JP2002246855A

JP2002246855A - ローノイズアンプ回路

Info

Publication number: JP2002246855A
Application number: JP2001044862A
Authority: JP
Inventors: Sadao Igarashi; 貞男五十嵐; Koji Horie; 幸司堀江; Masahiro Takada; 雅弘高田
Original assignee: RF Chips Tech Inc
Current assignee: RF Chips Tech Inc
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2002-08-30
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: JP3664657B2

Abstract

(57)【要約】【課題】バルンを設けることなく、バルンを使用した
ときと同等またはそれ以上の性能を維持することができ
るローノイズアンプ回路を提供する。【解決手段】入力回路１４は、バルンを使用したとき
と同等またはそれ以上の性能で、前段の不平衡出力の回
路から、ＬＮＡ回路内の平衡入力の回路（ＲＦ回路１
６）へと入力信号を良好に伝送する。トランジスタＴ
３，Ｔ４は、その差動増幅器としての機能により、コレ
クタ端子側から、増幅された２つの信号を出力する。こ
れら増幅された２つの信号は、出力回路１５に平衡出力
され、出力回路１５の機能により合成されて、１つの出
力端子１２から出力される。出力回路１５が設けられて
いることで、バルンを使用したときと同等またはそれ以
上の性能で、平衡出力の回路（ＲＦ回路１６）からの位
相のずれた２つの信号を合成し、それを出力信号として
次段の不平衡入力の回路へと良好に伝送することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば無線ＬＡＮ
（ローカル・エリア・ネットワーク）や携帯電話などの
受信系回路部分に好適に利用可能なローノイズアンプ回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ローノイズアンプ（ＬＮＡ：
低雑音高周波増幅器）回路は、携帯電話などにおける受
信系回路部分に使用されている。ＬＮＡ回路は、高周波
信号を増幅するためのものであり、その回路特性とし
て、雑音指数や相互変調ひずみ特性が良いことなどが要
求される。ＬＮＡ回路は、回路素子を高周波領域で動作
させるため、低周波回路では無視できた浮遊容量や寄生
インダクタンスを考慮して回路設計を行う必要がある。
特に、ＬＮＡ回路をＩＣ（integrated circuit：集積回
路）化する場合には、ＩＣのパッケージを考慮する必要
がある。具体的には、ボンディングワイヤーやリード成
分などが寄生インダクタンスとなって回路に影響を与え
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、図１３（Ａ）に
示したように、前段が不平衡出力型の回路１１１であ
り、かつ次段が不平衡入力型の回路１１２であれば、そ
の間に配置されるＬＮＡ回路１１０は、入出力不平衡型
の回路で構成される。

【０００４】ここで、入出力不平衡型の回路としては、
増幅用のトランジスタ１つをエミッタ接地で使用する構
成（シングル回路）のものが考えられる。しかしなが
ら、ＬＮＡ回路をＩＣで設計する際に、その回路構成を
エミッタ接地のシングル回路とした場合、周波数が高く
なると通常の技術では、ＩＣのパッケージを考慮する
と、必要とするパワーゲインが得られなくなる場合があ
る。上述したように、ＩＣのパッケージを考慮すると、
ボンディングワイヤーやリード成分などが寄生インダク
タンスとなるためである。

【０００５】具体的には、例えば２．５GHz帯用のＬＮ
Ａ回路では、パワーゲインが１５dB必要とされる場合が
ある。そのパワーゲインを満たすようにＬＮＡ回路をエ
ミッタ接地のシングル回路で構成するためには、ＩＣの
パッケージの成分としてボンディングワイヤー成分とリ
ード成分とを考慮して設計する必要がある。このとき、
例えばパッケージのワイヤー成分とリード成分とのイン
ダクタンスが、合計４nHだったとする。回路としては、
エミッタ部に、パッケージのインダクタンスとして４nH
を追加することになるが、通常の技術では、最先端のシ
リコンゲルマニウムのトランジスタを使用したとしても
パワーゲインが不足する場合がある。

【０００６】そこで、入出力不平衡型のＬＮＡ回路とし
て、デファレンシャルアンプ（差動増幅器）を用いた構
成にすることが考えられる。この構成での従来の接地方
式としては、コレクタ接地＋ベース接地の形をとる。し
かしながら、この回路構成の場合、周波数が高くなると
通常の技術では、ＩＣのパッケージを考慮すると、ひず
み特性が悪くなり回路が不安定になる場合がある。

【０００７】具体的に、２．５GHz帯用のＬＮＡ回路を
入出力不平衡型の差動増幅器を用いて設計する場合につ
いて考える。差動増幅器の接地方式は、コレクタ接地＋
ベース接地の形とし、ＩＣのパッケージ成分としてワイ
ヤー成分とリード成分とを考慮して設計するものとす
る。このとき、例えばパッケージのワイヤー成分とリー
ド成分とのインダクタンスが、合計４nHだったとする。
通常の技術では、パッケージのインダクタンスが４nHあ
るとコレクタ部分とベース部分とが完全には接地されな
い状態となるので、回路が不安定になり発振する可能性
がある。また、ひずみ特性が悪くなり、ＬＮＡ回路に必
要なひずみ特性を満たさなくなる場合がある。

【０００８】このように、ＬＮＡ回路を入出力“不平
衡”型の回路構成にすると、必要とされる回路特性が得
られない場合があるので、前段が不平衡出力型の回路で
あり、かつ次段が不平衡入力型の回路であるにもかかわ
らず、ＬＮＡ回路を入出力“平衡”型の回路で構成する
場合がある。入出力平衡型のＬＮＡ回路は、差動増幅器
を用いた構成で実現できる。

【０００９】従来、ＬＮＡ回路を入出力平衡型の回路で
構成する場合、前段の不平衡出力型の回路と、次段の不
平衡入力型の回路との間のモード変換のために、平衡／
不平衡変換装置（Balance-to-unbalance transformer，
通称バルン(Balun))が使用されている。バルンを使用す
ることで、不平衡出力の回路から平衡入力の回路へと信
号を伝送することができる。具体的には、例えば、バン
ドパスフィルタから１本の伝送線路で平衡入力のＬＮＡ
回路に信号が伝送されてくるような場合は、バンドパス
フィルタとＬＮＡ回路との間にバルンを使用することで
問題なく信号を伝送することができる。また、バルンを
使用することで、平衡出力の回路からの位相のずれた２
つの信号を合成して不平衡入力の回路へと伝送すること
ができる。具体的には、例えば、平衡出力のＬＮＡ回路
から、２本の伝送線路で不平衡入力のバンドパスフィル
タに信号が伝送されてくるような場合は、ＬＮＡ回路と
バンドパスフィルタとの間にバルンを使用することで問
題なく信号を伝送することができる。

【００１０】図１３（Ｂ）は、入出力平衡型のＬＮＡ回
路とバルンとを組み合わせた回路構成の例である。この
例では、前段の不平衡出力型の回路１２１と、次段の不
平衡入力型の回路１２４とを、それぞれバルン１２２，
１２３を介して、入出力平衡型のＬＮＡ回路１２０に接
続している。

【００１１】図１４は、入出力平衡型のＬＮＡ回路のよ
り詳細な回路構成を示している。この図に示したＬＮＡ
回路１００は、２．５GHz帯用のものであり、入出力平
衡型の差動増幅器を用いた回路構成となっている。この
ＬＮＡ回路１００には、入出力段に２つのバルンＢ１，
Ｂ２が接続された構成となっている。バルンＢ１は、１
次巻線１０１Ａと２次巻線１０１Ｂとが電磁誘導結合さ
れて構成されている。バルンＢ１において、１次巻線１
０１Ａの一端は入力端子１０１に接続され、他端は接地
されている。２次巻線１０１Ｂの両端は、ＬＮＡ回路１
００の入力段に接続されている。バルンＢ２も同様に、
１次巻線１０２Ａと２次巻線１０２Ｂとが電磁誘導結合
されて構成されている。バルンＢ２において、２次巻線
１０２Ｂの一端は出力端子１０２に接続され、他端は接
地されている。１次巻線１０２Ａの両端は、ＬＮＡ回路
１００の出力段に接続されている。

【００１２】ＬＮＡ回路１００は、差動増幅器を形成す
る一対のトランジスタＴ１１，Ｔ１２と、これらのトラ
ンジスタＴ１１，Ｔ１２にバイアス電圧を印加するため
のバイアス回路１０３とを備えている。このＬＮＡ回路
１００は、また、バイアス抵抗Ｒ１，Ｒ２と、コイルＬ
１１，１２とを備えている。コイルＬ１１，Ｌ１２は、
電源電圧Vccからの給電用として記述している。

【００１３】トランジスタＴ１１，Ｔ１２のエミッタ端
子は、共通接地されている。トランジスタＴ１１，Ｔ１
２のベース端子は、バルンＢ１の２次巻線１０１Ｂに平
衡接続されている。トランジスタＴ１１，Ｔ１２のコレ
クタ端子は、コイルＬ１１，１２に接続されている。ト
ランジスタＴ１１，Ｔ１２のコレクタ端子とコイルＬ１
１，１２との間の信号経路には、バルンＢ２の１次巻線
１０２Ａが接続されている。バイアス抵抗Ｒ１，Ｒ２
は、一端が、トランジスタＴ１１，Ｔ１２のベース端子
とバルンＢ１との間の信号経路に接続され、他端が、バ
イアス回路１０３に接続されている。

【００１４】以上のように構成された回路では、バルン
Ｂ１を使用していることで、前段の不平衡出力の回路か
ら、平衡入力のＬＮＡ回路１００へと入力信号を伝送す
ることができる。このとき、１つの入力端子１０１から
の入力信号は、バルンＢ１の機能により、位相が１８０
°ずれた２つの信号に変換される。これら２つの信号
が、それぞれトランジスタＴ１１，Ｔ１２のベース端子
側に伝達される。トランジスタＴ１１，Ｔ１２は、その
差動増幅器としての機能により、コレクタ端子側から、
増幅された２つの信号を出力する。これら増幅された２
つの信号は、バルンＢ２に平衡出力され、バルンＢ２の
機能により合成されて、１つの出力端子１０２から出力
される。このように、バルンＢ２を使用することで、平
衡出力された２つの信号を合成し、それを出力信号とし
て次段の不平衡入力の回路へと伝達することができる。

【００１５】ところで、最近の入出力不平衡型のＬＮＡ
回路には、バイパス機能を備えているものがある。この
場合、バイパス機能を使用するか否かのモードを切り替
えるバイパス・スイッチが回路内に存在する。ＬＮＡ回
路は、信号を増幅するためのものであるが、入力信号の
レベルが十分に大きいときには、信号を増幅する必要が
ない。バイパス機能は、レベルの大きい信号が入力され
たときに、その信号を増幅せずにＬＮＡ回路内でバイパ
ス（迂回）させるためのものである。バイパス機能を備
えたＬＮＡ回路では、入力信号が小さいときには、増幅
用のトランジスタに電流を流して信号を増幅させる。こ
のときバイパス・スイッチはオフとなり、バイパス機能
は使用されない。このモードを“バイパスオフ”とい
う。逆に、入力信号が十分に大きいときには、増幅用の
トランジスタに電流を流さないで信号を増幅させないよ
うにする。すなわち、バイパス・スイッチをオンにし、
信号をバイパス・スイッチが設けられたバイパス経路で
増幅作用なしに通過させる。このモードを“バイパスオ
ン”という。入出力不平衡型のＬＮＡ回路では、出力先
は１つの信号経路のみであるから、バイパス機能を備え
付けるためには必要とされるバイパス・スイッチの数は
通常１つのみである。

【００１６】一方、最近では入出力平衡型のＬＮＡ回路
においてもバイパス機能を備え付ける必要があると考え
られている。しかしながら、入出力平衡型の回路でバイ
パス機能を備え付けるには、出力経路が２つであるか
ら、通常２つのバイパス・スイッチが必要となる。具体
的には、例えば、図１４に示したように、トランジスタ
Ｔ１１，Ｔ１２の各信号経路に対してそれぞれバイパス
・スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２を設ける必要がある。

【００１７】以上のことから、従来のＬＮＡ回路の問題
点についてまとめると、以下のとおりである。まず、差
動増幅器を用いて入出力不平衡型のＬＮＡ回路を構成し
た場合には、以下の問題点がある。ＩＣのパッケージを
考慮すると、ベース部分とコレクタ部分とが完全に接地
されない場合があるため、 (i)ＬＮＡ回路の安定度が悪くなり発振する可能性があ
る。 (ii)ひずみ特性が悪くなり、ＬＮＡ回路に要求されるひ
ずみ特性を満たさなくなるおそれがある。

【００１８】一方、差動増幅器を用いた入出力平衡型の
ＬＮＡ回路とバルンとを組み合わせた構成では、上述の
入出力不平衡型のＬＮＡ回路の問題点は少ないものの、
以下の問題点がある。 (i)入出力不平衡型の回路に比べてバルン２個分の費用
が余分にかかる。 (ii)バルン２個分の設置スペースが必要となり、製品全
体の小型化がその分だけ実現できない。 (iii)高周波ではバルンによるエネルギー損失が生じて
くる。 (iv)仮にバイパス機能を備え付けた場合、ＬＮＡ回路内
にバイパス・スイッチが２個必要となり、それを設ける
ための回路スペースが必要となると共に、その分のコス
トが必要とされる。

【００１９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、バルンを設けることなく、バルンを
使用したときと同等またはそれ以上の性能を維持するこ
とができるローノイズアンプ回路を提供することにあ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明によるローノイズ
アンプ回路は、一対のトランジスタを含んで構成された
差動増幅器を備えたローノイズアンプ回路であって、不
平衡状態で入力された信号を、一対のトランジスタのそ
れぞれのベース端子に平衡状態の信号に位相変換して出
力する機能を有すると共に、少なくともコイルとキャパ
シタとを含む複数の個別部品が、その回路定数が同一と
なるように対称的に配置されて構成された入力回路と、
一対のトランジスタのそれぞれのコレクタ端子から平衡
状態で出力された信号を、不平衡状態の信号に位相変換
して出力する機能を有すると共に、少なくともコイルと
キャパシタとを含む複数の個別部品が、その回路定数が
同一となるように対称的に配置されて構成された出力回
路との少なくとも一方を備えたものである。

【００２１】ここで、本発明によるローノイズアンプ回
路における入力回路および出力回路の個別部品は、例え
ばＩＣのパッケージ成分（ワイヤー成分やリード成分）
で構成されるものである。

【００２２】本発明によるローノイズアンプ回路では、
入力回路を備えた構成にした場合には、不平衡入力され
た信号が、バルンを使用したときと同等に、一対のトラ
ンジスタのそれぞれのベース端子に平衡状態で出力され
る。このとき、入力回路の各回路要素が、その回路定数
が同一となるように対称的に配置されていることによ
り、バルンと同等の位相変換機能が実現されると共に、
妨害信号が進入したときには、その妨害信号が打ち消さ
れて削減される。

【００２３】また、本発明によるローノイズアンプ回路
では、出力回路を備えた構成にした場合には、平衡入力
された信号が、バルンを使用したときと同等に、不平衡
状態で出力される。このとき、出力回路の各回路要素
が、その回路定数が同一となるように対称的に配置され
ていることにより、バルンと同等の位相変換機能が実現
される。

【００２４】本発明によるローノイズアンプ回路は、入
力回路と出力回路との双方を備えた構成にした場合に
は、全体として入出力不平衡型の回路となる。このと
き、本発明によるローノイズアンプ回路では、入出力不
平衡型の回路であるにもかかわらず、その性能は、入出
力平衡型のＬＮＡ回路とバルンとを組み合わせた回路に
比べて同等またはそれ以上の性能が実現される。

【００２５】なお、本発明によるローノイズアンプ回路
は、差動増幅器に対する信号経路を信号レベルに応じて
切り替えるためのバイパス・スイッチが１つ設けられて
構成されていても良い。このバイパス・スイッチは、例
えば、入力信号のレベルが十分に大きいときには、その
信号が差動増幅器によって増幅作用を受けないように迂
回させるように作用する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２７】まず、図２を参照して、本発明の一実施の
形態に係るＬＮＡ回路が利用される受信回路の例につい
て説明する。図２に示した受信回路１は、例えば携帯電
話などの受信系回路部分に使用されるものであり、信号
の入力側から順に、アンテナ２と、フィルタ３と、ＬＮ
Ａ回路４と、フィルタ５と、ミキサ（周波数混合器）６
と、局部発振器７とを備えている。フィルタ３は、平衡
出力型の回路であり、１本の伝送線路でＬＮＡ回路４に
接続されている。フィルタ５は、平衡入力型の回路であ
り、１本の伝送線路でＬＮＡ回路４に接続されている。

【００２８】アンテナ２は、電磁波信号（電波）を受信
すると、それを電気的なＲＦ（Radio Frequency：高周
波）信号に変換して出力する機能を有している。フィル
タ３，５は、例えばバンドパスフィルタで構成され、不
要な信号成分を除去する機能を有している。ＬＮＡ回路
４は、ＲＦ信号を増幅して出力する機能を有している。
ミキサ６は、周波数変換を行うものであり、ＲＦ信号を
局部発振器７からの局部発振信号と混合してＩＦ（Inte
rmediate Frequency：中間周波数）信号に変換する機能
を有している。

