JP2000223973A - 可変利得回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 利得制御電圧による入力インピーダンス変動
を抑えることができる可変利得回路を提供する。 【解決手段】 利得制御端子に与えられる利得制御電圧
Ｖcdにより利得を可変する２つの可変利得回路１、２の
入力端子Ｖin、Ｖinxを並列接続し、１つの可変利得回
路の出力端子Ｖout、Ｖoutxからのみ出力する構成と
し、各々の可変利得回路１、２を、利得制御電圧Ｖcdに
対して、互いに逆に動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば移動体通信
システムで使用する送受信機に用いて好適な可変利得回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に、従来の可変利得回路の構成例を
示す。入力電圧Ｖidはトランジスタ101、111の各ベース
（Ｖin端子）とトランジスタ102、112の各ベース（Ｖin
x端子）との間に入力される。トランジスタ101、102の
各エミッタは抵抗183を介して接続され、電圧制御電流
源181、182を介して接地されており、トランジスタ11
1、112の各エミッタは抵抗193を介して接続され、電圧
制御電流源191、192を介して接地されている。

【０００３】トランジスタ101、111の各コレクタ（Ｖou
tx端子）は抵抗171を介して電源に接続され、トランジ
スタ102、112の各コレクタ（Ｖout端子）は抵抗172を介
して電源に接続されている。また、電圧制御電流源18
1、182、191、192は、利得制御電圧Ｖcdにより制御さ
れ、トランジスタ111、112の各コレクタ間から出力電圧
Ｖodが出力される。

【０００４】次に、図２に示した回路の動作を説明す
る。入力電圧Ｖidが与えられ、トランジスタ101のコレ
クタ電流が＋ΔＩ1となり、トランジスタ102のコレクタ
電流が−ΔＩ1となるとする。ここで、ΔＩ1は抵抗183
の抵抗値をRE1とすると、次の式（１）で表される。 ΔＩ1＝Ｖid／（２VT／Ｉ1＋RE1） … （１） ここで、Ｉ1は電圧制御電流源181、182の各電流値であ
り、VTは熱電圧であり、VTは次の式（２）で与えられ
る。 VT＝ｋＴ／ｑ … （２） ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電荷
量である。

【０００５】同様にして、入力電圧Ｖidが与えられ、ト
ランジスタ111のコレクタ電流が＋ΔＩ2となり、トラン
ジスタ112のコレクタ電流が−ΔＩ2となるとする。ここ
で、ΔＩ2は抵抗193の抵抗値をRE2とすると、次の式
（３）で表される。 ΔＩ2＝Ｖid／（２VT／Ｉ2＋RE2） … （３） ここで、Ｉ2は電圧制御電流源191、192の各電流値であ
り、VTは熱電圧である。

【０００６】よって出力電圧Ｖodは、抵抗171、172には
それぞれ、（ΔＩ1＋ΔＩ2）、−（ΔＩ1＋ΔＩ2）の電
流が流れるため、抵抗171、172の各抵抗値をRLとする
と、式（４）で表される。 Ｖod＝２RL（ΔＩ1＋ΔＩ2） … （４）

【０００７】式（４）に式（１）および式（３）を代入
して整理すると、利得Ｇ（＝Ｖod／Ｖid）を表す次の式
（５）が得られる。 Ｇ＝RL（ｇｍ1＋ｇｍ2） … （５） ただし、ｇｍ1、ｇｍ2はそれぞれ次の式（６）、式
（７）で与えられる。 ｇｍ1＝１／（VT／Ｉ1＋RE1／２） … （６） ｇｍ2＝１／（VT／Ｉ2＋RE2／２） … （７）

【０００８】式（６）および式（７）に含まれているＩ
1およびＩ2は、利得制御電圧Ｖcdにより電流値が制御さ
れるため、 ｇｍ1、ｇｍ2もそれに伴い変化する。よっ
て上記した式（５）で表される利得Ｇを利得制御電圧Ｖ
cdに対して変化させることができる。

