信号放大器和集成电路制造技术

提供一种信号放大器以及一种在较宽的频带中能够获得高增益和高功率输出的集成电路。在包括用于输入来自于外部设备的信号的前级电路以及用于放大前级电路所馈送的信号并且于此输出信号的后级电路的信号放大器中，在一位或多位频率范围中，如此设置前级电路的输入阻抗和后级电路的输出阻抗以便与外部阻抗相匹配，并且设置前级电路的输出阻抗和后级电路的输入阻抗以匹配在低于后级电路的输出阻抗的阻抗。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种放大器，特别是，涉及一种信号放大器以及一种用于对具有高功率输出的宽频带数据信号进行放大的集成电路。
技术介绍
近来，随着对高度复杂的信息信号处理的需求，需要一种能够对宽范围内的信号进行处理的集成电路。特别是，在光通信系统中，传送速率显著地增加，并且实际上使用2.4千兆位每秒(Gbps)和10Gbps的传送速率。此外，已经对等于或大于40Gbps的传送速率进行了深入的研究和开发。由于此光通信系统中多路复用的信号具有范围从几十千赫(kHz)到几十千兆赫(GHz)的频率成分，所以与收发器一起使用的信号放大器需要具有从几十千赫到几十千兆赫的宽频带平坦增益。此外，驱动发射机中使用的外部调制器的电路和直接驱动光学系统中的激光二极管的电路需要的最大幅度为6伏特，并且需要高功率输出和上述宽频带平坦增益特性。作为一种宽频带信号放大器，已经报道了如图1所示的行波放大器(行波放大器电路)(A Monolithic Gas1-13GHz Traveling-Wave Amplifier.IEEE Trans.，Vol MTT-30，No.7，July1982，pp.976-981)。在图1中，数字51表示输入端，52表示输出端，57表示场效应晶体管(下文中称为“FET”)，58表示FET57的输入端，59表示FET57的输出端，60表示FET57的接地端，61表示输入侧终端电阻，62表示输出侧终端电阻，63和64表示分布常数线路，以及65表示相位调整线路。在以该方式所配置的行波放大器中，每一分布常数线路63以及邻接于此而设置的每一FET57的栅极源极电容Cgs构成一个具有特性阻抗为Zg的伪分布常数线路，并且所述伪分布常数线路与输入侧终端电阻61一起构成输入侧耦合电路66。另外，每一FET57的漏极源极电容Cds、每一相位调整线路65以及每一分布常数线路形成一个伪分布常数线路，并且该伪常数线路连同输出侧终端电阻62一起形成输出侧耦合电路67。接下来，将给出该类型行波放大器的操作的描述。经由输入端51而接收到的信号通过每一分布常数线路63而在朝着输入侧终端电阻61的方向上进行传播。进行如上所述传播的多数信号随后被分配给相应的FET57以便进行放大。另一方面，通过电阻61吸收未被分配给FET57的不需要的信号。因此，如以上所配置的输入侧耦合电路66一般能够在宽频带中获得较好的输入反射特性，而无需使用匹配电路。另一方面，根据FET57的栅极宽度而放大由每一FET57所接收的信号，并且然后通过每一相位调整线路65和每一分布常数线路64而朝着输出端52进行传播。而且，由于选择从输入端51到输出端52的各个传播路径以便具有相等的电长度，通过输出侧耦合电路67而顺序地对由FET57所放大的信号进行相互的组合以便被传递到输出端52。归功于上述电路67的配置，在输入侧能够获得宽频带中较好的反射特性。作为增加该类型行波放大器的功率输出的一般方法，能够考虑一种增加周期性布置的FET57的数量的方法以及一种增加每一FET57的栅极宽度的方法。而且，该类型行波放大器的增益G近似表示为G≈gm2n2Zg24(1-aglgn2)2]]>其中，αg是栅极侧电路的每单位长度的衰减常数，lg是FET57的每单位单元的栅极侧线路长度，Zg是栅极侧线路的特性阻抗，n是FET57的数量。根据该表达式，如果不增加FET57的数量n并且满足以下的表达式，那么增益G不增加。n>laglg]]>因此，即使FET57的数量增加，增益G也不增加，结果行波放大器的功率输出没有变大。此外，当每一FET57的栅极宽度增加时，栅极源极电容Cgs增加并且行波放大器的截止频率降低，从而不能获得宽频带输出。