JP2005045413A - Low noise amplifier circuit - Google Patents

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JP2005045413A JP2003201344A JP2003201344A JP2005045413A JP 2005045413 A JP2005045413 A JP 2005045413A JP 2003201344 A JP2003201344 A JP 2003201344A JP 2003201344 A JP2003201344 A JP 2003201344A JP 2005045413 A JP2005045413 A JP 2005045413A
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孝之 冨田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low noise amplifier circuit having a good noise figure. <P>SOLUTION: The low noise amplifier circuit comprises an input matching unit 102, an amplifier 103 and an output matching unit 104. The amplifier 103 comprises FETs 31, 32 connected in two stages. The first stage FET 31 has a wider gate width than the second stage FET 32. The wider gate width of the FET 31 allows the inductance of an inductor L<SB>21</SB>of the input matching unit 102 to be reduced, resulting in a low resistance component of the inductor L<SB>21</SB>. This improves the loss of the inductor L<SB>21</SB>and hence the noise figure of the low noise amplifier circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波信号の低雑音増幅回路、特に電界効果トランジスタを複数段接続してなる低雑音増幅回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の低雑音増幅回路を図4〜図6を参照して説明する。
図4は従来の低雑音増幅回路の概略ブロック図である。図4に示す低雑音増幅回路は、増幅素子301,302を二段に接続した増幅部3と、この増幅部3と入力端子1との間に接続された入力整合部2と、増幅部3と出力端子5との間に接続された出力整合部4とを備える。
【0003】
このような増幅素子を複数段接続した低雑音増幅回路では、回路全体の雑音指数(Noise Figure) NFは、初段の増幅素子の最小雑音指数NFmin の影響を大きく受ける。
【0004】
ここで、増幅素子301,302としては、一般に電界効果トランジスタ(以下、単に「FET」という。)が用いられている。半導体集積回路基板に形成されるFETの一般的な構造を図5に示す。
図5はFETの概略構造を示す部分平面図であり、Gがゲート、Dがドレイン、Sがソースを示す。図5に示すように、FETは、ドレインDとソースSとの間に、所定のゲート長L、所定のゲート幅Wで形成されたゲートフィンガ電極Gが配置された構造をなしている。ここで、ゲート長LはドレインDからソースSに向かう方向の長さであり、ゲート幅Wはゲート長Lの方向に垂直で、ゲートフィンガ電極Gが伸びる方向の長さをいう。
【0005】
このような構造のFETでは、ゲート幅Wが小さい、すなわちゲートフィンガ電極Gが短いと最小雑音指数NFmin が改善し、ゲート幅Wが大きい、すなわちゲートフィンガ電極Gが長いと最小雑音指数NFmin が劣化する。これは、ゲート幅Wの大きさに応じて、ゲートフィンガ電極Gが長くなるため、ゲートフィンガ電極Gに含まれる抵抗成分(直列抵抗)が増加するとともに、ゲートフィンガ電極と接地との間の寄生容量が増大するからである。
【0006】
また、最小雑音指数NFmin はFETに流れるバイアス電流(ドレイン電流)にも依存する。
図6にドレイン電流と最小雑音指数NFmin との関係を示す。
図6に示すように、最小雑音指数NFmin はバイアス電流に対して極小点を有するとともに、この最小雑音指数NFmin の特性はゲート幅Wに依存するので、FETのゲート幅とバイアス電流とを考慮した条件で駆動することで、最小雑音指数NFmin の極小値nfmin となるようにFETを動作させることができる。
【0007】
