JP5596451B2

JP5596451B2 - 利得可変型増幅器

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Publication number: JP5596451B2
Application number: JP2010161265A
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Inventors: 岳加藤
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Description

本発明は、移動体通信機器、テレビジョン放送受信機等に用いられる利得可変型増幅器に係り、特に低コスト化、高帯域化を図ったものに関する。

移動体通信機器等の無線通信に用いられる増幅器は、強電界の入力信号を増幅する際、増幅信号に歪みが発生してしまうため、利得可変型増幅器とする場合がある。一般的な利得可変型増幅器は、例えば特許文献１に記載されているように、バイパス回路を備えている。

図５に、特許文献１に開示されている第１の従来例の利得可変増幅器を示す。図５に示すように、増幅回路５０１は高周波信号を増幅する回路であり、バイパス回路５０２は強電界の入力信号により増幅回路５０１で増幅された信号が歪むのを防ぐために、入力信号をバイパスする回路である。増幅回路５０１の入力、バイパス回路５０２の入力は、入力側のインピーダンス整合回路５０３を介して信号入力端子５０７と接続している。増幅回路５０１の出力は、スイッチ回路５０５を介し、またバイパス回路５０２の出力は、出力側のインピーダンス整合回路５０４を介して信号出力端子５０８と接続している。

電源供給端子５０９は、出力側のインピーダンス整合回路５０４を構成するインダクタンス素子５４１を介してバイパス回路５０２および増幅回路５０１に接続している。制御端子５１０はスイッチ回路５０５に接続されると共に、インバーター回路５０６を介してバイパス回路５０２に接続している。

増幅回路５０１は、電界効果型トランジスタ５１１を主に構成し、電界効果型トランジスタ５１１のソースは抵抗素子５１２およびコンデンサ素子５１３を介して接地され、電界効果型トランジスタ５１１のゲートは入力側のインピーダンス整合回路５０３を介して高周波信号が入力する信号入力端子５０７に接続している。

バイパス回路５０２は、電界効果型トランジスタ５２１を主に構成し、バイパス回路５０２に供給された直流電圧および直流電流が増幅回路５０１に流れ込むのを防ぐためコンデンサ素子５２２を備えている。

制御端子５１０に印加する電圧は、利得最大時には、信号入力端子５０７に入力した信号が、増幅回路５０１を通過して信号増幅動作が行われると共に、バイパス回路５０２を通過しないような値に設定される。一方利得最小時には、増幅回路５０１を信号が通過せず、バイパス回路４０２を信号が通過するような値に設定される。

図５に示す第１の従来例では、利得可変型増幅器を構成する全ての電界効果型トランジスタが、ゲートとソースが短絡された際にドレインとソース間が導通する、いわゆるディプレッション型で構成されている。

一方、増幅回路の性能向上を目的として、利得可変型増幅器を構成する全ての電界効果型トランジスタが、ゲートとソースが短絡された際にドレインとソース間の導通が遮断される、いわゆるエンハンスメント型で構成した利得可変型増幅器が特許文献２に開示されている。

図６に、特許文献２に開示されている第２の従来例の利得可変型増幅器を示す。図６に示すように、増幅回路６０１は高周波信号を増幅する回路であり、バイパス回路６０２は強電界の入力信号により増幅回路６０１で増幅された信号が歪むのを防ぐために、入力信号をバイパスする回路である。増幅回路６０１の入力、バイパス回路６０２の入力は、入力側のインピーダンス整合回路６０３を介して信号入力端子６０５と接続している。増幅回路６０１の出力、バイパス回路６０２の出力は、出力側のインピーダンス整合回路６０４を介してコンデンサ素子６４２の一方の端子に接続し、コンデンサ素子６４２の他端は、信号出力端子６０６に接続している。

電源供給端子６０７は、インダクタンス素子６４１を介して出力側のインピーダンス整合回路６０４に接続している。

増幅回路６０１は、電界効果型トランジスタ６１１、６１２を主に構成し、電界効果型トランジスタ６１１ソースは、インダクタンス素子６１４を介して接地され、電界効果型トランジスタ６１１のドレインは、電界効果型トランジスタ６１２のソースと接続し、電界効果型トランジスタ６１１のゲートは抵抗素子６１５を介し第１のゲート電圧供給端子６０９と接続している。電界効果型トランジスタ６１２のゲートは、第２のゲート電圧供給端子６１０と接続すると共にコンデンサ素子６１６を介して接地されており、いわゆるカスコードアンプの構成となっている。また増幅回路６０１の入力は、第１のゲート電圧供給端子６０９に供給された電圧および電流が入力側インピーダンス整合回路６０３に流れ込むのを防ぐためコンデンサ素子６１３を備えている。

バイパス回路６０２は、電界効果型トランジスタ６２１を主に構成し、電界効果型トランジスタ６２１のゲートは抵抗素子６２６を介して制御端子６０８に接続し、バイパス回路６０２に供給された直流電圧および直流電流が増幅回路６０１および入力側インピーダンス整合回路６０３、出力側インピーダンス整合回路６０４に流れ込むのを防ぐため、コンデンサ素子６２２およびコンデンサ素子６２３を備えている。

