JP2013183430A - GaNFET BIAS CIRCUIT - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、GaNFET用バイアス回路に関する。 Embodiments described herein relate generally to a GaN FET bias circuit.
近年、大電圧を印加して大電力の高周波信号を出力することができるGaNFETが注目されている。このGaNFETには、所定のドレイン電圧および所定のゲート電圧を印加するためのバイアス回路が接続される。 In recent years, GaN FETs that can apply a high voltage and output a high-power high-frequency signal have attracted attention. A bias circuit for applying a predetermined drain voltage and a predetermined gate voltage is connected to the GaN FET.
一般に、GaNFET用バイアス回路は、GaNFETのドレイン端子に所定のドレイン電圧を印加するためのドレインバイアス回路、およびGaNFETのゲート端子に所定のゲート電圧を印加するためのゲートバイアス回路、からなる。 In general, the GaNFET bias circuit includes a drain bias circuit for applying a predetermined drain voltage to the drain terminal of the GaNFET and a gate bias circuit for applying a predetermined gate voltage to the gate terminal of the GaNFET.
ゲートバイアス回路は、ゲート電圧としてオン電圧をゲート端子に常に印加し、ドレインバイアス回路は、所定時間だけドレイン電圧として駆動電圧をドレイン端子に印加する。GaNFETは、駆動電圧が印加される所定時間だけ高周波信号を増幅する。従って、GaNFETは、強度が一定の高周波信号をパルス状に変調して出力する。 The gate bias circuit always applies an ON voltage as a gate voltage to the gate terminal, and the drain bias circuit applies a drive voltage as a drain voltage to the drain terminal for a predetermined time. The GaNFET amplifies the high-frequency signal for a predetermined time during which the drive voltage is applied. Therefore, the GaNFET modulates and outputs a high-frequency signal having a constant intensity in a pulse shape.
しかし、この従来のGaNFET用バイアス回路によって、ドレイン端子の電圧を、0Vから駆動電圧である例えば25Vに上昇させると、この上昇幅が極めて大きいため、ドレイン電圧は瞬時に25Vに到達せず、25Vに到達するまでに所定の時間が必要となる。また、高周波信号の増幅を終了するために、ドレイン電圧を25Vから0Vまで降下させると、同様にこの下降幅が極めて大きいため、ドレイン電圧は瞬時に0Vに戻らず、0Vに戻るまでに所定の時間が必要となる。従って、ドレイン電圧が上昇、降下する過程において、ドレイン端子には、低電圧(例えば3〜8V付近)が印加されている状態が発生する。他方、ゲート端子には、常にオン電圧が印加されている。GaNFETは、オン電圧が印加されている状態において、低電圧のドレイン電圧が印加されると、相互コンダクタンスの値が大きくなって利得が大きくなり、安定指数が悪化する。その結果、GaNFETを流れるドレイン電流が不要に発振する。 However, when the voltage of the drain terminal is increased from 0V to, for example, 25V, which is the driving voltage, by this conventional GaNFET bias circuit, the increase width is extremely large, so the drain voltage does not instantaneously reach 25V, and 25V It takes a predetermined time to reach In addition, when the drain voltage is lowered from 25 V to 0 V in order to finish the amplification of the high frequency signal, the fall width is also extremely large. Therefore, the drain voltage does not return to 0 V instantaneously, Time is needed. Therefore, in the process in which the drain voltage increases and decreases, a state in which a low voltage (for example, around 3 to 8 V) is applied to the drain terminal occurs. On the other hand, an on-voltage is always applied to the gate terminal. When a low drain voltage is applied in a state where an on-voltage is applied to the GaN FET, the value of mutual conductance increases, the gain increases, and the stability index deteriorates. As a result, the drain current flowing through the GaN FET oscillates unnecessarily.
実施形態は、GaNFETの不要発振を抑制することができるGaNFET用バイアス回路を提供することを目的とする。 An object of the embodiment is to provide a bias circuit for a GaN FET that can suppress unnecessary oscillation of the GaN FET.
