JP2009005092A - Variable-gain low noise amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体通信機器をはじめとした各種の無線通信機器に用いられる利得可変型の増幅器に係り、特に、利得可変における可変量の自由度向上等を図ったものに関する。 The present invention relates to a variable gain amplifier used in various wireless communication devices such as mobile communication devices, and more particularly to a device that improves a variable amount of freedom in variable gain.
移動体通信機器等の無線通信に用いられる低雑音増幅器において、通常、入力される高周波信号電力は微弱であるが、ある条件下では強電界の高周波信号が入力される場合がある。このような場合、利得可変機能を有しない低雑音増幅器では、強電界の高周波信号が入力されると、低雑音増幅器の線形動作領域を越えてしまい、高周波入力信号が歪んでしまうという問題を生ずる。そのため、低雑音増幅器に利得可変機能を付加し、高周波入力信号が微弱な場合には、増幅利得を最大にする一方、逆に高周波入力信号が強電界の場合には、増幅利得を最小に設定することで、低雑音増幅器における信号の歪みを低減させる必要がある。
そして、低雑音増幅器の利得可変を行い、増幅利得を最小とすることにより、低雑音増幅器の後段へ入力される信号レベルが低くなるため、低雑音増幅器の後段における入力信号の歪みを抑制できるという利点がある。
In a low noise amplifier used for wireless communication such as a mobile communication device, a high-frequency signal power to be input is usually weak, but a high-frequency signal with a strong electric field may be input under certain conditions. In such a case, in a low noise amplifier that does not have a gain variable function, when a high frequency signal of a strong electric field is input, the linear operation region of the low noise amplifier is exceeded, causing a problem that the high frequency input signal is distorted. . For this reason, a gain variable function is added to the low noise amplifier, and when the high frequency input signal is weak, the amplification gain is maximized. Conversely, when the high frequency input signal is a strong electric field, the amplification gain is set to the minimum. Thus, it is necessary to reduce signal distortion in the low noise amplifier.
And by changing the gain of the low noise amplifier and minimizing the amplification gain, the signal level input to the subsequent stage of the low noise amplifier is lowered, so that distortion of the input signal in the subsequent stage of the low noise amplifier can be suppressed. There are advantages.
このような従来の利得可変型増幅の一例としては、例えば、特許文献1等に開示されたものがある。
図3には、従来回路の一例が示されており、以下、同図を参照しつつ、従来の利得可変型増幅について説明する。
この利得可変型増幅器は、高周波信号の増幅を行う信号増幅用電界効果トランジスタ(以下、「FET」と称する)28を中心に増幅回路が構成されると共に、高周波信号のバイパスを行う増幅器バイパス用FET4Aが、信号増幅用FET28に対して並列接続となるように設けられたものとなっている。
さらに、信号増幅用FET28には、その動作を制御するバイアスSW用FET29が直列接続されて設けられたものとなっている。
As an example of such a conventional variable gain amplification, there is one disclosed in
FIG. 3 shows an example of a conventional circuit. Hereinafter, a conventional variable gain amplification will be described with reference to FIG.
In this variable gain amplifier, an amplifier circuit is configured around a signal amplification field effect transistor (hereinafter referred to as “FET”) 28 for amplifying a high frequency signal, and an
Further, the
かかる構成において、第2のコントロール電圧印加端子37に印加されるコントロール電圧をVCONT37、増幅器バイパス用FET4Aのピンチオフ電圧をVpとすると、利得可変を行わない場合、換言すれば、最大利得を得る場合には、まず、電源電圧印加端子27Aに信号増幅用FET28が動作するような電源電圧を印加する一方、第1のコントロール電圧印加端子36にはバイアスSW用FET29がオン状態となるようなバイアス電圧を印加すると共に、第2のコントロール電圧印加端子37には、VCONT37≧−Vpとなるようなバイアス電圧を印加する。
In such a configuration, if the control voltage applied to the second control
それによって、信号増幅用FET28が動作状態とされる一方、増幅器バイパス用FET4Aがオン状態とされることとなる。
利得可変を行わない状態にあって、高周波信号入力端子21Aから入力インピーダンス整合回路18Aを介して入力された高周波信号は、増幅器バイパス用FET4Aにより減衰されることなく第1のDCカット用キャパシタ5Aを介して信号増幅用FET28の第1のゲート端子G1に入力される。そして、信号増幅用FET28により増幅された高周波信号は、出力インピーダンス整合回路19A及び第4のDCカット用キャパシタ20Aを介して高周波信号出力端子22Aに出力されることとなり、通常の低雑音増幅器と同様な動作による最大利得を得ることができる。
As a result, the signal amplifying FET 28 is activated, while the amplifier bypassing FET 4A is turned on.
