JP2001036363A - 利得可変増幅器 - Google Patents
利得可変増幅器Info
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- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
- H03G3/3036—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers
- H03G3/3042—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers in modulators, frequency-changers, transmitters or power amplifiers
Abstract
得可変増幅器を提供すること。 【解決手段】利得制御部34は、制御入力電圧(利得制
御信号)Vcnt を分岐して第1〜第3制御電圧Vc1〜V
c3を生成すると共に、それらを各単位可変増幅器31〜
33の利得が前段のものほど大きくなるように制御す
る。
Description
機器に用いられる利得可変増幅器に関するものである。
ために、受信の電波強度に応じて送信の電波強度を正確
に制御することと、高い音質が要求されている。そのた
め、送受信部に用いられるAGC(Automatic Gain Con
trol)回路に用いられる利得可変増幅器には、広範囲に
おいて直線性の良い利得特性と、雑音指数の小さい特性
を持つことが求められている。
路図である。利得可変増幅器10は、利得制御信号(制
御入力電圧Vc )に応じた利得で入力信号Pinを増幅し
て生成した出力信号Pout を出力する。この利得可変増
幅器10は、直列接続された複数(この例では3個)の
単位可変利得増幅器(以下、単位増幅器という)11,
12,13と、それらの利得を制御する信号を制御入力
電圧Vc から生成するための直流増幅器14、レベルシ
フト回路15,16,17、及び電圧制限回路18,1
9,20を備えている。
幅して生成した信号を各レベルシフト回路15,16,
17に出力する。各レベルシフト回路15,16,17
は、入力電圧をそれぞれ所定の直流電圧値だけレベルシ
フトした電圧Vb1,Vb2,Vb3を出力する。電圧制限回
路18,19,20は、対応するレベルシフト回路1
5,16,17の出力電圧Vb1,Vb2,Vb3を一定の直
流電圧範囲に電圧制限して生成した制御電圧Vc1,Vc
2,Vc3を対応する単位増幅器11,12,13に出力
する。
ルシフト回路15,16,17が出力する電圧Vb1,V
b2,Vb3の関係を示す特性図、図9(b)は、制御入力
電圧Vc と各電圧制限回路18,19,20が出力する
制御電圧Vc1,Vc2,Vc3の関係を示す特性図である。
2,13の制御電圧Vc1,Vc2,Vc3を生成すると、各
単位増幅器11,12,13が制御入力電圧Vc の上昇
とともに順次増幅動作する。これにより、図9(c)に
示すように、利得可変増幅器10は、制御入力電圧Vc
の変化に対してほぼ直線的な利得特性を得ることができ
る。
利得可変増幅器10では、総合での高利得領域(制御入
力電圧Vc が最大値に近い領域)において、雑音指数が
大きくなるという問題がある。これは、利得可変増幅器
10が、利得特性をほぼ直線的に変化させるために、各
段の単位増幅器11〜13の利得を制限しているからで
ある。
音指数を小さくするために初段の単位増幅器11の利得
を大きくすると利得変化の直線性が劣化し、直線性をよ
くするために単位増幅器11の利得を小さく抑えると雑
音指数が劣化するという問題を生じていた。
入力信号をそれぞれ別々にレベルシフトして電圧Vb1か
らVb3を生成しているため、プロセスバラツキによって
各レベルシフト回路15〜17のシフト量がずれると、
各段の単位増幅器11〜13の動作を切り替えるタイミ
ングが図10(a)又は図10(c)のようにずれる。
このことは、利得特性の直線性を阻害するという問題を
生じていた。同様に、プロセスバラツキによって各電圧
制限回路18〜20に発生する電圧制限値のばらつき
は、利得特性の直線性を阻害する。
れたものであって、その目的は利得特性の直線性がよ
く、雑音指数の小さい利得可変増幅器を提供することに
ある。
め、請求項1に記載の発明は、利得制御信号に基づいて
生成した複数の制御信号により複数段の単位可変利得増
幅器の利得をそれぞれ制御し、該複数の単位可変利得増