【０００９】図３に、電圧制御電流源181、182、191、1
92の回路例を示す。制御電圧Ｖcdはトランジスタ13、14
の各ベース間に入力される。トランジスタ13、14の各エ
ミッタは接続され、電流源15を介して電源に接続されて
いる。トランジスタ13のコレクタは、ミラー比が１：α
であるカレントミラー回路11の入力端子INに接続され、
トランジスタ14のコレクタは、ミラー比が１：βである
カレントミラー回路12の入力端子INに接続されている。
カレントミラー回路11の出力端子OUTから電流Ｉ1、カレ
ントミラー回路12の出力端子OUTから電流Ｉ2が出力され
る。

【００１０】次に図３に示した回路の動作を説明する。
利得制御電圧Ｖcdが与えられ、トランジスタ13のコレク
タ電流がＩ13となり、トランジスタ14のコレクタ電流が
Ｉ14となるとする。Ｉ13およびＩ14は次の式（８）およ
び式（９）で表される。 Ｉ13＝Ｍ・Ｉ0／（１＋Ｍ） … （８） Ｉ14＝Ｉ0／（１＋Ｍ） … （９） ここで、Ｍは次の式（10）で表される。 Ｍ＝exp（Ｖcd／VT） … （10）

【００１１】式（８）より、カレントミラー回路11の出
力端子OUTから出力される電流Ｉ1は、式（11）で表され
る。 Ｉ1＝α・Ｍ・Ｉ0／（１＋Ｍ） … （11）

【００１２】同様にして、式（９）より、カレントミラ
ー回路12の出力端子OUTから出力される電流Ｉ2は、次の
式（12）で表される。 Ｉ2＝β・Ｉ0／（１＋Ｍ） … （12）

【００１３】今、RE1＜＜RE2、α＞＞βとする。Ｖcd＞
＞０の場合、上記した式（10）からＭは無限大に収束
し、上記した式（11）から、Ｉ1の値はα・Ｉ0となり、
上記式（12）からＩ2の値は零となる。よって、式
（６）および式（７）から、ｇｍ1およびｇｍ2の値を求
め、式（５）に代入すると、最大ゲインＧmaxが求めら
れ、次の式（13）で表される。 Ｇmax＝２RL／｛VT／（α・Ｉ0）＋RE1／２｝ … （13）

【００１４】同様にして、Ｖcd＜＜０の場合、式（10）
からＭは零に収束し、式（11）から、Ｉ1の値は零とな
り、式（12）からＩ2の値はβ・Ｉ0となる。よって、式
（６）および式（７）から、ｇｍ1およびｇｍ2の値を求
め、式（５）に代入すると、最小ゲインＧminが求めら
れ、次の式（14）で表される。 Ｇmin＝２RL／｛VT／（β・Ｉ0）＋RE2／２｝ … （14）

【００１５】よって、利得制御電圧Ｖcdにより、利得Ｇ
を変化させることができ、可変利得回路を構成できる。

【００１６】ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Acces
s）に代表されるような通信方式に使用される送受信機
には80〜90ｄＢの利得制御幅を持ち、かつ、直線性に優
れた利得制御特性を要求されている。そのため、図２に
示した可変利得回路を複数段に縦続接続し、各段の可変
利得回路の利得制御電圧にオフセット電圧を与えて、各
段の可変利得回路の利得制御幅を適当に重ね合わせるこ
とで、より広い利得制御幅を持ち、直線性に優れた利得
制御特性が得られるようにしている。

【００１７】ところで、この可変利得回路においては、
例えば、α：β＝３：１とすると、最大ゲイン時に対し
て、最小ゲイン時の消費電流を１／３に低減できる。
このため、可変利得回路を複数段に縦続接続する場合、
最大ゲイン時の消費電流に対して、最小ゲイン時の消費
電流を低減できる効果が顕著になる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図２で構成
される可変利得回路は、利得制御電圧Ｖcdに対して、ｇ
ｍ1およびｇｍ2を変化させるため、入力端子に接続され
ている回路の動作状態が変化し、入力インピーダンスが
利得制御電圧によって変動するという問題がある。

