CN108781062A - 可变增益放大器 - Google Patents

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Abstract

可变增益放大器(1)具备：信号传递电路(10、20)，其包含并联连接于信号输入部(2P、2N)与信号输出部(3P、3N)之间的多个放大用晶体管部(111～11N、211～21N)；负载电路(40)，其连接于电源电压(VDD)的供给线与信号传递电路(10、20)的输出侧端部之间；信号短接电路(30)，其包含连接于电源电压(VDD)的供给线与信号传递电路(10、20)的输入侧端部之间的短接用晶体管部(31)；恒流源电路(42)；以及晶体管控制电路(46)。晶体管控制电路(46)从放大用晶体管部(111～11N、211～21N)和短接用晶体管部(31)中选择应处于导通状态的规定数量的晶体管部，并提供使被选择的相应的晶体管部处于导通状态的控制电压。

Description

可变增益放大器
技术领域
本发明涉及用于调节高频信号等信号的振幅的可变增益放大器。
背景技术
在移动电话等通信装置中，可变增益放大器被用于调节发送信号和接收信号的振幅。此外，可变增益放大器还被用于调节信号相位的相移电路。例如，在矢量合成型相移电路中，使用可变增益放大器调节相位彼此偏移90度的同相信号和正交信号各自的振幅，通过将作为其结果得到的两个信号相加，生成输出信号。通过控制针对同相信号和正交信号各自的增益，能够进行输出信号的相位控制。
例如，在专利文献1(日本特开2007-259297号公报)中公开了这样的可变增益放大器。图7是专利文献1中公开的现有的可变增益放大器100的概要结构图。该可变增益放大器100具有通过数字控制实现的电流导引(Current-steering)结构。如图7所示，可变增益放大器100具备：双极晶体管Q1，其对从信号输入端子101经由电容器C1输入的信号进行电压-电流转换；基极电流供给电路121，其向该双极晶体管Q1供给基极电流；信号传递电路111，其具有多个晶体管P1～PM；信号短接电路110，其具有多个晶体管A1～AM；以及栅极电位控制电路122，其选择性地使这些晶体管P1～PM，A1～AM处于导通状态或截止状态。信号传递电路111连接于双极晶体管Q1的集电极端子与信号输出端子102之间，信号短接电路110连接于该集电极端子与电源电压VDD的供给线之间。此外，负载电阻113连接于信号传递电路111与电源电压VDD的供给线之间。此外，接地电位VSS被施加到双极晶体管Q1的发射极。
从双极晶体管Q1的集电极端子输出的电流信号被输入到信号传递电路111和信号短接电路110。栅极电位控制电路122可以通过控制晶体管P1～PM，A1～AM各自的栅极电位，来控制在晶体管P1～PM，A1～AM中处于导通状态的晶体管的总数(栅极宽度W与栅极长度L之比W/L的总和)。现在，当设信号传递电路111中的导通状态的晶体管数为np、信号短接电路110中的导通状态的晶体管数为na时，可以利用下式确定电流增益Di。
Di＝np/(np+na)＝1/(1+na/np)
栅极电位控制电路122通过将该式子的中间部分的分母np+na的值控制为恒定，而使得从双极晶体管Q1的集电极端子观察信号传递电路111和信号短接电路110时的阻抗恒定。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-259297号公报(图2)
发明内容
发明要解决的课题
在如上所述的现有的可变增益放大器中，电流增益Di由np与na之比决定，因此需要大量晶体管以提高增益分辨率。然而，当晶体管数增多时，寄生电容增大，由此存在可变增益放大器在高频下的特性劣化的课题。
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供能够以较少的晶体管数抑制高频特性的劣化的可变增益放大器。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的可变增益放大器的特征在于，具备：信号输入部；信号输出部；信号传递电路，其具有与所述信号输入部连接的输入侧端部和与所述信号输出部连接的输出侧端部，包含并联连接于所述输入侧端部与所述输出侧端部之间的多个放大用晶体管部；负载电路，其连接于电源供给线与所述信号传递电路的相应的输出侧端部之间；信号短接电路，其包含连接于所述电源供给线与所述信号传递电路的相应的输入侧端部之间的至少一个短接用晶体管部；恒流源电路，其与所述信号传递电路的相应的输入侧端部连接；以及晶体管控制电路，其从所述多个放大用晶体管部和所述至少一个短接用晶体管部中选择应处于导通状态的规定数量的晶体管部，并提供使相应的被选择的晶体管部处于导通状态的控制电压。
发明效果
根据本发明，能够利用较少的晶体管数得到较高的增益分辨率，能够实现高频特性优异的可变增益放大器。
附图说明
图1是作为本发明的实施方式1的可变增益放大器的概要结构图。
图2是作为比较例的可变增益放大器的概要结构图。
图3A、图3B和图3C是示出增益的设定值与实际增益之间的关系的曲线图。
图4是表示示出包含增益的设定值与实际增益之间的关系的数值的表的图。
图5是示出总工作对数与增益精度之间的关系的曲线图。
图6是作为本发明的实施方式2的可变增益放大器的概要结构图。
图7是现有的可变增益放大器的结构图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的各种实施方式详细地进行说明。
实施方式1.
