JPH09162658A - 分布増幅器 - Google Patents

分布増幅器

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JPH09162658A
JPH09162658A JP7339925A JP33992595A JPH09162658A JP H09162658 A JPH09162658 A JP H09162658A JP 7339925 A JP7339925 A JP 7339925A JP 33992595 A JP33992595 A JP 33992595A JP H09162658 A JPH09162658 A JP H09162658A
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JP
Japan
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circuit
output
input
circuits
filter circuit
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JP7339925A
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English (en)
Inventor
Yuuki Imai
祐記 今井
Shunji Kimura
俊二 木村
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力で且つマイクロ波帯域まで動作可能な
分布増幅器を実現すること。 【解決手段】 単位増幅回路1用の出力側バイアス回路
10を、出力側の定K型フィルタ回路12の隣接する相
互接続点13に個々に分散して接続した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送装置などの
変調器などを駆動するためのマイクロ波帯域まで動作可
能な高出力の分布増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】分布増幅器は、伝送線路あるいはインダ
クタンス素子のインダクタンス成分と増幅用のトランジ
スタの寄生容量とによりカットオフ周波数の高い定K型
フィルタ回路あるいは誘導M型フィルタ回路を形成した
もので、そのトランジスタの寄生容量をキャンセルして
非常に高い周波数帯域まで動作することが可能であるた
め、マイクロ波帯域の増幅器として広く利用されてい
る。
【0003】図3に定K型フィルタ回路により構成した
従来の分布増幅器の典型的な構成を示した。図中、1は
単位増幅回路であって、図4の(a)に示すようにソー
ス接地の電界効果トランジスタQ1により、又は(b)
に示すようにソース接地の電界効果トランジスタQ2に
別の電界効果トランジスタQ3を直列接続したものより
構成されている。Vgg2は定バイアス電圧である。
【0004】2は入力側のインダクタンス素子(又は伝
送線路)、3は出力側のインダクタンス素子(又は伝送
線路)、4は入力側終端回路、5は出力側終端回路、6
は入力側バイアス回路、7は出力側バイアス回路、8は
入力端子、9は出力端子である。
【0005】従来の構成では、図3に示したように、出
力側バイアス回路7は高周波特性への影響を避けるため
に、出力端子9とは反対の出力側終端回路5の側のイン
ダクタンス素子(又は伝送線路)3の最も端に接続され
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の出力側バイアス回路7の接続構成では、インダク
タンス素子(又は伝送線路)3を流れる電流が、その出
力側バイアス回路7に近い側ほど単位増幅回路1のバイ
アス電流Iuが加算されていくので増加し、出力側バイ
アス回路7に接続された部分では、全ての単位増幅回路
1のバイアス電流が流れる。単位増幅回路1の個数がi
個のときは、Iu×iの電流が流れる。
【0007】特に、光伝送装置などの変調器を駆動する
ための高出力増幅器では、出力電圧振幅が50Ωの負荷
で5VP-P 程度必要であり、分布増幅器を使用する場
合、単位増幅回路1のバアイス電流の総和が200mA
以上となり、前述した出力側バイアス回路7の近傍のイ
ンダクタンス素子(又は伝送線路)3には非常に大きな
電流が流れることになる。
【0008】通常、分布増幅器は、線路やインダクタン
