(57)【要約】【課題】より高い周波数で動作し、物理的に小さく、また電力制限状態に迅速にセットできる能動制限器を備えた集積回路を提供する。【解決手段】本発明の集積回路（１０３）は第１のＲＦポート（１３４）と、第２のＲＦポート（１３６）と、前記第１のＲＦポートと第２のＲＦポートの間に配置された制限器部分（１０５）と、検出器部分（１０２）とを具備する。検出器部分（１０２）は、前記制限器部分に結合され、かつ、前記第１のＲＦポートと前記第２のＲＦポートの間のＲＦ信号経路に結合されて、入力信号の電力レベルを検出するように構成されている。【選択図】図１Ａ
2006333470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＲＦポートと、
第２のＲＦポートと、
前記第１のＲＦポートと第２のＲＦポートの間に配置された制限器部分と、
前記制限器部分に結合され、かつ、前記第１のＲＦポートと前記第２のＲＦポートの間のＲＦ信号経路に結合されて、入力信号の電力レベルを検出するように構成された検出器部分とを具備する集積回路。
【請求項２】
ガリウムひ素集積回路を具備する請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
前記制限器部分が、前記検出器部分からの検出器出力に従って切り換えられる複数のバイアス式スイッチ装置を含む請求項１に記載の集積回路。
【請求項４】
前記制限器部分が、複数のダイオードスタックを含む請求項１に記載の集積回路。
【請求項５】
前記第１のＲＦポートと前記検出器部分の間に配置された第１の抵抗器と、前記検出器部分とアース電位の間に配置された第２の抵抗器とをさらに備える請求項１に記載の集積回路。
【請求項６】
第１の制限器バイアス入力ポートと、
第２の制限器バイアス入力ポートとを具備し、前記制限器部分が、前記第１の制限器バイアス入力ポートと前記ＲＦ信号経路の間に配置された少なくとも第１のダイオードと、前記第２の制限器バイアス入力ポートと前記ＲＦ信号経路の間に配置された第２のダイオードとをさらに具備する請求項１に記載の集積回路。
【請求項７】
前記検出器部分と前記制限器部分の間に配置された差動増幅器をさらに備える請求項１に記載の集積回路。
【請求項８】
アース電位に結合された第１の抵抗器と、
前記第１の抵抗器と前記第１のＲＦポートの間に配置された第２の抵抗器と、
前記第１の抵抗器と前記第２の抵抗器の間の節点と、
前記節点と前記検出器部分の間に配置された増幅器とをさらに備える請求項１に記載の集積回路。
【請求項９】
制限器駆動回路をさらに具備する請求項８に記載の集積回路。
【請求項１０】
過電力指示器出力信号をさらに具備する請求項９に記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
多くの電子回路および部品は、大電力の入力信号またはパルスにさらされた場合に破損する可能性がある。例えばダイオードやトランジスタ、微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）スイッチは、大電力高周波（「ＲＦ」）信号、静電気放電（「ＥＳＤ」）事象、または一般に十分に大きい電気過負荷によって破損したり破壊したりする可能性がある。そのような破損を防ぐために様々な技術が使用されている。
【０００２】
マイクロ波およびＲＦの機器および部品への入力部のような多くの回路において、出力の電力量を制限する受動制限器が使用されている。受動制限器は、一般に、ダイオードを利用しており、特定のＲＦ入力信号レベルで減衰を開始し、ＲＦ入力信号レベルが高くなるほど減衰量を増す動作をするように設計されている。受動制限器内の部品は、多くの場合ダイオードであり、ＲＦ入力信号電力レベルに従って、ある導電状態から別の導電状態に遷移し、従って「受動」と呼ばれる。一般に、受動制限器の出力の電力レベルは、制限器の入力での電力に関係なく、入力電力が受動制限器の電力処理能力を超えない限り最大値より大きくならない。
【０００３】
