去部分。
电容118除去FET111的漏极输出并输入后级的放大器12A的一个输出信号的直流分量。另外，该电容118与电阻120一起构成HPF(高通滤波器)，由该HPF除去FET111输出的信号包含的低通分量。
同样，电容119除去FET112的漏极输出并输入后级的放大器12A的另一个输出信号包含的直流分量。另外，该电容119与电阻121一起构成HPF，由该HPF除去FET111输出的信号包含的低通分量。
电阻125、126用于设定FET111、112的偏置电压。
另外，上述的电阻120、121的一端共同连接，在该连接点和地之间插入电容122。由这些电阻120、121及电容122构成LPF(低通滤波器)。即，用该LPF从FET111，112分别输出的信号中仅仅抽出低通分量，作为同相位的信号分别经由电阻123、124反馈到FET111、112的栅极。结果，FET111、112作为差动放大器未动作，输入初级放大器11A的信号中的低通分量以原来的信号电平输入次级放大器12A。这些电阻120、121、123、124、电容122所构成的反馈电路相当于低通分量除去部分。
这样，初级放大器11A中，由于从一个FET111的漏极输出的信号中通过电容116除去高通分量，因而可以有效除去FET111发生的热噪声。另外，由于通过由电容118和电阻120构成的HPF从该信号中除去低通分量，因而可以有效除去FET111中发生的1/f噪声。
同样，由于从另一个FET112的漏极输出的信号中通过电容117除去高通分量，因而可以有效除去FET112发生的热噪声。另外，由于通过由电容119和电阻121构成的HPF从该信号中除去低通分量，因而可以有效除去FET112中发生的1/f噪声。
而且，FET111、112的各个漏极输出的信号包含的低通分量通过由电阻120、121及电容122构成的LPF以同相位反馈到输入端，由于该低通分量不在放大器11A中进行放大动作，因而可以进一步降低1/f噪声。
但是，上述的放大器11A中，虽然电阻113、114分别与电容116、117并联，但是这些电容116、117也可以插入FET111、112的各个漏极和地以外的固定电位之间。
另外，这些电容116，117也可以利用次级的放大器12A包含的FET的寄生电容。
图5是表示利用FET的寄生电容减少电容数的FET频带放大器的结构电路图。图5所示的FET频带放大器由5个放大器11B、12B、…、15B级联连接而构成。与图4的构成相比，其不同点在于省略了与漏极电阻并联的电容116、117，并用栅极长度L和栅极宽设定成很大的FET111a、112a置换FET111、112。
一般地说，FET中发生的噪声电流与栅极长度L的倒数成比例。从而，通过设定较长的栅极长度L，可以降低噪声电流。但是，由于栅极长度L变长后沟道电阻变大，因而最好对应地设定较宽的栅极宽度W以降低沟道电阻。这样，为了降低噪声电流而增加栅极长度L和栅极宽度W，使得栅极电极的面积变大，寄生电容也变大，因而可确保某一程度的电容值，能够利用该寄生电容取代电容116、117。
这样，通过增大栅极长度L和栅极宽度W、增加寄生电容且省略电容116、117，可以更有效地除去信号的高通分量即热噪声。另外，省略电容116、117当然也可以降低成本。
(第3实施例)
图6是表示第3实施例的FET频带放大器结构的电路图。图6所示的本实施例的FET频带放大器包含级联连接的5级放大器11C、12C、…、15C以及将最终级放大器15C输出的信号向外部输出的同时还反馈到初级放大器11C的附加电路。
由于放大器11C～15C的结构相同，以下以初级放大器11C为例进行说明。
放大器11C由FET111a、112a、电阻113、114、恒流电路115构成。该放大器11C基本与图3的放大器11具有相同结构。但是，以图5所示的p沟道MOS型FET111a、112a取代了FET111、112。即，这些FET111a、112a的栅极长度L和栅极宽度W设定成较大，确保较大的栅极面积以适合于除去高通分量包含的热噪声。从而，可以有效除去输入各级的放大器的信号包含的热噪声。