実施形態に係るGaNFET用バイアス回路は、GaNFETに所望の電圧を印加するGaNFET用バイアス回路であって、正の定電圧電源、ドレイン電圧制御スイッチ、負の定電圧電源、分圧抵抗、およびゲート電圧制御スイッチ、を具備する。前記正の定電圧電源は、前記GaNFETの駆動電圧を出力する。前記ドレイン電圧制御スイッチは、前記正の定電圧電源と前記GaNFETのドレイン端子との間に接続され、前記正の定電圧電源から出力される前記駆動電圧を所定時間だけ前記ドレイン端子に供給する。前記負の定電圧電源は、前記GaNFETのピンチオフ電圧を出力する。前記分圧抵抗は、前記ピンチオフ電圧を、前記GaNFETのオン電圧に分圧する。前記ゲート電圧制御スイッチは、前記負の定電圧電源と前記GaNFETのゲート端子との間、並びに前記分圧抵抗と前記GaNFETの前記ゲート端子との間に接続され、前記ドレイン端子に前記駆動電圧が印加されている間に、前記ゲート端子に前記オン電圧を供給する。 The bias circuit for GaN FET according to the embodiment is a bias circuit for GaN FET that applies a desired voltage to the GaN FET, and is a positive constant voltage power source, a drain voltage control switch, a negative constant voltage power source, a voltage dividing resistor, and a gate voltage. A control switch. The positive constant voltage power supply outputs a driving voltage for the GaN FET. The drain voltage control switch is connected between the positive constant voltage power source and the drain terminal of the GaNFET, and supplies the drive voltage output from the positive constant voltage power source to the drain terminal for a predetermined time. The negative constant voltage power supply outputs a pinch-off voltage of the GaN FET. The voltage dividing resistor divides the pinch-off voltage into the on-voltage of the GaN FET. The gate voltage control switch is connected between the negative constant voltage power source and the gate terminal of the GaNFET, and between the voltage dividing resistor and the gate terminal of the GaNFET, and the drive voltage is applied to the drain terminal. While the voltage is applied, the ON voltage is supplied to the gate terminal.
以下に、実施形態に係るGaNFET用バイアス回路について説明する。図1は、実施形態に係るGaNFET用バイアス回路を示す回路図である。図1に示すように、実施形態に係るGaNFET用バイアス回路は、GaNFET10のドレイン端子10dに接続されたドレインバイアス回路11、およびGaNFET10のゲート端子10gに接続されたゲートバイアス回路12、によって構成される。なお、GaNFET10のソース端子10sは接地されている。
The GaN FET bias circuit according to the embodiment will be described below. FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a GaN FET bias circuit according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the GaN FET bias circuit according to the embodiment includes a
GaNFET10は、GaAsFET等の従来のFETと比較して高電圧を印加することにより、大電力の高周波信号を出力することができるものである。このGaNFET10は、例えば、ドレイン電圧として25Vの駆動電圧、ゲート電圧として−1.5Vのオン電圧を印加したときに安定的に増幅動作するFETであって、ピンチオフ電圧は、例えば−5Vのものである。 The GaNFET 10 is capable of outputting a high-power high-frequency signal by applying a higher voltage than a conventional FET such as a GaAsFET. The GaNFET 10 is an FET that stably amplifies when a drive voltage of 25 V is applied as a drain voltage and an on voltage of −1.5 V is applied as a gate voltage, for example, and a pinch-off voltage is −5 V, for example. is there.
