JPH06252657A - Low distortion amplifier - Google Patents

Low distortion amplifier

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Publication number
JPH06252657A
JPH06252657A JP5056417A JP5641793A JPH06252657A JP H06252657 A JPH06252657 A JP H06252657A JP 5056417 A JP5056417 A JP 5056417A JP 5641793 A JP5641793 A JP 5641793A JP H06252657 A JPH06252657 A JP H06252657A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fet
output
distortion
amplifier
gate width
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5056417A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Otobe
健二 乙部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP5056417A priority Critical patent/JPH06252657A/en
Publication of JPH06252657A publication Critical patent/JPH06252657A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To form a low distortion amplifier circuit without increasing the number of components and power consumption by providing a FET, an input matching circuit and an output matching circuit in a unit amplifier and adjusting the output matching circuit so as to minimize output distortion of the FET. CONSTITUTION:An output impedance of each of output matching circuits Bout1- Boutn of each of unit amplifiers A1-An is matched so as to provide an optimum intercept point to each of FETs Q1-Qn. The intercept point provides a gain of 33dBm and the distortion of the FET is effectively reduced by widening the gate width. However, the gate width of the FET is limited by a signal band. In this low distortion amplifier, the plural FETs Q1-Qn are operated in parallel to attain the same performance as that of the case when the gate width is extended. Thus, each FET whose gate width corresponds to a required operating frequency band is adopted. Thus, the intercept point is much more improved by adjusting optimizingly the output impedance of each of the unit amplifiers A1-An.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は低歪増幅器に関する。よ
り詳細には、本発明は、GaAs等の化合物半導体集積回路
で使用する増幅器であって、特に歪が少なくなるように
構成された新規な増幅器に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a low distortion amplifier. More specifically, the present invention relates to an amplifier used in a compound semiconductor integrated circuit such as GaAs, and particularly to a novel amplifier configured to reduce distortion.

【0002】[0002]

【従来の技術】マイクロ波帯で高周波動作を目的とした
集積回路は、電界効果型トランジスタ(以下、 "FE
T" と記載する)やSiバイポーラトランジスタ等の能動
素子と、抵抗、容量、インダクタ等の受動素子との組合
せで構成されている。
2. Description of the Related Art An integrated circuit intended for high frequency operation in the microwave band is a field effect transistor (hereinafter referred to as "FE").
T ") and Si bipolar transistor and other passive elements, and resistors, capacitors, inductors and other passive elements.

【0003】更に、歪の少ない増幅器が必要な場合は、
いわゆるプッシュプル構成として2次歪を相殺し、フィ
ードフォワード回路を付加して3次歪を低減する構成と
することが一般的である。
Further, when an amplifier with less distortion is required,
A so-called push-pull configuration is generally configured to cancel the secondary distortion and add a feedforward circuit to reduce the tertiary distortion.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、補償回路を付加することで歪の低減を図った場
合、本来の増幅器よりも補償回路の回路規模の方が大き
くなってしまい、有効な回路の実装密度が減少する。ま
た、補償回路を付加するために、使用する能動素子の数
が増加して消費電力も増加してしまうという問題があ
る。
However, when the distortion is reduced by adding the compensating circuit as described above, the circuit scale of the compensating circuit becomes larger than that of the original amplifier, which is effective. The packaging density of various circuits is reduced. Further, since the compensation circuit is added, the number of active elements to be used increases and power consumption also increases.

【0005】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、素子数および消費電力を増大させることなく
低歪増幅回路を構成することをその目的としている。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to construct a low distortion amplifier circuit without increasing the number of elements and power consumption.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に従うと、入力を
複数に分割するパワーディバイダと、該パワーディバイ
ダの出力を個々に受ける複数の単位増幅器と、該単位増
幅器の出力を合成して出力するパワーコンバイナとを備
え、該単位増幅器が、電界効果トランジスタと入力整合
回路および出力整合回路とを備え、該出力整合回路が該
電界効果トランジスタの出力歪が最小になるように各々
調整されていることを特徴とする低歪増幅器が提供され
る。
According to the present invention, a power divider that divides an input into a plurality of inputs, a plurality of unit amplifiers that individually receive the outputs of the power dividers, and the outputs of the unit amplifiers are combined and output. A power combiner, the unit amplifier includes a field effect transistor, an input matching circuit, and an output matching circuit, and the output matching circuit is adjusted so that output distortion of the field effect transistor is minimized. A low distortion amplifier is provided.

