(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力伝送ライン、出力伝送ライン、および連続して、かつ互いに並列に配列される複数の増幅段を備える分布増幅器であって：
前記入力伝送ラインがこの分布増幅器の入力を形成し、これと関連する特性インピーダンスを持ち；
前記出力伝送ラインがこの分布増幅器の出力を形成し、これと関連する特性インピーダンスを持ち；
前記複数の増幅段の少なくとも１つのサブセットの各々が入力と出力を備え、このサブセット内の各増幅段の入力が入力伝送ラインに作動的に結合され、このサブセット内の各増幅段の出力が出力伝送ラインに作動的に結合され、このサブセット内の各増幅段がそれと関連する相互コンダクタンスを持ち、この相互コンダクタンスが各増幅段内に各増幅段の対応する入力の所の入力信号の減衰を実質的に補償する利得を生成するように作動的に構成されるように、各増幅段における静止電流が変化させられ前記複数の増幅段の少なくとも１つが、それと関連する相互コンダクタンスであって、一連の前記複数の増幅段のうちの前の増幅段と関連する相互コンダクタンスよりも大きな相互コンダクタンスをもっていることを特徴とする分布増幅器。
【請求項２】
分布増幅器内の個々の増幅段がそれと関連する相互コンダクタンスを持ち、この相互コンダクタンスがその増幅段内にその増幅段の対応する入力の所の入力信号の減衰を実質的に補償する利得を生成するように作動的に構成されることを特徴とする請求項１記載の分布増幅器。
【請求項３】
さらに複数のコイルを備え、各コイルが２つの隣接する増幅段の入力の間で入力伝送ラインと直列に作動的に結合され、さらに２つの隣接する増幅段の出力の間で出力伝送ラインと直列に作動的に結合されることを特徴とする請求項１記載の分布増幅器。
【請求項４】
前記複数のコイルの少なくとも一つが、（ｉ）対応する増幅段の入力容量、および、（ｉｉ）対応する増幅段の出力容量のうちの少なくとも一つに実質的に整合されたインダクタンスを持つように作動的に構成されることを特徴とする請求項３記載の分布増幅器。
【請求項５】
前記サブセット内の各増幅段の相互コンダクタンスが、(ｉ)対応する増幅段内の少なくとも一つのトランジスタの幅対長さ（Ｗ／Ｌ）比；(ｉｉ)対応する増幅段内の少なくとも一つのトランジスタのエミッタエリア；或いは（ｉｉｉ)対応する増幅段内の少なくとも一つのトランジスタ内の電流を選択的に調節することで構成されることを特徴とする請求項１記載の分布増幅器。
【請求項６】
前記複数の増幅段の少なくとも一つの増幅段は、この少なくとも一つの増幅段の利得がこの少なくとも一つの増幅段の出力の所の出力伝送ライン上の出力信号の減衰を実質的に補償するように作動的に構成されることを特徴とする請求項１記載の分布増幅器。
【請求項７】
連続して、かつ互いに並列に配列される複数の増幅段を含む分布増幅器を形成する方法であって、これら増幅段の少なくともあるサブセットの各々がこれと関連する相互コンダクタンスを持ち、このサブセット内の各増幅段の入力が入力伝送ラインに作動的に結合され、このサブセット内の各増幅段の出力が出力伝送ラインに作動的に結合され、この方法が：
このサブセット内の各増幅段の対応する入力の所の入力信号の減衰を決定するステップ；および
このサブセット内の増幅段の相互コンダクタンスを、このサブセット内の各増幅段の利得がその増幅段の対応する入力の所の入力伝送ライン上の入力信号の減衰を実質的に補償するように選択し、選択された相互コンダクタンスが当該補償を行うよう作動的に構成されるように該サブセット内の各増幅段における静止電流を変化させるステップであって、前記複数の増幅段の少なくとも１つが、それと関連する相互コンダクタンスであって、連続した前記複数の増幅段のうちの前の増幅段と関連する相互コンダクタンスよりも大きな相互コンダクタンスをもっているステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
さらに、前記複数の増幅段の少なくとも一つの増幅段の相互コンダクタンスを、この少なくとも一つの増幅段の利得がこの少なくとも一つの増幅段の対応する出力の所の出力伝送ライン上の出力信号の減衰を実質的に補償するように選択するステップを含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
さらに：
