JP2008512926A - 広い周波数帯域にわたって平坦な利得応答で調節可能なカスコードｌｎａ - Google Patents

Abstract

カスコードＬＮＡ回路は調節された誘導負荷を備える。その回路は、広い周波数帯域にわたって平坦な応答を示す。

Description

発明の詳細の説明

今日では、多くの無線システムは、受信機連鎖内にカスコードＬＮＡ（低雑音増幅器）を用いている。そのような構造の利点は、単一のトランジスタ段と比べると、入力インピーダンス整合ネットワークをＬＮＡ負荷からほとんど独立させ、ＬＯ（局部発振器）からのいかなるリークも著しく低減するような優れた逆アイソレーションであることが良く知られている。８０２．１１ａに関しては、動作周波数が４．９ＧＨｚから６．０ＧＨｚであり、ＵＷＢに関しては、動作帯域が数ＧＨｚを扱うように、ますます、無線システムは広い周波数帯域にわたって動作する。受信機連鎖の第１段である（他にあったとしてもアンテナ及び前段のフィルタの後）ＬＮＡは、動作周波数にわたって十分に高い利得及び低い雑音の形状を提供する必要がある。

以下の参考文献は、従来技術を図示するものと思われる。
［１］「A 3 to 10 GHz LNA using wideband LC-Ladder Matching Network、A.Ismail」、A.Abidi、ISSCC 2004 conference
［２］「An ultra-wideband CMOS LNA for 3.1 to 10.6GHz Wireless Receivers」、Andrea Bevilacqua、Ali M Niknejad、ISSCC 2004 conference
［３］「A single-chip dual-band tri-mode CMOS transceivers for IEEE 802.11a/b/g WLAN」、Masoud Zargari and al、ISSCC 2004 conference
［４］「A 2.5dB NF direct-conversion receiver front-end for HiperLAN2/IEEE 802.11a/b/g」、Paola Rossi、Antonio Liscidini、Massimo Brandolini、Francesco Svelto、ISSCC 2004 conference

近年では、カスコードＬＮＡ回路は、多くの文献［１］、［２］、［３］に見られていた。図１を参照すると、８０２．１１ａ及びＵＷＢ（又は他のいかなる無線システム）のために用いられる典型的なバイポーラカスコードＬＮＡが入力整合ネットワーク（Ｎ１）、相互コンダクタンス段（Ｔ１）、誘導エミッタ変性（Ｌ１）、共通バス（Ｔ２）、誘導負荷（Ｌ２）といった構造を有し、任意の部品はＣ２及びＲ２である。トランジスタＴ１及びＴ２のためのバイアス回路は、図面の簡略化のために図１には詳しくは述べられていない。

対応する構造がＣＭＯＳ技術によって実現されても良い。

図２を参照すると、図１の誘導負荷を伴うカスコード構造の著しい欠点は、動作周波数帯域Ｆｓｔｏｐ−Ｆｓｔａｒｔにわたるその利得の変化である。典型的には、Ｆｓｔｏｐ−Ｆｓｔａｒｔ＞１ＧＨｚである。

広い周波数帯域にわたってカスコードＬＮＡ利得を平坦にするための１つの方法は、［１］及び［２］のように、進歩した入力整合ネットワークを用いることである。しかしながら、極めて広い帯域のＬＮＡは、周波数Ｆｗａｎｔｅｄ（ＦｓｔａｒｔとＦｓｔｏｐの間）で所望の受信信号だけでなく、他のどれもが、Ｆｗａｎｔｅｄとは異なる周波数（たとえ、ＦｉｎｔｅｒｆｅｒｅがＦｗａｎｔｅｄから遠く離れていても）での干渉も増幅させるという欠点を有する。干渉を増幅させることは、受信機連鎖内に追加ダイナミックレンジ及び追加フィルタリングを必要とするので、電流消費及び費用（アンテナの前段に追加受動フィルタを加える場合）を増加させることになり好ましくない。

本当の広い帯域のＬＮＡ（帯域干渉の外でさえ増幅する）の問題点を解決するためには、１つのアプローチは、狭帯域ＬＮＡを周波数調節することである。図３を参照すると、このことは、様々なキャパシタで誘導負荷を調節することによって容易に行われる。既に、この概念は［４］において実行されて公開された。しかしながら、この文献に提案された回路は、ＬＮＡがカスコードではないが、わずかなＬＯリークを有する共通のベース段であること、周波数応答が平坦でないこと、といった幾つかの欠点を有し、文献［４］は、１ｄＢ利得変化について示す。

図４は、調節可能な誘導負荷を伴うカスコードＬＮＡの理想的な所望の応答を図示する。しかしながら、前述の利得変化のために、実際の回路は、図４に示されるような理想的な応答を有していない。むしろ、調節周波数Ｆｔｕｎｅ１、２、３．．．での利得値は同じではない。相互コンダクタンス段Ｔ１の入力からＬＮＡ出力（図１を参照）の周波数応答は、図４に示されるものに極めて近いかもしれない。それにもかかわらず、図５を参照すると、入力整合ネットワーク（図１）の周波数応答は、広い帯域にわたって平坦ではない。結果的に、図３に図示されるような全体のＬＮＡ応答は、実際には、入力整合ネットワークの周波数応答（図６を参照）によって決定される。

