JPH08274584A - Active inductor - Google Patents
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- JPH08274584A JPH08274584A JP8014573A JP1457396A JPH08274584A JP H08274584 A JPH08274584 A JP H08274584A JP 8014573 A JP8014573 A JP 8014573A JP 1457396 A JP1457396 A JP 1457396A JP H08274584 A JPH08274584 A JP H08274584A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、トランジスタを
用いた小型,広帯域かつ低損失な能動インダクタに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small-sized, wideband and low-loss active inductor using a transistor.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のMMIC(マイクロ波モノリシッ
ク集積回路)では、チップサイズの小型化を目的とし
て、誘電体基板上に金属導体を渦巻状に形成したスパイ
ラルインダクタが用いられることが多い。このスパイラ
ルインダクタは簡単な構成ではあるが、所要インダクタ
ンスを得るためには、スパイラルインダクタの形状が大
きくなって実質的な占有面積が広がる等の問題があっ
た。これに対して、能動素子であるFET(電界効果ト
ランジスタ)等を用いることで、スパイラルインダクタ
に比較して小型に構成でき、したがって、MMICの小
型化に適した能動インダクタが考えられている。2. Description of the Related Art In a conventional MMIC (microwave monolithic integrated circuit), a spiral inductor in which a metal conductor is spirally formed on a dielectric substrate is often used for the purpose of reducing the chip size. Although this spiral inductor has a simple structure, there is a problem in that in order to obtain a required inductance, the shape of the spiral inductor becomes large and a substantial occupied area is expanded. On the other hand, by using an FET (field effect transistor) or the like, which is an active element, it can be made smaller than a spiral inductor, and therefore, an active inductor suitable for miniaturization of the MMIC has been considered.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、FETを用
いた従来の能動インダクタは、FET回路自体をスパイ
ラルインダクタと比較して小型に構成することができる
ためMMICの小型化に適している。しかしながら、従
来の能動インダクタでは、ドレインコンダクタンスなど
に起因して発生する抵抗損失によって、マイクロ波帯,
特にFETの性能が劣化し始める遮断周波数fT の1/
2以上の周波数,での良好な動作が実現できないという
欠点があった。そこで以下この点について詳しく説明す
ることとする。By the way, the conventional active inductor using the FET is suitable for miniaturization of the MMIC because the FET circuit itself can be made smaller than the spiral inductor. However, in the conventional active inductor, due to the resistance loss generated due to the drain conductance, etc.,
In particular, 1 / of the cutoff frequency f T at which the performance of the FET begins to deteriorate
There is a drawback in that good operation at frequencies of 2 or more cannot be realized. Therefore, this point will be described in detail below.
【0004】〔第1の従来例〕図46に、小型化・高周
波化を図った第1の従来例の構成を示す(特公平5−2
4685号公報)。この能動インダクタ700は、ソー
ス接地のFET31とゲート接地のFET35とをカス
コード接続し、FET31のゲート34とFET35の
ドレイン36間に抵抗値Rの抵抗16を接続している。
また、端子17,18間には抵抗値R0 の抵抗50を接
続している。ここで、抵抗50は、この抵抗が存在しな
い場合に問題となる「高周波特性におけるインダクタン
ス値の増大」を抑制し、広い周波数範囲で一定のインダ
クタンス値に近づける働きをするものである。なお、図
46において、各Pは高周波を遮断するコイルを介して
電圧が印加されるポイント,各Cは直流電圧阻止用のコ
ンデンサであり、以下の図面においても同様である。[First Conventional Example] FIG. 46 shows the configuration of a first conventional example in which the size and the frequency are increased (Japanese Patent Publication 5-2).
4685). In this active inductor 700, a source-grounded FET 31 and a gate-grounded FET 35 are cascode-connected, and a resistor 16 having a resistance value R is connected between a gate 34 of the FET 31 and a drain 36 of the FET 35.
A resistor 50 having a resistance value R 0 is connected between the terminals 17 and 18. Here, the resistor 50 functions to suppress "increase in inductance value in high-frequency characteristics" which is a problem when the resistor does not exist and to approach a constant inductance value in a wide frequency range. In FIG. 46, each P is a point to which a voltage is applied via a coil that cuts off a high frequency, and each C is a capacitor for blocking a DC voltage. The same applies to the following drawings.
【0005】FET35のドレイン36,ゲート38に
それぞれ接続された端子17,18からFET35側を
見たときのインピーダンスZ0 は誘導性を示すので、図
46のFET回路を能動インダクタとして用いることが
できる。そこで、図46の能動インダクタ700におい
て抵抗50が存在しないとした場合に、端子17,18
からFET回路側を見たインピーダンスZ0 を求める。
回路の解析を簡単にするため、FET31,FET35
が電気的に同じ特性を有し、それぞれがゲート直下のゲ
ート・ソース間の空乏層容量Cgs1,Cgs2および相互コ
ンダクタンスgm1,gm2のみで表現されるとすると、
インピーダンスZ0 は次式で与えられる。Since the impedance Z 0 when looking at the FET 35 side from the terminals 17 and 18 respectively connected to the drain 36 and the gate 38 of the FET 35 is inductive, the FET circuit of FIG. 46 can be used as an active inductor. . Therefore, assuming that the resistor 50 does not exist in the active inductor 700 of FIG.
From this, the impedance Z 0 seen from the FET circuit side is obtained.
In order to simplify the circuit analysis, FET31, FET35
Have the same electrical characteristics, and each is expressed only by the depletion layer capacitances Cgs1 and Cgs2 between the gate and the source immediately below the gate and the mutual conductances gm1 and gm2.
The impedance Z 0 is given by the following equation.
【数1】 [Equation 1]
【0006】ここで、FETの遮断周波数fT=gm1/
(2πCgs1)=gm2/(2πCgs2)とする。同一の
ウェハ内では、このようなfTの等しい特性を有するF
ETを容易に構成することが可能である。上記条件下に
おける等価回路の回路図を図47に示す。同図に示すよ
うに、抵抗値(1/gm1) の抵抗61とインダクタン
ス値 (Cgs1 R/gm1)のインダクタンス62の直列
回路に対して、静電容量(f/fT)2Cgs1 のコンデン
サ63が並列に接続された回路と概ね一致する。Here, the cutoff frequency of the FET f T = gm1 /
(2πCgs1) = gm2 / (2πCgs2). Within the same wafer, F having the same characteristics of f T
It is possible to easily configure the ET. FIG. 47 shows a circuit diagram of an equivalent circuit under the above conditions. As shown in the figure, for a series circuit of a resistance 61 having a resistance value (1 / gm1) and an inductance 62 having an inductance value (Cgs1 R / gm1), a capacitor 63 having a capacitance (f / f T ) 2 Cgs1 is used. Corresponds approximately to the circuit connected in parallel.
【0007】いま、マイクロ波帯用の短ゲート長のFE
Tを概ねfT/3 以下の周波数帯で使用した場合、(f
/fT)2=1/9<<1となる。これにより、(1)式
における分母の虚数項を無視することができ、図46の
回路は、抵抗61とインダクタンス62の直列回路と等
価な能動インダクタとして動作する。ゲート幅100μ
mのFET(相互コンダクタンスgm=20ms、空乏
層容量Cgs=0.16pF、遮断周波数fT =gm/
(2πCgs)=20GHz)を用いた場合の(1)式の
インピーダンスZ0 (=R+jωL,以下同様)の周波
数特性を図48に示す。ここで、使用する各FETのゲ
ート幅はそれぞれ同じ大きさのものを使用するものとす
る。また、抵抗16の抵抗値Rは50Ωである。Now, an FE having a short gate length for the microwave band
When T is used in a frequency band of approximately f T / 3 or less, (f
/ F T ) 2 = 1/9 << 1. As a result, the imaginary term of the denominator in the equation (1) can be ignored, and the circuit of FIG. 46 operates as an active inductor equivalent to the series circuit of the resistor 61 and the inductance 62. Gate width 100μ
m FET (transconductance gm = 20 ms, depletion layer capacitance Cgs = 0.16 pF, cutoff frequency f T = gm /
FIG. 48 shows the frequency characteristics of the impedance Z 0 (= R + jωL, the same applies below) in the equation (1) when (2πCgs) = 20 GHz) is used. Here, it is assumed that the FETs to be used have the same gate width. The resistance value R of the resistor 16 is 50Ω.
【0008】図48からもわかるように、この能動イン
ダクタはインダクタンスと直列に抵抗成分を有するが、
マイクロ波帯では相互コンダクタンスgmがそれほど大
きくはないため、損失が大きくなって該能動インダクタ
をマイクロ波帯以上の高い周波数で良好に動作させるこ
とが難しい。As can be seen from FIG. 48, this active inductor has a resistance component in series with the inductance,
Since the transconductance gm is not so large in the microwave band, the loss becomes large and it is difficult to operate the active inductor satisfactorily at a high frequency above the microwave band.
【0009】〔第2の従来例〕図49に、小型化・高周
波化を図った第2の従来例の構成を示す(特開平2−2
05107号公報)。この能動インダクタ800は、ソ
ース接地のFET31とゲート接地のFET35とをカ
スコード接続するとともに、FET35のドレイン36
からFET31のゲート34に対して、ゲート接地のF
ET39による一方向の帰還をかけたことを特徴として
いる。[Second Conventional Example] FIG. 49 shows the configuration of a second conventional example in which the size and the frequency are increased (Japanese Patent Laid-Open No. 2-2).
No. 05107). The active inductor 800 cascode-connects the source-grounded FET 31 and the gate-grounded FET 35, and also connects the drain 36 of the FET 35.
From the gate 34 of the FET 31 to the gate ground F
It is characterized by a one-way return by ET39.
【0010】FET35のドレイン36,ゲート38に
接続されている端子17,18からFET35側を見た
ときのインピーダンスZ0 は誘導性を示すので、図49
のFET回路を能動インタクタとして用いることができ
る。なお、周波数が比較的低いマイクロ波帯ではインピ
ーダンスZ0 が概ねインダクタンス成分のみで与えられ
無損失となるため、この能動インダクタ800は、図4
6の能動インダクタ700に比較して高周波特性が改善
されている。The impedance Z 0 when the FET 35 is viewed from the terminals 17 and 18 connected to the drain 36 and the gate 38 of the FET 35 is inductive, so that FIG.
Can be used as an active interactor. In the microwave band having a relatively low frequency, the impedance Z 0 is almost given only by the inductance component and is lossless.
The high frequency characteristics are improved as compared with the active inductor 700 of No. 6 described above.
【0011】次に、能動インダクタ800において抵抗
50が存在しないとした場合に、端子17,18からF
ET回路側を見たインピーダンスZ0 を求める。回路の
解析を簡単にするため、FET31,FET35,FE
T39が電気的に同じ特性を有し、それぞれがゲート直
下のゲート・ソース間の空乏層容量Cgs1,Cgs2,Cgs
f および相互コンダクタンスgm1,gm2,gmf のみ
で表現されるとすると、インピーダンスZ0は次式で与
えられる。Next, assuming that the resistor 50 does not exist in the active inductor 800, the terminals 17 and 18 are connected to F.
The impedance Z 0 viewed from the ET circuit side is obtained. To simplify the circuit analysis, FET31, FET35, FE
T39 has electrically the same characteristics, and each has a depletion layer capacitance Cgs1, Cgs2, Cgs between the gate and the source immediately below the gate.
If it is expressed only by f and transconductance gm1, gm2, gmf, impedance Z 0 is given by the following equation.
【数2】 [Equation 2]
【0012】ここで、FETの遮断周波数fT=gm1/
(2πCgs1)=gm2/(2πCgs2)=gmf/(2π
Cgsf) とする。上記条件下における等価回路の回路図
を図50に示す。同図に示すように、抵抗値[1/
{(f/fT)2gmf}] の抵抗61とインダクタンス
値{Cgs1/(gm1 gmf)}のインダクタンス62の
並列回路と概ね一致する。Here, the cutoff frequency of the FET f T = gm1 /
(2πCgs1) = gm2 / (2πCgs2) = gmf / (2π
Cgsf). A circuit diagram of an equivalent circuit under the above conditions is shown in FIG. As shown in the figure, the resistance value [1 /
It is almost the same as the parallel circuit of the resistance 61 of {(f / f T ) 2 gmf}] and the inductance 62 of the inductance value {Cgs1 / (gm1 gmf)}.
【0013】いま、マイクロ波帯用の短ゲート長のFE
Tを概ねfT/3 以下の周波数帯で使用した場合、(f
/fT)2=1/9<<1となり、(2)式における分母
の実数項を無視できるので、インピーダンスZ0 がイン
ダクタンス成分のみで与えられ、無損失な能動インダク
タとして動作する。ゲート幅100μmのFET(相互
コンダクタンスgm=20ms、空乏層容量Cgs=0.
16pF、遮断周波数fT =gm/(2πCgs)=20
GHz)を用いた場合の(2)式のインピーダンスZ0
の周波数特性を図51(a)および同図(b)に示す。
この図では、インピーダンスのうちのインダクタンス分
(L)の周波数特性(同図(a))と抵抗分(R)の周
波数特性(同図(b))を示している。ここで、使用す
る各FETのゲート幅はそれぞれ同じ大きさのものを使
用するものとする。また、この図においては、ドレイン
コンダクタンスGd=0,1,2mSの3つの場合につ
いて示してある。Now, an FE having a short gate length for the microwave band
When T is used in a frequency band of approximately f T / 3 or less, (f
/ F T ) 2 = 1/9 << 1, and the real number term of the denominator in the equation (2) can be ignored, so that the impedance Z 0 is given only by the inductance component and operates as a lossless active inductor. FET having a gate width of 100 μm (transconductance gm = 20 ms, depletion layer capacitance Cgs = 0.
16 pF, cutoff frequency f T = gm / (2πCgs) = 20
GHz) impedance Z 0 of the equation (2)
The frequency characteristics of are shown in FIG. 51 (a) and FIG. 51 (b).
In this figure, the frequency characteristic of the inductance component (L) of the impedance (the same figure (a)) and the frequency characteristic of the resistance component (R) (the same figure (b)) are shown. Here, it is assumed that the FETs to be used have the same gate width. Further, in this figure, three cases of drain conductance Gd = 0, 1, 2 mS are shown.
【0014】この図からわかるように、ドレインコンダ
クタンスが増加するにつれて、数GHz程度の比較的低
い周波数帯においても定常的な抵抗損失が発生する。さ
らに、10GHz(f=fT/2) 付近では、もはや
(2)式の分母の実数項(f/fT)2gmf/{1+
(f/fT)2} の影響が無視できず、損失が増加して
いる。したがって、この能動インダクタをマイクロ波帯
以上の高い周波数において無損失で動作させることは難
しいと言える。As can be seen from this figure, as the drain conductance increases, steady resistance loss occurs even in a relatively low frequency band of about several GHz. Furthermore, in the vicinity of 10 GHz (f = f T / 2), the real term (f / f T ) 2 gmf / {1+ of the denominator of the equation (2) is no longer present.
The effect of (f / f T ) 2 } cannot be ignored and the loss is increasing. Therefore, it can be said that it is difficult to operate this active inductor without loss at a high frequency above the microwave band.
