專利名稱：Fet頻帶放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于各種接收機等的FET頻帶放大器。
但是，上述的頻帶放大器若設定高增益，則可能產生由噪聲分量引起該多級放大器飽和而無法獲得設計上的增益的問題。
為了解決上述的問題，本發明的FET頻帶放大器包括采用FET作為放大元件的級聯連接的多級放大器以及插入這些多級放大器的中級、通帶設定成比放大頻帶寬的帶通濾波器。該多級放大器至少從初級到n級中采用p溝道FET。通過采用其通帶比放大頻帶寬的帶通濾波器，可以除去比該通帶低的頻帶中存在的1/f噪聲和比該通帶高的頻帶中存在的熱噪聲。另外，通過采用遷移率小的p溝道FET作為放大元件，可以使放大器內部中噪聲的發生變得更少。從而，由于可以防止由噪聲分量引起放大器的飽和，因而可以僅僅放大想放大的本來的信號分量，可獲得整個FET頻帶放大器的高增益。另外，通過采用FET作為放大元件，FET的制造過程中，整個FET頻帶放大器可以在半導體基片上制作，與采用雙極型晶體管作為放大元件的場合相比，容易實現集成化，同時實現降低成本和節省空間。
特別是，上述的放大器是使2個FET差動動作的差動放大器在噪聲分量累積、放大器飽和的級數為m時，最好在比該級數m少的級聯連接的放大器的后級配置帶通濾波器。由于帶通濾波器插入使得級聯連接的級數小于m，可防止m級以后的放大器因噪聲分量引起飽和，提高整個FET頻帶放大器全體的增益。
另外，本發明的FET頻帶放大器由采用FET作為放大元件的級聯連接的多級放大器構成。各級放大器具有用以除去比來自輸入輸出信號的放大頻帶分量的上限值高的高通分量的高通分量除去部分和用以除去比來自輸入輸出信號的放大頻帶分量的下限值低的低通分量的低通分量除去部分，同時，這些放大器至少從初級到n級的FET采用p溝道FET。各級的放大器中，由于除去了放大頻帶以外的分量，因而不會由噪聲分量引起增益的限制，而且，通過采用遷移率小的p溝道FET作為放大元件，可以進一步減少放大器內部中噪聲的發生，從而可以獲得整個FET頻帶放大器的高增益。
特別是，上述的低通分量除去部分最好是其截止頻率設定為比放大頻帶的下限值低的高通濾波器。由于各級的放大器中具有高通濾波器，因而可容易地除去比該高通濾波器的截止頻率低的1/f噪聲。
另外，上述的放大器是使2個FET差動動作的差動放大器，低通分量除去部分最好是將各級的放大器的差動輸出信號的低通分量合成后的信號同相位輸入2個FET的反饋電路。通過僅僅合成差動放大器的差動輸出信號包含的低通分量，并同相位反饋到輸入端，可以使與該低通分量對應的差動放大器的差動動作停止，因而可以降低該低通分量包含的1/f噪聲。
另外，本發明的FET頻帶放大器由采用FET作為放大元件的級聯連接的多級放大器構成。各級的放大器具有用以除去比來自輸入輸出信號的放大頻帶分量的上限值高的高通分量的高通分量除去部分，同時，這些放大器的至少初級到n級的FET采用p溝道FET，還具有將比最終級的放大器的輸出信號包含的放大頻帶分量的下限值低的低通分量以反相的狀態反饋到初級放大器的反饋電路。通過僅僅將最終級的放大器的輸出信號包含的低通分量以反相的狀態反饋到初級放大器的輸入端來消除該低通分量，因而可以除去該低通分量包含的1/f噪聲。另外，通過采用遷移率小的p溝道FET作為放大元件，可以減少放大器內部發生的1/f噪聲本身。
特別是，上述的高通分量除去部分最好是其截止頻率設定成比放大頻帶的上限值高的低通濾波器。由于各級的放大器的輸出端具有低通濾波器，因而可容易地除去比該低通濾波器的截止頻率高的熱噪聲。
另外，該低通濾波器包含的電容最好利用次級的放大器包含的FET的寄生電容。通過利用FET的寄生電容取代作為單體零件的電容，可減少零件個數，從而可以降低成本。特別是，由于半導體基片上形成的FET會產生寄生電容，通過利用該寄生電容，與采用單體電容構成低通濾波器的場合相比，可有效利用半導體基片上的空間，使芯片小型化。
另外，本發明的FET頻帶放大器由采用FET作為放大元件的級聯連接的多級放大器構成，放大器的至少到m級為止包含的放大元件采用p溝道FET。通過采用遷移率小的p溝道FET，可以抑制1/f噪聲的發生，防止由1/f噪聲引起放大器的飽和。
另外，最好m+1級以后的放大器包含的放大元件采用n溝道FET。通過采用n溝道FET作為對防止放大器飽和貢獻程度小的后級的放大器包含的放大元件，與全部采用p溝道FET的場合相比，可使構成零件的占有面積小型化。
