JP2003501930A - 利得が切り換えられる低雑音増幅器および方法 - Google Patents
利得が切り換えられる低雑音増幅器および方法Info
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Abstract
Description
て受信する。一般的に、受信されたRF信号は増幅されてその後ミクサに送信さ
れる。ここで周波数はミクサを介してより低い周波数にダウンコンバートされ、
このより低い周波数は受信機によってより容易に処理される。増幅器はRF入力
信号のレベルを等価のミクサ入力雑音より高めるべきであり、その結果適正なS
/N比が維持される。また入力信号が既に十分に高いレベルにある場合、増幅器
はより低いゲインに切り換え可能であるべきである。それはミクサの線形性への
要求を緩和するためである。
レス電話等で使用される。例えば、受信機はRF信号をアンテナを介して受信す
る。このRF信号は増幅され、その後ミクサを介して中間周波数(IF)信号に
ダウンコンバートされる。増幅器が低雑音であり、元のRF信号に含まれている
情報を著しく弱めたり、マスクしないということは重要である。とりわけセルラ
方式の受信機に対しては増幅器が消費する電力が低いということも重要である。
さらにセルラ方式の受信機での適用に対しては、増幅器が切り換え可能なゲイン
を有していることが望ましい。このことが重要であるのは、受信機によって受信
されるRF信号は受信機の位置に依存して弱くまたは強く受信されるからである
。例えば受信機がセルの端にある場合、RF信号が弱く受信される可能性があり
、こに信号はハイゲイン増幅を必要とする。このような状況では低雑音増幅器を
使用して、弱く、低電力のRF信号を増幅することも重要である。これは周囲の
低レベルのノイズと重要な情報とを区別するためである。また受信機がセルの中
心に近い場合、RF信号は強く受信される可能性があり、僅かな増幅しか必要と
しない。さらに全ての増幅器は有利には集積回路と同じくらい容易に製造される
べきである。
る。
ードとの間で切り換えるために使用される。以下で説明するように、増幅器10
がローゲインVCTL lowに切り換えられると、FET14および16は非
増幅バイパスをRF信号に提供する。増幅器10がハイゲインVCTL hig
hに切り換えられると、カスケードされたFET18および19によって増幅が
行われる。
16のソースと接続されている。FET14および16のゲートは接地されてい
る。FET14のドレインはRF入力側と接続されており、さらにFET16の
ドレインはRF出力側と接続されている。
FET18および19のソースと接続されている。FET18のゲートはRF入
力側と接続されており、FET18のドレインはFET19のゲートと接続され
ている。FET19のドレインはRF出力側と接続されている。
Lはトランジスタ12をバイアスする。これによって増幅FET18および19
のソースにアースが提供され、これらの増幅FETはRF入力信号を増幅するこ
とができる。同時にバイパスFET14および16のソースが高くなり、スイッ
チオフされる。スイッチオフされた場合にもバイパスFET14および16は、
RF出力側からRF入力側へと至る容量性の帰還路を提供する。帰還キャパシタ
ンスを低くするために、典型的に図1の回路はコストの高いガリウム砒素FET
を必要とする。
FET14および16をバイアスし、RF入力側からRF出力側へとFET14
および16を通って至るノンゲインバイパスを形成する。同時にトランジスタ1
2のバイアスが切られ、これによってFET18および19のバイアスも切られ
る。
び16およびその他の入力回路の挿入損出によって決められる。このようにして
ゲインは必然的に0dBより低くなり、図1の増幅器は0dBを上回るローゲイ
ンまたは多段のゲインを設けることができない。またローゲインモードでこの増
幅器は厳格な線形性を要求し、この線形性への要求はコストが高いガリウム砒素
