JP2013201757A - 増幅器におけるインピーダンス調整 - Google Patents

Abstract

【課題】入力抵抗と入力キャパシタンスによる入力インピーダンスをもつ増幅回路を備える回路において、選択された周波数で入力インピーダンスを特定の値に保持する。
【解決手段】増幅回路１１０の入力インピーダンスは周波数とともに変化する。増幅回路１１０は、増幅器１２０とフィードバック回路１３２とを含む。フィードバック回路３１２は、増幅器１２０にフィードバックを与え、選択された周波数で増幅回路の入力抵抗Ｒinを増加させることにより、選択された周波数で入力インピーダンスＺinを特定の値に保持するように構成される。
【選択図】図１

Description

本明細書に記載の実施形態は、電気回路に関する。

光ネットワークの光受信器は、フォトダイオードとインピーダンス変換増幅器を含んでいてもよい。フォトダイオードは光信号を受けることができ、光信号を表す電気信号を生成することができる。電気信号は、インピーダンス変換増幅器を用いて、電流から電圧に変換することができる。

ある場合には、フォトダイオードとインピーダンス変換増幅器とは、パッケージ及び／又は印刷回路基板（ＰＣＢ：printed circuit board）の配線によって接続されることができる。パッケージ及び／又はＰＣＢの配線は、特定のインピーダンスを有していてもよい。インピーダンス変換増幅器の入力インピーダンスは、パッケージ及び／又はＰＣＢの配線のインピーダンスに近似するように製造され、パッケージ及び／又はＰＣＢの配線における電気信号の反射を減少させることができる。光ネットワークにおける信号の周波数が増加すると、インピーダンス変換増幅器の入力の帯域は十分ではなくなり、接続されたパッケージ及び／又はＰＣＢの配線のインピーダンスに近似する信号の最も高い周波数まで入力インピーダンスを保持できなくなることがある。最も高い周波数でのパッケージ及び／又はＰＣＢ配線間のインピーダンスの相違は、インピーダンス変換増幅器とパッケージ及び／又は配線とのインタフェースにおいて、電気信号の反射が増大する結果となることがある。

請求される本願の主題は、不都合を解消する実施形態に限定されないし、上述のような状況でのみ動作する実施形態に限定されない。背景技術は、本明細書で説明される実施形態が実行される技術分野の一例を説明するためだけのものである。

一実施形態の一態様によると、回路は増幅回路を有し、増幅回路は増幅回路の入力抵抗と入力キャパシタンスによる入力インピーダンスをもつ。増幅回路の入力インピーダンスは周波数とともに変化してもよい。増幅回路は増幅器とフィードバック回路とを含んでもよく、フィードバック回路は、増幅器にフィードバックを与えるように構成され、選択された周波数において増幅回路の入力抵抗を増大させることによって、選択された周波数において入力インピーダンスを特定の値に保持するように構成される。

実施形態の目的と効果は、少なくとも請求項に記載された素子、特徴、組合せによって実現され達成される。

前述の一般的な説明と以下の詳細な説明は、例を示すものであり、説明のためのものであって、請求項の発明を限定するものではない。

以下に、例としての実施形態が、添付の図面を使用して、さらに具体的に詳細に説明される。図はすべて、本明細書で説明された少なくともある実施形態に従って作成されている。

増幅回路を備える回路の一例を示す図である。 増幅回路の周波数に対する入力インピーダンスのグラフを示す図である。 増幅回路を備える回路の他の一例を示す図である。 増幅回路を備える回路の他の一例を示す図である。 図４Ａの増幅回路の一例を示す図である。

本明細書で説明されるある実施形態は、周波数に依存する入力インピーダンスをもつ増幅器を含む。ある実施形態では、増幅器の入力インピーダンスは、増幅器の入力キャパシタンスと入力抵抗に依存してもよい。入力キャパシタンスと入力抵抗とはともに周波数に依存していてもよい。ある実施形態では、増幅器は、他の増幅器の入力インピーダンスの周波数帯域よりも広い周波数帯域にわたって、入力インピーダンスを特定のレベルに保持するように構成してもよい。より広い周波数帯域にわたって入力インピーダンスを特定のレベルに保持することは、ＰＣＢの配線又はパッケージと増幅器とのインタフェースで生じる信号反射を減少させることができる。増幅器は、入力キャパシタンスが増幅器の入力インピーダンスをかなり変化させるレベルまで減少するときの周波数で、入力抵抗を高くすることによって、より広い周波数帯域にわたって入力インピーダンスを特定のレベルに保持するように構成してもよい。ある実施形態では、増幅器は、増幅器の内部のフィードバック回路のフィードバックゲインを減少させることで、入力インピーダンスを高くすることができる。