另外，最好將到m級為止的放大器包含的FET的溝道長度L及溝道寬度W設定成比m+1級以后的放大器包含的FET的溝道長度L及溝道寬度W大的值。通過僅僅使對防止放大器飽和貢獻程度大的前級的放大器包含的FET的溝道長度L和溝道寬度W取較大的值，與全部FET的這些值取較大的值的場合相比，可使構成零件的占有面積小型化。
另外，考慮作為放大元件的多級連接的多個放大器包含的FET時，最好前級配置的放大器包含的FET的溝道長度L及溝道寬度W設定成比其后級配置的放大器包含的FET的溝道長度L及溝道寬度W大的值。一般認為，FET中發生的1/f噪聲分別與溝道長度L和溝道寬度W的倒數成比例增大。從而，通過設定大的溝道長度L和溝道寬度W，可以降低該FET中發生的1/f噪聲。特別是，考慮多級連接的FET時，由于前級部分包含的FET中發生的1/f噪聲在其后級的FET中被放大，從而，為了降低全體的低頻噪聲，最好降低前級部分包含的FET發生的1/f噪聲。另外，考慮到由于后級部分包含的FET中發生的1/f噪聲在其后級的FET中放大的程度小，因而對降低全體的低頻噪聲的貢獻比例也少。從而，通過將該后級部分包含的FET的溝道長度L和溝道寬度W設定為比其前級的FET的這些值更小，可以減少FET的占有面積，實現芯片的小型化以降低成本。
另外，考慮作為放大元件的多級連接的多個放大器包含的FET時，最好分別設定FET的溝道長度L和溝道寬度W，使得該FET發生的噪聲分量比該FET的輸入信號包含的噪聲分量小。通過使任一FET發生的噪聲分量小于該FET的輸入信號中的噪聲分量，可降低全體的低頻噪聲。
另外，最好利用CMOS工藝或MOS工藝，在半導體基片上一體形成構成零件。通過利用這些處理，與采用雙極等的場合相比可簡化處理，可降低零件成本及包含FET頻帶放大器的制品成本。
另外，最好在上述的半導體基片上形成N阱，在該N阱上形成全部或一部分的構成零件。通過在N阱上形成全部或一部分構成零件，可防止噪聲電流流過N阱和其下的半導體基片之間形成的pn接合面，防止N阱上的電路發生的噪聲通過半導體基片回到其他零件。
另外，上述的半導體基片中，最好在構成零件的周圍形成保護環。從而，可更有效地防止N阱上形成的電路發生的噪聲通過半導體基片回到其他零件。
另外，最好上述的保護環形成于從半導體基片表面直到比N阱更深的位置為止。通過在到更深的位置為止形成保護環，可除去越過該保護環回到低頻區域的1/f噪聲。
圖2是表示第1實施例的FET頻帶放大器的結構圖。
圖3是表示圖2的FET頻帶放大器包含的放大器的結構電路圖。
圖4是表示第2實施例的FET頻帶放大器的結構電路圖。
圖5是表示利用FET的寄生電容減少電容數的FET頻帶放大器的結構電路圖。
圖6是表示第3實施例的FET頻帶放大器的結構電路圖。
圖7是表示第4實施例的FET頻帶放大器的結構圖。
圖8是表示MOS型FET的柵極寬度W和柵極長度L的圖。
圖9是表示第5實施例的FET頻帶放大器的概略結構平面圖。
圖10的圖9所示結構的截面圖。
圖11是圖2所示FET頻帶放大器中追加了AGC電路后的結構圖。
最佳實施例以下，詳細說明適用本發明的實施例的FET頻帶放大器。
(第1實施例)圖1是表示包含第1實施例的FET頻帶放大器的AM接收機的一般結構圖。圖中所示AM接收機由高頻放大電路1、混頻電路2、本機振蕩器3、BPF(帶通濾波器)4，6、FET頻帶放大器5、AM檢波電路7構成。天線9接收的AM波由高頻放大電路1放大后，通過與本機振蕩器3輸出的本機振蕩信號混合，從高頻信號頻率變換為中頻信號。例如，令高頻放大電路1輸出的信號的頻率為f1，本機振蕩器3輸出的本機振蕩信號的頻率為f2，則混頻電路2輸出具有f1-f2頻率的信號。
BPF4、6設在作為中頻放大電路動作的FET頻帶放大器5的前級及后級，從輸入的中頻信號只抽出455kHz附近的頻率分量。FET頻帶放大器5對中頻信號包含的所定頻帶分量進行放大。AM檢波電路7對FET頻帶放大器5放大后的中頻信號執行AM檢波處理。
圖2是表示本實施例的FET頻帶放大器5的結構圖。如圖2，本實施例的FET頻帶放大器5由5級的放大器11～15、3級的放大器13和4級的放大器14之間插入的BPF16構成。放大器11～15分別具有所定的增益，整個FET頻帶放大器5具有各放大器11～15的增益相乘后的增益。該FET頻帶放大器5與其他電路一起在半導體基片上利用CMOS工藝或MOS工藝一體形成。從而，通過簡化制造工序，可以降低零件或整個AM接收機的制品成本。