另外，本实施例的FET频带放大器具备的附加电路包括：FET131和恒流电路133组成的源极输出电路150；FET132和恒流电路134组成的源极输出电路151；电阻135、137、电容139、141组成的LPF152；电阻136、138、电容140、142组成的LPF153。
最终级的放大器15C输出的一个差动输出信号作为FET频带放大器的一个输出信号通过源极输出电路150输出，同时，通过LPF152及电阻143反馈到初级放大器11C的一个输入端。同样，最终级的放大器15C输出的另一个差动输出信号作为FET频带放大器的另一个输出信号通过源极输出电路151输出，同时，通过LPF153及电阻144反馈到初级放大器11C的另一个输入端。
但是，由于本实施例的FET频带放大器包含了5级(奇数个)放大器11C～15C，因而与输入初级放大器11C的信号的相位相对，最终级的放大器15C输出的信号的相位是反相的。从而，只有源极输出电路150、151输出的信号的低通分量被LPF152、153抽出并反馈到初级放大器11C，使得低通分量对应的增益降低，只能除去该分量。即，通过形成图6所示的反馈环，可有效除去低通分量包含的1/f噪声。
这样，通过在整个FET频带放大器中形成反馈环，仅仅将输出信号的低通分量反馈到初级放大器11C的输入端，也可以有效除去1/f噪声。另外，通过在各级的放大器11C～15C中除去高通分量，可有效除去该高通分量包含的热噪声。
另外，图6所示的本实施例的FET频带放大器中，利用FET的寄生电容除去信号的高通分量，但是如上述的图4所示的第2实施例一样，也可采用电容。该场合中，可以使图6所示的FET111a等的栅极长度L和栅极宽度W较小，同时电容与电阻113、114并联。
(第4实施例)
上述的各实施例中构成的FET频带放大器在多级连接的多个放大器的中间或各级中均具有BPF等，用以除去使用频带外包含的噪声分量，但是也可以不具备该BPF等，而在各级的放大器中采取除去噪声的对策。
图7是表示本实施例的FET频带放大器5的结构图。图7所示FET频带放大器具有级联连接的多个放大器11D～15D。该FET频带放大器和其他电路一起，利用CMOS工艺或MOS工艺在半导体基片上一体形成。
上述的多个放大器11D～15D，从初级到n级为止采取噪声对策。例如，作为噪声对策，可单独采用利用p沟道MOS型FET的手法或增大MOS型FET的栅极宽度W和栅极长度L的手法或者采用两种手法的组合。
如上所述，通过利用p沟道MOS型FET，可降低低频区域出现的1/f噪声，这在半导体基片上一体形成FET频带放大器时是很有效的手法。
图8是表示MOS型FET的栅极宽度W和栅极长度L的图，表示了半导体基片的表面附近形成的整个FET的平面图。
如上述，(1)式的右边的第2项表示1/f噪声，该项中，由于栅极宽度W和栅极长度L在分母中，因而即使栅极宽度W和栅极长度L设定成大的值，也可以降低1/f噪声。另外，栅极宽度W和栅极长度L如果很大，则图5等所示的FET的寄生电容也变大，有助于除去高频区域出现的热噪声。
这样，通过在从初级到n级为止的各放大器中采取噪声对策，可以防止噪声分量引起各放大器的饱和。
但是，若令放大器11D～15D中分别发生的噪声(1/f噪声和热噪声的合计)为en1、en2、en3、en4、en5，放大器11D～15D的各个增益为A2、A3、A4、A5，则放大器11D～15D的各个输出信号包含的噪声电平e1、e2、e3、e4、e5如上述的(2)式所示。