以下、本発明の実施形態を添付の図面を参照して説明する。

図１は、本明細書で説明される少なくともある実施形態に従って作成された、増幅回路１１０を備えた回路１００の一例を示す。回路１００は、増幅回路１１０の入力ノード１１２に接続される配線１５０を備えていてもよい。増幅回路１１０は、入力ノード１１２と出力ノード１１４との間に増幅器１２０を備えていてもよい。増幅器１２０は、入力ノード１１２と出力ノード１１４との間にフィードバック回路１３０を備えていてもよい。フィードバック回路１３０は、回路素子１３２とフィードバック抵抗１３４を備えていてもよい。フィードバック回路１３０は、増幅器１２０にフィードバックを与えるように構成することができる。

増幅回路１１０は、周波数とともに変化する、入力ノード１１２から見た入力インピーダンスＺinを有することができる。ある実施形態では、入力インピーダンスＺinは、入力ノード１１２から見た、増幅回路１１０の入力キャパシタンスＣinと入力抵抗Ｒinの組合せに起因するものでもよい。以上のように、入力インピーダンスＺinは、入力キャパシタンスＣinと入力抵抗Ｒinのいずれか又は両方の減少又は増加によって、影響を受けることがあってもよい。

ある実施形態では、入力キャパシタンスＣinは、増幅回路１１０内の回路素子の固有キャパシタンスの組合せを含むものでもよく、さらに入力ノード１１２での寄生キャパシタンスの組合せを含むものでもよい。入力抵抗Ｒinは、増幅回路１１０内の回路素子の固有キャパシタンスを含むものでもよい。ある実施形態では、入力抵抗Ｒinと入力キャパシタンスＣinは周波数に依存してもよい。入力抵抗Ｒinと入力キャパシタンスＣinの大きさは、増幅回路１１０によって受信される信号の周波数帯域にわたって変化してもよい。入力インピーダンスＺinと、入力抵抗Ｒinと入力キャパシタンスＣinのインピーダンスとの関係は、以下のように表すことができる。

Ｚin(s)=Ｒin(s)||Ｃin(s)＝(Ｒin(s)*Ｃin(s))／(Ｒin(s)+Ｃin(s))。ここで、Ｚin(s) は入力インピーダンス、Ｒin(s) は入力抵抗のインピーダンス、Ｃin(s) は入力キャパシタンスのインピーダンス、"s" は周波数を表す。

零に近い周波数などの低周波数では、入力キャパシタンスＣinの大きさは、入力抵抗Ｒinの大きさよりも複数桁のオーダーで大きくすることができる。結果として、入力キャパシタンスＣinの大きさの変化によるは、入力インピーダンスＺinにおいて目立たない変化を与えることができる。例えば、入力インピーダンスＺinにおいて目立たない変化とは、値が零のような低周波数で入力インピーダンスＺinにおいて１％の変化より小さい変化であってもよい。例えば、ある実施形態では、入力抵抗Ｒinの大きさは、零周波数で５０オームとして選択されてもよく、周波数に依存する入力キャパシタンスＣinの大きさは、零周波数で1,000,000オームとして選択されてもよい。周波数の変化により、入力キャパシタンスＣinの大きさは、500,000オームに変化するかもしれない。入力キャパシタンスＣinの大きさにおける変化は、入力インピーダンスＺinの大きさを、零周波数での入力インピーダンスＺinの値から0.001％だけ変化させることになってもよい。入力インピーダンスＺinの0.001％の変化は、目立たない変化であるということができる。

ある周波数レベルでは、入力キャパシタンスＣinの大きさは、増幅回路１１０の入力インピーダンスＺinに目立った影響を与え始めることができる。例えば、ある実施形態では、入力キャパシタンスＣinの大きさが入力抵抗Ｒinの大きさの１桁のオーダ内に減少すると、入力キャパシタンスＣinは、増幅回路１１０の入力インピーダンスＺinに目立った影響を与え始めるかもしれない。結果として、増幅回路１１０の入力インピーダンスＺinの大きさはこれらの周波数で減少してもよく、周波数が高くなるにしたがって、引き続き減少してもよい。

ある実施形態では、増幅回路１１０は、入力インピーダンスＺinが、低周波数での配線１５０のインピーダンスＺ0にほぼ等しくなるように設計されていてよい。例えば、ある実施形態では、配線１５０のインピーダンスＺ0は、５０、７５、１００オーム、あるいは何らかの他の値に設定されてもよい。増幅回路１１０の入力インピーダンスＺinが、より高い周波数で減少し始めると、入力インピーダンスＺinは、もはや配線１５０のインピーダンスＺ0に近似しているものではなくなることがある。例えば、ある実施形態では、より高い周波数は、１ギガヘルツより高い周波数を含んでもよい。その代りに又は追加して、より高い周波数は、１００メガヘルツ、２００メガヘルツ、５００メガヘルツ、２ギガヘルツ、５ギガヘルツ、又は１０ギガヘルツより高い周波数、あるいはその他の周波数より高い周波数を含んでもよい。

ある実施形態では、信号が、配線１５０に沿って増幅回路１１０に送られるとき、入力インピーダンスＺinとインピーダンスＺ0との相違が、配線１５０と増幅回路１１０とが交わる個所で信号の反射を引き起こすことがある。入力インピーダンスＺinとインピーダンスＺ0との相違が大きければ大きいほど、信号の反射も大きくなることがある。信号の反射は信号の劣化と信号損失をもたらすおそれがある。

ある実施形態では、増幅回路１１０は、入力インピーダンスＺinの帯域を広げるように構成するようにしてもよい。すなわち、低周波数での入力インピーダンスＺinの大きさにほぼ等しい大きさに、入力インピーダンスＺinを保持するように、増幅回路１１０を構成することができる。増幅回路１１０は、入力キャパシタンスＣinが入力インピーダンスＺinに目立った影響を与え始める周波数で入力抵抗Ｒinを大きくすることによって、入力インピーダンスＺinの帯域を広げるように構成してもよい。入力抵抗Ｒinを大きくすることで、全体又は部分のいずれかで、入力キャパシタンスＣinの減少を補償することができ、入力インピーダンスＺinを低周波数での入力インピーダンスＺinの大きさに保持することができる。

ある実施形態では、選択された周波数で増幅回路１１０のフィードバック回路１３０のフィードバックゲインを小さくすることで、入力抵抗Ｒinを選択された周波数で大きくすることができる。入力抵抗Ｒinとフィードバック回路１３０のフィードバックゲインとは、Ｒin＝Ｒ／（１＋Ａ）の関係としてもよい。ここで、Ａはフィードバックゲインであり、Ｒはフィードバック回路１３０の抵抗、例えばフィードバック抵抗１３４の抵抗値、である。上記式に示すとおり、入力抵抗Ｒinを大きくするために、フィードバックゲインを減少させる。

回路素子１３２のタイプと回路素子１３２のインピーダンスの値とを選択して、選択された周波数で増幅回路１１０のフィードバック回路１３０のフィードバックゲインを小さくするようにしてもよい。ある実施形態では、回路素子１３２は周波数依存の回路素子であってよい。周波数依存の回路素子については、回路素子１３２のインピーダンスの値は増幅回路１１０内の信号周波数に基づいて変更するものでもよい。例えば、より低い周波数では、回路素子１３２は一定のインピーダンスをもち、フィードバックゲインに一定の影響を与えるものでよい。より高い周波数では、特に選択された周波数では、回路素子１３２のインピーダンスを変更して、フィードバック回路１３０のフィードバックゲインを減少させてもよい。このように、ある実施形態では、選択された周波数で増幅回路１１０の入力抵抗Ｒinを大きくすることによって、フィードバック回路１３０は、選択された周波数での入力インピーダンスＺinの大きさを、低周波数での入力インピーダンスＺiに等しくして保持するように構成してもよい。

ある実施形態では、フィードバックゲインが減少すると、増幅回路１１０の入力抵抗Ｒin は増加する。回路素子１３２のインピーダンスを選択して、入力抵抗Ｒinの増加が入力キャパシタンスＣinの減少を補償するようにしてもよく、その結果他の方法で可能なものより高い周波数での入力インピーダンスＺinの大きさを保持する能力を得ることができる。より高い周波数での入力インピーダンスＺinの大きさを保持することによって、配線１５０と入力ノード１１２との交わる個所で発生する信号の反射をより小さくすることができる。反射を小さくして、より高い周波数信号が配線１５０に沿って送信されて増幅回路１１０を通過し、かつ信号損失が少ないということを可能にすることができる。

ある実施形態では、入力抵抗Ｒinを選択して、増幅回路１１０の入力インピーダンスＺinを、第１の周波数で、特定の値例えば配線１５０のインピーダンスＺ0の値に一致させてもよい。選択的又は付加的に、フィードバック回路１３０内の回路素子１３２のインピーダンスを選択して、第１の周波数より高い第２の周波数でフィードバック回路１３０のフィードバックゲインを小さくしてもよい。フィードバック回路１３０のフィードバックゲインを小さくすることによって、増幅回路１１０の入力インピーダンスＺinを第２の周波数で特定の値にほぼ一致させることができる。選択的又は付加的に、フィードバック回路内のインピーダンスの大きさを調整して、第２の周波数の値を調整することができる。

ある実施形態では、入力キャパシタンスＣinが入力インピーダンスＺinに目立った影響を与え始める周波数で、増幅回路１１０の入力抵抗Ｒinの増加を始めてもよい。他の実施形態では、入力キャパシタンスＣinが入力インピーダンスＺinに目立った影響を与え始める周波数より高い又は低い周波数で、増幅回路１１０の入力抵抗Ｒinを増加し始めるようにしてもよい。増加し始める入力抵抗Ｒinに対して選択された周波数は、多くのファクタ、例えば、入力抵抗Ｒinの増加減少の割合、入力キャパシタンスＣinの大きさ、信号反射に対する回路１００の許容度、入力インピーダンスＺinに対する帯域拡大量、他のファクタ、およびこれらのファクタ間のトレードオフ、に依存していてもよい。例えば、入力抵抗Ｒinが増加する周波数を高くすることによって、入力インピーダンスの帯域を広くすることができる。しかしながら、入力抵抗Ｒinが増加する周波数を高くすることによって、入力キャパシタンスＣinが低下する周波数の近傍の周波数で、比較的大きな信号の反射が起こる可能性があり、入力キャパシタンスＣinが低下する周波数から離れた周波数では比較的大きな信号の反射の可能性は低い。

ある実施形態では、回路素子１３２はキャパシタンスを備えていてもよい。回路素子１３２のキャパシタンスは、１又は複数のキャパシタから得られたものでもよく、又は周波数によって影響され、所望の効果を得ることができる他の回路素子から得られたものでもよい。他の実施形態では、所望の効果を得るために複数の回路素子の組合せを用いることができる。

説明されたものとは異なる回路素子の構成および組合せを、増幅回路１１０と回路１００内で用いてもよい。例えば、ある実施形態では、増幅回路１１０は、出力ノード１１４に追加の回路素子を備えることができる。ある実施形態では、増幅器１２０は、反転増幅器又は非反転増幅器であってもよい。ある実施形態では、増幅器１２０は、ＯＰアンプ構成を有してもよい。他の実施形態では、増幅器１２０は、異なるタイプの構成を有してもよい。ある実施形態では、配線１５０は、増幅回路１１０に信号を運ぶパッケージ又は他の要素であってよい。ある実施形態では、増幅回路１１０は、インピーダンス変換増幅器であってよい。これら及び他の実施形態では、回路１００は、光受信器の一部であってよく、光ネットワークから受信される光信号を表す電流信号を受信するように構成してもよい。

図２は、図１の増幅回路１１０の周波数に対する入力インピーダンスのグラフ２００であり、本明細書に記載した少なくともある実施形態に従って作成されている。グラフ２００のｘ軸は、増幅回路１１０内で配線１５０により送信される信号の周波数を表す。ｙ軸は、増幅回路１１０の入力インピーダンスＺinの大きさを表す。線２１０は、増幅回路１１０が入力インピーダンスＺinの帯域を拡張するように構成されている場合の周波数に対する増幅回路１１０の入力インピーダンスＺinを表す。線２１２は、増幅回路１１０が入力インピーダンスＺinの帯域を拡張するように構成されていない場合の周波数に対する増幅回路１１０の入力インピーダンスＺinを表す。

第１の周波数２２０では、増幅回路１１０の入力キャパシタンスＣinの大きさが、入力インピーダンスＺinに目立って影響を与えてもよい。増幅回路１１０が入力キャパシタンスＣinの低下を補償することがなければ、入力インピーダンスＺinは線２１２に示すように低下するかもしれない。増幅回路１１０が入力キャパシタンスＣinの低下を補償すれば、線２１０によって示すように、入力インピーダンスＺinの帯域を拡張することができる。特に、図２に示すように、入力インピーダンスＺinが下降し始める前に、入力インピーダンスＺinの帯域を第２周波数２３０まで拡張することができる。

ある実施形態では、入力インピーダンスＺinが低下し始めた後、入力キャパシタンスＣinの低下の補償がされていると、より高い周波数での入力インピーダンスＺinはほとんど低下しない。例えば、第３の周波数２４０で、入力キャパシタンスＣinの低下が補償されていない場合より、入力キャパシタンスＣinの低下が補償されている場合、入力インピーダンスＺinは、比較的高くすることができる。入力インピーダンスＺinを低下させないことによって、これらのより高い周波数で、入力キャパシタンスＣinの低下が補償されていない場合に起こり得る信号の反射および信号損失をより少なくすることができる。

図３は、他の例として増幅回路３１０を備えた回路３００を示す。回路３００は本明細書に記載した少なくともある実施形態に従って配置されている。回路３００は、増幅回路３１０に接続された制御器３４０を備えることができる。増幅回路３１０は、入力ノード３１２と出力ノード３１４との間に増幅器３２０を備えることができる。増幅器３２０は、入力ノード３１２と出力ノード３１４との間にフィードバック回路３３０を備えることができる。フィードバック回路３３０は、回路素子３３２とフィードバック抵抗３３４を備えることができる。

増幅回路３１０は、入力ノード３１２から見た入力インピーダンスＺinをもつことができる。ある実施形態では、入力インピーダンスＺinは、増幅回路３１０の入力ノード３１２から見た入力キャパシタンスＣinと入力抵抗Ｒinとの組合せを含んでもよい。ある実施形態では、入力キャパシタンスＣinは、増幅回路３１０内の回路素子の固有のキャパシタンスの組合せを含んでいてもよく、同時に入力ノードでの寄生キャパシタンスとの組合せを含んでいてもよい。入力抵抗Ｒinは、増幅回路３１０内の回路素子の固有の抵抗を含んでいてもよい。ある実施形態では、入力抵抗Ｒinと入力キャパシタンスＣinは周波数に依存するものでもよい。

ある実施形態では、増幅回路３１０は、選択された周波数でフィードバック回路３３０のフィードバックゲインを低下させ、増幅回路３１０の入力抵抗Ｒinを増加することで、入力インピーダンスＺinの帯域を広げるように構成することができる。

ある実施形態では、制御器３４０は回路素子３３２のインピーダンスを制御するように構成されることができ、そのことによりフィードバックゲインが低下し、入力抵抗Ｒinが増加する周波数を制御することができる。例えば、ある実施形態では、増幅回路３１０は、複数の周波数を信号を扱うシステムに用いられることができる。制御器３４０は、信号の周波数に基づいて回路素子３３２のインピーダンスを調整することができる。例えば、ある実施形態では、増幅回路３１０は、光受信器の一部であってよく、２．５ギガヘルツ、５ギガヘルツ、１０ギガヘルツ、２５ギガヘルツの各信号に対応することができるものであってよい。これらの及び他の実施形態では、制御器３４０は、増幅回路３１０が受信する信号の周波数に基づいて、回路素子３３２のインピーダンス調整することができる。

ある実施形態では、制御器３４０は、回路素子３３２のインピーダンスを調整することにより、回路素子３３２のインピーダンスを制御するようにしてもよい。例えば、回路素子３３２は、可変キャパシタであってよく、制御器３４０は、可変キャパシタのキャパシタンスを調整することができる。ある実施形態では、制御器３４０は、回路素子３３２のインピーダンス全体を増加するために他の同様な回路素子を切替えて接続したり切離したりすることにより、回路素子３３２のインピーダンスを制御することができる。例えば、増幅回路３１０は、同タイプの回路素子を含む複数のバンクを有していてもよい。制御器３４０は、所望のインピーダンスに達するために、回路素子を含む異なるバンクに切替えてもよい。

ある実施形態では、制御器３４０は、増幅回路３１０の入力キャパシタンスＣinに基づいて、回路素子３３２のインピーダンスを制御するようにしてもよい。これらの実施形態および他の実施形態では、制御器３４０は、増幅回路３１０の入力キャパシタンスＣinを検出して、増幅回路１１０の変化する（changing）入力キャパシタンスＣinと、増幅回路３１０を通る信号の周波数とに基づいて、回路素子３３２のインピーダンスを制御するようにしてもよい。

ある実施形態では、制御器３４０は、他のデバイス又は人間のオペレータによって制御される単純なスイッチでもよい。他の実施形態では、制御器３４０は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートウェイ（FPGA）、論理回路、又は他の論理回路であって回路素子３３２を制御することができるもの、を含んでよい。

図４Ａは、本明細書に記載された少なくともある実施形態に従って配置された、他の例である、増幅回路４１０を備える回路４００、を示す。回路４００は、増幅回路４１０の入力ノード４１２に接続される配線４６０を備えていてもよい。入力ノード４１２は、配線４６０から信号を受信し、バイアス電流回路４５０に接続されるように構成されもよい。

増幅回路４１０は、入力ノード４１２と出力ノードＶout間の変換回路４４０を含んでもよい。変換回路４４０は、抵抗４３２とトランジスタ４３０を含んでいてもよい。抵抗４３２は、出力ノードＶoutと供給電圧ＶＤＤ間に接続されていてよい。トランジスタ４３０は、入力ノード４１２と出力ノードＶout間に接続されていてよい。変換回路４４０は、電流を電圧にする入力ノード４１２によって受信される信号を変換するように構成されてもよい。電流を電圧に変換するために、電流は入力ノード４１２によって受信されることができる。電流の一部は、バイアス電流回路４５０に吸い込まれてもよい。電流の残りの部分はトランジスタ４３０を通る。電流がトランジスタ４３０を通ると、電圧が、 供給電圧ＶＤＤと出力ノードＶout間に形成されてもよい。供給電圧ＶＤＤと出力ノードＶout間に形成される電圧は、入力ノード４１２で受信される電流を表す、出力ノードＶout上の出力電圧である。

増幅回路４１０はさらに、増幅器４２２と回路素子４２４とを含むフィードバック回路４２０を備えてもよい。フィードバック回路４２０は、入力ノード４１２と変換回路４４０間に接続されていてもよく、特に、入力ノード４１２と変換回路４４０内のトランジスタ４３０との間に接続されていてもよい。増幅器４２２は入力ノード４１２に接続されていてよく、回路素子４２４は、変換回路４４０と増幅器４２２との間に接続されていてよい。ある実施形態では、増幅器４２２は、入力ノード４１２で受信する電流信号を電圧に変換するようにしてもよい。増幅器４２２によって生成される電圧のフィードバックゲインは、回路素子４２４によって影響を受け、トランジスタ４３０のゲートに印加されてもよい。

増幅回路４１０は、入力ノード４１２から見た入力インピーダンスＺinをもつようにしてもよい。ある実施形態では、入力インピーダンスＺinは、増幅回路４１０の入力ノード４１２から見た入力キャパシタンスＣinと入力抵抗Ｒinとの組合せを含んでもよい。したがって、入力インピーダンスＺinは、入力キャパシタンスＣinと入力抵抗Ｒinのいずれか又は両方の増加あるいは減少によって影響を受けることができる。

ある実施形態では、入力キャパシタンスＣinは、増幅回路４１０内の回路素子の固有のキャパシタンスの組合せを含んでいてもよく、同時に入力ノードでの寄生キャパシタンスの組合せを含んでいてもよい。入力抵抗Ｒinは、増幅回路４１０内の回路素子の固有の抵抗を含んでいてもよい。ある実施形態では、入力抵抗Ｒinと入力キャパシタンスＣinは周波数に依存するものでもよい。

ある実施形態では、回路素子４２４は、周波数に依存するインピーダンスを有するものでよい。これらの実施形態又は他の実施形態では、増幅回路４１０のフィードバック回路４２０内のインピーダンスは、増幅回路４１０の入力キャパシタンスＣinの大きさが入力インピーダンスＺinに目立つ程度に影響を与え始める周波数で、フィードバック回路４２０のフィードバックゲインを減少させるように、選択してもよい。フィードバック回路４２０のフィードバックゲインを減少させることによって、増幅回路４１０の入力抵抗Ｒinを増加させてもよく、その結果、増幅回路４１０の入力インピーダンスＺinの帯域を拡大させてもよい。

ある実施形態では、回路素子４２４はキャパシタを有するものでよい。これらの実施形態又は他の実施形態では、キャパシタのキャパシタンスは、入力抵抗Ｒinを増加させることが求められる周波数に基づいて選択されてよい。

ある実施形態では、増幅回路４１０は、入力インピーダンスＺinが、低周波数での配線４６０のインピーダンスＺ0にほぼ等しくなるように設計されていてよい。回路素子４２４と回路素子４２４のインピーダンスが選択されてもよく、これにより、増幅回路４１０の入力キャパシタンスＣinの大きさが入力インピーダンスＺinに目立つ程度に影響を与え始める周波数で、増幅回路４１０の入力抵抗Ｒinを増加させることができる。入力抵抗Ｒinを増加させてよく、これにより、増幅回路４１０の入力キャパシタンスＣinの大きさが入力インピーダンスＺinに目立つ程度に影響を与え始める周波数、及び／又はより高い周波数で、増幅回路４１０の入力インピーダンスＺinが、低周波数での配線４６０のインピーダンスＺ0にほぼ等しくなるように保持されることができる。