【００１９】すなわち、RE1＜＜RE2とした場合、最大ゲ
イン時よりも最小ゲイン時の入力インピーダンスが大き
くなってしまう。

【００２０】そのため、図２で構成される可変利得回路
とその前段の回路やフィルタ等と整合（マッチング）を
とる場合に、最大ゲイン時と最小ゲイン時の整合を両立
させることが困難であるという問題があった。

【００２１】また、図２で構成される可変利得回路の等
価入力抵抗と、前段の回路やフィルタ等の等価出力抵抗
との比に応じて、整合回路で電圧ゲインを発生するが、
RE1＜＜RE2とした場合、最大ゲイン時よりも最小ゲイン
時の入力インピーダンスが大きいため、最大ゲイン時に
比べて最小ゲイン時での電圧ゲインが大きくなってしま
い、整合回路を含めたときの利得制御幅が縮小されてし
まうという問題もあった。

【００２２】この問題を回避する方法として、図４のよ
うな可変利得回路を使用する方法もある。

【００２３】入力電圧Ｖidはトランジスタ101、111の各
ベース（Ｖin端子）とトランジスタ102、112の各ベース
（Ｖinx端子）との間に入力される。トランジスタ101、
102の各エミッタは抵抗183を介して接続され、電流源18
1、182を介して接地されており、トランジスタ111、112
の各エミッタは抵抗193を介して接続され、電流源191、
192を介して接地されている。

【００２４】トランジスタ103、104の各エミッタはトラ
ンジスタ101のコレクタに接続されており、トランジス
タ105、106の各エミッタはトランジスタ102のコレクタ
に接続され、トランジスタ113、114の各エミッタはトラ
ンジスタ111のコレクタに接続され、トランジスタ115、
116の各エミッタはトランジスタ112のコレクタに接続さ
れている。

【００２５】また、利得制御電圧Ｖcdはトランジスタ10
3、106、114、115の各ベース（Ｖc端子）およびトラン
ジスタ104、105、113、116の各ベース（Ｖcx端子）との
間に入力されている。さらに、トランジスタ103、113の
各コレクタ（Ｖoutx端子）は抵抗171を介して電源に接
続され、トランジスタ106、116の各コレクタ（Ｖout端
子）は抵抗172を介して電源に接続されている。トラン
ジスタ104、105、114、115の各コレクタは電源に接続さ
れており、トランジスタ113、116の各コレクタ間から出
力電圧Ｖodが出力される。

【００２６】図４に示した可変利得回路は、利得制御電
圧に対して、回路のバイアス電流が変動しない形式のた
め、入力端子に接続されている回路の動作状態が変化せ
ず、入力インピーダンスが利得制御電圧によって変動し
ない利点を持つ。ところが、図４に示した可変利得回路
の利得制御電圧Ｖcdは、トランジスタ103、106、114、1
15の各ベース（Ｖc端子）およびトランジスタ104、10
5、113、116の各ベース（Ｖcx端子）との間の電圧とし
て与えられているために、これらのトランジスタに流れ
るベース電流の変動によって、利得制御電圧が変動しな
いように、利得制御電圧を与える回路に電流駆動能力を
持たせなければならないという問題がある。

【００２７】この問題を緩和する方法として、特開平9-
270650号公報では、利得制御電圧Ｖcdを電流に変換して
与えることで、対処している。しかしながら、図４にお
けるトランジスタ101、102、111、112に制御電流が流れ
込んでしまう分、負荷抵抗に流れる電流が減少するとい
う問題があり、可変利得回路の動作電流に対して、制御
電流を無視できる程度に設定する必要があった。

【００２８】また、複数段に縦続接続することで、より
広い利得制御幅を持ち、直線性に優れた利得制御特性を
得るために、初段に図４の可変利得回路、２段目以降に
図２の可変利得回路というように両者を混在させた場
合、図４の可変利得回路は図２の可変利得回路と動作原
理が異なるため、利得制御特性に厳しい直線性が要求さ
れると、すべて同じ動作原理の可変利得回路を使用する
場合に比べて、設計が難しくなる。この問題を避けるた
めに、全て図４の可変利得回路で構成すると、最大ゲイ
ン時の消費電流に対して、最小ゲイン時の消費電流を低
減することはできなくなる。