图1是作为本发明的实施方式1的可变增益放大器1的概要结构图。如图1所示，该可变增益放大器1具有通过数字控制实现的电流导引(Current-steering)结构，具备一对信号输入端子2P、2N和一对信号输出端子3P、3N，其中，由正相输入信号和反相输入信号的对构成的差分输入信号被输入到该一对信号输入端子2P、2N，该一对信号输出端子3P、3N输出由正相输出信号和反相输出信号的对构成的差分输出信号。正相输入信号被输入到信号输入端子(第1信号输入端子)2P，反相输入信号被输入到信号输入端子(第2信号输入端子)2N，其中，所述反相输入信号具有正相输入信号的相位反转得到的相反相位。此外，信号输出端子(第1信号输出端子)3P输出正相输出信号，信号输入端子(第2信号输出端子)2N输出反相输出信号。另外，由一对信号输入端子2P、2N构成本实施方式的信号输入部，由一对信号输出端子3P、3N构成本实施方式的信号输出部。
如图1所示，可变增益放大器1具备：非反转信号传递电路10，其包含N个(N是大于等于3的整数)放大用晶体管部111～11N；反转信号传递电路20，其包含N个放大用晶体管部211～21N；以及信号短接电路30，其包含信号线短接用的晶体管部31。由这些非反转信号传递电路10和反转信号传递电路20的组构成本实施方式的信号传递电路。
此外，可变增益放大器1具备：负载电路40，其连接于第1电源电压VDD的供给线与信号传递电路(非反转信号传递电路10和反转信号传递电路20)的输出侧端部之间；恒流源电路42，其连接于第2电源电压VSS(VSS＜VDD)的供给线与信号传递电路的输入侧端部之间；以及栅极电位控制电路46，其作为晶体管控制电路发挥功能。该栅极电位控制电路46从放大用晶体管部111～11N，211～21N和信号线短接用的晶体管部31中选择应处于导通状态的晶体管部的组合，将使该所选择的组合的晶体管部成为导通状态的控制电压提供给放大用晶体管部111～11N，211～21N和和晶体管部31。如后面叙述的那样，可变增益放大器1的可变增益根据所选择的晶体管部的组合来确定。另外，电源电压VSS可以是例如零伏的接地电位。
此外，可变增益放大器1具备：恒流源电路42，其与非反转信号传递电路10的输入端和反转信号传递电路20的输入端连接；以及电流控制电路45，其对流过该恒流源电路42的两个电流量进行可变控制。恒流源电路42由两个可变恒流源43P、43N构成。一方的可变恒流源(第1恒流源)43P的一端与信号输入端子2P连接，另一方的可变恒流源(第2恒流源)43N的一端与信号输入端子2N连接。此外，这些可变恒流源43P、43N的另一端与第2电源电压VSS的供给线连接。电流控制电路45能够对分别流过这些可变恒流源43P、43N的两个电流量独立地进行可变控制。
负载电路40由分别由电阻元件构成的两个负载电阻41P、41N构成。该负载电路40连接于第1电源电压VDD的供给线与非反转信号传递电路10的输出端之间、以及第1电源电压VDD的供给线与反转信号传递电路20之间。负载电阻41P的一端和负载电阻41N的一端均与第1电源电压VDD的供给线连接。
包含在非反转信号传递电路10中的晶体管部111～11N各自由信号放大用的场效应型晶体管的对构成，形成该对的场效应型晶体管(以下，将场效应型晶体管也称为“晶体管”)彼此并联连接。即，第n个(n是1～N中的任意整数)晶体管部11n由彼此并联连接的放大用晶体管TPn、TNn的对构成。放大用晶体管TPn、TNn可以由例如n沟道型MOSFETs(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors：金属氧化物半导体场效应晶体管)构成。
放大用晶体管TPn、TNn的栅极均与栅极电位控制电路46连接。栅极电位控制电路46通过向这些栅极施加控制电压，可以将该放大用晶体管TPn、TNn的动作状态切换到导通状态或截止状态中的任意一方。放大用晶体管TPn、TNn被控制为，当处于导通状态时成为栅极电位被固定的栅极接地晶体管。
此外，非反转信号传递电路10具有：放大用晶体管TP1～TPN，其形成连接于正相用信号输入端子2P与正相用信号输出端子3P之间的第1晶体管组；以及放大用晶体管TN1～TNN，其形成连接于反相用信号输入端子2N与反相用信号输出端子3N之间的第2晶体管组。这些放大用晶体管TP1～TPN的漏极(输出端)与负载电阻41P的另一端连接。此外，放大用晶体管TN1～TNN的漏极(输出端)与负载电阻41N的另一端连接。另一方面，放大用晶体管TP1～TPN的源极(输入端)与正相用的信号输入端子2P和可变恒流源43P的一端双方连接。此外，放大用晶体管TN1～TNN的源极(输入端)与反相用的信号输入端子2N和可变恒流源43N的一端双方连接。
包含在反转信号传递电路20中的晶体管部211～21N各自由信号放大用的晶体管的对构成，形成该对的晶体管彼此并联连接。即，第n个晶体管部21n由彼此并联连接的放大用晶体管RPn、RNn的对构成。例如，这些放大用晶体管RPn、RNn可以由n沟道型MOSFETs构成。
放大用晶体管RPn、RNn的栅极均与栅极电位控制电路46连接。栅极电位控制电路46通过向这些栅极施加控制电压，由此可以将该放大用晶体管RPn、RNn的动作状态切换到导通状态或截止状态中的任意一方。放大用晶体管RPn、RNn被控制成，当处于导通状态时成为栅极电位被固定的栅极接地晶体管。