しかしながら、受動制限器の欠点は、受動制限器が入力信号を減衰させ始める電力レベルと、受動制限器によって入力信号に追加される歪み量との間でトレードオフが行われることである。例えば、マイクロ波試験機器の入力経路に選択的に挿入される低雑音増幅器の破損を防ぐためには、１ワットの最大電力が望ましい。しかしながら、同じマイクロ波試験機器が、（例えば、入力信号経路に低雑音増幅器がないとき）最大１ワットの電力レベルまで測定を行うので、受動的な減衰器のしきい値電力レベルを２ワット以上に設定して、しきい値電力レベルがより低く設定された場合に１ワットの入力信号で生じるはずの歪みを無くしている。しきい値電力レベルが２ワットに設定された場合でも、制限器が「緩慢（ｓｏｆｔ）」にオンになるので、１ワットの入力信号に大きな歪みが加わる可能性がある。複雑な変調方式では、特に高い信号電力レベルで受動制限器によって生じる歪みの影響を受けるので、変調形式が複雑になるほど電力制限しきい値と歪みとの間のトレードオフが重要になる。
【０００４】
いくつかの制限器には、外部電圧によって設定される制限しきい値（すなわち、制限器が減衰させ始めるしきい値電力レベル）が設定されるものがある。そのような制限器の例は、集積回路（「ＩＣ」  ）として作成されてきた。所望の制限しきい値を提供するために適切な外部印加電圧を選択することによって、ＩＣ制限器を様々な用途に使用することができる。残念ながら、この方式の制限器も、大電力レベルの周波数領域用途に使用されるときには依然としてかなりの歪み与える。
【０００５】
これまで使用されてきたもう１つの技術は、能動な制限である。能動電力制限は、検出した入力電力レベルに従い外部制御電圧または電流によって制限器回路を作動させる方法である。能動的な電力制限器は、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）や他の基板上に分散された部品（例えば、制限器ＩＣやダイオード）を使用して作成されてきた。特定の例において、分散された制限器の１部分のダイオードに流れる電流を監視し、それを使用してＲＦ過電力状態を推測する。電流の検出によって得られる情報を使用して、機械継電器を開くスイッチを制御し、それにより下流の部品の破損を防ぐ。
【０００６】
能動制限器は、受動ダイオードＧａＡｓ  ＩＣ制限器とその後の表面実装技術（「ＳＭＴ」）パッケージのいくつかの受動ダイオードを使用する。ＳＭＴダイオードとＧａＡｓ  ＩＣ制限器はＰＣＢ上に取り付けられ、ＲＦ過電力状態とＥＳＤパルスを検出して制限し、また機械継電器を制御する。これらの部品は、最大５０ワットまでの電力から下流の回路を保護する。
【０００７】
しかしながら、この能動制限器は、多くの分散された部品のために物理的に大きい。この能動制限器の最大動作周波数は、主に機械継電器のために約６ＧＨｚである。さらに、この能動制限器が大電力信号を確実に制限するのは、機械継電器の接点が劣化するまでの限られた回数しかない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、より高い周波数で動作し、従来の能動制限器よりも物理的に小さく、またその電力制限状態に迅速にセットできる長寿命の能動制限器を提供することにある。
【０００９】
また、そのような能動制限器を搭載する集積回路を提供することも本発明の更なる目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の集積回路は、第１のＲＦポートと第２のＲＦポートを有する。制限器部分が、第１のＲＦポートと第２のＲＦポートの間に配置され、検出器部分が、入力信号の電力レベルを検出するように構成され、制限器部分に結合された第１のＲＦポートと第２のＲＦポートの間のＲＦ信号経路に結合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１Ａは、本発明の実施形態による能動制限器１００の回路図を示す。能動制限器１００は、ＩＣ１０３上に、制限器部分１０５を構成する複数のバイアス式スイッチ装置と共に一体化された検出器部分１０２を含む。この実施形態において、バイアス式スイッチ装置として、ＰＩＮダイオード、ショットキダイオード、改良型バリヤーダイオード（modified barrier diode)などのダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８が使用されている。