図６によれば、誘導負荷調節を伴うカスコードＬＮＡ回路が、ワイヤレスシステム（図４を参照）に望ましい動作周波数帯域Ｆｓｔｏｐ−Ｆｓｔａｒｔにわたって平坦な応答を有していないことが分かる。

一般的にいって、本発明は、調節された誘導負荷を伴うカスコードＬＮＡ回路に備える。その回路は、広い周波数帯域にわたって平坦な応答を示す。

図７を参照すると、調節されたエミッタ変性インダクタＬ１を含む調節された誘導負荷を伴うカスコードＬＮＡの簡略化された回路図が示される。インダクタＬ１は、回路の相互コンダクタンスを線形化する機能を果たす。抵抗Ｒ２は、この回路では任意である。

キャパシタＣ１によって変性インダクタＬ１を調節することによって、図８に示されるように、入力整合ネットワーク内の周波数補正が容易になる。そのときには、ＬＮＡ利得は、エミッタ変性インダクタ調節を用いて調節可能である。

図９を参照すると、ＬＮＡ利得は、Ｃ１及びＣ２の値の適切な組み合わせ（エミッタ変性インダクタ調節キャパシタ及び負荷インダクタ調節キャパシタのそれぞれ）によって、動作周波数帯域Ｆｓｔｏｐ−Ｆｓｔａｒｔにわたってほぼ平坦（代表的な実施例では、４．９ＧＨｚから６ＧＨｚにおいて１ｄＢ未満の変化）にされ得ることが分かる。Ｃ１及びＣ２の値は、例えば、異なる所望の周波数に対してＣ１及びＣ２の値を与えるルックアップテーブルを含む制御回路を用いて制御されても良い。

図１０を参照すると、調節されたエミッタ変性インダクタを含む調節された誘導負荷を伴うＣＭＯＳカスコードＬＮＡの簡略化された回路図が示される。

当業者によって、特質又は本質的な特徴から逸脱することのないその他の具体的な形態において本発明が実施されても良い。それ故に、開示された実施例は、図示される全ての事項において意図されるが、限定的ではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示され、前述の詳細な説明によって示されるものではなく、均等の手段及び範囲内にある全ての変化が包含されるように意図される。

典型的なカスコードＬＮＡの簡略化された回路図である。 広い動作周波数にわたる誘導負荷を伴うカスコードＬＮＡの典型的な周波数応答を示す図である。 調節可能な誘導負荷を伴うカスコードＬＮＡの簡略化された回路図である。 調節されたＬＮＡの観念的な周波数応答を示す図である。 典型的な入力整合ネットワーク及びそれらの周波数応答を示す図である。 整合ネットワークの周波数応答によって決定される調節された誘導負荷を伴うカスコードＬＮＡ及びその周波数応答を示す図である。 本発明の一実施例に従う調節された誘導負荷及び調節された誘導エミッタ変性を伴うカスコードＬＮＡの簡略化された回路図である。 入力整合ネットワーク及び調節された誘導エミッタ変性を伴う相互コンダクタンス段、並びに異なる調節値に対する周波数応答を示す図である。 誘導負荷及び調節された誘導エミッタ変性が両方とも調節されたときの図７のカスコードＬＮＡの周波数応答を示す図である。 本発明のその他の実施例に従う誘導負荷及び調節された誘導エミッタ変性を伴うＣＭＯＳカスコードＬＮＡの簡略化された回路図である。

Claims (6)

1. 狭帯域増幅器を用いて受信された入力信号を広い周波数帯域にわたってほぼ一定の利得で増幅する方法であって、
   対象信号に対応する選択された周波数帯域内で動作するように前記狭帯域増幅器を調節し、
   前記選択された周波数帯域に従って前記狭帯域増幅器の非線形利得応答を補正することを含む方法。
2. 前記調節は、第１バラクタ素子を変化させることを含み、
   前記補正は、第２バラクタ素子を変化させることを含む請求項１に記載の方法。
3. 狭帯域増幅器を用いて受信された入力信号を広い周波数帯域にわたってほぼ一定の利得で増幅させる増幅装置であって、
   対象信号に対応する選択された周波数帯域内で動作するように前記狭帯域増幅器を調節する手段と、
   前記選択された周波数帯域に従って前記狭帯域増幅器の非線形利得応答を補正する手段と、を含む装置。
4. 前記調節する手段は、第１バラクタ素子を含み、
   前記補正する手段は、第２バラクタ素子を含む請求項３に記載の装置。
5. 増幅回路であって、
   電源と接続されたトランジスタ、負荷、入力信号及び出力信号と、
   前記トランジスタと接続され、前記出力信号に周波数依存利得を示させる整合ネットワークと、
   前記トランジスタと接続された素子を線形化する相互コンダクタンスと、
   前記増幅回路を調節し、前記トランジスタの導電パスと並列に接続された第１バラクタと、
   素子を線形化する前記相互コンダクタンスと接続された前記増幅回路の利得を変化させる第２バラクタと、を含む増幅回路。
6. 前記周波数依存利得を是正するように調整された方法で前記第１バラクタ及び前記第２バラクタを調節する制御回路をさらに含む請求項５に記載の増幅回路。

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