JPH09246882A - Bias stabilizing circuit for field effect transistor - Google Patents
Bias stabilizing circuit for field effect transistorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばモノリシッ
クマイクロ波集積回路における電界効果トランジスタの
バイアスを安定化させる電界効果トランジスタのバイア
ス安定化回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor bias stabilizing circuit for stabilizing the bias of a field effect transistor in, for example, a monolithic microwave integrated circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】ガリウムヒ素等の化合物半導体を用いた
電界効果トランジスタ(以下、FETとも記す。)を有
するモノリシックマイクロ波集積回路(以下、MMIC
と記す。)は、高周波特性に優れ、低雑音であることか
ら、移動体通信に代表される高周波システムに広く利用
されている。このような高周波システムにおける機器で
は、特性の均一化をいかに簡単に行うかがコスト低減の
一つのキーポイントであることから、集積回路(以下、
ICと記す。)の無調整化が望まれている。また、上記
機器では、動作時間の確保すなわち使い勝手の観点か
ら、電源電圧変動に対するICの特性保証も不可欠であ
る。2. Description of the Related Art A monolithic microwave integrated circuit (hereinafter referred to as MMIC) having a field effect transistor (hereinafter also referred to as FET) using a compound semiconductor such as gallium arsenide.
It is written. ) Is excellent in high frequency characteristics and has low noise, and is therefore widely used in high frequency systems represented by mobile communications. For equipment in such high-frequency systems, one of the key points for cost reduction is how to easily make the characteristics uniform.
It is referred to as IC. ) Is required without adjustment. Further, in the above device, from the viewpoint of ensuring the operation time, that is, the usability, it is indispensable to guarantee the characteristics of the IC against the fluctuation of the power supply voltage.
【0003】以下、図16ないし図23を参照して、F
ETを有するMMICの場合を例に取り、上述のICの
無調整化および電源電圧変動に対するICの特性保証に
ついて考察する。図16は、MMICによる1段アンプ
の代表的な回路の構成を示したものである。この図に示
したMMIC100は、無線周波数(以下、RFと記
す。)入力信号を入力するための入力端子101と、R
F出力信号を出力するための出力端子102と、ガリウ
ムヒ素等の化合物半導体を用いたFET103と、入力
端子101とFET103のゲートとの間に設けられた
コンデンサ104と、一端がFET103のゲートに接
続され他端に直流ゲートバイアス電圧Vggが印加される
抵抗105と、出力端子102とFET103のドレイ
ンとの間に設けられたコンデンサ106と、一端がFE
T103のドレインに接続され他端に電源電圧Vdd′が
印加されるコイル107と、一端がコイル107の他端
に接続され他端が接地されるコンデンサ108とを備え
ている。コンデンサ106,108およびコイル107
は、所望の周波数帯における利得および出力インピーダ
ンス整合を得るための出力整合回路を構成している。Hereinafter, referring to FIGS. 16 to 23, F
Taking the case of an MMIC having ET as an example, consideration will be given to the adjustmentlessness of the above-mentioned IC and the guarantee of the characteristic of the IC against the fluctuation of the power supply voltage. FIG. 16 shows a configuration of a typical circuit of a one-stage amplifier based on MMIC. The MMIC 100 shown in this figure has an input terminal 101 for inputting a radio frequency (hereinafter referred to as RF) input signal, and an R terminal.
An output terminal 102 for outputting an F output signal, an FET 103 using a compound semiconductor such as gallium arsenide, a capacitor 104 provided between the input terminal 101 and the gate of the FET 103, and one end connected to the gate of the FET 103. A resistor 105 to which the DC gate bias voltage V gg is applied to the other end, a capacitor 106 provided between the output terminal 102 and the drain of the FET 103, and one end of the FE
The coil 107 is connected to the drain of T103 and has the other end to which the power supply voltage V dd ′ is applied, and the capacitor 108 having one end connected to the other end of the coil 107 and the other end grounded. Capacitors 106 and 108 and coil 107
Constitutes an output matching circuit for obtaining gain and output impedance matching in a desired frequency band.
【0004】図16に示したMMIC100では、FE
T103のしきい値電圧のばらつきに対してIC動作電
流を安定化するため、ひいてはICの高周波特性を均一
化するために、ゲートバイアス電圧Vggを、個々のMM
IC100毎に調整する必要が生じていた。そのため従
来は、例えば特開平6−283942号公報に示される
ように、MMIC100が実装される基板上に、MMI
C100とは別に例えば図17に示すようなバイアス無
調整回路110を設けるようにしていた。In the MMIC 100 shown in FIG. 16, the FE
In order to stabilize the IC operating current against variations in the threshold voltage of T103, and in order to make the high frequency characteristics of the IC uniform, the gate bias voltage V gg is set to the individual MM.
It had to be adjusted for each IC100. Therefore, conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-283942, an MMI is mounted on a substrate on which the MMIC 100 is mounted.
A bias non-adjustment circuit 110 as shown in FIG. 17 is provided separately from C100.
【0005】図17に示したバイアス無調整回路110
は、PNP型のバイポーラトランジスタ111と、一端
がトランジスタ111のベースに接続され他端には電源
電圧Vddが印加される抵抗R1 と、一端がトランジスタ
111のベースに接続され他端が接地される抵抗R
2 と、一端がトランジスタ111のエミッタに接続され
他端には電源電圧Vddが印加される抵抗Re と、一端が
トランジスタ111のコレクタに接続され他端が接地さ
れる抵抗Rc とを備え、トランジスタ111のエミッタ
が図16に示したMMIC100の電源電圧Vdd′の入
力端子に接続され、MMIC100の電源電圧Vdd′を
供給し、トランジスタ111のコレクタが図16におけ
るFET103のゲートに接続され、FET103のゲ
ートバイアス電圧Vggを供給するようになっている。The bias non-adjusting circuit 110 shown in FIG.
Is a PNP bipolar transistor 111, a resistor R 1 having one end connected to the base of the transistor 111 and the power supply voltage V dd applied to the other end, one end connected to the base of the transistor 111 and the other end grounded. Resistance R
2 , a resistor R e having one end connected to the emitter of the transistor 111 and the other end to which the power supply voltage V dd is applied, and a resistor R c having one end connected to the collector of the transistor 111 and the other end grounded. the emitter of transistor 111 'is connected to the input terminal of the power supply voltage V dd of the MMIC 100' MMIC 100 of the power supply voltage V dd shown in FIG. 16 supplies a collector of the transistor 111 is connected to the gate of the FET103 in FIG 16 , The gate bias voltage V gg of the FET 103 is supplied.
【0006】図17に示したバイアス無調整回路110
は、抵抗Re での電圧降下をフィードバックしてFET
103のバイアスを安定化させるものである。このバイ
アス無調整回路110を用いた場合、例えばFET10
3のドレイン電流が増加すると、抵抗Re での電圧降下
が増加し、その結果、トランジスタ111のコレクタ電
位、すなわちMMIC100のゲートバイアス電圧Vgg
が低下してFET103のドレイン電流の増加が抑えら
れるようになっている。The bias non-adjusting circuit 110 shown in FIG.
Is a FET that feeds back the voltage drop across the resistor R e
The bias of 103 is stabilized. When the bias-unadjusted circuit 110 is used, for example, the FET 10
3 increases, the voltage drop across the resistor R e increases, resulting in a collector potential of the transistor 111, ie, the gate bias voltage V gg of the MMIC 100.
And the increase of the drain current of the FET 103 is suppressed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図17
に示したようなバイアス無調整回路110をMMIC1
00とは別に基板上に設ける場合には、部品点数と実装
面積の増大を招くという問題点がある。However, FIG.
The bias non-adjustment circuit 110 as shown in FIG.
If it is provided on the substrate separately from 00, there is a problem that the number of components and the mounting area increase.
【0008】これに対処するに、図18あるいは図20
に示すような構成のバイアス安定化回路を含むMMIC
も提案されている。To cope with this, FIG. 18 or FIG.
MMIC including a bias stabilizing circuit configured as shown in FIG.
Has also been proposed.
【0009】図18に示したMMIC120は、セルフ
バイアス方式を用いたものであり、その構成は、図16
に示したMMIC100におけるFET103のソース
を抵抗Rs およびバイパスコンデンサCs1の並列回路を
介して接地するようにしたものである。なお、図18で
は、MMIC120の電源電圧をVddとしている。この
MMIC120では、仮にゲートバイアス電圧Vggを固
定した場合、FET103のソース・ゲート間電圧Vgs
に対して、抵抗Rs を介して、FET103のしきい値
Vthのばらつきによるドレイン電流Iddの変化に基づく
負帰還がかかるため、図16に示したMMIC100に
おいて図17に示したバイアス無調整回路110を設け
ない場合に比べて、ドレイン電流Iddの変化を減少させ
ることが可能である。The MMIC 120 shown in FIG. 18 uses a self-bias method, and its configuration is shown in FIG.
The source of the FET 103 in the MMIC 100 shown in (4) is grounded via a parallel circuit of a resistor R s and a bypass capacitor C s1 . Note that in FIG. 18, the power supply voltage of the MMIC 120 is V dd . In the MMIC 120, if the gate bias voltage V gg is fixed, the source-gate voltage V gs of the FET 103
On the other hand, since negative feedback is applied through the resistor R s based on the change in the drain current I dd due to the variation in the threshold value V th of the FET 103, the bias unadjusted shown in FIG. 17 in the MMIC 100 shown in FIG. The change in the drain current I dd can be reduced as compared with the case where the circuit 110 is not provided.
【0010】しかしながら、図18に示した回路では、
抵抗Rs を設けているためにソース・ドレイン間電圧V
dsが低下するが、ドレイン電流Iddの安定度を増すため
に抵抗Rs の抵抗値を大きくするとソース・ドレイン間
電圧Vdsの低下量が大きくなり、FET103の高周波
特性が変化するおそれがあるという不具合がある。従っ
てFET103のソース・ドレイン間電圧Vdsを保つこ
ととドレイン電流Iddの安定度を増すこととはトレード
オフであり、ドレイン電流Iddの変動を無くすことはで
きない。However, in the circuit shown in FIG.
