DE69734806T2

DE69734806T2 - Gegengekoppelte Verstärkerschaltung zur Steuerung einer Verstärkung und einer Impedanz in Unabhängigkeit

Info

Publication number: DE69734806T2
Application number: DE69734806T
Authority: DE
Inventors: Yuji Minato-ku Kakuta; Yasuhiro Minato-ku Shirakawa; Yoshiaki Minato-ku Fukasawa; Yoshiaki Minato-ku Wakabayashi
Original assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: JP2853739B2; DE69734806D1; EP0833441A1; EP0833441B1; US6028487A; KR19980025171A; KR100293964B1; JPH10107552A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung mit einer Mehrzahl von Transistoren in sogenannter Kaskodenverbindung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung dient zur Verstärkung eines elektrischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal.
Bei Kabel-TV(CATV)-Systemen oder ähnlichem wurde neuerdings versucht, eine höhere Anzahl von Videosignalkanälen von 100 oder mehr unterzubringen. Um mit einer so großen Zahl von Videosignalkanälen fertigzuwerden, ist es erforderlich, einen Breitbandverstärker bereitzustellen, der in der Lage ist, ein Videosignal über ein breites Band zu verstärken. Spezifisch ausgedrückt ist es allgemein erforderlich, für jeden Videokanal eine Bandbreite der Größenordnung 6 MHz zu haben. Deshalb sollte der Breitbandverstärker einen niedrigen Störungspegel und eine hohe Verstärkung über ein breites Band von zumindest 600 Mhz aufweisen. Vorzugsweise ist der Breitbandverstärker von einem Typ, der angepaßt ist, eine Verstärkung über eine Bandbreite von 1 GHz mit kleiner Störung auszuführen, wobei eine zukünftige Erhöhung in der Anzahl der Kanäle berücksicthigt wird.
Beispielsweise beschreibt die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (JP-A) Nr. 7-183735 (183735/1995) ein Beispiel des Verstärkers. Dieser Verstärker umfaßt eine Verstärkungsschaltung negativer Rückkopplung, welche eine Mehrzahl von Feldeffekttransistoren (FETs) in sogenannter Kaskodenschaltung aufweist und einen Schaltkreis mit negativer Rückkopplung zum Erzielen einer gewünschten Verstärkung. Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (JP-A) Nr. 3-52407 (52407/1991) beschreibt einen Verstärker mit bipolaren Transistoren anstelle der oben erwähnten FETs.
1 zeigt eine herkömmliche Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung des Typs. Die Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung umfaßt einen FET 1 erster Stufe und einen FET 2 zweiter Stufe in sogenannter Kaskodenverbindung sowie eine Schaltung 3 mit negativer Rückkopplung, die eine Drain des FET 2 zweiter Stufe mit einem Gate des FET 1 erster Stufe verbindet, und zwar mit einem Widerstand Rf dazwischen, um die Verstärkung anzupassen. Die Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung hat einen Eingangsanschluß IN, der mit dem Gate des FET 1 erster Stufe und einem Ausgangsanschluß OUT, der mit der Drain des FET 2 zweiter Stufe verbunden ist, verbunden ist.
Bei der Verstärkungsschaltung in 1 wird jedoch die Verstärkung angepaßt oder verändert durch Auswahl eines Widerstandswerts des Widerstands Rf. Dabei werden die Impedanzen des Eingangsanschlusses IN und des Ausgangsanschlusses OUT auch geändert. Dies führt zu einer Impedanz-Fehlanpassung mit externen Schaltungen, die an den Eingangsanschluß IN und den Ausgangsanschluß OUT angeschlossen werden. Dies liegt daran, dass die Verstärkung und die Impedanzen nicht unabhängig voneinander kontrolliert werden können.
US-4,940,949 beschreibt einen Breitband-RF-Verstärker wie in der Präambel des Anspruchs 1 beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Verstärkungsschaltung negativer Rückkopplung zu schaffen, die in der Lage ist, Verstärkung und Impedanz unabhängig voneinander zu steuern.
Andere Aufgaben der Erfindung werden mit dem Fortschreiten der Beschreibung klar.