ス素子を形成したアルミナ基板とトランジスタを組み合
せたハイブリッドIC、又は線路やインダクタタンス素
子、トランジスタを半導体基板上にすべて形成するモノ
リシックICの製造方法により製作することが一般的で
あり、特に、モノリシックICで製造する方法は高周波
性能、歩留りの点で優れており、最近のマイクロ波帯の
分布増幅器はこの製法により製造されている。
【0009】この製造方法では、インダクタンス素子あ
るいは伝送線路は、厚みが1μm程度の配線により形成
されるが、この配線に流せる電流はたかだか10mA/
配線幅10μmである。このため、電流量の大きい出力
側バイアス回路7の近傍のインダクタンス素子(あるい
は伝送線路)3の配線幅を広する必要があり、特に前述
した高出力の増幅器に分布増幅器を使用する場合では、
出力側バイアス回路7に近い側のインダクタス素子(あ
るいは伝送線路)3には100μmを超える幅広い配線
を使用する必要がある。
【0010】一般に、分布増幅器は、使用する伝送線路
の特性インピーダンスが高いほど、またインダクタンス
素子の共振周波数が高いほど、高周波帯域まで動作する
ことが可能である。一方、伝送線路の特性インピーダン
スやインダクタンス素子の共振周波数は、線路幅の増加
にともない低下するので、出力側バイアス回路7に近い
部分に幅広の配線を使用した場合には、分布増幅器の高
周波性能が劣化する。特に、前述した光伝送装置などの
変調器などを駆動するための高出力増幅器に分布増幅器
を使用する場合では、流れる電流が大きくなるため配線
が幅広になり、高周波性能の劣化が顕著となり、マイク
ロ波帯域まで動作可能な高出力な分布増幅を実現するこ
とが困難であった。
【0011】本発明の目的は、以上の問題点を解決し、
光伝送装置などの変調器などを駆動するためのマイクロ
波帯域まで動作可能な高出力の分布増幅器を提供せんと
するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、定K型
フィルタ回路あるいは誘導M型フィルタ回路等からなり
入力端子に対して複数段縦続接続された入力側フィルタ
回路と、定K型フィルタ回路あるいは誘導M型フィルタ
回路等からなり出力端子に対して複数段縦続接続された
出力側フィルタ回路と、上記入力側フィルタ回路および
上記出力側フィルタ回路の一部を含み上記入力側フィル
タ回路と上記出力側フィルタ回路との間に分布接続され
た複数の単位増幅回路と、該単位増幅回路用の入力側バ
イアス回路と、上記単位増幅回路用の出力側バイアス回
路と、を備える分布増幅器において、上記出力側バイア
ス回路を上記出力側フィルタ回路の隣接する相互接続点
の1又は2以上に個々に分散して接続し、および/又は
上記入力側バイアス回路を上記入力側フィルタ回路の隣
接する相互接続点の1又は2以上に個々に分散して接続
したことを特徴とする分布増幅器によって達成される。
【0013】
【発明の実施の形態】図5は入力側にインダクタンス素
子Lin、出力側にインダクタンス素子Loutを使用し、
単位増幅回路1として電界効果トランジスタQ1を使用
した一般的な分布増幅器の構成を示す図、図6は図5の
等価回路を示す図である。この図5、図6ではバイアス
回路を省略した。
【0014】単位増幅回路1を構成するトランジスタQ
1は、図6に示すように、出力電流源Io、2個の入力
容量Cin、2個の出力容量Cout で表すことができる。
そして、分布増幅器では、入力側インダクタンス素子L
inと入力容量Cinにより入力側の定K型フィルタ回路1
1が構成され、これが入力端子8に対して複数段縦続接
続される。また、出力側インダクタンス素子Lout と出
力容量Cout により出力側の定K型フィルタ回路12が
構成され、これが出力端子9に対して複数段縦続接続さ
れる。
【0015】このように、入力側、出力側ともに、単位
となる定K型フィルタ回路11、12を接続したLC線
路となっている。増幅器では、通常入出力インピーダン
スは50Ωに整合することが必要であるため、各々の定
K型フィルタ回路11、12の影像インピーダンスは5
0Ωになるよう設計されている。
【0016】本発明では、このような出力側の定K型フ
ィルタ回路12の相互接続点13、又は相互接続点14
に個々に出力側バイアス回路10を接続することによ
り、出力側インダクタンス素子Lout に流れる電流を減
少させるようにする。あるいは単位増幅回路1の入力側
にバイアス電流が流れる場合は、入力側の定K型フィル