The high frequency signal input from the high frequency
一方、利得可変を行う場合、換言すれば、最小利得を得る場合には、第1のコントロール電圧印加端子36にバイアスSW用FET29がオフ状態となるようなバイアス電圧を印加する一方、第2のコントロール電圧印加端子37には、VCONT37≦−Vpとなるようなバイアス電圧を印加することで、信号増幅用FET28がオフ状態とされる一方、増幅器バイパス用FET4Aがオン状態とされることとなる。
その結果、高周波入力信号は、信号増幅用FET28を通過するのではなく、増幅器バイパス用FET4Aを通過し、高周波信号出力端子22Aに出力されることとなる。したがって、利得可変時における利得は、第2のDCカット用キャパシタ7A、増幅器バイパス用FET4A及び第3のDCカット用キャパシタ8Aにより構成されたバイパス回路における通過損失により決定されることとなる。
As a result, the high frequency input signal does not pass through the
しかしながら、上記従来回路においては、利得可変を行う際の利得が上述のように2段階しか選択することができず、そのため、高周波入力信号が強電界と弱電界の中間レベル(中電界)の場合には、入力信号レベルに応じた適切な利得を選択することとができないという問題が生ずる。
図4には、上述した従来回路における高周波入力信号レベルに対する利得変化を示す特性線図が示されており、以下、同図を参照しつつ、上記問題についてより具体的に説明する。
However, in the above-described conventional circuit, the gain at the time of variable gain can be selected only in two stages as described above. Therefore, when the high-frequency input signal is an intermediate level (medium electric field) between a strong electric field and a weak electric field Therefore, there arises a problem that an appropriate gain according to the input signal level cannot be selected.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a gain change with respect to the high-frequency input signal level in the above-described conventional circuit. Hereinafter, the above problem will be described in more detail with reference to FIG.
まず、図4において、横軸は、高周波入力信号のレベル(dBm)を表し、縦軸は、増幅利得(dB)を表している。
また、図4において、便宜的に、高周波入力信号レベルが−40dBmから−20dBmまでの領域を弱電界、高周波入力信号レベルが−25dBmから−15dBmまでの領域を中電界、高周波入力信号レベルが−15dBmから−0dBmまでの領域を強電界と定義している。
さらに、利得変化を行わない場合(最大利得を得る場合)の利得と、利得可変を行った場合(最小利得を得る場合)の利得の差分を利得ダイナミックレンジRdynと定義する。
First, in FIG. 4, the horizontal axis represents the level (dBm) of the high-frequency input signal, and the vertical axis represents the amplification gain (dB).
In FIG. 4, for convenience, a region where the high frequency input signal level is −40 dBm to −20 dBm is a weak electric field, a region where the high frequency input signal level is −25 dBm to −15 dBm is a medium electric field, and the high frequency input signal level is − A region from 15 dBm to −0 dBm is defined as a strong electric field.
Furthermore, a gain dynamic range Rdyn is defined as a difference between a gain when the gain is not changed (when the maximum gain is obtained) and a gain when the gain is varied (when the minimum gain is obtained).
かかる前提の下、図4において、利得可変型低雑音増幅器に入力される高周波入力信号レベルが、弱電界(−40dBmから−20dBmまでの領域)である場合には、無線受信機の感度を得るために利得可変型低雑音増幅器の利得可変を行わず、最大利得(17.2dB)を得ることができる(図4参照)。
一方、利得可変型低雑音増幅器に入力される高周波入力信号レベルが、強電界(−15dBmから−0dBmまでの領域)である場合には、歪み低減のため、利得可変を行うことにより、最小利得(−7.2dB)を得ることができる(図4参照)。
したがって、この場合の利得ダイナミックレンジRdynは、24.7dBとなる。
Under such a premise, in FIG. 4, when the high-frequency input signal level input to the variable gain low noise amplifier is a weak electric field (a region from −40 dBm to −20 dBm), the sensitivity of the radio receiver is obtained. Therefore, the maximum gain (17.2 dB) can be obtained without changing the gain of the variable gain low noise amplifier (see FIG. 4).
On the other hand, when the high-frequency input signal level input to the variable gain low noise amplifier is a strong electric field (a region from −15 dBm to −0 dBm), by changing the gain to reduce distortion, the minimum gain is obtained. (-7.2 dB) can be obtained (see FIG. 4).
Therefore, the gain dynamic range Rdyn in this case is 24.7 dB.
このように、従来回路においては、高周波入力信号レベルが中電界の場合には、最適利得を選択することができないため、大きい利得ダイナミックレンジRdyn(24.7dB)の幅で、利得を頻繁に切り替えながら中電界領域に対応する他なかった。
一般的には、利得ダイナミックレンジが大きい状態で利得可変状態の切り替えを行うと、例えば、データ通信に用いられるものにあっては、スループットが悪化してしまうという問題を招く。利得ダイナミックレンジが小さいほど、中電界領域におけるデータ通信時のスループット低下など問題が生じなくなるが、上述のような従来回路では、データ通信時におけるスループットの低下のみならず、高データレートでの通信阻害を回避することができない。
As described above, in the conventional circuit, when the high-frequency input signal level is a medium electric field, the optimum gain cannot be selected. Therefore, the gain is frequently switched in the large gain dynamic range Rdyn (24.7 dB). However, there was nothing else to deal with the middle electric field region.
In general, when the variable gain state is switched in a state where the gain dynamic range is large, for example, in a device used for data communication, there is a problem that throughput is deteriorated. As the gain dynamic range is smaller, problems such as a decrease in throughput during data communication in the middle electric field region do not occur. However, in the conventional circuit as described above, not only a decrease in throughput during data communication, but also a communication inhibition at a high data rate. Cannot be avoided.
近年の移動体通信機器においては、高いデータレートで通信を行うケースが多く、かつ、無線中継基地局の増設などにより無線受信機に入力される高周波入力信号レベルが中電界領域である場合が多いため、上述のように高周波入力信号が中電界の場合における利得可変型低雑音増幅器の利得の選択度が重要な問題となっている。 In recent mobile communication devices, communication is often performed at a high data rate, and a high-frequency input signal level input to a wireless receiver due to addition of a wireless relay base station or the like is often in a middle electric field region. Therefore, as described above, the gain selectivity of the variable gain low noise amplifier when the high frequency input signal is a medium electric field is an important problem.
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、高周波入力信号レベルの強度に応じて従来に比してより適切な増幅利得を設定することができる利得可変型低雑音増幅器を提供するものである。
本発明の他の目的は、高周波入力信号レベルの強電界、中電界及び弱電界の各区分に対応した利得設定を可能とする利得可変型低雑音増幅器を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a variable gain low noise amplifier capable of setting a more appropriate amplification gain as compared with the prior art in accordance with the strength of the high frequency input signal level. is there.
Another object of the present invention is to provide a variable gain low noise amplifier that enables gain setting corresponding to each of a strong electric field, a medium electric field, and a weak electric field of a high frequency input signal level.
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る利得可変型低雑音増幅器は、
第1及び第2の信号増幅用電界効果トランジスタにより高周波信号の増幅動作がなされるよう構成されてなる一方、入出力端子間において、前記第1及び第2の信号増幅用電界効果トランジスタをバイパスせしめる増幅器バイパス用電界効果トランジスタが設けられてなる利得可変型低雑音増幅器であって、
前記2つの信号増幅用電界効果トランジスタは、前記第1の信号増幅用電界効果トランジスタのドレインが前記第2の信号増幅用電界効果トランジスタのソースに接続され、前記第1の信号増幅用電界効果トランジスタが、そのゲートに高周波入力信号が印加可能に設けられ、前記第2の信号増幅用電界効果トランジスタのドレイン側に増幅信号が得られるよう設けられる一方、
前記第1の信号増幅用電界効果トランジスタのソースとグランドとの間に、当該第1の信号増幅用電界効果トランジスタの動作電流を調整する動作電流調整手段が設けられてなるものである。
かかる構成において、動作電流調整手段は、第1の信号増幅用電界効果トランジスタのソースとグランドとの間に直列接続されて設けられた利得切り替えSW用電界効果トランジスタと、前記利得切り替えSW用電界効果トランジスタに対して並列接続され、少なくとも利得調整用インダクタを用いてなる直列回路とを具備してなるものが好適である。
より具体的には、第1の信号増幅用電界効果トランジスタのゲートは、高周波入力信号が入力インピーダンス整合回路及び第1のDCカット用キャパシタを介して印加可能とされ、前記入力インピーダンス整合回路と第1のDCカット用キャパシタとの接続点は、第2のDCカット用キャパシタを介して前記増幅器バイパス用電界効果トランジスタのソースに接続され、前記第2の信号増幅用電界効果トランジスタのドレインは、出力インピーダンス整合回路及び第4のDCカットキャパシタを介して外部へ増幅信号を出力可能とされると共に、当該第2の信号増幅用電界効果トランジスタのドレインは、第3のDCカット用キャパシタを介して前記増幅器バイパス用電界効果トランジスタのドレインに接続され、前記第1の信号増幅用電界効果トランジスタのゲートには、第1のゲートバイアス印加用バイアス回路を介して、また、前記第2の信号増幅用電界効果トランジスタのゲートには、第2のゲートバイアス印加用バイアス回路を介して、共にバイアス印加電圧が印加可能とされると共に、前記第2の信号増幅用電界効果トランジスタのゲートは、第1のバイパスキャパシタを介してグランドに接続され、前記第1の信号増幅用電界効果トランジスタのソースには、前記利得切り替えSW用電界効果トランジスタのドレインが接続される一方、当該利得切り替えSW用電界効果トランジスタのソースはグランドに接続されてなるものが好適である。
さらに、増幅器バイパス用電界効果トランジスタは、複数直列接続されて設けられたものとしても好適である。
In order to achieve the above object of the present invention, a variable gain low noise amplifier according to the present invention comprises:
The first and second signal amplification field effect transistors are configured to amplify a high frequency signal, and the first and second signal amplification field effect transistors are bypassed between the input and output terminals. A variable gain low noise amplifier provided with a field effect transistor for amplifier bypass,
