放大器制造技术

一种应用于TIA的放大器，抑制由电流源产生的噪声。构成跨阻放大器的放大器，其特征在于，在连接于放大级的输入端子的电流源与电源电压线之间插入有电感器元件。所述电流源包含：第一晶体管，基极端子与电流控制用偏压连接、且集电极端子与所述输入端子连接，所述电感器元件插入于所述第一晶体管的发射极端子与所述电源电压线之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】放大器
本专利技术涉及一种放大器，更详细而言，涉及一种应用于在光接收器中将通过受光元件从光信号转换而来的电流信号转换为电压信号的跨阻放大器的放大器。
技术介绍
跨阻放大器(TIA)用于光接收器，一边将通过受光元件从光信号转换为电流信号的信号转换成电压信号，一边放大信号强度。光接收器由于理想的是能接收微小的光信号，所以作为TIA的特性，理想的是低噪声。图1中示出了现有的发射极接地型TIA的构成。发射极接地型TIA具备：插入于输入端子IN与负侧电源电压VEE之间的晶体管Q3、包含晶体管Q1以及电阻R1、R2的放大级、包含晶体管Q2以及电阻R3的输出级、以及插入于输出端子OUT与输入端子IN之间的反馈电阻R4。晶体管Q3作为可变电流源来发挥功能，通过控制其电流量来控制放大器的DC工作点。基于可变电流源的DC工作点控制例如用于失调(offset)补偿功能(例如，参照非专利文献1)。图2中示出了现有的基极接地型TIA的构成。基极接地型TIA具备：插入于输入端子IN与负侧电源电压VEE之间的晶体管Q2和包含晶体管Q1以及电阻R1的放大级。晶体管Q2作为可变电流源来控制流过晶体管Q1的DC电流和输入信号电流的DC分量(例如，参照非专利文献2)。图3中示出了现有的RGC(RegulatedCascode：调节的级联)型TIA的构成。与基极接地型TIA同样，晶体管Q2作为可变电流源来控制流过放大级的晶体管Q1的DC电流和输入信号电流的DC分量。这样，在应用于TIA的放大器具备由晶体管形成的电流源。但是，在放大器的内部具备电流源的情况下，存在由该电流源产生的噪声大而使TIA的噪声特性劣化的问题。特别是，如上述的TIA那样，在输入端子连接有电流源的情况下，由于在对输入信号进行放大的前级会受到噪声影响，所以噪声特性的劣化极其显著。现有技术文献非专利文献非专利文献1：Chia-MingTsai,“A40mW3Gb/sSelf-CompensatedDifferentialTransimpedanceAmplifierWithEnlargedInputCapacitanceTolerancein0.18μmCMOSTechnology,”IEEEJournalofSolid-StateCircuits,Vol.44,No.10,pp.2671-2677,Oct.2009.非专利文献2：RaniaH.Mekkyetal.,“UltraLow-PowerLow-NoiseTransimpedanceAmplifierforMEMS-BasedReferenceOscillators,”IEEEInternationalConferenceonElectronics,Circuits,andSystems2013.
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于TIA且抑制了由电流源产生的噪声的放大器。本专利技术为了达到上述目的，是一种构成跨阻放大器的放大器，其特征在于，在连接于放大级的输入端子的电流源与电源电压线之间插入有电感器元件。所述电流源包含：第一晶体管，基极端子与电流控制用偏压(bias)连接，集电极端子与所述输入端子连接，所述电感器元件插入于所述第一晶体管的发射极端子与所述电源电压线之间。附图说明图1是表示现有的发射极接地型TIA的构成的图。图2是表示现有的基极接地型TIA的构成的图。图3是表示现有的RGC型TIA的构成的图。图4是用于对MOSFET的内部电阻进行说明的图。图5是表示TIA的芯片构造的图。图6是表示本专利技术的第一实施方式的基极接地型TIA的构成的图。图7是表示本专利技术的第二实施方式的基极接地型TIA的构成的图。图8是表示本专利技术的第三实施方式的基极接地型TIA的构成的图。图9A是表示在TIA芯片形成的谐振电路的图。图9B是表示在TIA芯片形成的谐振电路的图。图10是表示本专利技术的第四实施方式的基极接地型TIA的构成的图。图11是表示对基极接地型TIA的Zt、Ieq特性进行模拟的结果的图。图12是表示对基极接地型TIA的Zt、Ieq特性进行模拟的结果的图。