通过对全部放大器11D～15D采取噪声对策，噪声可变成最小，但是若全部FET采用p沟道FET，则与采用n沟道FET的场合相比，元件面积变大。另外，在栅极宽度W和栅极长度L大的场合也一样，在采取该噪声对策时元件面积变大。特别是，在半导体基片上一体形成FET频带放大器的场合，通过缩小占有面积实现高密度化、降低成本等的同时，为了通过降低噪声而有效防止放大器的饱和，最好初级到n级为止的放大器采取上述的噪声对策。
具体地说，如果m级的放大器的输出信号包含的噪声电平em比在对m+1级的放大器未采取噪声对策的场合发生的噪声电平大很多(例如数倍)，则即使m+1级以后的放大器采取噪声对策也无法期待获得这样的效果，因而，可以对到m级为止的放大器采取上述的噪声对策。从而，半导体基片上一体形成FET频带放大器的场合，可以实现芯片面积的小型化并获得防止噪声引起的饱和的效果。
可以按照以下所述来确定使到几级为止的放大器包含的FET的栅极宽度W和栅极长度L大于其后的放大器包含的FET的栅极宽度W和栅极长度L。
考虑放大器多级连接的场合时，由于前级的放大器包含的FET中发生的1/f噪声在其后级的放大器包含的FET中被放大，因而，为了降低全体的低频噪声，最好降低前级的放大器包含的FET中发生的1/f噪声。另一方面，由于后级的放大器包含的FET中发生的1/f噪声在更后级的放大器包含的FET中放大的程度小，因而，对降低全体的低频噪声的贡献比例也少。从而，通过将该后级的放大器包含的FET的沟道长度L和沟道宽度W设定成比其前级的放大器包含的FET的沟道长度L和沟道宽度W小，可以减少FET的占有面积，并使芯片的小型化而实现成本的降低。
或，考虑图7所示任意位置的放大器包含的FET，可以分别设定放大器包含的FET的沟道长度L和沟道宽度W，使该FET发生的噪声分量小于该FET的输入信号包含的噪声分量。通过使任意放大器包含的FET中发生的噪声分量小于该FET的输入信号中的噪声分量，可降低全体的低频噪声。
另外，到m级为止的放大器采用p沟道MOS型FET、m+1级以后的放大器采用n沟道MOS型FET的构成手法也适合于上述第1实施例到第3的实施例的各FET频带放大器。在该场合也可以实现芯片面积的小型化、获得因噪声降低而防止饱和的效果。
(第5实施例)
上述的各实施例中，FET频带放大器和其他电路在半导体基片上一体形成时，通过在N阱上形成采用p沟道FET作为放大元件的各级放大器，可以防止噪声通过半导体基片回到其他电路。
图9是表示第5实施例的FET频带放大器的概略结构的平面图。另外，图10是图9所示构造的截面图。图9所示结构中，各级放大器采用p沟道FET的场合，该FET频带放大器5的全部零件在N阱52中形成。另外，到m级为止的各级放大器采用p沟道FET的场合，到该m级为止的各放大器的全部零件在N阱52中形成。
由于N阱52和P形的半导体基片50之间形成PN接合面，因而，当N阱52的电位比半导体基片50高的场合，从N阱52向半导体基片50流动的电流被该PN接合面切断。从而，可防止N阱52中形成的电路中发生的噪声通过半导体基片50回到其他电路。
特别是，由于通过在N阱52中形成到m级为止的各放大器，可以防止到m级为止的放大器发生的噪声通过半导体基片50回到m+1级以后的放大器中，因而，还可防止FET频带放大器内的m+1级以后的放大器的饱和。
另外，如图10所示，半导体基片50的表面附近包围N阱52的周边区域中形成保护环54。该保护环54是在N形区域形成的P形半导体基片50的一部分。由于保护环54和半导体基片50形成PNP层，因而可有效防止N阱52上形成的电路发生的噪声通过半导体基片50的表面附近回到其他电路。
特别是，最好该保护环54达到比半导体基片50更深层的区域，例如，达到比N阱52更深的位置。从而，N阱52上形成的电路中发生的噪声通过保护环54的下端(半导体基片50的内部)回到其他电路的场合，可进一步防止低频分量的回流。从而，通过在N阱52上形成到m级为止的各放大器，可以防止到m级为止的放大器中发生的1/f噪声通过保护环54的下端回到m+1级以后的放大器，因而可以进一步防止FET频带放大器内的m+1级后的放大器饱和。
