JP2010232988A - Wide-band bias circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波信号を増幅する増幅器に用いられるバイアス回路に関するもので、特に広帯域なパルス信号等の増幅に好適な増幅器に用いられる広帯域バイアス回路の技術分野に関するものである。 The present invention relates to a bias circuit used in an amplifier that amplifies a high-frequency signal, and more particularly to a technical field of a wide-band bias circuit used in an amplifier suitable for amplifying a wide-band pulse signal or the like.
携帯電話等の高周波機器では、高周波信号を増幅するための高周波増幅器が用いられており、このような高周波増幅器では、増幅回路の出力端子側に直流のバイアス電流を供給するバイアス回路が備えられている(例えば特許文献1)。従来の高周波機器では、比較的狭帯域な信号を対象としており、これに対応してバイアス回路も比較的狭い周波数帯で好適に動作するように構成されていた。 A high-frequency device such as a cellular phone uses a high-frequency amplifier for amplifying a high-frequency signal. In such a high-frequency amplifier, a bias circuit that supplies a DC bias current is provided on the output terminal side of the amplifier circuit. (For example, Patent Document 1). Conventional high-frequency devices are intended for signals with a relatively narrow band, and correspondingly, the bias circuit is also configured to operate suitably in a relatively narrow frequency band.
一方、近年は広帯域な周波数帯を用いて形成されるパルス信号を用いた高周波機器の利用が進められている。一例として、距離測定や角度測定等の精度を高めるために、パルス信号を用いて測定を行うレーダ装置の開発が進められている。このようなレーダ装置では、例えばパルス幅1ns程度のパルス信号を1MHz程度の繰り返し周期で送受信したとする場合、1MHz〜3GHz程度の広帯域な周波数帯が必要となる。上限の周波数はパルス信号であるため3倍波までを含めた値としている。 On the other hand, in recent years, the use of high-frequency devices using pulse signals formed using a wide frequency band has been promoted. As an example, in order to improve the accuracy of distance measurement, angle measurement, and the like, development of a radar apparatus that performs measurement using a pulse signal is in progress. In such a radar apparatus, for example, when a pulse signal having a pulse width of about 1 ns is transmitted and received at a repetition period of about 1 MHz, a wide frequency band of about 1 MHz to 3 GHz is required. Since the upper limit frequency is a pulse signal, it is a value including up to the third harmonic.
このような広帯域な信号を用いる高周波機器では、信号増幅に用いられる高周波増幅器でも、広帯域にわたって良好な特性を有することが要求される。高周波増幅器の概略構成として、ブロック図の一例を図8に示す。同図に示す高周波増幅器900は、増幅回路901とバイアス回路902を備えており、バイアス回路902は増幅回路901の出力側に接続されている。バイアス回路902は、インダクタ902a等で構成され、電源903から増幅回路901に直流のバイアス電流を供給している。また、一般的にバイアス回路902の電源側にはバイアス回路902と電源903の間の線路のインピーダンスを下げる目的でコンデンサ904が接続される。
In a high-frequency device using such a broadband signal, even a high-frequency amplifier used for signal amplification is required to have good characteristics over a wide band. An example of a block diagram is shown in FIG. 8 as a schematic configuration of the high-frequency amplifier. A high-
図8に示すような構成の高周波増幅器900では、増幅回路901側から電源903側に高周波信号が漏洩しないように、バイアス回路902によって信号漏洩が抑えられている。信号が電源側へ漏洩すると他回路の動作に影響を与えることがある。このバイアス回路の入力端905からバイアス回路の電源入力端906への信号漏洩を防ぐ性能を以降ではアイソレーションと呼ぶ。また、バイアス回路902が高周波信号に影響してその特性を劣化させることのないようにする必要がある。バイアス回路の入力端905から入った高周波信号がバイアス回路の出力端907へ通過する際の信号の損失を以降は挿入損失と呼び、伝送する高周波信号の各周波数における遅延時間を群遅延特性と呼ぶ。バイアス回路902は、電源側から増幅回路901に直流電流を供給するとともに電源側とのアイソレーションを高くするために、例えばインダクタとコンデンサを組み合わせたLCフィルタの構成とすることができる。また、インダクタを多数用いることで、広帯域な信号に対応可能なバイアス回路を構成することができる。なお、バイアス回路902を増幅回路901の出力側に接続された例について説明したが、入力側、または入力側と出力側の両方に接続される場合もある。
In the high-
しかしながら、インダクタとコンデンサを組み合わせて、例えば図9に示すようなバイアス回路911を構成した場合には、フィルタとしての電源側へのアイソレーション特性は高まるが、対象とする広帯域な周波数帯でバイアス回路の挿入損失特性や群遅延特性を平坦に保つことは困難であり、高周波信号に対する悪影響が生じてしまう。図9は、インダクタ911a、911b、911cとコンデンサ911d、911eを有するバイアス回路911を備えた高周波増幅器910を示しており、インダクタ911aと911bとの間にコンデンサ911dが接続されている。このように、インダクタ911bの手前にコンデンサ911dを接続すると、その手前のインダクタ911aとコンデンサ911dとで形成される共振周波数において、バイアス回路の挿入損失特性及び群遅延特性に極が形成されてしまうといった問題がある。高周波信号の使用帯域内で挿入損失特性及び群遅延特性に極ができ、平坦性が損なわれると、高周波信号の波形が崩れるなどの悪影響が現れる。コンデンサ911eにおいても同様の理由により極が生じ、問題となる場合がある。