【００２９】次に、図１の回路図を参照して、本実施の
形態の特徴部分であるＬＮＡ回路４の構成について詳細
に説明する。図１に示したＬＮＡ回路４は、２．５GHz
帯用に設計されたものであり、全体として入出力不平衡
型の回路構成となっている。また、このＬＮＡ回路４
は、信号のバイパス機能を有している。

【００３０】このＬＮＡ回路４は、信号の増幅機能を有
するＲＦ回路１６と、このＲＦ回路１６の入力側に配置
された入力回路１４と、ＲＦ回路１６の出力側に配置さ
れた出力回路１５とを備えている。このＬＮＡ回路４
は、また、ＲＦ回路１６にバイアス電圧を印加するため
のバイアス回路１３を備えている。ＲＦ回路１６は、差
動増幅器を形成する一対の増幅用トランジスタＴ３，Ｔ
４を有し、入出力平衡型の構成となっている。入力回路
１４は、平衡出力の回路（図１のフィルタ３）から平衡
入力の回路（ＲＦ回路１６）へと信号を伝送する機能を
有している。出力回路１５は、平衡出力の回路（ＲＦ回
路１６）から不平衡入力の回路（図１のフィルタ５）へ
と信号を伝送する機能を有している。

【００３１】ＬＮＡ回路４の各部の構成について説明す
ると、まず、バイアス回路１３は、トランジスタＴ１，
Ｔ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、キャパシタＣ
５と、スイッチＳＷ１とを有している。

【００３２】バイアス回路１３のトランジスタＴ２とＲ
Ｆ回路１６のトランジスタＴ３とは、互いのベース端子
同士が抵抗Ｒ３を介して接続され、カレントミラー回路
を構成している。同様に、トランジスタＴ２とＲＦ回路
１６のトランジスタＴ４も、互いのベース端子同士が抵
抗Ｒ４を介して接続され、カレントミラー回路を構成し
ている。トランジスタＴ１は、バイアス電流誤差を小さ
くするために使用されている。抵抗Ｒ１の一端は、ＲＦ
回路１６にある電源電圧Vccに接続され、他端は、スイ
ッチＳＷ１に接続されている。この抵抗Ｒ１は、トラン
ジスタＴ２のコレクタ電流の調整用に設けられている。
抵抗Ｒ１を調整することで、トランジスタＴ２のコレク
タ電流が決定される。ＲＦ回路１６のトランジスタＴ
３，Ｔ４は、それぞれトランジスタＴ２とカレントミラ
ー回路を構成しているので、トランジスタＴ２のコレク
タ電流が決定されることで、トランジスタＴ３，Ｔ４の
コレクタ電流も決定される。

【００３３】抵抗Ｒ２は、一端がトランジスタＴ２のエ
ミッタ端子に接続され、他端が接地されている。この抵
抗Ｒ２は、トランジスタＴ２，Ｔ３およびトランジスタ
Ｔ２，Ｔ４のトランジスタ対をそれぞれカレントミラー
の構成にするための調整用に設けられている。抵抗Ｒ
３，Ｒ４は、バイアス抵抗である。スイッチＳＷ１は、
一端が抵抗Ｒ１に接続され、他端がトランジスタＴ２の
コレクタ端子に接続されている。このスイッチＳＷ１
は、本ＬＮＡ回路４において、バイパス機能をオフ（バ
イパスオフ）にするときにはオンの状態となりオン抵抗
は小、バイパス機能をオン（バイパスオン）にするとき
にオフの状態となりオン抵抗は大、となるように使用さ
れる。スイッチＳＷ１は、例えばCMOSにより構成されて
いる。キャパシタＣ５は、２．５GHz帯がショートとな
るように使用している。キャパシタＣ５のキャパシタン
ス（容量）は、例えば３pFである。

【００３４】次に、ＲＦ回路１６の構成について説明す
る。ＲＦ回路１６は、トランジスタＴ３，Ｔ４と、抵抗
Ｒ５と、キャパシタＣ６，Ｃ９と、コイルＬ４，Ｌ５，
Ｌ９と、バイパス・スイッチＳＷ１とを有している。

【００３５】トランジスタＴ３，Ｔ４のエミッタ端子
は、コイルＬ４，Ｌ５を介して互いに接続されている。
トランジスタＴ３，Ｔ４のベース端子は、入力回路１４
の出力端子に平衡接続されている。トランジスタＴ３，
Ｔ４のコレクタ端子は、出力回路１５の入力端子に平衡
接続されている。トランジスタＴ３のベース端子には、
入力回路１４からの信号が伝送される。トランジスタＴ
３は、その増幅機能により、コレクタ端子側から、増幅
した信号を出力するようになっている。また、トランジ
スタＴ３のエミッタ端子からの信号は、コイルＬ４，Ｌ
５を介してトランジスタＴ４のエミッタ端子に入力され
る。トランジスタＴ４にも同様に、入力回路１４からの
信号が伝送され、その増幅機能により、コレクタ端子側
から、増幅した信号を出力するようになっている。な
お、トランジスタＴ３，Ｔ４のベース端子には、それぞ
れ逆位相の信号が入力される。また、トランジスタＴ
３，Ｔ４は、互いに異なる位相の信号をコレクタ端子側
から出力するようになっている。トランジスタＴ３，Ｔ
４からの出力信号は、出力回路１５に伝送されるように
なっている。