【0015】〔第3の従来例〕第3の従来例として、図
52にカスコード接続・ゲート接地カスコード接続帰還
型の能動インダクタの構成を示す(上記の特開平2−2
05107号公報)。この能動インダクタ900は、図
49中のFET39を用いた帰還回路の代わりに、ゲー
ト接地したカスコード接続のFET39,FET43に
よる帰還回路を接続したものである。[Third Conventional Example] As a third conventional example, FIG. 52 shows a configuration of a cascode-connected / gate-grounded cascode-connected feedback-type active inductor.
No. 05107). In this active inductor 900, instead of the feedback circuit using the FET 39 shown in FIG. 49, a feedback circuit including a FET 39 and a FET 43 connected in cascode with the gate grounded is connected.
【0016】次に、抵抗50を接続しないとした場合に
おける端子17,18からみた回路のインピーダンスZ
0 を求める。回路解析を簡単にするためにFET31,
FET35,FET39,FET43が電気的に同じ特
性を有し、ゲート直下のゲート・ソース間の空乏層容量
Cgs1,Cgs2,Cgsf,Cgsaと相互コンダクタgm1,
gm2,gmf,gmaのみで表わすとすれば、インピー
ダンスZ0は、Next, the impedance Z of the circuit seen from the terminals 17 and 18 when the resistor 50 is not connected.
Ask for 0 . In order to simplify the circuit analysis, FET31,
The FET 35, the FET 39, and the FET 43 have the same electrical characteristics, and the depletion layer capacitances Cgs1, Cgs2, Cgsf, Cgsa between the gate and the source immediately below the gate and the mutual conductor gm1,
If expressed only by gm2, gmf, and gma, the impedance Z 0 is
【数3】 で与えられる。ここで、FETの遮断周波数fTをfT=
gm1/(2πCgs1)=gm2/(2πCgs2)=gmf
/(2πCgsf)=gma/(2πCgsa)とする。(Equation 3) Given in. Here, the cutoff frequency f T of the FET is f T =
gm1 / (2πCgs1) = gm2 / (2πCgs2) = gmf
/ (2πCgsf) = gma / (2πCgsa).
【0017】図53に示すように、この能動インダクタ
900の等価回路は、抵抗値R0 の抵抗50と抵抗値
(−1/gmf)の負性抵抗61とインダクタンス値Cg
s1/(gm1 gmf) のインダクタンス62の並列回路
と概ね一致する。ここで、抵抗値R0=1/gmfとする
と、負性抵抗分が打ち消されてインダクタンス成分のみ
となって無損失な能動インダクタとして動作する。As shown in FIG. 53, the equivalent circuit of this active inductor 900 has a resistance 50 having a resistance value R 0 , a negative resistance 61 having a resistance value (−1 / gmf), and an inductance value Cg.
It is almost the same as the parallel circuit of the inductance 62 of s1 / (gm1 gmf). Here, when the resistance value R 0 = 1 / gmf, the negative resistance component is canceled and only the inductance component is produced, and the device operates as a lossless active inductor.
【0018】ゲート幅100μmのFET(相互コンダ
クタンスgm=20mS、空乏層容量Cgs=0.16p
F、ドレインコンダクタンスGd=0,1,2,4m
S、遮断周波数fT=gm/(2πCgs)=20GH
z) を用いた場合のインピーダンスZ0 に関するLお
よびRの周波数特性を図54(a)および同図(b)に
示す。ここで、使用する各FETのゲート幅はそれぞれ
同じ大きさのものを使用するものとする。また、ここで
は抵抗値R0 =200Ωの場合を示してある。この能動
インダクタ900は、インダクタンスに対して並列に負
性抵抗を発生させているため、抵抗値R0 を調整するこ
とで低損失化が図れるものの、損失補償される周波数範
囲が狭いことが問題点として挙げられる。FET having a gate width of 100 μm (transconductance gm = 20 mS, depletion layer capacitance Cgs = 0.16 p)
F, drain conductance Gd = 0,1,2,4m
S, cutoff frequency f T = gm / (2πCgs) = 20 GH
54 (a) and 54 (b) show frequency characteristics of L and R with respect to the impedance Z 0 when z) is used. Here, it is assumed that the FETs to be used have the same gate width. Further, here, the case where the resistance value R 0 = 200Ω is shown. Since the active inductor 900 generates a negative resistance in parallel with the inductance, the loss can be reduced by adjusting the resistance value R 0 , but the frequency range in which the loss is compensated is narrow. As.
【0019】〔第4の従来例〕第4の従来例として、図
55にゲート抵抗挿入型の能動インダクタの構成を示す
(P.Alinikula et al.,"Monolithic active resonators
for wireless applications." IEEE Microwave and Mi
llimeter-Wave Monolithic Circuits Symposium Dig. ,
pp.197-200,1994. 又は P.Alinikula et al.,"Integra
ting Active Resonators for Wireless applications,"
Microwave journal, pp.106-113,Jan,1995.)。この能
動インダクタ1000は、ソース接地のFET31のド
レイン32からゲート34に対してゲート接地のFET
39を用いて帰還をかけるとともに、FET39のゲー
ト42と直流電圧阻止用のコンデンサCとの間に抵抗値
R0 の抵抗50を挿入している。[Fourth Conventional Example] As a fourth conventional example, FIG. 55 shows a configuration of an active inductor of a gate resistance insertion type (P. Alinikula et al., "Monolithic active resonators").
for wireless applications. "IEEE Microwave and Mi
llimeter-Wave Monolithic Circuits Symposium Dig.,
pp.197-200,1994. or P.Alinikula et al., "Integra
ting Active Resonators for Wireless applications, "
Microwave journal, pp.106-113, Jan, 1995.). This active inductor 1000 is a FET whose gate is grounded from the drain 32 of the source-grounded FET 31 to the gate 34.
39 is used for feedback, and a resistor 50 having a resistance value R 0 is inserted between the gate 42 of the FET 39 and the DC voltage blocking capacitor C.
【0020】次に、能動インダクタ1000の端子1
7,18からみたインピーダンスZ0を求める。回路解
析を簡単にするために、FET31,FET39が電気
的に同じ特性を有し、ゲート直下のゲート・ソース間の
空乏層容量Cgs1,Cgsfと相互コンダクタンスgm1,
gmfのみで表わすとすれば、インピーダンスZ0は、Next, the terminal 1 of the active inductor 1000.
The impedance Z 0 viewed from 7, 18 is obtained. In order to simplify the circuit analysis, the FET 31 and the FET 39 have the same electrical characteristics, and the depletion layer capacitances Cgs1 and Cgsf between the gate and the source immediately below the gate and the transconductance gm1.
If expressed only by gmf, the impedance Z 0 is
【数4】 で与えられる。ここで、FETの遮断周波数fTは、fT
=gm1/(2πCgs1)=gmf/(2πCgsf)とす
る。同一ウェハ内では、このような遮断周波数fTが等
しい特性を有するFETを容易に構成することができ
る。[Equation 4] Given in. Here, the cutoff frequency f T of the FET is f T
= Gm1 / (2πCgs1) = gmf / (2πCgsf). In the same wafer, it is possible to easily form an FET having such characteristics that cutoff frequencies f T are equal.
【0021】図56に示すように、この能動インダクタ
1000の等価回路は、抵抗値−(f/fT)2{R0−
1/gmf}の抵抗61とインダクタンス値 Cgs1/
(gm1gmf)のインダクタンス62の直列回路と概ね
一致する。ゲート幅100μmのFET(相互コンダク
タンスgm=20mS、空乏層容量Cgs=0.16p
F、ドレインコンダクタンスGd=0,1,2mS、遮
断周波数fT =gm/(2πCgs)=20GHz)を用
いた場合のインピーダンスZ0 に関するLおよびRの周
波数特性は図57(a)および同図(b)に示すものと
なる。ここで、使用する各FETのゲート幅はそれぞれ
同じ大きさのものを使用するものとする。また、ここで
は抵抗値R0 =100Ωの場合を示してある。この能動
インダクタ1000は、周波数に依存する負性抵抗を発
生させているため、抵抗値R0 を調整することで低損失
化が図れるものの、損失補償される周波数範囲が狭いこ
とが問題点として挙げられる。As shown in FIG. 56, the equivalent circuit of this active inductor 1000 has a resistance value − (f / f T ) 2 {R 0 −
1 / gmf} resistance 61 and inductance value Cgs1 /
It is almost the same as the series circuit of the inductance 62 of (gm1gmf). FET with a gate width of 100 μm (transconductance gm = 20 mS, depletion layer capacitance Cgs = 0.16 p
F, drain conductance Gd = 0,1,2 mS, cutoff frequency f T = gm / (2πCgs) = 20 GHz), the frequency characteristics of L and R with respect to the impedance Z 0 are shown in FIG. b). Here, it is assumed that the FETs to be used have the same gate width. Further, here, the case where the resistance value R 0 = 100Ω is shown. Since the active inductor 1000 generates a negative resistance that depends on the frequency, it is possible to reduce the loss by adjusting the resistance value R 0 , but a problem is that the loss compensated frequency range is narrow. To be
【0022】〔第5の従来例〕第5の従来例として、図
58に、ゲート抵抗挿入型の能動インダクタの構成を示
す(S.Lucyszyn et al., "Monolithic narrow-band fil
ter using ultrahigh-Q tunable active inductors", I
EEE Transactions on Microwave Theory and Technique
s, vol.42, pp.2617-2622, Dec. 1994)。この能動イン
ダクタ1100は、第2の従来例と同様に、ソース接地
のFET31とゲート接地のFET35をカスコード接
続し、FET35からFET31に対してゲート接地の
FET39による一方向の帰還をかけている。これに加
えて、FET39のゲート42と直流電圧阻止用のコン
デンサCとの間に抵抗値R0 の抵抗50を、FET31
のゲート34とFET39のドレイン40との間にイン
ダクタンス調整用の帰還抵抗16(抵抗値R)を挿入し
ている。[Fifth Conventional Example] As a fifth conventional example, FIG. 58 shows a structure of an active inductor of a gate resistance insertion type (S. Lucyszyn et al., "Monolithic narrow-band fil").
ter using ultrahigh-Q tunable active inductors ", I
EEE Transactions on Microwave Theory and Technique
s, vol.42, pp.2617-2622, Dec. 1994). In the active inductor 1100, similarly to the second conventional example, the source-grounded FET 31 and the gate-grounded FET 35 are cascode-connected, and one-way feedback is applied from the FET 35 to the FET 31 by the gate-grounded FET 39. In addition to this, a resistor 50 having a resistance value R 0 is connected between the gate 42 of the FET 39 and the DC voltage blocking capacitor C by the FET 31.
A feedback resistor 16 (resistance value R) for adjusting the inductance is inserted between the gate 34 and the drain 40 of the FET 39.
【0023】次に、能動インダクタ1100の端子1
7,18からみた回路のインピーダンスZ0 を求める。
回路解析を簡単にするために、第1の従来例と同様に、
インダクタンス値調整用の帰還抵抗として機能する抵抗
16の抵抗値R=0Ωとし、FET31,FET35,
FET39が電気的に同じ特性を有し、ゲート直下のゲ
ート・ソース間の空乏層容量Cgs1,Cgs2,Cgsfと、
相互コンダクタンスgm1,gm2,gmfのみで表わす
とすれば、インピーダンスZ0は、Next, the terminal 1 of the active inductor 1100.
The impedance Z 0 of the circuit viewed from 7, 18 is obtained.
In order to simplify the circuit analysis, as in the first conventional example,
The resistance value of the resistor 16 that functions as a feedback resistor for adjusting the inductance value is set to R = 0Ω, and the FET 31, FET 35,
The FET 39 has electrically the same characteristics, and the depletion layer capacitances Cgs1, Cgs2, Cgsf between the gate and the source immediately below the gate,
If the transconductances gm1, gm2, and gmf are used alone, the impedance Z 0 is
【数5】 で与えられる。ここで、FETの遮断周波数fTは、fT
=gm1/(2πCgs1)=gm2/(2πCgs2)=gm
f/(2πCgsf)とする。同一ウェハ内では、このよう
な遮断周波数fT が等しい特性を有するFETを容易に
構成することができる。(Equation 5) Given in. Here, the cutoff frequency f T of the FET is f T
= Gm1 / (2πCgs1) = gm2 / (2πCgs2) = gm
f / (2πCgsf). In the same wafer, it is possible to easily form an FET having such characteristics that cutoff frequencies f T are equal.
【0024】図59に示すように、能動インダクタ11
00の等価回路は、抵抗値1/{(f/fT)2gmf}
の抵抗61とインダクタンス値Cgs1/{gm1 gmf}
のインダクタンス62の並列回路と、抵抗値−(f/f
T)2R0 の負性抵抗63とインダクタンス Cgsf R0/
{(f/fT)2gmf} のインダクタンス64の並列回
路とからなる直列回路と概ね一致する。As shown in FIG. 59, the active inductor 11
The equivalent circuit of 00 has a resistance value of 1 / {(f / f T ) 2 gmf}
Resistance 61 and inductance value Cgs1 / {gm1 gmf}
Parallel circuit of the inductance 62 of, and the resistance value- (f / f
T ) 2 R 0 negative resistance 63 and inductance Cgsf R 0 /
It is almost the same as a series circuit including a parallel circuit of the inductance 64 of {(f / f T ) 2 gmf}.
【0025】ゲート幅100μmのFET(相互コンダ
クタンスgm=20mS、空乏層容量Cgs=0.16p
F、ドレインコンダクタンスGd=0,1,2mS、遮
断周波数fT =gm/(2πCgs)=20GHz)を用
いた場合のインピーダンスZ0 に関するLおよびRの周
波数特性を図60(a)および同図(b)に示す。ここ
で、使用する各FETのゲート幅はそれぞれ同じ大きさ
のものを使用するものとする。また、ここでは抵抗値R
0=50Ωの場合を示してある。このように、この能動
インダクタ1100は周波数に依存する負性抵抗を発生
させているため、抵抗値R0 を調整することで低損失化
が図れるものの、損失補償される周波数範囲が狭いこと
が問題点として挙げられる。FET having a gate width of 100 μm (transconductance gm = 20 mS, depletion layer capacitance Cgs = 0.16 p)
F, drain conductance Gd = 0,1,2 mS, cut-off frequency f T = gm / (2πCgs) = 20 GHz), the frequency characteristics of L and R with respect to the impedance Z 0 are shown in FIG. Shown in b). Here, it is assumed that the FETs to be used have the same gate width. Also, here, the resistance value R
The case of 0 = 50Ω is shown. As described above, since the active inductor 1100 generates the negative resistance that depends on the frequency, the loss can be reduced by adjusting the resistance value R 0 , but the frequency range in which the loss is compensated is narrow. It can be mentioned as a point.
【0026】以上のように、既存の能動インダクタにあ
っては、FETのドレイン・ソース間のドレインコンダ
クタンスやゲートバイアス用抵抗,DCバイアス回路な
どの影響によって抵抗損失が発生するために、マイクロ
波帯以上の高周波帯域において良好な動作が実現できな
いという欠点を有していた。この発明は、このような背
景の下になされたものであって、マイクロ波帯以上の高
周波帯においても、インダクタンス値が大きくドレイン
コンダクタンスなどによって発生する抵抗損失を補償し
て低損失となり、しかも小型化が可能な能動インダクタ
を提供することを目的としている。As described above, in the existing active inductor, resistance loss occurs due to the effects of the drain conductance between the drain and source of the FET, the resistance for gate bias, the DC bias circuit, etc. It has a drawback that good operation cannot be realized in the above high frequency band. The present invention has been made in view of such a background, and even in a high frequency band higher than the microwave band, the inductance value is large and the resistance loss generated by the drain conductance or the like is compensated to reduce the loss. It is intended to provide an active inductor that can be realized.