FETの使用を必要とする。
造できる低雑音増幅器に対する要求が存在する。ローゲインモードおよび、ある
状況では2つ以上のゲインステップ(例えば高ゲインモード、低ゲインモードお
よび中間ゲインモード)を有する低雑音増幅器に対する要求も存在する。
ドで増幅器は、エミッタ接地npn型トランジスタを増幅のために使用する。ロ
ーゲインモードで増幅器は、ベース接地npn型トランジスタをより低いゲイン
の増幅のために切り換える。選択的な実施例では、付加的なベース接地トランジ
スタを使用してもよく、多重ゲインステップを設けることもできる。
ミッタ接地トランジスタのベースおよびベース接地トランジスタのエミッタに接
続されている。2つのトランジスタのコレクタはRF出力側に接続されている。
エミッタ接地トランジスタのベースは第1のバイアスBias1と接続されてお
り、ベース接地トランジスタのベースは第2のバイアスBias2と接続されて
いる。エミッタ接地トランジスタのエミッタは接地されている。
のコレクタはベース接地トランジスタのエミッタと接続されている。またこの第
3のトランジスタのベースは第3のバイアスBias3と接続されており、エミ
ッタは接地されている。
ーティング状態にすることで増幅器はハイゲインモードにされる。このモードで
エミッタ接地トランジスタはアクチブであり、RF信号をハイゲインで増幅する
。ベース接地トランジスタおよび第3のトランジスタは2つともスイッチオフさ
れる。
にすることで増幅器はローゲインモードにされる。このモードでベース接地トラ
ンジスタおよび第3のトランジスタはアクチブである。エミッタ接地トランジス
タはスイッチオフされる。このモードでベース接地トランジスタはRF信号のロ
ーゲイン増幅を行う。
を提供する。有利には他方のステージがアクチブである場合、インアクチブステ
ージは完全にスイッチオフされ、アクチブステージの動作に干渉しない。本発明
の低雑音増幅器は、有利には集積回路と同じように容易に、有利にはコストのか
からないシリコンバイポーラトランジスタ技術を使用して製造される。
る第2のベース接地トランジスタは、第1のベース接地トランジスタと並列に接
続されている。この種のトランジスタによって次の場合にさらなるゲインステッ
プが得られる。すなわちこのトランジスタのバイアスが高く、第1のベース接地
増幅器に対するBias2が低く、またはフローティング状態で、かつエミッタ
接地トランジスタに対するBias1がフローティング状態の場合にさらなるゲ
インステップが設けられる。付加的にベース接地ステージを加えてもよく、付加
的なゲインステップが実現される。
の回路ダイアグラムである。
の回路ダイアグラムである。
の回路ダイアグラムである。
の回路ダイアグラムである。
が示されている。ラジオ周波数の入力信号は、エミッタ接地npn型トランジス
タ22のベースに入力される。トランジスタ22のエミッタは接地されている。
トランジスタ22は抵抗24およびバイアス電圧Bias1を介してバイアスさ
れる。トランジスタ22のコレクタはRF出力側に接続されている。
ンジスタ26のベースは第2のバイアス電圧Bias2に接続されている。第3
のnpn型トランジスタ28が設けられており、このトランジスタ28のコレク
タはトランジスタ26のエミッタおよびトランジスタ26のベースと接続点29
で接続されている。トランジスタ28のエミッタは接地されている。トランジス
タ28のベースは第3のバイアス電圧Bias3に接続されている。
よび3が接地またはフローティング状態である。通例、トランジスタ26および
28はスイッチオフされ、トランジスタ22はエミッタ接地増幅器として動作す
る。RF入力信号はトランジスタ22によって増幅され、トランジスタ22のコ
レクタを介してRF増幅出力側に出力される。
く、Bias1はフローティング状態である。ここでアクチブなトランジスタ2
8はバイアス電流をトランジスタ26に供給する。Bias2が選択されてDC