幅器により入力信号を多段増幅して生成した信号を出力
する利得可変増幅器において、前記各単位可変利得増幅
器の利得が前段のものほど大きくなるように前記複数の
制御信号を生成する利得制御部を備えた。これにより、
直線性の高い利得特性が得られ、多段増幅器における雑
音指数が低くなる。
のように、前記利得制御信号が所定の電圧を超えると、
前段の単位可変利得増幅器に供給した制御電圧を分岐し
てその単位可変利得増幅器と次段の単位可変利得増幅器
にそれぞれ供給する制御電圧を生成する。これにより、
単位可変利得増幅器の切替タイミングが各段において一
致する。
のように、各制御電圧特性がオーバーラップ領域を有す
るように各制御電圧を生成する。これにより、総合の利
得特性の直線性が高くなる。
のように、オーバーラップ領域において、所定段の前記
制御電圧をその次段の前記制御電圧が補うように各制御
電圧を生成する。これにより、総合の利得特性の直線性
が高くなる。
のように、前記利得制御信号を分岐して前記複数の単位
増幅器に対応して複数の分岐電圧を生成する制御電圧分
岐回路と、前記複数の分岐電圧の傾きを調整して前記複
数の制御信号を生成する電圧傾斜調整回路と、を備え
る。
の発明のように、前記複数の単位可変利得増幅器の数よ
り1つ少ない数だけ設けられ、入力電圧を分岐して2つ
の分岐電圧を生成し、前記電圧傾斜調整回路は、前記複
数の単位可変利得増幅器の数と同数設けられ、前記分岐
電圧の傾きを調整して生成した前記制御電圧を出力す
る。
の発明のように、直列接続した抵抗及びダイオードを備
え、前記ダイオードのアノードに前記抵抗を介して入力
電圧を供給し、前記ダイオードと前記抵抗の間のノード
から第1の分岐電圧を出力し、前記抵抗の両端の電位差
を持つ第2の分岐電圧を出力する。
の形態を図1〜図5に従って説明する。図1は、本実施
の形態の利得可変増幅器30のブロック回路図である。
数(本実施の形態では3個)の単位利得可変増幅器(以
下、単位増幅器という)31,32,33と、それらの
利得を制御する利得制御部34を含む。
号(制御入力電圧Vcnt )を分割して生成した制御電圧
Vc1,Vc2,Vc3を単位増幅器31,32,33に出力
する。初段の第1単位増幅器31には入力信号Pinが入
力される。各単位増幅器31〜33は、制御電圧Vc1〜
Vc3に応じて利得を可変し、入力信号を増幅した信号を
出力する。これにより、利得可変増幅器30は、制御入
力電圧Vcnt に応じた利得(各単位増幅器31〜33の
利得の総和)にて入力信号Pinを増幅して生成した信号
Pout を出力する。
域では初段の第1単位増幅器31の利得のみが変化する
ように第1制御電圧Vc1を生成し、高利得領域に移るに
従って得ようとする利得を第2単位増幅器32へ、第2
及び第3単位増幅器32,33へ分配するように各制御
電圧Vc1,Vc2,Vc3を生成する。更に、利得制御部3
4は、高利得領域における利得配分を、前段の単位増幅
器31,32の利得の方がそれぞれの後段の単位増幅器
32,33のそれより大きくなるように利得変化率を調
整する。そして、利得制御部34は、格段の単位増幅器
31〜33への利得の分配タイミングを、図2(a)〜
(c)に示す切替電圧Vs1,Vs2で行う。
t に対する各制御電圧Vc1,Vc2,Vc3の関係をそれぞ
れ示す図である。図3(a)は、制御入力電圧Vcnt と
各制御電圧Vc1,Vc2,Vc3の総和の関係を示す図、図
3(b)は、制御入力電圧Vcnt に対する利得の特性を
示す図である。
は、制御入力電圧Vcnt が第1切替電圧Vs1より小さい
とき、該電圧Vcnt の変化量に対して所定の変化量を持
つ第1制御電圧Vc1を第1単位増幅器31に出力する。
この制御入力電圧Vcnt の変化量に対する第1制御電圧
Vc1の変化量(第1制御電圧Vc1の変化を示す直線の傾
きθ1)を、第1制御電圧Vc1の変化率といい、この変
化率は第1単位増幅器31の利得の変化率に対応する。
第1単位増幅器31の利得の変化率と実質的に同一の変
化率を有する利得にて入力信号Pinを増幅して生成した
信号Pout を出力する。
cnt が第1切替電圧Vs1より大きいとき、総合の利得を
第1及び第2単位増幅器31,32に分配するように、
第1及び第2制御電圧Vc1,Vc2の傾き(変化量)を調
整する。即ち、図2(a)に示すように、利得制御部3
4は、第1制御電圧Vc1の傾き(角度θ1)を角度θ2
aに変更し、第2制御電圧Vc2の傾きを第1制御電圧V
c1のそれよりも小さい角度θ2b(=θ1−θ2a)に