Since the resistance R s is provided, the source-drain voltage V
Although ds decreases, if the resistance value of the resistor R s is increased to increase the stability of the drain current I dd , the amount of decrease in the source-drain voltage V ds increases, and the high frequency characteristics of the FET 103 may change. There is a problem called. Thus the increasing that the stability of the drain current I dd keep the source-drain voltage V ds of the FET103 is a trade-off, can not be eliminated variations in the drain current I dd.
【0011】また、図18に示したMMIC120にお
けるFET103のゲートバイアス電圧Vggを発生する
回路としては、図19に示すような回路がある。この回
路は、一端に電源電圧Vddが印加される抵抗R3 と、一
端が抵抗R3 の他端に接続され他端が接地されるR4 と
を有し、抵抗R3 ,R4 の接続点が図18に示したおけ
るFET103のゲートに接続され、FET103のゲ
ートバイアス電圧Vggを供給するようになっている。図
19に示した回路を用いてゲートバイアス電圧Vggを供
給してバイアスの無調整化を図る場合には、電源電圧V
ddの変動によってゲートバイアス電圧Vggの変動が起こ
るため、ドレイン電流Iddの安定化は一層困難となる。As a circuit for generating the gate bias voltage V gg of the FET 103 in the MMIC 120 shown in FIG. 18, there is a circuit as shown in FIG. This circuit includes a resistor R 3 to the power supply voltage V dd to the one end is applied, and a R 4 which is the other end one end connected to the other end of the resistor R 3 is grounded, the resistor R 3, R 4 The connection point is connected to the gate of the FET 103 shown in FIG. 18 and supplies the gate bias voltage V gg of the FET 103. When the gate bias voltage V gg is supplied by using the circuit shown in FIG.
Since the gate bias voltage V gg fluctuates due to the fluctuation of dd , it becomes more difficult to stabilize the drain current I dd .
【0012】一方、図20に示したMMIC130は、
例えば特開平6−204757号公報に示されるような
カレントミラー方式によるアクティブバイアス安定化回
路を用いたものである。このMMIC130は、図16
における抵抗105がなく、代わりに、FET131
と、一端がFET131のドレインに接続され他端に電
源電圧Vddが印加される抵抗R5 と、一端がFET13
1のゲートに接続され他端がFET103のゲートに接
続された抵抗Rg1と、一端がFET131のゲートに接
続され他端が接地されるコンデンサCs2とを備えてい
る。FET131のドレインとゲートは接続され、ソー
スは接地されるようになっている。On the other hand, the MMIC 130 shown in FIG.
For example, an active bias stabilizing circuit using a current mirror system as disclosed in JP-A-6-204757 is used. This MMIC 130 is shown in FIG.
There is no resistor 105 at
And a resistor R 5 having one end connected to the drain of the FET 131 and the power supply voltage V dd applied to the other end, and one end having the FET 13
A resistor R g1 other end is connected to a gate connected to the gate of the FET103 of 1 and the other end is connected to the gate of one end FET131 and a capacitor C s2 is grounded. The drain and gate of the FET 131 are connected, and the source is grounded.
【0013】図20に示した構成によれば、図18に示
したバイアス方式を用いたものに比べて、FET103
のソース抵抗(図18における抵抗Rs )と並列にバイ
パスコンデンサCs1を設ける必要がないことから、チッ
プ面積の大幅な低減、あるいはチップ部品としてのコン
デンサを外付けする場合にはピン数の削減にも寄与す
る。また、図18に示したようにソース抵抗Rs を使用
した場合における電圧降下が生じないことから低電源電
圧化も可能であるという特徴を有する。According to the structure shown in FIG. 20, the FET 103 is different from the structure using the bias system shown in FIG.
Since it is not necessary to provide the bypass capacitor C s1 in parallel with the source resistance (resistor R s in FIG. 18) of, the chip area is significantly reduced, or the number of pins is reduced when a capacitor as a chip component is externally attached. Also contribute to. In addition, as shown in FIG. 18, there is no voltage drop when the source resistance R s is used, so that the power supply voltage can be lowered.
【0014】ここで、図21を用いて、図20に示した
回路の動作原理について説明する。簡単にするために、
図20における電源電圧Vddは十分大きく、またFET
131とFET103はデバイス特性が同じ(ただし、
ゲート幅のみ、それぞれWg1,Wg2と異なる。)で、ド
レインコンダクタンスは十分小さいとする。FET13
1は、ゲートとドレインが短絡されており、且つエンハ
ンスメントモードであるので、常にドレイン電流飽和領
域にあり、そのドレイン電圧(Vd1)−ドレイン電流
(Idd1 )特性は、次の(1)式および図21において
特性線141で示すように振る舞う。なお、(1)式に
おいてkは、FET131のゲート長、電子移動度、ゲ
ート容量で決まる定数、VthはFET131のしきい値
である。The operating principle of the circuit shown in FIG. 20 will be described with reference to FIG. For simplicity,
The power supply voltage V dd in FIG.
131 and FET 103 have the same device characteristics (however,
Only the gate width is different from W g1 and W g2 , respectively. ), The drain conductance is sufficiently small. FET13
In No. 1, since the gate and the drain are short-circuited and in the enhancement mode, the drain current (V d1 ) -drain current (I dd1 ) characteristic is always in the drain current saturation region. 21 and behaves as shown by the characteristic line 141 in FIG. In the equation (1), k is a constant determined by the gate length, electron mobility and gate capacitance of the FET 131, and V th is the threshold value of the FET 131.
【0015】[0015]
【数1】Idd1 =k(Vd1−Vth)2 …(1)## EQU1 ## I dd1 = k (V d1 −V th ) 2 (1)
【0016】ここで、抵抗R5 がFET131のドレイ
ン側に負荷抵抗として付くので、図20におけるノード
n10(FET131のゲートとドレインの接続点)の電
圧をVg1(=Vd1)とすると、次の(2)式が成り立
つ。なお、(2)式において、R5 は、抵抗R5 の抵抗
値とする。また、(2)式の特性を図21において特性
線142で示す。Since the resistor R 5 is attached to the drain side of the FET 131 as a load resistor, assuming that the voltage at the node n10 (connection point between the gate and drain of the FET 131) in FIG. 20 is V g1 (= V d1 ), Equation (2) is established. In the equation (2), R 5 is the resistance value of the resistor R 5 . Further, the characteristic of the equation (2) is shown by the characteristic line 142 in FIG.
【0017】[0017]
【数2】Vdd=Idd1 ×R5 +Vg1 ∴Idd1 =(−1/R5 )Vg1+Vdd/R5 …(2)## EQU2 ## V dd = I dd1 × R 5 + V g1 ∴I dd1 = (-1 / R 5 ) V g1 + V dd / R 5 (2)
【0018】従ってノードn10の電圧Vg1とバイアス安
定化回路部(FET131側)の電流Idd1 は、図21
における特性線141と特性線142との交点Aの電圧
Va、電流Ia となる。図20における抵抗Rg とコン
デンサCs2は、バイアス安定化回路部と高周波動作部
(FET103側)とを高周波的に絶縁するために挿入
されるローパスフィルタを構成しており、抵抗Rg の抵
抗値を数十キロオーム、コンデンサCs2の容量を数ピコ
ファラッド程度にとれば、FET103のゲート電流が
小さいことも相まって、FET103にかかるゲート電
圧もVa とみなすことができる。従って、FET103
に流れるドレイン電流Idd2 は、次の(3)式で表すこ
とができる。Therefore, the voltage V g1 of the node n10 and the current I dd1 of the bias stabilizing circuit (on the FET 131 side) are shown in FIG.
The voltage V a and the current I a at the intersection A of the characteristic line 141 and the characteristic line 142 in FIG. The resistor R g and the capacitor C s2 in FIG. 20 form a low-pass filter inserted to insulate the bias stabilizing circuit unit and the high frequency operation unit (on the FET 103 side) in terms of high frequency, and the resistance of the resistor R g . When the value is set to several tens of kilohms and the capacitance of the capacitor C s2 is set to about several picofarads, the gate voltage applied to the FET 103 can also be regarded as V a because the gate current of the FET 103 is small. Therefore, the FET 103
The drain current I dd2 flowing through the can be expressed by the following equation (3).
【0019】[0019]
【数3】 (Equation 3)
【0020】ここで、FET103,131の各しきい
値Vthが変動した場合を考える。図22は、FET10
3,131の各しきい値Vthが変動した場合ににおける
特性線141の変化を示したものである。この図に示し
たように、FET103,131の各しきい値Vthが変
動すると(1)式よりIdd1 が変化するため、I
dd1は、FET103,131の各しきい値Vthの増減
に対応して、図22において符号141aあるいは14
1bで示すような特性線に変化する。この場合、特性線
141と特性線142との交点Aは、それぞれA1,A
2に移動することから、電流Ia もIa1,Ia2に変化す
るので、(3)式よりIdd2 も変化する。Here, consider a case where the threshold values Vth of the FETs 103 and 131 are changed. FIG. 22 shows the FET 10.
3 shows changes in the characteristic line 141 when the respective threshold values Vth of 3,131 change. As shown in this figure, when the threshold values V th of the FETs 103 and 131 are changed, I dd1 is changed from the equation (1).
dd1 corresponds to the increase / decrease of each threshold value Vth of the FETs 103 and 131, and is denoted by reference numeral 141a or 14 in FIG.
The characteristic line changes as shown by 1b. In this case, the intersection points A of the characteristic lines 141 and 142 are A1 and A, respectively.
From moving to 2, since the changes to the current I a is also I a1, I a2, I dd2 also changes from (3).
【0021】次に、電源電圧Vddが変動した場合を考え
る。図23は、電源電圧Vddが変動した場合における特
性線142の変化を示したものである。この図に示した
ように、電源電圧Vddが変動すると、(2)式よりI
dd1 が変化するため、Idd1 は電源電圧Vddの増減に対
応して、符号142aあるいは142bで示すような特
性線に変化する。この場合、特性線141と特性線14
2との交点Aは、それぞれA3,A4に移動することか
ら、電流Ia もIa3,Ia4に変化するので、(3)式よ
りIdd2 も変化する。Next, consider the case where the power supply voltage V dd changes. FIG. 23 shows a change in the characteristic line 142 when the power supply voltage V dd changes. As shown in this figure, when the power supply voltage V dd changes, I
Since dd1 changes, I dd1 changes to a characteristic line as indicated by reference numeral 142a or 142b in response to an increase or decrease in the power supply voltage V dd . In this case, the characteristic line 141 and the characteristic line 14
Since the intersection A with 2 moves to A3 and A4, respectively, the current I a also changes to I a3 and I a4 , so that I dd2 also changes from the equation (3).