このGaNFET10に、GaNFET用バイアス回路(ドレインバイアス回路11およびゲートバイアス回路12)によって駆動電圧およびオン電圧を印加する。この状態のGaNFET10のゲート端子10gに、直流カット用のキャパシタ13を介して高周波信号を入力すると、その信号の電力は増幅される。電力が増幅された高周波信号は、GaNFET10のドレイン端子10dから出力される。なお、出力された高周波信号は、直流カット用のキャパシタ14を介して外部に出力される。
A drive voltage and an on-voltage are applied to the
ドレインバイアス回路11は、GaNFET10に入力される高周波信号の電力を所定時間だけ増幅するために、GaNFET10のドレイン端子10dに正の駆動電圧を、所定時間だけ印加するためのバイアス回路である。
The
GaNFET10のドレイン端子10dには、1/4波長線路15およびキャパシタ16がこの順に直列に接続されおり、ドレインバイアス回路11は、1/4波長線路15とキャパシタ16との間に接続されている。すなわち、ドレインバイアス回路11は、1/4波長線路15を介してGaNFET10のドレイン端子10dに接続されている。
A
なお、1/4波長線路16は、GaNFET10から出力される高周波信号に対して理想的には無限大のインピーダンス線路として作用する。従って、GaNFET10から出力された高周波信号は、ドレインバイアス回路11に実質的には流れこまず、直流カット用のキャパシタ14側に伝搬される。
Note that the
また、キャパシタ16は、高周波信号に対して短絡し、直流電流に対して開放しているように見えるものである。従って、キャパシタ16は、1/4波長線路15を介してわずかに伝搬されてきた微弱な高周波信号が、ドレインバイアス回路11に入力されることを抑制し、かつドレインバイアス回路11から出力される電圧を効率的にGaNFET10のドレイン端子10dに印加することができる。
The
このような1/4波長線路15とキャパシタ16との間に接続されるドレインバイアス回路11は、正の定電圧電源17、およびドレイン電圧制御スイッチ18、によって構成される。
The
正の定電圧電源17は、GaNFET10が高周波信号の電力を増幅させるために必要な駆動電圧を、GaNFET10のドレイン端子10dに印加するための電源であって、例えば25Vを出力する電源である。この正の定電圧電源17は、ドレイン電圧制御スイッチ18を介して、1/4波長線路15に接続されている。
The positive constant
ドレイン電圧制御スイッチ18は、正の定電圧電源17から出力される駆動電圧が所定時間だけGaNFET10のドレイン端子10dに印加されるように、ドレインバイアス回路11から出力される駆動電圧を制御するためのスイッチである。
The drain
なお、ドレイン電圧制御スイッチ18には、このスイッチ18を駆動するためのドレイン電圧制御スイッチ用のパルス源19(以下、パルス源19と称する)が接続されている。パルス源19は、ドレイン電圧制御スイッチ18の開閉を制御するためのドレイン電圧制御用パルス20(以下、制御パルス20と称する)を、ドレイン電圧制御スイッチ19に供給する。なお、パルス源19は、ドレインバイアス回路11の外部に設けられてもよいし、ドレインバイアス回路11に含まれていてもよい。
The drain
図2は、ドレイン電圧制御スイッチ20の一例を示す図である。ドレイン電圧制御スイッチは、図2に示すように、例えばMOSFET21である。ドレイン電圧制御スイッチ20としてMOSFET21を適用する場合、MOSFET21のドレイン端子21dは、正の定電圧電源17に接続されるとともに、MOSFET21のソース端子21sは、1/4波長線路1815とキャパシタ16との間に接続される。また、MOSFET21のゲート端子21gは、パルス源19に接続される。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the drain
このMOSFET21のゲート端子21gにパルス源19から制御パルス20を供給すると、この制御パルス20が供給されている間だけMOSFET21は閉じる。この結果、正の定電圧電源17から出力される駆動電圧は、MOSFET21が閉じている間だけ出力され、GaNFET10のドレイン端子10d(図1)に印加される。
When the
再び図1を参照する。GaNFET10のゲート端子10gにも、ドレイン端子10dと同様に、1/4波長線路22およびキャパシタ23がこの順に直列に接続されおり、ゲートバイアス回路12は、1/4波長線路22とキャパシタ23との間に接続されている。すなわち、ゲートバイアス回路12は、1/4波長線路22を介して、GaNFET10のゲート端子10gに接続されている。
Refer to FIG. 1 again. Similarly to the
なお、1/4波長線路22およびキャパシタ23は、GaNFET10のドレイン端子10dに接続された1/4波長線路15およびキャパシタ16と同様に作用する。
The