以上のことから、従来の低雑音増幅回路では、初段の増幅素子に、適正なバイアス電流で駆動させるゲート幅の小さいFETを用いていた。
ところで、高周波信号をFETに入力する場合、FETの入力インピーダンスが問題となる。直流的には、FETのゲートには電流が流れないため入力インピーダンスが高いが、高周波的には、ゲートフィンガ電極と接地との間の寄生容量により、入力インピーダンスは低くなる。しかし、ゲート幅の小さいFETでは、ゲートフィンガ電極が小さくなるため寄生容量が発生しにくく、入力インピーダンスの低下が少ない。
【0008】
このようなゲート幅を小さくした高入力インピーダンスのFETに高周波信号を伝送する場合、入力端子側の回路とFETとのインピーダンス整合を行わなければ、高周波信号の伝送損失が大きくなってしまう。このため、低雑音増幅回路では、前述の図4に示すように、入力端子1と増幅部3の初段のFET301との間に入力整合部2を設けている。具体的には、この入力整合部2にスパイラルインダクタ等のインダクタを用いている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
【0009】
【特許文献1】
特開平5−308229号公報
【特許文献2】
特開平8−321726号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
初段のFETの入力インピーダンスが高い場合、このFETと入力端子側との整合を取るために、インダクタのインダクタンス値を大きくしなければならない。しかし、基板上に電極をスパイラル形状に形成してなるスパイラルインダクタのインダクタンス値を大きくするには、インダクタを形成する電極を長くしなければならない。このため、インダクタの抵抗成分(直列抵抗)が大きくなり、ロスが増大するので、初段にせっかく最小雑音指数NFmin の小さいFETを用いても、低雑音増幅回路としての雑音指数NFが結局劣化してしまう。
【0011】
また、前述のように電極を長くすれば、それに応じてインダクタの形状が大きくなり、低雑音増幅回路を小型に形成することができない。
【0012】
この発明の目的は、雑音指数が良好で小型の低雑音増幅回路を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明は、電界効果トランジスタを複数段接続してなる増幅部と、該増幅部の前段に接続された少なくとも一つのインダクタを含む入力整合部とを備える低雑音増幅回路において、増幅部の初段の電界効果トランジスタのゲート幅を二段目の電界効果トランジスタのゲート幅よりも大きくしたことを特徴としている。
【0014】
また、この発明は、入力整合部のインダクタにスパイラルインダクタまたはミアンダインダクタを用いたことを特徴としている。
【0015】
この構成では、初段の電界効果トランジスタ(FET)のゲート幅を二段目のFETのゲート幅よりも大きくすることで、増幅部初段の入力インピーダンスが低下する。増幅部の入力インピーダンスが低下すると、入力整合部を構成するインダクタのインダクタンス値を小さくすることができるので、インダクタを形成する電極長が短くなり、インダクタに含まれる抵抗成分が低下する。これにより、インダクタのロスが低下して、増幅部に入力される高周波信号に重畳するノイズが抑制される。
【0016】
ここで、例えば、インダクタの抵抗成分の減少によるロスの低下量が、増幅部の二段目のFETに対する初段のFETの最小雑音指数NFmin の増加量より大きくなるように、初段のFETのゲート幅を形成することで、増幅部の初段のFETの最小雑音指数NFmin が比較的小さくなくても(大きくても)、低雑音増幅回路の雑音指数は改善される。
【0017】
また、この発明は、初段の電界効果トランジスタと二段目の電界効果トランジスタとのバイアス電流を二段目の電界効果トランジスタの最小雑音指数が極小となるバイアス電流にすることを特徴としている。
【0018】
この構成では、ゲート幅が小さくなるほど、最小雑音指数が極小となるバイアス電流が小さくなることを利用し、ゲート幅の小さい二段目のFETのバイアス電流に初段のFETを含む他段のFETのバイアス電流を一致させることで、ゲート幅の大きい初段のFETのバイアス電流に他段のFETのバイアス電流を一致させるよりも、増幅部の消費電流が抑制される。これにより、省電力化された低雑音増幅回路が構成される。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る低雑音増幅回路について、図1〜図3を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る低雑音増幅回路の概略等価回路図である。図1において、101は入力端子、102は入力整合部、103は増幅部、104は出力整合部、105は出力端子、31,32はFETである。なお、図1では、説明を簡略化するため、FET31,32のバイアス電圧供給回路は省略している。
【0020】
入力整合部102はインダクタL21とコンデンサC21とのL型回路からなり、インダクタL21の両端がそれぞれ入力端子101および増幅部103のFET31のゲートGに接続されている。また、インダクタL21の増幅部103側の端部と接地との間にはコンデンサC21が接続されている。