Die vorliegende Erfindung ist in dem unabhängigen Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine Verstärkungsschaltung negativer Rückkopplung, für die diese Erfindung anwendbar ist, dient zum Verstärken eines elektrischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal und umfaßt eine Mehrzahl von aktiven Elementen in Kaskodenverbindung. Die aktiven Elemente beinhalten ein aktives Element erster Stufe und ein aktives Element letzter Stufe, von denen jedes einen Element-Eingangsanschluß, einen Element-Ausgangsanschluß und einen Element-Steueranschluß aufweist. Der Element-Steueranschluß des aktiven Elements erster Stufe wird mit dem elektrischen Eingangssignal versorgt. Der Element-Ausgangsanschluß des aktiven Elements letzter Stufe gibt das elektrische Ausgangssignal aus. Die Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung weist ferner einen ersten Schaltkreis mit negativer Rückkopplung auf, der zwischen dem Element-Ausgangsanschluß des aktiven Elements letzter Stufe und dem Element-Steueranschluß des aktiven Elements erster Stufe verbunden ist, sowie einen zweiten Schaltkreis mit negativer Rückkopplung, der zwischen dem Element-Ausgangsanschluß des aktiven Elements der ersten Stufe und dem Element-Steueranschluß des aktiven Elements erster Stufe angeschlossen ist.
Eine Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung, auf die diese Erfindung auch anwendbar ist, dient zum Verstärken eines elektrischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangsssignal und umfaßt eine Mehrzahl von FETs in Kaskodenverbindung. Die FETs umfassen einen FET erster Stufe und einen FET letzter Stufe, von denen jeder eine Source, eine Drain und ein Gate aufweist. Das Gate des FET erster Stufe wird mit dem elektrischen Eingangssignal gefüttert. Die Drain des FET letzter Stufe gibt das elektrische Ausgangssignal aus. Die Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung umfaßt ferner eine Schaltung mit negativer Rückkopplung, die zwischen der Drain des FET erster Stufe und dem Gate des FET erster Stufe angeschlossen ist, sowie eine zweite Schaltung mit negativer Rückkopplung, die zwischen der Drain des FET erster Stufe und dem Gate des FET erster Stufe angeschlossen ist.
Eine Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung, auf die die Erfindung ferner anwendbar ist, dient zum Verstärken eines elektrischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal und umfaßt eine Mehrzahl von bipolaren Transistoren in Kaskodenverbindung. Die bipolaren Transistoren beinhalten einen Bipolartransistor erster Stufe und einen Bipolartransistor letzter Stufe, von denen jeder einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis aufweist. Die Basis des Bipolartransistors erster Stufe wird mit dem elektrischen Eingangssignal versorgt, der Kollektor des Bipolartransistors letzter Stufe gibt das elektrische Ausgangssignal aus. Die Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung umfaßt ferner eine Schaltung mit negativer Rückkopplung, die zwischen dem Kollektor des Bipolartransistors erster Stufe und der Basis des Bipolartransistors erster Stufe angeschlossen ist, sowie eine Schaltung mit negativer Rückkopplung, die zwischen dem Kollektor des Bipolartransistors erster Stufe und der Basis des Bipolartransistors erster Stufe angeschlossen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung nach dem Stand der Technik;
2 ist ein Schaltungsdiagramm einer Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
3 ist ein Schaltungsdiagramm einer Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Bezugnehmend auf 2 wird nun eine Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung dient zum Verstärken eines elektrischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal und umfaßt Feldeffekttransistoren (FETs) erster Stufe und letzter oder zweiter Stufe 11 und 12 als aktive Elemente. Auf in dem Stand der Technik bekannte Art und Weise umfaßt jeder der FETs 11 und 12 erster und zweiter Stufe ein Gate, eine Source und eine Drain, welche jeweils als Element-Steueranschluß, Element-Eingangsanschluß und Element-Ausgangsanschluß bezeichnet werden. Die Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung umfaßt einen Schaltungs-Eingangsanschluß IN, der an das Gate des FET 11 erster Stufe angeschlossen ist, um mit dem elektrischen Eingangssignal versorgt zu werden, und einen Schaltungs-Ausgangsanschluß OUT, der mit der Drain des FET 12 zweiter Stufe gekoppelt ist, um das elektrische Ausgangssignal auszugeben. Die Drain des FET 11 erster Stufe ist an die Source des FET 12 zweiter Stufe gekoppelt. Somit sind die FETs 11 und 12 erster und zweiter Stufe in sogenannter Kaskodenverbindung wie im Stand der Technik bekannt gekoppelt.
