増幅器及び差動型分布増幅器
【課題】マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を駆動するための増幅器等として使用される増幅器に関し、高利得特性を持ち、かつ、出力段の差動型分布増幅器の入力側動作バイアスポイントを容易に調整できるようにする。
【解決手段】ソースフォロア回路部６８には電流源を設けず、ソースフォロアトランジスタ１１、１４のソースを本発明の差動型増幅器の第１実施形態６９の入力端子１８、１９に接続する。差動型増幅器６９の入力側伝送線路２０、２１の終端抵抗２２、２３の接続点２５にソースフォロア回路部６８に必要な電流源７０を接続する。
【解決手段】ソースフォロア回路部６８には電流源を設けず、ソースフォロアトランジスタ１１、１４のソースを本発明の差動型増幅器の第１実施形態６９の入力端子１８、１９に接続する。差動型増幅器６９の入力側伝送線路２０、２１の終端抵抗２２、２３の接続点２５にソースフォロア回路部６８に必要な電流源７０を接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マッハツェンダ型ＬＮ（ニオブ酸リチウム）光変調器を駆動するための増幅器等として使用して好適な増幅器及び差動型分布増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量光通信に向けた電子デバイスの開発が行われている。特に、ＴＤＭ（時分割多重）光通信の進展に伴い、４０Ｇb/s以上のビットレートのデータ信号を光ファイバを用いて送信しようという試みがなされている。このような高速の電気信号を光信号に変換するためには、マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を用いることが考えられる。
【０００３】
マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を駆動するためには、高出力かつ高利得な広帯域増幅器が必要である。差動型分布増幅器は、帯域が伝送線路の遮断周波数で決まるため、広帯域増幅器として注目されている。また、トランジスタのゲート幅を大きくすることができるため高出力性にも優れている。
【０００４】
但し、光通信システムの送信部のマルチプレクサの出力信号（光信号に変換すべき電気信号）をマッハツェンダ型ＬＮ光変調器を駆動するために必要な電圧振幅に増幅するには大きな利得の増幅器が必要となる。差動型分布増幅器は、差動利得がせいぜい１０ｄＢ程度であり、利得が不十分であることが問題であった。
【０００５】
この問題を解決するために、差動型分布増幅器の前段に集中定数型差動増幅器を設けた構成の増幅器が提案されている（例えば、特許文献１）。前段の集中定数型差動増幅器で差動型分布増幅器の利得が足りない分を補うとする構成である。このような構成の増幅器を用いる場合、前段の集中定数型差動増幅器と差動型分布増幅器との接続点においては、インピーダンス整合を行う必要がある。
【０００６】
即ち、一般に、前段の集中定数型差動増幅器の出力インピーダンスは高く、例えば、２００Ωであり、差動型分布増幅器の入力インピーダンスは低く、例えば、５０Ωであるため、これらの接続部分においては、インピーダンス整合を行う必要があり、インピーダンス変換器が必要となる。
【０００７】
このようなインピーダンス変換器として、よく用いられるのがソースフォロワ回路である。但し、ソースフォロワ回路を使用する場合には、ソースフォロアトランジスタに電流を流すための電流源を配置する必要がある。同一の集積回路内に、この電流源を作りこむ場合、トランジスタや抵抗素子を用いて構成される。
【０００８】
図１２は集中定数型差動増幅器と差動型分布増幅器との間にソースフォロア回路を挿入した従来の増幅器の一例を示す回路図である。図１２中、１、２は差動入力信号ＤＩＮ、／ＤＩＮ用の入力端子であり、１は正相入力信号ＤＩＮ用の入力端子、２は逆相入力信号／ＤＩＮ用の入力端子である。
【０００９】
３は差動入力信号ＤＩＮ、／ＤＩＮを増幅する集中定数型差動増幅器、４はインピーダンス変換回路部であるソースフォロア回路部、５は従来の差動型分布増幅器である。６、７は差動出力信号ＤＯＵＴ、／ＤＯＵＴ用の出力端子であり、６は正相出力信号ＤＯＵＴ用の出力端子、７は逆相出力信号／ＤＯＵＴ用の出力端子である。
【００１０】
ソースフォロア回路部４において、８は電源電圧ＶＤＤ１（例えば、−１.８Ｖ）を供給するＶＤＤ１電源線、９は電源電圧ＶＳＳ１（例えば、−３.３Ｖ）を供給するＶＳＳ１電源線である。１０は集中定数型増幅器３の正相出力信号が与えられるソースフォロア回路であり、１１はソースフォロアトランジスタ、１２は電流源である。１３は集中定数型増幅器３の逆相出力信号が与えられるソースフォロア回路であり、１４はソースフォロアトランジスタ、１５は電流源である。
【００１１】
ソースフォロアトランジスタ１１は、ドレインをＶＤＤ１電源線８に接続し、ゲートを集中定数型差動増幅器３の正相出力端子１６に接続し、ソースを電流源１２の電流入力端子及び差動型分布増幅器５の正相入力端子１８に接続されており、電流源１２は、電流出力端子をＶＳＳ１電源線９に接続している。
【００１２】
ソースフォロアトランジスタ１４は、ドレインをＶＤＤ１電源線８に接続し、ゲートを集中定数型差動増幅器３の逆相出力端子１７に接続し、ソースを電流源１５の電流入力端子及び差動型分布増幅器５の逆相入力端子に接続しており、電流源１５は、電流出力端子をＶＳＳ１電源線９に接続している。
【００１３】
差動型分布増幅器５において、２０、２１は第１、第２の入力側伝送線路であり、２０は正相入力信号伝送線路、２１は逆相入力信号伝送線路である。２２は正相入力信号伝送線路２０の終端抵抗、２３は逆相入力信号伝送線路２１の終端抵抗、２４は電源電圧ＶＳＳ２（例えば、−２.８Ｖ）を供給するＶＳＳ２電源線であり、終端抵抗２２、２３の接続点２５は、ＶＳＳ２電源線２４に接続されている。
【００１４】
２６、２７は第１、第２の出力側伝送線路であり、２６は正相出力信号伝送線路、２７は逆相出力信号伝送線路である。２８、２９は負荷抵抗、３０は電源電圧ＶＤＤ２（例えば、−０.８Ｖ）を供給するＶＤＤ２電源線であり、負荷抵抗２８、２９の接続点３１は、ＶＤＤ２電源線３０に接続されている。
【００１５】
３２、３３、３４は差動増幅器をなす基本回路セルであり、３５〜５８はインダクタ、５９〜６４はソースフォロア回路部４から出力される差動出力信号を入力側伝送線路２０、２１を介して差動入力信号として受けて差動動作を行うトランジスタ（以下、差動トランジスタという）、６５〜６７は電流源である。
【００１６】
差動トランジスタ５９は、ゲートをインダクタ３５、３６の接続点に接続し、ドレインをインダクタ５３、５４の接続点に接続し、ソースを電流源６５の電流入力端子に接続している。差動トランジスタ６０は、ゲートをインダクタ４１、４２の接続点に接続し、ドレインをインダクタ４７、４８の接続点に接続しソースを電流源６５の電流入力端子に接続している。電流源６５は、電流出力端子をＶＳＳ２電源線２４に接続している。
【００１７】
差動トランジスタ６１は、ゲートをインダクタ３７、３８の接続点に接続し、ドレインをインダクタ５５、５６の接続点に接続し、ソースを電流源６６の電流入力端子に接続している。差動トランジスタ６２は、ゲートをインダクタ４３、４４の接続点に接続し、ドレインをインダクタ４９、５０の接続点に接続し、ソースを電流源６６の電流入力端子に接続している。電流源６６は、電流出力端子をＶＳＳ２電源線２４に接続している。
【００１８】
差動トランジスタ６３は、ゲートをインダクタ３９、４０の接続点に接続し、ドレインをインダクタ５７、５８の接続点に接続し、ソースを電流源６７の電流入力端子に接続している。差動トランジスタ６４は、ゲートをインダクタ４５、４６の接続点に接続し、ドレインをインダクタ５１、５２の接続点に接続し、ソースを電流源６７の電流入力端子に接続している。電流源６７は、電流出力端子をＶＳＳ２電源線２４に接続している。
【特許文献１】特表平１０−５１０９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
図１３及び図１４は図１２に示す従来の増幅器が有する問題点を説明するための回路図である。ソースフォロア回路部４が有する電流源１２、１５は、ソースフォロアトランジスタ１１、１４に電流を流すためのものであり、トランジスタや抵抗素子を用いて構成される。
【００２０】
電流源１２、１５は、それぞれ、高周波的には、図１３に示すように、寄生抵抗Ｒと寄生容量Ｃの並列回路と看做すことができ、差動型分布増幅器５の高周波特性に悪影響を与える。例えば、差動型分布増幅器５の入力インピーダンスが低下したり、また、差動型分布増幅器５の利得が低下したりする。
【００２１】
即ち、図１２に示す従来の増幅器をマッハツェンダ型ＬＮ光変調器を駆動するための増幅器として使用する場合には、集中定数型差動増幅器３の出力振幅をある程度大きくしなくてはならず、そのため、ソースフォロワトランジスタ１１、１４に流す電流値も大きくする必要がある。
【００２２】
このような場合、電流源１２、１５をトランジスタや抵抗素子を用いて構成すると、電流源１２、１５の寄生抵抗Ｒ及び寄生容量Ｃが出力段に配置した差動型分布増幅器５の高周波特性を悪化させてしまうことになる。そこで、差動型分布増幅器５の高周波特性に悪影響を及ぼさないようなソースフォロワトランジスタ１１、１４のバイアス方法が必要となる。
