JP3250314B2 - マイクロ波半導体集積回路 - Google Patents

マイクロ波半導体集積回路

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JP3250314B2 JP08564193A JP8564193A JP3250314B2 JP 3250314 B2 JP3250314 B2 JP 3250314B2 JP 08564193 A JP08564193 A JP 08564193A JP 8564193 A JP8564193 A JP 8564193A JP 3250314 B2 JP3250314 B2 JP 3250314B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波半導体集積
回路に関し、特にミキサ回路を構成する電界効果型トラ
ンジスタのゲートに印加するバイアス電圧を発生するバ
イアス回路として用いて好適なマイクロ波半導体集積回
路に関する。
【0002】
【従来の技術】GaAs電界効果型トランジスタ(以
下、FETと記す)を使用したモノリシックマイクロ波
半導体集積回路において、FETの閾値電圧Vthのばら
つきを回路技術により吸収することは、歩留りを向上す
る上で大変重要である。通常、閾値電圧Vthのばらつき
を吸収するためには、ドレイン電流に対し帰還をかける
いわゆる電流帰還型のバイアス回路を用いるのが主流で
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ドレイ
ン‐ソース間電圧を0Vに設定するようなFETの使い
方をし、しかも特性がゲートバイアス電圧に大きく依存
する場合には、この電流帰還型バイアス回路を使うこと
はできない。このような例としては、高周波信号(以
下、RF信号と称する)と局部発振信号とを混合して中
間周波信号(以下、IF信号と称する)を導出するミキ
サ回路がある。
【0004】その一例として、RF信号をドレイン入力
としかつ局部発振信号をゲート入力とするFETからな
り、このFETのソースからIF信号を出力する回路構
成のミキサ回路では、直流的にはドレイン及びソースを
接地し、ゲートバイアス電圧Vgsを変換利得が最大とな
るように設定する。通常、変換利得が最大となるゲート
バイアス電圧VggはFETの閾値電圧Vthの近傍であ
る。したがって、閾値電圧Vthのばらつきは、直接RF
特性のばらつきにつながり、歩留り低下の大きな要因と
なる。
【0005】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、FETの閾値電圧近
傍のバイアス電圧を発生することが可能なマイクロ波半
導体集積回路を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によるマイクロ波半導体集積回路は、高周波
信号をドレイン(又はソース)入力としかつ局部発振信
号をゲート入力とするFETによって構成され、このF
TEのソース(又はドレイン)から中間周波信号を出力
するミキサ回路あるいは高周波信号及び局部発振信号を
共にゲート入力とするFETによって構成され、このF
ETのドレインから中間周波信号を出力するミキサ回路
の該FETのゲートに印加するバイアス電圧を発生する
半導体集積回路であって、ソースが接地されかつゲート
及びドレインが共通接続されたエンハンスメントモード
GaAsFETと、このエンハンスメントモードGaA
FETのゲート・ドレイン共通接続点に電源電圧を印
加する負荷素子とを備え、エンハンスメントモードGa
AsFETのゲートがローパスフィルタを介してミキサ
回路のFETのゲートに接続された構成となっている。
【0007】
【作用】エンハンスメントモードGaAsFETのソー
スを接地し、ゲートとドレインを共通接続し、この共通
接続点に負荷素子を介して電源電圧を印加するととも
に、この共通接続点の電位をミキサ回路を構成するFE
Tのゲートにそのバイアス電圧として印加する。この場
合、ミキサ回路の変換利得はFETのゲートバイアス電
圧Vggに大きく依存し、最大変換利得が得られる電圧は
閾値電圧Vthの近傍である。ゲートバイアス電圧Vggを
閾値電圧Vthに近づけるためには、エンハンスメントモ
ードGaAsFETのオン抵抗を十分に小さくする必要
があり、これを達成する一例として、FETのゲート幅
を十分大きくする。また、エンハンスメントモードGa
AsFETのゲートとミキサ回路のFETのゲートとの
間にローパスフィルタが接続されていることで、ミキサ
