专利名称：偏置电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及在放大器等中被利用的偏置电路。
技术背景
晶体管等有源元件为了其动作，需要直流电力(power)。偏置电路是用于将直流电 力供给到有源元件，使得在交流信号的传输路线上不给予来自直流电源的影响的电路。
例如在放大器中，输入到放大元件的交流信号在放大元件中被放大，并从输出端 子输出。该被放大的信号的主要能量源是直流电源。也就是说，放大器将直流电源的能量 变换为交流信号的能量。偏置电路实现将直流电源的能量供给到放大元件的作用。这样的 偏置电路具有如下的滤波器功能阻止交流信号向偏置电路的流动，使得偏置电路不影响 交流信号的传输。
图1表示对有源元件(FET) 180供给直流电压的以往的偏置电路900的构成例。偏 置电路900的偏置供给端子800连接到交流信号源1与有源元件180之间的路径上(端口 A-端口 B)。偏置电路900包括并联连接例如电容值为C1的电容器和电感值为L1的电感器 的并联谐振电路78p。并联谐振电路78p的一端是偏置供给端子800，并联谐振电路78p的 另一端是连接到包括直流电路5 (例如扼流线圈)与直流电源6的直流电路单元10的端子 600。直流电源6对接地电位产生某个固定的直流电压。一端接地且电容值足够大的电容 器4连接到端子600。直流电源6的能量经由端子600与偏置供给端子800而供给到有源 元件180。
如果将并联谐振电路78p的谐振频率设为f，则谐振频率f由电容值C1和电感值 L1决定。在谐振频率f中从偏置供给端子800看直流电源6侧时的偏置电路900的阻抗可 以认为无穷大，因此交流信号向偏置电路的侵入被阻止。也就是说，偏置电路900是在谐振 频率f中动作的偏置电路。一般，与以往的偏置电路900中被使用的谐振电路相同的滤波 器功能只在某一个特定的频率附近有效。
但是近年来，无线机中要求在多频带中动作的功能。作为无线机中包括的不可缺 少的装置有放大器。也就是说，放大器本身要求在多频带中动作的功能。为了放大器在多 频带中动作，考虑了几个方法。作为其一，有可以同时放大两个固有频带的信号的放大器 (参照内田他(人名)、《〒工了瓜“^ κ電力SiMOSFET増幅器”設計試作》、2004年電子 情報通信学会総合大会C-2-39。以下称为“非专利文献1”)。该多频带放大器能够在频谱 聚合(Spectrum Aggregation)等使用多个频带以能够实现高速传输的系统中使用。为了 将直流电源的能量供给到这样的多频带放大器，偏置电路本身需要具有在多频带中动作的 功能。也就是说，为多频带放大器使用以往的偏置电路900是困难的。因此在非专利文献 1中公开的多频带放大器，具有将并联谐振电路和具有与该并联谐振电路相同的效果的传 输线路Q串联连接的偏置电路。该偏置电路设计为使并联谐振电路的谐振频率成为第1频 率，并且传输线路Q在第2频率下是前端短路的1/4波长线路。从而，该偏置电路具有同时 在不同的两个频带中将直流电源的能量供给到多频带放大器的功能。但是，根据该构成，设计同时在不同的三个以上的频带中实现将直流电源的能量供给到多频带放大器的功能的 偏置电路是困难的。
此外，作为具有在多频带中动作的功能的偏置电路，也已知在特开2006-2M378 号公报中公开的偏置电路。该偏置电路是通过开关的切换对多个频带个别地实现供给直流 电源的能量的功能的偏置电路，不具有同时在多个频带中供给直流电源的能量的功能。发明内容
鉴于这样的状况，本发明的目的在于提供一种具有容易设计的结构，且可以同时 在多个频带中将直流电压以及/或者直流电流供给到有源元件的偏置电路。
为了解决上述课题，本发明的偏置电路被设为如下的构成。即，该偏置电路包括 偏置供给端子，用于将直流电压以及/或者直流电流供给到有源元件；电容器(并联电容 器)，一端连接到偏置供给端子，另一端接地；并联电路，与并联电容器并联连接，且一端连 接到偏置供给端子。这里如果将N设4为2以上的预先决定的整数、将q设为2以上N-I 以下的各整数、将m设为1以上N-I以下的各整数，则上述并联电路包括连接到包括直流 电源的直流电路单元的直流电源连接端子、串联连接的N个电感器(并联电感器)、N-I个 串联谐振器，第1并联电感器的一端连接到偏置供给端子，第q并联电感器的一端连接到第 (q-1)并联电感器的另一端，第q并联电感器的另一端连接到第(q+Ι)并联电感器的一端， 第N并联电感器的另一端连接到直流电源连接端子，第m串联谐振器，其一端连接到第m并 联电感器与第(m+1)并联电感器的连接部而另一端接地，并且包括串联连接的第m电容器 (谐振电容器)和第m电感器(谐振电感器)。