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項1記載の発明は、周波数によらず定常的に
発生する抵抗損失を、周波数に対して一定の負性抵抗を
発生させて相殺する第1の補償手段を有し、能動素子の
みから構成されたことを特徴としている。また、請求項
2記載の発明は、請求項1記載の発明において、周波数
が高くなるにつれて増大する抵抗損失を、該抵抗損失の
周波数特性と相反する周波数特性を持つ負性抵抗を発生
させて相殺する第2の補償手段を有することを特徴とし
ている。また、請求項3記載の発明は、請求項1又は2
記載の発明において、前記第1の補償手段は、前記能動
インダクタに内在するインダクタンス成分に対して前記
負性抵抗を直列に発生させることを特徴としている。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 generates a resistance loss that constantly occurs regardless of frequency and generates a negative resistance that is constant with respect to frequency. It is characterized in that it has a first compensating means for canceling it out, and is composed of only active elements. In the invention according to claim 2, in the invention according to claim 1, the resistance loss that increases as the frequency becomes higher is canceled by generating a negative resistance having a frequency characteristic that is contrary to the frequency characteristic of the resistance loss. It is characterized in that it has a second compensating means. The invention of claim 3 is the same as claim 1 or 2.
In the invention described above, the first compensating means is characterized in that the negative resistance is generated in series with respect to an inductance component existing in the active inductor.
【0028】また、請求項4記載の発明は、第1のトラ
ンジスタと、第1電極が前記第1のトランジスタの第2
電極に接続され、第2電極が前記第1のトランジスタの
第3電極に接続された第2のトランジスタと、第1電極
が前記第2のトランジスタの第2電極に接続され、第2
電極が前記第2のトランジスタの第3電極に接続され、
第3電極が前記第1のトランジスタの第1電極に接続さ
れた第3のトランジスタとを有し、前記第2のトランジ
スタの第3電極と前記第3のトランジスタの第2電極と
の接続線から引き出した第1の端子と、前記第1のトラ
ンジスタの第2電極から引き出した第2の端子とを2端
子としたことを特徴としている。また、請求項5記載の
発明は、請求項4記載の発明において、前記第2のトラ
ンジスタの第3電極と前記第3のトランジスタの第2電
極との接続線と、前記第1の端子との間に第1の抵抗素
子を挿入したことを特徴としている。According to a fourth aspect of the invention, the first transistor and the first electrode are the second transistor of the first transistor.
A second transistor connected to the electrode, a second electrode connected to the third electrode of the first transistor, and a first electrode connected to the second electrode of the second transistor;
An electrode is connected to the third electrode of the second transistor,
A third electrode having a third electrode connected to the first electrode of the first transistor, and a connection line between the third electrode of the second transistor and the second electrode of the third transistor. It is characterized in that the first terminal drawn out and the second terminal drawn out from the second electrode of the first transistor are two terminals. According to a fifth aspect of the invention, in the invention of the fourth aspect, the connection line between the third electrode of the second transistor and the second electrode of the third transistor and the first terminal are connected. It is characterized in that a first resistance element is inserted between them.
【0029】また、請求項6記載の発明は、請求項4又
は5記載の発明において、前記第2のトランジスタの第
2電極と前記第3のトランジスタの第1電極との間に第
2の抵抗素子を挿入したことを特徴としている。また、
請求項7記載の発明は、請求項4〜6の何れかの項記載
の発明において、前記第1のトランジスタの第2電極と
前記第2のトランジスタの第1電極との間に第3の抵抗
素子を挿入したことを特徴としている。The invention according to claim 6 is the invention according to claim 4 or 5, wherein a second resistor is provided between the second electrode of the second transistor and the first electrode of the third transistor. The feature is that an element is inserted. Also,
The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 4 to 6, wherein a third resistor is provided between the second electrode of the first transistor and the first electrode of the second transistor. The feature is that an element is inserted.
【0030】また、請求項8記載の発明は、請求項4〜
7の何れかの項記載の発明において、前記第1のトラン
ジスタの第1電極と前記第1のトランジスタの第2電極
との間に第4の抵抗素子を挿入したことを特徴としてい
る。また、請求項9記載の発明は、請求項4〜8の何れ
かの項記載の発明において、前記第1のトランジスタの
第1電極と前記第3のトランジスタの第3電極との間に
第5の抵抗素子を挿入したことを特徴としている。The invention according to claim 8 is the invention according to claims 4 to 4.
The invention according to any one of items 7 to 7 is characterized in that a fourth resistance element is inserted between the first electrode of the first transistor and the second electrode of the first transistor. The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 4 to 8, wherein a fifth electrode is provided between the first electrode of the first transistor and the third electrode of the third transistor. It is characterized in that the resistance element of is inserted.
【0031】また、請求項10記載の発明は、請求項4
〜9の何れかの項記載の発明において、前記第1のトラ
ンジスタの第1電極及び第2電極の間に第1のコンデン
サを接続し、前記第2のトランジスタの第1電極及び第
2電極の間に第2のコンデンサを接続し、前記第3のト
ランジスタの第1電極及び第2電極の間に第3のコンデ
ンサを接続したことを特徴としている。The invention according to claim 10 is the invention according to claim 4
In the invention according to any one of items 1 to 9, a first capacitor is connected between the first electrode and the second electrode of the first transistor, and the first electrode and the second electrode of the second transistor are connected. A second capacitor is connected in between, and a third capacitor is connected between the first electrode and the second electrode of the third transistor.
【0032】また、請求項11記載の発明は、請求項4
〜10の何れかの項記載の発明において、前記第1のト
ランジスタの第3電極と前記第2のトランジスタの第2
電極との間にm(m≧1)個のトランジスタを挿入し、
前記m個のトランジスタを前記第1のトランジスタへカ
スコードに接続したことを特徴としている。また、請求
項12記載の発明は、請求項11記載の発明において、
前記m個のトランジスタの各々の第1電極及び第2電極
の間にそれぞれコンデンサを接続したことを特徴として
いる。The invention according to claim 11 is the invention according to claim 4.
In the invention according to any one of 10 to 10, the third electrode of the first transistor and the second electrode of the second transistor are included.
Insert m (m ≧ 1) transistors between the electrodes,
It is characterized in that the m transistors are cascode-connected to the first transistor. The invention of claim 12 is the same as the invention of claim 11,
A capacitor is connected between the first electrode and the second electrode of each of the m transistors.
【0033】また、請求項13記載の発明は、請求項4
〜12の何れかの項記載の発明において、前記第1のト
ランジスタの第1電極と前記第3のトランジスタの第3
電極との間にn(n≧1)個のトランジスタを挿入し、
前記n個のトランジスタを前記第3のトランジスタへカ
スコードに接続したことを特徴としている。また、請求
項14記載の発明は、請求項13記載の発明において、
前記n個のトランジスタの各々の第1電極及び第2電極
の間にそれぞれコンデンサを接続したことを特徴として
いる。The invention according to claim 13 is the same as claim 4
In the invention according to any one of 1 to 12, the first electrode of the first transistor and the third electrode of the third transistor
Insert n (n ≧ 1) transistors between the electrodes,
The n transistors are cascode-connected to the third transistor. The invention of claim 14 is the same as the invention of claim 13,
A capacitor is connected between the first electrode and the second electrode of each of the n transistors.
【0034】また、請求項15記載の発明は、請求項4
〜14の何れかの項記載の発明において、前記第2のト
ランジスタの第3電極と前記第3のトランジスタの第2
電極との間にp(p≧1)個のトランジスタを挿入し、
前記p個のトランジスタを前記第2のトランジスタへカ
スコードに接続したことを特徴としている。また、請求
項16記載の発明は、請求項15記載の発明において、
前記p個のトランジスタの各々の第1電極及び第2電極
の間にそれぞれコンデンサを接続したことを特徴として
いる。The invention according to claim 15 is the same as claim 4
The invention of any one of claims 1 to 14, wherein the third electrode of the second transistor and the second electrode of the third transistor are provided.
Insert p (p ≧ 1) transistors between the electrodes,
It is characterized in that the p transistors are cascode-connected to the second transistor. The invention of claim 16 is the same as the invention of claim 15,
A capacitor is connected between the first electrode and the second electrode of each of the p transistors.
【0035】なお、この発明において、各トランジスタ
がFETもしくはHEMT (HighElectron Mobility T
ransistor)の場合、これらトランジスタの第1電極は
ゲート電極,第2電極はソース電極,第3電極はドレイ
ン電極である。また、各トランジスタがバイポーラトラ
ンジスタの場合、これらトランジスタの第1電極はベー
ス電極,第2電極はエミッタ電極,第3電極はコレクタ
電極である。In the present invention, each transistor is an FET or a HEMT (High Electron Mobility T
In the case of ransistor), the first electrode of these transistors is a gate electrode, the second electrode is a source electrode, and the third electrode is a drain electrode. When each transistor is a bipolar transistor, the first electrode of these transistors is a base electrode, the second electrode is an emitter electrode, and the third electrode is a collector electrode.
【0036】[0036]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。 〔実施形態1〕図1はこの実施形態による能動インダク
タ100の回路図である。この図において、端子17,
18は、この回路をインダクタ素子と見なしたときの端
子,Z0 は端子17,18からこの回路を見たときのイ
ンピーダンス,Cは直流電圧阻止用のコンデンサ,Pは
電圧が印加されるポイントである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [Embodiment 1] FIG. 1 is a circuit diagram of an active inductor 100 according to this embodiment. In this figure, terminals 17,
18 is a terminal when this circuit is regarded as an inductor element, Z 0 is an impedance when this circuit is viewed from terminals 17 and 18, C is a DC voltage blocking capacitor, and P is a point to which a voltage is applied. Is.
【0037】31,39,43はFETであって、ゲー
ト直下のゲート・ソース間の空乏層容量として各々Cgs
1,Cgsf,Cgsa を有し、相互コンダクタンスとして各
々gm1,gmf,gma を有する。また、図に示した
G,S,Dはそれぞれ、FETのゲート電極,ソース電
極,ドレイン電極である。すなわち、端子32,40,
44はそれぞれFET31,39,43のドレイン電
極、端子33,41,45はそれぞれFET31,3
9,43のソース電極、端子34,42,46はそれぞ
れFET31,39,43のゲート電極である。また、
50は抵抗値R0 を有する抵抗である。Reference numerals 31, 39 and 43 denote FETs, each of which has a capacitance of Cgs as a depletion layer capacitance between the gate and the source immediately below the gate.
1, Cgsf, Cgsa, and gm1, gmf, gma as transconductance, respectively. Further, G, S, and D shown in the drawing are a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode of the FET, respectively. That is, the terminals 32, 40,
44 is the drain electrode of FET31,39,43, respectively, and terminals 33,41,45 are FET31,3 respectively.
Source electrodes 9 and 43 and terminals 34, 42 and 46 are gate electrodes of FETs 31, 39 and 43, respectively. Also,
50 is a resistor having a resistance value R 0 .
【0038】この能動インダクタ100は、ソース接地
のFET31に対して、ゲート接地でカスコード接続し
たFET39とFET43により一方向の帰還を行って
いる。また、FET39のドレイン40とFET43の
ソース45の接続点と端子17との間に抵抗50が接続
されている。In the active inductor 100, the FET 31 having the source grounded is fed back in one direction by the FET 39 and the FET 43 which are cascode-connected with the gate grounded. A resistor 50 is connected between the terminal 17 and a connection point between the drain 40 of the FET 39 and the source 45 of the FET 43.
【0039】次に、端子17,18からFET39側を
見たインピーダンスZ0 を求める。回路の解析を簡単に
するため、FET31,FET39,FET43がすべ
て電気的に同じ特性を有し、それぞれがゲート直下のゲ
ート・ソース間の空乏層容量Cgs1,Cgsf,Cgsaおよ
び相互コンダクタンスgm1,gmf,gmaのみで表現
されるとすれば、インピーダンスZ0は次式で与えられ
る。Next, the impedance Z 0 as viewed from the FET 39 side from the terminals 17 and 18 is obtained. In order to simplify the circuit analysis, the FET 31, FET 39, and FET 43 all have the same electrical characteristics, and each has a gate-source depletion layer capacitance Cgs1, Cgsf, Cgsa and transconductance gm1, gmf directly below the gate. If expressed only by gma, the impedance Z 0 is given by the following equation.
【数6】 (Equation 6)
【0040】いま、FETの遮断周波数fT =gm1/
(2πCgs1)=gmf/(2πCgsf)=gma/(2π
Cgsa)とする。このときの等価回路を図2に示す。同
図に示すように、抵抗値R0の抵抗50と抵抗値(−1
/gmf)の抵抗61とインダクタンス値{(1/gmf
+1/gma)Cgs1/gm1}のインダクタンス62の
直列回路と概ね一致する。Now, the cutoff frequency of the FET f T = gm1 /
(2πCgs1) = gmf / (2πCgsf) = gma / (2π
Cgsa). The equivalent circuit at this time is shown in FIG. As shown in the figure, the resistor 50 having the resistance value R 0 and the resistance value (−1
/ Gmf) resistance 61 and inductance value {(1 / gmf
+ / Gma) Cgs1 / gm1} is substantially the same as the series circuit of the inductance 62.
【0041】抵抗50の抵抗値R0 を抵抗61の抵抗値
と同じ大きさの1/gmf とすると、(6)式における
抵抗分が打ち消され、インピーダンスZ0 がインダクタ
ンス成分のみで与えられ、無損失なインダクタとして動
作する。このことを図3を用いて説明する。同図は、横
軸に周波数をとり縦軸に能動インダクタの抵抗分の抵抗
値Rをとった周波数特性図である。抵抗50が存在しな
いとした場合に、能動インダクタの抵抗値は、同図にお
ける「定常的に発生する抵抗損失+負性抵抗」の値であ
って、負の抵抗値を有する。すなわち、従来の「定常的
に発生する抵抗損失」に対して「負性抵抗」を発生させ
ることによって、これらの和の抵抗値が負の抵抗値にな
るようにしたものである。一方、抵抗50の抵抗値は同
図における「直列抵抗」の値であって、正の抵抗値を有
する。したがって、抵抗50の抵抗値を、これら抵抗値
の和と符号が逆で同じ大きさとすることによって抵抗値
が相殺され、同図における「補償後」の特性,すなわち
「0」,とすることができる。When the resistance value R 0 of the resistor 50 is set to 1 / gmf which has the same magnitude as the resistance value of the resistor 61, the resistance component in the equation (6) is canceled out, and the impedance Z 0 is given only by the inductance component. Operates as a lossy inductor. This will be described with reference to FIG. This figure is a frequency characteristic diagram in which the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents resistance value R of the resistance of the active inductor. When the resistor 50 does not exist, the resistance value of the active inductor is the value of “resistance loss that occurs steadily + negative resistance” in the figure, and has a negative resistance value. That is, by generating a “negative resistance” in contrast to the conventional “steadily occurring resistance loss”, the resistance value of these sums becomes a negative resistance value. On the other hand, the resistance value of the resistor 50 is the value of "series resistance" in the figure, and has a positive resistance value. Therefore, by setting the resistance value of the resistor 50 to have the same magnitude as that of the sum of these resistance values with the opposite sign, the resistance values are offset, and the characteristic after “compensation” in FIG. it can.