回路のFETのゲートに印加される局部発振信号が当該
ローパスフィルタによって遮断されるため、バイアス回
路にその影響が及ばない。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、一構成例のミキサ回路に適用され
た本発明の第1適用例を示す回路図である。図1におい
て、バイアス電圧を発生するバイアス回路1は、エンハ
ンスメントモードGaAsFETQ1 を用いて構成され
ており、このFETQ1 のソースは接地されかつゲート
及びドレインが共通接続されている。FETQ1 のゲー
トと接地間にはコンデンサCS が接続されている。FE
TQ1 のゲート・ドレイン共通接続点には、負荷抵抗R
L を介して電源電圧Vddが印加されている。このFET
1 のゲート・ドレイン共通接続点の電位は、高インピ
ーダンス素子である抵抗RG を介して、ミキサ回路2を
構成する能動回路素子であるFETQ2 にそのゲートバ
イアス電圧Vggとして供給される。
【0009】ミキサ回路2において、FETQ2 のドレ
イン(又はソース)にはコンデンサC1 を介してRF信
号が入力され、ゲートにはバイアス回路1から供給され
るゲートバイアス電圧Vggが印加されるとともに、コン
デンサC2 を介して局部発振(LO)信号が入力され
る。また、FETQ2 のドレイン及びソースは各々、抵
抗R1 及びR2 を介して接地されている。そして、FE
TQ2 にてRF信号と局部発振信号とを混合することに
よって得られるIF信号は、FETQ2 のソース(又は
ドレイン)からコンデンサC3 を介して出力される。な
お、FETQ2 のゲートに印加される局部発振信号は、
抵抗RG 及びコンデンサCS により構成されるローパス
フィルタによって遮断されるために、バイアス回路1に
対して悪影響を及ぼすことはない。
【0010】ところで、上記構成のミキサ回路2におい
ては、図2の特性図から明らかなように、ミキサ変換利
得はゲートバイアス電圧Vggに大きく依存し、最大変換
利得が得られる電圧は閾値電圧Vthの近傍にあることが
わかる。なお、この変換利得のゲートバイアス電圧依存
性の実測は、閾値電圧Vthが約0.1Vの評価試料に対
して行ったものである。また、バイアス回路1及びミキ
サ回路2は集積回路で作られることから、FETQ1
2 の閾値電圧Vthはプロセスによって変動するもの
の、相対的な値は変動せずほぼ同じ値と見なすことがで
きる。
【0011】ミキサ回路2の最大利得を得るべくFET
2 のゲートバイアス電圧Vggをその閾値電圧Vthに近
づけるためには、バイアス回路1において、FETQ1
のオン抵抗Ronを十分小さくする必要がある。これを達
成する一例としては、FETQ1 のゲート幅wg を十分
大きくすれば良い。すなわち、図3の特性図において、
FETQ1 のゲート幅wg を大きくしていくにつれて、
実線で示すVgg‐Ig(ドレイン電流)の曲線が立ってい
き、負荷抵抗RL を大きくしていくにつれて、一点鎖線
で示すVdd/RL の直線の傾きが緩やかになっていく特
性を示す。
【0012】この特性において、Vgg‐Ig 曲線とVdd
/RL 直線との交点(図中、×印)がバイアス点(ゲー
トバイアス電圧Vgg)を示し、FETQ1 のゲート幅w
g が大でかつ負荷抵抗RL が大のとき、ゲートバイアス
電圧Vggが閾値電圧Vthに近づくことになる。図4に、
電源電圧Vddを例えば3Vに設定した場合のゲート幅w
g 及び負荷抵抗RL に対するゲートバイアス電圧Vggの
閾値電圧Vthの依存特性を示す。この特性図において、
一点鎖線(a)はwg =20μm,RL =10KΩの場
合の特性を、二点鎖線(b)はwg =20μm,RL
100KΩの場合の特性を、破線(c)はwg =200
μm,RL =100KΩの場合の特性をそれぞれ示して
おり、ゲート幅wg 及び負荷抵抗RL が共に大きい程エ
ンハンスメントモードである閾値電圧Vthが正の範囲で
あれば、ゲートバイアス電圧Vggは閾値電圧Vthに近づ
く様子がわかる。
【0013】図5は、他の構成例のミキサ回路に適用さ
れた本発明の第2適用例を示す回路図である。本適用例
におけるミキサ回路3では、RF信号及び局部発振信号
が共にコンデンサC4 を介してFETQ3 のゲートに入
力される構成となっている。このFETQ3 のソースは
接地され、そのドレインには抵抗R3 を介して電源電圧
Vddが印加されている。そして、RF信号と局部発振信
号とを混合して得られるIF信号はFETQ3のドレイ
ンからコンデンサC5 を介して出力される。
【0014】バイアス回路1については、上記実施例の