【0022】このように、従来は、外付け部品を用いる
ことなく且つ無調整で、FET103,113の特性の
ばらつきや電源電圧の変動によってFET103のドレ
イン電流Idd2 が影響を受けないMMICを実現するこ
とは、セルフバイアス方式、カレントミラー方式のいず
れの場合においても不十分であった。Thus, conventionally, without using any external parts and without adjustment, an MMIC in which the drain current I dd2 of the FET 103 is not affected by variations in the characteristics of the FETs 103 and 113 and variations in the power supply voltage is realized. This is insufficient in both the self-bias system and the current mirror system.
【0023】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その課題は、外付け部品を用いることなく且つ無
調整で、電界効果トランジスタの特性のばらつきや電源
電圧の変動によって影響を受けずに電界効果トランジス
タのバイアスを安定化させることができるようにした電
界効果トランジスタのバイアス安定化回路を提供するこ
とにある。The present invention has been made in view of the above problems, and the problem is that it is not affected by variations in characteristics of field effect transistors or variations in power supply voltage without using external parts and without adjustment. Another object of the present invention is to provide a bias stabilizing circuit for a field effect transistor, which can stabilize the bias of the field effect transistor.
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の電界効果
トランジスタのバイアス安定化回路は、バイアス安定化
の対象となるエンハンスメントモードの電界効果トラン
ジスタと共にカレントミラー回路を構成するバイアス制
御用のエンハンスメントモードの電界効果トランジスタ
を備え、バイアス安定化の対象となる電界効果トランジ
スタのバイアスを安定化させるカレントミラー方式によ
る電界効果トランジスタのバイアス安定化回路におい
て、バイアス制御用の電界効果トランジスタに対する負
荷抵抗として、所定値以上の印加電圧に対して電流が飽
和する電流飽和抵抗を設けたものである。A bias stabilizing circuit for a field effect transistor according to claim 1, wherein an enhancement mode for bias control forms a current mirror circuit together with an enhancement mode field effect transistor which is an object of bias stabilization. In a bias stabilization circuit for a field-effect transistor using a current mirror method for stabilizing the bias of a field-effect transistor that is subject to bias stabilization, a predetermined load resistance for the field-effect transistor for bias control is specified. A current saturation resistance is provided so that the current saturates for an applied voltage of a value or more.
【0025】請求項2記載の電界効果トランジスタのバ
イアス安定化回路は、バイアス安定化の対象となる電界
効果トランジスタと共にカレントミラー回路を構成する
バイアス制御用の電界効果トランジスタを備え、バイア
ス安定化の対象となる電界効果トランジスタのバイアス
を安定化させるカレントミラー方式による電界効果トラ
ンジスタのバイアス安定化回路において、バイアス制御
用の電界効果トランジスタに対する負荷抵抗として、所
定値以上の印加電圧に対して電流が飽和する電流飽和抵
抗を設けると共に、バイアス制御用の電界効果トランジ
スタのゲートと電流飽和抵抗側の電極との間に、所定の
電位差を形成するためのダイオードを設けたものであ
る。According to a second aspect of the present invention, there is provided a bias stabilizing circuit for a field effect transistor, comprising a field effect transistor for bias control which constitutes a current mirror circuit together with a field effect transistor which is a target of bias stabilization. In a bias stabilization circuit for a field effect transistor by a current mirror system that stabilizes the bias of the field effect transistor, the current saturates as a load resistance for the field effect transistor for bias control when an applied voltage of a predetermined value or more is applied. A current saturation resistance is provided, and a diode for forming a predetermined potential difference is provided between the gate of the field effect transistor for bias control and the electrode on the current saturation resistance side.
【0026】請求項1記載の電界効果トランジスタのバ
イアス安定化回路では、電流飽和抵抗によって、電界効
果トランジスタの特性の変動や電源電圧の変動によらず
に、バイアス制御用の電界効果トランジスタ側の電流が
一定に保持され、その結果、バイアス安定化の対象とな
る電界効果トランジスタ側の電流も一定に保持される。In the bias stabilizing circuit of the field effect transistor according to the first aspect, the current saturation resistance causes the current on the side of the field effect transistor for bias control without depending on the characteristic change of the field effect transistor or the power supply voltage. Is held constant, and as a result, the current on the side of the field effect transistor, which is the target of bias stabilization, is also held constant.
【0027】請求項2記載の電界効果トランジスタのバ
イアス安定化回路では、ダイオードによって、バイアス
制御用の電界効果トランジスタの電流飽和抵抗側の電極
とゲートとの間に所定の電位差が形成されるため、バイ
アス安定化の対象となる電界効果トランジスタおよびバ
イアス制御用の電界効果トランジスタがエンハンスメン
トモードの電界効果トランジスタである場合のみなら
ず、ディプリーションモードの電界効果トランジスタで
ある場合にも、バイアス制御用の電界効果トランジスタ
を飽和領域で動作させることができ、電流飽和抵抗によ
って、電界効果トランジスタの特性のばらつきや電源電
圧の変動によらずに、バイアス安定化の対象となる電界
効果トランジスタ側の電流を一定に保持することが可能
となる。In the bias stabilizing circuit of the field effect transistor according to the second aspect, the diode forms a predetermined potential difference between the electrode on the current saturation resistance side of the field effect transistor for bias control and the gate. Not only when the field effect transistor targeted for bias stabilization and the field effect transistor for bias control are enhancement mode field effect transistors, but also when they are depletion mode field effect transistors, The field effect transistor can be operated in the saturation region, and the current saturation resistance keeps the current on the side of the field effect transistor, which is the target of bias stabilization, constant regardless of variations in the characteristics of the field effect transistor and fluctuations in the power supply voltage. Can be held at.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0029】図1は本発明の第1の実施の形態に係る電
界効果トランジスタのバイアス安定化回路を含み、1段
アンプを構成するMMICの構成を示す回路図である。
このMMIC10は、RF入力信号を入力するための入
力端子11と、RF出力信号を出力するための出力端子
12と、ガリウムヒ素等の化合物半導体を用いたバイア
ス安定化の対象となるエンハンスメントモードのFET
13と、入力端子11とFET13のゲートとの間に設
けられたコンデンサ14と、出力端子12とFET13
のドレインとの間に設けられたコンデンサ16と、一端
がFET13のドレインに接続され他端に電源電圧Vdd
が印加されるコイル17と、一端がコイル17の他端に
接続され他端が接地されるコンデンサ18とを備えてい
る。コンデンサ16,18およびコイル17は、所望の
周波数帯における利得および出力インピーダンス整合を
得るための出力整合回路を構成している。FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of an MMIC that includes a bias stabilizing circuit for a field effect transistor according to a first embodiment of the present invention and that constitutes a one-stage amplifier.
The MMIC 10 includes an input terminal 11 for inputting an RF input signal, an output terminal 12 for outputting an RF output signal, and an enhancement mode FET that is a target of bias stabilization using a compound semiconductor such as gallium arsenide.
13, a capacitor 14 provided between the input terminal 11 and the gate of the FET 13, the output terminal 12 and the FET 13
And a capacitor 16 provided between the drain and the drain of the FET, one end of which is connected to the drain of the FET 13 and the other end of which is the power supply voltage V dd.
And a capacitor 18 having one end connected to the other end of the coil 17 and the other end grounded. The capacitors 16 and 18 and the coil 17 constitute an output matching circuit for obtaining gain and output impedance matching in a desired frequency band.
【0030】MMIC10は、更に、FET13のバイ
アスを安定化させるカレントミラー方式によるバイアス
安定化回路として、FET13と共にカレントミラー回
路を構成するバイアス制御用のエンハンスメントモード
のFET19と、一端がFET19のドレインに接続さ
れ他端に電源電圧Vddが印加されるFET19に対する
負荷抵抗としての電流飽和抵抗Rcsと、一端がFET1
9のゲートに接続され他端がFET13のゲートに接続
された抵抗Rg と、一端がFET19のゲートに接続さ
れ他端が接地されるコンデンサCs とを備えている。F
ET19のドレインとゲートは接続され、ソースは接地
されるようになっている。FET13,19としては、
具体的には、例えばMESFET(金属半導体FET)
やJFET(接合型FET)が用いられる。The MMIC 10 is further connected to the drain of the FET 19 and an enhancement mode FET 19 for bias control which constitutes a current mirror circuit together with the FET 13 as a bias mirror circuit of the current mirror system for stabilizing the bias of the FET 13. And the current saturation resistance R cs as a load resistance for the FET 19 to which the power supply voltage V dd is applied to the other end and the FET 1 at one end.
It has a resistor R g connected to the gate of the FET 9 and the other end of which is connected to the gate of the FET 13, and a capacitor C s whose one end is connected to the gate of the FET 19 and whose other end is grounded. F
The drain and gate of ET19 are connected, and the source is grounded. As FETs 13 and 19,
Specifically, for example, MESFET (metal semiconductor FET)
A JFET (junction type FET) is used.
【0031】図2に電流飽和抵抗Rcsの電圧−電流特性
を示す。この図に示したように、電流飽和抵抗Rcsで
は、印加電圧が所定の電圧Vcsに達するまでは電流は印
加電圧に比例して増加するが、印加電圧が所定の電圧V
cs以上のときには電流が飽和して略一定になる。以下、
Vcsを飽和電圧と呼び、飽和したときの電流を飽和電流
Icsと記す。図2に示したような性質は、GaAs、A
lGaAs/GaAs(AlGaAsとGaAsのヘテ
ロ接合)等のガリウムヒ素系の化合物半導体にみられ
る。従って、電流飽和抵抗Rcsには、GaAs、AlG
aAs/GaAs等のガリウムヒ素系の化合物半導体が
用いられる。電流飽和抵抗Rcsの材料として、化合物半
導体の最も代表的なGaAsを用いた場合を例にとる
と、電流飽和抵抗Rcs内の電子走行方向の電界が約3.