However, when a
また、図10に示す高周波増幅器920に設けられた広帯域バイアス回路921のように、多数のインダクタ921a〜921fを用いることでアイソレーション特性を広帯域に亘って大きくしようとすると、対象とする広帯域な周波数帯の中でバイアス回路の挿入損失特性や群遅延特性に極が現れないようにすることが難しく、高周波信号に対して悪影響を生じるといった問題があった。このような極を回避するには、各インダクタのインダクタンスを適切に決定する必要があるが、その決定方法がこれまで知られておらず、すべてのインダクタンスが決定されるまでに多大の時間を要していた。
Further, if the isolation characteristics are increased over a wide band by using a large number of
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、広帯域な高周波信号を増幅する高周波増幅器に用いられ、広帯域に亘って電源側とのアイソレーションを高くするとともに、伝送する高周波信号への影響を低減したバイアス回路を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and is used in a high-frequency amplifier that amplifies a wide-band high-frequency signal. The high-frequency signal is transmitted while increasing isolation from the power source side over a wide band. An object of the present invention is to provide a bias circuit in which the influence on the frequency is reduced.
本発明の広帯域バイアス回路の第1の態様は、一端が電源に接続され、他端が所定の周波数帯を使用する広帯域な高周波信号を増幅する増幅回路に接続され、直流のバイアス電流を供給する広帯域バイアス回路であって、前記増幅回路の入力側、出力側の少なくともいずれか一つに接続され、前記増幅回路の接続点から直列に接続された3段以上のインダクタを備えていることを特徴とする。 In a first aspect of the broadband bias circuit of the present invention, one end is connected to a power source, and the other end is connected to an amplifier circuit that amplifies a broadband high-frequency signal using a predetermined frequency band, and supplies a DC bias current. A wide-band bias circuit, comprising: an inductor having three or more stages connected in series to at least one of an input side and an output side of the amplifier circuit and connected in series from a connection point of the amplifier circuit. And
本発明の広帯域バイアス回路の他の態様は、前記3段以上のインダクタのうち、前記接続点に最も近い1段目のインダクタのインダクタンスを最小とし、2段目以降のインダクタのインダクタンスを同じか順次大きくしていることを特徴とする。 In another aspect of the wideband bias circuit of the present invention, among the three or more stages of inductors, the inductance of the first stage closest to the connection point is minimized, and the inductances of the inductors after the second stage are the same or sequentially. It is characterized by being enlarged.
本発明の広帯域バイアス回路の他の態様は、前記3段以上のインダクタのうち1段目から最後段より2段前までのそれぞれのインダクタは、該インダクタの持つアイソレーション特性と該インダクタの後段に隣接するインダクタの持つアイソレーション特性とが交差する周波数が、前記隣接する2つのインダクタの自己共振周波数の間となるようにそれぞれのインダクタンスが決定されていることを特徴とする。 Another aspect of the broadband bias circuit according to the present invention is that each of the inductors from the first stage to the second stage before the last stage among the three or more stages of inductors has an isolation characteristic of the inductor and a subsequent stage of the inductor. Each inductance is determined such that the frequency at which the isolation characteristic of the adjacent inductor intersects is between the self-resonant frequencies of the two adjacent inductors.
本発明の広帯域バイアス回路の他の態様は、前記3段以上のインダクタのうち1段目から最後段より1段前までのインダクタは、前記最後段のインダクタと比較して、Q値が低くインダクタの持つ自己共振周波数近傍におけるアイソレーション特性の変化が緩やかとなっていることを特徴とする。 Another aspect of the wideband bias circuit according to the present invention is that the inductors from the first stage to the first stage before the last stage among the three or more stages of inductors have a lower Q value than the last stage inductor. The change in the isolation characteristic in the vicinity of the self-resonant frequency is gradual.
本発明の広帯域バイアス回路の他の態様は、前記3段以上のインダクタを直列接続したアイソレーション特性は、前記所定の周波数帯において25dBより大きいことを特徴とする。 Another aspect of the wideband bias circuit of the present invention is characterized in that an isolation characteristic in which the inductors of three or more stages are connected in series is greater than 25 dB in the predetermined frequency band.