前記入力伝送ラインを、この入力伝送ラインの特性インピーダンスが前記複数の増幅段の少なくとも一つと関連する入力容量を実質的に補償するように構成するステップを含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一つの分布増幅器を備える集積回路であって、この少なくとも一つの分布増幅器が入力伝送ライン、出力伝送ライン、および連続して、かつ互いに並列に配列される複数の増幅段を備え：
前記入力伝送ラインがこの分布増幅器の入力を形成し、これと関連する特性インピーダンスを持ち；
前記出力伝送ラインがこの分布増幅器の出力を形成し、これと関連する特性インピーダンスを持ち；
前記複数の増幅段の各々が入力と出力を持ち、各増幅段の入力が入力伝送ラインに作動的に結合され、各増幅段の出力が出力伝送ラインに作動的に結合され、これら複数の増幅段の少なくともあるサブセット内の各増幅段がそれと関連する相互コンダクタンスを持ち、この相互コンダクタンスがその増幅段内にその増幅段の対応する入力の所の入力信号の減衰を実質的に補償する利得を生成するように作動的に構成するように該各増幅段における静止電流が変化させられ、前記複数の増幅段の少なくとも１つが、それと関連する相互コンダクタンスであって、一連の前記複数の増幅段のうちの前の増幅段と関連する相互コンダクタンスよりも大きな相互コンダクタンスをもっていることを特徴とする集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には分布増幅器、より詳細には、分布増幅器内の静止電流を比例して増加させることなく、分布増幅器内の総合利得を増加させるための技法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分布増幅器は当分野において周知である。これら分布増幅器は通常は複数の基本増幅段を備え、これらが入力伝送ラインと出力伝送ラインの間にこれら基本増幅段の出力が結果としての増幅された信号を生成するようなやり方にて接続される。
【０００３】
分布増幅器内の基本増幅段の各々は、これら増幅段の入力および出力インピーダンスに影響を及ぼす殆どは容量性のリアクタンスを含む。適正に設計された分布増幅器は、これらリアクタンスが電力の伝達に動作の所望周波数レンジにおいて及ぼす影響を最小化するために、これらを補償する。従来は、これは、入力および出力伝送ラインに結合された補償ネットワークを設けることで達成された。これら補償ネットワークは典型的にはこれらの長手方向に沿ってインダクタンス（ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｓ）と容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓ）の両方を、特定の特性インピーダンスを持つ短な伝送ラインにみえるようやり方にて、挿入することで達成された。
【０００４】
インダクタンスにて分離された場合、集中型か分布型かに関係なく、各増幅段の入力容量は伝送ライン全体の特性インピーダンスを決定する。従来の分布増幅器アーキテクチャ（ｄｉｓｔｉｂｕｔｅｄ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ）と関連する一つの問題は、信号が入力伝送ラインを下流方向に伝搬するにつれてこれが減衰され、このため各一連の増幅段に入力された電力が著しく低減されることである。この問題は出力伝送ライン上でも発生するが、これはこれら信号は各増幅段の相互コンダクタンスにて増幅されるために通常はそれほど重大な問題とはならない。ある与えられた数の増幅段に対して、入力電力の減衰は分布増幅器から得られる総出力電力および利得を劣化させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
入力電力の減衰を低減するための従来の技法には、追加の増幅段を分布増幅器に結合するやり方が含まれる。ただし、このアプローチには、入力信号の減衰のために、収益逓減点（ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｄｉｍｉｎｉｓｈｉｎｇ  ｒｅｔｕｒｎｓ）が存在する。さらに、追加の増幅段を使用すると、分布増幅器のサイズおよび電力消費の両方が増加する。分布増幅器の総利得を増加するためのもう一つの従来のアプローチにおいては、伝送ライン上の最悪の場合の損失を補償するために各増幅段の相互コンダクタンスが一様に増加される。