【0007】[0007]

【作用】本発明に係る低歪増幅器は、付加的な補償回路
を用いることなく増幅器の歪特性を改善している点に主
要な特徴がある。
The low distortion amplifier according to the present invention is characterized mainly in that the distortion characteristic of the amplifier is improved without using an additional compensation circuit.

【0008】即ち、従来の低歪増幅器では、増幅器の入
出力間で歪を補償する回路を付加することにより低歪増
幅器を構成していた。このため、消費電力の増加につな
がる能動素子の個数が増加することが避けられなかっ
た。
That is, in the conventional low distortion amplifier, the low distortion amplifier is constructed by adding a circuit for compensating the distortion between the input and the output of the amplifier. Therefore, it is unavoidable that the number of active elements increases, which leads to an increase in power consumption.

【0009】これに対して、本発明に係る低歪増幅器
は、各々が入力整合回路、出力整合回路およびFETを
備えた複数の単位増幅器を並列動作させると共に、各単
位増幅器において、FETの出力歪が最小になるように
出力インピーダンスを整合させることにより、2次歪、
3次歪補償回路の付加を不要としている。従って、補償
回路の付加に起因する能動素子数の増加並びに消費電力
の増大が抑止される。
On the other hand, in the low distortion amplifier according to the present invention, a plurality of unit amplifiers each having an input matching circuit, an output matching circuit, and an FET are operated in parallel, and the output distortion of the FET is increased in each unit amplifier. By matching the output impedance so that
It is not necessary to add a third-order distortion compensation circuit. Therefore, an increase in the number of active elements and an increase in power consumption due to the addition of the compensation circuit are suppressed.

【0010】即ち、FETの入力電力に対する基本波出
力電力特性直線と3次歪出力電力特性直線との交点であ
るインターセプトポイントIP3 は、FETにおける歪
が小さい素子ほど高くなる。一方、あるゲート幅のFE
Tに印加する一定の入力電力をゲート幅がn倍のFET
に入力すると、このときのFETの動作状態は、n個の
FETに各々1/nの入力電力が印加されたものと同等
と見做すことができ、FETにおいて発生する歪は〔3
n〕dBm低減される。従って、ゲート幅がn倍のFET
は、インターセプトポイントIP3 が極めて高いFET
と見做すことができる。
That is, the intercept point IP 3 which is the intersection of the fundamental wave output power characteristic line and the third-order distortion output power characteristic line with respect to the input power of the FET becomes higher as the element in the FET has smaller distortion. On the other hand, FE with a certain gate width
FET whose gate width is n times the constant input power applied to T
, The operating state of the FET at this time can be regarded as equivalent to the case where 1 / n input power is applied to each of the n FETs, and the distortion generated in the FET is [3].
n] dBm is reduced. Therefore, an FET with a gate width n times
Is an FET with an extremely high intercept point IP 3.
Can be considered.

【0011】ただし、増幅器で使用できるFETのゲー
ト幅は使用周波数帯域により制限され、例えば2GHzの
帯域が必要であればゲート幅は 250μmまでしか使用で
きない。そこで、増幅器の入力部と出力部にそれぞれパ
ワーディバイダおよびパワーコンバイナを挿入し、複数
のFETを並列駆動することにより、所望の周波数帯域
に対応した低歪増幅器を構成することができる。
However, the gate width of the FET that can be used in the amplifier is limited by the frequency band used. For example, if a band of 2 GHz is required, the gate width can only be used up to 250 μm. Therefore, a low-distortion amplifier corresponding to a desired frequency band can be configured by inserting a power divider and a power combiner into the input section and the output section of the amplifier and driving a plurality of FETs in parallel.