图13是表示本专利技术的第五实施方式的发射极接地型TIA的构成的图。图14是表示对发射极接地型TIA的Zt、Ieq特性进行模拟的结果的图。图15是表示本专利技术的第六实施方式的RGC型TIA的构成的图。具体实施方式以下，参照附图同时对本专利技术的实施方式进行详细说明。本实施方式中的TIA将电感器元件与作为电流源的晶体管的发射极端子连接。如果将电流源考虑为理想电流源与内部电阻R的并联，则由此电流源产生的每单位频率的电流噪声为[算式1]所以内部电阻R越大则电流噪声越小。在理想的电流源的情况下，内部阻抗无限大而电流噪声为零。但是，在实际构成电流源时，由于具有有限的内部阻抗，所以由电流源产生的噪声会使TIA的噪声特性劣化。例如，如图4所示，当通过公式求出将阻抗ZS的元件与MOSFET的源极端子连接而构成的电流源的内部电阻R时，则：[算式2]R＝ro+(1+gmro)Zsro是晶体管单体的漏极电阻，gm是互导(transconductance)。根据该公式，通过将对源极端子连接了大的阻抗的晶体管使用于电流源，能增大电流源的内部阻抗。另一方面，在为了使电流源的内部阻抗增加而使用大电阻值的电阻元件的情况下，会由电阻产生大的压降。在这样的构成中，在驱动电流源时，栅极端子以及漏极端子所需的偏压变大，使用用途会受到限制。可以说这对双极型晶体管而言也是同样的。因此，在本实施方式中，通过将电感器元件与作为电流源的晶体管的发射极端子连接，从而在将对电流源进行驱动所需的偏压保持得较低的状态下，实现高频带下的内部阻抗大的电流源。由此，能将从电流源产生的电流噪声的总量抑制得较小。在本实施方式中，越使用电感大的电感器元件，则越能实现具有更大的内部阻抗的电流源，越能获得更显著的噪声降低效果。此外，也可考虑与电感器元件串联插入电阻。(电感元件)关于本实施方式中使用的电感器元件，如前所述，电感值大则更能获得显著的效果。例如，在信号频带超过10GHz这样的宽频带TIA中，需要至少以GHz数量级的频率来获得噪声降低效果。此时，TIA的电流源需要具有nH数量级以上的电感值的电感器元件。宽频带TIA大多做在半导体集成电路上。作为集成电路上的电感器元件，广泛使用的是仅使用了在最上层的配线层形成的配线的平面(planer)型构造。但是，为了使具有nH数量级以上的电感值的电感器元件在小型化的基础上进行安装，理想的是采用还使用了下层的配线层的三维构造的电感器元件。图5中示出了TIA的芯片构造。在TIA芯片10搭载有TIA11，TIA11和输入端子IN用的电极焊盘13a以及输出端子OUT用的电极焊盘13b连接。而且，设有正侧电源电压VCC用的电极焊盘13c以及负侧电源电压VEE用的电极焊盘13d和电感器元件12用的电极焊盘13d等，与TIA11连接。在TIA所代表的高频模拟集成电路的情况下，芯片尺寸由电极焊盘的尺寸和所需的电极焊盘的个数来限定。在将电感器元件搭载于集成电路的情况下，为了集成电路的尺寸不扩大，需要使电感器元件的尺寸收敛至与电极焊盘同等程度的尺寸或者其尺寸以下。因此，通过使用三维构造的电感器元件，能获得nH数量级以上的电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放大器，构成跨阻放大器，其特征在于，在连接于放大级的输入端子的电流源与电源电压线之间插入有电感器元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.01 JP 2015-1330471.一种放大器，构成跨阻放大器，其特征在于，在连接于放大级的输入端子的电流源与电源电压线之间插入有电感器元件。2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述电流源包含：第一晶体管，基极端子与电流控制用偏压连接，集电极端子与所述输入端子连接，所述电感器元件插入于所述第一晶体管的发射极端子与所述电源电压线之间。3.根据权利要求2所述的放大器，其特征在于，所述放大级包含：第二晶体管，发射极端子与所述输入端子连接，集电极端子与输出端子连接，基极端子与电流控制用偏压连接。4.根据权利要求3所述的放大器，其特征在于，包含：第三晶体管，基极端子与电流控制用偏压连接，集电极端子与所述第二晶体管的集电极端子连接，在所述第三晶体管的发射极...

【专利技术属性】
技术研发人员：中野慎介，桂井宏明，野河正史，木村俊二，十林正俊，栗田茂弘，远藤雅弘，
申请(专利权)人：日本电信电话株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP