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2010年5月17日 (月)

GateBiasのはなし

GateBiasとは
RF出力デバイス( HEMTとか LDMOSとか)のゲートに電圧をかけてドレイン電流を最適な値にセットするための回路です。
Gatebias_2
ハード的には
右図(GaAs / GaN - FET の例)のようにゲートにコイルやコンデンサを使ってRF信号に影響を与えないようにゲートにバイアスをかけます。図では GaAs/GaN 系の例で、ゲートにマイナス電圧をかけます。
基本的にはLによってゲートに加わる高周波に回路が影響ないように分離していますが、広帯域アンプの場合はこのLがどこかの周波数で共振したり、ゲートのインピーダンス変換回路に影響が出る場合、並列に抵抗を付けてコイルのQを下げたり、インピーダンスを下げたり、時には抵抗だけにします。Lは狭い狭帯域アンプの場合はλ/4の細いラインなどで構成する場合もあります。コイルのゲートと反対側はバイアス側にRFが漏れないように動作周波数にあった数種のコンデンサを付けます。ダイオードは誤って逆バイアスがかからないようにするための保護や、ゲートへの強RF入力時に正側にバイアスされて暴走するのを防ぐ役割もします。
 オペアンプとの間には 10Ω程度の抵抗をシリーズに付けます。OPアンプの出力電流にもよりますが負荷に大容量のコンデンサがあるので、OPアンプが発振するのを防ぐためでもあります。
通常は電流が流れませんが、クリッピング領域まで使うような場合ゲート入力電力が大きくなる場合はRF信号によって電流が流れますので、OPアンプの可能な出力電流にも注意が必要です。
 大電力のFETの場合ゲート電圧が -0.6Vなどという場合があります。こんな時は出力が 0Vまで出力可能な OPアンプを使う必要があります。最近はレールトゥーレール入出力のものが安価に出てきましたのでそれらが有用です。
ソフト的には
バイアスをかけるのに GaAs/GaN など、バイアスをかけないとドレイン電流が流れてしまうデバイスをコントロールする場合は、まずドレイン電源をONにする前にゲート電圧をかけるようなシーケンスにします。回路などによってはドレイン電圧を切る場合徐々に電圧が下がっていく途中で不安定になりFETが発振してしまう時がありました。そんな時は逆にドレインを切った直後ゲートもOFFにしたりする制御でクリアしましたが、マッチング回路の修正で発振がなおれば、その方が良いでしょうね。

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