此外，反转信号传递电路20具有：放大用晶体管RP1～RPN，其形成连接于正相用的信号输入端子2P与反相用的信号输出端子3N之间的第3晶体管组；和放大用晶体管RN1～RNN，其形成连接于反相用的信号输入端子2N与正相用的信号输出端子3P之间的第4晶体管组。这些放大用晶体管RP1～RPN的漏极(输出端)与负载电阻41N的另一端连接。此外，放大用晶体管RN1～RNN的漏极(输出端)与负载电阻41P的另一端连接。另一方面，放大用晶体管RP1～RPN的源极(输入端)与正相用的信号输入端子2P和可变恒流源43P的一端双方连接。此外，放大用晶体管RN1～RNN的源极(输入端)与反相用的信号输入端子2N和可变恒流源43N的一端双方连接。
信号短接电路30分别连接于第1电源电压VDD的供给线与非反转信号传递电路10的输入端之间、以及第1电源电压VDD的供给线与反转信号传递电路20的输入端之间。包含在该信号短接电路30中的晶体管部31由彼此并联连接的晶体管MP、MN的对构成。该对中的一方的放大用晶体管MP的源极与正相用的信号输入端子2P连接，另一方的放大用晶体管MN的源极与反相用的信号输入端子2N连接。此外，这些放大用晶体管MP、MN的漏极均与第1电源电压VDD的供给线连接。晶体管MP、MN被控制成，当处于导通状态时成为栅极电位被固定的栅极接地晶体管。
另外，在图1的结构中，包含在非反转信号传递电路10中的晶体管部111～11N的数量大于等于三个，但是不限于此，也可以是两个。同样，包含在反转信号传递电路20中的晶体管部211～21N的数量不限于大于等于三个，也可以是两个。此外，在图1的结构中，包含在非反转信号传递电路10中的晶体管部111～11N的数量与包含在反转信号传递电路20中的晶体管部211～21N的数量相同，但是不限于此。
接下来，对上述可变增益放大器1的动作进行说明。从信号输入端子2P、2N输入的正相和反相的信号电流分别流入非反转信号传递电路10、反转信号传递电路20和信号短接电路30。由于恒流源电路42是流出恒定量的电流的高阻抗电路，因此该信号电流不会流入恒流源电路42。栅极电位控制电路46根据增益的设定值，从包含在非反转信号传递电路10、反转信号传递电路20和信号短接电路30中的晶体管对中选择应处于导通状态的晶体管对的组合。以与该组合对应的增益将信号电流放大，并将其从信号输出端子3P、3N输出。
栅极电位控制电路46使用例如被称为温度计代码(Thermometer code)的比特串，从包含在非反转信号传递电路10和反转信号传递电路20的各电路中的晶体管对中选择应处于导通状态的晶体管对的组合。温度计代码是通过从最高位比特或最低位比特起依次连续地分配值1生成的二进制表述的比特串。温度计代码的各比特与各晶体管对一一对应。栅极电位控制电路46将应处于导通状态的晶体管对的数量转换为温度计代码，然后可以生成控制电压组，该控制电压组使该温度计代码中与值1(或值0)的比特对应的晶体管对处于导通状态，并且使该温度计代码中与值0(或值1)的比特对应的晶体管对处于截止状态。例如，在6比特长度的温度计代码的情况下，当给出应处于导通状态的晶体管对的数量n时，该温度计代码可以取“000000”(n＝0)，“000001”(n＝1)“000011”(n＝2)，“000111”(n＝3)，“001111”(n＝4)，“011111”(n＝5)和“111111”(n＝6)中的任意一个值。由此，如果使用6比特长度的温度计代码，则栅极电位控制电路46可以从六个晶体管对中选择应处于导通状态的晶体管对的组合。
现在，设在非反转信号传递电路10中被控制为导通状态的晶体管对的数量为np、在反转信号传递电路20中被控制为导通状态的晶体管对的数量为nn、并且在信号短接电路中被控制为导通状态的晶体管对的数量为na时，信号输入端子2P、2N与信号输出端子3P、3N之间的电流增益Bi由下式(1)来表示。
Bi＝(np-nn)/(np+nn+na) (1)
这里，由于信号短接电路30仅具有一对晶体管，因此na为0或1中的任意一个值。当np＜nn时，电流增益Bi为负值。这意味着信号以反相被输出。
另外，高频电路的增益多由作为输入功率与输出功率之比的功率增益来表示。上述的Bi是电流增益而不是功率增益，但是如果电路的输入阻抗是恒定的，则位于电流增益与功率增益之间某个恒定比率成立，因此，认为高频电路的增益作为相对的值，是电流增益也没有问题。这里，为了使输入阻抗恒定，本实施方式的可变增益放大器1具有两种动作模式(第1动作模式和第2动作模式)。
首先，对第1动作模式进行说明。当可变增益放大器1在第1动作模式下进行动作时，栅极电位控制电路46使上式(1)的和np+nn+na恒定，并且，电流控制电路45使流过恒流源电路6的电流量始终恒定。
在本实施方式的可变增益放大器1中，假设恒流源电路42的阻抗理想地为无穷大时，输入阻抗Zin由下式(2)来表示。
Zin＝1/{(np+nn+na)×gm} (2)
这里，gm是每一个单位晶体管的跨导，如果流过单位晶体管的电流量是恒定的，则跨导gm恒定。由此，设和np+nn+na为恒定值时，输入阻抗Zin也为恒定值。本实施方式中的单位晶体管是具有相当于np＝1、nn＝1或na＝1的情况的尺寸的各晶体管对。
接下来，对第2动作模式进行说明。当可变增益放大器1在第2动作模式下进行动作时，栅极电位控制电路46和电流控制电路45使和np+nn+na与流过恒流源电路42的电流量之积恒定。