代替の実施形態において、電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、光導電装置などの他のバイアス式スイッチ装置が使用される。ダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８は、高ＲＦ電力やＥＳＤ事象などの電気過負荷事象を、高減衰状態で高い信頼性で制限することができ、また多数回（一般に少なくとも数十億回）のホットスイッチ（すなわち、ＲＦ電力を印加している間の切り換え）が可能である。ＩＣ１０３は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）のチップ上に作成される。半絶縁性ガリウム砒素基板を使用して低損失５０オームの伝送線と超高速ダイオードを作成できるので、半絶縁性ガリウム砒素が特に望ましい。代替として、能動制限器１００は、シリコン、窒化ガリウムや他の半導体のチップ上に作成される。窒化シリコンは、良好な熱伝導性を有し、さらにいくつかの実施形態では大電力信号に耐える。
【００１２】
コンデンサ１２０、１２２は直流を遮断する。コンデンサ１２４、１２６は、ダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８への良好なオンチップＲＦアースを提供し、２つのコンデンサだけを示すが、さらに多数のコンデンサを使用することもできる。代替として、ダイオードのＲＦアースコンデンサのいくつかまたは全てが、ＩＣの外に配置され、チップコンデンサの使用を可能にするきわめて短いボンディングワイヤによってＩＣに接続される。チップコンデンサは、比較的安価で、高い容量値を提供し、ｍｍ2当たりのコストが高いＧａＡｓ  ＩＣ上のスペースを節約する。さらに他の代替の実施形態において、この装置の低周波性能を拡張できるように、必要に応じて、さらに大きい値の容量を提供する表面実装（「ＳＭＴ」）コンデンサが、コンデンサ間の適切な共振抑制抵抗器と共に、ＧａＡｓ  ＩＣにボンディングワイヤによって接続されたチップコンデンサと並列に追加される。代替として、ダイオードのＲＦ接地のために、オンチップコンデンサとオフチップコンデンサの組み合わせが使用される。
【００１３】
ダイオードは、１スタック当たり２つのダイオードの「スタック」で配列される。例えば、ダイオード１０４、１０６が、ダイオードスタックを構成する。代替の実施形態において、各スタックにさらに多い数または少ない数のダイオードがあり、代替の実施形態は、さらに多い数または少ない数のスタックを有する。インダクタ１２８、１３０、１３２は、オフ（逆バイアス）状態のダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８の容量と協力して特定の特性インピーダンスを有する伝送線を構成する。
【００１４】
この特性インピーダンスは、一般に、説明の都合上「ＲＦ入力ポート」と呼ぶ第１のＲＦポート１３４に結合された入力伝送線または装置（図示せず）の特性インピーダンスおよび／または説明の都合上「ＲＦ出力ポート」と呼ぶ第２のＲＦポート１３６に結合された出力伝送線または装置（図示せず）の特性インピーダンスに整合される。共通特性インピーダンスの例は５０オームである。ＲＦポート１３４、１３６は、ＲＦ電力が安全レベルにあるときにＲＦ電力の反射を防ぐようにインピーダンス整合される。
【００１５】
ＲＦ入力ポート１３４からＲＦ出力ポート１３６までの経路は、一般に、ＲＦ信号線やＲＦ信号経路と呼ばれる。「入力ポート」と「出力ポート」という用語は、単に説明の都合上使用される。例えば、ある応用例では、「入力」は信号発生器や他の信号源の出力に接続されることがあり、別の応用例では、「入力  」は受信器の入力に接続されることがある。制限器部分を通る信号経路のインピーダンスを変化させることによってダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８がオンにバイアスされたとき、ダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８が、制限器を通るＲＦ電力を制限する。一般に、より多くのダイオードスタックを追加することにより、制限器部分の電力操作特性と電力制限特性が向上する。