In the two signal amplification field effect transistors, the drain of the first signal amplification field effect transistor is connected to the source of the second signal amplification field effect transistor, and the first signal amplification field effect transistor Is provided so that a high frequency input signal can be applied to the gate thereof, and an amplified signal is provided on the drain side of the second signal amplification field effect transistor,
Operating current adjusting means for adjusting the operating current of the first signal amplifying field effect transistor is provided between the source of the first signal amplifying field effect transistor and the ground.
In this configuration, the operating current adjusting means includes the gain switching SW field effect transistor provided in series between the source of the first signal amplification field effect transistor and the ground, and the gain switching SW field effect. It is preferable to include a series circuit that is connected in parallel to the transistor and includes at least a gain adjusting inductor.
More specifically, a high-frequency input signal can be applied to the gate of the first signal amplification field effect transistor via the input impedance matching circuit and the first DC cut capacitor, The connection point of the first DC cut capacitor is connected to the source of the amplifier bypass field effect transistor via the second DC cut capacitor, and the drain of the second signal amplification field effect transistor is connected to the output The amplified signal can be output to the outside via the impedance matching circuit and the fourth DC cut capacitor, and the drain of the second signal amplification field effect transistor is connected to the drain via the third DC cut capacitor. The first signal amplification electric field connected to the drain of the amplifier bypass field effect transistor The gate of the effect transistor is connected to the first gate bias applying bias circuit, and the gate of the second signal amplifying field effect transistor is connected to the gate of the second transistor bias applying circuit. Both of the bias application voltages can be applied, and the gate of the second signal amplifying field effect transistor is connected to the ground via the first bypass capacitor, and the first signal amplifying field effect transistor has a gate connected thereto. The source is preferably connected to the drain of the gain switching SW field effect transistor, while the source of the gain switching SW field effect transistor is connected to the ground.
Furthermore, a plurality of amplifier bypass field effect transistors may be preferably provided in series.
本発明によれば、増幅利得を、高周波入力信号レベルに応じて従来に比してより適切に可変することができ、そのため、無線通信機器におけるデータ通信時のスループットなどの受信性能を悪化させることなく、可変された利得に応じた増幅信号を出力することができるという効果を奏するものである。 According to the present invention, the amplification gain can be varied more appropriately than in the past in accordance with the high-frequency input signal level, thereby degrading the reception performance such as the throughput during data communication in the wireless communication device. In this way, an amplified signal corresponding to the variable gain can be output.
以下、本発明の実施の形態について、図1及び図2を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における利得可変型低雑音増幅器の構成例について、図1を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における利得可変型低雑音増幅器は、第1の信号増幅用電界効果トランジスタ(以下、「FET」と称する)1及び第2の信号増幅用FET2からなる増幅回路によって高周波信号が増幅されると共に、利得切り替えSW用FET3によって利得可変の有無が選択可能に構成されてなるものである。
さらに、本発明の実施の形態における利得可変型低雑音増幅器は、増幅器バイパス用FET4を中心としたバイパス回路が設けられたものとなっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
The members and arrangements described below do not limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention.
First, a configuration example of a variable gain low noise amplifier according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The variable gain low noise amplifier according to the embodiment of the present invention receives a high frequency signal by an amplifier circuit composed of a first signal amplification field effect transistor (hereinafter referred to as “FET”) 1 and a second
Further, the variable gain low noise amplifier according to the embodiment of the present invention is provided with a bypass circuit centered on the amplifier bypass FET 4.
