JP2000013151A - 双曲線正接伝達関数と双曲線正弦伝達関数とを結合することによってひずみを消去する増幅器とその方法 - Google Patents

双曲線正接伝達関数と双曲線正弦伝達関数とを結合することによってひずみを消去する増幅器とその方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 双曲線正接伝達関数と双曲線正弦伝達関数と
を結合してひずみを消去する増幅器と方法が提供され
る。 【解決手段】 差動増幅器10は、差動入力信号
(VIN)を受信する。入力信号は、第1減衰器12によ
って減衰されて、双曲線正接増幅器16に入力される。
入力信号はまた、第2増幅器14によって減衰され、双
曲線正弦増幅器18に入力される。双曲線正接増幅器と
双曲線正弦増幅器への入力信号は独立して減衰される。
双曲線正接増幅器と双曲線正弦増幅器の伝達関数はそれ
ぞれ、線形領域と非線形領域とを有する。双曲線正接増
幅器と双曲線正弦増幅器の出力は加算されて26、双曲
線正接増幅器の非線形領域が、双曲線正弦増幅器の非線
形領域を消去するようにする。差動増幅器の総合伝達関
数は、非線形領域を消去することにより、入力信号の幅
広い振幅範囲に渡って線形である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は増幅器に関し、さらに詳
しくは双曲線正接伝達関数と双曲線正弦伝達関数とを結
合してひずみを消去する増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】増幅器は、極めて多くの用途において通
常は、入力信号を増幅し、増幅された出力信号を与える
のに使用される。増幅器は差動増幅器であることが多
い。種々の増幅器の代表的な最終用途には、無線周波数
(周波数)トランシーバ,セルラフォーン,ページャ,
コードレス電話,フィルタおよびその他の無線通信装置
が含まれる。
【0003】差動増幅器の重要な特徴は、広範な入力信
号の振幅に渡って、線形動作を維持することである。線
形範囲で動作するとき、差動増幅器は、入力信号に比例
した出力信号を与え、この場合の比例関係は、増幅器の
利得によって決定される。先行技術の差動増幅器のほと
んどは、狭い範囲の入力信号の振幅に渡って線形に動作
する。増幅器が、この線形範囲の外側で動作する場合に
は、出力信号は、非線形ひずみと雑音を受ける。
【0004】差動増幅器の線形範囲を拡大する先行技術
の1つの方法は、差動トランジスタ対のエミッタに、縮
退抵抗器(degeneration resistor)を置くことを伴
う。しかしあいにく、縮退抵抗器は、差動増幅器の利得
を低下させ、かつ雑音指数を増加させるという好ましく
ない効果も有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このため、広範な入力
信号に渡って線形に動作し、高い利得と低い雑音指数を
有する差動増幅器に対する必要性が存在する。
【0006】
【実施例】図1を参照して、増幅回路10は、従来型の
集積回路の加工を用いて集積回路として製造するのに適
したものを示す。入力信号VINは、減衰器12,14に
入力され、この減衰器はついで入力信号V12とV14を与
える。このため、入力信号V12とV14は、独立して減衰
される。減衰された入力信号V12は、双曲線正接(tan
h)増幅器16によって処理される。増幅器16の相互
コンダクタンス伝達関数は、図2では波形20として示
され、線形領域と非線形領域とを有する双曲線正接関数
の形をとる。減衰された入力信号V14は、双曲線正弦
(sinh)増幅器18によって処理される。増幅器18の
相互コンダクタンス伝達関数は、図2では波形22とし
て示され、線形領域と非線形領域を有する双曲線正弦関
数の形をとる。双曲線正接増幅器16の出力電流I16
双曲線正弦増幅器18の出力電流I 18は、加算ノード2
6の入力へと流れる。加算ノード26は、増幅器16と
18の出力電流を結合または加算して、出力電流IOUT
=I16+I18を与える。
【0007】増幅回路10全体の相互コンダクタンス伝
達関数は、図2では、波形グラフ20と波形グラフ22
との和として、波形グラフ28として示される。波形グ
ラフ20の非線形領域が、波形グラフ22の非線形領域
を消去する。双曲線正接増幅器の出力と双曲線正弦増幅
器の出力とを結合する増幅回路10の相互コンダクタン
ス利得IOUT/VINは、双曲線正接増幅器、または双曲
線正弦増幅器単独で得られる幅広い入力信号VINに渡っ
て線形である。
【0008】別の実施例において、出力電流I16,I18
の結合は、双曲線正接関数の非線形領域が、双曲線正弦
伝達関数の非線形領域を消去することを条件に、他の手