【００１６】
検出器１０２は、節点１４６（すなわち、制限器部分への入力）におけるＲＦ電力またはＥＳＤ電圧のレベルを監視するために逆並列対として配列された検出器ダイオード１３８、１４０を含む。ダイオード１３８、１４０を逆並列構成で配列することによって、普通ならＲＦ信号線（節点１４６）に戻される可能性のある偶数次ハーモニックスが相殺され、また制限器駆動回路１４７に送ることができる実効電圧が２倍になる。
【００１７】
「入力」１３４と制限器部分１０５の間のＲＦ電力／ＥＳＤ電圧を検出することにより、能動制限器１００に到達する電気過負荷事象が分かる。代替として、「出力」１３６と制限器部分１０５の間のＲＦ電力／ＥＳＤ電圧を検出してもよい。これにより、下流の装置に結合されている電力の示度が提供される。制限器部分がオンになる場合、前者の構成では、制限器が完全にオンになったままの場合に電力レベルが適切なレベルまで低下したかどうかが分からない。しかしながら、最初の過負荷事象の後で制限器部分が徐々に低減衰状態に変化する場合は、下流の装置の安全動作レベルを維持しながら連続する過負荷事象を検査することができる。したがって、各構成は特定の環境で利点を有し、能動制限器はどちらの向きで使用することもできる。ＧａＡｓ  ＩＣ内の担体移動度と組み合わされた短い線路長によって、きわめて高い周波数までＲＦ経路に沿った定在波の形成が回避されるので、単一ＩＣ上に検出器部分と制限器部分を一体化することによって、いくつかの実施形態によるＩＣをどちらの向きでも使用できるようになる。特定の実施形態においては、制限器は、前方から後方に対称的でない。換言すると、制限器ダイオードは、完全に交換可能とは言えない。そのような実施形態において、能動制限器は、一般に、特定の向きで取り付けられ、例えば、「入力」ポートは上流ポートである。
【００１８】
検出器１０２は制限器駆動回路１４７に結合された２つの検出器出力１３９、１４１を有し、制限器駆動信号１４９、１５１を生成し、制限器バイアス入力ポート１４５、１４８に結合する。代替の実施形態において、制限器部分の１つのポートは接地されるが、信号線は、制限器ダイオードをバイアスする全電圧の１／２に等しい直流成分を有し、一般に、直流成分が制限器部分から外に伝わるのを防ぐために追加のダイオードが追加される。制限器駆動信号１４９、１５１は、電気過負荷事象が検出されたときに制限器ダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８に順バイアスをかける。
【００１９】
例えば、制限器駆動回路は、ダイオードをオフ（低減衰状態）にするためにバイアス入力ポート１４５、１４８間に１５Ｖのバイアス電圧を提供し、ダイオードをオン（高減衰状態）にするためにバイアス入力ポート１４５、１４８の間に１ダイオード当たり０．６〜０．９Ｖのバイアス電圧を提供する。オンからオフへの切り換えはきわめて素早く行われ、これにより緩慢な制限が回避される。制限器部分を十分に高い電圧でオフにバイアスすることにより、検出器しきい値（すなわち、所望の大電力信号）より低い大電力ＲＦ信号がダイオードのバイアスポイントを大きく変化させることが回避される。これにより、制限器が活動状態になるまで、ＲＦ信号経路の安定したインピーダンスがより高いＲＦ信号レベルで提供される。
【００２０】
抵抗器１４２、１４４は分圧器を構成する。節点１４３の電圧は、検出器ダイオード１３８、１４０での信号レベルを決定する。抵抗器１４２、１４４の値は、検出器ダイオード１３８、１４０に送られる信号の強度が十分になるように選択され、その場合、電気過負荷事象では検出器ダイオード１３８、１４０が素早くオンになり、電力レベルが有効測定を行わなければならない最大非減衰ＲＦ電力レベルでは信号線に戻されて追加される歪みが無視できるほど低くなる。特定の実施形態において、約１ワットの電力レベルを有するＲＦ信号を測定する（すなわち、ＲＦ電力レベルが約１ワットを超えたときに減衰部分をオンにするために）ことが望ましく、抵抗器１４２、１４４の値は、信号線に戻されて追加される歪みが、その用途で許容される最大歪よりも小さくなるように選択される。
【００２１】