5×103 V/cm(以下、Ecsとする。)以上になる
と電子走行速度の飽和が起こる。この現象は、電界から
得たエネルギによる電子のバレイ(伝導帯の谷)間遷移
に基づくものであり、比較的低い電界において急峻な速
度飽和が起こるのは、バレイ間のエネルギ差が0.29
eV(絶対温度300度において)と小さいこと、低電
界における電子移動度が高く電界による加速が良いこ
と、および遷移後のバレイの電子移動度が遷移前に比べ
て非常に小さいことによる。つまり、電流飽和抵抗Rcs
は、このようなGaAs等に特有の物理的性質を利用し
たものであり、シリコンによっては得られないデバイス
である。FIG. 2 shows the voltage-current characteristics of the current saturation resistance R cs . As shown in this figure, in the current saturation resistance R cs , the current increases in proportion to the applied voltage until the applied voltage reaches the predetermined voltage V cs , but the applied voltage is the predetermined voltage V cs.
When it is more than cs , the current is saturated and becomes almost constant. Less than,
V cs is called a saturation voltage, and a current when saturated is described as a saturation current I cs . The properties shown in FIG. 2 are GaAs, A
It is found in gallium arsenide-based compound semiconductors such as 1GaAs / GaAs (heterojunction of AlGaAs and GaAs). Therefore, the current saturation resistance R cs is GaAs, AlG
A gallium arsenide-based compound semiconductor such as aAs / GaAs is used. As the material of the current saturation resistance R cs, taking the case of using the most typical GaAs compound semiconductor as an example, the electric field of the electron traveling direction in the current saturation resistance R cs is about 3.
At a voltage of 5 × 10 3 V / cm (hereinafter referred to as E cs ) or more, the electron traveling speed is saturated. This phenomenon is based on electron-valley (valley of conduction band) transition due to energy obtained from the electric field, and steep velocity saturation occurs in a relatively low electric field because the energy difference between the valleys is 0.29.
This is because eV is small (at an absolute temperature of 300 ° C.), the electron mobility in a low electric field is high and the acceleration by the electric field is good, and the electron mobility of the valley after the transition is much smaller than that before the transition. That is, the current saturation resistance R cs
Is a device that utilizes physical properties peculiar to GaAs and the like and cannot be obtained by silicon.
【0032】図3はガリウムヒ素を用いた電流飽和抵抗
Rcsの素子構造の一例を示す平面図、図4は図3の断面
図である。これらの図に示した電流飽和抵抗Rcsは、半
絶縁性のGaAs基板20に、抵抗層22を形成するた
めに、N型の不純物層からなるチャネル21を形成し、
抵抗層22を挟んで対向する位置におけるチャネル21
上にオーミック電極23,24を接合して構成してい
る。チャネル21は例えばイオン注入や結晶成長によっ
て形成される。なお、図4に示した例では、簡略化のた
めにチャネル21におけるオーミック電極23,24の
下方の部分は、抵抗層22と同一の不純物濃度の層とし
ているが、抵抗層22よりも不純物濃度の濃い層として
も良い。このように電流飽和抵抗Rcsの素子構造は、M
MIC10における通常の抵抗と同じ構造であり、MM
IC10において電流飽和抵抗Rcsを形成するに当たっ
てのプロセスの工程追加は一切ない。FIG. 3 is a plan view showing an example of the element structure of the current saturation resistance R cs using gallium arsenide, and FIG. 4 is a sectional view of FIG. In the current saturation resistance R cs shown in these figures, a channel 21 made of an N-type impurity layer is formed on the semi-insulating GaAs substrate 20 to form the resistance layer 22.
The channel 21 at a position facing each other with the resistance layer 22 in between.
The ohmic electrodes 23 and 24 are joined on the upper side. The channel 21 is formed by, for example, ion implantation or crystal growth. Note that, in the example shown in FIG. 4, for simplification, the portions below the ohmic electrodes 23 and 24 in the channel 21 have the same impurity concentration as that of the resistance layer 22, but the impurity concentration is higher than that of the resistance layer 22. It may be a dark layer. Thus, the element structure of the current saturation resistance R cs is M
It has the same structure as the normal resistance in the MIC10.
There is no additional process step in forming the current saturation resistance R cs in the IC 10.
【0033】ここで、抵抗層22のシート抵抗をρs 、
オーミック電極23,24とチャネル21間のオーミッ
ク接触抵抗をRc とし、図3に示したようにオーミック
電極23,24間の抵抗層22の幅をW,長さをLと
し、チャネル21内での電界分布を均一とすると、飽和
電圧Vcsと飽和電流Icsは次の式で表される。Here, the sheet resistance of the resistance layer 22 is ρ s ,
In the channel 21, the ohmic contact resistance between the ohmic electrodes 23 and 24 and the channel 21 is R c , the width of the resistance layer 22 between the ohmic electrodes 23 and 24 is W, and the length is L as shown in FIG. Assuming that the electric field distribution is uniform, the saturation voltage V cs and the saturation current I cs are expressed by the following equations.
【0034】[0034]
【数4】Vcs=Ecs×L+2Rc ×Ics Ics=Vcs/{(ρs ×L/W)+2Rc }V cs = E cs × L + 2R c × I cs I cs = V cs / {(ρ s × L / W) + 2R c }
【0035】つまり、図3および図4に示した構造の電
流飽和抵抗Rcsの特性は、デバイス寸法(W,L)とプ
ロセス条件によって決定されるが、ρs とRc は共に条
件決定後のばらつきは比較的小さいので、安定した特性
で電流飽和抵抗Rcsを作成することができる。That is, the characteristics of the current saturation resistance R cs of the structure shown in FIGS. 3 and 4 are determined by the device dimensions (W, L) and the process conditions, but both ρ s and R c are determined after the conditions are determined. Since the variation of is relatively small, the current saturation resistance R cs can be created with stable characteristics.
【0036】次に、本実施の形態に係る電界効果トラン
ジスタのバイアス安定化回路を含むMMIC10の動作
について説明する。Next, the operation of the MMIC 10 including the bias stabilizing circuit for the field effect transistor according to the present embodiment will be described.
【0037】図20および図21に示した例の場合と同
様に、簡単にするために、図1における電源電圧Vddは
十分大きく、またFET19とFET13はデバイス特
性が同じ(ただし、ゲート幅のみ、それぞれWg1,Wg2
と異なる。)で、ドレインコンダクタンスは十分小さい
とする。FET19は、ゲートとドレインが短絡されて
おり、且つエンハンスメントモードであるので、常にド
レイン電流飽和領域にあり、そのドレイン電圧(Vd1)
−ドレイン電流(Idd1 )特性は、前出の(1)式およ
び図5において特性線41で示すように振る舞う。As in the case of the example shown in FIGS. 20 and 21, for simplification, the power supply voltage V dd in FIG. 1 is sufficiently large, and FET 19 and FET 13 have the same device characteristics (however, only the gate width is different). , W g1 and W g2 respectively
And different. ), The drain conductance is sufficiently small. Since the gate and drain of the FET 19 are short-circuited and in the enhancement mode, the FET 19 is always in the drain current saturation region and its drain voltage (V d1 ).
The −drain current (I dd1 ) characteristic behaves as shown by the characteristic line 41 in the equation (1) and FIG.
【0038】ここで、電流飽和抵抗RcsがFET19の
ドレイン側に負荷抵抗として付くので、FET19のド
レイン電流Idd1 は、Vd1がVdd−Vcsに達するまでは
一定値Icsであり、Vd1がVdd−Vcs以上になるとVdd
になるまで直線的に減少する。この特性を図5において
特性線42で示す。Since the current saturation resistance R cs is attached to the drain side of the FET 19 as a load resistance, the drain current I dd1 of the FET 19 is a constant value I cs until V d1 reaches V dd -V cs . When V d1 becomes V dd −V cs or more, V dd
Decreases linearly until. This characteristic is shown by the characteristic line 42 in FIG.
【0039】従って、図1におけるノードn1 (FET
19のゲートとドレインの接続点)の電圧Vg1(=
Vd1)とバイアス安定化回路部(FET19側)の電流
Idd1 は、それぞれ、図5における特性線41と特性線
42との交点Bの電圧Vb 、電流Icsとなる。また、抵
抗Rg の抵抗値を数十キロオーム、コンデンサCs の容
量を数ピコファラッド程度にとれば、FET13のゲー
ト電流が小さいことも相まって、FET13にかかるゲ
ート電圧もVb とみなすことができる。従って、FET
13に流れるドレイン電流Idd2 は、次の(4)式で表
すことができる。Therefore, the node n1 (FET
19 gate-drain connection point) voltage V g1 (=
V d1 ) and the current I dd1 of the bias stabilizing circuit (on the side of the FET 19) become the voltage V b and the current I cs at the intersection B between the characteristic line 41 and the characteristic line 42 in FIG. 5, respectively. Further, if the resistance value of the resistor R g is set to several tens of kilo ohms and the capacity of the capacitor C s is set to about several picofarads, the gate voltage applied to the FET 13 can be regarded as V b in combination with the small gate current of the FET 13. . Therefore, the FET
The drain current I dd2 flowing through 13 can be expressed by the following equation (4).
【0040】[0040]
【数5】 (Equation 5)
【0041】ここで、FET13,FET19の各しき
い値Vthが変動した場合を考える。図6は、FET1
3,FET19の各しきい値Vthが変動した場合におけ
る特性線41の変化を示したものである。この図に示し
たように、FET13,FET19の各しきい値Vthが
変動すると(1)式よりIdd1 が変化するため、Idd1
は、FET13,FET19の各しきい値Vthの増減に
対応して、図6において符号41aあるいは41bで示
すような特性線に変化する。この場合、特性線41と特
性線42との交点Bは、それぞれB1,B2に移動する
が、電流Idd1 はIcsのまま変化しないので、(4)式
よりIdd2 も変化しない。Here, consider a case where the threshold values V th of the FET 13 and the FET 19 are changed. FIG. 6 shows FET1
3 shows changes in the characteristic line 41 when the respective threshold values V th of the FET 19 are changed. As shown in this figure, FET 13, when the threshold V th of the FET19 is varied (1) for I dd1 changes from the equation, I dd1
Changes to a characteristic line as indicated by reference numeral 41a or 41b in FIG. 6 in response to increase / decrease of each threshold value V th of the FET 13 and the FET 19. In this case, the intersection B between the characteristic line 41 and the characteristic line 42 moves to B1 and B2, respectively, but the current I dd1 remains I cs , and therefore I dd2 does not change from the equation (4).