圖3是表示放大器11結構電路圖。另外，其他放大器12～15也與放大器11具有相同結構。如圖3，放大器11由成對的p溝道MOS型的FET111、112、成為漏極電阻的電阻113、114以及恒流電路115構成。2個FET111、112的源極共同連接到恒流電路115。從而，FET111、112的各源極·漏極間流過的電流的合計等于由該恒流電路115生成的電流。另外，前級的電路輸出的信號輸入2個FET111、112的各柵極間。
這樣，放大器11具有進行差動動作的2個FET111、112，例如，具有增益A1。若其他放大器12～15的各個增益為A2、A3、A4、A5，則整個FET頻帶放大器5理論上可實現A1A2A3A4A5的增益。
但是，通常，即使獲得這樣的高增益，也有因1/f噪聲和熱噪聲引起后級的放大器飽和而無法獲得那么高的增益的情況。特別是在MOS型的FET111、112的場合，1/f噪聲的影響更為顯著。
一般地說，1/f噪聲是出現在信號的低頻區域的噪聲，頻率越低則噪聲電平越高。反之，熱噪聲是出現在信號的高頻區域的噪聲，頻率越高則噪聲電平越高。MOS型FET發生的噪聲電壓vn可以表示成vn＝((8kT(1+η)/(3gm)+KF/(2fCoxWLK’))Δf)…(1)這里，k是玻爾茲曼常數，T是絕對溫度，gm是互導，Cox是夾著柵極氧化膜的柵極和溝道之間的電容，W是柵極寬，L是柵極長，f是頻率，Δf是頻率f的頻帶寬。KF是噪聲參數，為10-20～10-25程度的值。另外，η、K為所定的參數。
從該式中可明白，右邊的第1項表示熱噪聲，隨著溫度(T)升高而變大。另外，右邊的第2項表示1/f噪聲，與f的倒數成比例。
若放大器11～15分別發生的噪聲(1/f噪聲和熱噪聲的合計)為en1、en2、en3、en4、en5，則放大器11～15的各個輸出信號包含的噪聲電平e1、e2、e3、e4、e5如下。
e1＝en1e2＝e1A2+en2＝en1A2+en2e3＝e2A3+en3＝(en1A2+en2)A3+en3
e4＝e3A4+en4＝((en1A2+en2)A3+en3)A4+en4e5＝e4A5+en5＝(((en1A2+en2)A3+en3)A4+en4)A5+en5…(2)這樣，各個放大器11～15間輸入輸出的信號中包含主要存在低頻區域的1/f噪聲和主要存在高頻區域的熱噪聲，而且越是后級的放大器，這些噪聲電平被越放大并累積，該噪聲電平若超過各放大器11～15的飽和電平E0，則其以后的放大器的輸出發生蠕變。
為了避免這樣的缺點，本實施例的FET頻帶放大器5采用BPF16。該BPF16使放大頻帶的分量(信號包含的想放大的分量)通過，同時除去上述的1/f噪聲和熱噪聲。考慮圖1所示本實施例的AM接收機的場合，也可以用FET頻帶放大器5只放大455kHz附近的中頻信號的頻帶。從而，作為BPF16的特性，必須使下側的截止頻率(kHz)不大于455-α(2α是中頻信號的頻帶)，設定成可充分除去1/f噪聲的值，同時，上側的截止頻率不小于455+α，設定成可充分除去熱噪聲的值。
另外，令級數為m、使各放大器11～15的噪聲電平e1～e5不超過飽和電平E0時，必須在比該級數m少的級聯連接的放大器的后級配置BPF16。本實施例中，令3級的放大器13的輸出信號包含的噪聲電平e3在飽和電平E0以下，4級的放大器14的輸出信號包含的噪聲電平e4在飽和電平E0以上，3級的放大器13和4級的放大器14之間插入BPF16。
這樣，由于BPF16的后級連接的放大器14、15中的噪聲分量增加，因而可防止飽和。
這樣，本實施例的FET頻帶放大器5中，3級的放大器13和4級的放大器14之間插入BPF16，由于除去了到此為止放大的1/f噪聲和熱噪聲，其后級的放大器14、15不會因這些噪聲分量引起飽和而限制增益，可以確保整個FET頻帶放大器5的高增益。
另外，通過采用遷移率小的p溝道FET作為各放大器11～15中包含的作為放大元件的FET111、112，可進一步減少各放大器的內部中噪聲的發生，從而可以進一步抑制因噪聲分量的增加引起的各放大器的飽和，可以可靠確保整個FET頻帶放大器5的高增益。
特別是，與雙極晶體管相比，MOS型FET的1/f噪聲更多，因而若放大器多級連接而構成FET頻帶放大器5，則1/f噪聲變多，可能無法獲得必要的增益。從而，在半導體基片上利用CMOS工藝或MOS工藝一體形成FET頻帶放大器5或包含其他電路的全部零件的場合，采用p溝道FET是降低1/f噪聲并可實現實用化的有效手段。
另外，本實施例中，在3級的放大器13和4級的放大器14之間插入BPF16，但也可以在更前級端配置BPF16。另外，BPF16的后級連接的多級放大器中，當噪聲電平再增加并達到飽和電平E0的場合，可以在第2級以后配置BPF。