場合と全く同じ回路構成を採っている。したがって、F
ETQ1 のゲート幅wg 及び負荷抵抗RL を十分に大き
く設定することにより、上記実施例の場合と同様に、ミ
キサ回路3のFETQ3 のゲートバイアス電圧Vggとし
てその閾値電圧Vthに近い電圧を設定できる。なお、上
記各実施例では、バイアス回路1で発生したバイアス電
圧を印加する対象としてミキサ回路に適用した場合につ
いて説明したが、これに限定されるものではなく、エン
ハンスメントモードGaAsFETを使用したマイクロ
波半導体装置において、閾値電圧Vth近傍のゲートバイ
アス電圧を必要とする回路全般に適用し得るものであ
る。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば
ースが接地されかつゲート及びドレインが共通接続さ
れたエンハンスメントモードGaAsFETを用い、こ
のFETのゲート・ドレイン共通接続点に負荷素子を介
して電源電圧を印加するとともに、この共通接続点の電
位をミキサ回路を構成するFETのゲートにそのバイア
ス電圧としてローパスフィルタを介して供給するように
したので、FETのゲート幅及び負荷抵抗を十分大きく
することにより、FETの閾値電圧Vthの近傍のバイア
ス電圧を発生することができることになる。また、ミキ
サ回路のFETのゲートに印加される局部発振信号がロ
ーパスフィルタによって遮断されるため、局部発振信号
がバイアス回路に悪影響を及ぼすこともない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1適用例を示す回路図である。
【図2】ミキサ変換利得のゲートバイアス電圧依存性を
示す特性図である。
【図3】ゲートバイアス電圧Vgg‐ドレイン電流Id の
特性図である。
【図4】ゲートバイアス電圧VggのVth依存特性図であ
る。
【図5】本発明の第2適用例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 バイアス回路 2,3 ミキサ回路 Q1 〜Q3 FET RL 負荷抵抗 RG 高インピーダンス素子としての抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03D 7/12 H04B 1/18 H03F 3/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波信号をドレイン(又はソース)入
    力としかつ局部発振信号をゲート入力とする電界効果型
    トランジスタによって構成され、この電界効果型トラン
    ジスタのソース(又はドレイン)から中間周波信号を出
    力するミキサ回路の前記電界効果型トランジスタのゲー
    に印加するバイアス電圧を発生するマイクロ波半導体
    集積回路であって、 ソースが接地されかつゲート及びドレインが共通接続さ
    れたエンハンスメントモードGaAs電界効果型トラン
    ジスタと、 前記エンハンスメントモードGaAs電界効果型トラン
    ジスタのゲート・ドレイン共通接続点に電源電圧を印加
    する負荷素子とを備え、 前記エンハンスメントモードGaAs電界効果型トラン
    ジスタのゲートがローパスフィルタを介して前記ミキサ
    回路の前記電界効果型トランジスタのゲートに接続され
    ている ことを特徴とするマイクロ波半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 高周波信号及び局部発振信号を共にゲー
    ト入力とする電界効果型トランジスタによって構成さ
    れ、この電界効果型トランジスタのドレインから中間周
    波信号を出力するミキサ回路の前記電界効果型トランジ
    スタのゲートに印加するバイアス電圧を発生するマイク
    ロ波半導体集積回路であって、 ソースが接地されかつゲート及びドレインが共通接続さ
    れたエンハンスメントモードGaAs電界効果型トラン
    ジスタと、 前記エンハンスメントモードGaAs電界効果型トラン
    ジスタのゲート・ドレイン共通接続点に電源電圧を印加
    する負荷素子とを備え、 前記エンハンスメントモードGaAs電界効果型トラン
    ジスタのゲートがローパスフィルタを介して前記ミキサ
    回路の前記電界効果型トランジスタのゲートに接続され
    ている ことを特徴とするマイクロ波半導体集積回路。
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