図４Ｂは、本明細書に記載した少なくともある実施形態に従って配置される、図４Ａのトランジスタレベルの増幅回路４１０の一例を示す。ある実施形態では、バイアス電流回路４５０は、ドレインが入力ノード４１２に接続され、ソースが接地される、トランジスタ４８２でよい。トランジスタ４８２のゲートはバイアス電圧ＶＢに接続されてよい。ある実施形態では、図４Ｂに示すように、増幅器４２２は、トランジスタ４７０と抵抗４７２で実現されてもよい。入力ノード４１２は、トランジスタ４７０のゲートに接続されてもよい。トランジスタ４７０のソースは、接地されてもよく、トランジスタ４７０のドレインは、トランジスタ４３０のゲートに接続されてもよい。抵抗４７２は、トランジスタ４７０のドレインと供給電圧ＶＤＤ間に接続されてもよい。

トランジスタ４３０のゲートはまたキャパシタ４７４に接続されてもよい。キャパシタ４７４は、フィードバック回路４２０内の回路素子４２４として動作してもよく、回路素子４２４は、フィードバック回路４２０のフィードバックゲインを減少させ、増幅回路４１０の入力インピーダンスＺinに影響を与える。

ある実施形態では、フィードバック回路４２０のフィードバックゲインは周波数に依存していてもよく、キャパシタ４７４のキャパシタンスに依存してもよく、次のように表すことができる。

A_f(s)=(g_mfR_Lf)/(1+sR_LFC_X)、ここで、A_f(s)は、フィードバック回路４２０の周波数依存のフィードバックゲインであり、g_mfは、トランジスタ４７０の変換コンダクタンスであり、R_LFは、抵抗４７２の値であり、C_Xは、キャパシタ４７４の値であり、"s"は、周波数を表す。

ある実施形態では、増幅回路４１０の入力抵抗は、フィードバックゲインA_f(s)に依存してもよく、次のように表すことができる。

Rin(s)=(1/g_mi)/(1+A_f(s))、ここで、Rin(s)は、増幅回路４１０の周波数依存の入力抵抗であり、g_miは、トランジスタ４３０の変換コンダクタンスである。

ある実施形態では、入力キャパシタンスＣinと入力抵抗Ｒinに対する入力インピーダンスＺinの関係は次のように表してもよい。

Ｚin(s)=Ｒin(s)||Ｃin(s)＝(Ｒin(s)*Ｃin(s))／(Ｒin(s)+Ｃin(s))。ここで、Ｚin(s) は入力インピーダンス、Ｃin(s) は入力キャパシタンスのインピーダンス、"s" は周波数を表す。

これらの実施形態及び他の実施形態では、キャパシタ４７４のキャパシタンスＣxを選択して、入力キャパシタンスＣin(s)が入力インピーダンスＺin(s)に目立って影響を与え始める周波数と等しい周波数又はより高い周波数で、フィードバック回路４２０のフィードバックゲインA_f(s)が減少するようにしてもよい。フィードバックゲインA_f(s)が減少すると、入力抵抗Ｒin(s)が増加する。入力抵抗Ｒin(s)の増加によって、全体的又は部分的に、入力キャパシタンスＣin(s)のインピーダンスの低下を補償してもよく、入力キャパシタンスＣin(s)が入力インピーダンスＺin(s)に目立って影響を与え始める周波数およびその周辺の周波数で、入力インピーダンスＺin(s)の大きさを保持するようにしてもよい。

増幅回路４１０は、オプションとして、再構成回路４９０を備え、フィードバック回路４２０上のキャパシタンスを調整するために用いてもよい。フィードバック回路４２０上のキャパシタンスを調整するようにしてもよく、フィードバックのゲインが低下する周波数を調整することができる。したがって、入力抵抗Ｒinが増加して、増幅回路４１０の入力インピーダンスＺinに影響を与える周波数もまた、調整することができる。ある実施形態では、再構成回路４９０は、スイッチ４９６、４９８とキャパシタ４９２、４９４を備えていてもよい。スイッチ４９６は、キャパシタ４９２をフィードバック回路４２０に切替えるものでもよく、スイッチ４９６、４９８の両方によって、追加的にキャパシタ４９４をフィードバック回路４２０に切替えてもよい。一旦、キャパシタ４９２、４９４がフィードバック回路４２０に切替えると、キャパシタ４９２、４９４は、フィードバック回路４２０のフィードバックゲインに影響を与える単一の回路素子として動作する。

図４Ａと図４Ｂの実施形態では、増幅回路４１０のトランジスタは、ＣＭＯＳトランジスタ、ＢＪＴトランジスタ、又は両方の組合せでもよい。上記説明では、トランジスタ４３０、４７０、４８２のゲート、ドレイン、ソースを参照している。上記説明では、一般的にトランジスタの異なる部分を表す、技術用語であるゲート、ドレイン、ソースが用いられている。名称であるゲート、ドレイン、ソースを使用して、ＣＭＯＳトランジスタ又はＢＪＴトランジスタの部分を一般的に記述するために用いられている。