ただし、増幅段の相互コンダクタンスを一様に増加するためには、通常は分布増幅器の各増幅段の一つあるいは複数のトランジスタのサイズを増加することが必要となり、このアプローチでは周波数応答が著しく劣化し、分布増幅器内の静止（零入力）電流が不当に増加する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、分布増幅器内の静止電流を比例して増加することおよび／あるいは周波数応答に目立って劣化させることなく、分布増幅器内の出力トランス（伝達）インピーダンス（ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を効率的に改善するためおよび／あるいは総合利得を効率的に増加させるための技法を提供する。さらに、これら性能の向上は分布増幅器のサイズを大幅に増加することなく達成される。
【０００７】
本発明の一面によると、改善された出力トランス（伝達）インピーダンスを持つ分布増幅器は、入力伝送ラインと出力伝送ラインの間に接続された複数の増幅段を備える。これら増幅段の少なくともサブセットの各々は、これと関連する相互コンダクタンスを持ち、この相互コンダクタンスはその増幅段内に入力伝送ラインおよび／あるいは出力伝送ライン上の入力信号の減衰を実質的に補償する利得を生成するように構成（調節）される。こうして、このサブセット内の各一連の増幅段の相互コンダクタンスは、各増幅段の入力の所の入力ラインの損失に従って増加される。こうして、このサブセットの各増幅段は、入力伝送ラインの損失を補償するように個別に構成される。本発明の一つの好ましい実施例においては、分布増幅器内の各増幅段は、入力伝送ラインおよび／あるいは出力伝送ライン上の対応する入力および／あるいは出力の所の入力信号の減衰を実質的に補償する相互コンダクタンスを持つように構成される。
【０００８】
本発明のもう一面によると、複数の増幅段を備える分布増幅器を形成するための方法が提供される。これら増幅段の各々は、それと関連する相互コンダクタンスを持ち、入力と出力を備え、これら複数の増幅段の入力は入力伝送ラインに接続され、これら増幅段の出力は出力伝送ラインに接続される。この方法は：これら複数の増幅段の少なくともサブセットの各出力の所の入力信号の減衰を決定するステップ；およびこのサブセット内の各増幅段の相互コンダクタンスをこのサブセット内のこれら複数の増幅段の各々の利得がこれら増幅段の対応する入力の所での入力伝送ライン上の入力信号の減衰を実質的に補償するように選択するステップを含む。
【０００９】
本発明のこれらおよびその他の特徴および長所が本発明の実施例の以下の詳細な説明を付属の図面との関連で読むことで一層明らかになるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明が例えば光受信機前置用途に用いられる一例としての４段分布増幅器回路との関連で説明される。ただし、本発明はこのあるいは任意の特定の分布増幅器アーキテクチャもしくは用途に制限されるものではなく、本発明はより一般的に、分布増幅器内の静止（零入力）電流（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を比例して増加させることなく、分布増幅器のトランス（伝達）インピーダンス（ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ）および／あるいは利得を改善することが要望される任意の適当な分布増幅器アーキテクチャに適用することができる。さらに、ここで説明される発明はある特定の半導体製造プロセスに制限されるものではなく、これらに限られるものではないが金属−酸化物−半導体（ＭＯＳ）、バイポーラおよび金属−半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ-ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＭＥＳＦＥＴ）技術を含むプロセスにも適用できるものである。ここで用いられる「増幅器（ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）」なる用語は本質的に回路に加えられる入力信号に１以上の所定の利得を乗算するための回路を指す。
【００１１】
図１は本発明の一面に従って構成された一例としての分布増幅器１００を示す略図である。分布増幅器１００は、複数の増幅段１２０、１３０、１４０および１５０を備え、各増幅器は入力と出力を持つ。説明の分布増幅器１００は４つの増幅段を持つように示されるが、本発明の範囲内で、ここに説明される技法に従って任意の数の増幅段を用いることができるものである。
