專利名稱：偏置電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及在放大器等中被利用的偏置電路。
技術背景
晶體管等有源元件為了其動作，需要直流電力(power)。偏置電路是用于將直流電 力供給到有源元件，使得在交流信號的傳輸路線上不給予來自直流電源的影響的電路。
例如在放大器中，輸入到放大元件的交流信號在放大元件中被放大，并從輸出端 子輸出。該被放大的信號的主要能量源是直流電源。也就是說，放大器將直流電源的能量 變換為交流信號的能量。偏置電路實現將直流電源的能量供給到放大元件的作用。這樣的 偏置電路具有如下的濾波器功能阻止交流信號向偏置電路的流動，使得偏置電路不影響 交流信號的傳輸。
圖1表示對有源元件(FET) 180供給直流電壓的以往的偏置電路900的構成例。偏 置電路900的偏置供給端子800連接到交流信號源1與有源元件180之間的路徑上(端口 A-端口 B)。偏置電路900包括并聯連接例如電容值為C1的電容器和電感值為L1的電感器 的并聯諧振電路78p。并聯諧振電路78p的一端是偏置供給端子800，并聯諧振電路78p的 另一端是連接到包括直流電路5 (例如扼流線圈)與直流電源6的直流電路單元10的端子 600。直流電源6對接地電位產生某個固定的直流電壓。一端接地且電容值足夠大的電容 器4連接到端子600。直流電源6的能量經由端子600與偏置供給端子800而供給到有源 元件180。
如果將并聯諧振電路78p的諧振頻率設為f，則諧振頻率f由電容值C1和電感值 L1決定。在諧振頻率f中從偏置供給端子800看直流電源6側時的偏置電路900的阻抗可 以認為無窮大，因此交流信號向偏置電路的侵入被阻止。也就是說，偏置電路900是在諧振 頻率f中動作的偏置電路。一般，與以往的偏置電路900中被使用的諧振電路相同的濾波 器功能只在某一個特定的頻率附近有效。
但是近年來，無線機中要求在多頻帶中動作的功能。作為無線機中包括的不可缺 少的裝置有放大器。也就是說，放大器本身要求在多頻帶中動作的功能。為了放大器在多 頻帶中動作，考慮了幾個方法。作為其一，有可以同時放大兩個固有頻帶的信號的放大器 (參照內田他(人名)、《〒工了瓜“^ κ電力SiMOSFET増幅器”設計試作》、2004年電子 情報通信學會総合大會C-2-39。以下稱為“非專利文獻1”)。該多頻帶放大器能夠在頻譜 聚合(Spectrum Aggregation)等使用多個頻帶以能夠實現高速傳輸的系統中使用。為了 將直流電源的能量供給到這樣的多頻帶放大器，偏置電路本身需要具有在多頻帶中動作的 功能。也就是說，為多頻帶放大器使用以往的偏置電路900是困難的。因此在非專利文獻 1中公開的多頻帶放大器，具有將并聯諧振電路和具有與該并聯諧振電路相同的效果的傳 輸線路Q串聯連接的偏置電路。該偏置電路設計為使并聯諧振電路的諧振頻率成為第1頻 率，并且傳輸線路Q在第2頻率下是前端短路的1/4波長線路。從而，該偏置電路具有同時 在不同的兩個頻帶中將直流電源的能量供給到多頻帶放大器的功能。但是，根據該構成，設計同時在不同的三個以上的頻帶中實現將直流電源的能量供給到多頻帶放大器的功能的 偏置電路是困難的。
此外，作為具有在多頻帶中動作的功能的偏置電路，也已知在特開2006-2M378 號公報中公開的偏置電路。該偏置電路是通過開關的切換對多個頻帶個別地實現供給直流 電源的能量的功能的偏置電路，不具有同時在多個頻帶中供給直流電源的能量的功能。發明內容
鑒于這樣的狀況，本發明的目的在于提供一種具有容易設計的結構，且可以同時 在多個頻帶中將直流電壓以及/或者直流電流供給到有源元件的偏置電路。
為了解決上述課題，本發明的偏置電路被設為如下的構成。即，該偏置電路包括 偏置供給端子，用于將直流電壓以及/或者直流電流供給到有源元件；電容器(并聯電容 器)，一端連接到偏置供給端子，另一端接地；并聯電路，與并聯電容器并聯連接，且一端連 接到偏置供給端子。這里如果將N設4為2以上的預先決定的整數、將q設為2以上N-I 以下的各整數、將m設為1以上N-I以下的各整數，則上述并聯電路包括連接到包括直流 電源的直流電路單元的直流電源連接端子、串聯連接的N個電感器(并聯電感器)、N-I個 串聯諧振器，第1并聯電感器的一端連接到偏置供給端子，第q并聯電感器的一端連接到第 (q-1)并聯電感器的另一端，第q并聯電感器的另一端連接到第(q+Ι)并聯電感器的一端， 第N并聯電感器的另一端連接到直流電源連接端子，第m串聯諧振器，其一端連接到第m并 聯電感器與第(m+1)并聯電感器的連接部而另一端接地，并且包括串聯連接的第m電容器 (諧振電容器)和第m電感器(諧振電感器)。