【００２３】
また、電流源１２に流れる電流Issは、ソースフォロワトランジスタ１１から流れ込む電流と、差動型分布増幅器５の正相入力信号伝送線路２０から流れ込む電流の合計電流であり、電流源１５に流れる電流Issは、ソースフォロワトランジスタ１４から流れ込む電流と、差動型分布増幅器５の逆相入力信号伝送線路２１から流れ込む電流の合計電流である。
【００２４】
ここで、図１４に示すように、差動型分布増幅器５の入力側伝送線路２０、２１から流れ込む電流をそれぞれΔIssとすれば、ソースフォロワトランジスタ１１、１４に流れる電流はIss−ΔIssとなり、ΔIss分だけ小さくなる。したがって、電流源１２、１５の電流可変幅に比べて、差動型分布増幅器５の入力側動作バイアスポイント（入力端子１８、１９の直流動作バイアスポイント）の可変範囲が狭くなるという問題もあった。
【００２５】
即ち、電流源１２、１５に流れる電流の一部は、差動型分布増幅器５の入力側伝送線路２０、２１に流れる電流であるため、電流源１２、１５の電流可変幅に比べて、差動型分布増幅器５の入力側動作バイアスポイントの可変範囲が狭くなるという問題もあった。差動型分布増幅器５の入力側動作バイアスポイントは出力波形の電圧振幅を決める上で極めて重要なので、電流源１２、１５の電流可変幅に比べて、入力側動作バイアスポイントの可変範囲は広いほうが望ましい。
【００２６】
このように、差動型分布増幅器の前段に、差動型分布増幅器の入力側伝送線路にも電流を流す電流源を持つ回路、例えば、ソースフォロア回路を接続すると、差動型分布増幅器の利得を低下させたり、入力側動作バイアスポイントの可変範囲を狭くする場合があるという問題点があった。
【００２７】
本発明は、かかる点に鑑み、広帯域・高利得特性を持ち、かつ、出力段の差動型分布増幅器の入力側動作バイアスポイントを容易に調整できるようにした増幅器、及び、広帯域・高利得特性を持ち、かつ、入力側動作バイアスポイントを容易に調整できるようにした差動型分布増幅器を有する増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の増幅器は、定数集中型差動増幅器と、該定数集中型差動増幅器の後段に配置されたインピーダンス変換器と、該インピーダンス変換器の後段に配置され、前記インピーダンス変換器が出力する差動信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器を有する増幅器であって、前記差動型分布増幅器は、前記インピーダンス変換器に電流を流すための電流源を前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続しているというものである。
【００２９】
本発明の差動型分布増幅器は、差動入力信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器であって、前記第１、第２の終端抵抗の接続点に電流源を接続し、前段に、前記電流源を使用する所定回路が配置されるというものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の増幅器においては、差動型分布増幅器は、インピーダンス変換器に電流を流すための電流源を第１、第２の終端抵抗の接続点に接続しているが、第１、第２の終端抵抗の接続点における差動入力信号の振れ幅は常にゼロとなり、第１、第２の終端抵抗の接続点は、仮想的に接地されている状態となる。この結果、前記電流源の寄生抵抗及び寄生容量が差動型分布増幅器の特性を悪化させることはなく、広帯域・高利得特性を得ることができる。
【００３１】
また、前記電流源に流れる電流は全てインピーダンス変換器から流れ込むことになる。この結果、前記電流源の電流可変幅に比べて、差動型分布増幅器の入力側動作バイアスポイントの可変範囲は広くなる。したがって、差動型分布増幅器の入力側動作ポイントを容易に調整することができる。
【００３２】
本発明の差動型分布増幅器においては、第１、第２の終端抵抗の接続点に電流源を接続しているが、第１、第２の終端抵抗の接続点における差動入力信号の振れ幅は常にゼロとなり、第１、第２の終端抵抗の接続点は、仮想的に接地されている状態となる。この結果、前記電流源の寄生抵抗及び寄生容量が本発明の差動型分布増幅器の特性を悪化させることはなく、広帯域・高利得特性を得ることができる。
【００３３】
また、前記電流源に流れる電流は、全て本発明の差動型分布増幅器の前段に配置される所定回路から流れ込むことになる。この結果、前記電流源の電流可変幅に比べて、入力側動作バイアスポイントの可変範囲は広くなる。したがって、入力側動作ポイントを容易に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図１〜図１１を参照して、本発明の増幅器及び差動型分布増幅器の第１実施形態〜第３実施形態について説明する。なお、図１〜図６、図８、図１０、図１１において、図１２に対応する部分には、同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００３５】
（第１実施形態）
図１は本発明の増幅器の第１実施形態を示す回路図である。本発明の増幅器の第１実施形態は、集中定数型差動増幅器３と、インピーダンス変換回路部であるソースフォロア回路部６８と、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９を有している。
【００３６】
ソースフォロア回路部６８は、ソースフォロアトランジスタ１１、１４とＶＳＳ１電源線９との間に図１２に示すような電流源１２、１５を設けず、ソースフォロアトランジスタ１１、１４のソースをそれぞれ本発明の第１実施形態の差動型分布増幅器６９の入力端子１８、１９に接続し、その他については、図１２に示すソースフォロア回路部４と同様に構成したものである。
【００３７】
本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９は、終端抵抗２２、２３の接続点２５を図１２に示すようにＶＳＳ２電源線２４に接続せず、この代わりに、終端抵抗２２、２３の接続点２５にソースフォロア回路部６８に必要な電流源７０を接続し、その他については、図１２に示す差動型分布増幅器５と同様に構成したものである。なお、本発明の増幅器の第１実施形態においては、トランジスタとして、ＨＥＭＴやＭＯＳトランジスタやバイポーラ・トランジスタ等が用いられる。
【００３８】
図２は電流源７０の第１構成例を示す回路図である。電流源７０の第１構成例は、抵抗７１で構成されており、抵抗７０は、一端を終端抵抗２２、２３の接続点２５に接続し、他端を電圧ＶＢが印加される電圧入力端子７２に接続している。
【００３９】
図３は電流源７０の第２構成例を示す回路図である。電流源７０の第２構成例は、トランジスタ７３と抵抗７４とで構成されている。トランジスタ７３は、ドレインを終端抵抗２２、２３の接続点２５に接続し、ゲートを電圧ＶＢが印加される電圧入力端子７５に接続し、ソースをＶＳＳ１電源線９に接続している。抵抗７４は、一端をトランジスタ７３のゲートに接続し、他端をＶＳＳ１電源線９に接続している。
【００４０】
図４は電流源７０の第３構成例を示す回路図である。電流源７０の第３構成例は、トランジスタ７６と抵抗７７とで構成されている。トランジスタ７６は、ドレインをＶＤＤ１電源線８に接続し、ゲートを電圧ＶＢが印加される電圧入力端子７８に接続し、ソースを終端抵抗２２、２３の接続点２５及び抵抗７７の一端に接続している。抵抗７７は、他端をＶＳＳ１電源線９に接続している。
【００４１】
図５は電流源７０の第４構成例を示す回路図である。電流源７０の第４構成例は、トランジスタ７９、８０で構成されている。トランジスタ７９は、ドレインをゲート及び終端抵抗２２、２３の接続点２５に接続し、ソースをＶＳＳ１電源線９に接続している。トランジスタ８０は、ドレインを電圧ＶＢが印加される電圧入力端子８１に接続し、ゲートをトランジスタ７９のゲートに接続し、ソースをＶＳＳ１電源線９に接続している。
【００４２】
以上のように、本発明の増幅器の第１実施形態においては、ソースフォロア回路部６８に必要な電流源７０は、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の終端抵抗２２、２３の接続点２５に接続されているが、高周波的には、図６に示すように、寄生抵抗８２と寄生容量８３の並列回路と看做される。
【００４３】
しかしながら、終端抵抗２２、２３の接続点２５における差動入力信号の振れ幅は常にゼロとなり、終端抵抗２２、２３の接続点２５は仮想的に接地されている状態と言える。この結果、電流源７０の寄生抵抗８２及び寄生容量８３が本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の特性を悪化させることはなく、むしろ、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５に比べて、入力インピーダンス及び利得が大きくなる。
【００４４】