【００２９】本発明はこうした課題を解決するものであ
り、図２のような可変利得回路を用いても、利得制御電
圧による可変利得回路の入力インピーダンス変動を抑え
ることができる可変利得回路を提供することを目的とし
ている。

【００３０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の可変利
得回路では、図２の可変利得回路２つの入力端子を並列
接続し、１つの可変利得回路の出力端子からのみ出力す
る構成とし、各々の可変利得回路を、利得制御電圧に対
して、互いに逆に動作させることで、利得制御電圧によ
る可変利得回路の入力インピーダンス変動を抑えるよう
にする。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、利得制御端子に与えられる利得制御電圧により利得
を可変する２つの可変利得回路の入力端子を並列接続
し、１つの可変利得回路の出力端子からのみ出力するよ
うに構成した可変利得回路であって、各々の可変利得回
路を、利得制御電圧に対して、互いに逆に動作させるこ
とで、利得制御電圧による可変利得回路の入力インピー
ダンス変動を抑えることができるという作用を有する。

【００３２】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の可変利得回路において、各々の可変利得回路
を、利得制御電圧に対して、互いに逆に動作させること
を特徴とする可変利得制御方法であり、第１および第２
の可変利得回路を、利得制御電圧に対して、互いに逆に
動作させることで、利得制御電圧による可変利得回路の
入力インピーダンス変動を抑えることができるという作
用を有する。

【００３３】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１に記載の可変利得回路を用いた携帯端末であり、高性
能の携帯端末を実現することができるという作用を有す
る。

【００３４】本発明の請求項４に記載の発明は、通信シ
ステムの基地局であって、該基地局は請求項３記載の携
帯端末を繋げ得るようにしたことを特徴とする基地局で
あり、高性能の基地局を実現することができるという作
用を有する。

【００３５】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
３記載の携帯端末と請求項４記載の基地局を備え、前記
携帯端末が前記基地局に繋がるようにしたことを特徴と
する通信システムであり、高性能の通信システムを実現
することができるという作用を有する。

【００３６】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。

【００３７】図１は、本発明の実施の形態における可変
利得回路の構成を示すものである。図１において本発明
の可変利得回路は、図２に示した第１の従来例と同一の
可変利得回路１および可変利得回路２から構成されてい
る。入力電圧Ｖidは可変利得回路１のトランジスタ10
1、111の各ベースおよび可変利得回路２のトランジスタ
101、111の各ベース（Ｖin端子）と可変利得回路１のト
ランジスタ102、112の各ベースおよび可変利得回路２の
トランジスタ102、112の各ベース（Ｖinx端子）との間
に入力される。可変利得回路１の電圧制御電流源181、1
82、191、192および可変利得回路２の電圧制御電流源18
1、182、191、192は、利得制御電圧Ｖcdにより制御さ
れ、可変利得回路２の電圧制御電流源181、182、191、1
92は、可変利得回路１の電圧制御電流源181、182、19
1、192に対して、正反対に動作する。出力電圧Ｖodは可
変利得回路１からのみ出力する。また、電圧制御電流源
181、182、191、192は、図３と同一回路で構成し、利得
制御電圧Ｖcdによって制御されるものとする。

【００３８】ここで、出力電圧Ｖodは可変利得回路１か
らのみ出力しているため、利得制御電圧Ｖcdに対する利
得Ｇの変化は、図２で説明した内容と同一である。

【００３９】ところで、Ｖcd＞＞０の場合、すなわち最
大ゲイン時では、式（10）からＭは無限大に収束し、式
（11）から、可変利得回路１のＩ1の値はα・Ｉ0とな
り、式（12）から可変利得回路１のＩ2の値は零とな
る。一方、可変利得回路２のＩ1およびＩ2の値は、Ｖcd
＜＜０の場合に相当するので、式（10）からＭは零に収
束し、式（11）から、可変利得回路２のＩ1の値は零と
なり、式（12）から可変利得回路２のＩ2の値はβ・Ｉ0
となる。