制御端子６０８および第１、第２のゲート電圧供給端子６０９、６１０に印加する電圧は、利得最大時には、信号入力端子６０５に入力した信号が、増幅回路６０１を通過して信号増幅動作が行われると共に、バイパス回路６０２を遮断するような値に設定され、一方利得最小時には、増幅回路６０１を信号が通過せず、バイパス回路６０２を通過するような値に設定されている。

特開２００２−２４６８５８号公報特許２００７−２４３８３０号公報

以上のような利得可変型増幅器は、例えば、テレビジョン放送受信機に用いられる場合、受信機の低コスト化の要求の高まりと共に、低コスト化が要求されている。また世界中のテレビジョン放送の周波数に対応するため、数十メガヘルツから数百メガヘルツ帯までの広い周波数帯域に対応することが要求されている。これに対し、集積化された半導体チップの製造コストを削減し、数十メガヘルツの低い周波数から対応する性能を有することで対応することが考えられる。

しかしながら、従来の利得可変型増幅器では、上記の課題を解消することは難しかった。例えば、図５に示す第１の従来例では、直流電圧および直流電流の阻止を目的としてコンデンサ素子５２２を備え、高周波信号の通過を目的としてコンデンサ素子５１３を備えている。図６に示す第２の従来例では、直流電圧および直流電流の阻止を目的として３つのコンデンサ素子６１３、６２２、６２３を備えている。第１、第２の従来例で用いられているこれらのコンデンサ素子は、上記第２の課題である数十メガヘルツの入力信号が充分に通過できるように設定すると、およそ数十ピコファラッドから数百ピコファラッドの非常に大きな静電容量が必要となる。

このように大きな静電容量をもつコンデンサ素子を半導体チップ上に集積化すると、半導体チップの面積が非常に大きくなってしまう。その結果、製造コストの増加となり、前記第１の課題である低コスト化の要求に応えることができなくなってしまう。

また、このような非常に大きな静電容量をもつコンデンサ素子を半導体チップ上に集積化するため、誘電率の高い素材などを用いる方法もあるが、このような誘電率の高い素材を用いることも大幅な製造コストの増加を伴い、前記第１の低コスト化の要求に応えることができないことになる。

このように、上記第２の課題である数十メガヘルツ程度の低い周波数に対応すると、上記第１の課題である低コスト化の要求に応えることができないという問題があった。本発明は、数十メガヘルツ程度の低い周波数に対応しつつ、低コスト化の要求に応えることができる利得可変型増幅器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、入力する高周波信号を増幅する電界効果型トランジスタを含む増幅回路と、該増幅回路の入出力間に並列に接続され、入力する前記高周波信号のバイパス経路となる電界効果型トランジスタを含むバイパス回路とを備えた利得可変型増幅器において、前記増幅回路を構成する前記電界効果型トランジスタをエンハンスメント型とし、前記バイパス回路を構成する前記電界効果型トランジスタをディプレッション型とし、前記増幅回路を構成する電界効果型トランジスタと前記バイパス回路を構成する電界効果型トランジスタを、入力側、出力側で直接接続し、前記増幅回路と前記バイパス回路の間に直流電圧および直流電流を遮断するためのコンデンサ素子の集積化を不要としたことを特徴とする。

本願請求項２に係る発明は、入力する高周波信号を増幅する第１の電界効果型トランジスタを含む増幅回路と、該増幅回路の入出力間に並列に接続され、入力する前記高周波信号のバイパス経路となる第２の電界効果型トランジスタを含むバイパス回路とを備えた利得可変型増幅器において、前記第１の電界効果型トランジスタは、エンハンスメント型で構成し、ゲートに前記高周波信号が入力し、ソースを接地し、ドレインにエンハンスメント型の電界効果型トランジスタからなる第３の電界効果型トランジスタのソースを接続し、前記第３の電界効果型トランジスタのドレインから前記増幅回路で増幅した信号を出力し、前記第２の電界効果型トランジスタは、ディプレッション型で構成し、ドレイン又はソースを前記第１の電界効果型トランジスタのゲートに直接接続し、ソース又はドレインを前記第３の電界効果型トランジスタのドレインに直接接続し、前記第１乃至第３の電界効果型トランジスタのゲートに印加する電圧を制御することにより、前記増幅回路あるいは前記バイパス回路のいずれかを前記高周波信号が通過する構成とし、前記増幅回路と前記バイパス回路の間に直流電圧および直流電流を遮断するためのコンデンサ素子の集積化を不要としたことを特徴とする。

本願請求項３の係る発明は、入力する高周波信号を増幅する第１の電界効果型トランジスタを含む増幅回路と、該増幅回路の入出力間に並列に接続され、入力する前記高周波信号のバイパス経路となる第２の電界効果型トランジスタを含むバイパス回路とを備えた利得可変型増幅器において、前記第１の電界効果型トランジスタは、エンハンスメント型で構成し、ゲートに前記高周波信号が入力し、ソースにエンハンスメント型の第４の電界効果型トランジスタのドレインを接続し、ドレインから前記増幅回路で増幅した信号を出力し、前記第４の電界効果型トランジスタのソースを接地し、前記第２の電界効果型トランジスタは、ディプレッション型で構成し、ドレイン又はソースを前記第１の電界効果型トランジスタのゲートに直接接続し、ソース又はドレインを前記第２の電界効果型トランジスタのドレインに直接接続し、前記第１、第２および第４の電界効果型トランジスタのゲートに印加する電圧を制御することにより、前記増幅回路あるいは前記バイパス回路のいずれかを前記高周波信号が通過する構成としたことを特徴とする。