根据本发明，虽然将在实施方式中细节变得明确，在包括于偏置电路中的某个串 联谐振器的谐振频率下该串联谐振器的阻抗变为零，因此在该频率下连接该串联谐振器的 连接部(并联电感器之间的连接部)成为短路(从交流信号的观点是已短路的状态)，在该 频率下偏置电路实际上等价于包括并联电容、存在于成为短路的连接部与偏置供给端子之 间的并联电感器以及串联谐振器的结构。该情况对于包括在偏置电路的各串联谐振器独立 地成立，因此通过适当地设定好偏置电路中包括的各构成元件的电抗值使得在各谐振频率 中从偏置供给端子看偏置电路侧的偏置电路的阻抗成为无穷大(导纳为零)，从而能够例 如不进行开关等的切换操作而同时在多个频带中将直流电压以及/或者直流电流供给到 有源元件。此外，由于在直流中串联谐振器的阻抗成为无穷大，串联谐振器中不流动直流电 流，特别是关于在串联谐振器中包括的电感器的设计制约少，从而偏置电路的设计容易。此 外，偏置电路的构成要素的大部分为集总参数(lumped)元件，因此实现小型的偏置电路。
图1是表示以往的偏置电路的构成例的方框图。
图2是表示本发明的偏置电路的实施方式(对应双频带)的方框图。
图3是表示设为第1频率= 2. 5GHz、第2频率f2 = 2GHz而设计的对应双频带 的实施方式的偏置电路的具体例的图。
图4是表示在图3所示的对应双频带的实施方式的偏置电路中，在第1频率和 第2频率f2中的通过特性的仿真结果的图。
图5是表示本发明的偏置电路的实施方式(对应N个频带)的方框图。
图6是表示设计为第1频率= 2. 5GHz、第2频率f2 = 2GHz、第3频率f3 = 1. 5GHz、第4频率f4 = IGHz的对应四个频带的实施方式的偏置电路的具体例的图。
图7是表示在图6所示的对应四个频带的实施方式的偏置电路中，在从第1到第 4的各频率中的通过特性(S21)的仿真结果的图。
图8是表示本发明的偏置电路的实施方式的变形例(对应N个频带)的方框图。
具体实施方式
参照
该发明的实施方式。在各附图中对于相同的构成要素赋予相同的参 照符号并省略重复说明。
为了有助于理解本发明，首先在图2中表示可以同时在不同的两个频带f\、f2中将 直流电源6的直流电压以及/或者直流电流供给到有源元件180的偏置电路的实施方式。 该实施方式是在放大器的输入端子侧使用偏置电路100的例子。
偏置电路100的偏置供给端子800连接到交流信号源1与有源元件180之间的路 径上(端口 A-端口 B)。
作为有源元件180可以例示晶体管(Transistor)、场效应晶体管(FET Field Effect Transistor)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET :Metal Oxide Semiconductor FET)、薄膜晶体管(TFT =Thin Film Transistor)等。另外，在各图中作为 有源元件180图示了 η沟道结型场效应晶体管，但不是限定为η沟道结型场效应晶体管的 宗旨，而不过是有源元件180的例示。
偏置电路100包括电容器3 (以下，称为并联电容器)，一端接地而另一端连接到 偏置供给端子800且电容值为Cp ；并联电路3R，与并联电容器3并联连接且一端连接到偏 置供给端子800。并联电路3R包括电感器& (以下，称为第1并联电感器)，一端连接到 偏置供给端子800且电感值为Lpl ；电感器22 (以下，称为第2并联电感器)，一端连接到电 感器的另一端而另一端连接到直流电源连接端子600且电感值为Lp2 ；第1串联谐振器 91； 一端连接到第1并联电感器&与第2并联电感器22的连接部TOO1 ；电容器4 (以下，称 为接地用电容器)，一端连接到直流电源连接端子600而另一端接地且电容值为C ；连接到 直流电源连接端子600的直流电路单元10。第1串联谐振器％包括电容器T1 (以下，称 为第1谐振电容器)，一端连接到连接部TOO1且电容值为Csl ；电感器S1 (以下，称为第1谐 振电感器)，一端连接到电容器T1的另一端而另一端接地且电感值为Lsl。直流电路单元10 包括直流电路5 (例如扼流线圈)，一端连接到直流电源连接端子600 ；以及直流电源6，连 接到直流电路5的另一端，对接地电位产生某个固定的直流电压。直流电源6的能量经由 偏置供给端子800而供给到有源元件180。
这里，接地用电容器4的电容值C足够大，并在希望的频带的任一个中接地用电容 器4的阻抗大致设为零(短路)。
将第1串联谐振器％的谐振频率设为第1频率f” f\、Lsl、Csl之间成立式(1)的 关系。
这时，在第1频率下从连接部TOO1看第1串联谐振器％侧的第1串联谐振器 %的阻抗成为零(短路)。因此在从偏置供给端子800看偏置电路100侧时，不论连接部 TOO1与直流电源连接端子600之间连接什么样的电路，在连接部TOO1中短路的状态也不会 改变。从而，在第1频率下从偏置供给端子800看偏置电路100侧时的偏置电路100的 阻抗由并联电容器3与第1并联电感器&决定。
在第1频率中并联电容器3与第1并联电感器&的合成导纳Ypl由式(2)表 示。这里，ωχ是第χ频率仁的角频率(cox = 2fx)。[0029
权利要求
1.一种偏置电路，该偏置电路包括偏置供给端子，用于将直流电压以及/或者直流电流供给到有源元件； 电容器，一端连接到上述偏置供给端子，而另一端接地，以下将该电容器称为并联电容 器；以及并联电路，与上述并联电容器并联连接，且一端连接到上述偏置供给端子， 将N设为2以上的预先决定的整数、将q设为2以上N-I以下的各整数、将m设为1以 上N-I以下的各整数，则上述并联电路包括直流电源连接端子，连接到包含直流电源的直流电路单元； 串联连接的N个电感器，以下将其称为并联电感器；以及 N-I个串联谐振器，第1上述并联电感器的一端连接到上述偏置供给端子，第q上述并联电感器的一端连接到第(q_l)上述并联电感器的另一端，而第q上述并 联电感器的另一端连接到第(q+Ι)上述并联电感器的一端，第N上述并联电感器的另一端连接到上述直流电源连接端子， 第m上述串联谐振器，其一端连接到第m上述并联电感器与第(m+1)上述并联电感器 的连接部，而其另一端接地，且包括串联连接的第m电容器和第m电感器，以下将该电容器 称为谐振电容器，将该电感器称为谐振电感器。
2.如权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，将上述第m串联谐振器的谐振频率设为第m频率fm，上述各谐振电感器的电感值以及各谐振电容器的电容值被设定，使得在上述第m频率 fm中，上述并联电容器、从第1上述并联电感器到第m上述并联电感器以及从第1上述串联 谐振器到第(m-Ι)上述串联谐振器的合成导纳成为零，并且在第N频率&中，上述并联电 容器、从第1上述并联电感器到第N上述并联电感器以及从第1上述串联谐振器到第(N-I) 上述串联谐振器的合成导纳成为零。
3.如权利要求2所述的偏置电路，其特征在于，上述各谐振电感器的电感值以及各谐振电容器的电容值被设定，使得在上述第(m+1) 频率fm+1中从第1上述串联谐振器到第m上述串联谐振器的各阻抗成为足够大。
4.如权利要求2或权利要求3所述的偏置电路，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
一种偏置电路，该偏置电路包括偏置供给端子(800)；并联电容器(3)，一端连接到偏置供给端子(800)而另一端接地；并联电路(3L)，与并联电容器(3)并联连接，一端连接到偏置供给端子(800)。设为2≤N，并联电路(3L)包括直流电源连接端子(600)、在偏置供给端子(800)与直流电源连接端子(600)之间串联连接的N个并联电感器(21-2N)、N-1个串联谐振器(91-9N-1)，各串联谐振器包括一端连接到邻接的并联电感的连接部的谐振电容器(71-7N-1)、一端连接到谐振电容器(71-7N-1)的另一端而另一端接地的谐振电感器(81-8N-1)。
文档编号H03F3/20GK102035481SQ20101029906
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年10月7日
发明者冈崎浩司, 楢桥祥一, 福田敦史 申请人:株式会社Ntt都科摩