図７は本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力インピーダンス及び小信号利得の周波数特性を図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合と比較して示す図である。図７（Ａ）は入力インピーダンスの周波数特性を示しており、Ａ１は本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合、Ｂ１は図１２に示す従来の差動型分布増幅器の場合である。図７（Ｂ）は小信号利得の周波数特性を示しており、Ａ２は本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合、Ｂ２は図１２に示す従来の差動型分布増幅器の場合である。
【００４５】
但し、トランジスタ５９〜６４はＨＥＭＴ、入力側伝送線路２０、２１のインダクタ３５〜４６は７０ｐＨ、出力側伝送線路２６、２７のインダクタ４７〜５８は９０ｐＨ、電流源７０は第１構成例、電圧ＶＢは−３.３Ｖとした場合である。
【００４６】
図７（Ａ）に示すように、入力インピーダンスは、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合には、周波数平均を取ると３０Ω程度、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合には、周波数平均を取ると４０Ω程度である。このように、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力インピーダンスは、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合よりも１０Ω程度も大きくなった。
【００４７】
集中定数型増幅器３と本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９との接続部分において大きな電圧振幅を得るためには、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力インピーダンスをできるだけ大きくする必要があるが、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９が大信号動作に有利であるといえる。
【００４８】
また、図７（Ｂ）に示すように、小信号利得は、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合には、５ｄＢ程度、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合には、６ｄＢ程度となる。出力段として使用する差動型分布増幅器には、この差は極めて重要となる。本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９によれば、高周波特性を改善できることが明らかである。
【００４９】
また、本発明の増幅器の第１実施形態においては、ソースフォロア回路部６８に必要な電流源７０は、本発明の差動型分布増幅器６９の終端抵抗２２、２３の接続点２５に接続されているので、電流源７０に流れる電流は、全てソースフォロア回路部６８のソースフォロワトランジスタ１１、１４に流れる電流であり、図８に示すように、電流源７０に流れる電流をIssとすると、ソースフォロワトランジスタ１１、１４に流れる電流は、それぞれ、Iss／２となる。
【００５０】
この結果、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力側動作バイアスポイントは、電流源７０に流れる電流だけを調節することで決定することができ、電流源７０の電流可変幅に比べて、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力側動作バイアスポイントの可変範囲は広くなる。
【００５１】
図９は本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力側伝送線路２０、２１の入力側動作バイアス可変範囲をシミュレーションした結果を図１２に示す従来の差動型分布増幅器５と比較して示す図である。シミュレーション条件は、図７に示す特性を得た場合と同一であり、Ａ３は本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合、Ｂ３は図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合である。
【００５２】
電流源１２、１５の合計電流値Iss及び電流源７０の電流値Issを同じだけ変化させた場合、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合と本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合とでは明らかな違いがあることが分かる。例えば、電流値Issが１０ｍＡの場合の入力側動作バイアスポイントは、いずれの場合も−２.８Ｖ程度であるが、電流値Issを２倍の２０ｍＡにした場合、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合には−２.８７Ｖ程度までしか変化しないのに対して、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合には−２.９３Ｖまで変化する。
【００５３】
このように、本発明の差動型分布増幅器６９によれば、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合に比べて、入力側動作バイアスポイントの可変範囲は広くなることが確認できる。出力振幅を決める上で入力側伝送線路上の入力端子における動作バイアスポイントを調整することは極めて重要である。
【００５４】
以上のように、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９によれば、終端抵抗２２、２３の接続点２５に、ソースフォロア回路部６８が使用する電流源７０を接続しているので、広帯域・高利得特性を得ることができ、かつ、入力側動作バイアスポイントを容易に調整することができる。ちなみに、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９によれば、周波数＝８０Ｇb/s、入力振幅＝０.４Ｖppの差動信号を増幅し、出力振幅＝１.８Ｖppの差動信号を得ることができる差動型分布増幅器を提供することができる。
【００５５】
また、特に、電流源７０を第１構成例、第２構成例、第３構成例又は第４構成例のように構成する場合には、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９を簡易な構成とすることができる。また、電圧値ＶＢを調整するだけで、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力側動作バイアスポイントを調整することができる。また、電流源７０を第４構成例のように構成する場合には、電流源７０の定電流性を改善することができる。
【００５６】
したがって、また、本発明の増幅器の第１実施形態によれば、広帯域・高利得特性を持ち、かつ、出力段の差動型分布増幅器６９の入力側動作バイアスポイントを容易に調整できる増幅器を提供することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
図１０は本発明の増幅器の第２実施形態を示す回路図である。本発明の増幅器の第２実施形態は、集中定数型差動増幅器３と、ソースフォロア回路部６８と、本発明の差動型分布増幅器の第２実施形態８４を有している。
【００５８】
本発明の差動型分布増幅器の第２実施形態８４は、終端抵抗２２、２３の代わりに、可変抵抗素子をなすゲート接地のトランジスタ８５、８６を用い、その他については、図１に示す本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９と同様に構成したものである。
【００５９】
トランジスタ８５のドレインは伝送線路２０の終端に接続され、トランジスタ８６のドレインは伝送線路２１の終端に接続され、トランジスタ８５、８６のゲートは、制御電圧Ｖcontを供給する制御電圧線に接続され、トランジスタ８５、８６のソース同士は接続されている。なお、定電流源７０として、図２〜図５に示す第１構成例〜第４構成例を使用することができる。
【００６０】
本発明の差動型分布増幅器の第２実施形態８４によれば、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９と同様の作用効果を得ることができると共に、制御電圧Ｖcontを変化させることにより、終端抵抗をなすトランジスタ８５、８６の抵抗値を変化させることができるので、試作後の特性調整を行うことができ、歩留まりの向上を図ることができる。
【００６１】
したがって、また、本発明の増幅器の第２実施形態によれば、高利得、広帯域特性を持ち、かつ、出力段の差動型分布増幅器６９の入力側動作バイアスポイントを容易に調整でき、歩留まりの向上を図ることができる増幅器を提供することができる。
【００６２】
（第３実施形態）
図１１は本発明の増幅器の第３実施形態を示す回路図である。本発明の増幅器の第３実施形態は、集中定数型差動増幅器３と、ソースフォロア回路部６８と、本発明の差動型分布増幅器の第３実施形態８７を有している。
【００６３】