抵抗器１５０、１５２は、検出器ダイオード１３８、１４０の負荷とアースへの直流経路を提供する。抵抗器１５０、１５２は、抵抗器１４２、１４４と協力して、検出器ダイオード１３８、１４０の動作点を設定する。抵抗器１４２が高い抵抗を有する場合、抵抗器１４２は、また、検出器ダイオード１３８、１４０と節点１４６間に減衰を提供して、検出器ダイオード１３８、１４０に生じる歪みの信号線への結合を減少させる。コンデンサ１５４、１５６は、検出器ダイオード１３８、１４０に流れる交流電流のアースまでの低インピーダンス経路を提供する。
【００２２】
検出器部分１０２が、制限器部分１０５と一体化され、それにより電気過負荷事象の迅速な検出が達成されることが望ましい。例えば、ＩＣ型制限器の検出器から能動制限器までの帰還ループの線の長さをＰＣＢ型制限器よりも短くすることは、制限器をその高減衰状態に素早く設定する能力において大きな利点を有し、したがって、下流の回路が電気過負荷状態からより適切に保護される。また、ＰＣＢ型制限器は、そのＰＩＮダイオードの電流の流れ始めを使用して大電力ＲＦ信号を検出し、これにより高い信号レベルで歪みが追加される。
【００２３】
検出器部分と制限器部分の間の線路長を短く維持するもう１つの利点は、検出器部分と制限器部分の間の線路長が、それらの間の最高約２０ＧＨｚまたはそれ以上の周波数の定在波を維持するのに不十分になることであり、その結果、検出器によって監視される電圧は、制限器に印加される電圧と同じ電圧になる。受動的制限に依存せずに別個の検出器部分１０２を有することにより、ダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８を、第１のバイアス状態（例えば、高逆バイアス）から第２のバイアス状態（例えば、高順バイアス）に素早く切り替えることができる。
【００２４】
これと比較した場合、従来の受動制限器または外部設定制限器では、制限ダイオードは、ＲＦ電力レベルまたはＥＳＤ電圧がしきい値を超えたときにゆっくりとオンになり始め、ＲＦ電力レベルが十分に高くならない限り完全にはオンにならない。これにより、ＲＦ信号がしきい値よりも大きくダイオードがオンし始め完全にオンになるまでの間の制限が不完全になり歪を生じる。この動作領域は、一般に、「緩慢」な制限と呼ばれる。
【００２５】
しかしながら、本発明の実施形態による能動制限器は、安定した逆バイアス状態の制限器ダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８がインダクタ１２８、１３０、１３２と協力して所望の電力範囲にわたって特定の特性インピーダンスを有する正常動作する伝送線を構成するように動作する。これにより、制限器ダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６および１１８の動作（すなわち、バイアス）点を大幅に変化させずに信号経路に沿って比較的大電力のＲＦ信号を送ることができる。検出器部分１０２によって電気過負荷事象が検出された場合、制限器ダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８は、能動的に順バイアス状態に駆動され、信号経路のインピーダンスが変化し、電力が反射されその結果信号経路は出力ポート１３６に結合されない。これにより、受動制限器に生じる緩慢な制限状態、従って所望の大電力ＲＦ信号の歪みが回避される。
【００２６】
制限器駆動回路１４７は、差動増幅器１６０を含む。差動増幅器の２入力（すなわち、検出器出力１３９、１４１からの信号）の電圧が、電気過負荷事象を示すのに十分なほど相互に異なるとき、差動増幅器の出力１４９、１５１は、制限器ダイオード１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８を強く順バイアスし低インピーダンス状態に素早く切り換える。これにより、制限器部分１０５によってほとんどの入力信号が反射され、ＲＦ出力１３６に接続された回路または装置が保護され、この逆も同様である。
【００２７】