本明細書に引用されたすべての例と条件的用語は、読者が、本発明と、本発明者によってなされた技術進歩に貢献する概念とを理解するために役立つ教示的な目的に向けられており、に引用された例と条件に限定されることなく解釈されるべきである。本発明の実施形態が詳細に説明されているとはいえ、本発明の精神と本発明の範囲から離れることなく、各種の変更、置換、改変を行うことができる。

Claims (20)

1. 増幅器であって、
   信号を受信するように構成された入力ノードと、
   前記入力ノードに接続された変換回路と、
   前記入力ノードに接続され、フィードバックゲインによって前記信号を増幅し、前記変換回路に信号をフィードバックするように構成されたフィードバック回路であって、前記フィードバックゲインは、選択された周波数で減少し、前記増幅器の入力抵抗を増加させて、前記増幅器の入力インピーダンスの帯域を拡大するように構成される、ことを特徴とする増幅器。
2. 前記増幅器は、周波数とともに変動する、入力ノードで見た入力キャパシタンスを有し、前記入力キャパシタンスの大きさは、前記選択された周波数で前記入力抵抗の１桁のオーダー内に減少する、請求項１に記載の増幅器。
3. 前記変換回路は、前記信号を電流から電圧に変換するように構成される、請求項１に記載の増幅器。
4. 前記変換回路は、トランジスタと抵抗とを有する、請求項１に記載の増幅器。
5. 前記フィードバック回路は、フィードバック増幅器と、前記選択された周波数で前記フィードバック回路の前記フィードバックゲインを減少させるように構成された周波数依存の回路素子を有する、請求項１に記載の増幅器。
6. 前記周波数依存の回路素子はキャパシタである、請求項５に記載の増幅器。
7. 前記キャパシタは可変キャパシタである、請求項６に記載の増幅器。
8. 前記キャパシタのキャパシタンスは前記選択された周波数に基づいて選択される、請求項６に記載の増幅器。
9. 請求項１に記載の増幅器と、
   前記増幅器の入力ノードに接続され、前記信号を前記入力ノードに送信する、配線インピーダンスを有する配線と、を備え、
   前記選択された周波数より大きな周波数および前記選択された周波数より小さな周波数で、前記増幅器の入力インピーダンスが前記配線インピーダンスにほぼ等しくなる、ことを特徴とする回路。
10. 入力抵抗と入力キャパシタンスとによる入力インピーダンスを有する増幅回路を備える回路であって、
    前記増幅回路は、
    増幅器と、
    前記増幅器にフィードバックを与えるように構成され、選択された周波数で前記増幅回路の入力抵抗を増加させることによって、前記選択された周波数で前記入力インピーダンスを特定の値に保持するように構成されたフィードバック回路と、
    を備える、ことを特徴とする回路。
11. 前記フィードバック回路は、前記選択された周波数で前記フィードバック回路のフィードバックゲインを減少させる周波数依存の回路素子を有し、前記フィードバックゲインの減少は前記増幅器の入力抵抗の増加をもたらす、請求項１０に記載の回路。
12. 前記周波数依存の回路素子はキャパシタである、請求項１１に記載の増幅器。
13. 前記キャパシタのキャパシタンスは前記選択された周波数に基づいて選択される、請求項１２に記載の増幅器。
14. 前記増幅器はインピーダンス変換増幅器である、請求項１０に記載の増幅器。
15. 増幅器の入力インピーダンスを調整する方法であって、
    増幅器の入力抵抗を選択し、前記増幅器の入力インピーダンスを第１の周波数で特定の値に一致させ、
    増幅器のフィードバック回路内のインピーダンスを選択し、第１の周波数より高い第２の選択された周波数でフィードバック回路のフィードバックゲインを減少させ、入力インピーダンスが、前記第２の選択された周波数で前記特定の値にほぼ一致するようにする、ことを特徴とする方法。
16. 前記インピーダンスはキャパシタンスを含む、請求項１５に記載の方法。
17. さらに、前記フィードバック回路内のインピーダンスの大きさを調整して、前記第２の選択された周波数を調整する、請求項１５に記載の方法。
18. 前記第２の選択された周波数で前記フィードバック回路のフィードバックゲインを減少させることにより、前記増幅器の入力インピーダンスの帯域を拡大する、請求項１５に記載の方法。
19. 前記増幅器の入力キャパシタンスの大きさは、入力インピーダンスに影響を与え、前記第２の選択された周波数で前記入力抵抗の大きさの１桁のオーダー内に減少する、請求項１５に記載の方法。
20. 前記増幅器はインピーダンス変換増幅器である、請求項１５に記載の方法。

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