【0042】次に、電源電圧Vddが変動した場合を考え
る。図7は、電源電圧Vddが変動した場合における特性
線42の変化を示したものである。この図に示したよう
に、電源電圧Vddが変動すると、Idd1 は電源電圧Vdd
の増減に対応して、符号42aあるいは42bで示すよ
うな特性線に変化する。この場合は、特性線41と特性
線42との交点Bは移動しないことから、やはり電流I
dd1 はIcsのまま変化せず、(4)式よりIdd2 も変化
しない。Next, consider the case where the power supply voltage V dd changes. FIG. 7 shows changes in the characteristic line 42 when the power supply voltage V dd changes. As shown in this figure, when the power supply voltage V dd changes, I dd1 becomes the power supply voltage V dd.
In response to the increase or decrease of, the characteristic line changes as indicated by reference numeral 42a or 42b. In this case, since the intersection B between the characteristic line 41 and the characteristic line 42 does not move, the current I still remains.
dd1 does not change as I cs , and I dd2 does not change from the equation (4).
【0043】このように、本実施の形態では、電流飽和
抵抗Rcsの飽和電圧Vcsが下記の(5)式の条件を満た
すだけ電源電圧Vddが大きく、FET特性がFET1
3,19間でばらつきが十分小さく、且つそれらのドレ
インコンダクタンスが十分小さいとすると、Idd1 ,I
dd2 は共に電流飽和抵抗Rcsの飽和電流IcsとFET1
3,19のゲート幅で決まる。従って、Idd1 ,Idd2
の総和である総電源電流Iddは、原理的には全くFET
13,19のしきい値電圧Vthの変動のようなFETの
特性ばらつきや電源電圧変動に依存しない。As described above, in the present embodiment, the power supply voltage V dd is large as the saturation voltage V cs of the current saturation resistance R cs satisfies the condition of the following expression (5), and the FET characteristic is FET1.
Assuming that the variations between 3 and 19 are sufficiently small, and their drain conductances are sufficiently small, I dd1 , I
dd2 both current saturation resistance R cs saturation current I cs and FET1
It is determined by the gate width of 3,19. Therefore, I dd1 , I dd2
The total power supply current I dd , which is the sum of
It does not depend on variations in FET characteristics such as variations in the threshold voltage Vth of 13 and 19 and variations in power supply voltage.
【0044】[0044]
【数6】Vcs≦Vdd−Vb …(5)## EQU6 ## V cs ≤V dd -V b (5)
【0045】ここで、本実施の形態について、回路シミ
ュレータ(SPICE)によるシミュレーション結果を
挙げる。この例では、Vdd=3V、Wg1=4μm、Wg2
=200μm、Iddは約4mAのローノイズアンプとし
ている。ここでは、FET13,19間でのFET特性
のばらつきはないものの、FET特性については各しき
い値Vth毎に実デバイスの直流特性抽出結果を用いてい
る。従って、ドレインコンダクタンスについては(4)
式を満足するだけ十分に小さいとは言えない。また、電
流飽和抵抗Rcsについては、Vcs=1.0V、Ics=6
0μAの特性とした。また、FET13,19のしきい
値電圧Vthは中心値0.3Vに対して±0.2V変動
し、電源電圧Vddは中心値3Vに対して±10%変動す
る可能性があるとする。これらの仮定は、移動体通信用
MMICとして一般的なものである。図8は、以上の条
件に基づくシミュレーション結果として、FET13,
19のしきい値電圧Vth、電流Idd2 および電源電圧V
ddの関係を示したものである。Here, the simulation results of the circuit simulator (SPICE) of this embodiment will be described. In this example, V dd = 3V, W g1 = 4 μm, W g2
= 200 μm, I dd is a low noise amplifier of about 4 mA. Here, although there is no variation in the FET characteristics between the FETs 13 and 19, as the FET characteristics, the DC characteristic extraction result of the actual device is used for each threshold value V th . Therefore, regarding drain conductance (4)
It is not small enough to satisfy the formula. Regarding the current saturation resistance R cs , V cs = 1.0 V, I cs = 6
The characteristic was 0 μA. Further, it is assumed that the threshold voltages V th of the FETs 13 and 19 may fluctuate ± 0.2 V with respect to the center value 0.3 V, and the power supply voltage V dd fluctuates ± 10% with respect to the center value 3 V. . These assumptions are common in MMICs for mobile communications. FIG. 8 shows the results of the simulation based on the above conditions.
19 threshold voltage V th , current I dd2 and power supply voltage V
It shows the relationship of dd .
【0046】また、比較のために、図20に示した従来
のカレントミラー方式によるアクティブバイアス安定化
回路を用いた場合についての同様のシミュレーション結
果を図9に示す。図8と図9を比較すると、本実施の形
態に係るバイアス安定化回路を用いた方が明らかに電流
Idd2 の安定度が高いことが分かる。For comparison, FIG. 9 shows a similar simulation result in the case of using the conventional active bias stabilizing circuit of the current mirror system shown in FIG. Comparing FIG. 8 and FIG. 9, it can be seen that the stability of the current I dd2 is obviously higher when the bias stabilizing circuit according to the present embodiment is used.
【0047】このように本実施の形態に係るバイアス安
定化回路によれば、バイアス制御用のFET19に対す
る負荷抵抗として電流飽和抵抗Rcsを設けたので、電流
飽和抵抗Rcsによって、FET13,19の特性のばら
つきや電源電圧の変動によらずに、バイアス制御用のF
ET19側の電流Idd1 が一定に保持され、その結果、
バイアス安定化の対象となるFET13側の電流Idd2
も一定に保持される。従って、外付け部品を用いること
なく且つ無調整で、FETの特性のばらつきや電源電圧
の変動によって影響を受けずにFET13のバイアスを
安定化させることができる。その結果、歩留りの向上や
部品の削減によるIC並びにセットのコスト低減、IC
の使い勝手の向上が期待できる。また、MMIC10内
に電流飽和抵抗Rcsを設けることは、従来のMMICに
おけるプロセスの工程を変更することなく行うことがで
きる。As described above, according to the bias stabilizing circuit of the present embodiment, the current saturation resistance R cs is provided as the load resistance for the FET 19 for bias control. Therefore, the current saturation resistance R cs causes the FETs 13 and 19 to operate. F for bias control, regardless of variations in characteristics and fluctuations in power supply voltage
ET19 side current I dd1 is held constant, as a result,
Current I dd2 on the FET 13 side that is the target of bias stabilization
Is also kept constant. Therefore, it is possible to stabilize the bias of the FET 13 without using external parts and without adjustment, without being affected by variations in the characteristics of the FET and variations in the power supply voltage. As a result, IC and set cost reduction by improving yield and reducing parts, IC
It can be expected to improve usability. Further, the provision of the current saturation resistance R cs in the MMIC 10 can be performed without changing the process steps in the conventional MMIC.
【0048】次に、本発明の第2の実施の形態にかかる
電界効果トランジスタのバイアス安定化回路について説
明する。Next, a bias stabilizing circuit for a field effect transistor according to a second embodiment of the present invention will be described.
【0049】図20に示したような従来のカレントミラ
ー方式によるアクティブバイアス安定化回路では、安定
性を保つためには、バイアス安定化回路部側のFET1
31は、ドレイン電流飽和領域で動作する必要があり、
ゲートとドレインを直結した回路では、FET131は
エンハンスメントモードに限られるという制約がある。
この制約は、本発明の第1の実施の形態に係るバイアス
安定化回路の場合も同様である。In the conventional active bias stabilizing circuit of the current mirror system as shown in FIG. 20, in order to maintain stability, the FET1 on the bias stabilizing circuit side is used.
31 must operate in the drain current saturation region,
In the circuit in which the gate and the drain are directly connected, there is a restriction that the FET 131 is limited to the enhancement mode.
This restriction is the same as in the bias stabilizing circuit according to the first embodiment of the present invention.
【0050】ところで、移動体通信機器の送信部に用い
られるパワーアンプMMIC等では、出力飽和電力を稼
ぐために、通常、ディプリーションモードのFETが使
用される。この場合、通常、図20に示したような構成
のバイアス安定化回路は使用されず、図18に示したよ
うなセルフバイアス方式が候補となるのが、既に述べた
セルフバイアス方式の欠点のうち、特にソース抵抗Rs
における電圧降下がMMICの出力飽和電力の低下につ
ながるため、パワーアンプMMICでは使用されるケー
スは少ない。By the way, in a power amplifier MMIC or the like used in a transmitter of a mobile communication device, a depletion mode FET is usually used in order to earn output saturation power. In this case, normally, the bias stabilizing circuit having the configuration shown in FIG. 20 is not used, and the self-bias method shown in FIG. 18 is a candidate. , Especially the source resistance R s
Since the voltage drop at 1 leads to a reduction in the output saturation power of the MMIC, it is rarely used in the power amplifier MMIC.
【0051】このように、従来は、ディプリーションモ
ードのFETを用いたMMICについて、FETの特性
の変動や電源電圧の変動によって影響を受けずにバイア
スを安定化させることのできる有効な手段はなかった。
本実施の形態に係る電界効果トランジスタのバイアス安
定化回路は、エンハンスメントモードのFETを用いた
回路のみならず、ディプリーションモードのFETを用
いた回路についても、第1の実施の形態と同様にFET
の特性のばらつきや電源電圧の変動によって影響を受け
ずにバイアスを安定化させることができるようにしたも
のである。As described above, conventionally, regarding the MMIC using the depletion mode FET, an effective means for stabilizing the bias without being influenced by the fluctuation of the FET characteristics and the fluctuation of the power supply voltage is There wasn't.
The bias stabilization circuit for the field effect transistor according to the present embodiment is not limited to the circuit using the enhancement mode FET, and the circuit using the depletion mode FET is similar to that of the first embodiment. FET
The bias can be stabilized without being affected by the variation in the characteristics of (1) and the fluctuation of the power supply voltage.
【0052】図10は本発明の第2の実施の形態に係る
電界効果トランジスタのバイアス安定化回路を含み、1
段アンプを構成するMMICの構成を示す回路図であ
る。このMMIC30は、図1に示したMMIC10に
おいて、FET19のゲート,ドレイン間が直結ではな
く、新たに、FET19のドレインにアノードが接続さ
れ、FET19のゲートにカソードが接続されたダイオ
ード31を設けたものである。なお、本実施の形態で
は、FET19,13はエンハンスメントモードとディ
プリーションモードのいずれでも良い。その他の構成
は、第1の実施の形態と同様である。FIG. 10 includes a bias stabilizing circuit for a field effect transistor according to the second embodiment of the present invention.