特定の実施形態において、過電力事象または過電圧事象が検出されたときに順バイアス（高減衰状態）を維持するために、制限器駆動回路や他の場所にラッチ（図示せず）が含まれる。そうでないと、反射された信号によって、制限器が作動したときに検出器に電圧ヌルが生じることがあり、これは、あたかも過電力状態が通過したかのように検出器に現われることになる。代替の実施形態において、制限器駆動回路は、検出器出力信号を基準電圧と比較する比較器である。基準電圧は、チップ外で生成され、特定の実施形態において、選択可能な電力レベルで制限器がオンになるようにユーザ選択可能である。
【００２８】
能動制限器１００は、制限器ダイオードを逆バイアスするように制限器駆動回路１４７を設定するユーザリセット信号によって低減衰状態に戻される。代替として、検出器は、能動制限器の出力にあり、制限器がオンになった後で、過負荷状態の時間を修正できる短い待ち状態が生じる。次に、制限器に対するバイアスは少しずつ変更され、減衰を徐々に小さくし過負荷の検査を続ける。制限器バイアスをその低損失状態に少しずつ変化させた後で過負荷が見つからない場合は、通常の測定を再開することができる。電気過負荷がまだ存在する場合は、プロセスを繰り返すこともでき、あるいは制限器をその高減衰バイアス状態のままにすることができる。第３の実施形態は、検出器部分１０２が第１のポート１３４から第２のポート１３６に伝わる信号を最初に検出するように、基本的に節点１４６に、方向性結合器やブリッジを提供するような方向性検出器を使用する。
【００２９】
制限器駆動回路１４７は、第２のＩＣまたは第２のＩＣの一部分であり、一般に、シリコンチップ上に作成される。ＲＦ過負荷状態によるマイクロ波半導体素子の破損は、接合破壊や他の電圧に関連する影響ではなく熱の影響によるものであることが多い。したがって、能動制限器の制限動作は、瞬時的なものである必要はなく、単に回路の下流部品の破壊的加熱を引き起こす前に大電力信号を減衰させるほど速さでよい。能動制限器が、大電力事象の初期部分で低減衰状態になる場合でも、特に応答時間がきわめて高速な装置を使用して単一ＩＣ上に検出器部分と制限器部分を一体化し、また高速駆動回路（例えば、制限器駆動回路１４７）を能動制限器ＩＣと物理的に近くすることによって、下流装置の破壊を回避するの十分に素早く能動制限器を高減衰状態に切り替えることができる。
【００３０】
第２のＩＣ上に制限器駆動回路１４７を設けることにより、能動制限器ＩＣ１０３の配置が簡素化される。ガリウム砒素は比較的高価であるが、シリコンＩＣに埋め込まれた差動増幅器と比較器は比較的安価である。一般に、ＧａＡｓ  ＩＣは機能性が高くなるほど歩留まりが低くなる。同様に、物理的に大きいＩＣほど１枚の基板当たりの装置数が少なくなる。代替として、オンチップ制限器駆動回路が提供される。
【００３１】
図１Ｂは、一体型差動増幅器１７２を備えた能動制限器１７０を示す。この能動制限器は、ガリウム砒素や他の半導体のチップ上にＩＣ１７３として作成される。検出器部分１７４と制限器部分１７５は、実質的に図１Ａに関して前に述べたように動作する。ＩＣ１７３上に差動増幅器１７２を組み込むことにより、少なくとも２つの理由のために、図１Ａの実施形態よりもさらに早いスイッチングが可能になる。第１に、差動増幅器をＳｉではなくガリウム砒素で作成すると、増幅器の動作が速くなる。第２に、検出器と制限器ダイオード間の電気経路がきわめて短く、普通なら応答を遅くする可能性のある寄生効果が回避される。代替の実施形態において、ＩＣ１７３上に差動増幅器ではなく比較器（図２の参照番号２６０を参照）が組み込まれる。電圧基準（図２のＶREFを参照）は、ＩＣ１７３の外で生成され、差動増幅器に結合される。特定の実施形態において、電圧基準はユーザ選択可能であり、これにより、ユーザは、下流部品により様々なしきい値レベルで電力を制限することができる。
【００３２】
図２は、本発明のもう１つの実施形態による検出器部分２０４の前にある一体化増幅器２０２を備えた能動制限器２００の回路図を示す。特定の実施形態において、増幅器２０２は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（「ＨＢＴ」）を利用した増幅器であり、検出器部分２０４は、逆並列対のダイオードを使用する。代替の実施形態において、ＧａＡｓ  ＩＣや他の半導体ＩＣに他のタイプの増幅器と検出器が使用される。
【００３３】