【0021】
増幅部103は、ゲートGが入力整合部102に接続されたFET31と、コンデンサC33を介してFET31のドレインDにゲートGが接続され、出力整合部104にドレインDが接続されたFET32とを備えている。また、各FET31,32の各ソースS,Sと接地との間には、それぞれコンデンサC31,C32と抵抗器R31,R32とが接続されている。また、FET31,32のドレインD,Dには、それぞれインダクタL31,L32を介して駆動電圧供給端子VDD1 ,VDD2 が接続されており、この駆動電圧供給端子VDD1 ,VDD2 からFET31,32に駆動電圧(ドレイン電圧)が供給されている。
【0022】
入力端子101から入力された高周波信号は、入力整合部102を介して増幅部103の初段のFET31のゲートGに入力される。FET31は入力された高周波信号を増幅し、ドレインDから出力する。FET31で増幅された高周波信号は、DCカット用コンデンサC33を介し、2段目のFET32のゲートGに入力される。FET32は入力された高周波信号をさらに増幅して、ドレインDから出力する。このように2段増幅された高周波信号は、出力整合部104を介して出力端子105から出力される。
【0023】
図2は、回路基板上に形成された低雑音増幅回路部分の平面図であり、(a)は入力整合部102と増幅部103とを示し、(b)はFET31を示し、(c)はFET32を示す。図2において、図1と同じものには同じ記号を付している。この回路基板の裏面側には図示されていない接地電極が形成されている。なお、駆動電圧供給回路および各ソースから抵抗器を介して接地する回路は省略している。
【0024】
図2に示すように、入力端子101は略正方形状の電極で形成されており、この入力端子101がスパイラル電極21で形成されたスパイラルインダクタL21の一端に接続されている。スパイラルインダクタL21の他端の電極は分岐して一方電極がFET31のゲートGに接続されている。他方の電極は接地用電極22の一部と積層方向に重なるように形成され、この電極と接地用電極22と接地電極とでMIM型のコンデンサC21が構成されている。
【0025】
FET31のゲートGは、4本のゲートフィンガGF1〜GF4に分岐している。また、FET31のソースSは3本のソースフィンガSF1〜SF3に分岐しており、ドレインDは2本のドレインフィンガDF1,DF2に分岐している。そして、ソースフィンガSF1とドレインフィンガDF1との間にゲートフィンガGF1が配置され、ドレインフィンガDF1とソースフィンガSF2との間にゲートフィンガGF2が配置されている。さらに、ソースフィンガSF2とドレインフィンガDF2との間にゲートフィンガGF3が配置され、ドレインフィンガDF2とソースフィンガSF3との間にゲートフィンガGF4が配置されている。
【0026】
FET31のソースSはソース接地用電極33に接続され、このソース接地用電極33と接地電極との間にキャパシタンスを発生するコンデンサC31を構成している。
【0027】
FET31のドレインDはDCカット用コンデンサC33を構成する一方の電極35に接続され、このDCカット用コンデンサC33の他方の電極35’はFET32のゲートGに接続されている。
【0028】
FET32のゲートGは、2本のゲートフィンガGF1,GF2に分岐している。また、FET32のソースSは2本のソースフィンガSF1,SF2に分岐している。そして、ソースフィンガSF1とドレインフィンガDとの間にゲートフィンガGF1が配置され、ドレインフィンガDとソースフィンガSF2との間にゲートフィンガGF2が配置される。
【0029】
FET32のソースSはソース接地用電極34に接続され、このソース接地用電極34と接地電極との間にキャパシタンスを発生するコンデンサC32を構成している。
【0030】
FET32のドレインDは、後段の出力整合部104に接続されている。
【0031】
このような構成において、FET31とFET32とは、各ゲートフィンガの形状が同形状に形成されている。一方、FET31はゲートフィンガが4本であり、FET32はゲートフィンガが2本である。FETのゲート幅は、ゲートフィンガの長さの合計であるので、実質的には、FET31のゲート幅(ゲートフィンガの長さ)がFET32のゲート幅よりも大きくなる。これにより、FET31の入力インピーダンスはFET32の入力インピーダンスよりも小さくなるので、入力端子101側の回路と初段のFET31とのインピーダンス整合を行う入力整合部102のスパイラルインダクタL21のインダクタンスを小さくすることができる。このため、スパイラル電極21の電極長が短くなり、電極の有する抵抗成分が小さくなる。すなわち、スパイラルインダクタL21の抵抗成分が小さくなり、ロスが改善される。
【0032】
この場合の各FETの最小雑音指数NFmin および利得(ゲイン)のバイアス電流特性を図3に示す。
図3(a)は初段のFET31の最小雑音指数NFmin および利得(ゲイン)を示し、図3(b)は2段目のFET32の最小雑音指数NFmin および利得(ゲイン)を示す。なお、図中のnfmin は、最小雑音指数NFmin の極小点を示している。
【0033】
このように、初段の最小雑音指数NFmin は2段目の最小雑音指数NFmin よりも特性が悪いので、初段にゲート幅の大きいFET31を用いることで、初段にゲート幅の小さいFET32を用いる場合よりも、増幅部103での最小雑音指数NFmin は悪化する。
【0034】
しかし、前述のように、初段にゲート幅の大きいFET31を用いることで、入力整合部102のスパイラルインダクタL21の電極長を短くすることができるので、インダクタL21のロスが低減され、増幅部103に入力される高周波信号の雑音(ノイズ)成分が抑制される。これにより、増幅部103の初段のFET31の最小雑音指数NFmin が2段目のFET32の最小雑音指数NFmin よりも良くなくても、低雑音増幅回路としての雑音指数NFを改善することができる。
【0035】
このように、前述の低雑音増幅回路の雑音指数NFが、初段のFETをゲート幅の小さいFET32にした場合のFET32の最小雑音指数NFmin とインダクタL21のロスとに基づく低雑音増幅回路の雑音指数NFよりも小さくするように、初段のFET31のゲート幅を設定することで、低雑音増幅回路としての雑音指数NFの悪化を抑制することができる。
【0036】
なお、本実施形態の構成では、増幅部103の初段の利得(ゲイン)が、初段にゲート幅の小さいFETを用いた場合よりも小さくなるが、2段目でこの利得を補完するように設定しておけば、雑音指数に優れ、所望の利得が得られる低雑音増幅回路を構成できる。
【0037】
このような構成とすることで、雑音指数の良好な低雑音増幅回路を形成することができる。
【0038】
また、このような構成とすることで、スパイラルインダクタの電極長が短くなるので、スパイラルインダクタを小型に形成できる。これにより、低雑音増幅回路を小型化できる。さらに、スパイラルインダクタが小型化することで、製造歩留まりが向上する。
【0039】
また、従来、ゲート電極・ソース電極間にコンデンサを形成して入力インピーダンスを低下させていたが、低雑音増幅回路の構成素子数を少なくすることができ、製造歩留まりが向上し、コストダウンすることができる。
【0040】
また、前述の実施形態では、FET31とFET32とのバイアス電流(ドレイン電流)を異ならせて駆動させたが、FET32が最小雑音指数NFmin の極小値nfmin となるバイアス電流でFET31,32を駆動させてもよい。これにより、FET31,FET32の消費電流を抑制することができ、省電力化された低雑音増幅回路を形成できる。この場合、FET31の最小雑音指数NFmin は悪化するが、増幅器としての雑音指数NFは入力整合部102の雑音指数NFに大きく影響を受けるので、増幅器の雑音指数NFの悪化が少ない。これにより、優れた雑音指数を備え、省電力化された低雑音増幅回路を実現できる。
【0041】
なお、前述の実施形態では、2段のFETからなる低雑音増幅回路を説明したが、3段以上のFETからなる低雑音増幅回路についても、初段、2段目に前述の構成を適用することができ、前述の効果を期することができる。
【0042】
また、前述の実施形態では、入力整合部のインダクタをスパイラルインダクタで形成したが、ミアンダインダクタ等、他の形状のインダクタで形成しても良い。
【0043】
【発明の効果】
この発明によれば、増幅部の初段にゲート幅の大きいFETを用いることで、入力整合部の雑音指数(ロス)が改善され、雑音指数に優れる低雑音増幅回路を形成することができる。
【0044】
また、この発明によれば、ゲート幅の小さい2段目のFETの動作条件で増幅部の各FETの動作を行うことで、各FETでのバイアス電流が抑制され、省電力化された低雑音増幅回路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る低雑音増幅回路の概略等価回路図
【図2】回路基板上に低雑音増幅回路の部分平面図
【図3】FET31,32の最小雑音特性NFmin および利得のバイアス電流特性図
【図4】従来の低雑音増幅回路の概略ブロック図
【図5】FETの概略構造を示す部分平面図
【図6】FETの最小雑音特性NFmin のバイアス電流特性図
【符号の説明】
1,101−入力端子
2,102−入力整合部
3,103−増幅部
4,104−出力整合部
5,105−出力端子
21−スパイラル電極
22−接地用電極
31,32,301,302−FET
33,34−ソース接地用電極
35,35’−DCカットコンデンサ用電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a low-noise amplifier circuit for high-frequency signals, and more particularly to a low-noise amplifier circuit formed by connecting a plurality of field effect transistors.
[0002]
[Prior art]
A conventional low noise amplifier circuit will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a schematic block diagram of a conventional low noise amplifier circuit. The low noise amplification circuit shown in FIG. 4 includes an amplification unit 3 in which amplification elements 301 and 302 are connected in two stages, an input matching unit 2 connected between the amplification unit 3 and the input terminal 1, and an amplification unit 3. And an output matching unit 4 connected between the output terminal 5 and the output terminal 5.
[0003]
In such a low-noise amplifier circuit in which a plurality of amplification elements are connected, the noise figure (Noise Figure) NF of the entire circuit is greatly affected by the minimum noise figure NF min of the first-stage amplification element.
[0004]
Here, as the amplifying elements 301 and 302, field effect transistors (hereinafter simply referred to as “FETs”) are generally used. FIG. 5 shows a general structure of an FET formed on a semiconductor integrated circuit substrate.
FIG. 5 is a partial plan view showing a schematic structure of an FET, where G is a gate, D is a drain, and S is a source. As shown in FIG. 5, FET is provided between the drain D and the source S, and forms a predetermined if the gate length L, the gate finger electrode G F formed at a predetermined gate width W are arranged structure. Here, the gate length L is the length of the direction from the drain D to the source S, the gate width W is perpendicular to the direction of the gate length L, it refers to the length of the direction in which the gate finger electrode G F extends.
[0005]
In FET having such a structure, the gate width W is small, that is, the gate finger electrode G F is short improved minimum noise figure NF min, the gate width W is large, that is the minimum noise figure gate finger electrode G F is long NF min deteriorates. This is in accordance with the size of the gate width W, the gate finger electrode G F is increased, the resistance component included in the gate finger electrode G F (series resistance) increases, between the ground and the gate finger electrode This is because the parasitic capacitance increases.
[0006]
The minimum noise figure NF min also depends on the bias current (drain current) flowing through the FET.
FIG. 6 shows the relationship between the drain current and the minimum noise figure NF min .
As shown in FIG. 6, the minimum noise figure NF min has a minimum point with respect to the bias current, and the characteristic of the minimum noise figure NF min depends on the gate width W. By driving under the conditions considered, it is possible to operate the FET so that the minimum value nf min of the minimum noise figure NF min is obtained.
[0007]
From the above, in the conventional low-noise amplifier circuit, an FET with a small gate width that is driven with an appropriate bias current is used as the first stage amplifying element.
By the way, when a high frequency signal is input to the FET, the input impedance of the FET becomes a problem. In terms of DC, the input impedance is high because no current flows through the gate of the FET. However, in terms of high frequency, the input impedance is low due to the parasitic capacitance between the gate finger electrode and the ground. However, in a FET with a small gate width, since the gate finger electrode is small, parasitic capacitance is not easily generated, and the input impedance is hardly reduced.
[0008]
When a high-frequency signal is transmitted to a FET with a high input impedance with a reduced gate width, the transmission loss of the high-frequency signal increases unless impedance matching is performed between the circuit on the input terminal side and the FET. Therefore, in the low noise amplifier circuit, as shown in FIG. 4 described above, the input matching unit 2 is provided between the input terminal 1 and the first stage FET 301 of the amplifier unit 3. Specifically, an inductor such as a spiral inductor is used for the input matching unit 2 (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-308229 [Patent Document 2]
JP-A-8-321726
[Problems to be solved by the invention]
When the input impedance of the first stage FET is high, the inductance value of the inductor must be increased in order to achieve matching between the FET and the input terminal side. However, in order to increase the inductance value of a spiral inductor formed by forming electrodes on a substrate in a spiral shape, it is necessary to lengthen the electrodes forming the inductor. For this reason, the resistance component (series resistance) of the inductor is increased and the loss is increased. Therefore, even if an FET having a small minimum noise figure NF min is used at the first stage, the noise figure NF as a low noise amplification circuit eventually deteriorates. End up.
[0011]
In addition, if the electrodes are lengthened as described above, the shape of the inductor increases accordingly, and the low noise amplifier circuit cannot be formed in a small size.
[0012]
An object of the present invention is to provide a small low-noise amplifier circuit having a good noise figure.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a low noise amplifying circuit comprising an amplifying unit comprising a plurality of stages of field effect transistors connected, and an input matching unit including at least one inductor connected to the preceding stage of the amplifying unit. The gate width of the field effect transistor is larger than that of the second-stage field effect transistor.
[0014]
Further, the present invention is characterized in that a spiral inductor or a meander inductor is used as the inductor of the input matching section.
[0015]
In this configuration, by making the gate width of the first-stage field effect transistor (FET) larger than the gate width of the second-stage FET, the input impedance of the first stage of the amplifying unit is lowered. When the input impedance of the amplifying unit is lowered, the inductance value of the inductor constituting the input matching unit can be reduced, so that the electrode length forming the inductor is shortened and the resistance component included in the inductor is lowered. Thereby, the loss of an inductor falls and the noise superimposed on the high frequency signal input into an amplifier is suppressed.
[0016]
Here, for example, the gate of the first-stage FET is set so that the amount of loss reduction due to the decrease in the resistance component of the inductor is larger than the increase amount of the minimum noise figure NF min of the first-stage FET with respect to the second-stage FET of the amplifier section. By forming the width, the noise figure of the low-noise amplifier circuit is improved even if the minimum noise figure NF min of the first stage FET of the amplification unit is not relatively small (even if large).
[0017]
The present invention is characterized in that the bias current between the first-stage field effect transistor and the second-stage field effect transistor is set to a bias current that minimizes the minimum noise figure of the second-stage field effect transistor.
[0018]
In this configuration, the smaller the gate width, the smaller the bias current that minimizes the minimum noise figure, and the bias current of the second stage FET with a smaller gate width is the same as that of the other stage FET including the first stage FET. By matching the bias current, the consumption current of the amplifying unit is suppressed as compared with matching the bias current of the first-stage FET having a large gate width with the bias current of the other-stage FET. As a result, a power-saving low-noise amplifier circuit is configured.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A low noise amplifier circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic equivalent circuit diagram of a low-noise amplifier circuit according to this embodiment. In FIG. 1, 101 is an input terminal, 102 is an input matching unit, 103 is an amplification unit, 104 is an output matching unit, 105 is an output terminal, and 31 and 32 are FETs. In FIG. 1, the bias voltage supply circuits for the FETs 31 and 32 are omitted for the sake of simplicity.
[0020]
The input matching unit 102 includes an L-type circuit including an inductor L 21 and a capacitor C 21, and both ends of the inductor L 21 are connected to the input terminal 101 and the gate G 1 of the FET 31 of the amplifying unit 103, respectively. The capacitor C 21 is connected between the ends of the amplifier 103 side of the inductor L 21 and the ground.
[0021]
Amplifying unit 103 includes a FET31 of the gate G 1 is connected to the input matching unit 102, is connected to the gate G 2 to the drain D 1 of the FET31 via the capacitor C 33, the drain D 2 is connected to the output matching unit 104 FET 32 is provided. Capacitors C 31 and C 32 and resistors R 31 and R 32 are connected between the sources S 1 and S 2 of the FETs 31 and 32 and the ground, respectively. Further, the drive voltage supply terminals V DD1 and V DD2 are connected to the drains D 1 and D 2 of the FETs 31 and 32 via inductors L 31 and L 32 , respectively. The drive voltage supply terminals V DD1 and V DD2 A driving voltage (drain voltage) is supplied from FET 31 to FET 31 and 32.
[0022]
The high-frequency signal input from the input terminal 101 is input to the gate G 1 of the first stage FET 31 of the amplifying unit 103 via the input matching unit 102. FET31 amplifies the input high-frequency signal is output from the drain D 1. The amplified radio frequency signal in FET31 is via a DC cutting capacitor C 33, it is input to the gate G 2 of the FET32 of the second stage. FET32 will further amplifies the input high-frequency signal is output from the drain D 2. The high-frequency signal thus amplified in two stages is output from the output terminal 105 via the output matching unit 104.
[0023]
2A and 2B are plan views of a low-noise amplifier circuit portion formed on a circuit board, in which FIG. 2A shows the input matching unit 102 and the amplifier unit 103, FIG. 2B shows the FET 31, and FIG. The FET 32 is shown. In FIG. 2, the same components as those in FIG. A ground electrode (not shown) is formed on the back side of the circuit board. The drive voltage supply circuit and the circuit grounded from each source through a resistor are omitted.
[0024]
As shown in FIG. 2, the input terminal 101 is formed of a substantially square electrode, and this input terminal 101 is connected to one end of a spiral inductor L 21 formed of the spiral electrode 21. The electrode at the other end of the spiral inductor L 21 is branched and one electrode is connected to the gate G 1 of the FET 31. The other electrode is formed so as to overlap in the stacking direction with a portion of the ground electrode 22, the capacitor C 21 of the MIM type is composed of this electrode and the ground electrode 22 and the ground electrode.
[0025]
The gate G 1 of the FET31 is branched into four gate fingers G F1 ~G F4. The source S 1 of FET31 is branched to the three source finger S F1 to S F3, the drain D 1 has two drain fingers D F1, branches into D F2. A gate finger G F1 is disposed between the source finger S F1 and the drain finger D F1, and a gate finger G F2 is disposed between the drain finger D F1 and the source finger S F2 . Further, a gate finger G F3 is disposed between the source finger S F2 and the drain finger D F2, and a gate finger G F4 is disposed between the drain finger D F2 and the source finger S F3 .
[0026]
The source S 1 of the FET 31 is connected to the source grounding electrode 33 and constitutes a capacitor C 31 that generates a capacitance between the source grounding electrode 33 and the ground electrode.
[0027]
The drain D 1 of the FET31 is connected to one electrode 35 which constitute the DC cut capacitors C 33, the other electrode 35 of the DC cut capacitor C 33 'is connected to the gate G 2 of the FET 32.
[0028]
The gate G 2 of FET32 are two gate fingers G F1, branches into G F2. The source S 1 of FET32 are two source fingers S F1, branches into S F2. A gate finger G F1 is disposed between the source finger S F1 and the drain finger D F, and a gate finger G F2 is disposed between the drain finger D F and the source finger S F2 .
[0029]
The source S 2 of the FET 32 is connected to the source grounding electrode 34, and a capacitor C 32 that generates a capacitance is formed between the source grounding electrode 34 and the ground electrode.
[0030]
The drain D 2 of FET32 is connected downstream of the output matching unit 104.
[0031]
In such a configuration, the FET 31 and the FET 32 have the same gate finger shape. On the other hand, the FET 31 has four gate fingers, and the FET 32 has two gate fingers. Since the gate width of the FET is the sum of the lengths of the gate fingers, the gate width of the FET 31 (the length of the gate finger) is substantially larger than the gate width of the FET 32. Accordingly, since the input impedance of FET31 is smaller than the input impedance of the FET 32, is possible to reduce the inductance of the spiral inductor L 21 of the input matching unit 102 that performs impedance matching between FET31 circuit and the first stage of the input terminal 101 side it can. For this reason, the electrode length of the spiral electrode 21 is reduced, and the resistance component of the electrode is reduced. That is, the resistance component of the spiral inductor L 21 is reduced, the loss can be improved.
[0032]
FIG. 3 shows the bias current characteristics of the minimum noise figure NF min and gain of each FET in this case.
3 (a) shows the minimum noise figure NF min and gain of the first-stage FET 31 (gain), FIG. 3 (b) shows a minimum noise figure NF min and gain FET32 the second stage (gain). Note that nf min in the figure indicates a minimum point of the minimum noise figure NF min .
[0033]
Thus, since the first stage minimum noise figure NF min characteristic is worse than a minimum noise figure NF min of the second stage, the use of the FET31 large gate width in the first stage, when using the FET32 gate widths small first stage As a result, the minimum noise figure NF min in the amplifying unit 103 is deteriorated.
[0034]
However, as described above, by using the FET 31 having a large gate width in the first stage, the electrode length of the spiral inductor L 21 of the input matching unit 102 can be shortened, so that the loss of the inductor L 21 is reduced and the amplification unit The noise component of the high-frequency signal input to 103 is suppressed. Accordingly, even if no better than the first-stage FET31 minimum noise figure NF min is the second-stage FET32 minimum noise figure NF min of the amplifier 103, it is possible to improve the noise figure NF of the low noise amplifier circuit .
[0035]
As described above, the noise figure NF of the low-noise amplifier circuit is based on the minimum noise figure NF min of the FET 32 and the loss of the inductor L 21 when the first stage FET is the FET 32 having a small gate width. By setting the gate width of the first stage FET 31 so as to be smaller than the noise figure NF, it is possible to suppress the deterioration of the noise figure NF as a low noise amplifier circuit.
[0036]
In the configuration of the present embodiment, the gain of the first stage of the amplifying unit 103 is smaller than when a FET having a small gate width is used in the first stage, but the gain is set to be supplemented in the second stage. By doing so, it is possible to configure a low-noise amplifier circuit that is excellent in noise figure and obtains a desired gain.
[0037]
With such a configuration, it is possible to form a low noise amplifier circuit with a good noise figure.
