(57)【要約】【課題】本発明によれば、利得変化は殆どない、帯域幅を増加させる装置が提供される。【解決手段】帯域幅を拡張するための広帯域増幅装置は、入力信号を増幅するための第１及び第２増幅素子、バッファリング素子及び第１インダクティブバッファを含む。バッファリング素子は第１増幅素子と前記第２増幅素子との間に設けられ、出力信号の帯域幅を保持し、利得を増加し、バッファリングされた信号の一部を前記第１増幅素子に戻すことにより、前記第１増幅素子の出力信号をバッファリングする。第１インダクティブバッファは、バッファリング素子に接続されており、帯域幅を拡張すると共に、利得変化を殆ど示さないように、周波数が所定範囲内で増加するにつれて、入力インピーダンスを増加させる。【選択図】　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯域幅を拡張するための広帯域増幅装置であって、
入力信号を増幅するための第１及び第２増幅素子と、
前記第１増幅素子と前記第２増幅素子との間に設けられ、出力信号の帯域幅を保持し、利得を増加し、バッファリングされた信号の一部を前記第１増幅素子に戻すことにより、前記第１増幅素子の出力信号をバッファリングするためのバッファリング素子と、
前記バッファリング素子に接続されており、帯域幅を拡張すると共に、利得変化を殆ど示さないように、周波数が所定範囲内で増加するにつれて、入力インピーダンスを増加させるための第１インダクティブバッファとを具備する広帯域増幅装置。
【請求項２】
前記第１インダクティブバッファがインダクタである請求項１記載の広帯域増幅装置。
【請求項３】
前記第１インダクティブバッファが半導体チップ上に直接形成されるインダクタである請求項２記載の広帯域増幅装置。
【請求項４】
前記第１インダクティブバッファが半導体の外部のモジュールに接続されるストリップ線路インダクタである請求項３記載の広帯域増幅装置。
【請求項５】
前記バッファリング素子と第１インダクティブバッファとの間に接続されている、バイアス設計のためのバイアス素子を更に含む請求項４記載の広帯域増幅器。
【請求項６】
前記バイアス素子がトランジスタから形成される請求項５記載の広帯域増幅器。
【請求項７】
前記バイアス素子が抵抗から形成される請求項６記載の広帯域増幅器。
【請求項８】
前記第１増幅素子に接続されており、帯域幅を拡張させるための第２インダクティブバッファを更に含む請求項１記載の広帯域増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は広帯域増幅装置に関し、更に詳しくは、インダクティブバッファを用いて帯域幅を拡張するための広帯域増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、超高速データ通信技術、例えば、光ファイバを用いる光通信技術が急速に成長しており、これにより、データの伝送量に対する要求も高まっている。多くの量のデータを転送するためには、より広い帯域幅で作動する広帯域増幅器を実現することが必須である。このために、超高周波帯域で安定して作動することができる能動素子が開発される必要がある。しかし、このような新しい能動素子を開発するのに長い時間や高コストがかかるので、新しく開発された素子やそれ以外のものをどのように広帯域増幅器回路に設けるか、すなわち、新しく開発された素子が効率的に作動するように広帯域増幅器回路を設計する方法を改善することも重要である。
【０００３】
通常、シャントインダクタ方式が広帯域増幅器回路を設計するのに用いられている。
【０００４】
図１は、シャントインダクタ方式を採用する従来の広帯域増幅器１００の概略的な回路図で、従来の広帯域増幅器１００は、トランジスタＴＲ１０１乃至ＴＲ１０４、多数個の抵抗及びインダクタＬ１００を備える。３つのトランジスタＴＲ１０１乃至ＴＲ１０３は、それぞれ、第１増幅段、バッファ段、及び第２増幅段を形成する。バッファ段ＴＲ１０２をバイアスするために設計されるトランジスタＴＲ１０４は、特定の抵抗値を有する抵抗に代えることができる。また、それぞれの抵抗は、バイアス設計のための特定の抵抗値を有する。インダクタＬ１００は、ＴＲ１０１のコレクタに接続されて、広帯域増幅器１００の帯域幅が拡張できるようにする。
【０００５】
上述のシャントインダクタ方式によると、インダクタＬ１００とパッド（図示せず）の寄生コンデンサとの間に共振現象が発生する。共振現象は、帯域周波数が増加するにつれて従来の広帯域増幅器１００の負荷端のインピーダンスを増加させ、高周波数帯域における利得を増加し、ついに帯域幅を増加する。