【００１２】
この分布増幅器１００においては、入力信号は分布増幅器の入力ＩＮを通じて受信される。分布増幅器１００は、入力ＩＮにおいて測定されたときの入力インピーダンスＺＩＮを持ち、こうすることで分布増幅器をインピーダンスＺＩＮと実質的に等しい特性インピーダンスを持つ外部入力伝送ライン（図示せず）あるいはインピーダンスＺＩＮと実質的に等しい出力インピーダンスを持つ先行する回路もしくは段（図示せず）と接続することが可能にされる。入力インピーダンスは、例えば、分布増幅器１００を標準の５０オーム伝送ラインと接続できるようにするために５０オームのオーダとされるが、ただし、入力インピーダンスZＩＮは、分布増幅器１００に接続される伝送ラインもしくは回路によって要求される任意の値とすることができる。
【００１３】
分布増幅器１００内においては、同様にして、出力信号が分布増幅器１００の出力ＯＵＴの所に生成される。分布増幅器１００は、これと関連して出力ＯＵＴの所で測定されたときの出力インピーダンスＺＯＵＴを持ち、こうすることで分布増幅器をインピーダンスＺＯＵＴと実質的に等しい特性インピーダンスを持つ外部出力伝送ライン（図示せず）あるいはインピーダンスＺＯＵＴと実質的に等しい入力インピーダンスを持つ後続の回路もしくは段（図示せず）と接続できるようにされる。出力インピーダンスは、例えば、分布増幅器１００を標準の５０オーム伝送ラインと接続できるようにするために５０オームのオーダとされるが、ただし、出力インピーダンスＺＯＵＴは、分布増幅器１００に接続される伝送ラインもしくは回路によって要求される任意の値に構成できる。
【００１４】
分布増幅器１００の増幅段１２０、１３０、１４０、１５０は、入力伝送ライン１０２上の各ノードあるいはタップと出力伝送ライン１０４上の対応するノードとの間に接続される。例えば、説明の分布増幅器１００においては、増幅段１２０の入力はノードＴＡＰ１の所で入力伝送ラインに接続され、増幅段１２０の出力はノード１２２の所で出力伝送ラインに接続される。同様にして、増幅段１３０の入力はノードＴＡＰ２の所で入力伝送ラインに接続され、増幅段１３０の出力はノード１２４の所で出力伝送ラインに接続され、増幅段１４０の入力はノードＴＡＰ３の所で入力伝送ラインに接続され、増幅段１４０の出力はノード１２６の所で出力伝送ラインに接続され、そして、増幅段１５０の入力はノードＴＡＰ４の所で入力伝送ラインに接続され、増幅段１５０の出力はノード１２８の所で出力伝送ラインに接続される。
【００１５】
入力伝送ライン１０２と出力伝送ライン１０４は、好ましくは、高周波動作（例えば、７５ギガヘルツ（ＧＨｚ）に適する同一平面構造（ｃｏ−ｐｌａｎａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）として形成される。入力伝送ライン１０２と出力伝送ライン１０４は、両方とも、それと関連する各々のラインインピーダンスを持つ。本発明から逸脱することなく、伝送ラインを実現するための代替構造、例えば、各々が必要に応じて選択的に調節することができる関連するある特性インピーダンスを持つら旋コイルおよび導体バスなどを用いることもできる。図１から明らかなように、伝送ライン１０２、１０４は、これら複数の増幅段の対応する入力あるいは対応する出力間に接続された分布直列コイルを備え、コイルＬ１、Ｌ２およびＬ３は出力伝送ライン１０４に対応し、コイルＬ４、Ｌ５およびＬ６は入力伝送ライン１０２に対応する。より詳細には、説明の分布増幅器においては、コイルＬ４は増幅段１２０と１３０の入力の間に、それぞれ、ノードＴＡＰ１とＴＡＰ２の所で接続され、コイルL1は増幅段１２０と１３０の出力の間に、それぞれ、ノード１２２と１２４の所で接続される。同様にして、コイルL5は増幅段１３０と１４０の入力の間に、それぞれ、ノードＴＡＰ２とＴＡＰ３の所で接続され、コイルＬ２は、それぞれ、増幅段１３０と１４０の出力の間にノード１２４と１２６の所で接続される。コイルＬ６は増幅段１４０と１５０の入力の間に、それぞれ、ノードＴＡＰ３とＴＡＰ４の所で接続され、コイルＬ３は増幅段１４０と１５０の出力の間に、それぞれ、ノード１２６と１２８の所で接続される。
【００１６】