【0012】また、FETにおける歪のもうひとつの発
生原因は出力インピーダンスの不整合である。即ち、F
ETの出力部にインピーダンス不整合があるとそこでマ
イクロ波が反射されて再びFET内部に戻り、位相の異
なる信号が干渉して歪を生じる。そこで、本発明に係る
増幅器では、FETのSパラメータS22 * と深く関係し
ているインターセプトポイントIP3 が最大になるよう
に、各FETの出力インピーダンスを調整する。尚、S
パラメータは、電力の反射や透過量に注目した回路網の
特性を表現するもので、S22は回路の入力側を所定のイ
ンピーダンスで終端した場合の出力係数を表している。
また、S22 * は、S22の複素共役を意味する。
Another cause of distortion in the FET is output impedance mismatch. That is, F
If there is an impedance mismatch in the output part of the ET, the microwave is reflected there and returns to the inside of the FET again, and signals having different phases interfere with each other to cause distortion. Therefore, in the amplifier according to the present invention, the output impedance of each FET is adjusted so that the intercept point IP 3, which is closely related to the S parameter S 22 * of the FET, is maximized. Incidentally, S
The parameter expresses the characteristics of the circuit network paying attention to the amount of reflection and transmission of electric power, and S 22 represents the output coefficient when the input side of the circuit is terminated with a predetermined impedance.
S 22 * means the complex conjugate of S 22 .

【0013】以下、実施例を参照して本発明をより具体
的に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the following disclosure is merely an example of the present invention and does not limit the technical scope of the present invention.

【0014】[0014]

【実施例】図1は、本発明に係る低歪増幅器の基本的な
構成を模式的に示す図である。
1 is a diagram schematically showing the basic structure of a low distortion amplifier according to the present invention.

【0015】同図に示すように、この低歪増幅器は、入
力電力を受けるパワーディバイダ1と、パワーディバイ
ダ1でn本に分割された入力電力を個々に受ける複数の
単位増幅器A1 〜An と、各単位増幅器A1 〜An の出
力を受けてこれらを合成するパワーコンバイナ2とを備
えている。
As shown in the figure, this low distortion amplifier has a power divider 1 for receiving input power and a plurality of unit amplifiers A 1 to A n for individually receiving the input power divided into n by the power divider 1. And a power combiner 2 that receives the outputs of the unit amplifiers A 1 to A n and combines them.

【0016】各単位増幅器A1 〜An は、増幅素子とし
てのFETQ1 〜Qn と、入力整合回路B(in)1 〜B(i
n)n および出力整合回路B(out)1〜B(out)n とをそれ
ぞれ備えている。パワーディバイダ1としては、ウィル
キンソン型あるいは抵抗分割型等の公知の構成の回路を
使用することができ、これは、パワーコンバイナ2につ
いても同様である。
The unit amplifiers A 1 to A n include FETs Q 1 to Q n as amplifying elements and input matching circuits B (in) 1 to B (i).
n) n and output matching circuits B (out) 1 to B (out) n . As the power divider 1, it is possible to use a circuit having a well-known configuration such as a Wilkinson type or a resistance division type, and the same applies to the power combiner 2.

【0017】以上のように構成された低歪増幅器におい
て、各単位増幅器A1 〜An の出力整合回路B(out)1
B(out)n は、以下に説明する最適のインターセプトポ
イントIP3 がFETQ1 〜Qn に与えられるように、
その出力インピーダンスを整合させている。
In the low distortion amplifier configured as described above, the output matching circuits B (out) 1 to of the unit amplifiers A 1 to A n are
B (out) n is set so that the optimum intercept point IP 3 described below is given to the FETs Q 1 to Q n .
The output impedance is matched.