另外，本實施例中，雖然全部放大器11～15采用了p溝道型的FET111、112，但是也可以是從降低噪聲效果大的初級到n級(例如2級)為止的放大器采用p溝道FET111、112。這樣，可以有效地降低累積的噪聲分量。
(第2實施例)上述的第1實施例中，3級的放大器13的后級插入一個BPF以除去噪聲分量，但是也可以在各級的放大器中除去噪聲分量。
圖4是表示第2實施例的FET頻帶放大器的結構電路圖。圖4所示的本實施例的FET頻帶放大器由5級的放大器11A、12A、…、15A級聯連接而構成。這些放大器的構成基本相同，因而以下以初級放大器11A為例說明其詳細結構和動作。
放大器11A由2個p溝道MOS型的FET111、112、8個電阻113、114、120、121、123、124、125、126、恒流電路115、5個電容116～119、122構成。其中，FET111、112、電阻113、114、恒流電路115與圖3所示的放大器11的結構相同，因而附上相同符號。
電容116與一個FET111的漏極電阻即電阻113并聯，除去FET111的漏極輸出的一個輸出信號包含的高通分量。同樣，電容117與另一個FET112的漏極電阻即電阻114并聯，除去FET112的漏極輸出的另一個輸出信號包含的高通分量。這些電阻113、114、電容116、117相當于高通分量除去部分。
電容118除去FET111的漏極輸出并輸入后級的放大器12A的一個輸出信號的直流分量。另外，該電容118與電阻120一起構成HPF(高通濾波器)，由該HPF除去FET111輸出的信號包含的低通分量。
同樣，電容119除去FET112的漏極輸出并輸入后級的放大器12A的另一個輸出信號包含的直流分量。另外，該電容119與電阻121一起構成HPF，由該HPF除去FET111輸出的信號包含的低通分量。
電阻125、126用于設定FET111、112的偏置電壓。
另外，上述的電阻120、121的一端共同連接，在該連接點和地之間插入電容122。由這些電阻120、121及電容122構成LPF(低通濾波器)。即，用該LPF從FET111，112分別輸出的信號中僅僅抽出低通分量，作為同相位的信號分別經由電阻123、124反饋到FET111、112的柵極。結果，FET111、112作為差動放大器未動作，輸入初級放大器11A的信號中的低通分量以原來的信號電平輸入次級放大器12A。這些電阻120、121、123、124、電容122所構成的反饋電路相當于低通分量除去部分。
這樣，初級放大器11A中，由于從一個FET111的漏極輸出的信號中通過電容116除去高通分量，因而可以有效除去FET111發生的熱噪聲。另外，由于通過由電容118和電阻120構成的HPF從該信號中除去低通分量，因而可以有效除去FET111中發生的1/f噪聲。
同樣，由于從另一個FET112的漏極輸出的信號中通過電容117除去高通分量，因而可以有效除去FET112發生的熱噪聲。另外，由于通過由電容119和電阻121構成的HPF從該信號中除去低通分量，因而可以有效除去FET112中發生的1/f噪聲。
而且，FET111、112的各個漏極輸出的信號包含的低通分量通過由電阻120、121及電容122構成的LPF以同相位反饋到輸入端，由于該低通分量不在放大器11A中進行放大動作，因而可以進一步降低1/f噪聲。
但是，上述的放大器11A中，雖然電阻113、114分別與電容116、117并聯，但是這些電容116、117也可以插入FET111、112的各個漏極和地以外的固定電位之間。
另外，這些電容116，117也可以利用次級的放大器12A包含的FET的寄生電容。
圖5是表示利用FET的寄生電容減少電容數的FET頻帶放大器的結構電路圖。圖5所示的FET頻帶放大器由5個放大器11B、12B、…、15B級聯連接而構成。與圖4的構成相比，其不同點在于省略了與漏極電阻并聯的電容116、117，并用柵極長度L和柵極寬設定成很大的FET111a、112a置換FET111、112。
一般地說，FET中發生的噪聲電流與柵極長度L的倒數成比例。從而，通過設定較長的柵極長度L，可以降低噪聲電流。但是，由于柵極長度L變長后溝道電阻變大，因而最好對應地設定較寬的柵極寬度W以降低溝道電阻。這樣，為了降低噪聲電流而增加柵極長度L和柵極寬度W，使得柵極電極的面積變大，寄生電容也變大，因而可確保某一程度的電容值，能夠利用該寄生電容取代電容116、117。
這樣，通過增大柵極長度L和柵極寬度W、增加寄生電容且省略電容116、117，可以更有效地除去信號的高通分量即熱噪聲。另外，省略電容116、117當然也可以降低成本。