ゲートバイアス回路12は、負の定電圧電源24、分圧用の第1、第2の抵抗25、26、およびゲート電圧制御スイッチ27、によって構成される。
The
負の定電圧電源24は、GaNFET10のピンチオフ電圧を、GaNFET10のゲート端子10gに印加するための電源であって、例えば−5Vを出力する電源である。この負の定電圧電源24は、ゲート電圧制御スイッチ27を介して、1/4波長線路22に接続されている。
The negative constant
分圧用の第1、第2の抵抗25、26は、負の定電圧電源24から出力されるピンチオフ電圧を分圧するための抵抗であって、抵抗値が一定の第1の抵抗25と、所定の抵抗値に設定可能な半固定抵抗である第2の抵抗26と、によって構成される。第1の抵抗25の一端は、負の定電圧電源24に接続される。第2の抵抗26の一方の一端は、第1の抵抗25の他端に接続され、第2の抵抗26の他方の一端は、ゲート電圧制御スイッチ27に接続される。また、第2の抵抗26の他端は接地される。なお、第1の抵抗25の他端と第2の抵抗26の一端との間は、ゲート電圧制御スイッチ27を介して1/4波長線路22に接続されている。
The first and
この分圧用の第1、第2の抵抗25、26において、第1の抵抗25の一端にピンチオフ電圧を印加すると、第1の抵抗25と第2の抵抗226との間にオン電圧が現れる。
In the voltage dividing first and
ゲート電圧制御スイッチ27は、ピンチオフ電圧またはオン電圧のいずれかを出力するためのスイッチであり、オン電圧を所定時間だけGaNFET10のゲート端子10dに印加するためのスイッチである。
The gate
なお、ゲート電圧制御スイッチ27には、このスイッチ27を切り替えるためのゲート電圧制御スイッチ用のパルス源28(以下、パルス源28と称する)が接続されている。パルス源28は、ゲート電圧制御スイッチ27の切り替えを制御するためのゲート電圧制御用パルス29(以下、制御パルス29と称する)をゲート電圧制御スイッチ27に供給する。ゲート電圧制御スイッチ27に制御パルス29が供給されると、その間だけゲート電圧制御スイッチ27はオン電圧を出力する。反対に、ゲート電圧制御スイッチ27に制御パルス29が供給されない間は、ゲート電圧制御スイッチ27はピンチオフ電圧を出力する。なお、パルス源28は、ゲ−トバイアス回路12の外部に設けられてもよいし、ドレインバイアス回路11に含まれていてもよい。
The gate
図3は、ゲート電圧制御スイッチ20の一例を示す回路図である。図3に示すように、ゲート電圧制御スイッチ28は、例えば第1、第2のMOSFET30、31、および反転回路32によって構成される。ゲート電圧制御スイッチ28として図3に示す回路を適用する場合、第1のMOSFET30のドレイン端子30dは、1/4波長線路22とキャパシタ23との間に接続される。また、第1のMOSFET30のソース端子30sは、第1の抵抗25の一端に接続され、第1のMOSFET30のゲート端子30gは、反転回路32を介してパルス源28に接続される。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of the gate
また、第2のMOSFET31は、第1のMOSFET30に対して並列的に配置されており、第2のMOSFET31のドレイン端子31dは、1/4波長線路22とキャパシタ23との間に接続される。そして、第2のMOSFET31のソース端子31sは、第1の抵抗25と第2の抵抗26との間に接続され、第2のMOSFET31のゲート端子31gは、パルス源28に接続される。
The
このようなゲート電圧制御スイッチ27にパルス源28から制御パルス29を供給すると、この制御パルス29は2分岐され、その一方が反転回路32によって反転されて、第1のMOSFET30のゲート端子30gに供給される。また、分岐された他方の制御パルス29は、第2のMOSFET31のゲート端子31gに供給される。すると、第1のMOSFET30は開き、第2のMOSFET31は閉じる。この結果、第2のMOSFET31が閉じている間だけ、オン電圧が、GaNFET10のゲート端子10g(図1)に印加される。
When the
反対に、ゲート電圧制御スイッチ27に制御パルス29が供給されない間は、第1のMOSFETが閉じ、第2のMOSFETが開いている。この結果、第1のMOSFET30が閉じている間だけ、ピンチオフ電圧が、GaNFET10のゲート端子10g(図1)に印加される。
On the contrary, while the
なお、ゲート電圧制御用パルス29のパルス幅をTg、ドレイン電圧制御用パルス20のパルス幅をTd、とすれば、ゲート電圧制御用パルス29として、Tg≦Td−Tv1(ただし、Tv1は、ドレイン電圧制御スイッチ18が閉じた瞬間からドレイン電圧が駆動電圧に達するまでの時間)を満たすパルス幅のパルスが適用される。この理由については後述する。
If the pulse width of the gate