本発明の広帯域バイアス回路の他の態様は、挿入損失特性において、前記所定の周波数帯における変動幅が0.4dB以下となるように前記3段以上のインダクタの各々のインダクタンスが決定されていることを特徴とする。 In another aspect of the wideband bias circuit of the present invention, in the insertion loss characteristic, the inductance of each of the three or more stages of inductors is determined so that the fluctuation range in the predetermined frequency band is 0.4 dB or less. It is characterized by.
本発明の広帯域バイアス回路の他の態様は、群遅延特性において、前記所定の周波数帯あるいはそれより狭い別の周波数帯における遅延時間が100ps以下となるように前記3段以上のインダクタの各々のインダクタンスが決定されていることを特徴とする。 Another aspect of the wideband bias circuit of the present invention is that, in the group delay characteristic, the inductance of each of the three or more stage inductors is set so that the delay time in the predetermined frequency band or another frequency band narrower than that is 100 ps or less. Is determined.
本発明の広帯域バイアス回路の他の態様は、前記所定の周波数帯は、1MHz以上3GHz以下であることを特徴とする。 Another aspect of the wideband bias circuit of the present invention is characterized in that the predetermined frequency band is 1 MHz or more and 3 GHz or less.
本発明のバイアス回路によれば、所定のインダクタンスを有するインダクタを3段以上直列に接続することで、広帯域に亘って高いアイソレーション特性を有するとともに高周波信号への影響を低減することが可能となり、広帯域な高周波信号を増幅する高周波増幅器に用いることができる。 According to the bias circuit of the present invention, by connecting three or more inductors having a predetermined inductance in series, it is possible to have high isolation characteristics over a wide band and reduce the influence on high-frequency signals, It can be used for a high-frequency amplifier that amplifies a broadband high-frequency signal.
本発明の好ましい実施の形態における広帯域バイアス回路について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。本発明は、広帯域な高周波信号を増幅する増幅器に用いるのに好適な広帯域バイアス回路に関するものである。広帯域バイアス回路は、一端を電源に接続し、他端を増幅回路の入力側及び出力側の少なくともいずれか一方に接続して電源から直流のバイアス電流を供給するように構成したものである。以下では、広帯域バイアス回路を増幅回路の出力側に接続した実施形態について説明するが、広帯域バイアス回路を増幅回路の入力側に接続した場合、あるいは入力側と出力側の両方に接続した場合でも、以下で説明するのと同等の効果を得ることができる。以下では、広帯域な高周波信号として、1MHz〜3GHzの帯域を用いる信号を一例に説明する。 A broadband bias circuit according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each component having the same function is denoted by the same reference numeral for simplification of illustration and description. The present invention relates to a wide-band bias circuit suitable for use in an amplifier that amplifies a wide-band high-frequency signal. The wide-band bias circuit is configured so that one end is connected to a power source and the other end is connected to at least one of the input side and the output side of the amplifier circuit to supply a DC bias current from the power source. In the following, an embodiment in which the broadband bias circuit is connected to the output side of the amplifier circuit will be described, but even when the broadband bias circuit is connected to the input side of the amplifier circuit, or when both the input side and the output side are connected, An effect equivalent to that described below can be obtained. Hereinafter, a signal using a band of 1 MHz to 3 GHz will be described as an example of a broadband high-frequency signal.
このような広帯域バイアス回路では、電源側から増幅回路の出力側に直流電流を供給する一方、増幅回路側から電源側に高周波信号が漏れるのをできるだけ低減する必要がある。そのためには、広帯域バイアス回路において、高周波信号に対する高いアイソレーション特性が必要になる。また、増幅回路から出力される高周波信号に対しては、広帯域バイアス回路がその特性に影響するのをできるだけ低減する必要がある。広帯域バイアス回路が影響を与える可能性のある特性として、バイアス回路の挿入損失特性や群遅延特性があり、これらの特性を対象とする広帯域な周波数帯で平坦な特性とする事が好ましく、平坦性が損なわれると広帯域信号の波形が崩れるなどの悪影響が現れる。 In such a wide-band bias circuit, it is necessary to supply a direct current from the power supply side to the output side of the amplifier circuit, while reducing leakage of high-frequency signals from the amplifier circuit side to the power supply side as much as possible. This requires high isolation characteristics for high-frequency signals in a wide-band bias circuit. In addition, it is necessary to reduce the influence of the wide-band bias circuit on the characteristics of the high-frequency signal output from the amplifier circuit as much as possible. The characteristics that can affect the wideband bias circuit include the insertion loss characteristic and group delay characteristic of the bias circuit. It is preferable to make these characteristics flat in a wide frequency band that covers these characteristics. If this is damaged, adverse effects such as collapse of the waveform of the broadband signal will appear.