電圧が供給される。このDC電圧はトランジスタ22をスイッチオフするのに十
分に低く、トランジスタ28の飽和を回避するのに十分に高い。DC入力電圧は
有利には約420mVである。
のトランジスタによって所定の電流ではエミッタ接地増幅器より低いゲインが得
られる。なぜならこのトランジスタは、より低い入力インピーダンスを有するか
らである。
能である。ハイゲインモードで増幅器20はエミッタ接地npn型バイポーラト
ランジスタ22をハイゲイン増幅作用のために使用する。ローゲインモードでト
ランジスタ22はスイッチオフされ、増幅器20はベース接地npn型バイポー
ラトランジスタ26をローゲイン増幅のために切り換える。さらにハイゲインモ
ードとローゲインモードとの間で切り換えが行われると、それぞれのゲインモー
ドでインアクチブステージは完全にスイッチオフされてアクチブステージの動作
に干渉しない。従って図2の回路によってハイゲインモードとローゲインモード
との間で切り換え可能な低雑音増幅が実現される。さらに増幅器は集積回路と同
じように容易に、かつ低いコストでバイポーラトランジスタを用いて製造される
。さらに2つのステージ(エミッタ接地およびベース接地)は異なる電流で容易
に駆動され、利得値およびゲインステップのワイドレンジを化を可能にする。
る。明確かつ簡略にするために同一の素子には複数の図を通して同一の参照番号
が付されている。
の間に接続されている。インダクタ32によってエミッタデジェネレーションが
引き起こされ、増幅器30がハイゲインモードにあるとき、このデジェネレーシ
ョンは線形性を改善する。もちろん、他のタイプのインピーダンス(図示されな
い)をトランジスタ22のエミッタとアースとの間に接続して、ハイゲインの線
形性を改善することもできる。
。抵抗34aはトランジスタ26に対するエミッタデジェネレーションを提供し
、これは増幅器30がローゲインモードにある場合に線形性を改善する。任意選
択的な抵抗34bもトランジスタ26のエミッタをデジェネレーションし、これ
によってローゲインモードの線形性が改善される。付加的に抵抗34bは、トラ
ンジスタ28からのコレクタ電流の雑音量を減らすことで雑音を減少させる。も
ちろん、他のタイプのエミッタデジェネレーションインピーダンスも使用するこ
とができる。
電圧バイアスBias4に接続され、コレクタは出力側に、エミッタは接続点2
9に(任意選択的な抵抗38を介して)接続されている。トランジスタ36は付
加的なローゲイン増幅、ベース接地増幅器ステージとして動作し、増幅器30に
対する他のゲインの設定を可能にする。任意選択的な抵抗38はエミッタデジェ
ネレーションインピーダンスとして機能し、増幅器30が第2のローゲインモー
ドにある場合、増幅器30の線形性を改善する。可変的なゲインステップは、バ
イアスおよび/または抵抗34および38等を変化することで容易に得ることが
できる。もちろん、付加的なベース接地トランジスタステージを加えて、さらな
るゲインを設定することも可能である。
のトランジスタ42が加えられる。このトランジスタのベースは第4のバイアス
電圧Bias4と接続され、エミッタはトランジスタ22のコレクタと、コレク
タは出力側と接続されている。このようにして増幅器がハイゲインモードにある
場合にトランジスタ22および42によって一組のカスケードトランジスタ増幅
器が設けられ、これにより増幅器40のゲインを高くする。
22のベースと接続点29との間で接続されている。ローゲインモードではこの
キャパシタによってベース接続増幅器26のDCエミッタ電圧が増幅器40の動
作に対してよりクリチカルでなくする。これはトランジスタ間のDC結合を取り
除くことで可能となる。
ンジスタ28は電源の代わりとして飽和状態で操作されるように意図されている
。直列抵抗52はトランジスタ26に対するバイアス電流の限界を定める。この
実現は増幅器の雑音指数を減らすことができる。なぜなら切り換えられた状態で
動作するトランジスタは典型的にアクチブトランジスタより雑音が少ないからで