段でも行える。また、下記に検討するように、一部の用
途では、減衰器12,14が調整可能であることが望ま
しい。
【0009】今度は図3を見ると、減衰器12,14お
よび双曲線正接増幅器16の詳細が、差動構成で示され
る。差動入力信号VINは1ボルトのオーダーであり、抵
抗分割回路(resistor divider network)30,31,
32,33,34に入力される。抵抗器34の両端の電
圧は、減衰された電圧V12を表し、抵抗器32,33,
34の両端の電圧は、減衰された電圧V14を表す。入力
信号を減衰する他の減衰回路を、抵抗分割回路30から
34に置き換えることができる。
【0010】増幅器16は、双曲線正接相互コンダクタ
ンス伝達関数を有する。双曲線正接増幅器16は、差動
トランジスタ36,38を含む。電流源40は、接地電
位で動作する電源導線42に向けられる。トランジスタ
36のコレクタはノード44と結合され、トランジスタ
38のコレクタはノード46と結合される。ノード44
と46は、差動増幅器10の第1および第2出力におけ
る結合回路または加算ノードであり、これは加算ノード
に流れ込む入力電流を結合する。。
【0011】トランジスタ36のベースの電圧が増加
し、トランジスタ38のベースの電圧が差動的に低下す
るにつれ、電流I36が増加して、電流I38が低下する。
また、トランジスタ36のベースの電圧が低下し、トラ
ンジスタ38のベースの電圧が差動的に増加するにつ
れ、電流I36が低下して、電流I38が増加する。電流I
36とI38の合計は、電流I40に等しい状態に維持され
る。
【0012】双曲線正接増幅器16は、図2の波形20
に示すような相互コンダクタンス伝達関数を有し、これ
は次の式で表される: IDIFF1=I40・tanh(VIN/2Vt) (1) ここで、IDIFF1=I36−I38tは、トランジスタの熱的しきい電圧(25℃におい
て25ミリボルト)電流I40は、波形グラフ20の傾き
とこれに関わる増幅器16の利得とを制御するように調
整できる。
【0013】増幅器18は、双曲線正弦相互コンダクタ
ンス伝達関数を有する。双曲線正弦増幅器18は、トラ
ンジスタ50と52を含む。トランジスタ50,52の
コレクタは、加算ノード44,46それぞれと結合され
る。トランジスタ50のベースの電圧が増加するにつ
れ、これに伴って、ノード54におけるトランジスタ5
0のエミッタ電圧が増加する。トランジスタ56は、電
流源58によって決定される電流I58を通す。ノード5
4の電圧が増加するにつれ、トランジスタ56のベース
-エミッタ電圧(Vbe)を維持して、トランジスタ56
が電流I58を通し続けるように、トランジスタ56のベ
ースの電圧が増加しなければならない。
【0014】トランジスタ52のベースの電圧は、トラ
ンジスタ50のベースにおける電圧が増加するに伴って
低下する。また、これに伴って、ノード64におけるト
ランジスタ52のエミッタ電圧が低下する。トランジス
タ62は、電流源70によって決定される電流I70を通
す。ノード64における電圧が低下するにつれ、トラン
ジスタ62のVbeを維持し、トランジスタ62が電流I
70を通し続けるように、トランジスタ62のベースの電
圧が低下しなければならない。トランジスタ72のベー
ス電圧が増加し、トランジスタ74のベース電圧が低下
すると、トランジスタ72が通す電流が少なくなり、ト
ランジスタ74が通す電流が多くなる。トランジスタ5
0は、電流I58に、トランジスタ74を介して流れる電
流をプラスしたものに等しい電流I50を通す。トランジ
スタ52は、電流I70に、トランジスタ72を介して流
れる電流をプラスしたものに等しい電流I52を通す。従
って、差動入力信号に応答して、電流I50が増加し、電
流I52が低下する。
【0015】トランジスタ50のベースの電圧が低下す
るにつれ、これに伴って、ノード54におけるトランジ
スタ50のエミッタ電圧が低下する。ノード54におけ
る電圧が低下するにつれ、トランジスタ56のVbeを維
持して、トランジスタ56が電流I58を通し続けるよう
に、トランジスタ56のベースにおける電圧が低下しな
ければならない。トランジスタ52のベースにおける電
圧は、トランジスタ50のベースにおける電圧が低下す
るにつれて増加する。これに伴って、ノード64におけ
るトランジスタ52のエミッタ電圧が増加する。ノード
64における電圧が増加するにつれ、トランジスタ62
のVbeを維持して、トランジスタ62が電流I70を通し
続けるように、トランジスタ62のベースにおける電圧
が増加しなければならない。トランジスタ72のベース
電圧が低下し、トランジスタ74のベース電圧が増加す
ると、トランジスタ72が通す電流が多くなり、トラン
ジスタ74が通す電流が少なくなる。差動入力信号に応