Die Source des FET 11 erster Stufe ist an die Erde angeschlossen. Das Gate des FET 12 zweiter Stufe ist an Erde angeschlossen.
Die Vestärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung weist ferner auf: eine Schaltung 13 mit negativer Rückkopplung, die die Drain des FET 12 zweiter Stufe an das Gate des FET 11 erster Stufe koppelt, sowie eine zweite Schaltung 14 mit negativer Rückkopplung, die die Drain des FET 11 erster Stufe mit dem Gate des FET 11 erster Stufe koppelt. Die ersten und zweiten Schaltungen 13 und 14 mit negativer Rückkopplung weisen ferner jeweils erste und zweite Widerstände Rf1 und Rf2 auf.
In der Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung wie oben erwähnt kann eine Ausgangsimpedanz durch den ersten Widerstand Rf1 angepaßt werden. Eine Verstärkung kann angepaßt werden durch die ersten und zweiten Widerstände Rf1 und Rf2. Daher können, durch Anpassung der Verstärkung und der Ausgangsimpedanz mittels der Widerstände Rf1 und Rf2 die Vestärkung und die Ausgangsimpedanz unabhängig voneinander gesteuert werden.
Bezugnehmend auf 3 wird nun eine Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Ähnliche Teile sind mit ähnlichen Bezugszeichen versehen.
Die Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung dient zum Verstärken eines elektrischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal und umfaßt Bipolartransistoren 21 und 22 erster und zweiter Stufe als aktive Elemente anstelle der FETs 11 und 12 aus 2. Auf bekannte Weise weist jeder der Bipolartransistoren 21 und 22 erster und zweiter Stufe eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor auf, welche jeweils als Element-Steueranschluß, Element-Eingangsanschluß und Element-Ausgangsanschluß bezeichnet werden. Bei der Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung ist der Schaltungs-Eingangsanschluß IN mit der Basis des Bipolartransistors erster Stufe 21 verbunden und der Schaltungs-Ausgangsanschluß OUT mit dem Emitter des Bipolartransistors 22 zweiter Stufe verbunden. Der Kollektor des Bipolartransistors 21 erster Stufe ist mit dem Emitter des Bipolartransistors zweiter Stufe 22 verbunden. Somit sind die Bipolartransistoren 21 und 22 erster und zweiter Stufe in sogenannter Kaskodenverbindung wie bekannt verbunden.
Der Emitter des Bipolartransistors 21 erster Stufe ist mit Erde verbunden. Die Basis des Bipolartransistors 22 zweiter Stufe ist mit Erde verbunden.
Bei der Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung 13 ist der Kollektor des Bipolartransistors zweiter Stufe 22 mit der Basis des Bipolartransistors 21 erster Stufe verbunden. Die zweite Schaltung 14 mit negativer Rückkopplung koppelt den Kollektor des Bipolartransistors 21 erster Stufe mit der Basis des Bipolartransistors 21 erster Stufe. Die ersten und zweiten Widerstände Rf1 und Rf2 sind jeweils mit den ersten und zweiten Schaltungen 13 und 14 mit negativer Rückkopplung verbunden.
Bei der erwähnten Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung kann die Ausgangsimpedanz durch den ersten Widerstand Rf1 angepaßt werden. Die Verstärkung kann durch den ersten und zweiten Widerstand Rf1 und Rf2 angepaßt werden. Daher kann durch Anpassung der Verstärkung und der Ausgangsimpedanz durch die Widerstände Rf2 und Rf1 jeweils die Verstärkung und die Ausgangsimpedanz unabhängig gesteuert werden.
Es ist somit möglich, unabhängig voneinander die Verstärkung und die Ausgangsimpedanz zu steuern. Daher kann jede der beschriebenen Verstärkungsschaltungen mit negativer Rückkopplung die Verstärkung ohne Impedanz-Fehlanpassungen anpassen.