上記のアイソレーション特性、挿入損失特性、及び群遅延特性に対し、それぞれが適切であると判定されるための条件として、本発明では以下のような特性毎の条件を設定している。
(1)アイソレーション特性を、略25dB以上とする、
(2)挿入損失特性として、1MHzから3GHzの帯域において変動が0.4dB以内の平坦な特性値が確保される、
(3)群遅延特性として、50MHz〜3GHzの帯域において遅延時間が100ps以内の平坦な特性値が確保される。
In the present invention, the following conditions for each characteristic are set as conditions for determining that the isolation characteristic, the insertion loss characteristic, and the group delay characteristic are appropriate.
(1) The isolation characteristic is about 25 dB or more.
(2) As an insertion loss characteristic, a flat characteristic value with a fluctuation within 0.4 dB is secured in a band from 1 MHz to 3 GHz.
(3) As a group delay characteristic, a flat characteristic value having a delay time of 100 ps or less is ensured in a band of 50 MHz to 3 GHz.
本発明の第1の実施の形態に係る広帯域バイアス回路を図1を用いて以下に説明する。図1は、本実施形態の広帯域バイアス回路110を備えた高周波増幅器100の構成を示すブロック図である。高周波増幅器100は、増幅回路101の出力側(出力端103側)に本実施形態の広帯域バイアス回路110が接続された構成となっている。また、増幅回路101の入力側(入力端102側)と出力側のそれぞれに直流成分をカットするためのコンデンサ104、105が設けられている。また、一般的にバイアス回路110の電源側には、バイアス回路110と電源120の間の線路のインピーダンスを下げる目的でコンデンサ114が接続される。
The broadband bias circuit according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a high-
本実施形態の広帯域バイアス回路110は、一端が電源120に接続され、他端が増幅回路101の入力側の接続点106または出力側の接続点107の少なくともいずれか一つに接続されており、電源120から直流のバイアス電流が増幅回路101に供給されている。広帯域バイアス回路110は、接続点106または、107側の少なくともいずれか一つから順に3段のインダクタ111、112、113を備えており、電源120側には一端が接地されたコンデンサ114が設けられている。3段のインダクタ111、112、113は、直列に接続されている。
The
以下の実施形態では、広帯域バイアス回路が3段のインダクタを備える場合について説明するが、これに限らず、インダクタを4段以上備えるようにしてもよい。また、以下の実施形態では、広帯域バイアス回路110が増幅回路101の出力側の接続点107に接続されている場合について説明するが、広帯域バイアス回路110が増幅回路101の入力側の接続点106に接続される場合、あるいは接続点106、107の両方に接続される場合、のいずれであっても本実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the following embodiments, a case where the wideband bias circuit includes a three-stage inductor will be described. However, the present invention is not limited thereto, and four or more inductors may be included. Further, in the following embodiment, a case where the wide
インダクタ111、112、113は、それぞれが寄生容量を有していることから、各インダクタが有するインダクタンスと寄生容量のキャパシタンスとから決まる周波数(自己共振周波数)で並列共振を起こす。インダクタで実現されるアイソレーション特性は、この自己共振周波数で最も高い値を示す。増幅回路101から狭帯域な信号が出力される場合には、インダクタを1段だけ備えたバイアス回路を用いても、好適なアイソレーション特性を得ることができる。しかしながら、3GHz程度の広帯域な信号に対しては、インダクタを1段だけ備えたバイアス回路では、使用する帯域全体で好適なアイソレーション特性を得るのは困難である。
Since each of the
一例として、1段のインダクタを備えたバイアス回路を用いたときのアイソレーション特性、挿入損失特性及び群遅延特性を図2に示す。アイソレーション特性とは図1におけるバイアス回路の入力端130からバイアス回路の電源入力端131への信号の通過損失であり、挿入損失特性及び群遅延特性とはバイアス回路の入力端130からバイアス回路の出力端132へ通過する信号について示している。ここでは、インダクタンスが15μHのインダクタを1段だけ備えたバイアス回路を用いたときのアイソレーション特性、挿入損失特性、及び群遅延特性を、それぞれ図2(a)、(b)、(c)に示している。図2(a)に示すように、アイソレーション特性が25dB以上を確保できる周波数帯は、自己共振周波数を中心に極めて限られた範囲であり、上記の条件(1)を満たしていないことがわかる。また、図2(b)に示す挿入損失特性においても、1GHz近傍では大きく低下しており、上記の条件(2)を満たしていない。
As an example, FIG. 2 shows isolation characteristics, insertion loss characteristics, and group delay characteristics when a bias circuit including a single-stage inductor is used. The isolation characteristic is a signal passing loss from the
そこで、インダクタを1段追加してバイアス回路を2段構成とし、これを用いたときのアイソレーション特性、挿入損失特性及び群遅延特性の一例を図3に示す。ここでは、1段目にインダクタンスが1μHのインダクタを配置し、2段目にインダクタンスが15μHのインダクタを配置したバイアス回路を用いている。このようなバイアス回路を用いたときのアイソレーション特性、挿入損失特性、及び群遅延特性を、それぞれ図3(a)、(b)、(c)に示している。 Therefore, FIG. 3 shows an example of isolation characteristics, insertion loss characteristics, and group delay characteristics when one stage of inductor is added and the bias circuit has a two-stage configuration. Here, a bias circuit is used in which an inductor having an inductance of 1 μH is arranged in the first stage and an inductor having an inductance of 15 μH is arranged in the second stage. The isolation characteristic, insertion loss characteristic, and group delay characteristic when such a bias circuit is used are shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, respectively.