以下、具体的に回路接続について説明する。
第1の信号増幅用FET1は、そのゲートが第1のDCカット用キャパシタ5及び入力インピーダンス整合回路18を介して高周波信号入力端子21に接続されている。そして、第1のDCカット用キャパシタ5と入力インピーダンス整合回路18の接続点には、第2のDCカット用キャパシタ7を介して増幅器バイパス用FET4のソースが接続されている。
Hereinafter, the circuit connection will be specifically described.
The gate of the first
また、第1の信号増幅用FET1のドレインと第2の信号増幅用FET2のソースは相互に接続されて、第1及び第2の信号増幅用FET1,2は、縦続接続状態に設けられている。
そして、第2の信号増幅用FET2のドレインは、出力インピーダンス整合回路19及び第4のDCカットキャパシタ20を介して高周波信号出力端子22に接続されると共に、第3のDCカット用キャパシタ8を介して増幅器バイパス用FET4のドレインに接続され、さらに、チョークインダクタ17を介して電源電圧印加端子27に接続されている。
Further, the drain of the first
The drain of the second
増幅器バイパス用FET4は、そのゲートが、第1のバイアス抵抗器14を介して第2のバイアス印加端子24に接続される一方、ソースは、第2のバイアス抵抗器13を介して、また、ドレインは、第3のバイアス抵抗器15を介して、共に第3のバイアス印加端子25に接続されている。
The amplifier bypass FET 4 has a gate connected to the second
また、第1の信号増幅用FET1のゲートは、第1のゲートバイアス印加用バイアス回路11を介して、また、第2の信号増幅用FET2のゲートは、第2のゲートバイアス印加用バイアス回路12を介して共に第4のバイアス印加端子26に接続されると共に、第2の信号増幅用FET2のゲートは、バイパスキャパシタ6を介してグランドに接続されている。
The gate of the first
さらに、第1の信号増幅用FET1のソースは、利得切り替えSW用FET3のドレインに接続されると共に、利得調整用インダクタ9及びバイアス調整用抵抗器10を介してグランドに接続されている。
そして、利得切り替えSW用FET3のソースは、グランドに接続される一方、ゲートは、第4のバイアス抵抗器16を介して第1のバイアス印加端子23に接続されている。
本発明の実施の形態においては、利得切り替えSW用FET3と、利得調整用インダクタ9及びバイアス調整用抵抗器10による直列回路とにより、第1の信号増幅用電界効果トランジスタの動作電流を調整する(詳細は後述)動作電流調整手段51が構成されたものとなっている。
Further, the source of the first
The source of the gain switching
In the embodiment of the present invention, the operating current of the first signal amplification field effect transistor is adjusted by the gain switching
なお、かかる構成において、利得切り替えSW用FET3のピンチオフ電圧をVp3、増幅器バイパス用FET4のピンチオフ電圧をVp4、第1のバイアス印加端子23に印加される電圧をV23、第2のバイアス印加端子24に印加される電圧をV24、第3のバイアス印加端子25に印加される電圧をV25、とそれぞれ定義する。
In such a configuration, the pinch-off voltage of the gain switching
本発明の実施の形態における利得可変型低雑音増幅器は、入力される高周波入力信号のレベルに応じて、増幅利得を3段階に設定することができるものとなっており、以下、高周波入力信号レベルが、弱電界の場合、中電界の場合、強電界の場合の3つに分けて、回路動作を説明することとする。 The variable gain low noise amplifier according to the embodiment of the present invention can set the amplification gain to three levels according to the level of the input high frequency input signal. However, the circuit operation will be described in three cases: a weak electric field, a medium electric field, and a strong electric field.