【0042】次に、ゲート幅100μmのFET(相互
コンダクタンスgm=20ms、空乏層容量Cgs=0.
16pF、遮断周波数fT =gm/(2πCgs)=20
GHz)を用いた能動インダクタにおけるインピーダン
スZ0 に関するLおよびRの周波数特性を図4(a)お
よび同図(b)に示す。ここで、使用する各FETのゲ
ート幅はそれぞれ同じ大きさのものを使用するものとす
る。また、抵抗50の抵抗値R0 を0とする。さらに、
この図ではドレインコンダクタンスGd=0,1,2,
4mSの4つの場合について示してある。なお、上述し
たように、全FETが電気的に同じ特性を有するとした
ことにより、すべてのFETは同一のドレインコンダク
タンスGdを持つ。Next, an FET having a gate width of 100 μm (transconductance gm = 20 ms, depletion layer capacitance Cgs = 0.
16 pF, cutoff frequency f T = gm / (2πCgs) = 20
The frequency characteristics of L and R with respect to the impedance Z 0 in the active inductor using (GHz) are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). Here, it is assumed that the FETs to be used have the same gate width. Further, the resistance value R 0 of the resistor 50 is set to 0. further,
In this figure, the drain conductance Gd = 0, 1, 2,
Four cases of 4 mS are shown. Note that, as described above, all the FETs have the same drain conductance Gd because all the FETs have the same electrical characteristics.
【0043】図4(b)に示す抵抗分Rの周波数特性か
ら負性抵抗を有することがわかる。従って、上述したよ
うに、抵抗50の抵抗値をこの負性抵抗値に合わせるこ
とによって、等価的な抵抗値を0とすることができる。
以上のように、抵抗50の抵抗値R0 を適切に設定する
ことによって、定常的に発生する抵抗損失を補償し、低
損失な周波数特性を持たせることができる。したがっ
て、本実施形態の能動インダクタがマイクロ波帯以上の
周波数においても良好に動作することがわかる。It can be seen from the frequency characteristic of the resistance component R shown in FIG. 4 (b) that it has a negative resistance. Therefore, as described above, the equivalent resistance value can be set to 0 by adjusting the resistance value of the resistor 50 to this negative resistance value.
As described above, by appropriately setting the resistance value R 0 of the resistor 50, it is possible to compensate for the resistance loss that occurs steadily and to provide a low-loss frequency characteristic. Therefore, it can be seen that the active inductor of this embodiment operates well even at frequencies in the microwave band and above.
【0044】〔実施形態2〕図5はこの実施形態による
能動インダクタ200の回路図である。この図におい
て、図1と同一の部品,信号等には同一の符号を付して
あり、その説明を省略する。図1との比較からわかるよ
うに、この能動インダクタ200は、前述の能動インダ
クタ100に対してさらに抵抗値Rf1 の抵抗71を有
する。[Second Embodiment] FIG. 5 is a circuit diagram of an active inductor 200 according to this embodiment. In this figure, the same parts, signals and the like as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. As can be seen from the comparison with FIG. 1, the active inductor 200 further includes a resistor 71 having a resistance value Rf1 with respect to the active inductor 100 described above.
【0045】すなわち、この能動インダクタ200は、
ソース接地のFET31に対して、ゲート接地でカスコ
ード接続したFET39とFET43により一方向の帰
還を行っている。また、FET39のドレイン40とF
ET43のソース45の接続点と端子17との間に抵抗
値R0 の抵抗50を接続するとともに、FET39のソ
ース41とFET43のゲート46間に抵抗71を接続
している。That is, the active inductor 200 is
One-way feedback is performed to the source-grounded FET 31 by the FET 39 and the FET 43, which are cascode-connected with the gate grounded. In addition, the drain 40 and F of the FET 39
A resistor 50 having a resistance value R 0 is connected between the connection point of the source 45 of the ET 43 and the terminal 17, and a resistor 71 is connected between the source 41 of the FET 39 and the gate 46 of the FET 43.
【0046】次に、端子17,18からFET39側を
見たインピーダンスZ0 を求める。回路の解析を簡単に
するため、FET31,FET39,FET43がすべ
て電気的に同じ特性を有し、それぞれがゲート直下のゲ
ート・ソース間の空乏層容量Cgs1,Cgsf,Cgsaおよ
び相互コンダクタンスgm1,gmf,gmaのみで表現
されるとすれば、インピーダンスZ0は次式で与えられ
る。Next, the impedance Z 0 as viewed from the FET 39 side from the terminals 17 and 18 is obtained. In order to simplify the circuit analysis, the FET 31, FET 39, and FET 43 all have the same electrical characteristics, and each has a gate-source depletion layer capacitance Cgs1, Cgsf, Cgsa and transconductance gm1, gmf directly below the gate. If expressed only by gma, the impedance Z 0 is given by the following equation.
【数7】 (Equation 7)
【0047】いま、FETの遮断周波数fT =gm1/
(2πCgs1)=gmf/(2πCgsf)=gma/(2π
Cgsa)とする。このときの等価回路の回路図を図6に
示す。同図に示すように、抵抗値R0の抵抗50と抵抗
値−{1/gmf+(f/fT)2Rf1}の抵抗61とイ
ンダクタンス値{(1/gmf+1/gma)Cgs1/g
m1}のインダクタンス62の直列回路と概ね一致す
る。抵抗50の抵抗値R0 を抵抗61と同じ大きさの
{1/gmf+(f/fT)2Rf1}とすると、(7)式
における抵抗分が打ち消され、インピーダンスZ0 がイ
ンダクタンス成分のみで与えられて、無損失なインダク
タとして動作する。Now, the cutoff frequency of the FET f T = gm1 /
(2πCgs1) = gmf / (2πCgsf) = gma / (2π
Cgsa). FIG. 6 shows a circuit diagram of an equivalent circuit at this time. As shown in the figure, a resistor 50 having a resistance value R 0 , a resistor 61 having a resistance value − {1 / gmf + (f / f T ) 2 Rf 1} and an inductance value {(1 / gmf + 1 / gma) Cgs1 / g
It is almost the same as the series circuit of the inductance 62 of (m1). The resistance value R 0 of the resistor 50 is the same as that of the resistor 61.
When {1 / gmf + (f / f T ) 2 Rf1} is set, the resistance component in the equation (7) is canceled out, and the impedance Z 0 is given only by the inductance component to operate as a lossless inductor.
【0048】ここで、ゲート幅100μmのFET(相
互コンダクタンスgm=20ms、空乏層容量Cgs=
0.16pF、遮断周波数fT =gm/(2πCgs)=
20GHz、ドレインコンダクタンスGd=2mS)を
用いた能動インダクタに対して、抵抗71の抵抗値Rf1
を変化させた場合におけるインピーダンスZ0 に関する
LおよびRの周波数特性を図7(a)および同図(b)
に示す。この図では、抵抗値Rf1=0,10,50Ωの
3つの場合を示してある。なお、使用する各FETのゲ
ート幅はそれぞれ同じ大きさのものを使用するものとす
る。また、抵抗50の抵抗値R0 は0とする。Here, a FET having a gate width of 100 μm (transconductance gm = 20 ms, depletion layer capacitance Cgs =
0.16 pF, cutoff frequency f T = gm / (2πCgs) =
The resistance value Rf1 of the resistor 71 for an active inductor using 20 GHz and drain conductance Gd = 2 mS)
7 (a) and 7 (b) show the frequency characteristics of L and R with respect to the impedance Z 0 when V is changed.
Shown in In this figure, three cases of resistance values Rf1 = 0, 10, 50Ω are shown. The gate widths of the FETs used are the same. The resistance value R 0 of the resistor 50 is 0.
【0049】前掲の図4(b)における抵抗分Rの周波
数特性図から、ドレインコンダクタンス値が変化すると
抵抗損失の周波数特性が変化することがわかる。しか
し、図7(b)に示すように、発生する負性抵抗の周波
数特性が抵抗71の抵抗値Rf1に応じて変化するので、
抵抗値Rf1を適切に設定することで上記の周波数特性の
変化を補償することができる。すなわち、図6の抵抗6
1が持つ {−(f/fT)2Rf1} の周波数依存性によ
って、図4(b)に示すドレインコンダクタンス値の変
化によって発生する抵抗損失の周波数特性を相殺するこ
とができる。From the above-mentioned frequency characteristic diagram of the resistance component R in FIG. 4B, it can be seen that the frequency characteristic of resistance loss changes when the drain conductance value changes. However, as shown in FIG. 7B, since the frequency characteristic of the generated negative resistance changes according to the resistance value Rf1 of the resistance 71,
By appropriately setting the resistance value Rf1, it is possible to compensate for the above change in the frequency characteristic. That is, the resistor 6 in FIG.
The frequency dependence of {-(f / f T ) 2 Rf1} of 1 can cancel the frequency characteristic of the resistance loss generated by the change of the drain conductance value shown in FIG. 4B.
【0050】このことを図8を用いて説明する。同図は
横軸に周波数をとり、縦軸に能動インダクタの抵抗分の
抵抗値Rをとった場合の周波数特性図である。図4
(b)に示した抵抗分の周波数特性は、図8における
「周波数が高くなるにつれて増加する抵抗損失」に相当
し、10GHz近傍を越える周波数領域では正の抵抗値
を有する。一方、抵抗71の抵抗値Rf1に基づく{−
(f/fT)2Rf1}の周波数特性は、図8における「挿
入抵抗により発生させた負性抵抗」に相当し、10GH
z近傍を越える周波数領域では負の抵抗値を有する。し
たがって、抵抗損失における周波数特性の変化が相殺さ
れ、図8における「補償後」の特性,すなわち抵抗損失
「0」,の特性が得られる。This will be described with reference to FIG. This figure is a frequency characteristic diagram when the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents resistance value R of the resistance of the active inductor. FIG.
The frequency characteristic of the resistance component shown in (b) corresponds to “resistance resistance increasing as frequency becomes higher” in FIG. 8, and has a positive resistance value in the frequency region exceeding about 10 GHz. On the other hand, based on the resistance value Rf1 of the resistor 71 {-
The frequency characteristic of (f / f T ) 2 Rf1} corresponds to “negative resistance generated by insertion resistance” in FIG.
It has a negative resistance value in the frequency region exceeding the vicinity of z. Therefore, the change in the frequency characteristic due to the resistance loss is canceled out, and the characteristic “after compensation” in FIG. 8, that is, the characteristic of the resistance loss “0” is obtained.
【0051】以上のように、抵抗71の抵抗値Rf1を調
整することで、所与のドレインコンダクタンス値に対し
て適切な損失補償を行うことができる。また、抵抗50
の抵抗値R0 を適切に設定することで、定常的に発生す
る抵抗損失(図3を参照)を補償し、低損失な周波数特
性を持たせることができる。したがって、本実施形態の
能動インダクタがマイクロ波帯以上の周波数においても
良好に動作することがわかる。As described above, by adjusting the resistance value Rf1 of the resistor 71, it is possible to perform appropriate loss compensation for a given drain conductance value. Also, the resistance 50
By appropriately setting the resistance value R 0 of R, the resistance loss that occurs steadily (see FIG. 3) can be compensated, and low loss frequency characteristics can be provided. Therefore, it can be seen that the active inductor of this embodiment operates well even at frequencies in the microwave band and above.
【0052】〔実施形態3〕図9はこの実施形態による
能動インダクタ300の回路図である。この図におい
て、図5と同一の部品,信号等には同一の符号を付して
あり、その説明を省略する。[Third Embodiment] FIG. 9 is a circuit diagram of an active inductor 300 according to this embodiment. In this figure, the same parts, signals and the like as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【0053】この能動インダクタ300は、ソース接地
のFET31に対して、ゲート接地でカスコード接続し
たFET39とFET43により一方向の帰還を行って
いる。また、FET39のドレイン40とFET43の
ソース45の接続点と端子17との間に抵抗値R0 の抵
抗50を接続するとともに、FET39のゲート42と
FET31のソース33間に抵抗値Rf2の抵抗72を接
続している。In the active inductor 300, the FET 31 having the source grounded is fed back in one direction by the FET 39 and the FET 43 connected in cascode with the gate grounded. Further, a resistor 50 having a resistance value R 0 is connected between the connection point between the drain 40 of the FET 39 and the source 45 of the FET 43 and the terminal 17, and a resistor 72 having a resistance value Rf 2 is connected between the gate 42 of the FET 39 and the source 33 of the FET 31. Are connected.
【0054】次に、端子17,18からFET39側を
見たインピーダンスZ0 を求める。回路の解析を簡単に
するため、FET31,FET39,FET43がすべ
て電気的に同じ特性を有し、それぞれがゲート直下のゲ
ート・ソース間の空乏層容量Cgs1,Cgsf,Cgsaおよ
び相互コンダクタンスgm1,gmf,gmaのみで表現
されるとすれば、インピーダンスZ0は次式で与えられ
る。Next, the impedance Z 0 as viewed from the FET 39 side from the terminals 17 and 18 is obtained. In order to simplify the circuit analysis, the FET 31, FET 39, and FET 43 all have the same electrical characteristics, and each has a gate-source depletion layer capacitance Cgs1, Cgsf, Cgsa and transconductance gm1, gmf directly below the gate. If expressed only by gma, the impedance Z 0 is given by the following equation.
【数8】 (Equation 8)
【0055】いま、FETの遮断周波数fT =gm1/
(2πCgs1)=gmf/(2πCgsf)=gma/(2πCgs
a)とする。このときの等価回路の回路図を図10に示
す。同図に示すように、抵抗値R0の抵抗50と抵抗値
−{1/gmf+(f/fT)2Rf2}の抵抗61とイン
ダクタンス値{(1/gmf+1/gma−Rf2)Cgs1
/gm1} のインダクタンス62の直列回路と概ね一致
する。抵抗50の抵抗値R0 を抵抗61と同じ大きさの
{1/gmf+(f/fT)2Rf2}とすると、(8)式
における抵抗分が打ち消され、インピーダンスZ0 がイ
ンダクタンス成分のみで与えられて、無損失なインダク
タとして動作する。Now, the cutoff frequency of the FET f T = gm1 /
(2πCgs1) = gmf / (2πCgsf) = gma / (2πCgs
a). FIG. 10 shows a circuit diagram of an equivalent circuit at this time. As shown in the figure, the resistance 50 with the resistance value R 0 and the resistance value
- {1 / gmf + (f / f T) 2 Rf2} resistor 61 and the inductance value of {(1 / gmf + 1 / gma-Rf2) Cgs1
/ Gm1} is almost the same as the series circuit of the inductance 62. If the resistance value R 0 of the resistor 50 is {1 / gmf + (f / f T ) 2 Rf2} having the same magnitude as that of the resistor 61, the resistance component in the equation (8) is canceled out, and the impedance Z 0 is only an inductance component. Given, it operates as a lossless inductor.
