JP2004506368A - ノイズ及び入力インピーダンス整合増幅器 - Google Patents

Abstract

増幅器入力を持つ増幅器、特にＲＦ増幅器が記載され、この増幅器は、第１のメインストリームパスを制御する第１のソース手段に結合される第１の制御可能なメインストリームパスと、第１のバイアス制御入力部とを持つ第１の制御可能な半導体部、及び第２のメインストリームパスを制御する第２のソース手段に結合される第２の制御可能なメインストリームパスと、前記第１のメインストリームパス及び増幅器入力部に結合される第２の制御入力部とを持つ第２の制御可能な半導体部を有する。前記第１及び第２のメインストリームパスの両方は、共通の負荷に結合され、前記第１及び第２のソース手段は、前記増幅器の入力インピーダンス及びノイズインピーダンスをそれぞれ制御するように配される。この増幅器の配置は、独立した制御、及び増幅器入力のインピーダンスとノイズインピーダンスとの両方の最適化を可能にする。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅器入力部を持つ増幅器に関し、この増幅器は、
−第１のメインストリームパスを制御する第１のソース手段に結合される第１の制御可能なメインストリームパスと第１のバイアス制御入力部とを持つ第１の制御可能な半導体部、及び
−第２のメインストリームパスを制御する第２のソース手段に結合される第２の制御可能なメインストリームパスと、前記第１のメインストリームパス及び前記増幅器入力部に結合される第２の制御入力部とを持つ第２の制御可能な半導体部、を有する。
【０００２】
本発明は、アンテナ増幅器、光学増幅器、低ノイズ増幅器、ＲＦ混合器、ハードディスク読み取り増幅器、ＧＳＭ又はＤＥＣＴ装置等を具備する通信装置にも関し、この通信装置は、このような増幅器を具備している。
【０００３】
【従来の技術】
上記増幅器は、国際特許公開公報ＷＯ９６／１１５２８号から公知である。これから知られている増幅器装置は、第１のメインストリームパスを制御する第１の電流源に結合される第１のコレクタエミッタメインストリームパスと、第１のバイアス制御入力部とを持つ制御可能な半導体部として第１のトランジスタを有し、第２のメインストリームパスを制御する第２の電流源に結合される第２のコレクタエミッタメインストリームパスと、前記第１のメインストリームパス及び増幅器入力部に結合される第２の制御入力部とを持つ第２のトランジスタを有する。実施例において、この第１のトランジスタは、増幅器の２つの出力部間における他のトランジスタと逆平行に接続される。大きな増幅器入力部信号による大きな信号偏位の場合、この第２のトランジスタから制御を引き継ぐ更に他のトランジスタが第２のトランジスタと直列に存在する。従って、全てのトランジスタは実際の入力信号の偏位に関係なくバイアスされたままとなることを保証し、これは増幅器の信号の歪みを減少させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
既知の増幅器の欠点は、入力信号を供給する入力信号源と、接続される増幅器の入力部との整合が最適でないことであり、その結果として、入力インピーダンス及び入力ノイズ特性それぞれが適当な整合となるには各々乏しく、これが増幅器及び／又は該増幅器を具備する対応の通信装置の実行特性を劣化させてしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
これにより、本発明の目的は、増幅器と、入力インピーダンス及び入力ノイズ特性が共に前記増幅器の入力信号源の特性と最適に整合する通信装置とを供給することである。
【０００６】
それに加え、本発明による増幅器及び通信装置は、第１及び第２のメインストリームパスが共に共通の負荷に結合され、第１及び第２のソース手段は、増幅器入力部の入力インピーダンス及びノイズインピーダンスそれぞれを制御するように配されることを特徴とする。
【０００７】
本発明による増幅器の利点は、個々の第１及び第２のソース手段の各々を独立して制御することにより、仮想的に独立した入力インピーダンス及びノイズインピーダンス制御がそれぞれ達成されることが分かることである。結果的に、入力インピーダンスとノイズインピーダンスとの両方の最適化が別々に達成される。電力整合はインピーダンス整合と関係があるので、電力整合も可能である。更に、これらインピーダンスの各々の動的及び適応性整合は、必要であるフィードバック構造に生じるどんな動作上の安定性の問題も無く、簡単なやり方で実現可能である。
【０００８】
本発明による増幅器の実施例は、この増幅器がＲＦ増幅器であることを特徴とする。
【０００９】