変更する。
圧Vcnt が第2切替電圧Vs2より大きいとき、総合の利
得を第1〜第3単位増幅器31〜32に分配し、第2単
位増幅器32の利得を第2及び第3単位増幅器32,3
3に分配するように、第1〜第3制御電圧Vc1〜Vc3の
傾き(変化量)を調整する。即ち、図2(b)に示すよ
うに、利得制御部34は、第2制御電圧Vc2の傾き(角
度θ2b)を角度θ3aに変更し、第3制御電圧Vc3の
傾きを第2制御電圧Vc2のそれよりも小さい角度θ3b
(=θ2b−θ3a)に変更する。
の変化率を前段の単位増幅器ほど利得が大きくなるよう
に各段の単位増幅器31〜33の利得変化率に分岐し
た。これにより、前段の単位増幅器31が高利得/低雑
音で動作するため、総合(利得可変増幅器30全体)で
の雑音指数が小さくなる。
cnt を分岐して第1〜第3制御電圧Vc1〜Vc3を生成す
ると共に、各制御電圧Vc1〜Vc3を所定の切替電圧Vs
1,Vs2で切り替える。従って、プロセスバラツキなど
による直線性の劣化を防止する。さらに、プロセスバラ
ツキにより切替電圧Vs1,Vs2が変動する、又は分岐比
率が変動しても、切り替えのタイミング(電圧)、又は
各単位増幅器31〜33の利得変化率がプロセスバラツ
キに応じて変動するだけであるため、総合の利得を一定
の変化率に保持し、直線性の高い利得特性が得られる。
1〜33の制御を切り替えるタイミングを、各段の単位
増幅器31〜33の利得制御を行う期間がオーバーラッ
プするように制御する。
電圧Vc1の変化率(特性を示す線分の傾き)を第1の傾
斜から第2の傾斜に変更するタイミング(第1切替電圧
Vs1,図4(a)参照)において、図4(b)に示すよ
うに、第1制御電圧Vc1の傾きを第1の傾斜から第2の
傾斜に徐々に少なくする。これに対応して、利得制御部
34は、第2制御電圧Vc2の傾きを、徐々に大きくす
る。そして、利得制御部34は、このオーバーラップ領
域における第1及び第2制御電圧Vc1,Vc2の合計の変
化率を一定の変化率に制御する。即ち、利得制御部34
は、第1制御電圧Vc1による利得の変化量を第2制御電
圧Vc2による利得の変化量で補うように動作する。
る。利得制御部34は、制御電圧分岐回路(以下、単に
分岐回路という)35,36、電圧傾斜調整回路(以
下、単に調整回路という)37,38,39を含む。
電圧Vcnt を、その電圧値に応じて分岐した値を持つ第
1及び第2分岐電圧Vd1,Vd2を第1及び第2調整回路
37,38に出力する。
力電圧Vcnt が所定の電圧(第1切替電圧Vs1)より小
さいとき、該電圧Vcnt と同一値を持つ第1分岐電圧V
d1を出力し、制御入力電圧Vcnt が第1切替電圧より大
きいとき、該電圧Vcnt を所定の比率にて2分割した電
圧をそれぞれ持つ第1及び第2分岐電圧Vd1,Vd2を出
力する。
増幅又は減衰して生成した第1制御電圧Vc1を第1単位
増幅器31に出力する。第2調整回路38は、第2分岐
電圧Vd2を増幅又は減衰して生成した電圧Vd2a を第2
分岐回路36に出力する。
その電圧値に応じて分岐した値を持つ第2制御電圧Vc2
及び第3分岐電圧Vd3を第2単位増幅器32及び第3調
整回路39に出力する。
圧Vd2a が所定の電圧(第2切替電圧Vs2に対応し、そ
の第2切替電圧Vs2を第2分岐回路36が持つ分岐比に
て分圧した電圧)より小さいとき、該電圧Vd2a と同一
値を持つ第2制御電圧Vc2を出力し、入力電圧Vd2a が
所定の電圧より大きいとき、該電圧Vd2a を所定の比率
にて2分割した電圧をそれぞれ持つ第2制御電圧Vc2及
び第3分岐電圧Vd3を出力する。
増幅又は減衰して生成した第3制御電圧Vc3を第3単位
増幅器33に出力する。このようなこうせいにより、利
得制御部34は、制御入力電圧Vcnt を分岐して生成し
た第1〜第3制御電圧Vc1〜Vc3を出力する。
第1〜第3調整回路37〜39の一具体例を図4に従っ
て説明する。第1分岐回路35は、直列接続した抵抗R
1及びダイオードD1を備える。抵抗R1の第1端子に
は制御入力電圧Vcnt が供給され、抵抗R1の第2端子
はダイオードD1のアノードに接続され、ダイオードD
1のカソードは低電位電源(本実施形態ではグランド)
に接続されている。
自身のフォワード電圧より小さいときにオフし、フォワ
ード電圧より大きいときにオンする。ダイオードD1が
オフしているとき、制御入力電圧Vcnt は抵抗R1を介
して第1調整回路37に第1分岐電圧Vd1として供給さ
れる。
抗に従ってダイオードD1と抵抗R1の間のノードから
