JP2012109713A - Bias circuit - Google Patents
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Description
この発明は、高周波半導体素子のバイアス回路に関し、特に受信用増幅器の過入力時における破壊防止と過入力解消後の電気特性復帰速度の改善に関するものである。 The present invention relates to a bias circuit for a high-frequency semiconductor device, and more particularly to prevention of destruction at the time of excessive input of a receiving amplifier and improvement of an electric characteristic return speed after cancellation of excessive input.
従来、FET増幅器の単位増幅器に可変バイアス回路が設けられ、可変バイアス回路は単位増幅器のゲート側バイアス電位を決めるバイアス抵抗とバイアス抵抗に組み合わせてバイアス量を制御する制御トランジスタから構成されている。そして、FET増幅器のマイクロ波信号入力レベルがFETの定格レベルを越える場合、FET増幅器の終段におけるFETのゲート側バイアス回路に接続されたゲート電流検出抵抗の電圧降下を検出し、それにともなって出力するコントロール信号が制御トランジスタに入力され、FETのゲート側バイアス電位を変化させてドレイン電流を絞り込むか、FETのドレイン電流を直接減少させることにより、過入力に対する保護を行っている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a variable bias circuit is provided in a unit amplifier of an FET amplifier, and the variable bias circuit includes a bias resistor that determines a gate side bias potential of the unit amplifier and a control transistor that controls a bias amount in combination with the bias resistor. When the microwave signal input level of the FET amplifier exceeds the rated level of the FET, the voltage drop of the gate current detection resistor connected to the gate side bias circuit of the FET at the final stage of the FET amplifier is detected, and the output is accordingly generated. The control signal is input to the control transistor, and the drain current is narrowed by changing the gate side bias potential of the FET, or the drain current of the FET is directly reduced to protect against over-input (for example, Patent Documents) 1).
しかしながらこのような構成の可変バイアス回路は複雑であり、コストが高くなるという問題がある。 However, the variable bias circuit having such a configuration is complicated and has a problem of high cost.
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、受信用トランジスタを過入力による破壊から防ぐ簡易な構成であるとともに過入力が解消された後定常動作に復帰するまでの時間が短縮されるバイアス回路を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has a simple configuration for preventing the receiving transistor from being destroyed by over-input, and after the over-input has been eliminated, the operation returns to the steady operation. An object is to obtain a bias circuit whose time is shortened.
この発明に係るバイアス回路は、受信用増幅器に用いられるバイアス回路であって、電界効果型トランジスタのドレイン電極とドレインバイアス端子の間に抵抗が直列に接続され、上記ドレイン電極とゲートバイアス端子の間に少なくとも2個以上の抵抗が直列に接続され、上記直列接続された2個以上の抵抗のうち2個の抵抗が接続される接続点を上記ゲート電極に接続する。 The bias circuit according to the present invention is a bias circuit used in a receiving amplifier, wherein a resistor is connected in series between a drain electrode and a drain bias terminal of a field effect transistor, and the drain electrode and the gate bias terminal are connected. At least two or more resistors are connected in series to each other, and a connection point where two of the two or more resistors connected in series are connected to the gate electrode.
この発明に係るバイアス回路は、過入力が解消した直後にドレイン電圧が高くなることに伴ってゲート電圧が高くなり、ドレイン電流が増加することにより、過入力が解消してから定常状態に復帰するまでの時間を短縮することができるという効果を奏する。 In the bias circuit according to the present invention, the gate voltage increases as the drain voltage increases immediately after the over-input is eliminated, and the drain current increases, so that the over-input is eliminated and then returns to the steady state. There is an effect that the time until the time can be shortened.