答して、電流I50が低下し、電流I52が増加する。
【0016】上述した増幅器18は、図2の波形22で
示されるように、相互コンダクタンス伝達関数を有し、
これは次の式で表される: IDIFF2=2*I58・sinh(VIN/2Vt) (2) ここで、IDIFF2=I50−I5258は、I70に等しい。電流I58,I70は、波形グラフ
22の傾きと、これに関わる増幅器18の利得を制御す
るように調整できる。
【0017】電流I50,I52はそれぞれ、加算ノード4
4,46に流れ込む。そのため、出力電流IOUT1=I36
+I50および出力電流IOUT2=I38+I52となる。図1
において、増幅回路10の出力電流IOUTは、IOUT=I
OUT1−IOUT2として表され、すなわち、下式のようにな
る: IOUT=A tanh(B・VIN)+C sinh(D・VIN) (3) =I40・tanh(B・VIN/2Vt)+2・I58・sinh(D・VI N /2Vt) (4) ここで:Aは、I40によって決定される。
【0018】Bは、減衰器12によって決定される。
【0019】Cは、I58によって決定される。
【0020】Dは、減衰器14によって決定される。パ
ラメータA,B,C,Dは、入力信号VINの線形動作範
囲を最大化するように調整できる。一つの例では、電流
40,I58,I70はそれぞれ、100マイクロアンペア
から1ミリアンペアの間の値に設定される。パラメータ
Bは0.5の値に設定され、パラメータDは0.9の値
に設定される。双曲線正接増幅器の動作と双曲線正弦増
幅器の動作とを結合して、その結果を合算することによ
って、入力信号の線形動作の範囲が増加する。
【0021】以上をまとめると、本発明は、入力信号を
それぞれ受信する双曲線正接増幅器と双曲線正弦増幅器
を含む差動増幅器を提供する。双曲線正接増幅器と双曲
線正弦増幅器の入力信号は、独立して減衰される。双曲
線正接増幅器と双曲線正弦増幅器の伝達関数はそれぞ
れ、線形領域と非線形領域とを有する。双曲線正接増幅
器と双曲線正弦増幅器の出力は合算されて、双曲線正接
増幅器の非線形領域が、双曲線正弦増幅器の非線形領域
を消去するようにする。差動増幅器の総合伝達関数は、
非線形領域を消去することによって、入力信号の広範な
振幅に渡って線形である。
【図面の簡単な説明】
【図1】双曲線正接伝達関数と双曲線正弦伝達関数とを
結合する増幅器のブロック図を示す。
【図2】本発明の説明に役立つ波形グラフである。
【図3】図1による差動増幅器の回路図である。
【符号の説明】
10 増幅回路 12,14 減衰器 16 双曲線正接増幅器 18 双曲線正弦増幅器 20,22 波形 26 加算ノード 28 波形グラフ 30,31,32,33,34 抵抗分割回路 36,38 差動トランジスタ 40,58,70 電流源 42 電源導線 44,46,54,64 ノード 50,52,56,62,72,74 トランジスタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号を受信するために結合される入
    力を有し、出力信号を与えるための出力を有する増幅回
    路であって:前記入力信号を受信するために結合される
    入力を有する第1増幅器(16)であって、双曲線正接
    相互コンダクタンス伝達関数を有する第1増幅器(1
    6);前記入力信号を受信するために結合される入力を
    有する第2増幅器(18)であって、双曲線正弦相互コ
    ンダクタンス伝達関数を有する第2増幅器(18);お
    よび、 前記第1増幅器の出力と結合される第1入力,前記第2
    増幅器の出力と結合される第2入力,および前記増幅回
    路の前記出力信号を与えるための出力を有する結合回路
    (26);を特徴とする増幅回路。
  2. 【請求項2】 入力信号を増幅し、かつ出力信号を与え
    る方法であって:双曲線正接伝達関数に従って、前記入
    力信号を増幅し、第1増幅信号を与える段階;双曲線正
    弦伝達関数に従って、前記入力信号を増幅し、第2増幅
    信号を与える段階;および前記第1および第2増幅信号
    を結合して、前記双曲線正接伝達関数と前記双曲線正弦
    伝達関数とによって加えられる前記出力信号のひずみを
    消去する段階;を特徴とする方法。
JP14832199A 1998-06-01 1999-05-27 双曲線正接伝達関数と双曲線正弦伝達関数とを結合することによってひずみを消去する増幅器とその方法 Expired - Fee Related JP4359359B2 (ja)

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