[0038]
Moreover, since the electrode length of a spiral inductor becomes short by setting it as such a structure, a spiral inductor can be formed small. Thereby, a low noise amplifier circuit can be reduced in size. Further, the manufacturing yield is improved by downsizing the spiral inductor.
[0039]
Conventionally, a capacitor is formed between the gate electrode and the source electrode to reduce the input impedance, but the number of components of the low-noise amplifier circuit can be reduced, the manufacturing yield is improved, and the cost is reduced. Can do.
[0040]
In the above-described embodiment, the FET 31 and the FET 32 are driven with different bias currents (drain currents). However, the FET 32 drives the FETs 31 and 32 with a bias current at which the FET 32 has a minimum value nf min of the minimum noise figure NF min. You may let them. Thereby, the current consumption of FET31 and FET32 can be suppressed, and a low-noise amplifier circuit with reduced power consumption can be formed. In this case, the minimum noise figure NF min of the FET 31 is deteriorated, but the noise figure NF as an amplifier is greatly affected by the noise figure NF of the input matching unit 102, so that the deterioration of the noise figure NF of the amplifier is small. As a result, a low-noise amplifier circuit having an excellent noise figure and saving power can be realized.
[0041]
In the above-described embodiment, the low-noise amplifier circuit including two stages of FETs has been described. However, the above-described configuration is applied to the first stage and the second stage also for low-noise amplifier circuits including three or more stages of FETs. The above-mentioned effect can be expected.
[0042]
In the above-described embodiment, the inductor of the input matching unit is formed of a spiral inductor, but may be formed of an inductor having another shape such as a meander inductor.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using an FET having a large gate width at the first stage of the amplifying unit, the noise figure (loss) of the input matching unit is improved, and a low noise amplifying circuit having an excellent noise figure can be formed.
[0044]
In addition, according to the present invention, the operation of each FET in the amplifying unit is performed under the operation condition of the second-stage FET having a small gate width, thereby suppressing the bias current in each FET and reducing power consumption. An amplifier circuit can be formed.
[Brief description of the drawings]
Schematic equivalent circuit diagram of the low noise amplifier circuit according to the embodiment of the invention; FIG 2 shows a partial plan view of the low noise amplifier circuit on the circuit board in FIG. 3 FET31,32 minimum noise characteristics NF min and Fig. 4 is a schematic block diagram of a conventional low noise amplifier circuit. Fig. 5 is a partial plan view showing a schematic structure of an FET. Fig. 6 is a bias current characteristic diagram of a minimum noise characteristic NF min of the FET. Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101-Input terminal 2,102-Input matching part 3,103-Amplifier part 4,104-Output matching part 5,105-Output terminal 21-Spiral electrode 22-Grounding electrode 31,32,301,302-FET
33, 34-Common source electrode 35, 35 '-DC cut capacitor electrode

Claims (3)

電界効果トランジスタを複数段接続してなる増幅部と、該増幅部の前段に接続された、少なくとも一つのインダクタを含む入力整合部とを備える低雑音増幅回路において、
前記増幅部の初段の電界効果トランジスタのゲート幅を二段目の電界効果トランジスタのゲート幅よりも大きくしたことを特徴とする低雑音増幅回路。
In a low noise amplifying circuit including an amplifying unit formed by connecting a plurality of stages of field effect transistors, and an input matching unit including at least one inductor connected to the previous stage of the amplifying unit,
A low noise amplifier circuit characterized in that the gate width of the first stage field effect transistor of the amplification section is made larger than the gate width of the second stage field effect transistor.
前記入力整合部のインダクタがスパイラルインダクタまたはミアンダインダクタである請求項1に記載の低雑音増幅回路。The low-noise amplifier circuit according to claim 1, wherein the inductor of the input matching unit is a spiral inductor or a meander inductor. 前記増幅部の各段の電界効果トランジスタのうち、少なくとも初段の電界効果トランジスタと前記二段目の電界効果トランジスタのバイアス電流を、前記二段目の電界効果トランジスタの最小雑音指数が極小となるバイアス電流にする請求項1または請求項2に記載の低雑音増幅回路。Among the field effect transistors at each stage of the amplifying unit, at least the bias current of the first stage field effect transistor and the second stage field effect transistor is biased so that the minimum noise figure of the second stage field effect transistor is minimized. The low noise amplifier circuit according to claim 1, wherein the current is a current.
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