以下、本発明のバイアス回路の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る受信用増幅器の回路図である。
この発明の実施の形態1に係る受信用増幅器では、バイアス回路が受信用トランジスタ2のゲート側バイアスを制御する。そして、受信用トランジスタ2は、ゲート電極が受信信号入力端子1に接続され、ドレイン電極が受信信号出力端子7に接続され、ソース電極が接地されている。また、受信用トランジスタ2は、ゲート電極に整合回路3aが接続され、ドレイン電極にも接合回路3bが接続される。
Hereinafter, preferred embodiments of a bias circuit of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a circuit diagram of a receiving amplifier according to
In the receiving amplifier according to the first embodiment of the present invention, the bias circuit controls the gate side bias of the
この発明の実施の形態1に係る受信用増幅器のバイアス回路は、受信用トランジスタ2のゲート電極に一端が接続される整合回路3aと兼用されるバイアス線路と、受信用トランジスタ2のドレイン電極に一端が接続される整合回路3bと兼用されるバイアス線路と、接地される整合回路3aの他端に接続される高周波短絡キャパシタ4aと、接地される整合回路3aの他端に接続される高周波短絡キャパシタ4bと、ドレインバイアス端子としてのドレイン電圧印加端子6に一端が接続されるとともに他端が整合回路3bの他端に接続される抵抗8と、一端が整合回路3bの他端に接続されるとともに他端が接続点12に接続される抵抗9と、ゲートバイアス端子としてのゲート電圧印加端子5に一端が接続されるとともに他端が接続点12に接続される抵抗10と、を備える。
The bias circuit of the receiving amplifier according to the first embodiment of the present invention includes a bias line also used as a
抵抗8、9、10の抵抗値R8、R9、R10は、受信用トランジスタ2に適当なバイアスが与えられるように予め設定しておく。すなわち、受信用トランジスタ2の動作ドレイン電流をId、動作ドレイン電圧をVd、動作ゲート電圧をVg、ゲート電圧印加端子5に入力する電圧をVgg、ドレイン電圧印加端子6に入力する電圧をVddとすると、式(1)、(2)の関係が成り立つので、この関係式を用いて抵抗値を定める。
The resistance values R 8 , R 9 and R 10 of the resistors 8 , 9 and 10 are set in advance so that an appropriate bias is applied to the
Vd=Vdd−R8×Id (1)
(Vd−Vg):(Vg−Vgg)=R9:R10 (2)
V d = V dd −R 8 × I d (1)
(V d −V g ) :( V g −V gg ) = R 9 : R 10 (2)
次に、この発明の実施の形態1に係るバイアス回路の動作を説明する。
過入力時には受信用トランジスタ2のドレイン電流Idが増加する.このとき式(1)に従い受信用トランジスタ2に加えられるドレイン電圧Vdは低下するので、受信用トランジスタ2が破壊することを防ぐことができる。
ところで、過入力が解消された直後においては過入力による発熱の影響や過入力時にトランジスタ内部で発生した高電界によって引き起こされたチャージング効果によりドレイン電流Idが定常時よりも減少することが知られている。これにより受信増幅器の利得が低下する問題がある。
Next, the operation of the bias circuit according to the first embodiment of the present invention will be described.
The drain current I d of the
By the way, it is known that immediately after the over-input is eliminated, the drain current Id is reduced from that in the steady state due to the influence of heat generated by the over-input and the charging effect caused by the high electric field generated inside the transistor at the time of the over-input. It has been. As a result, there is a problem that the gain of the receiving amplifier is lowered.
ところが、過入力が解消した直後でドレイン電流Idが小さいときにはドレイン電圧Vdが高くなる。受信用トランジスタ2に加えられるゲート電圧Vgはドレイン電圧Vdとゲート電圧印加電圧Vggを抵抗値R9と抵抗値R10で分圧した電圧となるので、ドレイン電圧Vdが高くなるとゲート電圧Vgも高くなる。
そしてゲート電圧Vgが高くなると、ドレイン電流Idを増加させるように作用するので、従来のバイアス回路に比べて、過入力が解消してから定常状態に復帰するまでの時間を短縮することができる。
However, the drain voltage Vd increases when the drain current Id is small immediately after the over-input is eliminated. Since the gate voltage V g applied to the
When the gate voltage Vg is increased, the drain current Id is increased. Therefore, compared with the conventional bias circuit, it is possible to shorten the time from the cancellation of the excessive input to the return to the steady state. it can.
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2に係る受信用増幅器の回路図である。
この発明の実施の形態2に係る受信用増幅器は、この発明の実施の形態1に係る受信用増幅器の受信用トランジスタ2のソース電極に抵抗11を直列に接続されることが異なり、それ以外は同様であるので、同じ部分に符号を付記し説明は省略する。
尚、ゲート側バイアスを制御するバイアス回路の構成は実施の形態1において説明したバイアス回路の構成と同様であり、動作も同様である。従って、過入力が解消した直後にドレイン電圧Vdが高くなることに伴ってゲート電圧Vgが高くなり、ドレイン電流Idが増加することにより、過入力が解消してから定常状態に復帰するまでの時間を短縮することができる。
FIG. 2 is a circuit diagram of a receiving amplifier according to
The receiving amplifier according to the second embodiment of the present invention is different in that a
The configuration of the bias circuit for controlling the gate side bias is the same as the configuration of the bias circuit described in the first embodiment, and the operation is also the same. Thus, the higher the gate voltage V g with that drain voltage V d immediately after the excessive input is eliminated is increased, by the drain current I d increases, returning from excessive input is solved in a steady state Can be shortened.
ディプリーション型の電界効果型トランジスタでは、通常ゲート電極には負電圧、ドレイン電極には正電圧の2種類の電圧源が必要とするが、ソース電極に直列に抵抗11を接続する自己バイアス回路構成をとることでゲート電圧印加端子5に入力する電圧Vggをゼロまたは正電圧に設定して単電源で動作させることが可能となる。
In a depletion type field effect transistor, two types of voltage sources are usually required, ie, a negative voltage for the gate electrode and a positive voltage for the drain electrode, but a self-bias circuit in which a
実施の形態3.