本願請求項４に係る発明は、入力する高周波信号を増幅する第１の電界効果型トランジスタを含む増幅回路と、該増幅回路入の出力間に並列に接続され、入力する前記高周波信号のバイパス経路となる第２の電界効果型トランジスタを含むバイパス回路とを備えた利得可変型増幅器において、前記第１の電界効果型トランジスタは、エンハンスメント型で構成し、ゲートにエンハンスメント型の第５の電界効果型トランジスタのドレイン又はソースを接続し、ドレインから前記増幅回路で増幅した信号を出力し、前記第５の電界効果型トランジスタのドレイン又はソースに前記高周波信号を入力し、前記第２の電界効果型トランジスタは、ディプレッション型で構成し、ソース又はドレインを前記第５の電界効果型ソース又はドレインに直接接続し、ドレイン又はソースを前記第１の電界効果トランジスタのドレインに直接接続し、前記第１、第２および第５の電界効果型トランジスタのゲートに印加する電圧を制御することにより、前記増幅回路あるいは前記バイパス回路のいずれかを前記高周波信号が通過する構成としたことを特徴とする。

本発明の利得可変型増幅器は、増幅回路をエンハンスメント型の電界効果型トランジスタで構成し、バイパス回路をディプレッション型の電界効果型トランジスタで構成することにより、使用するコンデンサ素子の数を減少させることができ、集積化する半導体チップの面積を大幅に縮小させ、数十メガヘルツ程度の低い周波数に対応しつつ、低コスト化の要求に応えることを可能とする。

本発明の第１の実施例を示す回路図である。本発明の第２の実施例を示す回路図である。本発明の第３の実施例を示す回路図である。本発明の第４の実施例を示す回路図である。第１の従来の技術を示す回路図である。第２の従来の技術を示す回路図である。

本発明の利得可変型増幅器は、増幅器を構成する電界効果型トランジスタをエンハンスメント型で構成し、バイアス回路を構成する電界効果型トランジスタをディプレッション型で構成し、これら電界効果トランジスタ間にコンデンサ素子を介さずに、相互に接続する構成としている。以下、本発明の実施例について、詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例の利得可変型増幅器である。なお図中ではエンハンスメント型の電界効果型トランジスタであることを明確にするため、電界効果型トランジスタの記号を白抜きとして表記している。

図１に示すように、増幅回路１０１は入力する高周波信号を増幅する回路であり、バイパス回路１０２は強電界の入力信号により増幅回路１０１で増幅された信号が歪むのを防ぐために、入力信号をバイパスする回路である。増幅回路１０１の入力、バイパス回路１０２の入力は、入力側のインピーダンス整合回路１０３を介してコンデンサ素子１３１の一端に接続し、コンデンサ素子１３１の他端は、信号入力端子１０５に接続している。増幅回路１０１の出力、バイパス回路１０２の出力は、出力側のインピーダンス整合回路１０４を介してコンデンサ素子１４２の一端に接続し、コンデンサ素子１４２の他端は、信号出力端子１０６に接続している。

電源供給端子１０７は、インダクタンス素子１４１を介して出力側のインピーダンス整合回路１０４に接続している。

増幅回路１０１は、エンハンスメント型の電界効果型トランジスタ１１１、１１２を主に構成し、電界効果型トランジスタ１１１のソースは接地され、電界効果型トランジスタ１１１のドレインは、電界効果型トランジスタ１１２のソースと接続し、電界効果型トランジスタ１１１のゲートは、抵抗素子１１５を介し第１のゲート電圧供給端子１０９と接続している。電界効果型トランジスタ１１２のゲートは、第２のゲート電圧供給端子１１０と接続すると共にコンデンサ素子１１６を介して接地されており、いわゆるカスコードアンプの構成となっている。

バイパス回路１０２は、ディプレッション型の電界効果型トランジスタ１２１を主に構成し、電界効果型トランジスタ１２１のゲートは抵抗素子１２６を介して制御端子１０８に接続し、電界効果型トランジスタ１２１のドレインとソースは、抵抗素子１２５を介して接続された構成となっている。

制御端子１０８および第１、第２のゲート電圧供給端子１０９、１１０に印加する電圧は、利得最大時には、信号入力端子１０５に入力した信号が、増幅回路１０１を通過して信号増幅動作が行われると共に、バイパス回路１０２を遮断するような値に設定され、一方利得最小時には、増幅回路１０１を信号が通過せず、バイパス回路１０２を信号が通過するような値に設定される。