(第3實施例)圖6是表示第3實施例的FET頻帶放大器結構的電路圖。圖6所示的本實施例的FET頻帶放大器包含級聯連接的5級放大器11C、12C、…、15C以及將最終級放大器15C輸出的信號向外部輸出的同時還反饋到初級放大器11C的附加電路。
由于放大器11C～15C的結構相同，以下以初級放大器11C為例進行說明。
放大器11C由FET111a、112a、電阻113、114、恒流電路115構成。該放大器11C基本與圖3的放大器11具有相同結構。但是，以圖5所示的p溝道MOS型FET111a、112a取代了FET111、112。即，這些FET111a、112a的柵極長度L和柵極寬度W設定成較大，確保較大的柵極面積以適合于除去高通分量包含的熱噪聲。從而，可以有效除去輸入各級的放大器的信號包含的熱噪聲。
另外，本實施例的FET頻帶放大器具備的附加電路包括FET131和恒流電路133組成的源極輸出電路150；FET132和恒流電路134組成的源極輸出電路151；電阻135、137、電容139、141組成的LPF152；電阻136、138、電容140、142組成的LPF153。
最終級的放大器15C輸出的一個差動輸出信號作為FET頻帶放大器的一個輸出信號通過源極輸出電路150輸出，同時，通過LPF152及電阻143反饋到初級放大器11C的一個輸入端。同樣，最終級的放大器15C輸出的另一個差動輸出信號作為FET頻帶放大器的另一個輸出信號通過源極輸出電路151輸出，同時，通過LPF153及電阻144反饋到初級放大器11C的另一個輸入端。
但是，由于本實施例的FET頻帶放大器包含了5級(奇數個)放大器11C～15C，因而與輸入初級放大器11C的信號的相位相對，最終級的放大器15C輸出的信號的相位是反相的。從而，只有源極輸出電路150、151輸出的信號的低通分量被LPF152、153抽出并反饋到初級放大器11C，使得低通分量對應的增益降低，只能除去該分量。即，通過形成圖6所示的反饋環，可有效除去低通分量包含的1/f噪聲。
這樣，通過在整個FET頻帶放大器中形成反饋環，僅僅將輸出信號的低通分量反饋到初級放大器11C的輸入端，也可以有效除去1/f噪聲。另外，通過在各級的放大器11C～15C中除去高通分量，可有效除去該高通分量包含的熱噪聲。
另外，圖6所示的本實施例的FET頻帶放大器中，利用FET的寄生電容除去信號的高通分量，但是如上述的圖4所示的第2實施例一樣，也可采用電容。該場合中，可以使圖6所示的FET111a等的柵極長度L和柵極寬度W較小，同時電容與電阻113、114并聯。
(第4實施例)上述的各實施例中構成的FET頻帶放大器在多級連接的多個放大器的中間或各級中均具有BPF等，用以除去使用頻帶外包含的噪聲分量，但是也可以不具備該BPF等，而在各級的放大器中采取除去噪聲的對策。
圖7是表示本實施例的FET頻帶放大器5的結構圖。圖7所示FET頻帶放大器具有級聯連接的多個放大器11D～15D。該FET頻帶放大器和其他電路一起，利用CMOS工藝或MOS工藝在半導體基片上一體形成。
上述的多個放大器11D～15D，從初級到n級為止采取噪聲對策。例如，作為噪聲對策，可單獨采用利用p溝道MOS型FET的手法或增大MOS型FET的柵極寬度W和柵極長度L的手法或者采用兩種手法的組合。
如上所述，通過利用p溝道MOS型FET，可降低低頻區域出現的1/f噪聲，這在半導體基片上一體形成FET頻帶放大器時是很有效的手法。
圖8是表示MOS型FET的柵極寬度W和柵極長度L的圖，表示了半導體基片的表面附近形成的整個FET的平面圖。
如上述，(1)式的右邊的第2項表示1/f噪聲，該項中，由于柵極寬度W和柵極長度L在分母中，因而即使柵極寬度W和柵極長度L設定成大的值，也可以降低1/f噪聲。另外，柵極寬度W和柵極長度L如果很大，則圖5等所示的FET的寄生電容也變大，有助于除去高頻區域出現的熱噪聲。
這樣，通過在從初級到n級為止的各放大器中采取噪聲對策，可以防止噪聲分量引起各放大器的飽和。
但是，若令放大器11D～15D中分別發生的噪聲(1/f噪聲和熱噪聲的合計)為en1、en2、en3、en4、en5，放大器11D～15D的各個增益為A2、A3、A4、A5，則放大器11D～15D的各個輸出信號包含的噪聲電平e1、e2、e3、e4、e5如上述的(2)式所示。