以上に説明した実施形態に係るGaNFET用バイアス回路は、GaNFET10にドレイン電圧として駆動電圧が印加されている間だけ、ゲート電圧としてオン電圧を印加するものである。以下に、実施形態に係るGaNFET用バイアス回路が接続されたGaNFET10の動作について、図4を参照して説明する。なお、ここでは、上述したように、GaNFET10の駆動電圧を25V、オン電圧を−1.5V、ピンチオフ電圧を−5Vとし、正の定電圧電源17の出力電圧を25V、負の定電圧電源24の出力電圧を−5V、第1の抵抗25と第2の抵抗26とによって分圧された電圧を−1.5Vとした場合のGaNFET10の動作について説明する。
The bias circuit for GaN FET according to the embodiment described above applies an on-voltage as a gate voltage only while a drive voltage is applied as a drain voltage to the
図4は、GaNFET10に入力される高周波信号(同図(a))と、GaNFET10から出力される変調された高周波信号(同図(b))と、ドレイン電圧制御スイッチ18に供給されるドレイン電圧制御用パルス20(同図(c))と、GaNFET10のドレイン端子10dに印加されるドレイン電圧(同図(d))と、ゲート電圧制御スイッチ27に供給されるゲート電圧制御用パルス29(同図(e))と、GaNFET10のゲート端子10gに印加されるゲート電圧(同図(f))と、の関係を示す図である。
FIG. 4 shows a high-frequency signal input to the GaNFET 10 (FIG. 4A), a modulated high-frequency signal output from the GaNFET 10 (FIG. 4B), and a drain voltage supplied to the drain
まず、ドレイン電圧制御スイッチ18が開いており、ゲート電圧制御スイッチ28がピンチオフ電圧を出力する状態であるときに、GaNFET10のゲート端子10gに一定強度の高周波信号(CW波)(図4(a))が入力される。このとき、GaNFET10のゲート端子10gには、ピンチオフ電圧である−5Vが印加されており、ドレイン端子10dには電圧が印加されていない。従って、GaNFET10がク周波信号を増幅可能な状態にはなっておらず、GaNFET10に入力される高周波信号は増幅されない(図4(b))。
First, when the drain
GaNFET10に高周波信号が入力されている状態で、ドレイン電圧制御用のパルス源19から、ドレイン電圧制御スイッチ18に、パルス幅Tdのドレイン電圧制御用パルス20を供給する(図4(c))。すると、ドレイン電圧制御スイッチ18がパルス幅Tdの時間だけ閉じた状態となり、GaNFET10のドレイン端子10dに、正電圧のドレイン電圧が印加される。
In a state where a high-frequency signal is input to the
ドレイン電圧は、ドレイン電圧制御スイッチ18が閉じたと同時に駆動電圧である25Vとはならず、ドレイン電圧制御スイッチ18が閉じた瞬間から上昇しはじめ、所定の時間Tv1が経過した後、25Vとなる。さらに、ドレイン電圧は、ドレイン電圧制御スイッチ18が開いたと同時に0Vとはならず、ドレイン電圧制御スイッチ18が開いた瞬間から下降しはじめ、所定の時間Tv2が経過した後、0Vとなる(図4(d))。
The drain voltage does not become the driving voltage of 25 V at the same time as the drain
なお、図4(d)に示すように、ドレイン電圧が、ドレイン電圧制御用パルス20に追従して変化しないのは、ドレイン電圧の変化量が大きいためである。GaNFET10の場合、このように大電圧を印加して使用するデバイスであるためにこのような現象が生じるが、大電圧を印加することができないGaAsFET等のデバイスの場合、ドレイン電圧がドレイン電圧制御用パルス20に追従して変化しない、という現象は生じない。
As shown in FIG. 4D, the drain voltage does not change following the drain
他方、GaNFET10に高周波信号が入力されている状態で、ゲート電圧制御用のパルス源28から、ゲート電圧制御スイッチ27に、例えばパルス幅Tg(=Td−Tv1)のゲート電圧制御用パルス29を供給する。ゲート電圧制御用パルス29は、例えば、ドレイン電圧が駆動電圧である25Vに達した瞬間にゲート電圧制御スイッチ27に入力される(図4(e))。すると、ゲート電圧制御スイッチ27は、ドレイン電圧が25Vに達した瞬間から、ドレイン電圧が25Vから降下しはじめる瞬間までの時間(Td−Tv1)だけ、オン電圧を出力する。
On the other hand, a gate
なお、ゲート電圧制御スイッチ27は、ドレイン電圧が駆動電圧である間だけ、オン電圧を出力すればよい。従って、パルス幅がTgより短いゲート電圧制御用パルスを、ドレイン電圧が駆動電圧である25Vに達したとき以降に、ゲート電圧制御スイッチ27に入力してもよい。このように、GaNFET10に駆動電圧が印加されている間だけ、ゲート電圧制御スイッチ27はオン電圧を出力すればよい理由については、後述する。
The gate
ゲート電圧は、ゲート電圧制御スイッチ27に制御パルス29が供給されたと同時にオン電圧である−1.5Vとなる。さらに、ゲート電圧は、制御パルス29の供給が終了した同時にピンチオフ電圧である−5Vとなる(図4(f))。なお、図4(f)に示すように、ゲート電圧が、ゲート電圧制御用パルス29に追従して変化するのは、ゲート電圧の変化量がドレイン電圧の変化量に対して極めて小さいためである。
The gate voltage becomes −1.5 V which is the ON voltage at the same time when the
GaNFET10に、上記のようにドレイン電圧およびゲート電圧を印加すると、ドレイン電圧が駆動電圧であり、かつゲート電圧がオン電圧である時間(=時間Tg)だけ、GaNFET10は高周波信号を安定して増幅可能な状態となる。従って、このTgの間だけ高周波信号は増幅される(図2(b))。すなわち、GaNFETに入力された一定強度の高周波信号(CW波)は、パルス幅Tgのパルス信号に変調される。
When the drain voltage and the gate voltage are applied to the
ここで、図5を参照して、GaNFET10に駆動電圧が印加されている間だけ、ゲート電圧制御スイッチ27はオン電圧を出力すればよい理由について、説明する。図5は、ドレイン電圧と、GaNFETに流れる電流(ドレイン電流)との関係を、ゲート電圧毎に示す図である。
Here, with reference to FIG. 5, the reason why the gate
GaNFETのように高電圧を印加して使用するFETの場合、ドレイン端子にドレイン電圧として高電圧を印加したときに、所望の利得が安定して得られるように設計して製造される。従って、このようなGaNFETのドレイン端子にドレイン電圧として低電圧を印加すると、相互コンダクタンスが大きくなり、所望の利得より大きな利得が得られてしまう。 In the case of a FET that is used by applying a high voltage, such as a GaN FET, the FET is designed and manufactured so that a desired gain can be stably obtained when a high voltage is applied as a drain voltage to the drain terminal. Therefore, when a low voltage is applied as a drain voltage to the drain terminal of such a GaNFET, the mutual conductance increases and a gain larger than a desired gain is obtained.
図5に実線で示すように、ゲート電圧制御スイッチ27がオン電圧(−1.5V)を出力し、この電圧がGaNFET10に印加されている状態において、GaNFET10にドレイン電圧を印加すると、その電圧に伴ってドレイン電流が流れる。ドレイン電圧が低電圧の場合、所望の利得より大きな利得が得られてしまうため、ドレイン電流が大きな利得を得て増幅し、やがて発振してしまう。
As shown by the solid line in FIG. 5, when the gate
すなわち、ゲート電圧制御スイッチ27がオン電圧を出力する状態において、GaNFET10に低電圧のドレイン電圧を印加すると、ドレイン電圧とドレイン電流との関係を示すグラフ(図5)上において、その関係が不安定領域を通るため、不要な発振が生ずる。この発振は、GaNFET10から出力される高周波信号に重畳されるため、出力波形の品質を劣化させる。
That is, when a low drain voltage is applied to the
しかし、図5に点線で示すように、ゲート電圧制御スイッチ27がピンチオフ電圧(−5V)を出力し、この電圧がGaNFET10に印加されている状態において、GaNFET10にドレイン電圧を印加しても、その電圧に伴って流れるドレイン電流は、GaNFET10が増幅可能な状態のときに流れるドレイン電流より小さい。さらに、GaNFET10が増幅可能な状態ではないため、ドレイン電流が利得を得て増幅されることもない。従って、ドレイン電流の発振が抑制される。
However, even if a drain voltage is applied to the