Jede der oben beschriebenen Verstärkungsschaltungen mit negativer Rückkopplung ist angepaßt zur Verwendung in einem Breitbandverstärker, wie er in einem CATV oder ähnlichem erforderlich ist, um mit der Erhöhung der Zahl der Kanäle fertigzuwerden.
Während diese Erfindung bisher in Verbindung mit einigen ihrer Ausführungsbeispiele beschreiben wurde, ist es für die Fachleute sofort erkennbar, dass diese Erfindung auf verschiedene andere Arten umgesetzt werden kann. So kann beispielsweise, obwohl die vorhergehende Beschreibung auf den Fall gerichtet ist, wo die beiden aktiven Elemente verwendet werden, verstanden werden, dass diese Erfindung auch anwendbar ist für den Fall, wo drei oder mehr aktive Elemente in Kaskodenverbindung auf bekannte Weise gekoppelt sind.

Claims

Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung, welche eine Frequenzbandbreite von 600 MHz bis 1 GHz aufweist, um ein elektrisches Eingangssignal in ein elektrisches Ausgangssignal zu verstärken, welcher eine Vielzahl von aktiven Elementen (11, 12) in Kaskodenverbindung aufweist, wobei die aktiven Elemente ein aktives Element (11) als erste Stufe und ein aktives Element (12) als Endstufe einschließen, von denen jedes einen Elementeingangsanschluss, einen Elementausgangsanschluss und einen Elementsteueranschluss aufweist, wobei der Elementsteueranschluss des Elements (11) als erste Stufe mit dem elektrischen Eingangssignal (IN) versorgt wird, wobei der Elementausgangsanschluss des Elements als Endstufe das elektrische Ausgangssignal (OUT) ausgibt, wobei ein erster negativer Rückkopplungsschaltkreis (13) den Elementausgangsanschluss des aktiven Endstufenelements (12) mit dem Steueranschluss des aktiven Elements erster Stufe (11) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung aufweist: – eine zweite negative Rückkopplungsschaltung (14), welche den Elementausgangsanschluss des aktiven Elements erster Stufe (11) und den Elementsteueranschluss des aktiven Elements erster Stufe (11) verbindet, – wobei die erste negative Rückkopplungsschaltung (13) einen ersten Widerstand zum Anpassen einer Ausgangsimpedanz aufweist und die zweite negative Rückkopplungsschaltung (14) einen zweiten Widerstand zum Anpassen einer Verstärkung in Zusammenarbeit mit dem ersten Widerstand aufweist.
Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung nach Anspruch 1, bei der die Vielzahl von aktiven Elementen (11, 12) FET's aufweist, wobei die FET's einen FET erster Stufe und einen FET als Endstufe aufweisen, von denen jeder eine Source, eine Drain und ein Gate umfasst, wobei das Gate des FET erster Stufe mit dem elektrischen Eingangssignal (IN) versorgt wird, die Drain des Endstufen-FET das elektrische Ausgangssignal (OUT) ausgibt und die erste negative Rückkopplungsschaltung (13) zwischen der Drain des Endstufen-FET und dem Gate des FET erster Stufe verbunden ist, und wobei die zweite negative Rückkopplungsschaltung zwischen der Drain des FET erster Stufe und dem Gate des FET erster Stufe verbunden ist.
Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung nach Anspruch 1, bei der die Vielzahl von aktiven Elementen (11, 12) Bipolartransistoren aufweist, wobei die Bipolartransistoren einen Bipolartransistor (21) erster Stufe und einen Endstufen-Bipolartransistor (22) aufweisen, von denen jeder einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis aufweist, des Endstufen-Bipolartransistors das elektrische Ausgangssignal ausgibt und eine erste negative Rückkopplungsschaltung zwischen dem Kollektor des Endstufen-Bipolartransistors und der Basis des Bipolartransistors erster Stufe verbunden ist, wobei die Verstärkungsschaltung mit negativer Rückkopplung eine zweite negative Rückkopplungsschaltung aufweist, die zwischen dem Kollektor des Bipolartransistors erster Stufe und der Basis des Bipolartransistors erster Stufe verbunden ist.