本発明の差動型分布増幅器の第３実施形態８７は、差動トランジスタ５９〜６４に対してゲート接地トランジスタ８８〜９３をカスケード接続し、ゲート接地トランジスタ８８〜９３のゲートをキャパシタ９４〜９９を介して接地し、その他については、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９と同様に構成したものである。なお、定電流源７０として、図２〜図５に示す第１構成例〜第４構成例を使用することができる。
【００６４】
本発明の差動型分布増幅器の第３実施形態８７によれば、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９と同様の作用効果を得ることができると共に、各差動増幅器（単位回路セル）の入力容量（ミラー容量）を低減することができ、出力損失も小さくすることができるので、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９以上の広帯域な特性を得ることができる。
【００６５】
したがって、また、本発明の増幅器の第３実施形態によれば、広帯域・高利得特性を持ち、かつ、出力段の差動型分布増幅器８７の入力側動作バイアスポイントを容易に調整できる増幅器を提供することができる。
【００６６】
なお、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態〜第３実施形態においては、前段に、インピーダンス変換回路であるソースフォロア回路を配置した場合について述べたが、本発明の差動型分布増幅器は、前段に電流源を必要とする回路を配置する場合に広く適用することができるものである。
【００６７】
ここで、本発明を整理すると、本発明には、少なくとも、以下の増幅器及び差動型分布増幅器が含まれる。
【００６８】
（付記１） 定数集中型差動増幅器と、該定数集中型差動増幅器の後段に配置されたインピーダンス変換器と、該インピーダンス変換器の後段に配置され、前記インピーダンス変換器が出力する差動信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器を有する増幅器であって、前記差動型分布増幅器は、前記インピーダンス変換器に電流を流すための電流源を前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続していることを特徴とする増幅器。
【００６９】
（付記２） 前記インピーダンス変換器は、ソースフォロア回路からなることを特徴とする付記１記載の増幅器。
【００７０】
（付記３） 差動入力信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器であって、前記第１、第２の終端抵抗の接続点に電流源を接続し、前段に、前記電流源を使用する所定回路が配置されることを特徴とする差動型分布増幅器。
【００７１】
（付記４） 前記所定回路は、ソースフォロア回路であることを特徴とする付記３記載の差動型分布増幅器。
【００７２】
（付記５） 前記第１、第２の終端抵抗は、ゲート接地トランジスタからなることを特徴とする付記３又は４記載の差動型分布増幅器。
【００７３】
（付記６） 差動入力信号を受けて差動動作を行う第１、第２のトランジスタと、前記第１、第２のトランジスタにカスケード接続されたゲート接地の第３、第４のトランジスタを有する基本回路セルを有することを特徴とする付記３、４又は５記載の差動型分布増幅器。
【００７４】
（付記７） 前記電流源は、一端を前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続し、他端に電圧が供給される抵抗からなることを特徴とする付記３、４、５又は６記載の差動型分布増幅器。
【００７５】
（付記８） 前記電流源は、ドレインを前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続し、ソースを第１の電圧源に接続し、ゲートを第２の電圧源に接続したトランジスタと、前記トランジスタのゲート・ソース間に接続された抵抗を有することを特徴とする付記３、４、５又は６記載の差動型分布増幅器。
【００７６】
（付記９） 前記電流源は、ドレインを第１の電圧源に接続し、ゲートを第２の電圧源に接続したトランジスタと、一端を前記トランジスタのソースに接続し、他端を第３の電圧源に接続した抵抗を有し、前記トランジスタと前記抵抗の接続点を前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続していることを特徴とする付記３、４、５又は６記載の差動型分布増幅器。
【００７７】
（付記１０） 前記電流源は、ドレインを前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続し、ゲートをドレインに接続し、ソースを第１の電圧源に接続した第１のトランジスタと、ドレインを第２の電圧源に接続し、ゲートを前記第１のトランジスタのゲートに接続し、ソースを前記第１の電圧源に接続した第２のトランジスタを有することを特徴とする付記３、４、５又は６記載の差動型分布増幅器。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の増幅器の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態が有する前段のソースフォロア回路用の電流源の第１構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態が有する前段のソースフォロア回路用の電流源の第２構成例を示す回路図である。
【図４】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態が有する前段のソースフォロア回路用の電流源の第３構成例を示す回路図である。
【図５】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態が有する前段のソースフォロア回路用の電流源の第４構成例を示す回路図である。
【図６】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態の作用効果を説明するための回路図である。
【図７】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態の入力インピーダンス及び小信号利得の周波数特性を図１２に示す従来の差動型分布増幅器の場合と比較して示す図である。
【図８】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態の作用効果を説明するための回路図である。
【図９】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態の入力側伝送線路の入力側動作バイアス可変範囲をシミュレーションした結果を図１２に示す従来の差動型分布増幅器の場合と比較して示す図である。
【図１０】本発明の増幅器の第２実施形態を示す回路図である。
【図１１】本発明の増幅器の第３実施形態を示す回路図である。
【図１２】集中定数型差動増幅器と差動型分布増幅器との間にソースフォロア回路を挿入した従来の増幅器の一例を示す回路図である。
【図１３】図１２に示す従来の増幅器が有する問題点を説明するための回路図である。
【図１４】図１２に示す従来の増幅器が有する問題点を説明するための回路図である。
【符号の説明】
【００７９】
１６…正相出力端子
１７…逆相出力端子
１８…正相入力端子
１９…逆相入力端子
２０、２１…入力側伝送線路
２２、２３…終端抵抗
２６、２７…出力側伝送線路
３５〜５８…インダクタ
５９〜６４…差動トランジスタ
６５〜６７…電流源
６８…ソースフォロア回路部
６９…本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態
８４…本発明の差動型分布増幅器の第２実施形態
８７…本発明の差動型分布増幅器の第３実施形態
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マッハツェンダ型ＬＮ（ニオブ酸リチウム）光変調器を駆動するための増幅器等として使用して好適な増幅器及び差動型分布増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量光通信に向けた電子デバイスの開発が行われている。特に、ＴＤＭ（時分割多重）光通信の進展に伴い、４０Ｇb/s以上のビットレートのデータ信号を光ファイバを用いて送信しようという試みがなされている。このような高速の電気信号を光信号に変換するためには、マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を用いることが考えられる。
【０００３】
マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を駆動するためには、高出力かつ高利得な広帯域増幅器が必要である。差動型分布増幅器は、帯域が伝送線路の遮断周波数で決まるため、広帯域増幅器として注目されている。また、トランジスタのゲート幅を大きくすることができるため高出力性にも優れている。
【０００４】
但し、光通信システムの送信部のマルチプレクサの出力信号（光信号に変換すべき電気信号）をマッハツェンダ型ＬＮ光変調器を駆動するために必要な電圧振幅に増幅するには大きな利得の増幅器が必要となる。差動型分布増幅器は、差動利得がせいぜい１０ｄＢ程度であり、利得が不十分であることが問題であった。