すなわち、ゲート電圧制御スイッチ27がピンチオフ電圧を出力する状態において、GaNFET10に低電圧のドレイン電圧を印加しても、ドレイン電圧とドレイン電流との関係を示すグラフ(図5)上において、その関係が不安定領域を通ることはないため、不要な発振は抑制される。言い換えれば、GaNFET10に低電圧のドレイン電圧が印加されているときに、ゲート電圧制御スイッチ27がピンチオフ電圧を出力する状態になっていれば、不要な発振は抑制される。従って、本実施形態に係るGaNFET用バイアス回路は、GaNFET10に駆動電圧が印加されている間だけオン電圧が印加されるように、ゲート電圧制御スイッチ27を制御すればよい。また、これを実現するためには、GaNFET10に駆動電圧が印加されている間だけ、Tg≦Td−Tv1を満たすパルス幅Tgのゲート電圧制御用パルス29を、ゲート電圧制御スイッチ27に供給すればよい。
That is, even when a low drain voltage is applied to the
これに対して従来のGaNFET用バイアス回路は、GaNFETに常にオン電圧を印加しておき、その状態のGaNFETのドレイン端子に、図4(d)に示すようなドレイン電圧を印加するバイアス回路であった。従って、ドレイン電圧が上昇しはじめる段階、およびドレイン電圧が下降し終わる前の段階において、GaNFETのドレイン端子には、低電圧のドレイン電圧が印加されていた。その結果、ドレイン電流が発振し、この発振がGaNFETから出力される高周波信号に重畳され、出力波形の品質を劣化させていた。 On the other hand, the conventional bias circuit for GaNFET is a bias circuit in which an on-voltage is always applied to the GaNFET and a drain voltage as shown in FIG. 4D is applied to the drain terminal of the GaNFET in that state. It was. Therefore, a low drain voltage is applied to the drain terminal of the GaN FET at the stage where the drain voltage starts to rise and before the drain voltage finishes dropping. As a result, the drain current oscillates, and this oscillation is superimposed on the high-frequency signal output from the GaN FET, degrading the quality of the output waveform.
以上に説明したように、本実施形態に係るGaNFET用バイアス回路は、GaNFET10にドレイン電圧として駆動電圧が印加されている間だけ、ゲート電圧としてオン電圧を印加する。従って、本実施形態に係るGaNFET用バイアス回路によれば、不要な発振を抑制し、GaNFET10に、高品質な出力波形の高周波信号を出力させることができる。
As described above, the GaN FET bias circuit according to the present embodiment applies the ON voltage as the gate voltage only while the drive voltage is applied as the drain voltage to the
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10・・・GaNFET
10d・・・ドレイン端子
10g・・・ゲート端子
10s・・・ソース端子
11・・・ドレインバイアス回路
12・・・ゲートバイアス回路
13、14・・・直流カット用のキャパシタ
15、22・・・1/4波長線路
16、23・・・キャパシタ
17・・・正の定電圧電源
18・・・ドレイン電圧制御スイッチ
19・・・(ドレイン電圧制御スイッチ用の)パルス源
20・・・ドレイン電圧制御用パルス(制御パルス)
21・・・MOSFET
21d・・・ドレイン端子
21s・・・ソース端子
21g・・・ゲート端子
24・・・負の定電圧電源
25・・・分圧用の第1の抵抗
26・・・分圧用の第2の抵抗
27・・・ゲート電圧制御スイッチ
28・・・(ゲート電圧制御スイッチ用の)パルス源
29・・・ゲート電圧制御用パルス(制御パルス)
30・・・第1のMOSFET
31・・・第2のMOSFET
30d、31d・・・ドレイン端子
30g、31g・・・ゲート端子
30s、31s・・・ソース端子
32・・・反転回路
10 ... GaNFET
10d ...
21 ... MOSFET
21d ... Drain terminal 21s ...
30: First MOSFET
31 ... Second MOSFET
30d, 31d ...