この第１の実施例の動作について説明する。以下の説明では、電界効果型トランジスタのドレインとソースが導通の状態と遮断の状態とが切り替えるゲートとソースの間にかかる電圧をしきい値電圧という。増幅回路１０１を構成する２つの電界効果型トランジスタ１１１、１１２のしきい値電圧（Ｖｔｈ１）は、これらの電界効果型トランジスタがエンハンスメント型であることから、正の電圧となっている。一方バイパス回路１０２を構成する電界効果型トランジスタ１２１のしきい値電圧（Ｖｔｈ２）は、この電界効果型トランジスタがディプレッション型であることから、負の電圧となっている。電源電圧供給端子１０７に印加する電圧を３Ｖとし、Ｖｔｈ１が０．３Ｖ、Ｖｔｈ２が−０．６Ｖとした状態を例に説明する。

利得最大時には、増幅回路１０１は第１のゲート電圧供給端子１０９と第２のゲート電圧供給端子１１０のそれぞれに、適切なＶｔｈ１以上の電圧が印加され、２つの電界効果型トランジスタ１１１、１１２が導通状態となり、入力された高周波信号を増幅し、被増幅信号を出力する。このとき電界効果型トランジスタ１１１のゲートには０．７Ｖの電圧が生じているものとする。一方バイパス回路１０２は、電界効果型トランジスタ１２１のドレインには、電源供給端子１０７に印加された略３Ｖの電圧が出力側のインピーダンス整合回路１０４とインダクタンス素子１４１を介して印加され、電界効果型トランジスタ１２１のソースには、電界効果型トランジスタ１１１のゲート電圧に相当する０．７Ｖが印加されており、制御端子１０８に略０Ｖの電圧を印加することで、電界効果型トランジスタ１２１は遮断状態となり、入力された高周波信号を遮断する。

利得最小時には、バイパス回路１０２の電界効果型トランジスタ１２１のドレインには、電源供給端子１０７に印加された略３Ｖの電圧が出力側のインピーダンス整合回路１０４とインダクタンス素子１４１を介して印加され、電界効果型トランジスタ１２１のソースには、ドレインに生じた略３Ｖの電圧が抵抗素子１２５を介して印加され、制御端子１０８に電界効果型トランジスタ１２１のソースとゲートの間がＶｔｈ２以上になる２．４Ｖ以上の電圧を印加することで、電界効果型トランジスタ１２１は導通状態となり、入力された高周波信号を出力へ導通させる。一方増幅回路１０１は、第２のゲート電圧供給端子に略０Ｖの電圧を印加することで、電界効果型トランジスタ１１２が遮断状態となり、入力された高周波信号を遮断する。

このように本実施例では、利得可変型増幅器を構成する電界効果トランジスタをエンハンスメント型で構成した点が大きな特徴となっている。即ち、従来例では利得可変型増幅器を構成する全ての電界効果型トランジスタがディプレッション型もしくはエンハンスメント型のみで構成されているのに対し、本実施例では、増幅回路はエンハンスメント型、バイパス回路はディプレッション型の電界効果型トランジスタで構成されている。このように構成することで、従来例では増幅回路とバイパス回路の間に直流電圧および直流電流を遮断するためのコンデンサ素子が必要であったが、本実施例ではコンデンサ素子が必要なくなる。その結果、低い周波数に対応する場合に必要とされた大面積のコンデンサ素子が必要なくなり、半導体チップ上に集積化した場合、専有面積が小さくなり、製造コストの低減が実現できる。

図２は、本発明の第２の実施例の利得可変型増幅器である。図２に示すように、増幅回路２０１は、高周波信号を増幅する回路であり、バイパス回路２０２は強電界の入力信号により増幅回路２０１で増幅された信号が歪むのを防ぐために、入力信号をバイパスする回路である。増幅回路２０１の入力、バイパス回路２０２の入力は、入力側のインピーダンス整合回路２０３を介してコンデンサ素子２３１の一方の端子に接続し、コンデンサ素子２３１の他端は、信号入力端子２０５に接続している。増幅回路２０１の出力、バイパス回路２０２の出力は、出力側のインピーダンス整合回路２０４を介してコンデンサ素子２４２の一方の端子と接続し、コンデンサ素子２４２の他端は、信号出力端子２０６に接続している。

電源供給端子２０７は、インダクタンス素子２４１を介して出力側のインピーダンス整合回路２０４に接続している。

増幅回路２０１は、エンハンスメント型の電界効果型トランジスタ２１１を主に構成し、電界効果型トランジスタ２１１のソースは、スイッチ回路２５０を介して接地され、電界効果型トランジスタ２１１のゲートは、抵抗素子２１２を介してゲート電圧供給端子２０９と接続している。

バイパス回路２０２は、ディプレッション型の電界効果型トランジスタ２２１を主に構成し、電界効果型トランジスタ２２１のゲートは抵抗素子２２６を介して第１の制御端子２０８に接続し、電界効果型トランジスタ２２１のドレインとソースは抵抗素子２２５を介して接続している。

スイッチ回路２５０は、電界効果型トランジスタ２５１を主に構成し、電界効果型トランジスタ２５１のドレインは、増幅回路２０１の電界効果型トランジスタ２１１のソースと接続し、電界効果型トランジスタ２５１のソースは接地され、電界効果型トランジスタ２５１のゲートは抵抗素子２５２を介して第２の制御端子２１０に接続している。

