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캐스코드 회로 document_id A220623111607

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문맥 (context)
최근, 60GHz대 WPAN(Wireless Personal Area Network)이나 76GHz대 밀리파 레이더 등, 밀리파대의 전파를 이용하는 어플리케이션이 증가하고 있다. 이에 따라, 밀리파 디바이스에는, 고이득화와 고출력화가 요구되고 있다. 전력 이득을 향상시키기 위한 일반적인 방법으로서, 트랜지스터를 캐스코드 접속하는 것이 알려져 있다. 캐스코드 접속이란, 소스 접지 트랜지스터의 드레인에, 게이트 접지 트랜지스터를 접속하는 것으로, 구성된 회로는 캐스코드 회로로 불린다. 이하, 도면을 참조하면서, 일반적인 종래의 캐스코드 회로에 대해 설명한다. 도24는, 종래의 캐스코드 회로를 나타낸 회로도이다. 도24에 있어서, 소스 접지된 제1트랜지스터(51)의 드레인에는, 게이트 접지된 제2트랜지스터(52)의 소스가 접속되어 있다. 또한, 고주파 신호를 접지하기 위하여, 제2트랜지스터(52)의 게이트는, MIM 커패시터(53)를 거쳐 접지되어 있다. 또한, 제1트랜지스터의 게이트에는, 입력 단자가 접속되고, 제2트랜지스터의 드레인에는, 출력 단자가 접속되어 있다. 이때, 도24의 캐스코드 회로에서는, 트랜지스터로서 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT: High Electron Mobility Transistor)를 사용하여 설명하지만, 헤테로 접합 바이폴라 트랜지스터(HBT: Hetero-junction Bipolar Transistor) 등을 사용해도 동일하다고 할 수 있다. 이 경우에는, 에미터 접지 트랜지스터의 콜렉터에, 베이스 접지 트랜지스터를 접속하게 된다. 이하, HEMT의 드레인, 게이트, 소스와, HBT의 콜렉터, 베이스, 에미터는, 각각 치환하여 해석할 수 있는 것으로 한다. 전술한 것과 같이, 제2트랜지스터(52)의 게이트에 있어서의 고주파 신호는, MIM 커패시터(53)를 거쳐 접지된다. 그렇지만, 밀리파대에 있어서는, MIM 커패시터(53)에의 접속 배선의 인덕턴스나, 비아홀의 기생 인덕턴스를 무시할 수 없다. 그 때문에, 원하는 주파수에 있어서의 고주파 신호는 기생 성분을 거쳐서 단락되게 된다. 따라서, 밀리파대에서는, 트랜지스터를 캐스코드 접속하여도, 이득을 충분하게 향상시킬 수 없다고 하는 문제점이 있었다.. 여기에서, 예로서, 에미터 접지된 단체의 HBT와, 캐스코드 접속된 HBT에 있어서의 최대 유능 전력 이득(MAG: Maximum Available Gain)의 주파수 특성을, 도25에 나타낸다. 도25에 있어서, 예를 들면 10GHz 등의 마이크로파대에서는, HBT를 캐스코드 접속함에 의해, 전력 이득이 단체의 HBT보다도 약 10dB 정도 증가하고 있다. 그렇지만, 밀리파대에 있어서는, 주파수가 오름에 따라서, 캐스코드 접속된 HBT와 단체의 HBT의 전력 이득의 차이는 감소하고 있고, 특히 60GHz대나 76GHz대 등의 고주파대에서는, 캐스코드 회로로서도 충분한 이득을 얻을 수 없다. 이때, 전력 이득을 향상시키기 위한 다른 방법으로서, 단체의 트랜지스터를 연속적으로 직렬 접속하여 이득을 증가시키는 것이 생각된다. 그렇지만, 이 경우에는, 트랜지스터나 주변회로의 증가에 따라, 칩 면적이 증가하는 동시에, 비용이 증가한다고 하는 문제점이 있었다. 따라서, 상기한 문제점을 해결하는 것으로서, 예를 들면 이하의 것을 들 수 있다. 특허문헌 1에 기재된 캐스코드 회로에서는, 도26에 도시된 것과 같이, 제1트랜지스터(51)와 제2트랜지스터(52)가 캐스코드 접속되고, 제2트랜지스터(52)의 게이트에는, 동작 주파수의 대략 1/4 파장의 길이를 갖는 오픈 스터브(54)가 접속되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 이때, 제2트랜지스터(52)의 게이트는, 동작 주파수에 있어서, 오픈 스터브(54)에 의해 고주파적으로 접지되므로, 게이트의 근방에 MIM 커패시터나 비아홀을 형성하여 접지하는 경우와 비교하여 기생 성분의 영향이 적고, 양호한 접지가 가능해진다. 그 때문에, 동작 주파수에 있어서, MIM 커패시터나 비아홀에 의해 접지했을 경우보다도, 전력 이득을 향상시킬 수 있다. [특허문헌 1] 일본국 특개 2002-359530호 공보
지시문 (instruction)
주어진 원문을 읽고 필요한 정보를 파악하여, 원문에 근거해 질문에 답하라.
질문 (question)
밀리파대에서 MIM 커패시터나 비아홀을 사용하여 제2트랜지스터의 게이트를 접지할 때 발생하는 문제점을 해결하기 위해, 특허문헌 1의 캐스코드 회로에서 오픈 스터브(54)를 사용하는 목적은 무엇인가?
추론 과정 (compact_reasoning)
  1. 1과제 해석task_interpretation