通過對全部放大器11D～15D采取噪聲對策，噪聲可變成最小，但是若全部FET采用p溝道FET，則與采用n溝道FET的場合相比，元件面積變大。另外，在柵極寬度W和柵極長度L大的場合也一樣，在采取該噪聲對策時元件面積變大。特別是，在半導體基片上一體形成FET頻帶放大器的場合，通過縮小占有面積實現高密度化、降低成本等的同時，為了通過降低噪聲而有效防止放大器的飽和，最好初級到n級為止的放大器采取上述的噪聲對策。
具體地說，如果m級的放大器的輸出信號包含的噪聲電平em比在對m+1級的放大器未采取噪聲對策的場合發生的噪聲電平大很多(例如數倍)，則即使m+1級以后的放大器采取噪聲對策也無法期待獲得這樣的效果，因而，可以對到m級為止的放大器采取上述的噪聲對策。從而，半導體基片上一體形成FET頻帶放大器的場合，可以實現芯片面積的小型化并獲得防止噪聲引起的飽和的效果。
可以按照以下所述來確定使到幾級為止的放大器包含的FET的柵極寬度W和柵極長度L大于其后的放大器包含的FET的柵極寬度W和柵極長度L。
考慮放大器多級連接的場合時，由于前級的放大器包含的FET中發生的1/f噪聲在其后級的放大器包含的FET中被放大，因而，為了降低全體的低頻噪聲，最好降低前級的放大器包含的FET中發生的1/f噪聲。另一方面，由于后級的放大器包含的FET中發生的1/f噪聲在更后級的放大器包含的FET中放大的程度小，因而，對降低全體的低頻噪聲的貢獻比例也少。從而，通過將該后級的放大器包含的FET的溝道長度L和溝道寬度W設定成比其前級的放大器包含的FET的溝道長度L和溝道寬度W小，可以減少FET的占有面積，并使芯片的小型化而實現成本的降低。
或，考慮圖7所示任意位置的放大器包含的FET，可以分別設定放大器包含的FET的溝道長度L和溝道寬度W，使該FET發生的噪聲分量小于該FET的輸入信號包含的噪聲分量。通過使任意放大器包含的FET中發生的噪聲分量小于該FET的輸入信號中的噪聲分量，可降低全體的低頻噪聲。
另外，到m級為止的放大器采用p溝道MOS型FET、m+1級以后的放大器采用n溝道MOS型FET的構成手法也適合于上述第1實施例到第3的實施例的各FET頻帶放大器。在該場合也可以實現芯片面積的小型化、獲得因噪聲降低而防止飽和的效果。
(第5實施例)上述的各實施例中，FET頻帶放大器和其他電路在半導體基片上一體形成時，通過在N阱上形成采用p溝道FET作為放大元件的各級放大器，可以防止噪聲通過半導體基片回到其他電路。
圖9是表示第5實施例的FET頻帶放大器的概略結構的平面圖。另外，圖10是圖9所示構造的截面圖。圖9所示結構中，各級放大器采用p溝道FET的場合，該FET頻帶放大器5的全部零件在N阱52中形成。另外，到m級為止的各級放大器采用p溝道FET的場合，到該m級為止的各放大器的全部零件在N阱52中形成。
由于N阱52和P形的半導體基片50之間形成PN接合面，因而，當N阱52的電位比半導體基片50高的場合，從N阱52向半導體基片50流動的電流被該PN接合面切斷。從而，可防止N阱52中形成的電路中發生的噪聲通過半導體基片50回到其他電路。
特別是，由于通過在N阱52中形成到m級為止的各放大器，可以防止到m級為止的放大器發生的噪聲通過半導體基片50回到m+1級以后的放大器中，因而，還可防止FET頻帶放大器內的m+1級以后的放大器的飽和。
另外，如圖10所示，半導體基片50的表面附近包圍N阱52的周邊區域中形成保護環54。該保護環54是在N形區域形成的P形半導體基片50的一部分。由于保護環54和半導體基片50形成PNP層，因而可有效防止N阱52上形成的電路發生的噪聲通過半導體基片50的表面附近回到其他電路。
特別是，最好該保護環54達到比半導體基片50更深層的區域，例如，達到比N阱52更深的位置。從而，N阱52上形成的電路中發生的噪聲通過保護環54的下端(半導體基片50的內部)回到其他電路的場合，可進一步防止低頻分量的回流。從而，通過在N阱52上形成到m級為止的各放大器，可以防止到m級為止的放大器中發生的1/f噪聲通過保護環54的下端回到m+1級以后的放大器，因而可以進一步防止FET頻帶放大器內的m+1級后的放大器飽和。
另外，本發明不限定于上述實施例，本發明的要旨的范圍內可以有各種變形。例如，上述的實施例中，由級聯連接的5級放大器構成FET頻帶放大器，但是該級數也可以根據整個FET頻帶放大器的增益的設定情況進行適當變更。
另外，也可以綜合上述的各實施例說明的FET頻帶放大器5和AGC(自動增益控制)電路。