特定の実施形態において、増幅器２０２は、共通エミッタ構成のトランジスタを利用した増幅器である。エミッタ縮退は、一般に、トランジスタのベース端子に抵抗器２０６のＲＦインピーダンスより高いインピーダンスを与える。抵抗器２０６は、抵抗器２０８により抵抗器ブリッジを構成し、その結果、熱変動によるトランジスタの入力インピーダンスの変動は、抵抗器２０８と抵抗器２０６の分圧器比率にわずかな影響しか及ぼさない。これにより、検出された高周波電圧が所定の温度範囲にわたってより一定に維持される。
【００３４】
特定の実施形態において、増幅器２０２は、第２の利得段（図示せず）を含む。第２の利得段は、第１の利得段の出力に電圧利得を提供する。第２の利得段の出力は、比較的低いインピーダンスと比較的高い電圧振幅を提供する。したがって、第２の利得段は、いくつかの実施形態において、検出器装置が過電力状態または過電圧状態に素早く応答できるように検出器ダイオードや他の電力検出装置を（節点２１０にあるレベルに対して）高いレベルで駆動する。検出器出力は、能動制限器２００の制限器バイアスポート２１２、２１４にフィードバックされて、制限器ダイオードをその高減衰状態に素早く設定し出力ポート２１６から下流の回路を保護する。
【００３５】
特定の実施形態において、検出器出力２４６は、比較器２６０を含む制限器駆動回路２４７に結合される。比較器２６０は、検出器出力２４６を基準電圧ＶREFと比較して、過電圧事象または過電力事象が起きているか判定する。制限器駆動回路２４７は、制限器バイアスポート２１２、２１４に結合される制限器駆動信号を生成する。基準電圧ＶREFは、ＩＣ２０３の外部で生成され、比較器２６０に結合される。特定の実施形態において、電圧基準は、ユーザ選択可能であり、これにより、ユーザは、下流の部品により異なるしきい値レベルで電力を制限することができる。
【００３６】
トランジスタを利用した増幅器は、その利得を使用して、過電力事象または過電圧事象を示す測定可能信号を素早く提供するのに十分な振幅に検出器ダイオードを駆動することができる。抵抗器２０６、２０８によって構成された抵抗スプリッタからさらに小さい信号が得られ、この小さい信号によって、トランジスタのベース端子の非直線性による歪みが小さくなる。これにより、抵抗器２０８が大きな抵抗を有することができ、これにより、ＲＦ信号線にフィードバックされる前に歪みの成分が減少する。
【００３７】
図３は、本発明のもう１つの実施形態による能動制限器３００の回路図を示す。増幅器３０２、検出器３０４、および制限器駆動回路３４７が、ＧａＡｓ  ＩＣ３０３上に一体化されている。代替の実施形態において、他のタイプの半導体材料と基板が使用される。制限器駆動回路３４７は、検出器３０４の出力を、最大ＲＦ電力またはＥＳＤ電圧限界レベルを表す基準電圧ＶREFと比較する比較器３６０を含む。
【００３８】
制限器駆動回路３４７は、過電力事象または過電圧事象が生じ制限器部分３０５がオンになっていることを、機器表示パネルシステムコントローラまたは指示器ランプなどの他の端点に示す任意選択の過電力指示器出力信号ＤＥＴOUTを含む。特定の実施形態において、制限器部分３０５（および、過電力指示器出力信号）は、ユーザまたはシステムコントローラが制限器駆動回路３４７をリセットして制限器部分（および、過電力指示器出力信号）をオフにするまでオンにラッチされる。制限器をオンにラッチすると、過電力事象が終わったかのように検出器が解釈するヌル状態を作り出す入力電力と反射電力の加算（「位相合わせ（phasing）」）が防止される。
【００３９】
過電力指示器出力信号は、必要に応じて、図１Ａ、図１Ｂおよび図２の実施形態のような他の実施形態においても提供される。図１Ａと図２の実施形態のようないくつかの実施形態において、過電力指示器出力信号は、それぞれ制限器駆動回路１４７、２４７から提供されてもよく、あるいは例えばバッファを介してバイアス入力ポートに結合されてもよい。同様に、他の実施形態においても減衰器部分のラッチが提供される。
【００４０】
ＩＣ３０３上に検出器と制限器駆動回路を備える利点は、電気過負荷事象に応えるために、能動制限器が、より小さくかつ高速なことである。より高速の応答時間を有する能動制限器は、特に、きわめて破損しやすい下流装置を有する応用例において望ましい。