另外，本发明不限定于上述实施例，本发明的要旨的范围内可以有各种变形。例如，上述的实施例中，由级联连接的5级放大器构成FET频带放大器，但是该级数也可以根据整个FET频带放大器的增益的设定情况进行适当变更。
另外，也可以综合上述的各实施例说明的FET频带放大器5和AGC(自动增益控制)电路。
图11是表示在图2所示的FET频带放大器5上追加了AGC电路17的结构图。AGC电路17控制各放大器11～15的增益，使得最终级的放大器15的输出信号的电平大致一定。从而，小信号输入FET频带放大器的场合，虽然设定放大器11～15的各个增益为大的值，但是，如上述，由于用BPF16除去1/f噪声和热噪声，这些噪声分量不会引起各放大器11～15(特别是放大器14、15)的饱和，可获得失真小的放大信号。另外，第2及第3的实施例的FET频带放大器和AGC电路组合的场合下也可获得同样的效果。
工业上的利用可能性
如上述，根据本发明，通过采用具有比放大频带宽的通带的带通滤波器，可以除去比该通带低的频带中存在的1/f噪声和比该通带高的频带中存在的热噪声。另外，通过采用迁移率小的p沟道FET作为放大元件，可以进一步减少放大器内部噪声的发生。从而，由于可以防止这些噪声分量引起放大器饱和，因而可仅仅放大想放大的本来的信号分量，获得整个FET频带放大器的高增益。另外，由于通过采用FET作为放大元件，整个FET频带放大器可通过FET的制造处理(CMOS工艺和MOS工艺)在半导体基片上制作，因而，与采用双极晶体管作为放大元件的场合相比，可以容易地集成，同时降低成本并节省空间。
Claims (34)
1.一种FET频带放大器，它包括：
采用FET作为放大元件的级联连接的多级放大器；
插入所述多级放大器的中级、通带设定成比放大频带宽的带通滤波器，
所述多级放大器的至少从初级到n级为止的所述FET采用p沟道FET。
2.如权利要求1所述的FET频带放大器，其特征在于，所述放大器是使2个所述FET差动动作的差动放大器，
在噪声分量累积、所述放大器饱和的级数为m时，在比该级数m少的级联连接的所述放大器的后级配置所述带通滤波器。
3.如权利要求1所述的FET频带放大器，其特征在于，采用所述p沟道FET作为所述放大器包含的全部放大元件。
4.如权利要求1所述的FET频带放大器，其特征在于，利用CMOS工艺或MOS工艺在半导体基片上一体形成构成零件。
5.如权利要求4所述的FET频带放大器，其特征在于，所述半导体基片上形成N阱，在该N阱上形成全部或一部分的所述构成零件。
6.如权利要求5所述的FET频带放大器，其特征在于，所述半导体基片中，在所述构成零件的周围形成保护环。
7.如权利要求6所述的FET频带放大器，其特征在于，所述保护环形成于从所述半导体基片表面直到比所述N阱更深的位置为止。
8.一种FET频带放大器，由采用FET作为放大元件的级联连接的多级放大器构成，
各级的所述放大器具有用以除去比来自输入输出信号的放大频带分量的上限值高的高通分量的高通分量除去部分，和用以除去比来自所述输入输出信号的所述放大频带分量的下限值低的低通分量的低通分量除去部分，
所述放大器的至少初级到n级的所述FET采用p沟道FET。
9.如权利要求8所述的FET频带放大器，其特征在于，所述低通分量除去部分是其截止频率设定为比所述下限值低的高通滤波器。
10.如权利要求8所述的FET频带放大器，其特征在于，所述放大器是使2个所述FET差动动作的差动放大器，
所述低通分量除去部分是将各级的所述放大器的差动输出信号的低通分量合成后的信号同相位输入2个所述FET的反馈电路。
11.如权利要求8所述的FET频带放大器，其特征在于，所述高通分量除去部分是其截止频率设定成比所述上限值高的低通滤波器。
12.如权利要求11所述的FET频带放大器，其特征在于，利用次级的所述放大器包含的晶体管的寄生电容作为所述低通滤波器包含的电容。