ある。
々の特徴は単独でも、または組み合わせでも所望のように使用可能である。同じ
ように有利な実施例としてnpn型トランジスタのみを示したが、例えばpnp
型トランジスタまたはFETトランジスタが容易に代用可能であることはよく理
解されるべきである。
の修正および変更が技術者によって行えるので、本発明を図示および説明した正
確な構成および用途に限定するのは望ましくない。全ての適切な修正および同等
なものは特許請求の範囲における本発明の概念の範囲および観点であると見なさ
れる。本発明の範囲は特許請求の範囲に示されている。
例の回路ダイアグラムである。
例の回路ダイアグラムである。
例の回路ダイアグラムである。
例の回路ダイアグラムである。
Claims (25)
- 【請求項1】 ローゲインモードおよびハイゲインモードを有するラジオ周
波数増幅器であって、 該増幅器は第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを有しており、 前記第1のトランジスタはハイゲインモードでアクチブであり、ローゲインモ
ードでインアクチブであって、ラジオ周波数入力側および第1のバイアス入力側
に接続されているベースと、アースに接続されているエミッタと、ラジオ周波数
増幅出力側に接続されているコレクタとを有しており、 前記第2のトランジスタはローゲインモードでアクチブであり、ハイゲインモ
ードでインアクチブであって、前記ラジオ周波数入力側に接続されているエミッ
タと、第2のバイアス入力側に接続されているベースと、前記増幅されたラジオ
周波数出力側に接続されているコレクタとを有している、 ことを特徴とするローゲインモードおよびハイゲインモードを有するラジオ周波
数増幅器。 - 【請求項2】 さらに第3のトランジスタを有しており、該第3のトランジ
スタは第3のバイアス入力側と接続されているベースと、アースと接続されてい
るエミッタと、前記第2のトランジスタのエミッタと接続されているコレクタと
を備えている、請求項1記載の増幅器。 - 【請求項3】 前記第1のトランジスタのエミッタはインピーダンスを介し
てアースと接続されている、請求項1記載の増幅器。 - 【請求項4】 さらにインピーダンスを有しており、該インピーダンスは前
記第2のトランジスタのエミッタと前記ラジオ入力側との間に接続されている、
請求項1記載の増幅器。 - 【請求項5】 前記第2のトランジスタのエミッタは容量的に前記ラジオ周
波数入力側と接続されている、請求項1記載の増幅器。 - 【請求項6】 さらに第4のトランジスタを有しており、該第4のトランジ
スタは第4のバイアス入力側と接続されているベースと、前記第1のトランジス
タのコレクタと接続されているエミッタと、前記ラジオ周波数増幅出力側と接続
されているコレクタとを備える、請求項2記載の増幅器。 - 【請求項7】 さらにインピーダンスを有しており、該インピーダンスは第
2のトランジスタのエミッタと第3のトランジスタのコレクタとの間で接続され
ている、請求項2記載の増幅器。 - 【請求項8】 さらに第4のトランジスタを有しており、該第4のトランジ
スタは第4のバイアス入力側と接続されているベースと、ラジオ周波数増幅出力
側と接続されているコレクタと、前記第2のトランジスタのエミッタと接続され
ているエミッタとを備える、請求項2記載の増幅器。 - 【請求項9】 前記第2のトランジスタおよび前記第4のトランジスタは接
続点で接続されており、 さらに第2のトランジスタのエミッタと前記接続点との間で接続されている第
1のインピーダンスと、前記第4のトランジスタのエミッタと接続点との間で接
続されている第2のインピーダンスとを有する、請求項8記載の増幅器。 - 【請求項10】 さらにインピーダンスを有しており、該インピーダンスは
前記接続点と前記ラジオ周波数入力側との間で接続されている、請求項9記載の
増幅器。 - 【請求項11】 さらにキャパシタンスを有しており、該キャパシタンスは