    밀리파대에서 기존 접지 방식(MIM 커패시터, 비아홀)의 문제점과 이를 해결하기 위한 오픈 스터브(54) 사용의 목적을 파악해야 한다.

    • 밀리파대에 있어서는, MIM 커패시터(53)에의 접속 배선의 인덕턴스나, 비아홀의 기생 인덕턴스를 무시할 수 없다.
  2. 2정보 추출information_extraction

    기존 방식의 문제점인 기생 성분으로 인한 고주파 신호 단락과 이득 저하를 확인한다.

    • 원하는 주파수에 있어서의 고주파 신호는 기생 성분을 거쳐서 단락되게 된다. 따라서, 밀리파대에서는, 트랜지스터를 캐스코드 접속하여도, 이득을 충분하게 향상시킬 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
  3. 3근거 선택evidence_selection

    오픈 스터브(54)가 제공하는 기술적 이점을 추출한다.

    • 제2트랜지스터(52)의 게이트는, 동작 주파수에 있어서, 오픈 스터브(54)에 의해 고주파적으로 접지되므로, 게이트의 근방에 MIM 커패시터나 비아홀을 형성하여 접지하는 경우와 비교하여 기생 성분의 영향이 적고, 양호한 접지가 가능해진다.
  4. 4논리 통합logical_integration

    오픈 스터브를 통한 기생 성분 감소가 최종적으로 전력 이득 향상으로 이어진다는 인과관계를 연결한다.

    • 그 때문에, 동작 주파수에 있어서, MIM 커패시터나 비아홀에 의해 접지했을 경우보다도, 전력 이득을 향상시킬 수 있다.
  5. 5결론 도출conclusion_formulation

    기생 성분의 영향을 줄여 양호한 접지를 구현함으로써 전력 이득을 향상시키는 것이 목적임을 도출한다.

    • 기생 성분의 영향이 적고, 양호한 접지가 가능해진다.
    • 그 때문에, 동작 주파수에 있어서, MIM 커패시터나 비아홀에 의해 접지했을 경우보다도, 전력 이득을 향상시킬 수 있다.
  6. 6답변 생성answer_generation

    질문에 대해 기술적 목적을 명확히 기술한다.

    • 기생 성분의 영향이 적고, 양호한 접지가 가능해진다.
    • 그 때문에, 동작 주파수에 있어서, MIM 커패시터나 비아홀에 의해 접지했을 경우보다도, 전력 이득을 향상시킬 수 있다.
최종 답변 (final_answer)
제2트랜지스터의 게이트를 오픈 스터브(54)에 의해 고주파적으로 접지함으로써, MIM 커패시터나 비아홀을 사용할 때 발생하는 기생 성분의 영향을 줄여 양호한 접지를 가능하게 하고, 이를 통해 전력 이득을 향상시키기 위함이다.
핵심 해석 (core_interpretation)
밀리파대에서 MIM 커패시터나 비아홀을 사용할 때 발생하는 기생 성분의 영향을 줄이기 위해 오픈 스터브를 활용하여 양호한 접지를 하고 전력 이득을 향상시킨다.