図3は、この発明の実施の形態3に係る受信用増幅器の回路配置図である。
この発明の実施の形態3に係る受信用増幅器は、この発明の実施の形態1に係る受信用増幅器をモノリシック集積回路に構成したものであり、構成部品には同じ符号を付記した。
抵抗8の抵抗値は、電界効果型トランジスタからなる受信用トランジスタ2の出力インピーダンスと同程度であり、それほど大きな値とする必要はない。また、ドレイン電圧を精度よく設定するために比較的高精度な抵抗値が必要とされる。このように比較的低抵抗で抵抗値の絶対精度が必要とされる抵抗には不純物イオン原子をイオンインプランテーション技術により基板に注入することで抵抗を構成する注入抵抗が適する。
FIG. 3 is a circuit layout diagram of a receiving amplifier according to
The receiving amplifier according to the third embodiment of the present invention is obtained by configuring the receiving amplifier according to the first embodiment of the present invention in a monolithic integrated circuit, and the same reference numerals are given to the components.
The resistance value of the
これに対して、抵抗9、10の抵抗値は、受信用トランジスタ2のゲート電圧を設定するときその比のみ正確であれば絶対値は正確でなくても構わない。また、抵抗9、10で消費される電力を低減するためにはなるべく高抵抗であることが望ましい。このように絶対精度は必要としないが高抵抗を小型に実現したい場合には基板内の2次元電子ガスをそのまま抵抗体として使用するエピ抵抗が適する。
このように用途に応じて注入抵抗とエピ抵抗を使い分けることで必要な機能を満たしつつ、小型に回路を構成することができる。
On the other hand, the absolute values of the resistance values of the
In this way, a circuit can be configured in a small size while satisfying a necessary function by properly using an injection resistor and an epi resistor according to the application.
実施の形態4.
この発明の実施の形態4においては、この発明の実施の形態1に係る受信用増幅器の過入力解消直後のドレイン電流の計算結果を説明する。
図4にこの発明の実施の形態3に係る受信用増幅器の回路図を示し、図5には比較のために合わせて過入力解消直後のドレイン電流を計算した従来の受信用増幅器の回路図である。また、図6には図5に示す従来の受信用増幅器に抵抗8を追加した回路である。
In the fourth embodiment of the present invention, the calculation result of the drain current immediately after elimination of the excessive input of the receiving amplifier according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 shows a circuit diagram of a receiving amplifier according to
以下の計算では簡単のために直流等価回路で行っている。
過入力によって生じるドレイン電流の減少はゲート電極に直列に接続されている電圧源DCVSの電圧VG_offsetによってピンオフ電圧の変化として表現されている。 電圧VG_offsetを大きくすることで過入力によるドレイン電流の減少を大きくすることができる。
図7には、計算結果として過入力によるドレイン電流の減少量を電圧VG_offsetで表現している。
従来の受信用増幅器や従来の受信用増幅器に抵抗8を追加した回路では、電圧VG_offsetが−1Vのときには定常状態で50mAのドレイン電流が4mA以下に大きく減少する。
一方、この発明の実施の形態1に係る受信用増幅器では、電圧VG_offsetが−1Vのときにドレイン電流42mA以上流れており、過入力が解消してから定常状態に復帰するまでの時間を短縮することができることが認められる。
In the following calculation, a DC equivalent circuit is used for simplicity.
The decrease in the drain current caused by the excessive input is expressed as a change in the pin-off voltage by the voltage VG_offset of the voltage source DCVS connected in series with the gate electrode. By increasing the voltage VG_offset, it is possible to increase the decrease in drain current due to excessive input.
In FIG. 7, the amount of decrease in drain current due to excessive input is expressed as a voltage VG_offset as a calculation result.
In a conventional receiving amplifier or a circuit in which a
On the other hand, in the receiving amplifier according to the first embodiment of the present invention, when the voltage VG_offset is −1V, the drain current is flowing at 42 mA or more, and the time until the return to the steady state after the excessive input is eliminated is shortened. It is recognized that it can.
1 受信信号入力端子、2 受信用トランジスタ、3a、3b 整合回路、4a、4b 高周波短絡キャパシタ、5 ゲート電圧印加端子、6 ドレイン電圧印加端子、7 受信信号出力端子、8、9、10、11 抵抗、12 接続点。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
電界効果型トランジスタのドレイン電極とドレインバイアス端子の間に抵抗が直列に接続され、
上記ドレイン電極とゲートバイアス端子の間に少なくとも2個以上の抵抗が直列に接続され、
上記直列接続された2個以上の抵抗のうち2個の抵抗が接続される接続点を上記ゲート電極に接続することを特徴とするバイアス回路。 A bias circuit used in a receiving amplifier,
A resistor is connected in series between the drain electrode and the drain bias terminal of the field effect transistor,
At least two resistors are connected in series between the drain electrode and the gate bias terminal,
A bias circuit, wherein a connection point to which two of the two or more resistors connected in series are connected is connected to the gate electrode.
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