现在考虑最简单的模型，针对流过单位晶体管的电流Id，由下式(3)来表示上述跨导gm。
gm∝(Id)1/2 (3)
即，跨导gm与(Id)1/2成比例。此外，当流过恒流源电路42的可变恒流源43P、43N的两个电流量相同时，如果设该电流量为Itail，则以下的关系式(4)成立。
Itail＝(np+nn+na)×Id (4)
因此，输入阻抗Zin由下式(5)来表示。
Zin∝1/{(np+nn+na)×Itail}1/2 (5)
即，即使在上述的和np+nn+na不恒定的情况下，如果控制电流量Itail使得(np+nn+na)×Itail恒定，则也能够使输入阻抗Zin恒定。
下面，参照本实施方式的实施例1，2和比较例，对本实施方式的有效性进行说明。实施例1、2和比较例的结构如下。
＜实施例1＞
实施例1在上述第1动作模式下进行动作。设包含在非反转信号传递电路10中的晶体管对(晶体管部111～11N)的数量为30个(N＝30)，包含在反转信号传递电路20中的晶体管对(晶体管部211～21N)的数量也为30个。此外，假定实施例1是能够以1dB的步幅实现0～-15dB范围内的可变增益调节的电路。另外，包含在信号短接电路30中的晶体管对的数量na是1。
＜实施例2＞
实施例2在上述第2动作模式下进行动作。设包含在非反转信号传递电路10中的晶体管对(晶体管部111～11N)的数量为30个(N＝30)，包含在反转信号传递电路20中的晶体管对(晶体管部211～21N)的数量也为30个。此外，假定实施例2是能够以1dB的步幅实现0～-15dB范围内的可变增益调节的电路。另外，包含在信号短接电路30中的晶体管对的数量na是1。
＜比较例＞
图2是作为比较例的可变增益放大器1C的概要结构图。如图2所示，该比较例的结构除了以下点之外，与本实施方式的结构相同：图1的信号短接电路30被替换为信号短接电路30C，并且，图1的栅极电位控制电路46被替换为栅极电位控制电路47。信号短接电路30C包含30个(S＝30)晶体管对，各晶体管对由与上述晶体管MP、MN结构相同的晶体管MPi、MNi构成(i＝1～30中的任意一个)。此外，在该比较例中，设包含在非反转信号传递电路10中的晶体管对(晶体管部111～11N)的数量为30个，包含在反转信号传递电路20中的晶体管对(晶体管部211～21N)的数量也为30个。栅极电位控制电路47进行控制，使包含在信号短接电路30C、非反转信号传递电路10和反转信号传递电路20中的导通状态的晶体管对的数量(＝np+nn+na)始终为30个。这里，na是信号短接电路30C中的导通状态的晶体管对的数量。此外，该比较例被假定为能够以1dB的步幅实现0～-15dB范围内的可变增益调节的电路。
图3A～图3C是示出增益的设定值与实际得到的增益(以下也称为“实际增益”)之间的关系的曲线图。实际增益的值是根据上式(1)计算出的电流增益值(单位：dB)。当已给出增益的设定值时，选择给出最接近该设定值的实际增益的组合(np，nn，na)。图3A～图3C的曲线图的横轴表示增益的设定值的绝对值(单位：dB)，其纵轴表示实际增益的值(单位：dB)。此外，图3A示出比较例的数值，图3B示出实施例1的数值，图3C示出实施例2的数值。图4是示出表示示出作为这些曲线图的基础的计算值的表的图。在图4的表中，“总差分对数”表示晶体管对的总数。
在比较例的情况下，如图3A所示，实际增益相对于增益设定值的误差(以下称为“增益误差”)的rms值是0.30dB。这里，rms值是均方根(root mean square)值。与此相对，在实施例1的情况下，如图3B所示，增益误差的rms值是0.30dB，得到与比较例的情况大致相同的值。由此可知，尽管实施例1的晶体管对的数量(总差分对数)约为比较例的晶体管对的数量(总差分对数)的2/3，但实施例1得到了与比较例的情况同等的特性。此外，在实施例2的情况下，选择了在和np+nn+na为30～33的范围内增益误差为最小的组合(np，nn，na)。如图3C所示，增益误差的rms值是0.07dB，因此，与比较例相比，可知增益设定精度被大幅改善。
图5是示出增益精度与晶体管对的总数(总差分对数)的关系的图。图5的曲线图的横轴表示总差分对数，其纵轴表示增益误差的rms值(单位：dB)。参照图5，可知，与比较例的情况相比，在实施例1、2的情况下，即使减少晶体管对的数量，也能够实现优异的增益精度。因此，在实施例1、2的情况下，尽管实施例1、2的晶体管数约为比较例的晶体管数的2/3，但能够得到与比较例的情况同等的增益分辨率。此外，由于实施例1、2的寄生电容小于比较例的寄生电容，因此，实施例1、2能够实现比比较例更优异的高频特性。
如以上说明的那样，实施方式1利用较少的晶体管数能够得到较高的增益分辨率，能够实现优异的高频特性。
另外，在本实施方式中，构成非反转信号传递电路10、反转信号传递电路20和信号短接电路30的晶体管TP1～TPN，TN1～TNN，RP1～RPN，RN1～RNN可以具有W/L(W：栅极宽度、L：栅极长度)的相同尺寸，但是，本发明不限于此。例如，也可以变更非反转信号传递电路10和反转信号传递电路20的各电路的结构，使得它们由具有W/L的基准值的2的乘方(＝20，21，22，23，…)倍尺寸的多个晶体管对构成。该情况下，可以使用二进制代码来选择应处于导通状态的晶体管对。
实施方式2.
接下来，对本发明的实施方式2进行说明。上述实施方式1是具有对输出相位彼此反转180度的差分信号进行输出的功能的可变增益放大器1。如果无需该相位反转功能，可以使用本实施方式。图6是作为本发明的实施方式2的可变增益放大器1A的概要结构图。
如图6所示，该可变增益放大器1A具备信号输入端子4和信号输出端子5，具有单端输入和单端输出的结构，其中，输入信号被输入到信号输入端子4，信号输出端子5输出输出信号。这里，由信号输入端子4构成本实施方式的信号输入部，由信号输出端子5构成本实施方式的信号输出部。
此外，该可变增益放大器1A具备：信号传递电路23，其包含N个(N是大于等于3的整数)放大用晶体管R1～RN；信号短接电路13，其包含K个(K是大于等于3的整数)短接用晶体管T1～TK；负载电阻50，其由连接于第1电源电压VDD的供给线与信号传递电路23的输出端之间的电阻元件构成；以及恒流源电路52，其连接于第2电源电压VSS(VSS<VDD)的供给线与信号传递电路23的输入侧端部之间。电源电压VSS可以是例如零伏的接地电位。
此外，可变增益放大器1A具备栅极电位控制电路56，该栅极电位控制电路56作为晶体管控制电路发挥功能。栅极电位控制电路56从放大用晶体管R1～RN和短接用晶体管T1～TK中选择应处于导通状态的晶体管的组合，将使该所选择的组合的晶体管处于导通状态的控制电压提供给放大用晶体管R1～RN和短接用晶体管T1～TK。可变增益放大器1A的可变增益根据所选择的晶体管的组合来确定。
放大用晶体管R1～RN和短接用晶体管T1～TK的各晶体管由场效应型晶体管构成，可以由例如n沟道型MOSFETs构成。各晶体管的栅极与栅极电位控制电路56连接。栅极电位控制电路56通过向该栅极施加控制电压，可以将该各晶体管的动作状态切换到导通状态或截止状态中的任意一方。此外，各晶体管被控制成，当处于导通状态时成为栅极电位被固定的栅极接地晶体管。
此外，可变增益放大器1A具备电流控制电路55，该电流控制电路55对流过恒流源电路52的电流量进行可变控制。恒流源电路52由一个可变恒流源53构成，该可变恒流源53的一端与信号输入端子4连接。此外，该可变恒流源53的另一端与第2电源电压VSS的供给线连接。电流控制电路55能够对流过该可变恒流源53的电流量进行可变控制。
负载电阻50的一端与第1电源电压VDD的供给线连接。负载电阻50的另一端与放大用晶体管R1～RN的漏极(输出端)连接。此外，放大用晶体管R1～RN的源极(输入端)与信号输入端子4和可变恒流源53的一端双方连接。另一方面，短接用晶体管T1～TK的源极也与信号输入端子4和可变恒流源53的一端双方连接，短接用晶体管T1～TK的漏极与第1电源电压VDD的供给线连接。
另外，在图6的结构中，包含在信号传递电路23中的放大用晶体管R1～RN的数量大于等于三个，但是不限于此，也可以是两个。同样，包含在信号短接电路13中的短接用晶体管T1～TN的数量也不限于大于等于三个，也可以是一个或两个。
接下来，对上述可变增益放大器1A的动作进行说明。从信号输入端子4输入的信号电流流入信号传递电路23和信号短接电路13。由于恒流源电路52是流出恒定电流的高阻抗电路，因此该信号电流不会流入恒流源电路52。栅极电位控制电路56根据增益的设定值，从包含在信号传递电路23和信号短接电路13中的晶体管组中选择应处于导通状态的晶体管的组合。以与该组合对应的增益将信号电流放大，并将其从信号输出端子5输出。与实施方式1的栅极电位控制电路46相同，栅极电位控制电路56也可以使用例如温度计代码来选择应处于导通状态的组合。
现在，设在信号传递电路23中被控制为导通状态的晶体管的数量为np、在信号短接电路13中被控制为导通状态的晶体管的数量为na时，信号输入端子4与信号输出端子5之间的电流增益Ci由下式(6)来表示。
Ci＝np/(np+na) (6)
另外，如上所述，高频电路的增益多由作为输入功率与输出功率之比的功率增益来表示。上述的Ci是电流增益而不是功率增益，但是如果电路的输入阻抗是恒定的，则电流增益与功率增益之间某个恒定比率成立，因此，认为高频电路的增益作为相对的值，是电流增益也没有问题。为了使输入阻抗恒定，本实施方式的可变增益放大器1A具有两种动作模式(第1动作模式和第2动作模式)。
当可变增益放大器1A在第1动作模式下进行动作时，栅极电位控制电路56使上式(6)的和np+na恒定，并且，电流控制电路55使流过恒流源电路52的电流量始终恒定。
在本实施方式的可变增益放大器1A中，假设恒流源电路52的阻抗理想地为无穷大时，输入阻抗Zin由下式(7)来表示。
Zin＝1/{(np+na)×gm} (7)
这里，gm是每一个单位晶体管的跨导，如果流过单位晶体管的电流是恒定的，则跨导gm恒定。即，设和np+na为恒定值时，输入阻抗Zin也为恒定值。本实施方式中的单位晶体管是具有相当于np＝1或na＝1的情况的尺寸的各晶体管。
接下来，当可变增益放大器1A在第2动作模式下进行动作时，栅极电位控制电路56和电流控制电路55使和np+na与流过恒流源电路52的电流量之积恒定。
现在考虑最简单的模型，对于流过单位晶体管的电流Id，由下式(8)来表示上述跨导gm。
gm∝(Id)1/2 (8)
即，跨导gm与(Id)1/2成比例。此外，如果设流过恒流源电路52的电流量为Itail，则以下的关系式(9)成立。
Itail＝(np+na)×Id (9)
因此，输入阻抗Zin由以下公式(10)来表示。
Zin∝1/{(np+na)×Itail}1/2 (10)
即，即使在上述的和np+na不恒定的情况下，如果控制Itail使得(np+na)×Itail恒定，则也能够使输入阻抗Zin恒定。
如以上说明的那样，本实施方式的可变增益放大器1A具有如下的结构：即使信号短接电路13的晶体管数量较少，也与上述实施方式1同样地能够改善增益精度。由此，在本实施方式的可变增益放大器1A具有与现有技术同等的增益分辨率的情况下，也能够减小寄生电容从而实现优异的高频特性。因此，能够利用较少的晶体管数得到较高的增益分辨率，能够实现优异的高频特性。
另外，在本实施方式中，构成信号传递电路23和信号短接电路13的晶体管R1～RN，T1～TK可以具有W/L的相同尺寸，但是，本发明不限于此。例如，也可以变更信号传递电路23和信号短接电路13的各电路的结构，使得它们由具有W/L的基准值的2的乘方(＝20，21，22，23，…)倍尺寸的多个晶体管构成。该情况下，可以使用二进制代码来选择应处于导通状态的晶体管。
以上，参照附图对本发明的各种实施方式进行了叙述，但是，这些实施方式是本发明的例示，还可以采用这些实施方式以外的各种方式。例如，在上述实施方式1中，使用场效应型晶体管作为分别构成非反转信号传递电路10、反转信号传递电路20和信号短接电路30的晶体管，但是不限于此。同样，在上述实施方式2中，使用场效应型晶体管作为分别构成信号传递电路23和信号短接电路13的晶体管，但是不限于此。也可以变更上述实施方式1、2的结构，以便具有双极晶体管来代替场效应型晶体管。
另外，可以在本发明的范围内进行上述实施方式1、2的自由组合、各实施方式的任意构成要素的变形、或各实施方式的任意构成要素的省略。
产业上的可利用性
本发明的可变增益放大器适合用于通信装置中的信号放大电路或矢量合成型相移电路等调节信号振幅的电路。
标号说明
1，1A：可变增益放大器；2P，2N，4：信号输入端子；3P，3N，5：信号输出端子；10：非反转信号传递电路；111～11N：晶体管部；13：信号短接电路；20：反转信号传递电路；211～21N：晶体管部；23：信号传递电路；30：信号短接电路；31：晶体管部；40：负载电路；41P，41N：负载电阻；42：恒流源电路；43P，43N：可变恒流源；45：电流控制电路；46，47：栅极电位控制电路；50：负载；52：恒流源电路；53：恒流源；55：电流控制电路；56：栅极电位控制电路；RP1～RPN，RN1～RNN，TP1～TPN，TN1～TNN：放大用晶体管；MP，MN：短接用晶体管。

Claims (12)

1.一种可变增益放大器，其特征在于，所述可变增益放大器具备：
信号输入部；
信号输出部；
信号传递电路，其具有与所述信号输入部连接的输入侧端部和与所述信号输出部连接的输出侧端部，包含并联连接于所述输入侧端部与所述输出侧端部之间的多个放大用晶体管部；
负载电路，其连接于电源供给线与所述信号传递电路的相应的输出侧端部之间；
信号短接电路，其包含连接于所述电源供给线与所述信号传递电路的相应的输入侧端部之间的至少一个短接用晶体管部；
恒流源电路，其与所述信号传递电路的相应的输入侧端部连接；以及
晶体管控制电路，其从所述多个放大用晶体管部和所述至少一个短接用晶体管部中选择应处于导通状态的规定数量的晶体管部，提供使被选择的相应的晶体管部处于导通状态的控制电压。
2.根据权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，
所述多个放大用晶体管部和所述至少一个短接用晶体管部分别具有彼此并联连接的一对晶体管。
3.根据权利要求2所述的可变增益放大器，其特征在于，
所述一对晶体管被控制为，当处于导通状态时成为栅极接地晶体管。
4.根据权利要求2所述的可变增益放大器，其特征在于，
所述信号输入部具有第1信号输入端子和第2信号输入端子，其中，正相输入信号被输入到该第1信号输入端子，反相输入信号被输入到该第2信号输入端子，
所述信号输出部具有第1信号输出端子和第2信号输出端子，其中，该第1信号输出端子输出正相输出信号，该第2信号输出端子输出反相输出信号，
所述信号传递电路具有：
非反转信号传递电路，其包含第1晶体管组和第2晶体管组作为所述多个放大用晶体管部的一部分，所述第1晶体管组并联连接于所述第1信号输入端子与所述第1信号输出端子之间，所述第2晶体管组并联连接于所述第2信号输入端子与所述第2信号输入端子之间；以及
反转信号传递电路，其包含第3晶体管组和第4晶体管组作为所述多个放大用晶体管部的另一部分，所述第3晶体管组并联连接于所述第1信号输入端子与所述第2信号输出端子之间，所述第4晶体管组并联连接于所述第2信号输入端子与所述第1信号输入端子之间，
所述负载电路具有：
第1负载电阻，其连接于所述第1晶体管组的输出端与所述电源供给线之间，并且连接于所述第3晶体管组的输出端与所述电源供给线之间；以及
第2负载电阻，其连接于所述第2晶体管组的输出端与所述电源供给线之间，并且连接于所述第4晶体管组的输出端与所述电源供给线之间，
所述恒流源电路包含：
第1恒流源，其与所述第1晶体管组的输入端和所述第3晶体管组的输入端连接；以及
第2恒流源，其与所述第2晶体管组的输入端和所述第4晶体管组的输入端连接。
5.根据权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，
所述多个放大用晶体管部具有彼此并联连接的多个放大用晶体管，
各个所述放大用晶体管的输入端与所述信号输入部连接，并且各个所述放大用晶体管的输出端与所述信号输出部连接，
所述至少一个短接用晶体管部具有彼此并联连接的多个短接用晶体管，
各个所述短接用晶体管的输入端与所述信号输入部连接，并且各个所述短接用晶体管的输出端与所述电源供给线连接，
所述恒流源电路与各个所述放大用晶体管的输入端和各个所述短接用晶体管的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的可变增益放大器，其特征在于，
各个所述放大用晶体管被控制为，当处于导通状态时成为栅极接地晶体管，各个所述短接用晶体管被控制为，当处于导通状态时成为栅极接地晶体管。
7.一种可变增益放大器，其特征在于，所述可变增益放大器具备：
信号输入部；
信号输出部；
信号传递电路，其具有与所述信号输入部连接的输入侧端部和与所述信号输出部连接的输出侧端部，包含并联连接于所述输入侧端部与所述输出侧端部之间的多个放大用晶体管部；
负载电路，其连接于电源供给线与所述信号传递电路的相应的输出侧端部之间；
信号短接电路，其包含连接于所述电源供给线与所述信号传递电路的相应的输入侧端部之间的至少一个短接用晶体管部；
恒流源电路，其与所述信号传递电路的相应的输入侧端部连接；
晶体管控制电路，其从所述多个放大用晶体管部和所述至少一个短接用晶体管部中选择应处于导通状态的晶体管部，提供使被选择的相应的晶体管部处于导通状态的控制电压；以及
电流控制电路，其以使得被选择的相应的晶体管部的总数与流过所述恒流源电路的电流量之积恒定的方式，对所述电流量进行可变控制。
8.根据权利要求7所述的可变增益放大器，其特征在于，
所述多个放大用晶体管部和所述至少一个短接用晶体管部各自具有彼此并联连接的一对晶体管。
9.根据权利要求8所述的可变增益放大器，其特征在于，
所述一对晶体管被控制为，当处于导通状态时成为栅极接地晶体管。
10.根据权利要求8所述的可变增益放大器，其特征在于，
所述信号输入部具有第1信号输入端子和第2信号输入端子，其中，正相输入信号被输入到该第1信号输入端子，反相输入信号被输入到该第2信号输入端子，
所述信号输出部具有第1信号输出端子和第2信号输出端子，其中，该第1信号输出端子输出正相输出信号，该第2信号输出端子输出反相输出信号，
所述信号传递电路具有：
非反转信号传递电路，其包含第1晶体管组和第2晶体管组作为所述多个放大用晶体管部的一部分，所述第1晶体管组并联连接于所述第1信号输入端子与所述第1信号输出端子之间，所述第2晶体管组并联连接于所述第2信号输入端子与所述第2信号输入端子之间；以及
反转信号传递电路，其包含第3晶体管组和第4晶体管组作为所述多个放大用晶体管部的另一部分，所述第3晶体管组并联连接于所述第1信号输入端子与所述第2信号输出端子之间，所述第4晶体管组并联连接于所述第2信号输入端子与所述第1信号输入端子之间，
所述负载电路具有：
第1负载电阻，其连接于所述第1晶体管组的输出端与所述电源供给线之间，并且连接于所述第3晶体管组的输出端与所述电源供给线之间；以及
第2负载电阻，其连接于所述第2晶体管组的输出端与所述电源供给线之间，并且连接于所述第4晶体管组的输出端与所述电源供给线之间，
所述恒流源电路包含：
第1可变恒流源，其与所述第1晶体管组的输入端和所述第3晶体管组的输入端连接；以及
第2可变恒流源，其与所述第2晶体管组的输入端和所述第4晶体管组的输入端连接，
所述电流控制电路以使得由所述晶体管控制电路选择出的晶体管部的总数与流过所述第1可变恒流源的第1电流量之积恒定的方式，对所述第1电流量进行可变控制，并且，以使得该选择出的晶体管部的总数与流过所述第2可变恒流源的第2电流量之积恒定的方式，对所述第2电流量进行可变控制。
11.根据权利要求7所述的可变增益放大器，其特征在于，
所述多个放大用晶体管部具有彼此并联连接的多个放大用晶体管，
各个所述放大用晶体管的输入端与所述信号输入部连接，并且各个所述放大用晶体管的输出端与所述信号输出部连接，
所述至少一个短接用晶体管部具有彼此并联连接的多个短接用晶体管，
各个所述短接用晶体管的输入端与所述信号输入部连接，并且各个所述短接用晶体管的输出端与所述电源供给线连接，
所述恒流源电路与各个所述放大用晶体管的输入端和各个所述短接用晶体管的输入端连接。
12.根据权利要求11所述的可变增益放大器，其特征在于，