第１、第２の制御端子２０８、２１０およびゲート電圧供給端子２０９に印加する電圧は、利得最大時には、信号入力端子２０５に入力した信号が、増幅回路２０１を通過して信号増幅動作が行われると共に、バイパス回路２０２を遮断し、スイッチ回路２５０が導通状態とするような値に設定され、一方利得最小時には、増幅回路２０１およびスイッチ回路２５０を信号が通過せず、バイパス回路２０２を信号が通過するような値に設定される。

この第２の実施例の動作について説明する。増幅回路２０１およびスイッチ回路２５０を構成する２つの電界効果型トランジスタ２１１、２５１のしきい値電圧（Ｖｔｈ１）は、これらの電界効果型トランジスタがエンハンスメント型であることから、正の電圧となっている。一方バイパス回路２０２を構成する電界効果型トランジスタ２２１のしきい値電圧（Ｖｔｈ２）は、この電界効果型トランジスタがディプレッション型であることから、負の電圧となっている。電源電圧供給端子２０７に印加する電圧を３Ｖとし、Ｖｔｈ１が０．３Ｖ、Ｖｔｈ２が−０．６Ｖとした状態を例に説明する。

利得最大時には、増幅回路２０１およびスイッチ回路２５０は、ゲート電圧供給端子２０９と第２の制御端子２１０のそれぞれに、適切なＶｔｈ１以上の電圧が印加され、電界効果型トランジスタ２１１が導通状態となり、入力された高周波信号を増幅し、被増幅信号を出力する。このとき電界効果型トランジスタ２１１のゲートには０．７Ｖの電圧が生じているものとする。一方バイパス回路２０２は、電界効果型トランジスタ２２１のドレインには、電源供給端子２０７に印加された略３Ｖの電圧が出力側のインピーダンス整合回路２０４とインダクタンス素子２４１を介して印加され、電界効果型トランジスタ２２１のソースには、電界効果型トランジスタ２１１のゲート電圧に相当する０．７Ｖが印加されており、制御端子２０８に略０Ｖの電圧を印加することで、電界効果型トランジスタ２２１は遮断状態となり、入力された高周波信号を遮断する。

利得最小時には、バイパス回路２０２の電界効果型トランジスタ２２１のドレインには、電源供給端子２０７に印加された略３Ｖの電圧が出力側のインピーダンス整合回路２０４とインダクタンス素子２４１を介して印加され、電界効果型トランジスタ２２１のソースには、ドレインに生じた略３Ｖの電圧が抵抗素子２２５を介して印加され、制御端子２０８に電界効果型トランジスタ２２１のソースとゲートの間がＶｔｈ２以上になる２．４Ｖの電圧を印加することで、電界効果型トランジスタ２２１は導通状態となり、入力された高周波信号を出力へ導通させる。一方増幅回路２０１およびスイッチ回路２５０は、第２の制御端子２１０に略０Ｖの電圧を印加することで、電界効果型トランジスタ２５１が遮断状態となり、電界効果型トランジスタ２１１のドレイン、ソース、ゲートのそれぞれが略３Ｖの状態となることで、電界効果型トランジスタ２１１は遮断状態となり、入力された高周波信号を遮断する。

このように本実施例でも、利得可変型増幅器を構成する電界効果トランジスタをエンハンスメント型で構成した点が大きな特徴となっている。即ち、従来例では利得可変型増幅器を構成する全ての電界効果型トランジスタがディプレッション型もしくはエンハンスメント型のみで構成されているのに対し、本実施例では、増幅回路はエンハンスメント型、バイパス回路はディプレッション型の電界効果型トランジスタで構成されている。このような構成とすることで、従来例では増幅回路とバイパス回路の間に直流電圧および直流電流を遮断するためのコンデンサ素子が必要であったが、本実施例ではコンデンサ素子が必要なくなる。その結果、低い周波数に対応する場合に必要とされた大面積のコンデンサ素子が必要なくなり、半導体チップ上に集積化した場合、専有面積が小さくなり、製造コストの低減が実現できる。

また、第１の実施例と異なり、カスコードアンプの構成とはせず、利得最小時に動作電流を遮断し、入力された高周波信号を遮断する目的で、スイッチ回路２５０を設けている。

スイッチング回路２５０を設けたことで、動作に与える影響について説明する。図１に示す第１の実施例では、利得最小時において電界効果型トランジスタ１１１のゲートに、電界効果型トランジスタ１２１のソースに生じた略３Ｖの電圧が印加され、電界効果型トランジスタ１１１を介して接地端子に電流が流れ込む。この流れ込む電流は、利得最小時の消費電流となる。これに対し、図２に示す第２の実施例では、第１の実施例と同様に利得最小時において電界効果型トランジスタ２１１のゲートに、電界効果型トランジスタ２２１のソースに生じた略３Ｖの電圧が印加されるが、電界効果型トランジスタ２１１のソースと接地端子の間に遮断状態の電界効果型トランジスタ２５１を介すことにより、接地端子に電流は流れ込まない。その結果、利得最小時の消費電流を抑えることができるという効果を奏する。