It is a circuit diagram which shows the structure of MMIC which comprises a stage amplifier. This MMIC 30 is different from the MMIC 10 shown in FIG. 1 in that the gate and drain of the FET 19 are not directly connected but a diode 31 is newly provided in which the anode is connected to the drain of the FET 19 and the cathode is connected to the gate of the FET 19. Is. In the present embodiment, the FETs 19 and 13 may be either in the enhancement mode or the depletion mode. Other configurations are similar to those of the first embodiment.
【0053】次に、本実施の形態に係る電界効果トラン
ジスタのバイアス安定化回路を含むMMIC30の動作
について説明する。Next, the operation of the MMIC 30 including the bias stabilizing circuit for the field effect transistor according to the present embodiment will be described.
【0054】簡単にするために、図10における電源電
圧Vddは十分大きく、またFET19とFET13はデ
バイス特性が同じ(ただし、ゲート幅のみ、それぞれW
g1,Wg2と異なる。)で、ドレインコンダクタンスは十
分小さいとする。For simplification, the power supply voltage V dd in FIG. 10 is sufficiently large, and the FET 19 and FET 13 have the same device characteristics (however, only the gate width is W, respectively).
Different from g1 and W g2 . ), The drain conductance is sufficiently small.
【0055】まず、FETがドレイン電流飽和領域で動
作する条件について考える。FETのドレイン・ソース
間電圧をVds、ゲート・ソース間電圧をVgsとすると、
FETがドレイン電流飽和領域で動作する条件は、次の
(6)式で表される。First, consider the conditions under which the FET operates in the drain current saturation region. When the drain-source voltage of the FET is V ds and the gate-source voltage is V gs ,
The condition that the FET operates in the drain current saturation region is expressed by the following equation (6).
【0056】[0056]
【数7】Vds≧Vgs−Vth …(6)(7) V ds ≧ V gs −V th (6)
【0057】図1のようにFET19のゲートとドレイ
ンを直結した場合では、Vgs=Vdsであるので、(6)
式は、Vth>0すなわちエンハンスメントモードのFE
Tの場合にのみ成立することになる。一方、ディプリー
ションモードのFETに対して(6)式を書き換える
と、次の(7)式となる。When the gate and drain of the FET 19 are directly connected as shown in FIG. 1, V gs = V ds , and therefore (6)
The expression is V th > 0, that is, FE in enhancement mode.
Only when T is satisfied. On the other hand, when the equation (6) is rewritten for the depletion mode FET, the following equation (7) is obtained.
【0058】[0058]
【数8】 0<|Vth|≦Vds−Vgs (ただし、Vth<0)…(7)[Equation 8] 0 <| V th | ≦ V ds −V gs (where V th <0) (7)
【0059】つまり、VdsをVgsよりもVthの絶対値以
上に大きくしてやれば良い。そのため、本実施の形態で
は、FET19のゲート・ドレイン間に、ドレイン側が
アノード、ゲート側がカソードとなるようにダイオード
31を挿入している。移動体通信機器では、機器全体を
正電源動作させる必要から、MMICのゲートバイアス
としても本来正電源であることが望まれる。この場合、
ディプリーションモードのFETに対しては常に、0<
Vgsである。今、図10におけるダイオード31を、F
ET19のゲート部と同種類(例えば、FET19がM
ESFETのときはダイオード31はショットキー接合
型、FET19がJFETのときはダイオード31はP
N接合型)とする。FET19のゲート電流はダイオー
ド19を通じて流れるので、ダイオード19のターンオ
ン電圧をVdiode とすると、|Vth|≦Vdiode となる
ようにダイオード19の接合幅Wdiode をWg1よりも小
さく選ぶ。これにより、Vdiode はFET19における
Vd1−Vg1であるので、次の(8)式が成り立ち、
(7)式より、FET19は飽和領域で動作することに
なる。In other words, V ds may be made larger than V gs by at least the absolute value of V th . Therefore, in the present embodiment, the diode 31 is inserted between the gate and drain of the FET 19 so that the drain side serves as the anode and the gate side serves as the cathode. In a mobile communication device, since it is necessary to operate the entire device as a positive power supply, it is desired that the gate bias of the MMIC is originally a positive power supply. in this case,
Always 0 <for depletion mode FET
V gs . Now, replace the diode 31 in FIG.
The same type as the gate of ET19 (for example, FET19 is M
The diode 31 is a Schottky junction type when ESFET is used, and the diode 31 is P when FET 19 is JFET.
N-junction type). Since the gate current of the FET 19 flows through the diode 19, when the turn-on voltage of the diode 19 is V diode , the junction width W diode of the diode 19 is selected smaller than W g1 so that | V th | ≦ V diode . Accordingly, since V diode is V d1 −V g1 in the FET 19, the following equation (8) is established,
From the equation (7), the FET 19 operates in the saturation region.
【0060】[0060]
【数9】|Vth|≦Vdiode =Vd1−Vg1 …(8)[Equation 9] | V th | ≦ V diode = V d1 −V g1 (8)
【0061】なお、もし、|Vth|が一つのダイオード
19のターンオン電圧Vdiode よりも大きくなる場合
は、ダイオード19を複数直列に接続してそれらのター
ンオン電圧の和をVdiode とすれば、|Vth|≦V
diode の関係式は保たれる。ただし、|Vth|が大き過
ぎる場合は、後述する(11)式の条件に反する可能性
もあるので注意を要する。If | V th | becomes larger than the turn-on voltage V diode of one diode 19, if a plurality of diodes 19 are connected in series and the sum of those turn-on voltages is V diode , │V th │≤V
The relational expression of diode is kept. However, it should be noted that if | V th | is too large, it may violate the condition of the equation (11) described later.
【0062】次に、本実施の形態に係る電界効果トラン
ジスタのバイアス安定化回路を含むMMIC30におけ
るバイアス安定化の動作について、図11を参照して説
明する。Next, a bias stabilizing operation in the MMIC 30 including the bias stabilizing circuit for the field effect transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
【0063】FET19は前述の条件により、またFE
T13は電源電圧Vddが十分大きいので、共にドレイン
電流飽和領域にある。FET19のドレイン電圧
(Vd1)−ドレイン電流(Idd1 )特性は、次の(9)
式で表される。なお、(9)式において、kは、FET
19のゲート長、電子移動度、ゲート容量で決まる定数
である。The FET 19 has the FE
Since T13 has a sufficiently large power supply voltage V dd , both are in the drain current saturation region. The drain voltage (V d1 ) -drain current (I dd1 ) characteristics of the FET 19 are the following (9).
It is expressed by an equation. In the equation (9), k is an FET
19 is a constant determined by the gate length, electron mobility, and gate capacitance.
【0064】[0064]
【数10】 Idd1 =k(Vg1+|Vth|)2 =k{Vd1−(Vdiode −|Vth|)}2 (ただし、Vth<0)…(9)I dd1 = k (V g1 + | V th |) 2 = k {V d1 − (V diode − | V th |)} 2 (where V th <0) ... (9)
【0065】(8)式よりVdiode −|Vth|≧0であ
り、(9)式は図11において特性線51で示すような
特性となる。ここで電流飽和抵抗RcsがFET19のド
レイン側に負荷抵抗として付くので、FET19のドレ
イン電流Idd1 はVd1がVdd−Vcsに達するまでは一定
値Icsであり、Vd1がVdd−Vcs以上になるとVddにな
るまで直線的に減少する。この特性を図11において特
性線52で示す。From the equation (8), V diode − | V th | ≧ 0, and the equation (9) has the characteristic shown by the characteristic line 51 in FIG. Here, since the current saturation resistance R cs are attached as a load resistor to the drain side of the FET 19, the drain current I dd1 of FET 19 is to V d1 reaches V dd -V cs is constant I cs, V d1 is V dd Above −V cs , it decreases linearly until it reaches V dd . This characteristic is shown by the characteristic line 52 in FIG.
【0066】従って図10におけるノードn2 (FET
19のドレインと電流飽和抵抗Rcsとの接続点)の電圧
Vd1とバイアス安定化回路部(FET19側)の電流I
dd1は、それぞれ、図11における特性線51と特性線
52との交点Cの電圧Vc 、電流Icsとなる。従って、
FET19のゲート電圧はVc −Vdiode となる。図1
0における抵抗Rg とコンデンサCs2は、バイアス安定
化回路部と高周波動作部(FET13側)とを高周波的
に絶縁するために挿入されるローパスフィルタを構成し
ており、抵抗Rg の抵抗値を数十キロオーム、コンデン
サCs の容量を数ピコファラッド程度にとれば、FET
13のゲート電流が小さいことも相まって、FET13
にかかるゲート電圧もVc −Vdiode とみなすことがで
きる。従って、FET13に流れるドレイン電流Idd2
は、第1の実施の形態と同様に前出の(4)式で表すこ
とができる。Therefore, the node n2 (FET
Voltage V d1 at the connection point between the drain of No. 19 and the current saturation resistance R cs and the current I at the bias stabilizing circuit (on the side of the FET 19)
dd1 is the voltage V c and the current I cs at the intersection C between the characteristic line 51 and the characteristic line 52 in FIG. 11, respectively. Therefore,
The gate voltage of the FET19 becomes V c -V diode. FIG.
The resistor R g and the capacitor C s2 at 0 constitute a low-pass filter inserted to insulate the bias stabilizing circuit unit and the high frequency operation unit (on the FET 13 side) in high frequency, and the resistance value of the resistor R g . If the capacitance of the capacitor C s is about several picofarads, then the FET
In combination with the small gate current of FET 13,
The gate voltage applied to V can also be regarded as V c −V diode . Therefore, the drain current I dd2 flowing through the FET 13
Can be expressed by the above-mentioned equation (4) as in the first embodiment.