これら直列コイルＬ１〜Ｌ６は純粋に誘導性のインピーダンスとして示されるが、これらインピーダンスの各々はより正確には対応するコイルＬと直列に接続されたライン抵抗Ｒ（図示せず）、およびコイルとアースとの間に接続された分路容量Ｃ（図示せず）を含み、これらも伝送ライン１０２、１０４に沿っての信号の減衰に寄与する。ただし、この分路ラインの容量は、複数の増幅段の各々と関連する入力容量や出力容量と比較すると、無視できるほど小さい。これら直列のＲ-Ｌと分路容量Cの表現は典型的な伝送ラインのモデルを良く近似し、このため本発明の目的に対してはそのように扱われる。これらラインの特性インピーダンスは、必要に応じて、例えば、増幅段の入力および／あるいは出力容量を補償するために、伝送ライン１０２、１０４内の直列インダクタンスを変化させることで調節することができる。ただし、これら伝送ラインと関連する直列抵抗は簡単には除去することができず、従って、分布増幅器１００はこの直列抵抗に対応する信号の損失を補償するように構成される必要がある。
【００１７】
入力伝送ライン１０２は、好ましくは、入力伝送ラインに接続された入力終端インピーダンス１６０を備える。より詳細には、入力終端インピーダンス１６０は、ノードＴＡＰ４の所の最終増幅段１５０への入力とアースであり得る負の電圧源との間に接続される。入力終端インピーダンス１６０の値は、好ましくは、入力伝送ライン１０２のインピーダンス、典型的には約５０オームと実質的に一致するように選択される。同様に、出力伝送ライン１０４は、好ましくは、出力伝送ラインに接続されたバック終端インピーダンス１１０を備える。より詳細には、バック終端インピーダンス１１０は、ノード１２２の所の第一の増幅段の出力とアースとの間に接続される。バック終端インピーダンスの値は、好ましくは、出力伝送ライン１０４のインピーダンス、これも典型的には約５０オームと実質的に一致するように選択される。当業者においては理解できるように、これら入力およびバック終端インピーダンスは、各々の終端点における各々の終端ラインの所望の特性インピーダンスが達成されるように、必要に応じて、純粋にリアクタンス性（誘導性および／あるいは容量性）のインピーダンスとすることも、純粋に抵抗性のインピーダンスとすることも、あるいは抵抗性とリアクタンス性のインピーダンスを組合せて用いることもできる。さらに、図１に示すように、分布増幅器１００の出力ＯＵＴとアースの間にはＲＬＯＡＤとして表される負荷インピーダンスが接続される。
【００１８】
分布増幅器１００を構成する増幅段１２０、１３０、１４０、１５０は、好ましくは、相互コンダクタンス（ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）を用いて実現され、各相互コンダクタンス段は、それらと関連して、各々、ｇｍ１、ｇｍ２、ｇｍ３およびｇｍ４なる所定の相互コンダクタンスを持つ。本発明と共に用いるのに適する増幅段の詳細については、例えば、Ｐａｕａｌ  Ｒ．Ｇｒａｙらによるテキスト「Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ＡｎａｌｏｇＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ（アナログ集積回路の解析および設計）」，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ  （２００１）、およびＡｌａｎＢ．Ｇｒｅｂｅｎｅによるテキスト「Ｂｉｐｏｌａｒ  ａｎｄ  ＭＯＳ  Ａｎａｌｏｇ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｄｅｓｉｇｎ（バイポーラおよびＭＯＳアナログ集積回路の設計）」，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ  （１９８４）において詳しく説明されてる。このため、増幅段の詳細な説明はここでは割愛するが、詳しくはこれらを参照されたい。
【００１９】
理想的な分布増幅器内の各増幅段は、典型的には同一であり、このため理想的な分布増幅器内の各増幅段と関連する相互コンダクタンス（ｇｍ）は同一となる。各増幅段に対する相互コンダクタンスは、好ましくは、各増幅段の利得がその分布増幅器に対する所望の利得Ａを増幅段の数ｎで割った値と等しくなるように選択される。ここで、ｎは１以上の整数を表す。こうして、従来の分布増幅器によって生成される出力信号は、以下のように近似できる：
出力信号＝ｇｍ×増幅段の数×負荷インピーダンス（ＲＬＯＡＤ）×入力信号
【００２０】