【0018】図2は、あるFET(ゲート幅Wg)の入
出力特性を示すグラフである。同図に示すように、この
FETは、入力電力−30dBmのとき、出力電力−10dB
m、3次歪出力−90dBmである。このとき、歪の大きさ
を出力電力で比較するためのインターセプトポイントI
3 は30dBmである。なお、インターセプトポイントI
3 は、歪が小さいFETほど高くなる。
FIG. 2 is a graph showing the input / output characteristics of a certain FET (gate width Wg). As shown in the figure, when the input power is -30 dBm, the output power of this FET is -10 dB.
m, third-order distortion output is -90 dBm. At this time, an intercept point I for comparing the magnitude of distortion with output power
P 3 is 30 dBm. In addition, intercept point I
P 3 becomes higher for FETs with smaller distortion.

【0019】上述のような特性を有するFETに対して
ゲート幅がn倍のFETについて考えると、FETの動
作状態は、例えば、ゲート幅2WgのFETに入力電力
−30dBmが入力された場合はゲート幅Wgの2個のFE
Tに各々半分の入力電力−33dBmずつ入力された状態と
同等であると考えられる。
Considering a FET having a gate width n times that of the FET having the above-mentioned characteristics, the operating state of the FET is, for example, when the input power of -30 dBm is input to the FET having a gate width of 2 Wg. 2 FEs with width Wg
It is considered to be equivalent to the state where half the input power of −33 dBm is input to each T.

【0020】ここで、FETの3次歪の出力電力は出力
電力と3:1の関係にあり、ゲート幅WgのFETは、
それぞれ出力電力−13dBm、3次歪出力−99dBmの電力
が得られる。これをゲート幅2WgのFETについて考
えると、出力電力−10dBm、3次歪出力−96dBmが得ら
れる。
Here, the output power of the third-order distortion of the FET has a relationship of 3: 1 with the output power, and the FET of the gate width Wg is
Output power of −13 dBm and third-order distortion output of −99 dBm, respectively, can be obtained. Considering this for an FET having a gate width of 2 Wg, an output power of −10 dBm and a third-order distortion output of −96 dBm can be obtained.

【0021】即ち、インターセプトポイントIP3 は33
dBmとなり、ゲート幅を拡げることにより実効的なFE
Tの歪が低減されたことが判る。ただし、FETのゲー
ト幅は信号帯域により制限され、例えば2GHzの帯域が
必要な場合ゲート幅は 250μmまでしか許されない。こ
れに対して、本発明に係る低歪増幅器では、複数のFE
Tを並列動作させることにより、ゲート幅を拡げた場合
と同等の性能を実現している。従って、個々のFETと
しては、必要な動作周波数帯域に対応したゲート幅のも
のを使用することができる。
That is, the intercept point IP 3 is 33
dBm, and effective FE by expanding the gate width
It can be seen that the distortion of T has been reduced. However, the gate width of the FET is limited by the signal band, and for example, when the band of 2 GHz is required, the gate width is limited to 250 μm. On the other hand, in the low distortion amplifier according to the present invention, a plurality of FEs are
By operating T in parallel, the same performance as when the gate width is expanded is realized. Therefore, as the individual FETs, those having a gate width corresponding to the required operating frequency band can be used.

【0022】図3は、ゲート幅 280μmのFETの出力
インピーダンスとIP3 との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the output impedance of an FET having a gate width of 280 μm and IP 3 .

【0023】同図に示すように、IP3 が最大になる出
力インピーダンスは、FETのSパラメータS22と深く
関係している。即ち、出力インピーダンスをこの最適I
3に整合をとることでFETの歪を最少にすることが
できる。
As shown in the figure, the output impedance at which IP 3 is maximum is deeply related to the S parameter S 22 of the FET. That is, the output impedance is set to this optimum I
By matching P 3 , the distortion of the FET can be minimized.