【０００５】
この問題を解決するために、差動型分布増幅器の前段に集中定数型差動増幅器を設けた構成の増幅器が提案されている（例えば、特許文献１）。前段の集中定数型差動増幅器で差動型分布増幅器の利得が足りない分を補うとする構成である。このような構成の増幅器を用いる場合、前段の集中定数型差動増幅器と差動型分布増幅器との接続点においては、インピーダンス整合を行う必要がある。
【０００６】
即ち、一般に、前段の集中定数型差動増幅器の出力インピーダンスは高く、例えば、２００Ωであり、差動型分布増幅器の入力インピーダンスは低く、例えば、５０Ωであるため、これらの接続部分においては、インピーダンス整合を行う必要があり、インピーダンス変換器が必要となる。
【０００７】
このようなインピーダンス変換器として、よく用いられるのがソースフォロワ回路である。但し、ソースフォロワ回路を使用する場合には、ソースフォロアトランジスタに電流を流すための電流源を配置する必要がある。同一の集積回路内に、この電流源を作りこむ場合、トランジスタや抵抗素子を用いて構成される。
【０００８】
図１２は集中定数型差動増幅器と差動型分布増幅器との間にソースフォロア回路を挿入した従来の増幅器の一例を示す回路図である。図１２中、１、２は差動入力信号ＤＩＮ、／ＤＩＮ用の入力端子であり、１は正相入力信号ＤＩＮ用の入力端子、２は逆相入力信号／ＤＩＮ用の入力端子である。
【０００９】
３は差動入力信号ＤＩＮ、／ＤＩＮを増幅する集中定数型差動増幅器、４はインピーダンス変換回路部であるソースフォロア回路部、５は従来の差動型分布増幅器である。６、７は差動出力信号ＤＯＵＴ、／ＤＯＵＴ用の出力端子であり、６は正相出力信号ＤＯＵＴ用の出力端子、７は逆相出力信号／ＤＯＵＴ用の出力端子である。
【００１０】
ソースフォロア回路部４において、８は電源電圧ＶＤＤ１（例えば、−１.８Ｖ）を供給するＶＤＤ１電源線、９は電源電圧ＶＳＳ１（例えば、−３.３Ｖ）を供給するＶＳＳ１電源線である。１０は集中定数型増幅器３の正相出力信号が与えられるソースフォロア回路であり、１１はソースフォロアトランジスタ、１２は電流源である。１３は集中定数型増幅器３の逆相出力信号が与えられるソースフォロア回路であり、１４はソースフォロアトランジスタ、１５は電流源である。
【００１１】
ソースフォロアトランジスタ１１は、ドレインをＶＤＤ１電源線８に接続し、ゲートを集中定数型差動増幅器３の正相出力端子１６に接続し、ソースを電流源１２の電流入力端子及び差動型分布増幅器５の正相入力端子１８に接続されており、電流源１２は、電流出力端子をＶＳＳ１電源線９に接続している。
【００１２】
ソースフォロアトランジスタ１４は、ドレインをＶＤＤ１電源線８に接続し、ゲートを集中定数型差動増幅器３の逆相出力端子１７に接続し、ソースを電流源１５の電流入力端子及び差動型分布増幅器５の逆相入力端子に接続しており、電流源１５は、電流出力端子をＶＳＳ１電源線９に接続している。
【００１３】
差動型分布増幅器５において、２０、２１は第１、第２の入力側伝送線路であり、２０は正相入力信号伝送線路、２１は逆相入力信号伝送線路である。２２は正相入力信号伝送線路２０の終端抵抗、２３は逆相入力信号伝送線路２１の終端抵抗、２４は電源電圧ＶＳＳ２（例えば、−２.８Ｖ）を供給するＶＳＳ２電源線であり、終端抵抗２２、２３の接続点２５は、ＶＳＳ２電源線２４に接続されている。
【００１４】
２６、２７は第１、第２の出力側伝送線路であり、２６は正相出力信号伝送線路、２７は逆相出力信号伝送線路である。２８、２９は負荷抵抗、３０は電源電圧ＶＤＤ２（例えば、−０.８Ｖ）を供給するＶＤＤ２電源線であり、負荷抵抗２８、２９の接続点３１は、ＶＤＤ２電源線３０に接続されている。
【００１５】
３２、３３、３４は差動増幅器をなす基本回路セルであり、３５〜５８はインダクタ、５９〜６４はソースフォロア回路部４から出力される差動出力信号を入力側伝送線路２０、２１を介して差動入力信号として受けて差動動作を行うトランジスタ（以下、差動トランジスタという）、６５〜６７は電流源である。
【００１６】
差動トランジスタ５９は、ゲートをインダクタ３５、３６の接続点に接続し、ドレインをインダクタ５３、５４の接続点に接続し、ソースを電流源６５の電流入力端子に接続している。差動トランジスタ６０は、ゲートをインダクタ４１、４２の接続点に接続し、ドレインをインダクタ４７、４８の接続点に接続しソースを電流源６５の電流入力端子に接続している。電流源６５は、電流出力端子をＶＳＳ２電源線２４に接続している。
【００１７】
差動トランジスタ６１は、ゲートをインダクタ３７、３８の接続点に接続し、ドレインをインダクタ５５、５６の接続点に接続し、ソースを電流源６６の電流入力端子に接続している。差動トランジスタ６２は、ゲートをインダクタ４３、４４の接続点に接続し、ドレインをインダクタ４９、５０の接続点に接続し、ソースを電流源６６の電流入力端子に接続している。電流源６６は、電流出力端子をＶＳＳ２電源線２４に接続している。
【００１８】
差動トランジスタ６３は、ゲートをインダクタ３９、４０の接続点に接続し、ドレインをインダクタ５７、５８の接続点に接続し、ソースを電流源６７の電流入力端子に接続している。差動トランジスタ６４は、ゲートをインダクタ４５、４６の接続点に接続し、ドレインをインダクタ５１、５２の接続点に接続し、ソースを電流源６７の電流入力端子に接続している。電流源６７は、電流出力端子をＶＳＳ２電源線２４に接続している。
【特許文献１】特表平１０−５１０９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
図１３及び図１４は図１２に示す従来の増幅器が有する問題点を説明するための回路図である。ソースフォロア回路部４が有する電流源１２、１５は、ソースフォロアトランジスタ１１、１４に電流を流すためのものであり、トランジスタや抵抗素子を用いて構成される。
【００２０】
電流源１２、１５は、それぞれ、高周波的には、図１３に示すように、寄生抵抗Ｒと寄生容量Ｃの並列回路と看做すことができ、差動型分布増幅器５の高周波特性に悪影響を与える。例えば、差動型分布増幅器５の入力インピーダンスが低下したり、また、差動型分布増幅器５の利得が低下したりする。
【００２１】
即ち、図１２に示す従来の増幅器をマッハツェンダ型ＬＮ光変調器を駆動するための増幅器として使用する場合には、集中定数型差動増幅器３の出力振幅をある程度大きくしなくてはならず、そのため、ソースフォロワトランジスタ１１、１４に流す電流値も大きくする必要がある。
【００２２】
このような場合、電流源１２、１５をトランジスタや抵抗素子を用いて構成すると、電流源１２、１５の寄生抵抗Ｒ及び寄生容量Ｃが出力段に配置した差動型分布増幅器５の高周波特性を悪化させてしまうことになる。そこで、差動型分布増幅器５の高周波特性に悪影響を及ぼさないようなソースフォロワトランジスタ１１、１４のバイアス方法が必要となる。
【００２３】
また、電流源１２に流れる電流Issは、ソースフォロワトランジスタ１１から流れ込む電流と、差動型分布増幅器５の正相入力信号伝送線路２０から流れ込む電流の合計電流であり、電流源１５に流れる電流Issは、ソースフォロワトランジスタ１４から流れ込む電流と、差動型分布増幅器５の逆相入力信号伝送線路２１から流れ込む電流の合計電流である。
【００２４】
ここで、図１４に示すように、差動型分布増幅器５の入力側伝送線路２０、２１から流れ込む電流をそれぞれΔIssとすれば、ソースフォロワトランジスタ１１、１４に流れる電流はIss−ΔIssとなり、ΔIss分だけ小さくなる。したがって、電流源１２、１５の電流可変幅に比べて、差動型分布増幅器５の入力側動作バイアスポイント（入力端子１８、１９の直流動作バイアスポイント）の可変範囲が狭くなるという問題もあった。
【００２５】
即ち、電流源１２、１５に流れる電流の一部は、差動型分布増幅器５の入力側伝送線路２０、２１に流れる電流であるため、電流源１２、１５の電流可変幅に比べて、差動型分布増幅器５の入力側動作バイアスポイントの可変範囲が狭くなるという問題もあった。差動型分布増幅器５の入力側動作バイアスポイントは出力波形の電圧振幅を決める上で極めて重要なので、電流源１２、１５の電流可変幅に比べて、入力側動作バイアスポイントの可変範囲は広いほうが望ましい。
【００２６】
このように、差動型分布増幅器の前段に、差動型分布増幅器の入力側伝送線路にも電流を流す電流源を持つ回路、例えば、ソースフォロア回路を接続すると、差動型分布増幅器の利得を低下させたり、入力側動作バイアスポイントの可変範囲を狭くする場合があるという問題点があった。
【００２７】
本発明は、かかる点に鑑み、広帯域・高利得特性を持ち、かつ、出力段の差動型分布増幅器の入力側動作バイアスポイントを容易に調整できるようにした増幅器、及び、広帯域・高利得特性を持ち、かつ、入力側動作バイアスポイントを容易に調整できるようにした差動型分布増幅器を有する増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の増幅器は、定数集中型差動増幅器と、該定数集中型差動増幅器の後段に配置されたインピーダンス変換器と、該インピーダンス変換器の後段に配置され、前記インピーダンス変換器が出力する差動信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器を有する増幅器であって、前記差動型分布増幅器は、前記インピーダンス変換器に電流を流すための電流源を前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続しているというものである。