【００４０】反対にＶcd＜＜０の場合、すなわち最小ゲ
イン時では、式（10）からＭは零に収束し、式（11）か
ら、可変利得回路１のＩ1の値は零となり、式（12）か
ら可変利得回路１のＩ2の値はβ・Ｉ0となる。一方、可
変利得回路２のＩ1およびＩ2の値は、Ｖcd＞＞０の場合
に相当するので、式(10）からＭは無限大に収束し、式
(11）から、可変利得回路２のＩ1の値はα・Ｉ0とな
り、式(12）から可変利得回路２のＩ2の値は零となる。

【００４１】よって、最大ゲイン時、最小ゲイン時いず
れの場合においても、入力端子に接続されている回路の
動作状態に変化がないため、入力インピーダンスも同一
であることが分かる。

【００４２】なお、図１の可変利得回路を１段で使用す
る場合、最大ゲイン時の消費電流に対して最小ゲイン時
の消費電流を低減する効果はないが、図４の可変利得回
路と比較して、利得制御回路が容易に構成できる利点が
ある。

【００４３】また、複数段に縦続接続することで、より
広い利得制御幅を持ち、直線性に優れた利得制御特性を
得るために、初段に図１の可変利得回路、２段目以降に
図２の可変利得回路という構成をとれば、図１の可変利
得回路と図２の可変利得回路とは動作原理が同一である
ため設計が容易であると考えられる。さらに、最大ゲイ
ン時の消費電流に対して最小ゲイン時の消費電流を低減
する効果を得ることもできる。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の可変利得回路によれば、２つの可変利得回路の入力端
子を並列接続し、１つの可変利得回路の出力端子からの
み出力する構成とし、各々の可変利得回路を、利得制御
電圧に対して、互いに逆に動作させることで、可変利得
回路の入力インピーダンス変動を抑えることができる。
そのため、前段の回路やフィルタ等と整合をとる場合
に、最大ゲイン時と最小ゲイン時の整合を両立させるこ
とが容易になる。

【００４５】また、可変利得回路の等価入力抵抗と、前
段の回路やフィルタ等の等価出力抵抗との比に応じて、
整合回路で電圧ゲインを発生するが、最大ゲイン時と最
小ゲイン時とで、整合回路での電圧ゲインが同一とな
り、整合回路を含めても利得制御幅が一定に保たれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における可変利得回路の構
成を示す図、

【図２】従来の第１の可変利得回路の構成を示す図、

【図３】電圧制御電流源の回路構成を示す図、

【図４】利得制御電圧により入力インピーダンスが変動
しないようにした従来の第２の可変利得回路の構成を示
す図である。

【符号の説明】

１、２ 可変利得装置 11、12 ２出力カレントミラー回路 181、182、191、192 電圧制御電流源 15 電流源 171、172、183、193 抵抗 13、14、101〜106、111〜116 トランジスタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 利得制御端子に与えられる利得制御電圧
   により利得を可変する２つの可変利得回路の入力端子を
   並列接続し、１つの可変利得回路の出力端子からのみ出
   力するように構成した可変利得回路であって、各々の可
   変利得回路を、利得制御電圧に対して、互いに逆に動作
   させることを特徴とする可変利得回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載の可変利得回路において、
   各々の可変利得回路を、利得制御電圧に対して、互いに
   逆に動作させることを特徴とする可変利得制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の可変利得回路を用いた携
   帯端末。
4. 【請求項４】 通信システムの基地局であって、該基地
   局は請求項３記載の携帯端末を繋げ得るようにしたこと
   を特徴とする基地局。
5. 【請求項５】 請求項３記載の携帯端末と請求項４記載
   の基地局を備え、前記携帯端末が前記基地局に繋がるよ
   うにしたことを特徴とする通信システム。