【0024】上述のようにして、図1に示した回路にお
ける各単位増幅器A1 〜An の出力インピーダンスを最
適に調整した場合、低歪増幅器全体ではインターセプト
ポイントIP3 が〔3n〕dBm改善される。
As described above, when the output impedance of each unit amplifier A 1 to A n in the circuit shown in FIG. 1 is optimally adjusted, the intercept point IP 3 is improved by [3n] dBm in the entire low distortion amplifier. It

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る低歪
増幅器は、複数の単位増幅器を並列に動作させる共に、
各FETが最良のインターセプトポイントIP3 で動作
するように出力インピーダンス整合をとり、FET自体
における歪の発生を原理的に抑制している。従って、2
次歪、3次歪を補償するための付加回路なしに増幅器の
出力歪を低減することができる。
As described above, the low distortion amplifier according to the present invention operates a plurality of unit amplifiers in parallel,
Output impedance matching is performed so that each FET operates at the best intercept point IP 3 , and the generation of distortion in the FET itself is suppressed in principle. Therefore, 2
The output distortion of the amplifier can be reduced without an additional circuit for compensating for the second distortion and the third distortion.

【0026】このような本発明によれば、能動素子の使
用数が増加することなく、消費電力の増大なしに低歪で
動作する増幅器が提供される、低歪動作が要求される光
アナログ通信システム等において有利に使用することが
できる。
According to the present invention as described above, an optical analog communication requiring a low distortion operation is provided, which provides an amplifier that operates with a low distortion without increasing the number of active elements used and without increasing power consumption. It can be advantageously used in a system or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る低歪増幅器の基本的な構成を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a low distortion amplifier according to the present invention.

【図2】FETの入出力特性を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing input / output characteristics of FETs.

【図3】FETの出力インピーダンスとインターセプト
ポイントIP3 との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the output impedance of the FET and the intercept point IP 3 .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・パワーディバイダ、 2・・・パワコンバイナ、 A1 〜An ・・・単位増幅器、 B(in)1 〜B(in)n ・・・入力整合回路、 B(out)1〜B(out)n ・・・出力整合回路、 Q1 〜Qn ・・・FET1 ... Power divider, 2 ... Power combiner, A 1 to A n ... Unit amplifier, B (in) 1 to B (in) n ... Input matching circuit, B (out) 1 to B (out) n・ ・ ・ Output matching circuit, Q 1 to Q n・ ・ ・ FET

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入力を複数に分割するパワーディバイダ
と、該パワーディバイダの出力を個々に受ける複数の単
位増幅器と、該単位増幅器の出力を合成して出力するパ
ワーコンバイナとを備え、該単位増幅器が、電界効果ト
ランジスタと入力整合回路および出力整合回路とを備
え、且つ、該出力整合回路が該電界効果トランジスタの
出力歪が最小になるように各々調整されていることを特
徴とする低歪増幅器。
1. A unit amplifier comprising: a power divider that divides an input into a plurality of units; a plurality of unit amplifiers that individually receive the output of the power divider; and a power combiner that combines and outputs the outputs of the unit amplifiers. Includes a field effect transistor, an input matching circuit, and an output matching circuit, and the output matching circuit is adjusted so that the output distortion of the field effect transistor is minimized. .
JP5056417A 1993-02-22 1993-02-22 Low distortion amplifier Withdrawn JPH06252657A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5056417A JPH06252657A (en) 1993-02-22 1993-02-22 Low distortion amplifier

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JP5056417A JPH06252657A (en) 1993-02-22 1993-02-22 Low distortion amplifier

Publications (1)

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JP (1) JPH06252657A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09139631A (en) * 1995-11-16 1997-05-27 Fujitsu Ltd Feed forward amplifier and base station with feed forward amplifier
KR100306722B1 (en) * 1996-10-15 2001-09-29 비센트 비.인그라시아, 알크 엠 아헨 Multi-stage high efficiency linear power amplifier

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09139631A (en) * 1995-11-16 1997-05-27 Fujitsu Ltd Feed forward amplifier and base station with feed forward amplifier
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Effective date: 20000509