【００３６】コイルＬ４，Ｌ５は、ノイズマッチング用
の素子として設けられている。コイルＬ４，Ｌ５は、そ
れぞれ同じ回路定数（例えば１nH）のもので構成されて
いる。抵抗Ｒ５は、一端がコイルＬ４とコイルＬ５との
間の信号経路に接続され、他端がバイアス回路１３に接
続されている。この抵抗Ｒ５は、トランジスタＴ３，Ｔ
４のコレクタ−エミッタ間電圧Vceを制御するために設
けられている。抵抗Ｒ５の抵抗値は、例えば１１０Ωで
ある。キャパシタＣ６は、ＤＣ（直流成分）カット用に
設けられている。キャパシタＣ６のキャパシタンスは、
例えば１．８pFとなっている。

【００３７】バイパス・スイッチＳＷ２は、トランジス
タＴ３のベース端子と、トランジスタＴ４のコレクタ端
子とを結ぶ信号経路中に設けられている。バイパス・ス
イッチＳＷ２とトランジスタＴ３のベース端子との間に
は、キャパシタＣ６が直列接続されている。キャパシタ
Ｃ６は、ＤＣ（直流成分）カット用に設けられている。
キャパシタＣ６のキャパシタンスは、例えば１．８pFと
なっている。バイパス・スイッチＳＷ２は、バイパス機
能を使用するか否かのモードを切り替えるためのもので
ある。バイパス・スイッチＳＷ２は、バイパスオフのと
きはスイッチオフの状態となりオン抵抗は大、バイパス
オンのときはスイッチオンの状態となりオン抵抗は小、
となるように使用される。バイパス・スイッチＳＷ２
は、例えばCMOSにより構成されている。

【００３８】コイルＬ９は、トランジスタＴ３，Ｔ４へ
の給電用として使用されており、２．５GHz帯でオープ
ンとなるように設定されている。コイルＬ９のインダク
タンスは、例えば１００nHである。キャパシタＣ７は、
バイパス用に設けられている。キャパシタＣ７のキャパ
シタンスは、例えば１０００pFである。電源電圧Vcc
は、バイアス回路１３およびトランジスタＴ３，Ｔ４の
電源である。

【００３９】次に、入力回路１４の構成について説明す
る。入力回路１４は、すべてディスクリート部品（個別
部品）で構成されている。この入力回路１４は、図３に
も示したように、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４
と、コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３とを有している。キャパシ
タＣ１、コイルＬ２およびキャパシタＣ３は、入力回路
１４の入力端子１１とトランジスタＴ３のベース端子と
の間の信号経路中に、この順番で直列的に配置されてい
る。キャパシタＣ２、コイルＬ３およびキャパシタＣ４
は、入力側に設けられたグランド端子とトランジスタＴ
４のベース端子との間の信号経路中に、この順番で直列
的に配置されている。コイルＬ１は、一端がキャパシタ
Ｃ１とコイルＬ２との間の信号経路に接続され、他端が
キャパシタＣ２とコイルＬ３との間の信号経路に接続さ
れている。

【００４０】キャパシタＣ１、コイルＬ２、キャパシタ
Ｃ３およびコイルＬ１（の半分）は、全体でマッチング
回路を構成している。同様に、キャパシタＣ２、コイル
Ｌ３、キャパシタＣ４およびコイルＬ１（の半分）も、
全体でマッチング回路を構成している。これらマッチン
グ回路は、各回路要素の配置位置および回路定数が互い
に対称的になるように構成されている。

【００４１】キャパシタＣ３，Ｃ４は、ＤＣカット用に
設けられたものであり、それぞれ同じ回路定数（例えば
２pF）のものを使用している。これらキャパシタＣ３，
Ｃ４は、入力のインピーダンスマッチング用の素子でも
ある。コイルＬ２，Ｌ３は、それぞれ同じ回路定数（例
えば４nH）のものを使用している。これらコイルＬ２，
Ｌ３は、ＩＣのパッケージのワイヤー成分、リード成分
および配線パターンの一部である。コイルＬ１は、入力
のインピーダンスマッチング用の素子であると共に、ノ
イズマッチング用の素子でもある。コイルＬ１のインダ
クタンスは、例えば９．５nHに設定されている。キャパ
シタＣ１，Ｃ２は、それぞれ同じ回路定数（例えば３p
F）のものを使用している。キャパシタＣ１，Ｃ２は、
入力のインピーダンスマッチング用の素子であると共
に、ノイズマッチング用の素子でもある。

【００４２】入力回路１４における各回路要素の定数を
左右対称的にしているのは、位相変換機能を持たせ、バ
ルンと同等の機能を持たせるためであると共に、妨害信
号が進入したときにその妨害信号を打ち消すためでもあ
る。

【００４３】次に、出力回路１５の構成について説明す
る。出力回路１５は、すべて個別部品で構成されてい
る。この出力回路１５は、図４にも示したように、キャ
パシタＣ８，Ｃ９と、コイルＬ６，Ｌ７，Ｌ８とを有し
ている。コイルＬ７およびキャパシタＣ９は、トランジ
スタＴ４のコレクタ端子と出力回路１５の出力端子１２
との間の信号経路中に、この順番で直列的に配置されて
いる。コイルＬ６およびキャパシタＣ８は、トランジス
タＴ４のコレクタ端子と出力側に設けられたグランド端
子との間の信号経路中に、この順番で直列的に配置され
ている。コイルＬ８は、一端がキャパシタＣ９とコイル
Ｌ７との間の信号経路に接続され、他端がキャパシタＣ
８とコイルＬ６との間の信号経路に接続されている。

【００４４】キャパシタＣ８、コイルＬ６およびコイル
Ｌ８（の半分）は、全体でマッチング回路を構成してい
る。同様に、キャパシタＣ９、コイルＬ７およびコイル
Ｌ８（の半分）も、全体でマッチング回路を構成してい
る。これらマッチング回路は、各回路要素の配置位置お
よび回路定数が互いに対称的になるように構成されてい
る。