圖11是表示在圖2所示的FET頻帶放大器5上追加了AGC電路17的結構圖。AGC電路17控制各放大器11～15的增益，使得最終級的放大器15的輸出信號的電平大致一定。從而，小信號輸入FET頻帶放大器的場合，雖然設定放大器11～15的各個增益為大的值，但是，如上述，由于用BPF16除去1/f噪聲和熱噪聲，這些噪聲分量不會引起各放大器11～15(特別是放大器14、15)的飽和，可獲得失真小的放大信號。另外，第2及第3的實施例的FET頻帶放大器和AGC電路組合的場合下也可獲得同樣的效果。
工業上的利用可能性如上述，根據本發明，通過采用具有比放大頻帶寬的通帶的帶通濾波器，可以除去比該通帶低的頻帶中存在的1/f噪聲和比該通帶高的頻帶中存在的熱噪聲。另外，通過采用遷移率小的p溝道FET作為放大元件，可以進一步減少放大器內部噪聲的發生。從而，由于可以防止這些噪聲分量引起放大器飽和，因而可僅僅放大想放大的本來的信號分量，獲得整個FET頻帶放大器的高增益。另外，由于通過采用FET作為放大元件，整個FET頻帶放大器可通過FET的制造處理(CMOS工藝和MOS工藝)在半導體基片上制作，因而，與采用雙極晶體管作為放大元件的場合相比，可以容易地集成，同時降低成本并節省空間。
權利要求
1.一種FET頻帶放大器，它包括采用FET作為放大元件的級聯連接的多級放大器；插入所述多級放大器的中級、通帶設定成比放大頻帶寬的帶通濾波器，所述多級放大器的至少從初級到n級為止的所述FET采用p溝道FET。
2.如權利要求1所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述放大器是使2個所述FET差動動作的差動放大器，在噪聲分量累積、所述放大器飽和的級數為m時，在比該級數m少的級聯連接的所述放大器的后級配置所述帶通濾波器。
3.如權利要求1所述的FET頻帶放大器，其特征在于，采用所述p溝道FET作為所述放大器包含的全部放大元件。
4.如權利要求1所述的FET頻帶放大器，其特征在于，利用CMOS工藝或MOS工藝在半導體基片上一體形成構成零件。
5.如權利要求4所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述半導體基片上形成N阱，在該N阱上形成全部或一部分的所述構成零件。
6.如權利要求5所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述半導體基片中，在所述構成零件的周圍形成保護環。
7.如權利要求6所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述保護環形成于從所述半導體基片表面直到比所述N阱更深的位置為止。
8.一種FET頻帶放大器，由采用FET作為放大元件的級聯連接的多級放大器構成，各級的所述放大器具有用以除去比來自輸入輸出信號的放大頻帶分量的上限值高的高通分量的高通分量除去部分，和用以除去比來自所述輸入輸出信號的所述放大頻帶分量的下限值低的低通分量的低通分量除去部分，所述放大器的至少初級到n級的所述FET采用p溝道FET。
9.如權利要求8所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述低通分量除去部分是其截止頻率設定為比所述下限值低的高通濾波器。
10.如權利要求8所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述放大器是使2個所述FET差動動作的差動放大器，所述低通分量除去部分是將各級的所述放大器的差動輸出信號的低通分量合成后的信號同相位輸入2個所述FET的反饋電路。
11.如權利要求8所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述高通分量除去部分是其截止頻率設定成比所述上限值高的低通濾波器。
12.如權利要求11所述的FET頻帶放大器，其特征在于，利用次級的所述放大器包含的晶體管的寄生電容作為所述低通濾波器包含的電容。
13.如權利要求8所述的FET頻帶放大器，其特征在于，采用所述p溝道FET作為所述放大器包含的全部放大元件。
14.如權利要求8所述的FET頻帶放大器，其特征在于，利用CMOS工藝或MOS工藝在半導體基片上一體形成構成零件。
15.如權利要求14所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述半導體基片上形成N阱，在該N阱上形成全部或一部分的所述構成零件。
16.如權利要求15所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述半導體基片中，在所述構成零件的周圍形成保護環。