タ回路11の相互接続点15、又は相互接続点16にも
個々に入力側バイアス回路を接続することにより、入力
側インダクタンス素子Linに流れる電流を減少させるよ
うにする。
【0017】[第1の実施の形態]図1は本発明の第1
の実施の形態を示す分布増幅器の回路図である。ここで
は、図5、図6に示した出力側の定K型フィルタ回路1
2の隣接相互間および単位増幅器回路1を接続する相互
接続点13に個々に出力側バイアス回路10を接続し、
その個々の出力側バイアス回路10によって個々の単位
増幅回路1に電源電圧Vddを印加するようにしたもの
である。図1では単位増幅回路1が8個の場合について
示したが、これに限られるものではない。
【0018】本例では、出力側のインダクタンス素子L
out と単位増幅回路1との接続点13の全てに出力側バ
イアス回路10が接続されているので、出力端子9に容
量負荷が接続される場合には、単位増幅回路1を流れる
バイアス電流Iuは各々のバイアス回路10を流れるた
め、出力側のインダクタンス素子Lout にはバイアス電
流が流れないことになる。
【0019】このため、インダクタンス素子Lout の配
線幅を製造の限界まで狭くすることができ、そのインダ
クタンス素子Lout の共振周波数を高くすること(伝送
線路の場合、特性インピーダンスを高くすること)が可
能となる。例えば、信号線幅10μmで、0.1nHの
インダクタンス素子を使用した場合、共振周波数は40
GHz以上と非常に高くすることが可能である。
【0020】次に、本発明による分布増幅器の高周波性
能の変化について検討する。単純化のため出力側バイア
ス回路10を抵抗のみからなる回路とし、出力端子9に
は容量負荷が接続され直流電流が流れないものとする。
従来の分布増幅器の図3に示した出力側バイアス回路7
の抵抗値をRb′とし、単位増幅回路1の個数をiとす
ると、図1に示した本発明の分布増幅器のバイアス回路
10の抵抗Rbは、そこでの電圧降下を図3に示した従
来の場合と同一とすると、流れる電流が1/iであるた
め、Rb=Rb′×iとなる。通常、iは10程度、R
b′はバイアス電圧の関係から100Ω程度に設計され
るため、本実施の出力側バイアス回路10の抵抗値Rb
は、1000Ωとなる。
【0021】一方、相互接続点13では出力側バイアス
回路10の抵抗Rbと定K型フィルタ回路12(図6)
の影像インピーダンスが並列接続されるが、その定K型
フィルタ回路12の影像インピーダンスは50Ωに通常
設計されているので、出力側バイアス回路10の抵抗R
b(=1000Ω)はその影像インピーダンスに比べて
充分大きく、高周波性能への影響は無視できる。また、
この例では、出力端子9に容量負荷を接続する場合、各
バイアス回路10のインピーダンスを同一に設計でき
る。
【0022】[第2の実施の形態]図2は第2の実施の
形態を示す分布増幅器の回路図である。ここでは、図6
の接続点14、つまり隣接する定K型フィルタ回路12
が共通接続されるが単位増幅回路1は接続されない接続
点に、出力側バイアス回路10を接続したものである。
この例でも、出力端子9に容量負荷を接続する場合、単
位増幅回路1を流れるバイアス電流Iuは、各々の出力
側バイアス回路10に分割して流れるため、出力側のイ
ンダクタンス素子Lout に流れる電流は両端部の側では
Iu、その他の部分ではIu/2となり、図3で示した
従来の分布増幅器に比べて大幅に減少する。なお、この
例では、両端部のバイアス回路10の抵抗値は中央部分
のバイアス回路10のそれに対して2/3になる。
【0023】[その他の実施の形態]なお、以上の説明
では出力側バイアス回路10を、出力側の定K型フィル
タ回路12の全ての相互接続点13に、または全ての相
互接続点14に接続する場合について説明したが、その
相互接続点13、14の全てあるいは一部に接続しても
良い。また1又は2以上の相互接続点13に、あるいは
1又は2以上の相互接続点14に接続する場合であって
も、従来の構成に比べて伝送線路あるいはインダクタン
ス素子に流れるバイアス電流を減少させることができ、
その配線の線幅を狭くすることができる。
【0024】また、上記ではインピーダンス素子を使用
し定K型フィルタ回路11、12が構成される場合につ
いて説明したが、誘導M型フィルタ回路が構成される場
合であっても同様に構成し、同様の作用効果を得ること
ができる。
【0025】また、上記では単位増幅回路1にソース接
地の電界効果トランジスタを使用したので、入力側のバ