【００４５】コイルＬ６，Ｌ７は、それぞれ同じ回路定
数（例えば４nH）のもので構成されている。これらコイ
ルＬ６，Ｌ７は、ＩＣのパッケージのワイヤー成分、リ
ード成分および配線パターンの一部である。コイルＬ８
は、出力のインピーダンスマッチング用の素子である。
コイルＬ８のインダクタンスは、例えば９nHに設定され
ている。キャパシタＣ８，Ｃ９は、それぞれ同じ回路定
数（例えば０．８pF）のもので構成されている。キャパ
シタＣ８，Ｃ９は、出力のインピーダンスマッチング用
の素子である。

【００４６】出力回路１５における各回路要素の定数を
左右対称的にしているのは、位相変換機能を持たせ、バ
ルンと同等の機能を持たせるためである。

【００４７】次に、上述した構成の受信回路１およびＬ
ＮＡ回路４の作用、動作について説明する。

【００４８】まず、受信回路１（図１）の全体的な動作
について説明する。アンテナ２は、電磁波信号（電波）
を受信すると、それを電気的なＲＦ信号に変換して出力
する。フィルタ３は、アンテナ２からのＲＦ信号に含ま
れる不要な信号成分を除去する。フィルタ３は、１本の
伝送線路でＬＮＡ回路４にＲＦ信号を出力する。ＬＮＡ
回路４は、フィルタ３を介して入力されたＲＦ信号を増
幅して１本の伝送線路で出力する。フィルタ５は、ＬＮ
Ａ回路４からのＲＦ信号に含まれる不要な信号成分を除
去する。ミキサ６は、フィルタ５を介して入力されたＲ
Ｆ信号を局部発振器７からの局部発振信号と混合してＩ
Ｆ信号に変換して出力する。ミキサ６から出力されたＩ
Ｆ信号は、例えば、図示しないＩＦ増幅器によりさらに
増幅され、モデムなどに入力されて復調処理を受ける。

【００４９】次に、ＬＮＡ回路４の作用、動作について
説明する。このＬＮＡ回路４では、不平衡状態で入力さ
れた信号が、入力回路１４の機能により、一対のトラン
ジスタＴ３，Ｔ４のそれぞれのベース端子に平衡状態の
信号に位相変換されて出力される。入力回路１４が設け
られていることで、バルンを使用したときと同等または
それ以上の性能で、前段の不平衡出力の回路（図１のフ
ィルタ３）から、平衡入力の回路（ＲＦ回路１６）へと
入力信号を良好に伝送することができる。このとき、入
力信号は、入力回路１４の機能により、位相が１８０°
ずれた２つの信号に変換される。これら２つの信号が、
それぞれトランジスタＴ３，Ｔ４のベース端子側に伝達
される。トランジスタＴ３，Ｔ４は、その差動増幅器と
しての機能により、コレクタ端子側から、増幅された２
つの信号を出力する。これら増幅された２つの信号は、
出力回路１５に平衡出力され、出力回路１５の機能によ
り合成されて、１つの出力端子１２から出力される。こ
のように出力回路１５は、トランジスタＴ３，Ｔ４のそ
れぞれのコレクタ端子から平衡状態で出力された信号
を、不平衡状態の信号に位相変換して出力する。出力回
路１５が設けられていることで、バルンを使用したとき
と同等またはそれ以上の性能で、平衡出力の回路（ＲＦ
回路１６）からの位相のずれた２つの信号を合成し、そ
れを出力信号として次段の不平衡入力の回路（図１のフ
ィルタ５）へと良好に伝送することができる。

【００５０】本ＬＮＡ回路４では、バイパス・スイッチ
ＳＷ２により、差動増幅器に対する信号経路が信号レベ
ルに応じて切り替えられる。レベルの小さい信号が入力
されたときには、バイパス・スイッチＳＷ２をオフ（バ
イアス回路１３のスイッチＳＷ１はオン）にして、トラ
ンジスタＴ３，Ｔ４の差動増幅器としての機能により、
信号が増幅される。一方、レベルの大きい信号が入力さ
れたときには、バイパス・スイッチＳＷ２をオン（スイ
ッチＳＷ１はオフ）にして、トランジスタＴ３，Ｔ４の
増幅作用が行われないように信号経路をバイパスさせ
る。このように、本ＬＮＡ回路４では、全体が不平衡入
出力型の回路構成となっているので、差動増幅器側には
１つのバイパス・スイッチＳＷ２を設けるだけで、バイ
パス機能が実現される。

【００５１】図９は、入力回路１４（図３）の回路特性
をシミュレーションした結果を示している。図９におい
て、横軸は周波数（GHz）を、縦軸はパワーゲイン（d
B）を示している。図９では、入力回路１４における共
通入力端子Ｐ１から第１の出力端子Ｐ２へと伝送される
信号Ｓ₂₁の特性を実線で示し、共通入力端子Ｐ１から第
２の出力端子Ｐ３へと伝送される信号Ｓ₃₁の特性を破線
で示している。図中、「●」，「×」で示した点は、こ
れらの特性を得るために用いたサンプル点である。この
図から、入力回路１４では、信号Ｓ₂₁と信号Ｓ₃₁とのパ
ワーゲインの差は、２．５GHz帯付近において、約１５d
Bあり、共通入力端子Ｐ１から入力された信号のほとん
どが第１の出力端子Ｐ２側に伝送されていることが分か
る。