【００２９】
本発明の差動型分布増幅器は、差動入力信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器であって、前記第１、第２の終端抵抗の接続点に電流源を接続し、前段に、前記電流源を使用する所定回路が配置されるというものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の増幅器においては、差動型分布増幅器は、インピーダンス変換器に電流を流すための電流源を第１、第２の終端抵抗の接続点に接続しているが、第１、第２の終端抵抗の接続点における差動入力信号の振れ幅は常にゼロとなり、第１、第２の終端抵抗の接続点は、仮想的に接地されている状態となる。この結果、前記電流源の寄生抵抗及び寄生容量が差動型分布増幅器の特性を悪化させることはなく、広帯域・高利得特性を得ることができる。
【００３１】
また、前記電流源に流れる電流は全てインピーダンス変換器から流れ込むことになる。この結果、前記電流源の電流可変幅に比べて、差動型分布増幅器の入力側動作バイアスポイントの可変範囲は広くなる。したがって、差動型分布増幅器の入力側動作ポイントを容易に調整することができる。
【００３２】
本発明の差動型分布増幅器においては、第１、第２の終端抵抗の接続点に電流源を接続しているが、第１、第２の終端抵抗の接続点における差動入力信号の振れ幅は常にゼロとなり、第１、第２の終端抵抗の接続点は、仮想的に接地されている状態となる。この結果、前記電流源の寄生抵抗及び寄生容量が本発明の差動型分布増幅器の特性を悪化させることはなく、広帯域・高利得特性を得ることができる。
【００３３】
また、前記電流源に流れる電流は、全て本発明の差動型分布増幅器の前段に配置される所定回路から流れ込むことになる。この結果、前記電流源の電流可変幅に比べて、入力側動作バイアスポイントの可変範囲は広くなる。したがって、入力側動作ポイントを容易に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図１〜図１１を参照して、本発明の増幅器及び差動型分布増幅器の第１実施形態〜第３実施形態について説明する。なお、図１〜図６、図８、図１０、図１１において、図１２に対応する部分には、同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００３５】
（第１実施形態）
図１は本発明の増幅器の第１実施形態を示す回路図である。本発明の増幅器の第１実施形態は、集中定数型差動増幅器３と、インピーダンス変換回路部であるソースフォロア回路部６８と、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９を有している。
【００３６】
ソースフォロア回路部６８は、ソースフォロアトランジスタ１１、１４とＶＳＳ１電源線９との間に図１２に示すような電流源１２、１５を設けず、ソースフォロアトランジスタ１１、１４のソースをそれぞれ本発明の第１実施形態の差動型分布増幅器６９の入力端子１８、１９に接続し、その他については、図１２に示すソースフォロア回路部４と同様に構成したものである。
【００３７】
本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９は、終端抵抗２２、２３の接続点２５を図１２に示すようにＶＳＳ２電源線２４に接続せず、この代わりに、終端抵抗２２、２３の接続点２５にソースフォロア回路部６８に必要な電流源７０を接続し、その他については、図１２に示す差動型分布増幅器５と同様に構成したものである。なお、本発明の増幅器の第１実施形態においては、トランジスタとして、ＨＥＭＴやＭＯＳトランジスタやバイポーラ・トランジスタ等が用いられる。
【００３８】
図２は電流源７０の第１構成例を示す回路図である。電流源７０の第１構成例は、抵抗７１で構成されており、抵抗７０は、一端を終端抵抗２２、２３の接続点２５に接続し、他端を電圧ＶＢが印加される電圧入力端子７２に接続している。
【００３９】
図３は電流源７０の第２構成例を示す回路図である。電流源７０の第２構成例は、トランジスタ７３と抵抗７４とで構成されている。トランジスタ７３は、ドレインを終端抵抗２２、２３の接続点２５に接続し、ゲートを電圧ＶＢが印加される電圧入力端子７５に接続し、ソースをＶＳＳ１電源線９に接続している。抵抗７４は、一端をトランジスタ７３のゲートに接続し、他端をＶＳＳ１電源線９に接続している。
【００４０】
図４は電流源７０の第３構成例を示す回路図である。電流源７０の第３構成例は、トランジスタ７６と抵抗７７とで構成されている。トランジスタ７６は、ドレインをＶＤＤ１電源線８に接続し、ゲートを電圧ＶＢが印加される電圧入力端子７８に接続し、ソースを終端抵抗２２、２３の接続点２５及び抵抗７７の一端に接続している。抵抗７７は、他端をＶＳＳ１電源線９に接続している。
【００４１】
図５は電流源７０の第４構成例を示す回路図である。電流源７０の第４構成例は、トランジスタ７９、８０で構成されている。トランジスタ７９は、ドレインをゲート及び終端抵抗２２、２３の接続点２５に接続し、ソースをＶＳＳ１電源線９に接続している。トランジスタ８０は、ドレインを電圧ＶＢが印加される電圧入力端子８１に接続し、ゲートをトランジスタ７９のゲートに接続し、ソースをＶＳＳ１電源線９に接続している。
【００４２】
以上のように、本発明の増幅器の第１実施形態においては、ソースフォロア回路部６８に必要な電流源７０は、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の終端抵抗２２、２３の接続点２５に接続されているが、高周波的には、図６に示すように、寄生抵抗８２と寄生容量８３の並列回路と看做される。
【００４３】
しかしながら、終端抵抗２２、２３の接続点２５における差動入力信号の振れ幅は常にゼロとなり、終端抵抗２２、２３の接続点２５は仮想的に接地されている状態と言える。この結果、電流源７０の寄生抵抗８２及び寄生容量８３が本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の特性を悪化させることはなく、むしろ、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５に比べて、入力インピーダンス及び利得が大きくなる。
【００４４】
図７は本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力インピーダンス及び小信号利得の周波数特性を図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合と比較して示す図である。図７（Ａ）は入力インピーダンスの周波数特性を示しており、Ａ１は本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合、Ｂ１は図１２に示す従来の差動型分布増幅器の場合である。図７（Ｂ）は小信号利得の周波数特性を示しており、Ａ２は本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合、Ｂ２は図１２に示す従来の差動型分布増幅器の場合である。
【００４５】
但し、トランジスタ５９〜６４はＨＥＭＴ、入力側伝送線路２０、２１のインダクタ３５〜４６は７０ｐＨ、出力側伝送線路２６、２７のインダクタ４７〜５８は９０ｐＨ、電流源７０は第１構成例、電圧ＶＢは−３.３Ｖとした場合である。
【００４６】
図７（Ａ）に示すように、入力インピーダンスは、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合には、周波数平均を取ると３０Ω程度、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合には、周波数平均を取ると４０Ω程度である。このように、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力インピーダンスは、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合よりも１０Ω程度も大きくなった。
【００４７】
集中定数型増幅器３と本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９との接続部分において大きな電圧振幅を得るためには、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力インピーダンスをできるだけ大きくする必要があるが、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９が大信号動作に有利であるといえる。
【００４８】
また、図７（Ｂ）に示すように、小信号利得は、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合には、５ｄＢ程度、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合には、６ｄＢ程度となる。出力段として使用する差動型分布増幅器には、この差は極めて重要となる。本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９によれば、高周波特性を改善できることが明らかである。