根據本發明，雖然將在實施方式中細節變得明確，在包括于偏置電路中的某個串 聯諧振器的諧振頻率下該串聯諧振器的阻抗變為零，因此在該頻率下連接該串聯諧振器的 連接部(并聯電感器之間的連接部)成為短路(從交流信號的觀點是已短路的狀態)，在該 頻率下偏置電路實際上等價于包括并聯電容、存在于成為短路的連接部與偏置供給端子之 間的并聯電感器以及串聯諧振器的結構。該情況對于包括在偏置電路的各串聯諧振器獨立 地成立，因此通過適當地設定好偏置電路中包括的各構成元件的電抗值使得在各諧振頻率 中從偏置供給端子看偏置電路側的偏置電路的阻抗成為無窮大(導納為零)，從而能夠例 如不進行開關等的切換操作而同時在多個頻帶中將直流電壓以及/或者直流電流供給到 有源元件。此外，由于在直流中串聯諧振器的阻抗成為無窮大，串聯諧振器中不流動直流電 流，特別是關于在串聯諧振器中包括的電感器的設計制約少，從而偏置電路的設計容易。此 外，偏置電路的構成要素的大部分為集總參數(lumped)元件，因此實現小型的偏置電路。
圖1是表示以往的偏置電路的構成例的方框圖。
圖2是表示本發明的偏置電路的實施方式(對應雙頻帶)的方框圖。
圖3是表示設為第1頻率= 2. 5GHz、第2頻率f2 = 2GHz而設計的對應雙頻帶 的實施方式的偏置電路的具體例的圖。
圖4是表示在圖3所示的對應雙頻帶的實施方式的偏置電路中，在第1頻率和 第2頻率f2中的通過特性的仿真結果的圖。
圖5是表示本發明的偏置電路的實施方式(對應N個頻帶)的方框圖。
圖6是表示設計為第1頻率= 2. 5GHz、第2頻率f2 = 2GHz、第3頻率f3 = 1. 5GHz、第4頻率f4 = IGHz的對應四個頻帶的實施方式的偏置電路的具體例的圖。
圖7是表示在圖6所示的對應四個頻帶的實施方式的偏置電路中，在從第1到第 4的各頻率中的通過特性(S21)的仿真結果的圖。
圖8是表示本發明的偏置電路的實施方式的變形例(對應N個頻帶)的方框圖。
具體實施方式
參照
該發明的實施方式。在各附圖中對于相同的構成要素賦予相同的參 照符號并省略重復說明。
為了有助于理解本發明，首先在圖2中表示可以同時在不同的兩個頻帶f\、f2中將 直流電源6的直流電壓以及/或者直流電流供給到有源元件180的偏置電路的實施方式。 該實施方式是在放大器的輸入端子側使用偏置電路100的例子。
偏置電路100的偏置供給端子800連接到交流信號源1與有源元件180之間的路 徑上(端口 A-端口 B)。
作為有源元件180可以例示晶體管(Transistor)、場效應晶體管(FET Field Effect Transistor)、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET :Metal Oxide Semiconductor FET)、薄膜晶體管(TFT =Thin Film Transistor)等。另外，在各圖中作為 有源元件180圖示了 η溝道結型場效應晶體管，但不是限定為η溝道結型場效應晶體管的 宗旨，而不過是有源元件180的例示。
偏置電路100包括電容器3 (以下，稱為并聯電容器)，一端接地而另一端連接到 偏置供給端子800且電容值為Cp ；并聯電路3R，與并聯電容器3并聯連接且一端連接到偏 置供給端子800。并聯電路3R包括電感器& (以下，稱為第1并聯電感器)，一端連接到 偏置供給端子800且電感值為Lpl ；電感器22 (以下，稱為第2并聯電感器)，一端連接到電 感器的另一端而另一端連接到直流電源連接端子600且電感值為Lp2 ；第1串聯諧振器 91； 一端連接到第1并聯電感器&與第2并聯電感器22的連接部TOO1 ；電容器4 (以下，稱 為接地用電容器)，一端連接到直流電源連接端子600而另一端接地且電容值為C ；連接到 直流電源連接端子600的直流電路單元10。第1串聯諧振器％包括電容器T1 (以下，稱 為第1諧振電容器)，一端連接到連接部TOO1且電容值為Csl ；電感器S1 (以下，稱為第1諧 振電感器)，一端連接到電容器T1的另一端而另一端接地且電感值為Lsl。直流電路單元10 包括直流電路5 (例如扼流線圈)，一端連接到直流電源連接端子600 ；以及直流電源6，連 接到直流電路5的另一端，對接地電位產生某個固定的直流電壓。直流電源6的能量經由 偏置供給端子800而供給到有源元件180。