各个所述放大用晶体管被控制为，当处于导通状态时成为栅极接地晶体管，各个所述短接用晶体管被控制为，当处于导通状态时成为栅极接地晶体管。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112514249B (zh) * 2018-08-10 2024-10-22 三菱电机株式会社 可变增益放大器
JP7221668B2 (ja) * 2018-12-04 2023-02-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101043203A (zh) * 2006-03-24 2007-09-26 夏普株式会社 可变增益放大器和包括其的通信装置
CN102684622A (zh) * 2012-05-24 2012-09-19 电子科技大学 一种可变增益放大器
CN104796090A (zh) * 2013-12-16 2015-07-22 晨星半导体股份有限公司 可变增益低噪声放大器以及操作可变增益低噪声放大器的方法
US20160056772A1 (en) * 2011-10-28 2016-02-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Integrated circuit

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7120411B2 (en) * 2002-03-25 2006-10-10 Broadcom Corporation Low noise amplifier (LNA) gain switch circuitry
JP2003234627A (ja) * 2002-02-08 2003-08-22 Toyota Industries Corp 半導体回路
JP4095398B2 (ja) * 2002-09-30 2008-06-04 株式会社東芝 増幅器及びこれを用いた無線通信装置
DE10333816B3 (de) * 2003-07-24 2005-03-10 Infineon Technologies Ag Verstärkeranordnung und Regelkreis mit der Verstärkeranordnung
JP2005123821A (ja) * 2003-10-15 2005-05-12 Alps Electric Co Ltd 可変利得増幅器
US7321266B2 (en) * 2005-05-17 2008-01-22 Integrated System Solution Corp. Current-matching variable gain amplifier
JP4502212B2 (ja) * 2006-01-06 2010-07-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 差動増幅器とデータドライバ及び表示装置
JP2007221402A (ja) 2006-02-16 2007-08-30 Fujitsu Ltd 可変利得増幅器及びその半導体集積装置
EP1858160A1 (en) * 2006-05-16 2007-11-21 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Amplifier arrangement
JPWO2008102788A1 (ja) * 2007-02-20 2010-05-27 財団法人名古屋産業科学研究所 プログラマブル低雑音増幅装置
JP2009089225A (ja) * 2007-10-02 2009-04-23 Toshiba Corp 利得可変増幅装置
JP5308243B2 (ja) 2009-06-10 2013-10-09 株式会社日立製作所 可変ゲイン回路
KR101787761B1 (ko) * 2011-08-09 2017-10-18 삼성전자주식회사 Ｒｆ 증폭기
TWI469511B (zh) * 2011-12-07 2015-01-11 Novatek Microelectronics Corp 可變增益放大器電路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101043203A (zh) * 2006-03-24 2007-09-26 夏普株式会社 可变增益放大器和包括其的通信装置
US20160056772A1 (en) * 2011-10-28 2016-02-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Integrated circuit
CN102684622A (zh) * 2012-05-24 2012-09-19 电子科技大学 一种可变增益放大器
CN104796090A (zh) * 2013-12-16 2015-07-22 晨星半导体股份有限公司 可变增益低噪声放大器以及操作可变增益低噪声放大器的方法

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