前記接続点と前記ラジオ周波数入力側との間で接続されている、請求項9記載の
増幅器。 - 【請求項12】 第1のトランジスタのエミッタは前記インピーダンスを介
してアースと接続されている、請求項8記載の増幅器。 - 【請求項13】 第1のトランジスタのエミッタは前記インピーダンスを介
してアースと接続されている、請求項9記載の増幅器。 - 【請求項14】 前記第1、第2、第3および第4のトランジスタはNPN
型バイポーラトランジスタである、請求項8記載の増幅器。 - 【請求項15】 前記第1のトランジスタおよび第2のトランジスタはNP
N型バイポーラトランジスタである、請求項1記載の増幅器。 - 【請求項16】 利得が切り換えられるラジオ周波数増幅器であって、 ラジオ周波数入力側およびラジオ周波数増幅出力側と; 前記ラジオ周波数入力側および前記ラジオ周波数出力側と接続されたハイゲイン
増幅手段と; 前記ラジオ周波数入力側および前記ラジオ周波数出力側と接続されたローゲイ
ン増幅手段と; ハイゲイン増幅手段とローゲイン増幅手段とを切り換える制御手段と; を有する、 ことを特徴とする利得が切り換えられるラジオ周波数増幅器。 - 【請求項17】 さらに前記ラジオ周波数入力側および前記ラジオ周波数出
力側と接続された中間増幅手段を有しており、 ここで前記制御手段はローゲイン増幅手段と、中間増幅手段と、ハイゲイン増幅
手段との間を切り換える、請求項16記載の増幅器。 - 【請求項18】 ハイゲイン増幅手段はエミッタ接地NPN型バイポーラト
ランジスタを有する、請求項16記載の増幅器。 - 【請求項19】 ローゲイン増幅手段はベース接地NPN型バイポーラトラ
ンジスタを有する、請求項18記載の増幅器。 - 【請求項20】 利得が切り換えられるラジオ周波数増幅器であって、 ラジオ周波数入力側およびラジオ周波数増幅出力側と; 入力側が前記ラジオ周波数入力側と接続され、出力側が前記ラジオ周波数出力
側と接続されているハイゲイン増幅器および入力側が第1のバイアス信号と接続
されているハイゲイン増幅器と; 入力側が前記ラジオ周波数入力側と接続され、出力側が前記ラジオ周波数出力
側と接続されているローゲイン増幅器および入力側が第2のバイアス信号と接続
されているローゲイン増幅器と; アクチブモードおよびインアクチブモードを有する前記ハイゲイン増幅器およ
び前記ローゲイン増幅器と; 前記ハイゲイン増幅器を前記アクチブモードと前記インアクチブモードとの間
で切り換える前記第1のバイアス信号と; 前記ローゲイン増幅器を前記アクチブモードと前記インアクチブモードとの間
で切り換える前記第2のバイアス信号と; を有する、 ことを特徴とする利得が切り換えられるラジオ周波数増幅器。 - 【請求項21】 前記ハイゲイン増幅器はエミッタ接地NPN型バイポーラ
トランジスタを有する、請求項20記載の増幅器。 - 【請求項22】 前記ローゲイン増幅器はベース接地NPN型バイポーラト
ランジスタを有する、請求項20記載の増幅器。 - 【請求項23】 ラジオ周波数信号を増幅する方法であって、 前記ラジオ周波数信号をハイゲインのエミッタ接地トランジスタを使用して増
幅するステップと; 前記ハイゲインのエミッタ接地トランジスタをスイッチオフするステップと; 前記ラジオ周波数信号をローゲインのベース接地トランジスタを使用して増幅
するステップと; を有する、 ことを特徴とするラジオ周波数信号を増幅する方法。 - 【請求項24】 前記ローゲインのベース接地トランジスタをスイッチオフ
するステップと、 前記ラジオ周波数信号をハイゲインのエミッタ接地トランジスタを使用して増
幅するステップと、を有する請求項23記載の方法。 - 【請求項25】 前記ローゲインのベース接地トランジスタをスイッチオフするステップと、 前記ラジオ周波数信号を中間ゲインのベース接地トランジスタを使用して増幅
するステップと、を有する請求項23記載の方法。
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