【０００６】
しかし、シャントインダクタ方式は、利得増加及び帯域幅拡張と共に、増幅器の性能を劣化し得る相当な利得ピーキングを伴う。このような利得特性が図２に示されている。
【０００７】
図２は、通常の増幅器及びシャントインダクタ方式を採用する従来の広帯域増幅器１００の利得特性グラフを示し、グラフＧａは通常の増幅器の利得特性を示し、グラフＧｂは従来の広帯域増幅器１００の利得特性を示す。ｘ軸は周波数Ｈｚを示し、ｙ軸は伝送インピーダンス利得ｄＢΩを示す。
【０００８】
約５０ｄＢΩの伝送インピーダンスにおいて、従来の広帯域増幅器は、８．４ＧＨｚの帯域幅を有する通常の増幅器に比較して、より大きい１０．５ＧＨｚの有効帯域幅を有する。しかし、グラフからわかるように、これは２ｄＢΩ以上の相当な利得ピーキングを有する。データが処理される有効帯域幅内におけるこのような相当な利得変化は、後に接続される制限増幅器の最大許容入力電圧を超過して、作動エラーを起すことがある。
【０００９】
その故に、利得変化が殆どない、十分な帯域幅拡張を得るための帯域幅拡張方式が求められる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、利得変化が殆どない、帯域幅を拡張することができる増幅装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の実施の形態は、帯域幅を拡張するための広帯域増幅装置であって、入力信号を増幅するための第１及び第２増幅素子と、前記第１増幅素子と前記第２増幅素子との間に設けられ、出力信号の帯域幅を保持し、利得を増加し、バッファリングされた信号の一部を前記第１増幅素子に戻すことにより、前記第１増幅素子の出力信号をバッファリングするためのバッファリング素子と前記バッファリング素子に接続されており、帯域幅を拡張すると共に、利得変化を殆ど示さないように、周波数が所定範囲内で増加するにつれて入力インピーダンスを増加させるための第１インダクティブバッファとを含む広帯域増幅装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図３は、本発明の好適な一実施の形態によるインダクティブバッファ方式を採用する広帯域増幅器３００の概略的な回路図で、広帯域増幅器３００は、四つのトランジスタＴＲ３０１〜ＴＲ３０４、多数個の抵抗、及びインダクタＬ３００を備える。
【００１４】
トランジスタＴＲ３０１は、入力信号を増幅するための第１増幅段として共通エミッタ構造で構成される。第１増幅段ＴＲ３０１が十分な利得を提供することができない場合、他の増幅段、例えば、第２増幅段ＴＲ３０３が更に接続され得る。
【００１５】
トランジスタＴＲ３０２は、第１増幅段ＴＲ３０１と第２増幅段ＴＲ３０３との間に設けられる。この場合、トランジスタＴＲ３０２は、入力信号をバッファリングするためのバッファ段としての機能を行なう。すなわち、トランジスタＴＲ３０２は、前段、すなわち、第１増幅段ＴＲ３０１から出力される信号の帯域幅を保持すると共に、該当帯域幅内における利得を増加させる。更に、バッファ段Ｔ３０２は、バッファリングされた信号の一部を、抵抗Ｒ３０１を介して第１増幅段ＴＲ３０１の入力端に戻し、残りのバッファリングされた信号を第２増幅段ＴＲ３０３に転送する。
【００１６】
トランジスタＴＲ３０４は、バッファ段ＴＲ３０２に接続され、このバッファ段ＴＲ３０２をバイアスするためのバイアス段として作用する。バイアス段ＴＲ３０４は、特定の抵抗値を有する抵抗に代えることができる。
多数個の抵抗も、バイアス設計のために用いられており、それぞれの抵抗は特定の抵抗値を有する。
【００１７】
一方、インダクタＬ３００は、バイアス段ＴＲ３０４と抵抗Ｒ３００を介して、バッファ段ＴＲ３０２に接続される。インダクタＬ３００は、インダクティブバッファとして機能を行い、広帯域増幅器３００の帯域幅を拡張させる。
【００１８】
インダクティブバッファとしての機能を行なうインダクタＬ３００は、広帯域増幅器３００の顕著な利得増加及び効果的な帯域幅拡張を提供する。このために、インダクタの最適のインダクタンスは、インダクタのインダクタンスによって変わる利得増加及び帯域幅拡張をシミュレーションすることにより決定される。一方、一般的に、インダクタは半導体チップ上にかなり大きい面積を占め、これにより、インダクタを小さく実現することが好ましい。その故に、利得増加とインダクタの大きさとの間のトレードオフは、インダクタのインダクタンスを決定するとき考慮される必要がある。
【００１９】