イアス回路については分散しなかったが、その単位増幅
回路1が入力側に電流の流れる回路構成(例えばゲート
接地の電界効果トランジスタを使用する場合等)の場合
には、上記図1、図2に示した構成と同様に、入力側の
フィルタ回路11の相互接続点15、16に個々にバイ
アス回路を接続すれば、上記と同様の作用効果が得られ
る。
【0026】
【発明の効果】以上から本発明によれば、バイアス回路
がフィルタ回路の相互接続点に接続されるため、そのバ
イアス回路に接続されている伝送線路あるいはインダク
タンス素子を流れる電流が従来に比べて減少する。この
結果、フィルタ回路を構成する伝送線路あるいはインダ
クタンス素子の配線幅を従来に比べて狭くできるので、
従来、特に高出力の分布増幅器の性能劣化の要因となっ
ていたバイアス回路近傍の伝送線路の特性インピーダン
スやインダクタンス素子の共振周波数の低下を防ぐこと
が可能となる。さらに、バイアス回路のインピーダンス
はそのバイアス回路が接続されたフィルタ回路の影像イ
ンピーダンスに比べ充分大きくなるので、高周波性能へ
の影響も少なくなる。
【0027】したがって、本発明では、光伝送装置など
の変調器などを駆動するためのマイクロ波帯域まて動作
可能な高出力の分布増幅器を実現できるため、通信用伝
送装置の高速化が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態を示す分布増幅器
のブロック図である。
【図2】 本発明の第2の実施の形態を示す分布増幅器
のブロック図である。
【図3】 従来の分布増幅器のブロック図である。
【図4】 (a)、(b)は単位増幅回路の回路図であ
る。
【図5】 インダクタンス素子と電界効果トランジスタ
を使用した分布増幅器を示す回路図である。
【図6】 図5に示した分布増幅器の等価回路図であ
る。
【符号の説明】
1:単位増幅回路、2:入力側のインダクタンス素子
(又は伝送線路)3:出力側のインダクタンス素子(又
は伝送線路)、4:入力側終端回路、5:出力側終端回
路、6:入力側バイアス回路、7:出力側バイアス回
路、8:入力端子、9:出力端子、10:出力側バイア
ス回路、11:入力側の定K型フィルタ回路、12:出
力側の定K型フィルタ回路、13〜16:相互接続点。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】定K型フィルタ回路あるいは誘導M型フィ
    ルタ回路等からなり入力端子に対して複数段縦続接続さ
    れた入力側フィルタ回路と、定K型フィルタ回路あるい
    は誘導M型フィルタ回路等からなり出力端子に対して複
    数段縦続接続された出力側フィルタ回路と、上記入力側
    フィルタ回路および上記出力側フィルタ回路の一部を含
    み上記入力側フィルタ回路と上記出力側フィルタ回路と
    の間に分布接続された複数の単位増幅回路と、該単位増
    幅回路用の入力側バイアス回路と、上記単位増幅回路用
    の出力側バイアス回路と、を備える分布増幅器におい
    て、 上記出力側バイアス回路を上記出力側フィルタ回路の隣
    接する相互接続点の1又は2以上に個々に分散して接続
    し、および/又は上記入力側バイアス回路を上記入力側
    フィルタ回路の隣接する相互接続点の1又は2以上に個
    々に分散して接続したことを特徴とする分布増幅器。
JP7339925A 1995-12-05 1995-12-05 分布増幅器 Pending JPH09162658A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010245944A (ja) * 2009-04-08 2010-10-28 Mitsubishi Electric Corp 高周波増幅器
US9182617B2 (en) 2012-03-05 2015-11-10 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Driver circuit configured with travelling wave amplifier
CN105978499A (zh) * 2016-04-28 2016-09-28 南京邮电大学 一种级联的分布式功率放大器

Cited By (4)

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