図3(a)において、符号91、92はそれぞれ1段目、2段目のインダクタの持つアイソレーション特性を示しており、符号90は2段のインダクタを直列接続したアイソレーション特性を示している。図3(a)に示すインダクタを直列接続したアイソレーション特性90より、1段目と2段目のインダクタの持つアイソレーション特性が交差する周波数近傍において、アイソレーション特性が25dB以上を確保することができず、上記の条件(1)を満たしていないことがわかる。また、図3(b)に示す挿入損失特性においても、上記のインダクタの持つアイソレーション特性が交差する周波数近傍で大きく低下しており、上記の条件(2)を満たしていない。
In FIG. 3A,
上記説明のように、1段または2段のインダクタで構成されたバイアス回路を用いた場合には、3GHz程度の広帯域な信号に対して好適な特性が得られるようにすることがきわめて困難であった。一方、図10のように、インダクタを7段、8段といった多段化すれば好適な特性が必ずしも得られる訳ではなく最適な設定が難しいといった問題があった。このような課題に対し発明者は、インダクタを3段とし、それぞれのインダクタンスを所定の条件に従って直列に接続することで、アイソレーション特性、挿入損失特性及び群遅延特性のいずれもが好適に設定できることを見出した。 As described above, when a bias circuit composed of a single-stage or two-stage inductor is used, it is extremely difficult to obtain suitable characteristics for a broadband signal of about 3 GHz. It was. On the other hand, as shown in FIG. 10, if the inductor is multi-staged such as 7 stages or 8 stages, there is a problem that a suitable characteristic is not necessarily obtained and optimal setting is difficult. In order to solve such a problem, the inventor has three stages of inductors, and each inductance is connected in series according to a predetermined condition, so that any of isolation characteristics, insertion loss characteristics, and group delay characteristics can be suitably set. I found.
図1に示した本実施形態の広帯域バイアス回路110を用いたときのアイソレーション特性、挿入損失特性及び群遅延特性の一例を図4に示す。本実施形態では、1段目のインダクタ111にインダクタンスが1μHのものを用い、2段目のインダクタ112にインダクタンスが4.7μHのものを用い、3段目のインダクタ113にインダクタンスが15μHのインダクタを用いている。このような3段構成の広帯域バイアス回路110を用いたとき、アイソレーション特性、挿入損失特性及び群遅延特性は、それぞれ図4(a)、(b)、(c)に示すような好適な特性となる。
FIG. 4 shows an example of isolation characteristics, insertion loss characteristics, and group delay characteristics when the wide
図4(a)において、符号11、12、13はそれぞれ1段目、2段目、3段目のインダクタ111、112、113のアイソレーション特性を示しており、符号10は3段のインダクタを直列接続したアイソレーション特性を示している。図4(a)に示すアイソレーション特性10より、3GHzまでの周波数帯域においてアイソレーション特性が25dB以上を確保できていることがわかる。また、図4(b)に示す挿入損失特性では、1MHzから3GHzの帯域における挿入損失特性の変動が0.4dB以内に低減されており、平坦な挿入損失特性が確保されている。さらに、図4(c)に示す群遅延特性では、50MHz〜3GHzの帯域における遅延時間が100ps以内に低減されており、やはり平坦な群遅延特性が確保されている。
In FIG. 4A,
上記説明のように、3段のインダクタを好適に配置して構成された本実施形態の広帯域バイアス回路110によれば、広帯域で高いアイソレーション特性を実現するとともに、バイアス回路の挿入損失特性及び群遅延特性の平坦性を確保することが可能となっている。本実施形態の広帯域バイアス回路110を増幅回路101の出力側に接続することで、広帯域な高周波信号を好適に増幅することができる高周波増幅器100を実現することができる。本実施形態のバイアス回路110は、3段のインダクタ111,112,113を直列に接続した簡素な構成となっていることから、低コストな高周波増幅器を提供することができる。なお、上記では広帯域バイアス回路110を増幅回路101の出力側に接続した場合についての特性を説明したが、広帯域バイアス回路110を増幅回路101の入力側に接続した場合でも、上記と同等のアイソレーション特性、挿入損失特性及び群遅延特性が得られる。
As described above, according to the
本実施形態の広帯域バイアス回路110では、インダクタンスが1μH、4.7μH、及び15μHの3段のインダクタをこの順序に並べ、それぞれを1段目のインダクタ111、2段目のインダクタ112、及び3段目のインダクタ113に用いている。本実施形態では、3段のインダクタ111,112,113を上記のように好適に配置したことにより、図4に示すような好ましい特性を得ることが可能となっている。これに対し、本実施形態と同様に3段のインダクタを用いて構成したバイアス回路であっても、本実施形態のインダクタ111、112,113と異なるインダクタンスのものを用いて異なる配置とする場合には、図4に示すような好ましい特性を得ることはできない。
In the wide-
本実施形態のインダクタ111、112,113とは異なるインダクタンスを有するインダクタを用いたときの、アイソレーション特性、挿入損失特性、及び群遅延特性の一例を図5に示す。ここでは、15μHのインダクタンスを有する3段目のインダクタ113に代えて、100μHのインダクタンスを有する別のインダクタを用いており、このように構成された広帯域バイアス回路を、以下では比較例1の広帯域バイアス回路と称する。
FIG. 5 shows an example of isolation characteristics, insertion loss characteristics, and group delay characteristics when an inductor having an inductance different from the
図5(a)において、符号21、22、23はそれぞれ1段目、2段目、3段目のインダクタのアイソレーション特性を示しており、符号20は3段のインダクタを直列接続したアイソレーション特性を示している。比較例1の広帯域バイアス回路では、図5(a)に示すアイソレーション特性20において、各インダクタのアイソレーション特性21、22、23が交わる周波数の付近で上記の条件(1)を満たしていない。特に、3段目と2段目のインダクタのアイソレーション特性23、22が交わる周波数の付近で、アイソレーション特性20が大きく落ち込んでいる。