インダクティブバッファとしての機能を行なうインダクタＬ３００は、半導体チップ上、またはチップの外部のモジュールに接続されているストリップ線路インダクタ上に直接形成され得る。
【００２０】
インダクタＬ３００が増幅器３００の帯域幅を拡張させる本発明のインダクティブバッファ方式によると、広帯域増幅器３００の入力インピーダンスは、周波数が増加するにつれて増加する。インピーダンス増加により、第１増幅段ＴＲ３０１の出力信号が、キルヒホッフの電圧法則によって、他の素子に比較してバッファ段ＴＲ３０２に、より多くの量が印加される。このような現象は、高周波帯域においてより著しくなり、高周波帯域における利得を増加させて帯域幅が拡張できるようにする。
【００２１】
図４は、本発明の好適な実施の形態による広帯域増幅器の上述した特性を示すシミュレーションの結果を示す。
【００２２】
図４において、グラフＩａは通常の増幅器の入力インピーダンスを示し、グラフＩｃは図３に示す広帯域増幅器のインピーダンスを示す。ｘ軸は周波数Ｈｚを示し、ｙ軸は入力インピーダンスΩを示す。このシミュレーションで用いられたインダクティブバッファとしての機能を行なうインダクタは、３ｎＨのインダクタンスを有する。
【００２３】
シミュレーションの結果からわかるように、１０ＧＨｚの周波数帯域幅において、本発明の広帯域増幅器３００の入力インピーダンスは、通常の増幅器に比べて６３Ωだけ増加する。このようなインピーダンス増加は、高周波数帯域における利得を増加させて、上述したように帯域幅を拡張させる。
【００２４】
更に、本発明のインダクティブバッファ方式を採用する広帯域増幅器３００は利得変化が殆どない。
【００２５】
図５は、図１に示す従来の広帯域増幅器１００及び図３に示す広帯域増幅器３００の利得特性グラフを示し、グラフＧｂは従来の広帯域増幅器１００の利得特性グラフ、グラフＧｃは広帯域増幅器３００の利得特性グラフである。ｘ軸は周波数Ｈｚを示し、ｙ軸は伝送インピーダンス利得ｄＢΩを示す。
【００２６】
約５０ｄＢΩの伝送インピーダンス利得において、従来の広帯域増幅器１００は、１０．５ＧＨｚの帯域幅内で２．１ｄＢΩのオーバーシュートを生成する。しかし、広帯域増幅器３００は、同一の１０．５ＧＨｚの帯域幅内で比較的に均一の利得を表す。すなわち、本発明のインダクティブバッファ方式を採用する広帯域増幅器３００は、帯域幅を拡張すると共に、利得変化を殆ど発生しない。
本発明のインダクタＬ３００をバイアス段ＴＲ３０４に提供しさえすれば、従来の技術の増幅器１００のインダクタＬ１００の存在はあまり重要ではない。言いかえれば、インダクタＬ１００は、本発明の広帯域増幅器３００の動作に実質的に影響を及ぼさず、第１増幅段ＴＲ３０１に実現され得る。
【００２７】
さらに、本発明は超高速光通信システムの送受信機のみならず、様々な超高周波回路、すなわち、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、広帯域無線通信網などのような通信サービスに用いられる送受信機の増幅器にも効果的に応用できる。
【００２８】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００２９】
【発明の効果】
超高周波用素子の開発には多くの時間や費用がかかる。しかし、本発明によれば、急激な利得変化なしに回路の帯域幅を増加することができ、特に、高周波帯域で利得を改善し、ついに帯域幅を増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シャントインダクタ方式を採用する従来の広帯域増幅器の概略的な回路図である。
【図２】通常の増幅器及び図１に示す従来の広帯域増幅器の利得特性グラフである。
【図３】本発明の好適な実施の形態による広帯域増幅器の概略的な回路図である。
【図４】通常の増幅器及び図３に示す本発明の広帯域増幅器の入力インピーダンスを示す。
【図５】図１に示す従来の広帯域増幅器及び図３に示す本発明の広帯域増幅器の伝送インピーダンスを示す特性グラフを示す。
【符号の説明】
ＴＲ１０１、ＴＲ１０３、ＴＲ３０１、ＴＲ３０３…増幅用トランジスタ、ＴＲ１０２、ＴＲ３０２、ＴＲ３０４…バッファ用トランジスタ、ＴＲ１０４…バイアス用トランジスタ、Ｌ１００…インダクタ、Ｌ３００…インダクティブバッファ。
【図１】
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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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