最初に、高周波入力信号が弱電界の場合、利得可変型低雑音増幅器の利得は、最大利得に設定される(利得可変を行わない)。この場合、電源電圧印加端子27には、第1及び第2の信号増幅用FET1,2が動作するに足りる電源電圧を印加する。
一方、第4のバイアス印加端子26には、第1及び第2の信号増幅用FET1,2に流れる動作電流が所望の値となるバイアス電圧を印加し、また、第1のバイアス印加端子23には、V23>Vp3となるようなバイアス電圧を印加する。さらに、第2のバイアス印加端子24には、V24<Vp4となるようなバイアス電圧を、第3のバイアス印加端子25には、V25>Vp4となるようなバイアス電圧を、それぞれ印加する。
First, when the high frequency input signal is a weak electric field, the gain of the variable gain low noise amplifier is set to the maximum gain (variable gain is not performed). In this case, a power supply voltage sufficient to operate the first and second
On the other hand, a bias voltage is applied to the fourth
その結果、第1及び第2の信号増幅用FET1,2は動作状態となる一方、増幅器バイパス用FET4はオフ状態となり、また、利得切り替えSW用FET3はオン状態となる。
利得可変を行わない場合には、このように利得切り替えSW用FET3がオン状態となっているため、第1及び第2の信号増幅用FET1,2の動作電流は、利得切り替えSW用FET3のドレイン・ソース間を流れることになる。
そして、増幅器バイパス用FET4のゲート幅、及び、第2及び第3のDCカット用キャパシタ7,8の各々の容量値は、利得可変を行わない状態において、これらの素子における高周波入力信号及び高周波出力信号の減衰を抑えるように最適化されているため、高周波入力端子21から入力インピーダンス整合回路18を介して入力された高周波信号は、増幅器バイパス用FET4にて減衰されることなく、第1のDCカット用キャパシタ5を介して第1の信号増幅用FET1のゲートへ入力されることとなる。
As a result, the first and second
When the gain is not varied, the gain switching
The gate width of the amplifier bypass FET 4 and the capacitance values of the second and third DC cut
そして、第1及び第2の信号増幅用FET1,2によって増幅された高周波信号は、第2の信号増幅用FET2のドレインから出力され、増幅器バイパス用FET4による減衰を受けることなく、出力インピーダンス整合回路19及び第4のDCカット用キャパシタ20を介して高周波信号出力端子22に出力されることとなる。すなわち、この場合、通常の低雑音増幅器と同様に動作し、最大利得が得られることとなる。
The high-frequency signal amplified by the first and second
次に、利得可変型低雑音増幅器に入力される高周波入力信号レベルが中電界の場合について説明すれば、この場合、利得は次述するように中間利得に設定される。かかる利得可変状態を、「利得可変状態1」と定義する。
しかして、かかる利得可変状態1の場合は、第4のバイアス印加端子26に、第1及び第2の信号増幅用FET1,2に流れる動作電流が所望の値となるようなバイアス電圧を印加すると共に、第1のバイアス印加端子23にはV23<Vp3となるようなバイアス電圧を、また、第2のバイアス印加端子24には、V24<Vp4となるようなバイアス電圧を、さらに、第3のバイアス印加端子25には、V25>Vp4となるようなバイアス電圧を、それぞれ印加する。
その結果、第1及び第2の信号増幅用FET1,2は動作状態となる一方、増幅器バイパス用FET4及び利得切り替えSW用FET3は、共にオフ状態となる。
Next, the case where the high-frequency input signal level input to the variable gain low noise amplifier is a medium electric field will be described. In this case, the gain is set to an intermediate gain as described below. This variable gain state is defined as “
Therefore, in the
As a result, the first and second
利得可変状態1の場合においては、先の弱電界の場合と異なり、利得切り替えSW用FET3がオフ状態となっているため、第1及び第2の信号増幅用FET1,2の動作電流は、利得切り替えSW用FET3のドレイン・ソース間を流れることはなく、利得切り替えSW用FET3と並列に接続されている利得調整インダクタ9及びバイアス調整用抵抗器10からなる直列回路を流れることとなる。
この場合、第1の信号増幅用FET1のソースには、利得切り替えSW用FET3に代えて利得調整インダクタ9が接続されることとなる。すなわち、換言すれば、第1の信号増幅用FET1のソースには、利得調整インダクタ9とバイアス調整用抵抗器10で構成された負帰還回路(直列帰還回路)が接続されることとなる。
In the case of the
In this case, the
このように第1の信号増幅用FET1のソースに、直列帰還回路が接続されることにより、第1の信号増幅用FET1の利得は、先に説明した利得可変を行わない状態として比較して低下するために、利得可変状態1が実現できるものとなっている。
By connecting the series feedback circuit to the source of the first