为了解决这类问题，公开的日本专利申请公开第HEI4-145712号已经披露了一种如图2所示的行波放大器。在该连接中，与图1所示行波放大器中构成部件相同的图2的构成部件分配有相同的标号并且不再对其进行描述。在图2中，数字76表示输入侧阻抗匹配电路，77表示输入侧传输线路，78表示输出侧传输线路，以及79表示输出侧阻抗匹配电路。匹配电路76是一种如下所述的电路，即将外部输入线路侧的外部阻抗(例如，50欧姆(Ω))与行波放大器的复合线路阻抗相匹配并且从中输出一个来自于外部输入线路侧的输入信号而不反射输入信号。电路76包括例如一个具有25Ω的900微米(μm)长的匹配线路。输入侧传输线路77连接到输入侧阻抗匹配电路76。传输线路77包括分布常数线路73(例如，具有35Ω的特性阻抗的80μm长的线路)和输入侧终端电阻71(例如，8Ω)，并且该传输线路与FET57相链接。输出侧传输线路78包括分布常数线路74(例如，具有45Ω的特性阻抗的80μm长的线路)和输出侧终端电阻72(例如，20Ω)，并且该传输线路与输出侧阻抗匹配电路79相耦合。匹配电路79是一种如下所述的电路，即将外部输出线路侧的外部阻抗(例如，50Ω)与行波放大器输出侧的复合线路阻抗相匹配，并且该电路包括例如一个600μm长、25Ω的匹配线路。根据图2所示的行波放大器的优点，由于根据FET57的栅极宽度来设置每一输入和输出侧的复合线路特性阻抗以便低于外部阻抗，因此FET57的栅极宽度能够被以每单位传输长度来增加，并且因此能够增加行波放大器的功率输出。图3示出了图2所示行波放大器的增益(S11)、输入反射(S21)以及输出反射(S22)的频率特性图。从图3中能够看到，增益(S11)、输入反射(S21)以及输出反射(S22)在从大约20GHz到大约30GHz的频带内都具有优良的特性。然而，在图2所示的行波放大器中，由于设置每一输入和输出侧的复合线路特性阻抗以低于外部阻抗，尽管如图3所示的从大约20-30GHz(也就是单位数频率范围)的频带内看出优良的特性，但是在对于光通信系统的收发器中使用的放大器所要求的从几十kHz到几十GHz的宽范围中，获得良好的特性是不可能的。已被设计来消除上述问题的本专利技术，提供一种信号放大器以及一种能够在较宽频带中的获得高增益和高功率输出的集成电路。
技术实现思路
为获得上述目标，提供一种根据本专利技术所述的信号放大器，该信号放大器包括用于输入来自于外部设备的信号的前级电路以及用于放大前级电路所馈送的信号并且于此输出信号的后级电路，其中在至少一位的频率范围中，设置前级电路的输入阻抗和后级电路的输出阻抗以便与外部阻抗相匹配；以及设置前级电路的输出阻抗和后级电路的输入阻抗以匹配在低于后级电路的输出阻抗的阻抗。在该情况中，从前级电路发送来的信号可以被直接地提供给后级电路或者可以首先通过例如电容器或其他电路以便此后被提供到后级电路。在根据本专利技术的配置中，在一位或多位频率范围中，前级电路的输入阻抗和后级电路的输出阻抗与外部阻抗相匹配，并且前级电路的输出阻抗以低于后级电路的输出阻抗的阻抗而与后级电路的输入阻抗相匹配。从而抑止由于增加晶体管的尺寸和级数以获得高电压幅度所导致的截止频率的降低和输入反射损失的退化，并且能够在例如从几十kHz到几十GHz的宽频带(关于图6的频率范围)中获得高增益和高功率输出。根据本专利技术，在根据本专利技术的信号放大器中，后级电路包括行波放大器。根据本专利技术，由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信号放大器，其特征在于包括用于输入来自于外部设备的信号的前级电路以及用于放大前级电路所馈送的信号并且于此输出信号的后级电路，其中：设置前级电路的输入阻抗和后级电路的输出阻抗以便在一位或多位频率范围中与外部阻抗相匹配；以及 设置前级电路的输出阻抗和后级电路的输入阻抗以匹配在低于后级电路的输出阻抗的阻抗。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：铃木康之，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]