図３は、本発明の第３の実施例の利得可変型増幅器である。図３に示すように、増幅回路３０１は、高周波信号を増幅する回路であり、バイパス回路３０２は強電界の入力信号により増幅回路３０１で増幅された信号が歪むのを防ぐために、入力信号をバイパスする回路である。増幅回路３０１の入力、バイパス回路３０２の入力は、入力側のインピーダンス整合回路３０３を介してコンデンサ素子３３１の一方の端子に接続し、コンデンサ素子３３１の他端は、信号入力端子３０５に接続している。増幅回路３０１の出力、バイパス回路３０２の出力は、出力側のインピーダンス整合回路３０４を介してコンデンサ素子３４２の一方の端子と接続し、コンデンサ素子３４２の他端は、信号出力端子３０６に接続している。

電源供給端子３０７は、インダクタンス素子３４１を介して出力側のインピーダンス整合回路３０４に接続している。

増幅回路３０１は、エンハンスメント型の電界効果型トランジスタ３１１を主に構成し、電界効果型トランジスタ３１１のソースは、スイッチ回路３５０を介して接地され、電界効果型トランジスタ３１１のゲートは、ダイオード素子３１２を介してゲート電圧供給端子３０９に接続している。

バイパス回路３０２は、ディプレッション型の電界効果型トランジスタ３２１を主に構成し、電界効果型トランジスタ３２１のゲートは抵抗素子３２６を介して第１の制御端子３０８に接続し、電界効果型トランジスタ３２１のドレインとソースは抵抗素子３２５を介して接続している。

スイッチ回路３５０は、ディプレッション型の電界効果型トランジスタ３５１を主に構成し、電界効果型トランジスタ３５１のドレインは、増幅回路３０１の電界効果型トランジスタ３１１のソースと接続し、電界効果型トランジスタ３５１のソースは接地され、電界効果型トランジスタ３５１のゲートは抵抗素子３５２を介して第２の制御端子３１０に接続している。

第１、第２の制御端子３０８、３１０およびゲート電圧供給端子３０９に印加する電圧は、利得最大時には、信号入力端子３０５に入力した信号が、増幅回路３０１を通過して信号増幅動作が行われると共に、バイパス回路３０２を遮断し、スイッチ回路３５０が導通状態とするような値に設定され、一方利得最小時には、増幅回路３０１およびスイッチ回路３５０を信号が通過せず、バイパス回路３０２を信号が通過するような値に設定される。

この第３の実施例の主な動作は、前述の第２の実施例の動作とほぼ同一であるが、図２に示す第２の実施例では、ゲート電圧供給端子２０９は抵抗素子２１２を介して電界効果型トランジスタ２１１のゲートに接続されているのに対し、図３に示す第３の実施例では、ゲート電圧供給端子３０９はダイオード素子３１２を介して電界効果型トランジスタ３１１のゲートに接続されている点で、構成上の相違点がある。以下、この構成上の相違点に基づく動作の違いについて説明する。

図２の第２の実施例では、利得最小時において電界効果型トランジスタ２１１のゲートに電界効果型トランジスタ２２１のソースに生じた略３Ｖの電圧が印加し、この略３Ｖの電圧によって抵抗素子２１２を介して第１のゲート電圧供給端子２０９に電流が流れ込む。この流れ込む電流は利得最小時の消費電流となってしまう。これに対し、図３の第３の実施例では、第２の実施例と同様に利得最小時において電界効果型トランジスタ３１１のゲートに電界効果型トランジスタ３２１のソースに生じた略３Ｖの電圧が印加されるが、ダイオード素子３１２を介すことにより、ゲート電圧供給端子３０９に電流が流れ込まない構成となっている。従って、本実施例では、前述の第２の実施例に比べて利得最小時の消費電流を抑える効果があることがわかる。

図４は、本発明の第４の実施例の利得可変型増幅器である。図４に示すように、増幅回路４０１は、高周波信号を増幅する回路であり、バイパス回路４０２は強電界の入力信号により増幅回路４０１で増幅された信号が歪むのを防ぐために、入力信号をバイパスする回路である。スイッチ回路４５０を介した増幅回路４０１の入力、バイパス回路４０２の入力は、入力側のインピーダンス整合回路４０３を介してコンデンサ素子４３１の一端に接続し、コンデンサ素子４３１の他端は、信号入力端子４０５に接続している。増幅回路４０１の出力、バイパス回路４０２の出力は、出力側のインピーダンス整合回路４０４を介してコンデンサ素子４４２の一端と接続し、コンデンサ素子４４２の他端は、信号出力端子４０６に接続している。

電源供給端子４０７は、インダクタンス素子４４１を介して出力側のインピーダンス整合回路４０４に接続している。

増幅回路４０１は、エンハンスメント型の電界効果型トランジスタ４１１で構成し、電界効果型トランジスタ４１１のソースは接地されている。

バイパス回路４０２は、ディプレッション型の電界効果型トランジスタ４２１を主に構成し、電界効果型トランジスタ４２１のゲートは抵抗素子４２６を介して第１の制御端子４０８に接続し、電界効果型トランジスタ４２１のドレインとソースは抵抗素子４２５を介して接続している。

スイッチ回路４５０は、ディプレッション型の電界効果型トランジスタ４５１を主に構成し、電界効果型トランジスタ４５１のゲートは抵抗素子４５２を介して第２の制御端子４０９に接続し、電界効果型トランジスタ４５１のソースは増幅回路４０１の電界効果型トランジスタ４１１のゲートと接続し、電界効果型トランジスタ４５１のドレインはバイパス回路４０２の入力と接続している。また制御端子４０９に印加する電圧は電界効果型トランジスタ４５１を介して増幅回路４０１を構成する電界効果型トランジスタ４１１のゲートに印加されるゲート電圧供給端子の役割を兼ねている。

第１、第２の制御端子４０８、４０９に印加する電圧は、利得最大時には、信号入力端子４０５に入力した信号が、増幅回路４０１を通過して信号増幅動作が行われると共に、バイパス回路４０２を遮断し、スイッチ回路４５１が導通状態となるような値に設定され、一方利得最小時には、スイッチ回路４５１および増幅回路４０１を信号が通過せず、バイパス回路４０２を信号が通過するような値に設定される。

この第４の実施例の動作について説明する。増幅回路４０１を構成する電界効果型トランジスタ４１１のしきい値電圧（Ｖｔｈ１）は、この電界効果型トランジスタがエンハンスメント型であることから、正の電圧である。バイパス回路４０２およびスイッチ回路４５０を構成する２つの電界効果型トランジスタ４２１、４５１のしきい値電圧（Ｖｔｈ２）は、これらの電界効果型トランジスタがディプレッション型であることから、負の電圧である。電源電圧供給端子４０７に印加する電圧を３Ｖとし、Ｖｔｈ１が０．３Ｖ、Ｖｔｈ２が−０．６Ｖとした状態を例に説明する。

利得最大時には、増幅回路４０１は、第２の制御端子４０９に適切なＶｔｈ１以上の電圧が印加され、電界効果型トランジスタ４１１が導通状態となり、入力された高周波信号を増幅し、被増幅信号を出力する。またスイッチ回路４５０は、第２の制御端子４０９に印加された電圧により電界効果型トランジスタ４５１が導通状態となり、入力された高周波信号を増幅回路４０１の入力へ導通させる。このとき電界効果型トランジスタ４５１のドレインには０．７Ｖの電圧が生じているものとする。一方バイパス回路４０２は、電界効果型トランジスタ４２１のドレインには、電源供給端子４０７に印加された略３Ｖの電圧が出力側のインピーダンス整合回路４０４とインダクタンス素子４４１を介して印加され、電界効果型トランジスタ４２１のソースには、電界効果型トランジスタ４５１のドレインに生じた０．７Ｖが印加されており、第１の制御端子４０８に略０Ｖの電圧を印加することで、電界効果型トランジスタ４２１は遮断状態となり、入力された高周波信号を遮断する。

利得最小時には、バイパス回路４０２の電界効果型トランジスタ４２１のドレインには、電源供給端子４０７に印加された略３Ｖの電圧が出力側のインピーダンス整合回路４０４とインダクタンス素子４４１を介して印加され、第１の制御端子４０８に電界効果型トランジスタ４２１のソースとゲートの間がＶｔｈ２以上になる２．４Ｖ以上の電圧を印加することで、電界効果型トランジスタ４２１は導通状態となり、入力された高周波信号を出力へ導通させる。一方、増幅回路４０１およびスイッチ回路４５０は、第２の制御端子４０９に略０Ｖの電圧を印加することで、電界効果型トランジスタ４５１が遮断状態となり、電界効果型トランジスタ４１１のゲートに生じる電圧も略０Ｖとなることで、電界効果型トランジスタ４１１も遮断状態となり、入力された高周波信号を遮断する。

この第４の実施例の主な動作は、前述の第２、第３の実施例の動作とほぼ同一であるが、例えば図３に示す第３の実施例では、利得最小時に動作電流を遮断し入力された高周波信号を遮断する目的で、電界効果型トランジスタ３１１のソースにスイッチ回路３５０を設け、またゲート電圧供給端子３０９は電流が流れ込むことを防止する目的でダイオード素子３１２を介して電界効果型トランジスタ３１１のゲートに接続されているのに対し、本実施例では、利得最小時に入力された高周波信号を遮断する目的で、電界効果型トランジスタ４１１のゲートにスイッチ回路４５０を設けている点で、構成上の相違点がある。このスイッチ回路４５０の制御端子４０９は、スイッチ回路４５０の導通状態と遮断状態を切り替える役割だけでなく、電界効果型トランジスタ４５１を介して電界効果型トランジスタ４１１のゲートに電圧を供給する役割を兼ねている。このように構成することで、第３の実施例と同様に利得最小時の消費電流の低減を図ると共に、集積化する素子を減少させるという効果がある。

以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば、上記第１から第４の実施例を組み合わせた形態としてもよく、またスイッチ回路や増幅回路、バイパス回路を多段に接続してもよい。またエンハンスメント型の電界効果型トランジスタは、電界効果型トランジスタに限定されるものでなく、同等の性能特性をもったバイポーラトランジスタや機械的なスイッチ素子としてもよい。

１０１、２０１、３０１、４０１：増幅回路、
１０２、２０２、３０２、４０２：バイパス回路、
１０３、１０４、２０３、２０４、３０３、３０４、４０３、４０４：インピーダンス整合回路、
１０５、２０５、３０５、４０５：信号入力端子、
１０６、２０６、３０６、４０６：信号出力端子、
１０７、２０７、３０７、４０７：電源供給端子、
１０８、２０８、３０８、４０８：制御端子、
１０９、２０９、３０９、４０９：第１のゲート電圧供給端子、
１１０、２１０、３１０：第２のゲート電圧供給端子

Claims

入力する高周波信号を増幅する電界効果型トランジスタを含む増幅回路と、該増幅回路の入出力間に並列に接続され、入力する前記高周波信号のバイパス経路となる電界効果型トランジスタを含むバイパス回路とを備えた利得可変型増幅器において、
前記増幅回路を構成する前記電界効果型トランジスタをエンハンスメント型とし、前記バイパス回路を構成する前記電界効果型トランジスタをディプレッション型とし、
前記増幅回路を構成する電界効果型トランジスタと前記バイパス回路を構成する電界効果型トランジスタを、入力側、出力側で直接接続し、
前記増幅回路と前記バイパス回路の間に直流電圧および直流電流を遮断するためのコンデンサ素子の集積化を不要としたことを特徴とする利得可変型増幅器。
入力する高周波信号を増幅する第１の電界効果型トランジスタを含む増幅回路と、該増幅回路の入出力間に並列に接続され、入力する前記高周波信号のバイパス経路となる第２の電界効果型トランジスタを含むバイパス回路とを備えた利得可変型増幅器において、
前記第１の電界効果型トランジスタは、エンハンスメント型で構成し、ゲートに前記高周波信号が入力し、ソースを接地し、ドレインにエンハンスメント型の電界効果型トランジスタからなる第３の電界効果型トランジスタのソースを接続し、
前記第３の電界効果型トランジスタのドレインから前記増幅回路で増幅した信号を出力し、
前記第２の電界効果型トランジスタは、ディプレッション型で構成し、ドレイン又はソースを前記第１の電界効果型トランジスタのゲートに直接接続し、ソース又はドレインを前記第３の電界効果型トランジスタのドレインに直接接続し、
前記第１乃至第３の電界効果型トランジスタのゲートに印加する電圧を制御することにより、前記増幅回路あるいは前記バイパス回路のいずれかを前記高周波信号が通過する構成とし、
前記増幅回路と前記バイパス回路の間に直流電圧および直流電流を遮断するためのコンデンサ素子の集積化を不要としたことを特徴とする利得可変型増幅器。
入力する高周波信号を増幅する第１の電界効果型トランジスタを含む増幅回路と、該増幅回路の入出力間に並列に接続され、入力する前記高周波信号のバイパス経路となる第２の電界効果型トランジスタを含むバイパス回路とを備えた利得可変型増幅器において、
前記第１の電界効果型トランジスタは、エンハンスメント型で構成し、ゲートに前記高周波信号が入力し、ソースにエンハンスメント型の第４の電界効果型トランジスタのドレインを接続し、ドレインから前記増幅回路で増幅した信号を出力し、
前記第４の電界効果型トランジスタのソースを接地し、
前記第２の電界効果型トランジスタは、ディプレッション型で構成し、ドレイン又はソースを前記第１の電界効果型トランジスタのゲートに直接接続し、ソース又はドレインを前記第２の電界効果型トランジスタのドレインに直接接続し、
前記第１、第２および第４の電界効果型トランジスタのゲートに印加する電圧を制御することにより、前記増幅回路あるいは前記バイパス回路のいずれかを前記高周波信号が通過する構成としたことを特徴とする利得可変型増幅器。
入力する高周波信号を増幅する第１の電界効果型トランジスタを含む増幅回路と、該増幅回路入の出力間に並列に接続され、入力する前記高周波信号のバイパス経路となる第２の電界効果型トランジスタを含むバイパス回路とを備えた利得可変型増幅器において、
前記第１の電界効果型トランジスタは、エンハンスメント型で構成し、ゲートにエンハンスメント型の第５の電界効果型トランジスタのドレイン又はソースを接続し、ドレインから前記増幅回路で増幅した信号を出力し、
前記第５の電界効果型トランジスタのドレイン又はソースに前記高周波信号を入力し、
前記第２の電界効果型トランジスタは、ディプレッション型で構成し、ソース又はドレインを前記第５の電界効果型ソース又はドレインに直接接続し、ドレイン又はソースを前記第１の電界効果トランジスタのドレインに直接接続し、
前記第１、第２および第５の電界効果型トランジスタのゲートに印加する電圧を制御することにより、前記増幅回路あるいは前記バイパス回路のいずれかを前記高周波信号が通過する構成としたことを特徴とする利得可変型増幅器。