【００５２】図１０は、出力回路１５（図４）の回路特
性をシミュレーションした結果を示している。図１０に
おいて、横軸は周波数（GHz）を、縦軸は位相（deg）を
示している。図１０では、出力回路１５における第１の
入力端子Ｐ４から共通出力端子Ｐ６へと伝送される信号
Ｓ₆₄の特性を実線で示し、第２の入力端子Ｐ５から共通
出力端子Ｐ６へと伝送される信号Ｓ₆₅の特性を破線で示
している。図中、「●」，「×」で示した点は、これら
の特性を得るために用いたサンプル点である。この図か
ら、出力回路１５では、２．５GHz帯付近において、信
号Ｓ₆₄の位相は−８０°であり、信号Ｓ₆₅の位相は＋５
０°である。よって、信号Ｓ₆₄と信号Ｓ ₆₅との位相差は
約１３０°となっていることが分かる。

【００５３】図１１は、トランジスタＴ３，Ｔ４のコレ
クタ端子と出力回路１５との間の点ａ１，ａ２（図１参
照）における電圧波形をシミュレーションした結果を示
している。図１１において、横軸は時間（nsec）を、縦
軸は電圧値（Ｖ）を示している。図１１では、点ａ１で
の電圧波形を破線で示し、点ａ２での電圧波形を実線で
示している。なお、図中、「●」，「×」で示した点
は、各電圧波形を得るために用いたサンプル点である。
この図から、本ＬＮＡ回路４では、点ａ１での電圧の位
相が点ａ２よりも１６０°進んでいることが分かる。

【００５４】図１０および図１１の結果から、本ＬＮＡ
回路４では、トランジスタＴ３，Ｔ４のコレクタ端子側
から出力された２つの出力信号が、出力回路１５を通過
して合成され、出力端子１２から出力されるときには、
約３０°の位相差（１６０°―１３０°）となることが
分かる。ここで、仮に、大きさが等しくて位相差が０°
の信号が合成された場合と、大きさが等しくて位相差が
３０°の信号が合成された場合とについて計算してみる
と、位相差が０°の場合は、パワー換算で約６.０dBの
増加、位相差が３０°の場合は、パワー換算で約５.７d
Bの増加となる。よって、本ＬＮＡ回路４では、位相差
が０°の場合と比較して、０.３dBのロスを生じたこと
になるが、これは実用上なんら問題ないロスレベルであ
り、本ＬＮＡ回路４が優れた信号特性を有したものであ
ることが分かる。

【００５５】次に、本ＬＮＡ回路４に対する比較例とし
て、出力端子１２側の構成を種々変更した場合の回路特
性について考察する。

【００５６】図５は、本ＬＮＡ回路４における信号出力
段の回路構成を簡略化して示したものである。ここで
は、出力端子１２として５０Ωの端子を用いている。一
方、図６〜図８は、図５の回路構成に対する第１〜第３
の比較例を示している。まず、図６に示した回路は、図
５の回路構成に対して、出力回路１５の後段にバルン２
０を追加したものである。次に、図７に示した回路は、
図５の回路構成に対して、出力端子１２とグランド端子
とを逆の位置に設けたものである。次に、図８は、出力
回路１５の２つの出力端に、等価的に２５Ωの抵抗とな
る端子を設け、そのうちの片側の端子を出力端子１２と
して信号を取りだすようにしたものである。

【００５７】図１２は、図５〜図８に示した各回路構成
におけるそれぞれの出力端子からの出力電圧波形（ＬＮ
Ａ回路全体での信号出力特性）をシミュレーションした
結果を示している。図１２において、横軸は時間（nse
c）を、縦軸は電圧値（mV）を示している。図中、図５
〜図８の回路構成によって得られた電圧波形を、それぞ
れ〜の符号を付して示す。なお、図中、「●」，
「×」などで示した点は、各電圧波形を得るために用い
たサンプル点である。この図から、本ＬＮＡ回路４（図
５，）に対して、バルン２０を追加した回路（図６，
）および出力端子１２とグランド端子とを逆にした回
路（図７，）の電圧振幅の大きさは、ほぼ一致してい
ることが分かる。一方、２５Ωの端子を追加した回路
（図８，）の電圧振幅は、本ＬＮＡ回路４での電圧振
幅の半分である。以上のことから、本ＬＮＡ回路４で
は、バルンを使用していないにも関わらず、バルンを使
用したときと同等の優れた信号特性が得られていること
が分かる。

【００５８】以上説明したように、本ＬＮＡ回路４で
は、トランジスタＴ３，Ｔ４からの出力信号が出力回路
１５により位相変換がかかることにより、結果として出
力段にバルンを使用したときと同等の効果が得られる。
また、入力回路１４における各回路要素の定数を左右対
称的にしているので、回路に入力される妨害信号を削減
できる。また、本ＬＮＡ回路４は、全体として入出力不
平衡型の回路であるにもかかわらず、トランジスタＴ
３，Ｔ４が、バルンを使用した入出力平衡型のＬＮＡ回
路（図１３（Ｂ）、図１４参照）の場合と実質的に同じ
動作をする。また、入出力不平衡型の回路であるにもか
かわらず、グランド端子に直結するトランジスタＴ３，
Ｔ４の端子が存在しない。また、本ＬＮＡ回路４は、入
出力不平衡型の回路であるために、トランジスタＴ３，
Ｔ４側に設けるバイパス・スイッチが１個のみでバイパ
ス機能を実現できる。

【００５９】このように、本ＬＮＡ回路４によれば、バ
ルンを使用していないにも関わらず、バルンを使用した
ときと同等の優れた信号特性を得ることができるので、
従来の回路（図１３（Ｂ））に比べて、バルン２個分の
費用を削減することができる。また、バルン２個分の設
置スペースを設ける必要が無くなり、製品の小型化が実
現できる。さらに、バルンを使用していないので、バル
ンを使用した場合に生じる高周波でのエネルギー損失を
除去できる。また、従来の入出力不平衡型のＬＮＡ回路
では、ＩＣのパッケージの影響でＬＮＡ回路が不安定に
なる問題があったが、本ＬＮＡ回路４によれば、この問
題が解決され、回路の安定化を図ることができる。さら
に、従来の入出力不平衡型のＬＮＡ回路では、ＩＣのパ
ッケージの影響で、ひずみ特性が悪化する問題があった
が、本ＬＮＡ回路４によれば、この問題が解決され、ひ
ずみ特性が改善される。