【0067】ここで、FET13,FET19の各しき
い値Vthが変動した場合を考える。図12はFET1
3,FET19の各しきい値Vthが変動した場合におけ
る特性線51の変化を示したものである。この図に示し
たように、FET13,FET19の各しきい値Vthが
変動すると(9)式よりIdd1 が変化するため、Idd1
は、FET13,FET19の各しきい値Vthの増減に
対応して、図12において符号51aあるいは51bで
示すような特性線に変化する。この場合、特性線51と
特性線52との交点Cは、それぞれC1,C2に移動す
るが、電流Idd1はIcsのまま変化しないので、(4)
式よりIdd2 も変化しない。Here, consider a case where the threshold values V th of the FET 13 and the FET 19 are changed. Figure 12 shows FET1
3 shows changes in the characteristic line 51 when the respective threshold values V th of the FET 19 are changed. As shown in this figure, when the threshold values V th of the FET 13 and the FET 19 change, I dd1 changes according to the equation (9). Therefore , I dd1
Changes to a characteristic line as indicated by reference numeral 51a or 51b in FIG. 12 in response to increase / decrease in each threshold value V th of the FET 13 and FET 19. In this case, the intersection C of the characteristic line 51 and the characteristic line 52 moves to C1 and C2, respectively, but the current I dd1 remains I cs , and therefore (4)
From the formula, I dd2 also does not change.
【0068】次に、電源電圧Vddが変動した場合を考え
る。図13は、電源電圧Vddが変動した場合における特
性線52の変化を示したものである。この図に示したよ
うに、電源電圧Vddが変動すると、Idd1 は電源電圧V
ddの増減に対応して、符号52aあるいは52bで示す
ような特性線に変化する。この場合は、特性線51と特
性線52との交点Cは移動しないことから、やはり電流
Idd1 はIcsのまま変化せず、(4)式よりIdd2 も変
化しない。Next, consider the case where the power supply voltage V dd fluctuates. FIG. 13 shows a change in the characteristic line 52 when the power supply voltage V dd changes. As shown in this figure, when the power supply voltage V dd changes, I dd1 becomes the power supply voltage V dd.
The characteristic line changes as indicated by reference numeral 52a or 52b in accordance with the increase or decrease of dd . In this case, the intersection C between the characteristic line 51 and the characteristic line 52 because it does not move, also the current I dd1 does not change from I cs, (4) I dd2 also unchanged from the equation.
【0069】このように、本実施の形態では、電流飽和
抵抗Rcsの飽和電圧Vcsが下記の(10)式の条件を満
たすだけ電源電圧Vddが大きく、FET特性がFET1
3,19間でばらつきが十分小さく、且つそれらのドレ
インコンダクタンスが十分小さいとすると、Idd1 ,I
dd2 は共に電流飽和抵抗Rcsの飽和電流IcsとFET1
3,19のゲート幅で決まる。従って、Idd1 ,Idd2
の総和である総電源電流Iddは、原理的には全くFET
13,19のしきい値電圧Vthの変動のようなFETの
特性ばらつきや電源電圧変動に依存しない。As described above, in the present embodiment, the power supply voltage V dd is large as the saturation voltage V cs of the current saturation resistance R cs satisfies the condition of the following expression (10), and the FET characteristic is FET1.
Assuming that the variations between 3 and 19 are sufficiently small, and their drain conductances are sufficiently small, I dd1 , I
dd2 both current saturation resistance R cs saturation current I cs and FET1
It is determined by the gate width of 3,19. Therefore, I dd1 , I dd2
The total power supply current I dd , which is the sum of
It does not depend on variations in FET characteristics such as variations in the threshold voltage Vth of 13 and 19 and variations in power supply voltage.
【0070】[0070]
【数11】Vcs≦Vdd−Vc …(10)(11) V cs ≦ V dd −V c (10)
【0071】なお、Vc は、FET19のドレイン電圧
であるので、(8)式および(10)式より、Vddは次
の(11)式の条件を満たす必要がある。Since V c is the drain voltage of the FET 19, V dd must satisfy the condition of the following formula (11) from the formulas (8) and (10).
【0072】[0072]
【数12】Vg1+Vdiode +Vc ≦Vdd …(11)[ Equation 12] V g1 + V diode + V c ≦ V dd (11)
【0073】ここで、本実施の形態について、回路シミ
ュレータ(SPICE)によるシミュレーション結果を
挙げる。この例では、Vdd=3V、Wg1=8μm、W
diode=4μm、Wg2=2mm、Iddは約180mAの
パワーアンプとしている。ここでは、FET13,19
間でのFET特性のばらつきはないものの、FET特性
については各しきい値Vth毎に実デバイスの直流特性抽
出結果を用いている。従って、ドレインコンダクタンス
については(4)式を満足するだけ十分に小さいとは言
えない。また、電流飽和抵抗Rcsについては、実測結果
を基に、Vcs=1.0V、Ics=0.6mAの特性とし
た。また、FET13,19のしきい値電圧Vthは中心
値−0.3Vに対して±0.2V変動し、電源電圧Vdd
は中心値3Vに対して±10%変動する可能性があると
する。これらの仮定は、移動体通信用MMICとして一
般的なものである。Here, the simulation results of the circuit simulator (SPICE) of this embodiment will be described. In this example, V dd = 3V, W g1 = 8 μm, W
The power amplifier is diode = 4 μm, W g2 = 2 mm, and I dd is about 180 mA. Here, FETs 13 and 19
Although there is no variation in the FET characteristics between the FETs, the FET characteristics are obtained by extracting the DC characteristics of the actual device for each threshold value V th . Therefore, the drain conductance cannot be said to be sufficiently small to satisfy the equation (4). Regarding the current saturation resistance R cs , the characteristics of V cs = 1.0 V and I cs = 0.6 mA were set based on the actual measurement results. Further, the threshold voltage V th of the FETs 13 and 19 fluctuates ± 0.2 V with respect to the center value −0.3 V, and the power supply voltage V dd
Is supposed to fluctuate ± 10% with respect to the center value of 3V. These assumptions are common in MMICs for mobile communications.
【0074】以上の条件に基づくシミュレーション結果
を図14および図15に示す。図14はFET13,1
9のしきい値電圧VthとVg1,Vg1+|Vth|,Vd1,
Vdd−Vd1との関係を示したものである。また、図15
は、VthとIdd2 との関係を示したものである。図14
より、本例は、FET19がドレイン電流飽和領域で動
作するという条件((7)式)と、電流飽和抵抗Rcsに
十分な電圧がかかるという条件((10)式)を共に満
足していることが分かる。また、図15より、I
dd2 は、Vdd,Vthの変動に対し、電流変動幅が約20
mA(中心値に対して約±10mA(±5.6%))と
小さく抑えられており、本実施の形態に係るバイアス安
定化回路によれば、実デバイスにおいても電流Idd2 の
安定性が高いことが分かる。Simulation results based on the above conditions are shown in FIGS. FIG. 14 shows FETs 13 and 1
9 threshold voltages V th and V g1 , V g1 + | V th |, V d1 ,
It shows the relationship with V dd -V d1 . FIG.
Shows the relationship between V th and I dd2 . FIG.
Therefore, this example satisfies both the condition that the FET 19 operates in the drain current saturation region (equation (7)) and the condition that a sufficient voltage is applied to the current saturation resistance R cs (equation (10)). I understand. Further, from FIG. 15, I
dd2 has a current fluctuation width of about 20 with respect to fluctuations of V dd and V th.
mA (about ± 10 mA (± 5.6%) with respect to the center value) is kept small, and according to the bias stabilizing circuit of the present embodiment, the stability of the current I dd2 is improved even in an actual device. It turns out to be expensive.
【0075】このように本実施の形態に係るバイアス安
定化回路によれば、第1の実施の形態と同様に、外付け
部品を用いることなく且つ無調整で、FETの特性のば
らつきや電源電圧の変動によって影響を受けずにFET
13のバイアスを安定化させることができる。その結
果、歩留りの向上や部品の削減によるIC並びにセット
のコスト低減、ICの使い勝手の向上が期待できる。し
かも、本実施の形態に係るバイアス安定化回路は、エン
ハンスメントモードのFETを用いた回路のみならず、
ディプリーションモードのFETを用いた回路について
も適用可能であるため、移動体通信機器において消費電
流を大きく占めるパワーアンプ等の電流安定化が実現で
きることから、機器全体の特性のばらつきを抑える上で
非常に有効な手段となる。また、MMIC30内に電流
飽和抵抗Rcsおよびダイオード31を設けることは、従
来のMMICにおけるプロセスの工程を変更することな
く行うことができる。As described above, according to the bias stabilizing circuit of the present embodiment, as in the first embodiment, the FET characteristic variation and the power supply voltage are adjusted without using external parts and without adjustment. FET unaffected by fluctuations in
The bias of 13 can be stabilized. As a result, it is expected that the yield of the IC and the cost of the IC and the set will be reduced by reducing the number of parts, and the usability of the IC will be improved. Moreover, the bias stabilizing circuit according to the present embodiment is not limited to the circuit using the enhancement mode FET,
Since it can be applied to a circuit using a depletion mode FET, current stabilization of a power amplifier, which occupies a large amount of current consumption in a mobile communication device, can be realized. It becomes a very effective means. Further, the provision of the current saturation resistance R cs and the diode 31 in the MMIC 30 can be performed without changing the process steps in the conventional MMIC.
【0076】なお、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れず、例えば、本発明が適用される回路は、図1あるい
は図10に示した構成の回路に限定されず、また、本発
明は、MMICに限らず他の用途の回路にも適用するこ
とができる。The present invention is not limited to the above-mentioned respective embodiments. For example, the circuit to which the present invention is applied is not limited to the circuit having the configuration shown in FIG. 1 or FIG. , MMIC, and can be applied to circuits for other purposes.
【0077】[0077]
【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の電界
効果トランジスタのバイアス安定化回路によれば、カレ
ントミラー方式による電界効果トランジスタのバイアス
安定化回路において、バイアス制御用の電界効果トラン
ジスタに対する負荷抵抗として、所定値以上の印加電圧
に対して電流が飽和する電流飽和抵抗を設けたので、バ
イアス制御用の電界効果トランジスタ側の電流が一定に
保持され、その結果、バイアス安定化の対象となる電界
効果トランジスタ側の電流も一定に保持され、外付け部
品を用いることなく且つ無調整で、電界効果トランジス
タの特性のばらつきや電源電圧の変動によって影響を受
けずにエンハンスメントモードの電界効果トランジスタ
のバイアスを安定化させることができるという効果を奏
する。As described above, according to the bias stabilizing circuit for a field effect transistor of the first aspect, in the bias stabilizing circuit for a field effect transistor according to the current mirror system, the load on the field effect transistor for bias control is increased. As the resistance, a current saturation resistor that saturates the current with respect to an applied voltage of a predetermined value or more is provided, so that the current on the side of the field effect transistor for bias control is held constant, and as a result, it becomes the target of bias stabilization. The current on the side of the field effect transistor is also kept constant, and without adjustment of external parts and without adjustment, the bias of the field effect transistor in the enhancement mode is not affected by the characteristic variation of the field effect transistor and the fluctuation of the power supply voltage. The effect of being able to stabilize is produced.