【0056】ここで、ゲート幅100μmのFET(相
互コンダクタンスgm=20ms、空乏層容量Cgs=
0.16pF、遮断周波数fT =(gm/2πCgs)=
20GHz、ドレインコンダクタンスGd=2mS)を
用いた能動インダクタに対して、抵抗72の抵抗値Rf2
を変化させた場合のインピーダンスZ0 に関するLおよ
びRの周波数特性を図11(a)および同図(b)に示
す。この図では、抵抗値Rf2=0,10,50Ωの3つ
の場合を示してある。なお、使用する各FETのゲート
幅はそれぞれ同じ大きさのものを使用するものとする。
また、抵抗50の抵抗値R0は0とする。Here, a FET having a gate width of 100 μm (transconductance gm = 20 ms, depletion layer capacitance Cgs =
0.16 pF, cutoff frequency f T = (gm / 2πCgs) =
The resistance value of the resistor 72 is Rf2 with respect to the active inductor using 20 GHz and drain conductance Gd = 2 mS.
11 (a) and 11 (b) show the frequency characteristics of L and R with respect to the impedance Z 0 when V is changed. In this figure, three cases of resistance values Rf2 = 0, 10, 50Ω are shown. The gate widths of the FETs used are the same.
The resistance value R 0 of the resistor 50 is 0.
【0057】前掲の図4(b)における抵抗分Rの周波
数特性図から、ドレインコンダクタンス値が変化すると
抵抗損失の周波数特性が変化することがわかる。しか
し、図11(b)に示すように、発生する負性抵抗の周
波数特性が抵抗72の抵抗値Rf2に応じて変化するの
で、抵抗72の抵抗値Rf2を適切に設定することによ
り、実施形態2と同様に、上記の周波数特性の変化を補
償することができる。From the above-mentioned frequency characteristic diagram of the resistance component R in FIG. 4B, it can be seen that the frequency characteristic of the resistance loss changes when the drain conductance value changes. However, as shown in FIG. 11B, since the frequency characteristic of the generated negative resistance changes according to the resistance value Rf2 of the resistor 72, by appropriately setting the resistance value Rf2 of the resistor 72, As in the case of 2, it is possible to compensate for the change in the frequency characteristic.
【0058】以上のように、抵抗72の抵抗値Rf2を調
整することで、所与のドレインコンダクタンス値に対し
て適切な損失補償を行うことができる。また、抵抗50
の抵抗値R0 を適切に設定することで、定常的に発生す
る抵抗損失(図3を参照)を補償し、低損失な周波数特
性を持たせることができる。したがって、本実施形態の
能動インダクタがマイクロ波帯以上の周波数においても
良好に動作することがわかる。As described above, by adjusting the resistance value Rf2 of the resistor 72, it is possible to perform appropriate loss compensation for a given drain conductance value. Also, the resistance 50
By appropriately setting the resistance value R 0 of R, the resistance loss that occurs steadily (see FIG. 3) can be compensated, and low loss frequency characteristics can be provided. Therefore, it can be seen that the active inductor of this embodiment operates well even at frequencies in the microwave band and above.
【0059】〔実施形態4〕図12はこの実施形態によ
る能動インダクタ400の回路図である。この図におい
て、図5と同一の部品,信号等には同一の符号を付して
あり、その説明を省略する。[Fourth Embodiment] FIG. 12 is a circuit diagram of an active inductor 400 according to this embodiment. In this figure, the same parts, signals and the like as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【0060】この能動インダクタ400は、ソース接地
のFET31に対して、ゲート接地でカスコード接続し
たFET39とFET43により一方向の帰還を行って
いる。また、FET39のドレイン40とFET43の
ソース45の接続点と端子17との間に抵抗値R0 の抵
抗50を接続するとともに、FET31のゲート34と
ソース33間に抵抗値Rf3の抵抗73を接続している。In the active inductor 400, the FET 31 having the source grounded is fed back in one direction by the FET 39 and the FET 43 connected in cascode with the gate grounded. A resistor 50 having a resistance value R 0 is connected between the connection point between the drain 40 of the FET 39 and the source 45 of the FET 43 and the terminal 17, and a resistor 73 having a resistance value Rf3 is connected between the gate 34 and the source 33 of the FET 31. are doing.
【0061】次に、端子17,18からFET39側を
見たインピーダンスZ0 を求める。回路の解析を簡単に
するため、FET31,FET39,FET43がすべ
て電気的に同じ特性を有し、それぞれがゲート直下のゲ
ート・ソース間の空乏層容量Cgs1,Cgsf,Cgsaおよ
び相互コンダクタンスgm1,gmf,gmaのみでそれ
ぞれ表現されるものとする。このときの等価回路の回路
図は、数GHz程度の低い周波数帯では概ね図13のよ
うになる。抵抗73の抵抗値Rf3を{gmf/(gm1
gma)}とすると、抵抗61の抵抗値が0となる。し
たがって、抵抗50の抵抗値R0 を0とすることによっ
て抵抗分を無視することができ、インピーダンスZ0 が
インダクタンス成分のみで与えられる。Next, the impedance Z 0 seen from the FET 39 side from the terminals 17 and 18 is obtained. In order to simplify the circuit analysis, the FET 31, FET 39, and FET 43 all have the same electrical characteristics, and each has a gate-source depletion layer capacitance Cgs1, Cgsf, Cgsa and transconductance gm1, gmf directly below the gate. It is assumed that each is expressed only by gma. The circuit diagram of the equivalent circuit at this time is as shown in FIG. 13 in a low frequency band of about several GHz. The resistance value Rf3 of the resistor 73 is {gmf / (gm1
gma)}, the resistance value of the resistor 61 becomes zero. Therefore, by setting the resistance value R 0 of the resistor 50 to 0, the resistance component can be ignored, and the impedance Z 0 is given only by the inductance component.
【0062】ここで、ゲート幅100μmのFET(相
互コンダクタンスgm=20ms、空乏層容量Cgs=
0.16pF、遮断周波数fT =gm/(2πCgs)=
20GHz、ドレインコンダクタンスGd=2mS)を
用いた能動インダクタに対して、抵抗73の抵抗値Rf3
を変化させた場合のインピーダンスZ0 に関するLおよ
びRの周波数特性を図14(a)および同図(b)に示
す。この図では、抵抗値Rf3=50,100,1GΩの
3つの場合を示してある。なお、使用する各FETのゲ
ート幅はそれぞれ同じ大きさのものを使用するものとす
る。また、抵抗50の抵抗値R0 は0とする。Here, a FET having a gate width of 100 μm (transconductance gm = 20 ms, depletion layer capacitance Cgs =
0.16 pF, cutoff frequency f T = gm / (2πCgs) =
The resistance value of the resistor 73 is Rf3 for an active inductor using 20 GHz and drain conductance Gd = 2 mS).
14 (a) and 14 (b) show the frequency characteristics of L and R with respect to the impedance Z 0 when V is changed. In this figure, three cases of resistance values Rf3 = 50, 100, 1 GΩ are shown. The gate widths of the FETs used are the same. The resistance value R 0 of the resistor 50 is 0.
【0063】前掲の図4(b)における抵抗分Rの周波
数特性図から、ドレインコンダクタンス値が変化すると
抵抗損失の周波数特性が変化することがわかる。しか
し、図14(b)に示すように、発生する負性抵抗の周
波数特性が抵抗73の抵抗値Rf3に応じて変化するの
で、抵抗73の抵抗値Rf3を適切に設定することで、実
施形態2と同様に、上記の周波数特性の変化を補償する
ことができる。From the frequency characteristic diagram of the resistance component R shown in FIG. 4B, it can be seen that the frequency characteristic of resistance loss changes when the drain conductance value changes. However, as shown in FIG. 14B, since the frequency characteristic of the generated negative resistance changes according to the resistance value Rf3 of the resistor 73, by appropriately setting the resistance value Rf3 of the resistor 73, As in the case of 2, it is possible to compensate for the change in the frequency characteristic.
【0064】以上のように、抵抗73の抵抗値Rf3を調
整することで、所与のドレインコンダクタンス値に対し
て適切な損失補償を行うことができる。また、抵抗50
の抵抗値R0 を適切に設定することで、定常的に発生す
る抵抗損失(図3を参照)を補償し、低損失な周波数特
性を持たせることができる。したがって、本実施形態の
能動インダクタがマイクロ波帯以上の周波数においても
良好に動作することがわかる。As described above, by adjusting the resistance value Rf3 of the resistor 73, it is possible to perform appropriate loss compensation for a given drain conductance value. Also, the resistance 50
By appropriately setting the resistance value R 0 of R, the resistance loss that occurs steadily (see FIG. 3) can be compensated, and low loss frequency characteristics can be provided. Therefore, it can be seen that the active inductor of this embodiment operates well even at frequencies in the microwave band and above.
【0065】〔実施形態5〕図15はこの実施形態によ
る能動インダクタ500の回路図である。この図におい
て、図5と同一の部品,信号等には同一の符号を付して
あり、その説明を省略する。[Fifth Embodiment] FIG. 15 is a circuit diagram of an active inductor 500 according to this embodiment. In this figure, the same parts, signals and the like as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【0066】この能動インダクタ500は、ソース接地
のFET31に対して、ゲート接地でカスコード接続し
たFET39とFET43により一方向の帰還を行って
いる。また、FET39のドレイン40とFET43の
ソース45の接続点と端子17との間に抵抗値R0 の抵
抗50を接続するとともに、FET43のドレイン44
とFET31のゲート34間に抵抗値Rf4の抵抗74を
接続している。In this active inductor 500, the FET 31 having the source grounded is fed back in one direction by the FET 39 and the FET 43 connected in cascode with the gate grounded. Further, a resistor 50 having a resistance value R 0 is connected between the connection point between the drain 40 of the FET 39 and the source 45 of the FET 43 and the terminal 17, and the drain 44 of the FET 43 is connected.
A resistor 74 having a resistance value Rf4 is connected between the gate of the FET 31 and the gate 34 of the FET 31.
【0067】次に、ゲート幅100μmのFET(相互
コンダクタンスgm=20ms、空乏層容量Cgs=0.
16pF、遮断周波数fT =gm/(2πCgs)=20
GHz、ドレインコンダクタンスGd=2mS)を用い
た能動インダクタに対して、抵抗74の抵抗値Rf4を変
化させた場合に、インピーダンスZ0 に関するLおよび
Rの周波数特性を図16(a)および同図(b)に示
す。この図では、抵抗値Rf4=0,200,400Ωの
3つの場合を示してある。なお、使用する各FETのゲ
ート幅はそれぞれ同じ大きさのものを使用するものとす
る。また、抵抗50の抵抗値R0 は0とする。Next, an FET having a gate width of 100 μm (transconductance gm = 20 ms, depletion layer capacitance Cgs = 0.
16 pF, cutoff frequency f T = gm / (2πCgs) = 20
16 (a) and FIG. 16 (a) and FIG. 16 (a) and FIG. 16 (a) and FIG. 16 (a) and FIG. 16 (b) show the frequency characteristics of the impedance Z 0 when the resistance value Rf4 of the resistor 74 is changed for an active inductor using GHz and drain conductance Gd = 2 mS). Shown in b). In this figure, three cases of resistance values Rf4 = 0, 200, 400Ω are shown. The gate widths of the FETs used are the same. The resistance value R 0 of the resistor 50 is 0.
【0068】前掲の図4(b)における抵抗分Rの周波
数特性図から、ドレインコンダクタンス値が変化すると
抵抗損失の周波数特性が変化することがわかる。しか
し、図16(b)に示すように、発生する負性抵抗の周
波数特性が抵抗74の抵抗値Rf4に応じて変化するの
で、抵抗74の抵抗値Rf4を適切に設定することで、実
施形態2同様に、上記の周波数特性の変化を補償するこ
とができる。From the frequency characteristic diagram of the resistance component R shown in FIG. 4B, it can be seen that the frequency characteristic of resistance loss changes when the drain conductance value changes. However, as shown in FIG. 16B, since the frequency characteristic of the generated negative resistance changes according to the resistance value Rf4 of the resistor 74, by appropriately setting the resistance value Rf4 of the resistor 74, In the same manner as in 2, it is possible to compensate for the above change in the frequency characteristic.
【0069】以上のように、抵抗74の抵抗値Rf4を調
整することで、所与のドレインコンダクタンス値に対し
て適切な損失補償を行うことができる。また、抵抗50
の抵抗値R0 を適切に設定することで、定常的に発生す
る抵抗損失(図3を参照)を補償し、低損失な周波数特
性を持たせることができる。したがって、本実施形態の
能動インダクタがマイクロ波帯以上の周波数においても
良好に動作することがわかる。As described above, by adjusting the resistance value Rf4 of the resistor 74, it is possible to perform appropriate loss compensation for a given drain conductance value. Also, the resistance 50
By appropriately setting the resistance value R 0 of R, the resistance loss that occurs steadily (see FIG. 3) can be compensated, and low loss frequency characteristics can be provided. Therefore, it can be seen that the active inductor of this embodiment operates well even at frequencies in the microwave band and above.
【0070】そして、以上説明した各実施形態の能動イ
ンダクタにあっては、本質的に抵抗素子やコンデンサを
必要とせず能動素子だけで構成できることから、素子数
の削減による回路の小型化が図れる上に、コンデンサな
どの受動素子を要するインダクタに比べて自己共振周波
数を高くすることができる。また、FETのゲートへの
電圧印加ポイントPの電圧を変化させることによって、
FETの相互コンダクタンスgmが変化し、能動インダ
クタのインダクタンス値を可変できることから、電圧調
整型の能動インダクタを実現できる。In the active inductors of the above-described embodiments, the resistance element and the capacitor are not essential, and the active inductors can be configured by only the active elements. Therefore, the circuit size can be reduced by reducing the number of elements. In addition, the self-resonant frequency can be made higher than that of an inductor that requires a passive element such as a capacitor. Also, by changing the voltage at the voltage application point P to the gate of the FET,
Since the transconductance gm of the FET changes and the inductance value of the active inductor can be changed, a voltage adjustment type active inductor can be realized.
【0071】〔変形例1〕上述した実施形態1〜5にお
いて、低周波での等価回路がこれらの各実施形態のもの
と同様であれば、上記以外の回路構成としても良い。こ
のような回路構成の第1の例として、上述した各能動イ
ンダクタ中のソース接地のFET31を、ソース接地の
FETとゲート接地のFETからなるカスコード接続回
路へ置き換える構成が考えられる。このように構成した
能動インダクタの回路図を、実施形態1〜実施形態5に
対応させてそれぞれ図17〜図21に示す。[Modification 1] In the above-described first to fifth embodiments, if the equivalent circuit at low frequency is the same as that of each of these embodiments, a circuit configuration other than the above may be adopted. As a first example of such a circuit configuration, a configuration in which the source-grounded FET 31 in each of the active inductors described above is replaced with a cascode connection circuit including a source-grounded FET and a gate-grounded FET can be considered. Circuit diagrams of the active inductor thus configured are shown in FIGS. 17 to 21 corresponding to the first to fifth embodiments, respectively.