増幅器の利得が広域な周波数帯域にわたりより一定となるような、更に広帯域なＲＦ入力インピーダンス整合が有利に可能であり、これによって、特に低インピーダンスでの低ノイズ動作がより小さいアンテナを必要とするので、アンテナの大きさが小さくなる。これらのより小さなアンテナは従って、チップ又は携帯電話若しくはポータブル電話の包装（ｃａｓｉｎｇ）に容易に組み込まれることが可能である。
【００１０】
更に他の及び実施容易な本発明による増幅器の実施例は、増幅器が第１のバイアス制御入力部に結合される第３の制御入力部を持つ第３の制御可能な半導体部を有し、この半導体部の第３のメインストリームパスは、第２の制御可能な半導体部の第２のメインストリームパスと直列に接続されることを特徴とする。
【００１１】
一般的に、制御可能な半導体部は、トランジスタであり、特にＰ−ＭＯＳ若しくはＮ−ＭＯＳのようなＭＯＳトランジスタ又はバイポーラＮＰＮ若しくはＰＮＰトランジスタである。これらは広く利用可能であり、限定されたＩＣチップ領域のみに組み込むのは容易である。
【００１２】
通信装置の異なる構成において、本発明による増幅器をこの増幅器が差動増幅器として具現化されることを特徴とすることが好ましい。
【００１３】
現在、本発明による増幅器は更に、添付される図も参照してこの増幅器の追加の利点と一緒に説明される。ここにおいて、同様の構成部品は、同じ参照番号を用いて述べられている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、例えば信号源（図示せず）からのＲＦ入力信号用の入力部２と、負荷３の出力部ＯＵＴとして示される出力部とを具備する増幅器１を示す。負荷３は、一方は電力供給電圧Ｖｃｃに結合され、他方はそれぞれの制御可能な半導体回路Ｑ１及びＱ２のメインストリームパスＩＮ１及びＩＮ２の両方に結合されている。これら制御可能な半導体回路Ｑ１及びＱ２は、トランジスタＱ１及びＱ２、特にＮＰＮトランジスタとして示され、これらは例えばＭＯＳ型又はバイポーラ型の制御可能な半導体部でもよい。各制御可能な半導体部Ｑ１、Ｑ２は、それぞれの制御入力部４、５、ここではトランジスタＱ１及びＱ２のそれぞれのベースを有する。制御入力部４は、Ｑ１が共通のベース回路に接続されるような、電圧Ｖ_ｂｉａｓを供給するバイアス源（図示せず）に結合される。制御入力部５は、トランジスタＱ１のメインストリームパスＩＮ１に結合される。ここで、これらメインストリームパスは、それぞれのコレクタ−エミッタ接合である。Ｑ１及びＱ２からなるＭＯＳトランジスタの場合、制御入力部は、これらトランジスタのゲートであり、メインストリームパスは、これらトランジスタのドレイン−ソース接合である。入力部２は、制御入力部５と共に、第１の制御ソース手段間に結合され、ここでは第１のメインストリームパスＩＮ１における電流を制御する電流源Ｉ１及び接地（ｅａｒｔｈ）として示される。第２のメインストリームパスＩＮ２における電流調節は、適当な第２のソース手段Ｉ２によって行われる。これらの手段Ｉ２は、少なくとも一部が負荷３に組み込まれるか、図４に示される電流源Ｉ２のような電流源により具現化されるか、又は制御入力部５に結合されるべき電圧源（図示せず）により具現化されてもよい。対応する多くの計算は、入力部２における入力インピーダンス及び最適なノイズインピーダンスの両方がソース手段Ｉ１及びＩ２それぞれによって互いに独立してかなりの程度まで影響を受けることが、実際且つ対応の示された拡張計算において判明している。結果的に、入力源（図示せず）と入力部２における増幅器入力インピーダンスとの間の最適な電力／入力整合のための入力部２に見られる入力インピーダンスの最適化は、増幅器１の入力部２に見られるノイズインピーダンス特性にそれほど影響しない。従って、増幅器１の動作周波数帯域における最少のノイズ形状を達成するためのノイズインピーダンス特性も最適化されることが可能である。入力及びノイズインピーダンスは一般的に、常に互いに異なり、今日まで増幅器回路において両方が同時に最適化されないことが知られていることに留意されたい。
【００１５】
図２は、差動増幅器装置を示し、これにより、図１の増幅器回路は、本質的にミラーとなる。Ｑ１は、Ｑ３とミラーとなるのに対し、Ｑ２は、Ｑ４とミラーとなり、Ｉ１は、対応するメインストリームパスＩＮ１、ＩＮ１’、ＩＮ２及びＩＮ２’を形成するようにＩ１’とミラーとなる。差動負荷３−１及び３−２は、増幅器１の差動出力部を出すように、ここでは交差するように結合される。図２の実施例の機能及び特徴は、図１の実施例の機能及び特徴と同じである。
【００１６】
図３ａ及び３ｂは、負荷３、３−１及び３−２の幾つかの可能な構成を示す。図３の直列配置は、図４の実施例に示されるような負荷と一緒に、構成部品の値、特にインピーダンスＺ１、Ｚ２及びＺ’のインピーダンス値を適当に選択することにより増幅器１の特性を調整する追加の可能性を提供する。