【0078】また、請求項2記載の電界効果トランジス
タのバイアス安定化回路によれば、バイアス制御用の電
界効果トランジスタに対する負荷抵抗として電流飽和抵
抗を設けると共に、バイアス制御用の電界効果トランジ
スタのゲートと電流飽和抵抗側の電極との間に、所定の
電位差を形成するためのダイオードを設けたので、上記
効果に加え、エンハンスメントモードの電界効果トラン
ジスタを用いた回路のみならず、ディプリーションモー
ドの電界効果トランジスタを用いた回路についても適用
可能となるいう効果を奏する。According to the bias stabilizing circuit for a field effect transistor of the present invention, a current saturation resistor is provided as a load resistance for the field effect transistor for bias control, and the gate of the field effect transistor for bias control is provided. Since a diode for forming a predetermined potential difference is provided between the electrode on the current saturation resistance side, in addition to the above effects, not only a circuit using an enhancement mode field effect transistor but also a depletion mode electric field There is an effect that it can be applied to a circuit using an effect transistor.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る電界効果トラ
ンジスタのバイアス安定化回路を含むMMICの構成を
示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an MMIC including a bias stabilizing circuit for a field effect transistor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1における電流飽和抵抗の電圧−電流特性を
示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing voltage-current characteristics of the current saturation resistance in FIG.
【図3】ガリウムヒ素を用いた電流飽和抵抗の素子構造
の一例を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an example of an element structure of a current saturation resistance using gallium arsenide.
【図4】図3に示した電流飽和抵抗の素子構造の断面図
である。4 is a cross-sectional view of the element structure of the current saturation resistance shown in FIG.
【図5】図1におけるバイアス制御用のFETのドレイ
ン電圧−ドレイン電流特性を示す特性図である。5 is a characteristic diagram showing a drain voltage-drain current characteristic of the FET for bias control in FIG.
【図6】図1におけるFETのしきい値が変動した場合
におけるドレイン電圧−ドレイン電流特性の変化を示す
特性図である。6 is a characteristic diagram showing changes in drain voltage-drain current characteristics when the threshold value of the FET in FIG. 1 changes.
【図7】図1における電源電圧が変動した場合における
FETのドレイン電圧−ドレイン電流特性の変化を示す
特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing changes in drain voltage-drain current characteristics of the FET when the power supply voltage in FIG. 1 varies.
【図8】本発明の第1の実施の形態に係る電界効果トラ
ンジスタのバイアス安定化回路についてのシミュレーシ
ョン結果を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a simulation result of the bias stabilizing circuit for the field effect transistor according to the first embodiment of the invention.
【図9】従来のカレントミラー方式によるアクティブバ
イアス安定化回路を用いた場合についてのシミュレーシ
ョン結果を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing a simulation result in the case where an active bias stabilizing circuit by a conventional current mirror method is used.
【図10】本発明の第2の実施の形態に係る電界効果ト
ランジスタのバイアス安定化回路を含むMMICの構成
を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of an MMIC including a bias stabilizing circuit for a field effect transistor according to a second embodiment of the present invention.
【図11】図10におけるバイアス制御用のFETのド
レイン電圧−ドレイン電流特性を示す特性図である。11 is a characteristic diagram showing drain voltage-drain current characteristics of the FET for bias control in FIG.
【図12】図10におけるFETのしきい値が変動した
場合におけるドレイン電圧−ドレイン電流特性の変化を
示す特性図である。12 is a characteristic diagram showing changes in drain voltage-drain current characteristics when the threshold value of the FET in FIG. 10 changes.
【図13】図10における電源電圧が変動した場合にお
けるFETのドレイン電圧−ドレイン電流特性の変化を
示す特性図である。13 is a characteristic diagram showing changes in the drain voltage-drain current characteristics of the FET when the power supply voltage in FIG. 10 varies.
【図14】本発明の第2の実施の形態に係る電界効果ト
ランジスタのバイアス安定化回路についてのシミュレー
ション結果を示す特性図である。FIG. 14 is a characteristic diagram showing a simulation result of a bias stabilizing circuit for a field effect transistor according to a second embodiment of the present invention.
【図15】本発明の第2の実施の形態に係る電界効果ト
ランジスタのバイアス安定化回路についてのシミュレー
ション結果を示す特性図である。FIG. 15 is a characteristic diagram showing a simulation result of the bias stabilizing circuit for the field effect transistor according to the second embodiment of the present invention.
【図16】従来のMMICによる1段アンプの代表的な
回路の構成を示す回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a typical circuit of a conventional one-stage amplifier based on MMIC.
【図17】従来のバイアス無調整回路の構成を示す回路
図である。FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional bias-unadjusted circuit.
【図18】従来のセルフバイアス方式を用いたMMIC
の構成を示す回路図である。FIG. 18 is a conventional MMIC using a self-bias method.
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of FIG.
【図19】図10に示した回路のゲートバイアス電圧を
発生する回路の構成を示す回路図である。19 is a circuit diagram showing a configuration of a circuit for generating a gate bias voltage of the circuit shown in FIG.
【図20】従来のカレントミラー方式によるアクティブ
バイアス安定化回路を含むMMICの構成を示す回路図
である。FIG. 20 is a circuit diagram showing a configuration of an MMIC including an active bias stabilizing circuit according to a conventional current mirror method.
【図21】図20におけるバイアス制御用のFETのド
レイン電圧−ドレイン電流特性を示す特性図である。FIG. 21 is a characteristic diagram showing drain voltage-drain current characteristics of the FET for bias control in FIG. 20.
【図22】図20におけるFETのしきい値が変動した
場合におけるドレイン電圧−ドレイン電流特性の変化を
示す特性図である。22 is a characteristic diagram showing changes in drain voltage-drain current characteristics when the threshold value of the FET in FIG. 20 changes.
【図23】図20における電源電圧が変動した場合にお
けるFETのドレイン電圧−ドレイン電流特性の変化を
示す特性図である。23 is a characteristic diagram showing changes in the drain voltage-drain current characteristics of the FET when the power supply voltage in FIG. 20 varies.
10…MMIC、13,19…FET、31…ダイオー
ド、Rcs…電流飽和抵抗10 ... MMIC, 13, 19 ... FET, 31 ... Diode, R cs ... Current saturation resistance
Claims (2)
メントモードの電界効果トランジスタと共にカレントミ
ラー回路を構成するバイアス制御用のエンハンスメント
モードの電界効果トランジスタを備え、バイアス安定化
の対象となる電界効果トランジスタのバイアスを安定化
させるカレントミラー方式による電界効果トランジスタ
のバイアス安定化回路において、 前記バイアス制御用の電界効果トランジスタに対する負
荷抵抗として、所定値以上の印加電圧に対して電流が飽
和する電流飽和抵抗を設けたことを特徴とする電界効果
トランジスタのバイアス安定化回路。1. A bias of an enhancement mode field effect transistor for bias control, comprising an enhancement mode field effect transistor for bias control, which constitutes a current mirror circuit together with an enhancement mode field effect transistor for bias stabilization. In a bias stabilization circuit of a field effect transistor by a current mirror method for stabilizing the voltage, a current saturation resistance that current saturates at an applied voltage of a predetermined value or more is provided as a load resistance for the field effect transistor for bias control. A bias stabilizing circuit for a field effect transistor, characterized in that:
ランジスタと共にカレントミラー回路を構成するバイア
ス制御用の電界効果トランジスタを備え、バイアス安定
化の対象となる電界効果トランジスタのバイアスを安定
化させるカレントミラー方式による電界効果トランジス
タのバイアス安定化回路において、 前記バイアス制御用の電界効果トランジスタに対する負
荷抵抗として、所定値以上の印加電圧に対して電流が飽
和する電流飽和抵抗を設けると共に、前記バイアス制御
用の電界効果トランジスタのゲートと前記電流飽和抵抗
側の電極との間に、所定の電位差を形成するためのダイ
オードを設けたことを特徴とする電界効果トランジスタ
のバイアス安定化回路。2. A current mirror having a field-effect transistor for bias control, which constitutes a current mirror circuit together with a field-effect transistor to be bias-stabilized, for stabilizing the bias of the field-effect transistor to be bias-stabilized. In a bias stabilizing circuit for a field effect transistor according to the method, as a load resistance for the field effect transistor for bias control, a current saturation resistance for saturating a current with respect to an applied voltage of a predetermined value or more is provided, A bias stabilizing circuit for a field effect transistor, wherein a diode for forming a predetermined potential difference is provided between the gate of the field effect transistor and the electrode on the side of the current saturation resistance.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8079371A JPH09246882A (en) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | Bias stabilizing circuit for field effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8079371A JPH09246882A (en) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | Bias stabilizing circuit for field effect transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09246882A true JPH09246882A (en) | 1997-09-19 |
Family
ID=13688025
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8079371A Pending JPH09246882A (en) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | Bias stabilizing circuit for field effect transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09246882A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009088858A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Hitachi Ltd | Semiconductor circuit and computer and communication apparatus using the same |
WO2014099218A1 (en) * | 2012-12-19 | 2014-06-26 | Raytheon Company | Current mirror with saturated semiconductor resistor |
-
1996
- 1996-03-08 JP JP8079371A patent/JPH09246882A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009088858A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Hitachi Ltd | Semiconductor circuit and computer and communication apparatus using the same |
WO2014099218A1 (en) * | 2012-12-19 | 2014-06-26 | Raytheon Company | Current mirror with saturated semiconductor resistor |
US8854140B2 (en) | 2012-12-19 | 2014-10-07 | Raytheon Company | Current mirror with saturated semiconductor resistor |
TWI514107B (en) * | 2012-12-19 | 2015-12-21 | Raytheon Co | Current mirror with saturated semiconductor resistor and amplifier circuit thereof |
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