這里，接地用電容器4的電容值C足夠大，并在希望的頻帶的任一個中接地用電容 器4的阻抗大致設為零(短路)。
將第1串聯諧振器％的諧振頻率設為第1頻率f” f\、Lsl、Csl之間成立式(1)的 關系。
這時，在第1頻率下從連接部TOO1看第1串聯諧振器％側的第1串聯諧振器 %的阻抗成為零(短路)。因此在從偏置供給端子800看偏置電路100側時，不論連接部 TOO1與直流電源連接端子600之間連接什么樣的電路，在連接部TOO1中短路的狀態也不會 改變。從而，在第1頻率下從偏置供給端子800看偏置電路100側時的偏置電路100的 阻抗由并聯電容器3與第1并聯電感器&決定。
在第1頻率中并聯電容器3與第1并聯電感器&的合成導納Ypl由式(2)表 示。這里，ωχ是第χ頻率仁的角頻率(cox = 2fx)。[0029
權利要求
1.一種偏置電路，該偏置電路包括偏置供給端子，用于將直流電壓以及/或者直流電流供給到有源元件； 電容器，一端連接到上述偏置供給端子，而另一端接地，以下將該電容器稱為并聯電容 器；以及并聯電路，與上述并聯電容器并聯連接，且一端連接到上述偏置供給端子， 將N設為2以上的預先決定的整數、將q設為2以上N-I以下的各整數、將m設為1以 上N-I以下的各整數，則上述并聯電路包括直流電源連接端子，連接到包含直流電源的直流電路單元； 串聯連接的N個電感器，以下將其稱為并聯電感器；以及 N-I個串聯諧振器，第1上述并聯電感器的一端連接到上述偏置供給端子，第q上述并聯電感器的一端連接到第(q_l)上述并聯電感器的另一端，而第q上述并 聯電感器的另一端連接到第(q+Ι)上述并聯電感器的一端，第N上述并聯電感器的另一端連接到上述直流電源連接端子， 第m上述串聯諧振器，其一端連接到第m上述并聯電感器與第(m+1)上述并聯電感器 的連接部，而其另一端接地，且包括串聯連接的第m電容器和第m電感器，以下將該電容器 稱為諧振電容器，將該電感器稱為諧振電感器。
2.如權利要求1所述的偏置電路，其特征在于，將上述第m串聯諧振器的諧振頻率設為第m頻率fm，上述各諧振電感器的電感值以及各諧振電容器的電容值被設定，使得在上述第m頻率 fm中，上述并聯電容器、從第1上述并聯電感器到第m上述并聯電感器以及從第1上述串聯 諧振器到第(m-Ι)上述串聯諧振器的合成導納成為零，并且在第N頻率&中，上述并聯電 容器、從第1上述并聯電感器到第N上述并聯電感器以及從第1上述串聯諧振器到第(N-I) 上述串聯諧振器的合成導納成為零。
3.如權利要求2所述的偏置電路，其特征在于，上述各諧振電感器的電感值以及各諧振電容器的電容值被設定，使得在上述第(m+1) 頻率fm+1中從第1上述串聯諧振器到第m上述串聯諧振器的各阻抗成為足夠大。
4.如權利要求2或權利要求3所述的偏置電路，其特征在于， f > f > > f > f丄 1 Z 丄 2 ζ · · · ζ 丄 N—1丄 N ο
全文摘要
一種偏置電路，該偏置電路包括偏置供給端子(800)；并聯電容器(3)，一端連接到偏置供給端子(800)而另一端接地；并聯電路(3L)，與并聯電容器(3)并聯連接，一端連接到偏置供給端子(800)。設為2≤N，并聯電路(3L)包括直流電源連接端子(600)、在偏置供給端子(800)與直流電源連接端子(600)之間串聯連接的N個并聯電感器(21-2N)、N-1個串聯諧振器(91-9N-1)，各串聯諧振器包括一端連接到鄰接的并聯電感的連接部的諧振電容器(71-7N-1)、一端連接到諧振電容器(71-7N-1)的另一端而另一端接地的諧振電感器(81-8N-1)。
文檔編號H03F3/20GK102035481SQ20101029906
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月29日 優先權日2009年10月7日
發明者岡崎浩司, 楢橋祥一, 福田敦史 申請人:株式會社Ntt都科摩