【００４１】
図４は、本発明のもう１つの実施形態による方向性結合器や方向性ブリッジなどのオンチップ方向性装置４０１を備えた能動制限器４００である。能動制限器４００は、ＧａＡｓ  ＩＣや他の半導体基板などのＩＣ４０３上に作成される。方向性装置４０１は、電力がＲＦ入力ポート４３４からＲＦ出力ポート４３６に流れる場合にＲＦ電力またはＥＳＤ事象を検出器部分４０４に結合するが、逆方向に流れるＲＦ電力は実質的に結合しない。検出器部分は、分圧器４０６の節点４０７に結合される。したがって、検出器部分４０４は方向性検出器として動作し、検出器出力４４６は、ＲＦ信号線に沿って各方向に流れる電力の瞬時合計ではなく、入力ポート４３４から出力ポート４３６に流れる電力を示す。これは、（例えば、制限器部分がオンのとき）制限器部分４０５から反射された電力が入力電力に追加され、検出器４０４が安全な入力状態と解釈するヌルを作り出すのを防ぐ。
【００４２】
図５は、本発明の実施形態による制限器回路を動作させる方法５００のフローチャートである。制限器回路は、ＲＦ信号がＲＦ入力ポートから制限器回路のＲＦ出力ポートに比較的小さい減衰で伝わることができるように、オフ状態に能動的にバイアスされた制限器部分に１つまたは複数のダイオードを有する（ステップ５０２）。ＩＣ上に制限器部分と共に一体化された検出器が、ＲＦ信号の過電力状態を検出したとき（ステップ５０４）、制限器駆動回路は、ＲＦ信号を減衰させるために１つまたは複数のダイオードをオン状態にバイアスする（ステップ５０６）。さらに他の実施形態において、制限器部分は、制限器駆動回路がリセットされるまでオン状態にバイアスされる。さらに他の実施形態において、制限器部分がオンにバイアスされるか過電力／過電圧状態が検出されたときに指示器信号が生成される。
【００４３】
実施形態は、小型ＩＣ内の能動制限器に最大２０ＧＨｚの優れた性能を提供する。いくつかの実施形態は、能動制限器を破損させることなく最大１０ワットの大電力ＲＦ信号と１０億回のＥＳＤ事象を制限することができる。検出器、制限器駆動回路（オンチップでもオフチップでもよい）、および制限器部分の組み合わせにより、制限器部分は、大電力またはＥＳＤ事象を検出したときに完全にオフ状態から完全にオン状態に遷移することができる。これは、望ましいＲＦ信号に普通なら歪みを引き起こす可能性のある緩慢な制限領域での動作を防ぎ、動作電力範囲全体にわたってＲＦ信号経路に安定したインピーダンスを提供する。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態を詳細に示したが、これらの実施形態に対する改良と適応は、添付の特許請求の範囲で説明するような本発明の範囲から逸脱することなく当業者に想起さることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】本発明の実施形態による能動制限器の回路図である。
【図１Ｂ】本発明のもう１つの実施形態による一体型差動増幅器とその後の検出器を備えた図１Ａの能動制限器の回路図を示す。
【図２】本発明のもう１つの実施形態による検出器の前に一体型増幅器を備えた能動制限器の回路図である。
【図３】本発明のもう１つの実施形態による能動制限器の回路図である。
【図４】本発明のもう１つの実施形態によるオンチップ方向性カプラまたはブリッジを備えた能動制限器の図である。
【図５】本発明の実施形態による制限器回路を作動させる方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１０２  検出器部分
１０３  集積回路
１０５  制限器部分
１３４  第１のＲＦポート
１３６  第２のＲＦポート
１４５  第１の制限器バイアス入力ポート
１４８  第２の制限器バイアス入力ポート
１０４  第１のダイオード
１１０  第２のダイオード
２０６  第１の抵抗器
２０８  第２の抵抗器
２１０  節点
２０２  増幅器
２４７  制限器駆動回路
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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