【0072】例えば、実施形態1に対応する回路構成に
ついて説明すると、図17の回路では、図1の回路に対
してFET35が追加されており、図1のソース接地の
FET31が、FET31およびFET35から成るソ
ース接地カスコードFETに置き換えられている。な
お、FET35の後段へさらにFETを追加して、ソー
ス接地カスコードFETの段数を増やした構成としても
良い。そして、以上のように構成しても、実施形態1〜
5で説明したものと同様の作用,効果が得られる。For example, to explain the circuit configuration corresponding to the first embodiment, in the circuit of FIG. 17, the FET 35 is added to the circuit of FIG. 1, and the source-grounded FET 31 of FIG. It is replaced by a source grounded cascode FET. It should be noted that it is also possible to add another FET to the stage subsequent to the FET 35 to increase the number of source-grounded cascode FETs. And even if comprised as mentioned above, Embodiment 1
The same action and effect as those described in 5 are obtained.
【0073】〔変形例2〕また、低周波での等価回路が
実施形態1〜5と同様な第2の例として、ゲート接地カ
スコードFETを構成するFET39をカスコード接続
とした構成が考えられる。その一例として、このような
変形を実施形態1の回路(図1を参照)へ適用した場合
の回路構成を図22に示してある。この図に示すよう
に、FET39のドレイン40と、FET43のソース
45との間に新たなFET81が挿入されており、FE
T81のソース83がFET39のドレイン40とFE
T43のゲート46に接続され、FET81のゲート8
4,ドレイン82がそれぞれFET39のソース41,
FET43のソース45に接続されている。[Modification 2] As a second example in which the equivalent circuit at low frequencies is the same as in the first to fifth embodiments, a configuration in which the FET 39 forming the gate-grounded cascode FET is cascode-connected can be considered. As an example thereof, FIG. 22 shows a circuit configuration when such a modification is applied to the circuit of the first embodiment (see FIG. 1). As shown in this figure, a new FET 81 is inserted between the drain 40 of the FET 39 and the source 45 of the FET 43.
Source 83 of T81 and drain 40 of FET 39 and FE
Connected to the gate 46 of T43 and the gate 8 of FET 81
4, the drain 82 is the source 41 of the FET 39,
It is connected to the source 45 of the FET 43.
【0074】いま、回路の解析を簡単にするため、FE
T81がFET31,FET39,FET43と電気的
に同じ特性を有し、ゲート直下のゲート・ソース間の空
乏層容量Cgsbおよび相互コンダクタンスgmbのみで表
現されるとし、FETの遮断周波数fT =gm1/(2
πCgs1)=gmf/(2πCgsf)=gma/(2πCgs
a)=gmb/(2πCgsb)とする。そうすると、図2
2に示す能動インダクタの低周波での等価回路は、抵抗
値R0の抵抗と抵抗値−(1/gmf +1/gmb)の負
性抵抗とインダクタンス値{(1/gmb+1/gma)
Cgs1/gm1}のインダクタンスの直列回路と概ね一致
する。したがって、相互コンダクタンスgmb とgmf
を等しくとれば、負性抵抗値が2倍になる以外は図1に
示す能動インダクタの等価回路(図2を参照)と同じに
なる。そして、このように負性抵抗値が大きいことは、
能動インダクタを発振器に使用する場合を考えると都合
が良い。Now, in order to simplify the circuit analysis, FE
T81 has a FET 31, FET 39, FET 43 is electrically the same characteristics, and is expressed only in the depletion layer capacitance Cgsb and transconductance gmb between the gate and source of the gate immediately below, cut-off of the FET frequency f T = gm1 / ( Two
πCgs1) = gmf / (2πCgsf) = gma / (2πCgs
a) = gmb / (2πCgsb). Then, Figure 2
The equivalent circuit at low frequency of the active inductor shown in 2 is a resistance of resistance R 0 and a negative resistance of resistance − (1 / gmf + 1 / gmb) and an inductance value {(1 / gmb + 1 / gma)
It is almost the same as the series circuit of the inductance of Cgs1 / gm1}. Therefore, the transconductances gmb and gmf
Are equal to each other, the circuit becomes the same as the equivalent circuit of the active inductor shown in FIG. 1 (see FIG. 2) except that the negative resistance value is doubled. And, such a large negative resistance value
It is convenient to consider the case where an active inductor is used for the oscillator.
【0075】なお、実施形態2〜5に対しても同様の変
形が可能であることはもちろんである。また、FET8
1の後段へFETをさらに追加して、カスコード接続の
段数を増やした構成としても良い。そして、以上のよう
に構成しても、実施形態1〜5で説明したものと同様の
作用,効果が得られる。Needless to say, the same modifications can be made to the second to fifth embodiments. In addition, FET8
It is also possible to add a FET to the subsequent stage of 1 to increase the number of stages of cascode connection. And even if comprised as mentioned above, the same effect | action and effect as what was demonstrated in Embodiment 1-5 can be acquired.
【0076】〔変形例3〕さらに、低周波での等価回路
が実施形態1〜5と等しい第3の例として、ゲート接地
のカスコードFETを構成するFET43をカスコード
接続とした構成が考えられる。その一例として、このよ
うな変形を実施形態1の回路(図1を参照)へ適用した
場合の回路構成を図23に示してある。この図に示すよ
うに、FET43のドレイン44とFET31のゲート
34の間に新たなFET85が挿入されており、FET
85のソース87,ゲート88がそれぞれFET43の
ドレイン44,ソース45に接続され、FET85のド
レイン86がFET31のゲート34に接続されてい
る。[Modification 3] Furthermore, as a third example in which the equivalent circuit at low frequencies is the same as that of the first to fifth embodiments, a configuration in which the FET 43 forming the cascode FET with the grounded gate is connected in cascode is conceivable. As an example thereof, FIG. 23 shows a circuit configuration when such a modification is applied to the circuit of the first embodiment (see FIG. 1). As shown in this figure, a new FET 85 is inserted between the drain 44 of the FET 43 and the gate 34 of the FET 31.
The source 87 and the gate 88 of 85 are connected to the drain 44 and the source 45 of the FET 43, respectively, and the drain 86 of the FET 85 is connected to the gate 34 of the FET 31.
【0077】なお、実施形態2〜5に対しても同様の変
形が可能であることはもちろんである。また、FET8
5の後段へFETをさらに追加して、カスコード接続の
段数を増やした構成としても良い。以上のように構成し
ても、実施形態1〜5で説明したものと同様の作用,効
果が得られる。さらに、低周波での等価回路が同様であ
れば、変形例1〜変形例3以外の回路構成であっても良
い。Needless to say, similar modifications can be made to the second to fifth embodiments. In addition, FET8
It is also possible to add a FET to the subsequent stage of 5 and increase the number of stages of cascode connection. Even with the above configuration, the same operation and effect as those described in the first to fifth embodiments can be obtained. Furthermore, as long as the equivalent circuit at the low frequency is the same, circuit configurations other than the modified examples 1 to 3 may be used.
【0078】〔変形例4〕上述した実施形態2〜5で
は、周波数に依存した負性抵抗を発生させるために、抵
抗値Rf1〜Rf4の抵抗71〜74を互いに異なる箇所に
1個だけ挿入している。しかし、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、これら実施形態を組み合わせること
で、周波数に依存した負性抵抗を発生させるための抵抗
素子を2箇所以上に挿入した回路構成としても良い。[Modification 4] In Embodiments 2 to 5 described above, in order to generate the negative resistance depending on the frequency, only one resistor 71 to 74 having resistance values Rf1 to Rf4 is inserted at different positions. ing. However, the present invention is not limited to this, and by combining these embodiments, a resistance element for generating a negative resistance depending on the frequency may be inserted in two or more places.
【0079】そこでまず、抵抗素子を2箇所に挿入した
場合における回路構成を図24〜図29に示す。図24
は、実施形態2,3の組み合わせに相当し、FET39
のソース41とFET43のゲート46間に抵抗値Rf1
の抵抗71を挿入し、FET39のゲート42とFET
31のソース33間に抵抗値Rf2の抵抗72を挿入した
構成となっている。Therefore, first, FIGS. 24 to 29 show circuit configurations when the resistance element is inserted at two places. FIG.
Corresponds to the combination of the second and third embodiments, and FET 39
Between the source 41 and the gate 46 of the FET 43
The resistor 71 of is inserted, and the gate 42 of the FET 39 and the FET
A resistor 72 having a resistance value Rf2 is inserted between the source 33 of 31 and the resistor 33.
【0080】また、図25は実施形態2,4の組み合わ
せであって、FET39のソース41とFET43のゲ
ート46間に抵抗値Rf1の抵抗71を挿入し、FET3
1のソース33とゲート34間に抵抗値Rf3の抵抗73
を挿入した構成である。さらに、図26は実施形態2,
5の組み合わせであって、FET39のソース41とF
ET43のゲート46間に抵抗値Rf1の抵抗71を挿入
し、FET31のゲート34とFET43のドレイン4
4間に抵抗値Rf4の抵抗74を挿入した構成である。FIG. 25 shows a combination of the second and fourth embodiments, in which a resistor 71 having a resistance value Rf1 is inserted between the source 41 of the FET 39 and the gate 46 of the FET 43, and the FET 3 is connected.
A resistor 73 having a resistance value Rf3 between the source 33 and the gate 34 of 1
Is inserted. Further, FIG. 26 shows the second embodiment.
5 is a combination of 5 and the source 41 of FET 39 and F
A resistor 71 having a resistance value Rf1 is inserted between the gate 46 of the ET43, the gate 34 of the FET 31 and the drain 4 of the FET 43.
The resistor 74 having the resistance value Rf4 is inserted between the four resistors.
【0081】以下同様に、図27は実施形態3,4の組
み合わせ、図28は実施形態3,5の組み合わせ、図2
9は実施形態4,5の組み合わせである。次に、抵抗素
子を3箇所に挿入した場合における回路構成を図30〜
図33に示す。図30は実施形態2,3,4を組み合わ
せた場合、図31は実施形態2,3,5を組み合わせた
場合、図32は実施形態2,4,5を組み合わせた場
合、図33は実施形態3,4,5を組み合わせた場合で
ある。さらに、抵抗素子を4箇所すべてに挿入した場
合、その回路構成は図34のようになる。以上のように
構成した場合であっても、挿入された抵抗71〜74の
抵抗値Rf1〜Rf4を調整することで、実施形態2〜5と
同様の損失補償が実現できる。Similarly, FIG. 27 is a combination of the third and fourth embodiments, FIG. 28 is a combination of the third and fifth embodiments, and FIG.
9 is a combination of the fourth and fifth embodiments. Next, the circuit configuration in the case where the resistance element is inserted at three places is shown in FIG.
It shows in FIG. FIG. 30 shows a combination of the second, third and fourth embodiments, FIG. 31 shows a combination of the second, third and fifth embodiments, FIG. 32 shows a combination of the second, fourth and fifth embodiments, and FIG. This is a case where 3, 4, 5 are combined. Furthermore, when the resistance elements are inserted at all four positions, the circuit configuration is as shown in FIG. Even in the case of the above configuration, by adjusting the resistance values Rf1 to Rf4 of the inserted resistors 71 to 74, the same loss compensation as in the second to fifth embodiments can be realized.
【0082】〔変形例5〕上述した実施形態1〜5につ
いて、抵抗50を削除した構成,すなわち抵抗値R0 =
0Ω,とした回路構成としても良い。このように構成し
た能動インダクタの回路構成を実施形態1の場合につい
て図35に示す。なお、実施形態2〜5については、図
5,図9,図12,図15からそれぞれ抵抗50を削除
すれば良く、当業者であればその回路構成を容易に想起
できるため、ここでは図示を省略する。[Fifth Modification] In the first to fifth embodiments described above, the resistor 50 is omitted, that is, the resistance value R 0 =
The circuit configuration may be 0Ω. FIG. 35 shows the circuit configuration of the active inductor configured as described above in the case of the first embodiment. In addition, regarding Embodiments 2 to 5, it suffices to remove the resistor 50 from FIGS. 5, 9, 12, and 15, and those skilled in the art can easily recall the circuit configuration. Omit it.
【0083】〔変形例6〕大きなインダクタンス値を得
る目的で、図36に示すように、各FETにそれぞれコ
ンデンサを接続した構成としても良い。この図に示す能
動インダクタ600は、実施形態1の能動インダクタ1
00(図1を参照)に対して、FET31のソース3
3,ゲート34間、FET39のソース41,ゲート4
2間、FET43のソース45,ゲート46間に、それ
ぞれ容量C1,C2,C3 を有するコンデンサ51,5
2,53を接続したものである。[Modification 6] For the purpose of obtaining a large inductance value, as shown in FIG. 36, each FET may be connected with a capacitor. The active inductor 600 shown in this figure is the active inductor 1 of the first embodiment.
00 (see FIG. 1), source 3 of FET 31
3, between gate 34, source 41 of FET 39, gate 4
2 and between the source 45 and the gate 46 of the FET 43, capacitors 51 and 5 having capacitances C1, C2 and C3, respectively.
2, 53 are connected.
【0084】ここで、端子17,18から見た能動イン
ダクタ600のインピーダンスZ0は、(6)式におけ
る容量Cgs1 を(C1+Cgs1)で置き換えたものにな
る。したがって、実施形態1と比較すると、遮断周波数
fT は小さくなるものの、(6)式における容量Cgs1
が等価的に大きくなって、実施形態1の能動インダクタ
100よりも大きなインダクタンス値が得られる。Here, the impedance Z 0 of the active inductor 600 viewed from the terminals 17 and 18 is obtained by replacing the capacitance Cgs1 in the equation (6) with (C1 + Cgs1). Therefore, although the cutoff frequency f T is smaller than that in the first embodiment, the capacitance Cgs1 in the equation (6) is reduced.
Becomes equivalently large, and an inductance value larger than that of the active inductor 100 of the first embodiment can be obtained.
【0085】なお、実施形態2〜5の能動インダクタに
ついても、各FETにそれぞれコンデンサを接続するこ
とで同様なインダクタンス値の増大効果が得られる。そ
して、このように構成しても、能動インダクタを本質的
にはトランジスタ,コンデンサのみで構成できるため、
上記各実施と同様に回路の小型化を図ることができる。Also in the active inductors of Embodiments 2 to 5, the same effect of increasing the inductance value can be obtained by connecting a capacitor to each FET. Even with such a configuration, since the active inductor can be essentially configured with only the transistor and the capacitor,
It is possible to reduce the size of the circuit as in each of the above embodiments.
【0086】〔変形例7〕上記の各実施形態では、3端
子の能動素子としてFETを用いた場合を示したが、こ
れに限らず、例えばバイポーラトランジスタやHEMT
を用いても同様に構成できる。なお、上述した変形例1
〜変形例7を任意に組み合わせた構成としても良いのは
勿論である。[Modification 7] In each of the above embodiments, the case where the FET is used as the active element of three terminals is shown, but the invention is not limited to this, and for example, a bipolar transistor or a HEMT.
Can be similarly configured by using. In addition, the modification 1 mentioned above
It goes without saying that the modified example 7 may be arbitrarily combined.
【0087】〈実験例1〉図17に示す回路構成(実施
形態1に対して変形例1による変形を施した構成)によ
る能動インダクタの試作結果を以下に示す。実験では、
図17におけるFET31,35,39,43およびD
Cバイアス用のFETとしてゲート幅25μmのHEM
T(相互コンダクタンスgm=11mS)を用い、抵抗
50の抵抗値R0 =36Ωとした。ゲートバイアス抵抗
は2kΩであって、それぞれFETのソース電極と接続
した。バイアス条件はドレイン電圧が10V,ドレイン
電流が15mAとした。なお、チップサイズは0.43
×0.40mm2 であった。<Experimental Example 1> The following is a result of trial production of an active inductor having the circuit configuration shown in FIG. 17 (a configuration obtained by modifying the first embodiment by a modification 1). In the experiment,
FETs 31, 35, 39, 43 and D in FIG.