前述のように、分布増幅器１００内の伝送ライン１０２、１０４と関連し、分布信号損失（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｓｉｇｎａｌ  ｌｏｓｓ）が存在する。この損失は、入力信号が伝送ラインに沿って分布増幅器の入力ＩＮから出力ＯＵＴに向かって伝搬するにつれて増加する。このため、各増幅段の実際の利得は、補償が採用されない場合は、段当たりの理想的な利得Ａ／ｎより小さくなる。図２は、一例としての６段分布増幅器に対する入力信号の減衰を示す。波形２１０は第一の増幅段に入力されるタップＴ１の所の入力信号を表し、波形２２０は第二の段に入力されるタップＴ２の所の入力信号を表し、波形２３０は第三の段に入力されるタップＴ３の所の入力信号を表し、波形２４０は第四の段に入力されるタップＴ４の所の入力信号を表し、波形２５０は第五の段に入力されるタップＴ５の所の入力信号を表し、波形２６０は第六の段に入力されるタップＴ６の所の入力信号を表す。図２には、入力伝送ラインに沿っての各タップＴ１〜Ｔ６の所の入力信号のタップT1に対する相対的な振幅（大きさ）も示される。例えば、タップＴ２の所では入力信号は０．８６１２に減衰され、タップＴ６の所では入力信号はほとんど半分に、すなわち、０．５０６に減衰される。
【００２１】
再び図１に戻り、本発明によると、分布増幅器１００内の各増幅段１２０、１３０、１４０、１５０の相互コンダクタンスは、各損失を補償するために、入力伝送ライン１０２上の入力信号の、各増幅段の入力の所で測定されたときの減衰と実質的に整合される。こうして、分布増幅器１００の入力ＩＮに対して、入力伝送ラインを下る各増幅段は次々と、好ましくは、前の増幅段の相互コンダクタンスより大きな相互コンダクタンス、つまり、ｇｍ１＜ｇｍ２＜ｇｍ３＜ｇｍ４を持つ。こうして、本発明による分布増幅器１００はテーパード相互コンダクタンスアーキテクチャ（ｔａｐｅｒｅｄ  ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）を持つものとみなすことができる。
【００２２】
本発明によると、各増幅段の相互コンダクタンスを出力伝送ライン１０４上の信号減衰を補償するために調節することもできるが、出力伝送ラインと関連する損失は、通常は、出力信号の損失は特定の増幅段の入力に帰還されるときその増幅段の利得にて割られるために、入力伝送ライン１０２と比較してかなり小さい。このため、以下では、説明を簡単にするために、分布増幅器１００内の増幅段の相互コンダクタンスは入力信号の減衰を補償するためにのみ調節されるものと想定される。
【００２３】
それぞれ、増幅段１２０、１３０、１４０、１５０に対応する相互コンダクタンスｇｍ１、ｇｍ２、ｇｍ３、ｇｍ４が互いに同一であることは考えにくく、このため出力信号の利得はより適切には上述の式の変形を用いて決定される。より具体的には、分布増幅器１００によって出力ＯＵＴの所に生成される出力信号は、以下のように近似される：
出力信号＝ｇｍ１×ｇｍ２×ｇｍ３×ｇｍ４×負荷インピーダンス（ＲＬＯＡＤ）×入力信号
【００２４】
分布増幅器１００内にこれより少数の増幅段が用いられる場合は、これら余分な段の相互コンダクタンスは上述の式から省かれ、同様に、より多くの増幅段が用いられる場合は、これら追加の段の相互コンダクタンスが上述の式内に追加される。
【００２５】
前述のように、各増幅段の相互コンダクタンスは、各増幅段内にその増幅段の入力の所で測定されたときの入力信号の減衰を実質的に補償する利得を生成するように選択される。好ましくは、分布増幅器１００の入力ＩＮに最も近い第一の増幅段１２０の相互コンダクタンスｇｍ１が、続く増幅段１３０、１４０、１５０の相互コンダクタンスｇｍ２、ｇｍ３、ｇｍ４を計算するための基準として用いられる。第一の増幅段１２０の相互コンダクタンスｇｍ１は、好ましくは、第一の増幅段の利得が実質的に所望の利得Ａを説明の分布増幅器１００では４とされる増幅段の総数にて割った値と実質的に等しくなるように選択されるが、ただし、任意の所定の相互コンダクタンスを選択することもできる。第一の増幅段１２０への入力ＴＡＰ１の所では本質的に入力信号の損失は存在しないため、第一の段の相互コンダクタンスは入力信号の損失を補償するための調節は必要とされない。こうして、増幅段の利得は相互コンダクタンスと正比例するために、第一の増幅段１２０の相互コンダクタンスは以下のように決定される：
【数１】
0004422402.tif 000002
【００２６】