【００１７】
図４は、増幅器１の他の実施例のより詳細な回路図を示す。ここに説明される増幅器１は、Π回路の形式の負荷を有している。このΠ回路は、メインストリームパスＩＮ１及びＩＮ２の両方に結合する抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を有する。負荷トランジスタＱ５は、制御ベース入力部６が制御可能な半導体Ｑ１により形成される共通のベース回路に並列する共通のベース回路をまた形成するようにバイアスされるメインストリームパスＩＮ２に含まれている。ＡＣ結合キャパシタＣ１は、ＲＦ入力部とトランジスタＱ２の制御入力部５との間に結合され、キャパシタＣ２は、電流ソース手段Ｉ２とＡＣ分離する。
【００１８】
図５は、入力部２における入力インピーダンスの関数として、出力部ＯＵＴにおいて計測されるノイズ形状を示す増幅器１での計測から生じるグラフを示す。ノイズ数は約１０％変化し、入力インピーダンスは３０ｄＢよりも大きく変化することが示され、これは、両方の量が実際には互いに独立していることを意味し、これらの量の独立制御及び個々の最適化を可能にする。
【００１９】
上記記載が本質的に好ましい実施例及び最も起こり得るモードに関して記載されたのに対し、これら実施例は、本請求項の範囲内にある様々な改良、特徴及びこれら特徴の組合せは当業者の着想内であるので、関連する装置の限定する実施例として決して説明されないと理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による増幅器の実施例を示す。
【図２】差動増幅器として具現化される本発明による増幅器の他の実施例を示す。
【図３ａ】本発明による増幅器に応用する様々な負荷構成を示す。
【図３ｂ】本発明による増幅器に応用する様々な負荷構成を示す。
【図４】本発明による増幅器の更に他の詳細な実施例を示す。
【図５】本発明による増幅器のノイズ形状を入力インピーダンスの関数として示す。

Claims (10)

1. 増幅器入力部を持つ増幅器であって、
   第１のメインストリームパスを制御する第１のソース手段に結合される前記第１の制御可能なメインストリームパスと、第１のバイアス制御入力部とを持つ第１の制御可能な半導体部、及び
   第２のメインストリームパスを制御する第２のソース手段に結合される前記第２の制御可能なメインストリームパスと、前記第１のメインストリームパス及び前記増幅器入力部に結合される第２の制御入力部とを持つ第２の制御可能な半導体部、
   を有する増幅器において、前記第１及び第２のメインストリームパスは、共通の負荷に結合され、前記第１及び第２のソース手段は前記増幅器入力部の入力インピーダンス及びノイズインピーダンスをそれぞれ制御するように配されることを特徴とする増幅器。
2. 前記増幅器はＲＦ増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
3. 前記増幅器は、前記第１のバイアス制御入力部に結合される第３の制御入力部を持つ第３の制御可能な半導体部を有し、この半導体部の第３のメインストリームパスは、前記第２の制御可能な半導体部の前記第２のメインストリームパスと直列に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の増幅器。
4. これら制御可能な半導体部はトランジスタであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の増幅器。
5. 前記トランジスタは、ＭＯＳ又はバイポーラトランジスタによって具現化されることを特徴とする請求項４に記載の増幅器。
6. 前記トランジスタは、Ｎ−ＭＯＳ又はＰ−ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項５に記載の増幅器。
7. 前記トランジスタは、ＮＰＮ又はＰＮＰトランジスタであることを特徴とする請求項５又は６に記載の増幅器。
8. 前記増幅器は、差動増幅器として具現化されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の増幅器。
9. 前記第１及び／又は第２のソース手段は、電流源を少なくとも有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の増幅器。
10. アンテナ増幅器、光学増幅器、低ノイズ増幅器、ＲＦ混合器、ハードディスクドライブ読み取り増幅器、ＧＳＭ又はＤＥＣＴ装置等のような通信装置であって、前記通信装置は、請求項１乃至９の何れか一項に記載の増幅器を有することを特徴とする通信装置。