【００６０】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施の
形態では、回路の入力段と出力段の双方に、バルンと同
等の機能を備えた回路（入力回路１４および出力回路１
５）を設けた構成について説明したが、本発明のＬＮＡ
回路は、この回路を入力段と出力段のいずれか一方にの
み設けた構成であっても良い。例えば、入力回路１４の
みを設け、出力回路１５を省いた構成にしても良い。こ
の場合は、ＬＮＡ回路全体としては、入力が不平衡に行
われ、出力は平衡に行われる。なお、この場合は、出力
段にインピーダンスマッチング用の回路を設けることが
好ましい。入力回路１４を省いた構成にする場合も同様
である。また、入力回路１４と出力回路１５とのいずれ
か一方をバルンに置き換えた構成にして、バルンを含め
た全体で入出力不平衡型の回路の構成にしても良い。

【００６１】また、本発明のＬＮＡ回路は、図２に示し
た構成の受信回路１に限定されず、高周波信号を増幅す
る必要のある機器に広く適用可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし３
のいずれか１項に記載のローノイズアンプ回路によれ
ば、少なくともコイルとキャパシタとを含む複数の個別
部品によって、バルンと同等の機能を備えた入力回路お
よび出力回路を構成し、その入力回路または出力回路の
少なくとも一方を備えるようにしたので、バルンを設け
ることなく、バルンを使用したときと同等またはそれ以
上の性能を維持することができる。

【００６３】特に、請求項３記載のローノイズアンプ回
路によれば、請求項１または２記載のローノイズアンプ
回路において、差動増幅器に対する信号経路を信号レベ
ルに応じて切り替えるためのバイパス・スイッチを１つ
設けるようにしたので、例えば、入力信号のレベルが十
分に大きいときに、その信号が差動増幅器によって増幅
作用を受けないように迂回させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るＬＮＡ回路の詳細
な構成を示す回路図である。

【図２】図１に示したＬＮＡ回路が適用される受信回路
の概要を示すブロック図である。

【図３】図１に示したＬＮＡ回路における入力回路の構
成を示す回路図である。

【図４】図１に示したＬＮＡ回路における出力回路の構
成を示す回路図である。

【図５】図１に示したＬＮＡ回路における信号出力段の
回路構成を簡略化して示した回路図である。

【図６】図５に示した回路構成に対する第１の比較例を
示すものであり、出力回路の後段にバルンを追加した場
合の構成を示す回路図である。

【図７】図５に示した回路構成に対する第２の比較例を
示すものであり、出力端子とグランド端子とを逆の位置
に設けた場合の構成を示す回路図である。

【図８】図５に示した回路構成に対する第３の比較例を
示すものであり、出力回路の２つの出力端に、等価的に
２５Ωの抵抗となる端子を設けた場合の構成を示す回路
図である。

【図９】図３に示した入力回路の回路特性をシミュレー
ションした結果を示す特性図である。

【図１０】図４に示した出力回路の回路特性をシミュレ
ーションした結果を示す特性図である。

【図１１】図１に示したＬＮＡ回路における増幅用トラ
ンジスタのコレクタ端子と出力回路との間の点における
電圧波形をシミュレーションした結果を示す特性図であ
る。

【図１２】図５〜図８に示した各回路構成におけるそれ
ぞれの出力端子からの出力電圧波形をシミュレーション
した結果を示す特性図である。

【図１３】従来のＬＮＡ回路の構成例を示すブロック図
である。

【図１４】従来の平衡入出力型のＬＮＡ回路の構成例を
示す回路図である。

【符号の説明】

ＳＷ２バイパス・スイッチＴ３，Ｔ４増幅用トランジスタ１受信回路２アンテナ３，５フィルタ４ローノイズアンプ（ＬＮＡ）回路６ミキサ１３バイアス回路１４入力回路１５出力回路１６ＲＦ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀江幸司神奈川県川崎市高津区坂戸３丁目２番１号アールエフ・チップス・テクノロジー株式会社内 (72)発明者高田雅弘神奈川県川崎市高津区坂戸３丁目２番１号アールエフ・チップス・テクノロジー株式会社内Ｆターム(参考） 5J066 AA01 AA12 AA51 CA36 CA87 CA92 FA11 FA19 HA02 HA25 HA29 HA33 HA37 HA38 KA00 KA12 KA29 KA32 KA41 KA47 MA21 ND11 ND22 ND25 PD02 SA13 TA01 TA03 TA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対のトランジスタを含んで構成された
差動増幅器を備えたローノイズアンプ回路であって、不平衡状態で入力された信号を、前記一対のトランジス
タのそれぞれのベース端子に平衡状態の信号に位相変換
して出力する機能を有すると共に、少なくともコイルと
キャパシタとを含む複数の個別部品が、その回路定数が
同一となるように対称的に配置されて構成された入力回
路と、前記一対のトランジスタのそれぞれのコレクタ端子から
平衡状態で出力された信号を、不平衡状態の信号に位相
変換して出力する機能を有すると共に、少なくともコイ
ルとキャパシタとを含む複数の個別部品が、その回路定
数が同一となるように対称的に配置されて構成された出
力回路との少なくとも一方を備えたことを特徴とするロ
ーノイズアンプ回路。
【請求項２】前記入力回路および前記出力回路の個別
部品の一部は、ＩＣのパッケージ成分であることを特徴
とする請求項１記載のローノイズアンプ回路。
【請求項３】前記差動増幅器に対する信号経路を信号
レベルに応じて切り替えるためのバイパス・スイッチを
１つ備えたことを特徴とする請求項１または２記載のロ
ーノイズアンプ回路。