17.如權利要求16所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述保護環形成于從所述半導體基片表面直到比所述N阱更深的位置為止。
18.一種FET頻帶放大器，由采用FET作為放大元件的級聯連接的多級放大器構成，各級的所述放大器具有用以除去比來自輸入輸出信號的放大頻帶分量的上限值高的高通分量的高通分量除去部分，所述放大器的至少初級到n級的所述FET采用p溝道FET，還具有將比最終級的所述放大器的輸出信號包含的所述放大頻帶分量的下限值低的低通分量以反相的狀態反饋到初級的所述放大器的反饋電路。
19.如權利要求18所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述高通分量除去部分是其截止頻率設定成比所述上限值高的低通濾波器。
20.如權利要求19所述的FET頻帶放大器，其特征在于，利用次級的所述放大器包含的所述FET的寄生電容作為所述低通濾波器包含的電容。
21.如權利要求18所述的FET頻帶放大器，其特征在于，采用所述p溝道FET作為所述放大器包含的全部放大元件。
22.如權利要求18所述的FET頻帶放大器，其特征在于，利用CMOS工藝或MOS工藝在半導體基片上一體形成構成零件。
23.如權利要求22所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述半導體基片上形成N阱，在該N阱上形成全部或一部分的所述構成零件。
24.如權利要求23所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述半導體基片中，在所述構成零件的周圍形成保護環。
25.如權利要求24所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述保護環形成于從所述半導體基片表面直到比所述N阱更深的位置為止。
26.一種FET頻帶放大器，由采用FET作為放大元件的級聯連接的多級放大器構成，所述放大器的至少到m級為止包含的放大元件采用p溝道FET。
27.如權利要求26所述的FET頻帶放大器，其特征在于，m+1級以后的所述放大器包含的放大元件采用n溝道FET。
28.如權利要求26所述的FET頻帶放大器，其特征在于，將到m級為止的所述放大器包含的所述FET的溝道長度L及溝道寬度W設定成比m+1級以后的所述放大器包含的所述FET的溝道長度L及溝道寬度W大的值。
29.如權利要求26所述的FET頻帶放大器，其特征在于，考慮作為所述放大元件的多級連接的所述多個放大器包含的所述FET時，將前級配置的所述放大器包含的所述FET的溝道長度L及溝道寬度W設定成比其后級配置的所述放大器包含的所述FET的溝道長度L及溝道寬度W大的值。
30.如權利要求26所述的FET頻帶放大器，其特征在于，考慮作為所述放大元件的多級連接的所述多個放大器包含的所述FET時，分別設定所述FET的溝道長度L及溝道寬度W，使得該FET發生的噪聲分量比該FET的輸入信號包含的噪聲分量小。
31.如權利要求26所述的FET頻帶放大器，其特征在于，利用CMOS工藝或MOS工藝在半導體基片上一體形成構成零件。
32.如權利要求31所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述半導體基片上形成N阱，在該N阱上形成全部或一部分的所述構成零件。
33.如權利要求32所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述半導體基片中，在所述構成零件的周圍形成保護環。
34.如權利要求33所述的FET頻帶放大器，其特征在于，所述保護環形成于從所述半導體基片表面直到比所述N阱更深的位置為止。
全文摘要
本發明的目的在于提供可獲得高增益的FET頻帶放大器。AM接收機包含的FET頻帶放大器5由例如5級的放大器11～15和其間插入的BPF16構成。放大器11～15分別采用p溝道FET作為放大元件并作為差動放大器動作。BPF16使比整個FET頻帶放大器的放大頻帶寬的頻帶分量通過。通過除去由3級的放大器11～13放大的信號的低通分量，可以降低1/f噪聲，通過除去高通分量可以降低熱噪聲。從而，BPF16的后級連接的放大器14、15不會因噪聲分量引起飽和。
文檔編號H03F3/45GK1461520SQ02801151
公開日2003年12月10日 申請日期2002年2月21日 優先權日2001年2月22日
發明者宮城弘 申請人:新瀉精密株式會社