13.如权利要求8所述的FET频带放大器，其特征在于，采用所述p沟道FET作为所述放大器包含的全部放大元件。
14.如权利要求8所述的FET频带放大器，其特征在于，利用CMOS工艺或MOS工艺在半导体基片上一体形成构成零件。
15.如权利要求14所述的FET频带放大器，其特征在于，所述半导体基片上形成N阱，在该N阱上形成全部或一部分的所述构成零件。
16.如权利要求15所述的FET频带放大器，其特征在于，所述半导体基片中，在所述构成零件的周围形成保护环。
17.如权利要求16所述的FET频带放大器，其特征在于，所述保护环形成于从所述半导体基片表面直到比所述N阱更深的位置为止。
18.一种FET频带放大器，由采用FET作为放大元件的级联连接的多级放大器构成，
各级的所述放大器具有用以除去比来自输入输出信号的放大频带分量的上限值高的高通分量的高通分量除去部分，
所述放大器的至少初级到n级的所述FET采用p沟道FET，
还具有将比最终级的所述放大器的输出信号包含的所述放大频带分量的下限值低的低通分量以反相的状态反馈到初级的所述放大器的反馈电路。
19.如权利要求18所述的FET频带放大器，其特征在于，所述高通分量除去部分是其截止频率设定成比所述上限值高的低通滤波器。
20.如权利要求19所述的FET频带放大器，其特征在于，利用次级的所述放大器包含的所述FET的寄生电容作为所述低通滤波器包含的电容。
21.如权利要求18所述的FET频带放大器，其特征在于，采用所述p沟道FET作为所述放大器包含的全部放大元件。
22.如权利要求18所述的FET频带放大器，其特征在于，利用CMOS工艺或MOS工艺在半导体基片上一体形成构成零件。
23.如权利要求22所述的FET频带放大器，其特征在于，所述半导体基片上形成N阱，在该N阱上形成全部或一部分的所述构成零件。
24.如权利要求23所述的FET频带放大器，其特征在于，所述半导体基片中，在所述构成零件的周围形成保护环。
25.如权利要求24所述的FET频带放大器，其特征在于，所述保护环形成于从所述半导体基片表面直到比所述N阱更深的位置为止。
26.一种FET频带放大器，由采用FET作为放大元件的级联连接的多级放大器构成，
所述放大器的至少到m级为止包含的放大元件采用p沟道FET。
27.如权利要求26所述的FET频带放大器，其特征在于，m+1级以后的所述放大器包含的放大元件采用n沟道FET。
28.如权利要求26所述的FET频带放大器，其特征在于，将到m级为止的所述放大器包含的所述FET的沟道长度L及沟道宽度W设定成比m+1级以后的所述放大器包含的所述FET的沟道长度L及沟道宽度W大的值。
29.如权利要求26所述的FET频带放大器，其特征在于，考虑作为所述放大元件的多级连接的所述多个放大器包含的所述FET时，将前级配置的所述放大器包含的所述FET的沟道长度L及沟道宽度W设定成比其后级配置的所述放大器包含的所述FET的沟道长度L及沟道宽度W大的值。
30.如权利要求26所述的FET频带放大器，其特征在于，考虑作为所述放大元件的多级连接的所述多个放大器包含的所述FET时，分别设定所述FET的沟道长度L及沟道宽度W，使得该FET发生的噪声分量比该FET的输入信号包含的噪声分量小。
31.如权利要求26所述的FET频带放大器，其特征在于，利用CMOS工艺或MOS工艺在半导体基片上一体形成构成零件。
32.如权利要求31所述的FET频带放大器，其特征在于，所述半导体基片上形成N阱，在该N阱上形成全部或一部分的所述构成零件。
33.如权利要求32所述的FET频带放大器，其特征在于，所述半导体基片中，在所述构成零件的周围形成保护环。
34.如权利要求33所述的FET频带放大器，其特征在于，所述保护环形成于从所述半导体基片表面直到比所述N阱更深的位置为止。
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