HEM with a gate width of 25 μm as a C bias FET
T (mutual conductance gm = 11 mS) was used, and the resistance value of the resistor 50 was set to R 0 = 36Ω. The gate bias resistance was 2 kΩ and each was connected to the source electrode of the FET. The bias conditions were a drain voltage of 10 V and a drain current of 15 mA. The chip size is 0.43
It was × 0.40 mm 2 .
【0088】図37には、Sパラメータのシミュレーシ
ョン結果を示してあり、1GHzにおける直列抵抗値は
0.3Ωである。一方、図38には測定したSパラメー
タの結果を示してある。測定した抵抗値とインダクタン
ス値は図37に示すシミュレーション結果よりも大きい
が、これはパターンレイアウトに起因する寄生容量や、
DCバイアス用のFETのインピーダンスの影響による
ものと考えられ、さらには、FETのゲートバイアス用
抵抗をそれぞれFETのソース電極と接続しているため
に、バイアスが固定されて負性抵抗値の微調整ができな
いからだと考えられる。なお、1GHzにおける直列抵
抗値は0.8Ωであり、Q値換算では28であった。FIG. 37 shows the simulation result of the S parameter, and the series resistance value at 1 GHz is 0.3Ω. On the other hand, FIG. 38 shows the result of the measured S parameter. The measured resistance value and inductance value are larger than the simulation results shown in FIG. 37, but this is due to the parasitic capacitance due to the pattern layout,
It is considered that this is due to the influence of the impedance of the FET for DC bias, and furthermore, since the gate bias resistors of the FET are connected to the source electrodes of the FETs respectively, the bias is fixed and the negative resistance value is finely adjusted. It is thought that it is not possible to do. The series resistance value at 1 GHz was 0.8Ω, which was 28 in terms of Q value conversion.
【0089】〈実験例2〉実施形態1の回路構成を用い
た別の実験の結果の詳細を以下に述べる。図39に当実
験で使用した能動インダクタの詳細な回路図を示す。図
に示すFET31,39,43およびDCバイアス用の
FET51は、すべてゲート長0.1μmのInAlAs/InG
aAs/InP のHEMTを用いた。これらのHEMTは25
μm幅,平均のfT=140GHz,fmax=180GH
zであり、ソース電極とドレイン電極は非合金オーム接
触とし、接触抵抗を低減させるために n+-InGaAs/n+-In
AlASキャップ層を用いた。また、バイアス条件は、Vg
1=0.0V,Vg2=1.2V,Vg3=2.4V,
Vg4=3.5V,Vd=4.9V,ドレイン電流Id
=11mAとした。なお、抵抗値R0 は29Ωとし、ま
たチップサイズは0.78×0.40mm2であった。<Experimental Example 2> The details of the results of another experiment using the circuit configuration of the first embodiment will be described below. FIG. 39 shows a detailed circuit diagram of the active inductor used in this experiment. The FETs 31, 39, 43 and the FET 51 for DC bias shown in the figure are all InAlAs / InG with a gate length of 0.1 μm.
HEAs of aAs / InP was used. These HEMTs are 25
μm width, average f T = 140 GHz, f max = 180 GH
z, and the source and drain electrodes are made of non-alloy ohmic contact, and n + -InGaAs / n + -In is used to reduce the contact resistance.
An AlAS cap layer was used. The bias condition is Vg
1 = 0.0V, Vg2 = 1.2V, Vg3 = 2.4V,
Vg4 = 3.5V, Vd = 4.9V, drain current Id
= 11 mA. The resistance value R 0 was 29Ω, and the chip size was 0.78 × 0.40 mm 2 .
【0090】図40に2GHz〜26GHzについて測
定したSパラメータを示す。結果として、0.045G
Hz〜26.5GHzの周波数範囲で直列抵抗が0Ω以
上に保たれ、20GHzを越える範囲まで損失補償がな
されている。なお、直流カット用のコンデンサのため
に、2GHzでのSパラメータは容量性となっている。FIG. 40 shows S-parameters measured for 2 GHz to 26 GHz. As a result, 0.045G
The series resistance is maintained at 0Ω or more in the frequency range of Hz to 26.5 GHz, and the loss compensation is performed up to the range exceeding 20 GHz. The S parameter at 2 GHz is capacitive due to the DC cut capacitor.
【0091】また、図41には、能動インダクタのイン
ピーダンスを抵抗及びインダクタンスの直列接続で表わ
したとして、その際のインピーダンスの周波数特性の測
定結果を示してある。6GHz及び20GHzにおける
インダクタンス値はそれぞれ0.41nH及び0.82
nHであり、これらの間の周波数範囲におけるQ値は1
00を越えている。また、7GHz及び15GHzにお
けるインダクタンス値はそれぞれ0.44nH及び0.
59nHであり、これらの間の周波数範囲におけるQ値
は1000を越えている。Further, FIG. 41 shows the measurement result of the frequency characteristic of the impedance when the impedance of the active inductor is represented by the series connection of the resistance and the inductance. The inductance values at 6 GHz and 20 GHz are 0.41 nH and 0.82, respectively.
nH and the Q value in the frequency range between them is 1
It is over 00. The inductance values at 7 GHz and 15 GHz are 0.44 nH and 0.
It is 59 nH, and the Q value in the frequency range between them is over 1000.
【0092】ところで、アクティブフィルタ,位相シフ
タ,発振器などへの応用を考えると、バイアスと温度変
化に対する安定性が重要であると言える。図42は、1
8GHzにおいてバイアス電圧Vg3を変化させたとき
の特性変化の測定結果である。2.5V及び1.5Vで
のインダクタンス値はそれぞれ0.73nH及び0.8
3nHであり、これらのバイアス値におけるQ値は35
0及び420であった。また、18GHzにおいて−5
〜55°Cの温度変化をさせて測定を行った結果、イン
ダクタンス値及び抵抗値の変化はそれぞれ0.1nH以
内および2Ω以内であった。By the way, considering the application to active filters, phase shifters, oscillators, etc., it can be said that the stability against bias and temperature changes is important. FIG. 42 shows 1
It is a measurement result of the characteristic change when changing the bias voltage Vg3 at 8 GHz. The inductance values at 2.5V and 1.5V are 0.73nH and 0.8, respectively.
3 nH, and the Q value at these bias values is 35
It was 0 and 420. Also, at 18 GHz, -5
As a result of measurement with a temperature change of up to 55 ° C., changes in the inductance value and the resistance value were within 0.1 nH and within 2Ω, respectively.
【0093】また、ダイナミックレンジを調べるため
に、2.6GHzにおいて入射パワーを変化させたとき
のインダクタンス値,抵抗値の変化を調べた。このとき
の装置構成を図43に示す。図に示すように、信号発生
器81が発生した2.6GHzの信号をサーキュレータ
82を介して能動インダクタ83へ注入し、反射された
信号をスペクトラムアナライザ84で観測した。図44
に示すように、1-dBのゲイン圧縮点は入射パワーが
-1dBmのときであり、反射信号においては第2高調
波のパワーに対する基本波のパワーが20dBを越えて
いる。また、位相偏差は図示した入射パワーの範囲にお
いて1度未満であった。このように、インダクタンス値
及び抵抗値の変化は入射パワーが -1dBmまでは無視
できる。Further, in order to investigate the dynamic range, changes in the inductance value and the resistance value when the incident power was changed at 2.6 GHz were examined. The apparatus configuration at this time is shown in FIG. As shown in the figure, the 2.6 GHz signal generated by the signal generator 81 was injected into the active inductor 83 via the circulator 82, and the reflected signal was observed by the spectrum analyzer 84. Figure 44
As shown in, the incident power is 1-dB gain compression point.
It is -1 dBm, and the power of the fundamental wave with respect to the power of the second harmonic exceeds 20 dB in the reflected signal. The phase deviation was less than 1 degree in the illustrated incident power range. Thus, the change in the inductance value and the resistance value can be ignored until the incident power is -1 dBm.
【0094】さらに、図45には、最近の報告のうち5
0を越えるQ値が実測されたものについて、これら報告
におけるバンド幅を本発明の実測値と比較した結果を示
してある。従来例によると、測定された周波数範囲の最
大値はおよそ1GHz〜2GHzであるのに対し、本発
明はこれよりも広帯域,低損失となっていることがわか
る。Furthermore, FIG. 45 shows 5 of the latest reports.
The results of comparing the bandwidths in these reports with the measured values of the present invention are shown for the measured Q values of more than 0. According to the conventional example, the maximum value of the measured frequency range is about 1 GHz to 2 GHz, whereas the present invention has a wider band and lower loss than this.
【0095】[0095]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1,4,5
記載の発明によれば、周波数によらず定常的に発生する
抵抗損失を、周波数に対して一定の負性抵抗を発生させ
て相殺させ、しかも、インダクタを能動素子のみから構
成できるようにしたので、素子数の削減による回路の小
型化を実現できるとともに、コンデンサなどの受動素子
を要するインダクタに比べて自己共振周波数を高くする
ことができるという効果が得られる。また、マイクロ波
帯以上の周波数領域においても能動インダクタのインピ
ーダンスがインダクタンス成分のみとなって、任意のイ
ンダクタンス値が得られ、直流から高周波帯までの広い
帯域にわたって低損失な能動インダクタを実現できると
いう効果も得られる。As described above, according to the first, fourth, and fifth aspects.
According to the described invention, the resistance loss that constantly occurs regardless of the frequency is canceled by generating a constant negative resistance with respect to the frequency, and furthermore, the inductor can be configured by only the active element. As a result, the circuit size can be reduced by reducing the number of elements, and the self-resonant frequency can be increased as compared with an inductor that requires passive elements such as capacitors. Further, even in the frequency range above the microwave band, the impedance of the active inductor becomes only the inductance component and an arbitrary inductance value can be obtained, and an active inductor with low loss can be realized over a wide band from DC to high frequency band. Can also be obtained.
【0096】また、請求項2,6〜9記載の発明によれ
ば、周波数が高くなるにつれて増大する抵抗損失を、該
抵抗損失の周波数特性と相反する周波数特性を持つ負性
抵抗を発生させて相殺するようにしたので、ドレインコ
ンダクタンス値の変化により発生する抵抗損失の周波数
特性が相殺できることとなり、所与のドレインコンダク
タンス値に対して適切な損失補償を行うことができると
いう効果が得られる。According to the second and sixth aspects of the invention, the resistance loss increasing as the frequency becomes higher is generated by the negative resistance having the frequency characteristic opposite to the frequency characteristic of the resistance loss. Since they cancel each other, the frequency characteristic of the resistance loss caused by the change of the drain conductance value can be canceled, and an effect that an appropriate loss compensation can be performed for a given drain conductance value can be obtained.
【0097】また、請求項3記載の発明によれば、能動
インダクタに内在するインダクタンス成分に対して負性
抵抗を直列に発生させるようにしたので、損失補償され
る周波数範囲を広くできるという効果が得られる。ま
た、請求項10,12,14,16記載の発明によれ
ば、各トランジスタの第1電極及び第2電極の間にコン
デンサを接続するようにしたので、各トランジスタの空
乏層容量の容量値を等価的に増大させることができ、能
動インダクタのインダクタンス値を大きくできるという
効果が得られる。According to the third aspect of the invention, since the negative resistance is generated in series with respect to the inductance component existing in the active inductor, the frequency range in which the loss is compensated can be widened. can get. Further, according to the inventions of claims 10, 12, 14, and 16, since the capacitor is connected between the first electrode and the second electrode of each transistor, the capacitance value of the depletion layer capacitance of each transistor is It can be increased equivalently, and the effect that the inductance value of the active inductor can be increased is obtained.
【0098】また、請求項11,13,15記載の発明
によれば、第1〜第3のトランジスタのそれぞれに対し
て1個以上のトランジスタをカスコードに接続するよう
にしたので、上記の各能動インダクタと低周波での等価
回路が等しい能動インダクタを異なる回路構成により実
現できるという効果が得られる。According to the eleventh, thirteenth, and fifteenth aspects of the present invention, one or more transistors are connected to the cascode for each of the first to third transistors. The effect that an active inductor having the same equivalent circuit at low frequency as the inductor can be realized by different circuit configurations is obtained.
【図1】 この発明の実施形態1による能動インダクタ
の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of an active inductor according to Embodiment 1 of the present invention.
【図2】 同実施形態による能動インダクタの等価回路
の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of an equivalent circuit of the active inductor according to the same embodiment.
【図3】 この発明が採用している「直列抵抗による損
失補償」の原理を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of “loss compensation by series resistance” adopted by the present invention.
【図4】 同実施形態による能動インダクタのインダク
タンスL(同図(a))および抵抗R(同図(b))の
周波数特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing frequency characteristics of an inductance L (FIG. 4A) and a resistance R (FIG. 4B) of the active inductor according to the same embodiment.
【図5】 この発明の実施形態2による能動インダクタ
の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of an active inductor according to Embodiment 2 of the present invention.
【図6】 同実施形態による能動インダクタの等価回路
の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an equivalent circuit of the active inductor according to the same embodiment.
【図7】 同実施形態による能動インダクタのインダク
タンスL(同図(a))および抵抗R(同図(b))の
周波数特性を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing frequency characteristics of an inductance L (FIG. 7A) and a resistance R (FIG. 7B) of the active inductor according to the same embodiment.
【図8】 この発明が採用している「挿入抵抗による損
失補償」の原理を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of “loss compensation by insertion resistance” adopted by the present invention.
【図9】 この発明の実施形態3による能動インダクタ
の回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram of an active inductor according to Embodiment 3 of the present invention.
【図10】 同実施形態による能動インダクタの等価回
路の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of an equivalent circuit of the active inductor according to the same embodiment.
【図11】 同実施形態による能動インダクタのインダ
クタンスL(同図(a))および抵抗R(同図(b))
の周波数特性を示す図である。FIG. 11 is an inductance L (FIG. 11A) and a resistance R (FIG. 11B) of the active inductor according to the embodiment.
It is a figure which shows the frequency characteristic of.
【図12】 この発明の実施形態4による能動インダク
タの回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram of an active inductor according to Embodiment 4 of the present invention.
【図13】 同実施形態による能動インダクタの等価回
路の回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram of an equivalent circuit of the active inductor according to the same embodiment.
【図14】 同実施形態による能動インダクタのインダ
クタンスL(同図(a))および抵抗R(同図(b))
の周波数特性を示す図である。FIG. 14 is an inductance L (FIG. 14A) and a resistance R (FIG. 14B) of the active inductor according to the same embodiment.
It is a figure which shows the frequency characteristic of.
【図15】 この発明の実施形態5による能動インダク
タの回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram of an active inductor according to Embodiment 5 of the present invention.
【図16】 同実施形態による能動インダクタのインダ
クタンスL(同図(a))および抵抗R(同図(b))
の周波数特性を示す図である。FIG. 16 is an inductance L (FIG. 16A) and a resistance R (FIG. 16B) of the active inductor according to the same embodiment.
It is a figure which shows the frequency characteristic of.
【図17】 この発明の変形例1を実施形態1に適用し
た場合の回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram when a first modification of the present invention is applied to the first embodiment.