Claims (6)
前記GaNFETの駆動電圧を出力する正の定電圧電源と、
この正の定電圧電源と前記GaNFETのドレイン端子との間に接続され、前記正の定電圧電源から出力される前記駆動電圧を所定時間だけ前記ドレイン端子に供給するドレイン電圧制御スイッチと、
前記GaNFETのピンチオフ電圧を出力する負の定電圧電源と、
前記ピンチオフ電圧を、前記GaNFETのオン電圧に分圧する分圧抵抗と、
前記負の定電圧電源と前記GaNFETのゲート端子との間、並びに前記分圧抵抗と前記GaNFETの前記ゲート端子との間に接続され、前記ドレイン端子に前記駆動電圧が印加されている間に、前記ゲート端子に前記オン電圧を供給するゲート電圧制御スイッチと、
を具備することを特徴とするGaNFET用バイアス回路。 A bias circuit for a GaNFET that applies a desired voltage to the GaNFET,
A positive constant voltage power source for outputting the driving voltage of the GaN FET;
A drain voltage control switch connected between the positive constant voltage power source and the drain terminal of the GaNFET, and supplying the drive voltage output from the positive constant voltage power source to the drain terminal for a predetermined time;
A negative constant voltage power supply that outputs the pinch-off voltage of the GaN FET;
A voltage dividing resistor that divides the pinch-off voltage into an on-voltage of the GaN FET;
Between the negative constant voltage power supply and the gate terminal of the GaNFET, and between the voltage dividing resistor and the gate terminal of the GaNFET, while the drive voltage is applied to the drain terminal, A gate voltage control switch for supplying the ON voltage to the gate terminal;
A bias circuit for a GaNFET, comprising:
前記分圧抵抗と前記GaNFETの前記ゲート端子との間に接続された第2のMOSFETと、
前記第1のMOSFETのゲート端子に接続された反転回路と、
を具備することを特徴とする請求項1に記載のGaNFET用バイアス回路。 The gate voltage control switch includes a first MOSFET connected between the negative constant voltage power source and the gate terminal of the GaN FET;
A second MOSFET connected between the voltage dividing resistor and the gate terminal of the GaNFET;
An inverting circuit connected to the gate terminal of the first MOSFET;
The GaN FET bias circuit according to claim 1, comprising:
前記ゲート電圧制御スイッチに、このスイッチから前記オン電圧を出力させるための、前記ドレイン電圧制御用パルスよりパルス幅が狭いゲート電圧制御用パルスを供給するゲート電圧制御スイッチ用のパルス源と、
をさらに具備し、
前記ゲート電圧制御スイッチ用のパルス源は、前記ドレイン電圧制御用パルスが前記ドレイン電圧制御スイッチに供給されている間のタイミングで、前記ゲート電圧制御用パルスを前記ゲート電圧制御スイッチに供給することを特徴とする請求項1に記載のGaNFET用バイアス回路。 A pulse source for a drain voltage control switch for supplying a drain voltage control pulse for closing the switch to the drain voltage control switch;
A pulse source for a gate voltage control switch for supplying a gate voltage control pulse having a narrower pulse width than the drain voltage control pulse for causing the gate voltage control switch to output the on-voltage from the switch;
Further comprising
The pulse voltage source for the gate voltage control switch supplies the gate voltage control pulse to the gate voltage control switch at a timing while the drain voltage control pulse is supplied to the drain voltage control switch. The bias circuit for a GaN FET according to claim 1, wherein the bias circuit is a GaN FET bias circuit.
前記分圧抵抗と前記GaNFETの前記ゲート端子との間に接続された第2のMOSFETと、
前記第1のMOSFETのゲート端子に接続された反転回路と、
を具備し、
前記ゲート電圧制御スイッチ用のパルス源は、前記ドレイン電圧制御用パルスが前記ドレイン電圧制御スイッチに供給されている間のタイミングで、前記第1のMOSFETに、前記ゲート電圧制御用パルスの反転パルスを供給するとともに、前記第2のMOSFETに、前記ゲート電圧制御用パルスを供給することを特徴とする請求項3に記載のGaNFET用バイアス回路。 The gate voltage control switch includes a first MOSFET connected between the negative constant voltage power source and the gate terminal of the GaN FET;
A second MOSFET connected between the voltage dividing resistor and the gate terminal of the GaNFET;
An inverting circuit connected to the gate terminal of the first MOSFET;
Comprising
The pulse source for the gate voltage control switch has an inverted pulse of the gate voltage control pulse applied to the first MOSFET at a timing while the drain voltage control pulse is supplied to the drain voltage control switch. 4. The bias circuit for a GaNFET according to claim 3, wherein the gate voltage control pulse is supplied to the second MOSFET while being supplied.
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