第二の増幅段１３０の入力ＴＡＰ２の所の入力信号の減衰は、ノードＴＡＰ２の所の信号の大きさをノードＴＡＰ１の所の信号の大きさで割った比として決定される。この減衰値は１より小さい。入力伝送ライン１０２に沿っての各々のノードの所の入力信号の相対的な大きさは、例えば、当業者において周知の従来のネットワーク解析技法あるいはネットワークシミュレーション結果を用いて決定することができる。解は典型的な電圧分割問題と一貫したやり方にて決定することができる。いったんこの減衰値が決定されると、第二の増幅段１３０の相互コンダクタンスが、これに従って、好ましくは、入力信号の減衰が実質的に補償されるように増加される。こうして、分布増幅器１００内の第二の増幅段１３０の相互コンダクタンスｇｍ２は好ましくは以下のように決定される：
【数２】
0004422402.tif 000003
ここで、Ｔ２はノードＴＡＰ２の所の入力信号の減衰を表す。残りの増幅段１４０、１５０の相互コンダクタンスも類似に以下のように決定される：
【数３】
0004422402.tif 000004
ここで、Ｔ３とＴ４は、それぞれ、ノードＴＡＰ３とＴＡＰ４の所の入力信号の減衰を表す。
【００２７】
分布増幅器１００内に金属−酸化物−半導体（ＭＯＳ）デバイスが採用されるものと想定すると、ある特定の増幅段の相互コンダクタンスは、例えば、その増幅段を構成する一つあるいは複数の入力トランジスタの幅Ｗを、それら入力トランジスタの長さＬは一定に保ちながら、変化させ、これによって特定のトランジスタのＷ／Ｌ比を増加させることで選択的に調節することができる。こうして、ある与えられた増幅段内の入力トランジスタの幅を増加させると、その段の相互コンダクタンスは比例的に増加する。増幅段の相互コンダクタンスは、他の適当な技法を用いて、例えば、その増幅段を構成する入力トランジスタ内の静止電流を変化させることによっても調節することができる。前述のように、本発明の技法はＭＯＳ製造プロセスに制限されるものではなく、本発明は、これに限定されるものではないが、例えば、バイポーラおよびＭＥＳＦＥＴプロセス技術を含む他の半導体プロセスにおいて用いることもできる。例えば、バイポーラプロセスにおいては、入力トランジスタの相互コンダクタンスは概ねＩｃ／Ｖｔにて近似することができ、ここでＩｃはトランジスタ内のコレクタ電流を表し、Ｖｔはトランジスタの熱電圧を表し、後者は典型的には３００度ケルビン（Ｋ）において約２６ミリボルト（ｍＶ）である。従って、バイポーラプロセスにおいては、相互コンダクタンスは、例えば、当業者においては理解できるように、トランジスタ内のコレクタ電流Ｉｃあるいはトランジスタのエミッタ領域を変化させることで選択的に調節することができる。
【００２８】
本発明のこれら技法によると、各増幅段の相互コンダクタンスは、好ましくは、各増幅段への入力の所の入力信号の相対的な減衰量に比例するように定められる。前述のように、入力信号の相対的な減衰量は信号が入力伝送ライン１０２に沿って入力ＩＮから分布増幅器１００の出力ＯＵＴに向かって伝搬するにつれて増加するために、入力伝送ラインに沿っての一連の増幅段の相互コンダクタンスは、各々の信号損失を補償するために、各増幅段の出力の所の有効利得が伝送ラインの損失がなかった場合は理想的な利得Ａ／ｎと実質的に一致するように次第に増加 される。ここで、Ａは分布増幅器の所望の利得を表し、ｎは分布増幅器内の増幅段の数を表す。
【００２９】
分布増幅器１００内の各増幅段は必ずしも上述のように構成される必要はなく、代替として、分布増幅器内の一つあるいは複数の増幅段から成るサブセットのみを説明のやり方にて構成することで、本発明の少なくとも幾つかの目的および長所を達成することもできる。
【００３０】
上では本発明の幾つかの実施例が図面を用いて説明されたが、本発明はこれら具体的な実施例に制限されるものではなく、当業者においては理解できるように、本発明の範囲あるいは精神から逸脱することなく、他の様々な変更および修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された一例としての分布増幅器を示す略図である。
【図２】一例としての６段分布増幅器内の伝送ラインに沿っての各入力タップの所の入力信号の減衰を示すグラフである。
【符号の説明】
１００  分布増幅器
１１０  バック終端インピーダンス
１２０、１３０、１４０、１５０  増幅段
１０２  入力伝送ライン
１０４  出力伝送ライン
１６０  入力終端インピーダンス
【図１】
0004422402.tif 000005
【図２】
0004422402.tif 000006