【図18】 この発明の変形例1を実施形態2に適用し
た場合の回路図である。FIG. 18 is a circuit diagram when a first modification of the present invention is applied to the second embodiment.
【図19】 この発明の変形例1を実施形態3に適用し
た場合の回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram when a first modification of the present invention is applied to the third embodiment.
【図20】 この発明の変形例1を実施形態4に適用し
た場合の回路図である。FIG. 20 is a circuit diagram when a first modification of the present invention is applied to the fourth embodiment.
【図21】 この発明の変形例1を実施形態5に適用し
た場合の回路図である。FIG. 21 is a circuit diagram when the first modification of the present invention is applied to the fifth embodiment.
【図22】 この発明の変形例2を実施形態1に適用し
た場合の回路図である。FIG. 22 is a circuit diagram when a second modification of the present invention is applied to the first embodiment.
【図23】 この発明の変形例3を実施形態1に適用し
た場合の回路図である。FIG. 23 is a circuit diagram when a third modification of the present invention is applied to the first embodiment.
【図24】 この発明の実施形態2,3を組み合わせた
場合の回路図である。FIG. 24 is a circuit diagram when the second and third embodiments of the present invention are combined.
【図25】 この発明の実施形態2,4を組み合わせた
場合の回路図である。FIG. 25 is a circuit diagram when the second and fourth embodiments of the present invention are combined.
【図26】 この発明の実施形態2,5を組み合わせた
場合の回路図である。FIG. 26 is a circuit diagram when the second and fifth embodiments of the present invention are combined.
【図27】 この発明の実施形態3,4を組み合わせた
場合の回路図である。FIG. 27 is a circuit diagram when the third and fourth embodiments of the present invention are combined.
【図28】 この発明の実施形態3,5を組み合わせた
場合の回路図である。FIG. 28 is a circuit diagram when the third and fifth embodiments of the present invention are combined.
【図29】 この発明の実施形態4,5を組み合わせた
場合の回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram in the case where the embodiments 4 and 5 of the present invention are combined.
【図30】 この発明の実施形態2,3,4を組み合わ
せた場合の回路図である。FIG. 30 is a circuit diagram when the second, third and fourth embodiments of the present invention are combined.
【図31】 この発明の実施形態2,3,5を組み合わ
せた場合の回路図である。FIG. 31 is a circuit diagram when the second, third and fifth embodiments of the present invention are combined.
【図32】 この発明の実施形態2,4,5を組み合わ
せた場合の回路図である。FIG. 32 is a circuit diagram in the case where the embodiments 2, 4, and 5 of the present invention are combined.
【図33】 この発明の実施形態3,4,5を組み合わ
せた場合の回路図である。FIG. 33 is a circuit diagram when the third, fourth and fifth embodiments of the present invention are combined.
【図34】 この発明の実施形態2〜5を組み合わせた
場合の回路図である。FIG. 34 is a circuit diagram in the case of combining Embodiments 2 to 5 of the present invention.
【図35】 この発明の変形例5を実施形態1に適用し
た場合の回路図である。FIG. 35 is a circuit diagram when a modified example 5 of the invention is applied to the first embodiment.
【図36】 この発明の変形例6を実施形態1に適用し
た場合の回路図である。FIG. 36 is a circuit diagram when a modification 6 of the invention is applied to the first embodiment.
【図37】 この発明の変形例1を実施形態1に適用し
た能動インダクタに関するSパラメータの計算値を示す
図である。FIG. 37 is a diagram showing calculated values of S parameters regarding the active inductor to which the first modification of the present invention is applied to the first embodiment.
【図38】 この発明の変形例1を実施形態1に適用し
た実験例1の能動インダクタに関するSパラメータの測
定値を示す図である。FIG. 38 is a diagram showing measured values of S parameters regarding an active inductor of Experimental Example 1 in which Modification 1 of the present invention is applied to Embodiment 1.
【図39】 実験例2による能動インダクタの詳細な回
路図である。FIG. 39 is a detailed circuit diagram of an active inductor according to Experimental Example 2.
【図40】 同実験例による能動インダクタのSパラメ
ータの測定結果を示す図である。FIG. 40 is a diagram showing measurement results of S parameters of the active inductor according to the experimental example.
【図41】 同実験例による能動インダクタのインピー
ダンスの周波数特性図である。FIG. 41 is a frequency characteristic diagram of impedance of the active inductor according to the experimental example.
【図42】 同実験例において、能動インダクタを構成
するFETのバイアス電圧を変化させた時のインダクタ
ンス及びQ値の特性変化を表わす図である。FIG. 42 is a diagram showing changes in the characteristics of the inductance and the Q value when the bias voltage of the FET forming the active inductor is changed in the experimental example.
【図43】 同実験例において、能動インダクタのダイ
ナミックレンジを調べるための装置の構成を示す図であ
る。FIG. 43 is a diagram showing a configuration of an apparatus for examining a dynamic range of an active inductor in the experimental example.
【図44】 同実験例において、能動インダクタへ入射
させた信号のパワーと反射された信号のパワーとの関係
を示す図である。FIG. 44 is a diagram showing the relationship between the power of a signal incident on an active inductor and the power of a reflected signal in the same experimental example.
【図45】 同実験例において、ダイナミックレンジを
第3及び第5の従来例と本発明とで比較した結果を示す
図である。FIG. 45 is a diagram showing results of comparison of dynamic range between third and fifth conventional examples and the present invention in the same experimental example.
【図46】 第1の従来例による能動インダクタの回路
図である。FIG. 46 is a circuit diagram of an active inductor according to a first conventional example.
【図47】 同従来例による能動インダクタの等価回路
の回路図である。FIG. 47 is a circuit diagram of an equivalent circuit of an active inductor according to the conventional example.
【図48】 同従来例による能動インダクタの周波数特
性を示す図である。FIG. 48 is a diagram showing frequency characteristics of an active inductor according to the conventional example.
【図49】 第2の従来例による能動インダクタの回路
図である。FIG. 49 is a circuit diagram of an active inductor according to a second conventional example.
【図50】 同従来例による能動インダクタの等価回路
の回路図である。FIG. 50 is a circuit diagram of an equivalent circuit of an active inductor according to the conventional example.
【図51】 同従来例による能動インダクタのインダク
タンスL(同図(a))および抵抗R(同図(b))の
周波数特性を示す図である。FIG. 51 is a diagram showing frequency characteristics of an inductance L ((a) in the figure) and a resistance R ((b) in the figure) of the active inductor according to the conventional example.
【図52】 第3の従来例による能動インダクタの回路
図である。FIG. 52 is a circuit diagram of an active inductor according to a third conventional example.
【図53】 同従来例による能動インダクタの等価回路
の回路図である。FIG. 53 is a circuit diagram of an equivalent circuit of an active inductor according to the conventional example.
【図54】 同従来例による能動インダクタのインダク
タンスL(同図(a))および抵抗R(同図(b))の
周波数特性を示す図である。FIG. 54 is a diagram showing frequency characteristics of an inductance L ((a) in the figure) and a resistance R ((b) in the figure) of an active inductor according to the conventional example.
【図55】 第4の従来例による能動インダクタの回路
図である。FIG. 55 is a circuit diagram of an active inductor according to a fourth conventional example.
【図56】 同従来例による能動インダクタの等価回路
の回路図である。FIG. 56 is a circuit diagram of an equivalent circuit of an active inductor according to the conventional example.
【図57】 同従来例による能動インダクタのインダク
タンスL(同図(a))および抵抗R(同図(b))の
周波数特性を示す図である。FIG. 57 is a diagram showing frequency characteristics of the inductance L ((a) in the figure) and the resistance R ((b) in the figure) of the active inductor according to the conventional example.
【図58】 第5の従来例による能動インダクタの回路
図である。FIG. 58 is a circuit diagram of an active inductor according to a fifth conventional example.
【図59】 同従来例による能動インダクタの等価回路
の回路図である。FIG. 59 is a circuit diagram of an equivalent circuit of an active inductor according to the conventional example.
【図60】 同従来例による能動インダクタのインダク
タンスL(同図(a))および抵抗R(同図(b))の
周波数特性を示す図である。FIG. 60 is a diagram showing frequency characteristics of an inductance L ((a) in the figure) and a resistance R ((b) in the figure) of the active inductor according to the conventional example.
C 直流電圧阻止用のコンデンサ P 高周波を遮断するコイルを介して電圧が印加される
ポイント 16,50,61,71〜74 抵抗 17,18 端子 31,35,39,43,81,85 FET 32,36,40,44,82,86 ドレイン 33,37,41,45,83,87 ソース 34,38,42,46,84,88 ゲート 51,52,53 コンデンサ 62,64 インダクタンスC DC voltage blocking capacitor P Point at which voltage is applied via a coil that blocks high frequencies 16, 50, 61, 71-74 Resistors 17, 18 Terminals 31, 35, 39, 43, 81, 85 FET 32, 36, 40, 44, 82, 86 Drain 33, 37, 41, 45, 83, 87 Source 34, 38, 42, 46, 84, 88 Gate 51, 52, 53 Capacitor 62, 64 Inductance
Claims (16)
失を、周波数に対して一定の負性抵抗を発生させて相殺
する第1の補償手段を有し、 能動素子のみから構成されたことを特徴とする能動イン
ダクタ。1. A first compensating means for canceling resistance loss that constantly occurs regardless of frequency by generating a constant negative resistance with respect to frequency, and is composed of only active elements. Active inductor characterized by.
損失を、該抵抗損失の周波数特性と相反する周波数特性
を持つ負性抵抗を発生させて相殺する第2の補償手段を
有することを特徴とする請求項1記載の能動インダク
タ。2. A second compensating means for canceling the resistance loss which increases as the frequency increases by generating a negative resistance having a frequency characteristic that is contrary to the frequency characteristic of the resistance loss. The active inductor according to claim 1.
クタに内在するインダクタンス成分に対して前記負性抵
抗を直列に発生させることを特徴とする請求項1又は2
記載の能動インダクタ。3. The first compensating means generates the negative resistance in series with respect to an inductance component existing in the active inductor.
Active inductor as described.
れ、第2電極が前記第1のトランジスタの第3電極に接
続された第2のトランジスタと、 第1電極が前記第2のトランジスタの第2電極に接続さ
れ、第2電極が前記第2のトランジスタの第3電極に接
続され、第3電極が前記第1のトランジスタの第1電極
に接続された第3のトランジスタとを有し、 前記第2のトランジスタの第3電極と前記第3のトラン
ジスタの第2電極との接続線から引き出した第1の端子
と、前記第1のトランジスタの第2電極から引き出した
第2の端子とを2端子としたことを特徴とする能動イン
ダクタ。4. A first transistor, and a second transistor having a first electrode connected to a second electrode of the first transistor and a second electrode connected to a third electrode of the first transistor. A first electrode connected to the second electrode of the second transistor, a second electrode connected to the third electrode of the second transistor, and a third electrode connected to the first electrode of the first transistor A third transistor that is connected to the second electrode of the second transistor and a second terminal of the second transistor, and a third terminal of the first transistor, An active inductor comprising a second terminal drawn from two electrodes and two terminals.
記第3のトランジスタの第2電極との接続線と、前記第
1の端子との間に第1の抵抗素子を挿入したことを特徴
とする請求項4記載の能動インダクタ。5. A first resistance element is inserted between the connection line between the third electrode of the second transistor and the second electrode of the third transistor and the first terminal. The active inductor according to claim 4.
記第3のトランジスタの第1電極との間に第2の抵抗素
子を挿入したことを特徴とする請求項4又は5記載の能
動インダクタ。6. The active inductor according to claim 4, wherein a second resistance element is inserted between the second electrode of the second transistor and the first electrode of the third transistor. .
記第2のトランジスタの第1電極との間に第3の抵抗素
子を挿入したことを特徴とする請求項4〜6の何れかの
項記載の能動インダクタ。7. The third resistance element is inserted between the second electrode of the first transistor and the first electrode of the second transistor, according to any one of claims 4 to 6. The active inductor according to the item.
記第1のトランジスタの第2電極との間に第4の抵抗素
子を挿入したことを特徴とする請求項4〜7の何れかの
項記載の能動インダクタ。8. The fourth resistance element is inserted between the first electrode of the first transistor and the second electrode of the first transistor. The active inductor according to the item.
記第3のトランジスタの第3電極との間に第5の抵抗素
子を挿入したことを特徴とする請求項4〜8の何れかの
項記載の能動インダクタ。9. The fifth resistance element is inserted between the first electrode of the first transistor and the third electrode of the third transistor. The active inductor according to the item.
び第2電極の間に第1のコンデンサを接続し、前記第2
のトランジスタの第1電極及び第2電極の間に第2のコ
ンデンサを接続し、前記第3のトランジスタの第1電極
及び第2電極の間に第3のコンデンサを接続したことを
特徴とする請求項4〜9の何れかの項記載の能動インダ
クタ。10. A first capacitor is connected between a first electrode and a second electrode of the first transistor, the second capacitor
A second capacitor is connected between the first electrode and the second electrode of the transistor, and a third capacitor is connected between the first electrode and the second electrode of the third transistor. Item 10. The active inductor according to any one of items 4 to 9.
前記第2のトランジスタの第2電極との間にm(m≧
1)個のトランジスタを挿入し、 前記m個のトランジスタを前記第1のトランジスタへカ
スコードに接続したことを特徴とする請求項4〜10の
何れかの項記載の能動インダクタ。11. m (m ≧ m) between the third electrode of the first transistor and the second electrode of the second transistor.
11. The active inductor according to claim 4, wherein 1) transistors are inserted, and the m transistors are cascode-connected to the first transistor.
電極及び第2電極の間にそれぞれコンデンサを接続した
ことを特徴とする請求項11記載の能動インダクタ。12. The first of each of the m transistors
The active inductor according to claim 11, further comprising a capacitor connected between the electrode and the second electrode.
前記第3のトランジスタの第3電極との間にn(n≧
1)個のトランジスタを挿入し、 前記n個のトランジスタを前記第3のトランジスタへカ
スコードに接続したことを特徴とする請求項4〜12の
何れかの項記載の能動インダクタ。13. Between the first electrode of the first transistor and the third electrode of the third transistor, n (n ≧
13. The active inductor according to claim 4, wherein 1) transistors are inserted, and the n transistors are cascode-connected to the third transistor.
電極及び第2電極の間にそれぞれコンデンサを接続した
ことを特徴とする請求項13記載の能動インダクタ。14. The first of each of the n transistors
14. The active inductor according to claim 13, further comprising a capacitor connected between the electrode and the second electrode.
前記第3のトランジスタの第2電極との間にp(p≧
1)個のトランジスタを挿入し、 前記p個のトランジスタを前記第2のトランジスタへカ
スコードに接続したことを特徴とする請求項4〜14の
何れかの項記載の能動インダクタ。15. Between the third electrode of the second transistor and the second electrode of the third transistor, p (p ≧
15. The active inductor according to claim 4, wherein 1) transistors are inserted, and the p transistors are cascode-connected to the second transistor.
電極及び第2電極の間にそれぞれコンデンサを接続した
ことを特徴とする請求項15記載の能動インダクタ。16. The first of each of the p transistors
16. The active inductor according to claim 15, further comprising a capacitor connected between the electrode and the second electrode.
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