なお、利得調整インダクタ9とバイアス調整用抵抗器10による直列回路部分において、第1の信号増幅用FET1の利得に対して支配的な素子は、利得調整インダクタ9であるため、そのインダクタンスを変化させることにより、利得可変状態1における利得の大きさを所望の値に設定することが可能となっている。
また、利得可変状態1においては、第1及び第2の信号増幅用FET1,2に流れる動作電流は、既に述べたように、利得調整インダクタ9とバイアス調整用抵抗器10による直列回路を流れることになるため、バイアス調整用抵抗器10における電圧降下分だけ第1の信号増幅用FET1のソース電位がグランド電位よりも上昇することになる。これにより、第1の信号増幅用FET1のゲート・ソース間の電位差は小さくなり、その結果、第1及び第2の信号増幅用FET1,2に流れる動作電流が減少することとなる。
In the series circuit portion including the
In the
利得可変状態1の場合、利得を可変するだけでなく、第1及び第2の信号増幅用FET1,2に流れる動作電流も同時に可変(削減)する場合には、バイアス調整用抵抗器10を可変抵抗器として、その抵抗値を変化させることで、所望の動作電流値に調整できるよう構成しても良い。なお、利得可変状態1の場合、第1及び第2の信号増幅用FET1,2に流れる動作電流を可変する必要がない場合には、バイアス調整用抵抗器10を設けずに、第1の信号増幅用FET1のソースとグランドとの間には、利得調整インダクタ9のみを設けるようにしても良い。
In the case of
次に、利得可変型低雑音増幅器に入力される高周波入力信号レベルが強電界の場合について説明すれば、この場合、利得は次述するように最小利得に設定され、かかる利得可変状態を、「利得可変状態2」と定義する。
利得可変状態2の場合、第4のバイアス印加端子26に第1及び第2の信号増幅用FET1,2がオフ状態となるようなバイアス電圧を印加すると共に、第2のバイアス印加端子24には、V24>Vp4となるようなバイアス電圧を、第3のバイアス印加端子25には、V25<Vp4となるようなバイアス電圧を、それぞれ印加する。
Next, the case where the high-frequency input signal level input to the variable gain low noise amplifier is a strong electric field will be described. In this case, the gain is set to the minimum gain as described below. It is defined as “gain
In the
その結果、第1及び第2の信号増幅用FET1,2はオフ状態となる一方、増幅器バイパス用FET4はオン状態となる。
一方、利得可変状態2において、利得切り替えSW用FET3の動作状態は、オン又はオフ状態のいずれか一方に固定される必要はなく、任意である。それ故、第1のバイアス印加端子23に印加されるバイアス電圧は任意とされる。
かかる状態にあって、第1及び第2の信号増幅用FET1,2はオフ状態であるため、利得可変型低雑音増幅器に入力された高周波入力信号は、第1及び第2の信号増幅用FET1,2を通過するのではなく、第2のDCカットキャパシタ7、増幅器バイパス用FET4及び第3のDCカットキャパシタ8により構成されたバイパス経路を通過することになる。
As a result, the first and second
On the other hand, in the
In this state, since the first and second
そして、利得可変状態2における利得は、第2のDCカットキャパシタ7、増幅器バイパス用FET4及び第3のDCカットキャパシタ8により構成されたバイパス経路の通過損失により決定される。したがって、増幅器バイパス用FET4のゲート幅及び第2及び第3のDCカットキャパシタ7,8の容量値を最適化することにより、利得可変状態2における利得を所望の値に任意に設定することができるものとなっている。
なお、かかる利得可変状態2は、従来回路(図3参照)における利得可変時と同等の動作状態となっている。
The gain in the
The
従来回路では、入力される高周波入力信号の電界が如何なるレベルにあったとしても、選択できる利得状態は、弱電界か強電界に対する2段階の利得状態のみであったために、中電界の高周波入力信号が入力された場合には、無線受信機の受信性能を損なわないような最適な利得を選択することができず、例えば、データ通信時には、スループットの低下やデータレートの低下などを引き起こしてしまうという不都合があった。
これに対して、本発明の実施の形態における利得可変型低雑音増幅器においては、上述したように3段階の利得切り替えが可能であるため、入力される高周波入力信号レベルが弱電界であった場合には、利得可変を行わず、高周波入力信号レベルが強電界であった場合には、利得可変状態2を選択し、高周波入力信号レベルが中電界であった場合には、利得可変状態1を選択するというように、状況に応じて最適な利得を選択することができるため、従来回路と異なり、無線受信機のデータ通信時における受信性能の低下が確実に防止できるものとなっている。
In the conventional circuit, no matter what level the electric field of the input high-frequency input signal is, the gain state that can be selected is only a two-stage gain state for a weak electric field or a strong electric field. Is input, it is not possible to select an optimal gain that does not impair the reception performance of the wireless receiver. For example, during data communication, it may cause a decrease in throughput or a decrease in data rate. There was an inconvenience.