【００４９】
また、本発明の増幅器の第１実施形態においては、ソースフォロア回路部６８に必要な電流源７０は、本発明の差動型分布増幅器６９の終端抵抗２２、２３の接続点２５に接続されているので、電流源７０に流れる電流は、全てソースフォロア回路部６８のソースフォロワトランジスタ１１、１４に流れる電流であり、図８に示すように、電流源７０に流れる電流をIssとすると、ソースフォロワトランジスタ１１、１４に流れる電流は、それぞれ、Iss／２となる。
【００５０】
この結果、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力側動作バイアスポイントは、電流源７０に流れる電流だけを調節することで決定することができ、電流源７０の電流可変幅に比べて、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力側動作バイアスポイントの可変範囲は広くなる。
【００５１】
図９は本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力側伝送線路２０、２１の入力側動作バイアス可変範囲をシミュレーションした結果を図１２に示す従来の差動型分布増幅器５と比較して示す図である。シミュレーション条件は、図７に示す特性を得た場合と同一であり、Ａ３は本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合、Ｂ３は図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合である。
【００５２】
電流源１２、１５の合計電流値Iss及び電流源７０の電流値Issを同じだけ変化させた場合、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合と本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合とでは明らかな違いがあることが分かる。例えば、電流値Issが１０ｍＡの場合の入力側動作バイアスポイントは、いずれの場合も−２.８Ｖ程度であるが、電流値Issを２倍の２０ｍＡにした場合、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合には−２.８７Ｖ程度までしか変化しないのに対して、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の場合には−２.９３Ｖまで変化する。
【００５３】
このように、本発明の差動型分布増幅器６９によれば、図１２に示す従来の差動型分布増幅器５の場合に比べて、入力側動作バイアスポイントの可変範囲は広くなることが確認できる。出力振幅を決める上で入力側伝送線路上の入力端子における動作バイアスポイントを調整することは極めて重要である。
【００５４】
以上のように、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９によれば、終端抵抗２２、２３の接続点２５に、ソースフォロア回路部６８が使用する電流源７０を接続しているので、広帯域・高利得特性を得ることができ、かつ、入力側動作バイアスポイントを容易に調整することができる。ちなみに、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９によれば、周波数＝８０Ｇb/s、入力振幅＝０.４Ｖppの差動信号を増幅し、出力振幅＝１.８Ｖppの差動信号を得ることができる差動型分布増幅器を提供することができる。
【００５５】
また、特に、電流源７０を第１構成例、第２構成例、第３構成例又は第４構成例のように構成する場合には、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９を簡易な構成とすることができる。また、電圧値ＶＢを調整するだけで、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９の入力側動作バイアスポイントを調整することができる。また、電流源７０を第４構成例のように構成する場合には、電流源７０の定電流性を改善することができる。
【００５６】
したがって、また、本発明の増幅器の第１実施形態によれば、広帯域・高利得特性を持ち、かつ、出力段の差動型分布増幅器６９の入力側動作バイアスポイントを容易に調整できる増幅器を提供することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
図１０は本発明の増幅器の第２実施形態を示す回路図である。本発明の増幅器の第２実施形態は、集中定数型差動増幅器３と、ソースフォロア回路部６８と、本発明の差動型分布増幅器の第２実施形態８４を有している。
【００５８】
本発明の差動型分布増幅器の第２実施形態８４は、終端抵抗２２、２３の代わりに、可変抵抗素子をなすゲート接地のトランジスタ８５、８６を用い、その他については、図１に示す本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９と同様に構成したものである。
【００５９】
トランジスタ８５のドレインは伝送線路２０の終端に接続され、トランジスタ８６のドレインは伝送線路２１の終端に接続され、トランジスタ８５、８６のゲートは、制御電圧Ｖcontを供給する制御電圧線に接続され、トランジスタ８５、８６のソース同士は接続されている。なお、定電流源７０として、図２〜図５に示す第１構成例〜第４構成例を使用することができる。
【００６０】
本発明の差動型分布増幅器の第２実施形態８４によれば、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９と同様の作用効果を得ることができると共に、制御電圧Ｖcontを変化させることにより、終端抵抗をなすトランジスタ８５、８６の抵抗値を変化させることができるので、試作後の特性調整を行うことができ、歩留まりの向上を図ることができる。
【００６１】
したがって、また、本発明の増幅器の第２実施形態によれば、高利得、広帯域特性を持ち、かつ、出力段の差動型分布増幅器６９の入力側動作バイアスポイントを容易に調整でき、歩留まりの向上を図ることができる増幅器を提供することができる。
【００６２】
（第３実施形態）
図１１は本発明の増幅器の第３実施形態を示す回路図である。本発明の増幅器の第３実施形態は、集中定数型差動増幅器３と、ソースフォロア回路部６８と、本発明の差動型分布増幅器の第３実施形態８７を有している。
【００６３】
本発明の差動型分布増幅器の第３実施形態８７は、差動トランジスタ５９〜６４に対してゲート接地トランジスタ８８〜９３をカスケード接続し、ゲート接地トランジスタ８８〜９３のゲートをキャパシタ９４〜９９を介して接地し、その他については、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９と同様に構成したものである。なお、定電流源７０として、図２〜図５に示す第１構成例〜第４構成例を使用することができる。
【００６４】
本発明の差動型分布増幅器の第３実施形態８７によれば、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９と同様の作用効果を得ることができると共に、各差動増幅器（単位回路セル）の入力容量（ミラー容量）を低減することができ、出力損失も小さくすることができるので、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態６９以上の広帯域な特性を得ることができる。
【００６５】
したがって、また、本発明の増幅器の第３実施形態によれば、広帯域・高利得特性を持ち、かつ、出力段の差動型分布増幅器８７の入力側動作バイアスポイントを容易に調整できる増幅器を提供することができる。
【００６６】
なお、本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態〜第３実施形態においては、前段に、インピーダンス変換回路であるソースフォロア回路を配置した場合について述べたが、本発明の差動型分布増幅器は、前段に電流源を必要とする回路を配置する場合に広く適用することができるものである。
【００６７】
ここで、本発明を整理すると、本発明には、少なくとも、以下の増幅器及び差動型分布増幅器が含まれる。
【００６８】
（付記１） 定数集中型差動増幅器と、該定数集中型差動増幅器の後段に配置されたインピーダンス変換器と、該インピーダンス変換器の後段に配置され、前記インピーダンス変換器が出力する差動信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器を有する増幅器であって、前記差動型分布増幅器は、前記インピーダンス変換器に電流を流すための電流源を前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続していることを特徴とする増幅器。
【００６９】
（付記２） 前記インピーダンス変換器は、ソースフォロア回路からなることを特徴とする付記１記載の増幅器。
【００７０】
（付記３） 差動入力信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器であって、前記第１、第２の終端抵抗の接続点に電流源を接続し、前段に、前記電流源を使用する所定回路が配置されることを特徴とする差動型分布増幅器。
【００７１】
（付記４） 前記所定回路は、ソースフォロア回路であることを特徴とする付記３記載の差動型分布増幅器。
【００７２】
（付記５） 前記第１、第２の終端抵抗は、ゲート接地トランジスタからなることを特徴とする付記３又は４記載の差動型分布増幅器。
【００７３】
（付記６） 差動入力信号を受けて差動動作を行う第１、第２のトランジスタと、前記第１、第２のトランジスタにカスケード接続されたゲート接地の第３、第４のトランジスタを有する基本回路セルを有することを特徴とする付記３、４又は５記載の差動型分布増幅器。
【００７４】
（付記７） 前記電流源は、一端を前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続し、他端に電圧が供給される抵抗からなることを特徴とする付記３、４、５又は６記載の差動型分布増幅器。
【００７５】
（付記８） 前記電流源は、ドレインを前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続し、ソースを第１の電圧源に接続し、ゲートを第２の電圧源に接続したトランジスタと、前記トランジスタのゲート・ソース間に接続された抵抗を有することを特徴とする付記３、４、５又は６記載の差動型分布増幅器。
【００７６】
（付記９） 前記電流源は、ドレインを第１の電圧源に接続し、ゲートを第２の電圧源に接続したトランジスタと、一端を前記トランジスタのソースに接続し、他端を第３の電圧源に接続した抵抗を有し、前記トランジスタと前記抵抗の接続点を前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続していることを特徴とする付記３、４、５又は６記載の差動型分布増幅器。
【００７７】
（付記１０） 前記電流源は、ドレインを前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続し、ゲートをドレインに接続し、ソースを第１の電圧源に接続した第１のトランジスタと、ドレインを第２の電圧源に接続し、ゲートを前記第１のトランジスタのゲートに接続し、ソースを前記第１の電圧源に接続した第２のトランジスタを有することを特徴とする付記３、４、５又は６記載の差動型分布増幅器。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の増幅器の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態が有する前段のソースフォロア回路用の電流源の第１構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態が有する前段のソースフォロア回路用の電流源の第２構成例を示す回路図である。
【図４】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態が有する前段のソースフォロア回路用の電流源の第３構成例を示す回路図である。
【図５】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態が有する前段のソースフォロア回路用の電流源の第４構成例を示す回路図である。
【図６】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態の作用効果を説明するための回路図である。
【図７】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態の入力インピーダンス及び小信号利得の周波数特性を図１２に示す従来の差動型分布増幅器の場合と比較して示す図である。
【図８】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態の作用効果を説明するための回路図である。
【図９】本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態の入力側伝送線路の入力側動作バイアス可変範囲をシミュレーションした結果を図１２に示す従来の差動型分布増幅器の場合と比較して示す図である。
【図１０】本発明の増幅器の第２実施形態を示す回路図である。
【図１１】本発明の増幅器の第３実施形態を示す回路図である。
【図１２】集中定数型差動増幅器と差動型分布増幅器との間にソースフォロア回路を挿入した従来の増幅器の一例を示す回路図である。
【図１３】図１２に示す従来の増幅器が有する問題点を説明するための回路図である。
【図１４】図１２に示す従来の増幅器が有する問題点を説明するための回路図である。
【符号の説明】
【００７９】
１６…正相出力端子
１７…逆相出力端子
１８…正相入力端子
１９…逆相入力端子
２０、２１…入力側伝送線路
２２、２３…終端抵抗
２６、２７…出力側伝送線路
３５〜５８…インダクタ
５９〜６４…差動トランジスタ
６５〜６７…電流源
６８…ソースフォロア回路部
６９…本発明の差動型分布増幅器の第１実施形態
８４…本発明の差動型分布増幅器の第２実施形態
８７…本発明の差動型分布増幅器の第３実施形態
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定数集中型差動増幅器と、
該定数集中型差動増幅器の後段に配置されたインピーダンス変換器と、
該インピーダンス変換器の後段に配置され、前記インピーダンス変換器が出力する差動信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器を有する増幅器であって、
前記差動型分布増幅器は、前記インピーダンス変換器に電流を流すための電流源を前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続していることを特徴とする増幅器。
【請求項２】
差動入力信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、
一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、
一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、
前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器であって、
前記第１、第２の終端抵抗の接続点に電流源を接続し、
前段に、前記電流源を使用する所定回路が配置されることを特徴とする差動型分布増幅器。
【請求項３】
前記所定回路は、ソースフォロア回路であることを特徴とする請求項２記載の差動型分布増幅器。
【請求項４】
前記第１、第２の終端抵抗は、ゲート接地トランジスタからなることを特徴とする請求項２又は３記載の差動型分布増幅器。
【請求項５】
差動入力信号を受けて差動動作を行う第１、第２のトランジスタと、前記第１、第２のトランジスタにカスケード接続されたゲート接地の第３、第４のトランジスタを有する基本回路セルを有することを特徴とする請求項２、３又は４記載の差動型分布増幅器。
【請求項１】
定数集中型差動増幅器と、
該定数集中型差動増幅器の後段に配置されたインピーダンス変換器と、
該インピーダンス変換器の後段に配置され、前記インピーダンス変換器が出力する差動信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器を有する増幅器であって、
前記差動型分布増幅器は、前記インピーダンス変換器に電流を流すための電流源を前記第１、第２の終端抵抗の接続点に接続していることを特徴とする増幅器。
【請求項２】
差動入力信号を伝送する第１、第２の入力側伝送線路と、
一端を前記第１の入力側伝送線路の終端に接続した第１の終端抵抗と、
一端を前記第２の入力側伝送線路の終端に接続した第２の終端抵抗を有し、
前記第１、第２の終端抵抗の他端同士を接続した差動型分布増幅器であって、
前記第１、第２の終端抵抗の接続点に電流源を接続し、
前段に、前記電流源を使用する所定回路が配置されることを特徴とする差動型分布増幅器。
【請求項３】
前記所定回路は、ソースフォロア回路であることを特徴とする請求項２記載の差動型分布増幅器。
【請求項４】
前記第１、第２の終端抵抗は、ゲート接地トランジスタからなることを特徴とする請求項２又は３記載の差動型分布増幅器。
【請求項５】
差動入力信号を受けて差動動作を行う第１、第２のトランジスタと、前記第１、第２のトランジスタにカスケード接続されたゲート接地の第３、第４のトランジスタを有する基本回路セルを有することを特徴とする請求項２、３又は４記載の差動型分布増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−５４７６５（Ｐ２００６−５４７６５Ａ）
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３６２６６（Ｐ２００４−２３６２６６）
【出願日】平成１６年８月１６日（２００４．８．１６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１６日（２００４．８．１６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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