In FIG. 5A,
また、図5(c)に示す群遅延特性においても、50MHz〜3GHzの帯域内に遅延時間が100psを超える大きな変動がみられ、上記の条件(3)を満たしていない。特に、図5(a)で示した3段目と2段目のインダクタのアイソレーション特性23、22が交わる周波数付近では、群遅延特性においても遅延時間が大きく変動して平坦性が損なわれている。
Also, in the group delay characteristic shown in FIG. 5C, a large fluctuation with a delay time exceeding 100 ps is observed in the band of 50 MHz to 3 GHz, and the above condition (3) is not satisfied. In particular, in the vicinity of the frequency where the
このように、3段のインダクタを直列に接続して広帯域バイアス回路を構成した場合であっても、比較例1のように各インダクタのインダクタンスが適切に選択されていない場合には、上記の条件(1)〜(3)の全てを満足させることはできない。そこで、以下では好適な3段のインダクタの選択方法について説明する。 As described above, even when a wide-band bias circuit is configured by connecting three stages of inductors in series, when the inductance of each inductor is not appropriately selected as in the first comparative example, the above condition is satisfied. All of (1) to (3) cannot be satisfied. Therefore, a preferable method for selecting a three-stage inductor will be described below.
本実施形態の広帯域バイアス回路110の特性を示す図4と、比較例1の特性を示す図5とを比較すると、アイソレーション特性において、3段目のインダクタの持つアイソレーション特性と2段目のインダクタの持つアイソレーション特性との交わり方に大きな違いがみられる。広帯域バイアス回路110のアイソレーション特性は、2段目のインダクタの持つアイソレーション特性12のピーク(自己共振周波数)が、3段目のインダクタの持つアイソレーション特性13のライン上にほぼ重なっている。その結果、3段目のインダクタの持つアイソレーション特性13と2段目のインダクタの持つアイソレーション特性12とが交わる周波数付近でも、インダクタを直列接続したアイソレーション特性10が大きく落ち込むことはなく、上記の条件(1)を満たすことができる。
Comparing FIG. 4 showing the characteristics of the
これに対し比較例1のアイソレーション特性は、2段目のインダクタの持つアイソレーション特性22のピークが、3段目のインダクタの持つアイソレーション特性23のラインから離れた高周波側に位置している。その結果、3段目のインダクタの持つアイソレーション特性23と2段目のインダクタの持つアイソレーション特性22とが交わる周波数付近で、インダクタを直列接続したアイソレーション特性20が大きく落ち込んで悪化している。上記の結果より、アイソレーション特性において、2段目のインダクタの持つアイソレーション特性の自己共振周波数におけるピークが、3段目のインダクタの持つアイソレーション特性のライン上にほぼ重なるように、2段目及び3段目のインダクタのインダクタンスを選択するのが好ましい。
On the other hand, in the isolation characteristic of Comparative Example 1, the peak of the isolation characteristic 22 possessed by the second stage inductor is located on the high frequency side away from the line of the isolation characteristic 23 possessed by the third stage inductor. . As a result, in the vicinity of the frequency where the
1段目と2段目のインダクタの持つアイソレーション特性の重ね方では、本実施形態と比較例1とで大きな差は見られず、1段目のインダクタの持つアイソレーション特性の自己共振周波数におけるピークが、2段目のインダクタの持つアイソレーション特性のラインより高周波側に配置されている。しかしながら、1段目のインダクタの持つアイソレーション特性11、21は、2段目のインダクタの持つアイソレーション特性12、22、及び3段目のインダクタの持つアイソレーション特性13、23に比べて、自己共振周波数近傍におけるピークが緩やかに変化している。その結果、1段目のインダクタの持つアイソレーション特性11、21と2段目のインダクタの持つアイソレーション特性12、22とが交わる周波数付近で、インダクタを直列接続したアイソレーション特性10、20の落ち込みが見られるもののその程度が小さくなり、本実施形態におけるインダクタを直列接続したアイソレーション特性10では上記の条件(1)を満たすことが可能となっている。
In the method of overlapping the isolation characteristics of the first-stage inductor and the second-stage inductor, there is no significant difference between the present embodiment and the comparative example 1, and the isolation characteristic of the first-stage inductor at the self-resonant frequency. The peak is arranged on the high frequency side from the isolation characteristic line of the second stage inductor. However, the
比較例2として、1段目のインダクタの持つアイソレーション特性の自己共振周波数におけるピークを、2段目のインダクタの持つアイソレーション特性のラインより低周波側に配置するように構成した広帯域バイアス回路の特性を図6に示す。比較例2の広帯域バイアス回路では、3段のインダクタのそれぞれのインダクタンスを2.2μH、4.7μH、15μHとしている。図6(a)、(b)、(c)は、それぞれ比較例2の広帯域バイアス回路のアイソレーション特性、挿入損失特性、及び群遅延特性を示している。比較例2の広帯域バイアス回路では、図6(b)、(c)に示す挿入損失特性及び群遅延特性がともに上記の条件(2)、(3)を満たしているものの、図6(a)に示すアイソレーション特性が1GHz近傍で劣化して上記の条件(1)を満たしていない。 As a comparative example 2, a broadband bias circuit configured so that the peak at the self-resonant frequency of the isolation characteristic of the first stage inductor is arranged on the lower frequency side than the line of the isolation characteristic of the second stage inductor. The characteristics are shown in FIG. In the broadband bias circuit of Comparative Example 2, the inductances of the three-stage inductors are 2.2 μH, 4.7 μH, and 15 μH. 6A, 6B, and 6C show the isolation characteristic, insertion loss characteristic, and group delay characteristic of the wideband bias circuit of Comparative Example 2, respectively. In the wideband bias circuit of Comparative Example 2, although both the insertion loss characteristic and the group delay characteristic shown in FIGS. 6B and 6C satisfy the above conditions (2) and (3), FIG. The isolation characteristics shown in FIG. 1 deteriorate near 1 GHz and do not satisfy the above condition (1).
比較例2の広帯域バイアス回路では、本実施形態の広帯域バイアス回路110と比較して、1段目のインダクタの自己共振周波数がより低周波側に位置するものを用いている。その結果、高周波側の1GHz近傍ではアイソレーション特性を25dB以上得る事ができなくなっている。広帯域で好ましいアイソレーション特性を得るためには、3段のインダクタの自己共振周波数を、できるだけ広帯域に分散させるのがよい。また、共振周波数を高周波側に持つインダクタほど、Q値を小さくして自己共振周波数近傍におけるアイソレーション特性を緩やかにしたものを用い、アイソレーション特性が高周波側まで確保されるようにするのが好ましい。とくに、インダクタンスの最も小さい1段目のインダクタには、自己共振周波数におけるアイソレーション特性のピークが緩やかで、かつ自己共振周波数が2段目のインダクタのアイソレーション特性のライン上かそれより高周波側に位置するものを用いるのが好ましい。
The broadband bias circuit of Comparative Example 2 uses a circuit in which the self-resonant frequency of the first stage inductor is located on the lower frequency side as compared with the
次に、3段のインダクタの接続順序について以下に説明する。本実施形態の広帯域バイアス回路110では、1段目のインダクタ111のインダクタンスを最も小さくし、2段目、3段目のインダクタ112、113の順にインダクタンスを大きくしている。異なるインダクタンスを有する3段のインダクタの接続順序が、アイソレーション特性、挿入損失特性、及び群遅延特性に対しどのように影響するかを検討した結果を以下に説明する。以下では、図4にも示している本実施形態であるインダクタンスの小さい方から順に接続した広帯域バイアス回路に対し、これとは逆にインダクタンスの大きい方から順に接続した広帯域バイアス回路を比較例3として比較している。
Next, the connection order of the three-stage inductor will be described below. In the wide-
本実施形態と比較例3の広帯域バイアス回路の各特性を比較した結果を図7に示す。図7(a)は本実施形態と比較例3のそれぞれのアイソレーション特性41、51を示し、図7(b)は本実施形態と比較例3のそれぞれの挿入損失特性42、52を示し、図7(c)は本実施形態と比較例3のそれぞれの群遅延特性43、53を示している。図7(a)より、本実施形態と比較例3のアイソレーション特性41、51はほぼ一致していることがわかる。これより、3段のインダクタを接続する順序は、アイソレーション特性にはほとんど影響しないことが確認できる。また図7(c)に示す群遅延特性43、53でも、本実施形態と比較例3とでほぼ一致している。
FIG. 7 shows the result of comparison of the characteristics of the wide-band bias circuit of this embodiment and Comparative Example 3. 7A shows the
これに対し、図7(b)に示す挿入損失特性42、52では、高周波側において本実施形態の挿入損失特性42が緩やかに低下するのに対し、比較例3の挿入損失特性52は急激に低下した後振動しているのが確認できる。このように、1段目にインダクタンスの高いインダクタを接続し、2,3段目の順にインダクタンスが小さくなるようにインダクタを接続していくと、広帯域バイアス回路の挿入損失特性の平坦性が損なわれる可能性があることが確認できる。
以上の結果から、3段のインダクタを接続する順序は、1段目にインダクタンスの最も小さいインダクタを接続し、次に大きなインダクタンスを2段目に接続し、インダクタンスの最も大きいインダクタを3段目に接続するのがよいことが確認できた。
On the other hand, in the
From the above results, the order of connecting the three-stage inductors is to connect the inductor having the smallest inductance to the first stage, connect the next largest inductance to the second stage, and connect the inductor having the largest inductance to the third stage. It was confirmed that it was good to connect.
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る広帯域バイアス回路の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における広帯域バイアス回路の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Note that the description in the present embodiment shows an example of the wide band bias circuit according to the present invention, and the present invention is not limited to this. The detailed configuration and detailed operation of the wide-band bias circuit in this embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
100 広帯域バイアス回路
101 増幅回路
102 入力端
103 出力端
104、105、114 コンデンサ
106 入力側の接続点
107 出力側の接続点
110 広帯域バイアス回路
120 電源
111、112、113 インダクタ
130 バイアス回路の入力端
131 バイアス回路の電源入力端
132 バイアス回路の出力端
DESCRIPTION OF
Claims (8)
ことを特徴とする広帯域バイアス回路。 A broadband bias circuit having one end connected to a power source and the other end connected to an amplifier circuit for amplifying a broadband high-frequency signal using a predetermined frequency band and supplying a DC bias current, the input side of the amplifier circuit A wide-band bias circuit comprising three or more inductors connected in series to at least one of the output sides and connected in series from a connection point of the amplifier circuit.
ことを特徴とする請求項1に記載の広帯域バイアス回路。 2. The inductor of the first stage closest to the connection point among the three or more stages of inductors is minimized, and the inductances of the inductors of the second and subsequent stages are increased by the same or sequentially. A wide-band bias circuit as described in 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の広帯域バイアス回路。 Of the three or more stages of inductors, each of the inductors from the first stage to the second stage before the last stage intersects with the isolation characteristic of the inductor and the isolation characteristic of the inductor adjacent to the subsequent stage of the inductor. The wide-band bias circuit according to claim 2, wherein each inductance is determined so that a frequency is between self-resonant frequencies of the two adjacent inductors.
ことを特徴とする請求項3に記載の広帯域バイアス回路。 Among the inductors of three or more stages, the inductors from the first stage to the stage before the last stage have a lower Q value than the last stage inductor, and the change in the isolation characteristic of the inductor in the vicinity of the self-resonant frequency The wide-band bias circuit according to claim 3, wherein the voltage is moderate.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の広帯域バイアス回路。 5. The wideband bias circuit according to claim 1, wherein an isolation characteristic in which the inductors of three or more stages are connected in series is greater than 25 dB in the predetermined frequency band.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の広帯域バイアス回路。 6. The insertion loss characteristic, wherein the inductance of each of the three or more stages of inductors is determined so that a fluctuation range in the predetermined frequency band is 0.4 dB or less. The wide-band bias circuit according to one item.
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の広帯域バイアス回路。 The group delay characteristic is characterized in that the inductance of each of the three or more stage inductors is determined so that a delay time in the predetermined frequency band or another frequency band narrower than the predetermined frequency band is 100 ps or less. The wide-band bias circuit according to any one of 1 to 6.
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の広帯域バイアス回路。
The broadband bias circuit according to any one of claims 1 to 7, wherein the predetermined frequency band is 1 MHz or more and 3 GHz or less.
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