On the other hand, in the variable gain low noise amplifier according to the embodiment of the present invention, the gain can be switched in three stages as described above, so that the input high frequency input signal level is a weak electric field. When the high frequency input signal level is a strong electric field without changing the gain, the
なお、従来回路においても、利得可変時の利得は、バイパス経路の通過損失により決定されるため、必ずマイナスの数値の利得となっていたが、本発明の実施の形態における利得可変型低雑音増幅器における利得可変状態1においては、先に説明したように、第1の信号増幅用FET1のソース側に設けられた利得調整用インダクタ9のインダクタンスを変化させることにより、所望の利得に任意に設定できるものとなっているため、従来回路と異なり、マイナスの数値の利得だけでなく、プラスの数値の利得にも任意に設定できるものとなっている。
In the conventional circuit as well, the gain when the gain is variable is determined by the passage loss of the bypass path. Therefore, the gain is always a negative value, but the variable gain low noise amplifier according to the embodiment of the present invention. In the
図2には、本発明の実施の形態における利得可変型低雑音増幅器の高周波入力信号レベルに対する利得変化を示す特性線図が示されており、以下、図4に示された従来回路における同様な特性を参照しつつ、本発明の実施の形態における利得可変型低雑音増幅器の高周波入力信号レベルに対する利得特性について説明する。
なお、図2及び図4において、横軸は、高周波入力信号のレベル(dBm)を表し、縦軸は、増幅利得(dB)を表している。
従来回路の場合、高周波入力信号レベルが中電界領域の場合には、最適な利得を選択することができず、利得切り替えを行った際の利得ダイナミックレンジRdynは、24.7dBである(図4参照)。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a gain change with respect to the high-frequency input signal level of the variable gain low noise amplifier according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, similar characteristics in the conventional circuit shown in FIG. The gain characteristics with respect to the high-frequency input signal level of the variable gain low noise amplifier in the embodiment of the present invention will be described with reference to the characteristics.
2 and 4, the horizontal axis represents the level (dBm) of the high-frequency input signal, and the vertical axis represents the amplification gain (dB).
In the case of the conventional circuit, when the high-frequency input signal level is in the middle electric field region, the optimum gain cannot be selected, and the gain dynamic range Rdyn when the gain is switched is 24.7 dB (FIG. 4). reference).
これに対して、本発明に実施の形態における利得可変型低雑音増幅器においては、高周波入力信号レベルが中電界領域である場合においても、最適な利得を選択することができ、利得可変を行わない状態から利得可変状態1へ利得を切り替えた際の利得ダイナミックレンジRdynは、12.2dBであり(図2参照)、従来回路に比して、12.5dBの改善がなされており、明確な改善効果が確認できるものとなっている。これは、従来回路と比較して、3段階の利得可変状態を実現したことによる効果であると言える。
なお、上述した構成例においては、増幅器バイパス用FET4を1段構成としているが、所望に応じて直列に複数段直列接続した構成としても勿論良いものである。増幅器バイパス用FET4を複数段直列に接続することで、利得可変を行わない場合において、バイパス経路の容量を小さくすることができ、特性向上を図ることができる。
In contrast, in the variable gain low noise amplifier according to the embodiment of the present invention, an optimum gain can be selected even when the high frequency input signal level is in the middle electric field region, and the gain is not varied. The gain dynamic range Rdyn when the gain is switched from the state to the
In the configuration example described above, the amplifier bypass FET 4 has a single-stage configuration. However, a configuration in which a plurality of stages are serially connected in series may be used as desired. By connecting a plurality of amplifier bypass FETs 4 in series, the capacity of the bypass path can be reduced and the characteristics can be improved when the gain is not varied.
1…第1の信号増幅用電界効果トランジスタ
2…第2の信号増幅用電界効果トランジスタ
3…利得切り替えSW用電界効果トランジスタ
4…増幅器バイパス用電界効果トランジスタ
9…利得調整用インダクタ
10…バイアス調整用抵抗器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記2つの信号増幅用電界効果トランジスタは、前記第1の信号増幅用電界効果トランジスタのドレインが前記第2の信号増幅用電界効果トランジスタのソースに接続され、前記第1の信号増幅用電界効果トランジスタが、そのゲートに高周波入力信号が印加可能に設けられ、前記第2の信号増幅用電界効果トランジスタのドレイン側に増幅信号が得られるよう設けられる一方、
前記第1の信号増幅用電界効果トランジスタのソースとグランドとの間に、当該第1の信号増幅用電界効果トランジスタの動作電流を調整する動作電流調整手段が設けられてなることを特徴とする利得可変型低雑音増幅器。 The first and second signal amplification field effect transistors are configured to amplify a high frequency signal, and the first and second signal amplification field effect transistors are bypassed between the input and output terminals. A variable gain low noise amplifier provided with a field effect transistor for amplifier bypass,
In the two signal amplification field effect transistors, the drain of the first signal amplification field effect transistor is connected to the source of the second signal amplification field effect transistor, and the first signal amplification field effect transistor Is provided so that a high frequency input signal can be applied to the gate thereof, and an amplified signal is provided on the drain side of the second signal amplification field effect transistor,
An operating current adjusting means for adjusting an operating current of the first signal amplifying field effect transistor is provided between the source of the first signal amplifying field effect transistor and the ground. Variable type low noise amplifier.
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