グランドに向かって電流が流れ、これにより抵抗R1に
電流が流れそれの両端にその抵抗値に応じた電位差が生
じる。その結果、第1分岐電圧Vd1は、制御入力電圧V
cnt を抵抗R1とダイオードD1のオン抵抗により分圧
した電圧を持ち、抵抗R1の両端の電位差を持つ第2分
岐電圧Vd2が第2調整回路38に供給される。
第1切替電圧Vs1として設定され、抵抗R1とダイオー
ドD1のオン抵抗の比が制御入力電圧Vcnt を第1及び
第2分岐電圧Vd1,Vd2に分岐する割合として設定され
る。
と抵抗R2,R3を備える。オペアンプOPA1の非反
転入力端子には第1分岐電圧Vd1が供給され、反転入力
端子は抵抗R2を介して出力端子に接続されると共に抵
抗R3を介してグランドに接続される。これにより、第
1調整回路37は、オペアンプOPA1及び抵抗R2,
R3からなる非反転増幅器として動作し、抵抗R2,R
3の抵抗値に基づく増幅度にて第1分岐電圧Vd1を増幅
(又は減衰)した第1制御電圧Vc1を出力する。
と抵抗R4,R5,R6,R7を備える。オペアンプO
PA2の反転入力端子は抵抗R4を介して出力端子に接
続されると共に抵抗R5を介して第1分岐回路35の抵
抗R1とダイオードD1間のノードに接続される。オペ
アンプOPA2の非反転入力端子は、抵抗R6を介して
第1分岐回路35の抵抗R1の第1端子が接続されると
共に抵抗R7を介してグランドに接続される。
OPA2及び抵抗R4〜R7からなる差動増幅器として
動作し、オペアンプOPA2の非反転入力端子と反転入
力端子間の電位差、即ち第2分岐電圧Vd2を抵抗R4〜
R7の抵抗値に基づく増幅度にて増幅(又は減衰)した
電圧Vd2a を出力する。
8及び複数のダイオードD2,D3を備える。抵抗R8
の第1端子には電圧Vd2a が供給され、抵抗R8の第2
端子はダイオードD2のアノードに接続され、ダイオー
ドD2のカソードはダイオードD3のアノードに接続さ
れ、ダイオードD3のカソードはグランドに接続されて
いる。
路35と同様に動作する。即ち、第2分岐回路36は、
電圧Vd2a が2つのダイオードD2,D3のフォワード
電圧の合計値よりも小さいときにはその電圧Vd2a と同
一値を持つ第2制御電圧Vc2を出力する。そして、第2
分岐回路36は、電圧Vd2a が合計値よりも大きいとき
には、その電圧Vd2a を抵抗R8とダイオードD2,D
3のオン抵抗の合計値とで分圧した電圧を有する第2制
御電圧Vc2と、抵抗R8の両端の電位差を持つ第3分岐
電圧Vd3を出力する。
同様に、オペアンプOPA3と抵抗R9,R10,R1
1,R12を備え、それらにより差動増幅回路を構成す
る。従って、第3調整回路39は、第3分岐電圧Vd3を
対抗R9〜R12の抵抗値に基づく増幅度にて増幅(又
は減衰)した第3制御電圧Vc3を出力する。
単位増幅器33の間には、ミキサ回路40が挿入接続さ
れている。このミキサ回路40には、第2単位増幅器3
2の出力信号Po2と、局部発信周波数を持つ信号Minが
入力される。このように構成された利得可変増幅器30
は、入力信号Pinと信号Minの周波数に基づいて、アッ
プコンバータ又はダウンコンバータとして動作する。
ば、以下の効果を奏する。 (1)利得制御部34は、制御入力電圧(利得制御信
号)Vcnt を分岐して第1〜第3制御電圧Vc1〜Vc3を
生成すると共に、それらを各単位増幅器31〜33の利
得が前段のものほど大きくなるように制御した。その結
果、直線性の高い利得特性得ることができるとともに、
多段増幅器における雑音指数を低くすることができる。
cnt 所定の切替電圧Vs1,Vs2を超えると、前段の単位
増幅器31(32)に供給した制御電圧Vc1(Vc2)を
分岐してその単位増幅器31(32)と次段の単位増幅
器32(33)にそれぞれ供給する制御電圧Vc1,Vc2
(Vc2,Vc3)を生成した。これにより、単位増幅器3
1〜33の切替タイミングが各段において一致させるこ
とができ、利得特性の直線性が向上する。
〜Vc3の特性がオーバーラップ領域を有するようにそれ
らを生成した。切り替えのタイミングにおいて、制御電
圧Vc1(Vc2)を次段の制御電圧Vc2(Vc3)が補正す
るため、総合の利得特性の直線性を高くすることができ
る。
してもよい。 ○上記実施の形態では、制御電圧Vc1〜Vc3を制御した
3つの単位増幅器31〜33により利得可変増幅器30
の総合利得を得るようにしたが、これらに加えて従来方
式により制御した単位増幅器を直列接続して利得可変増
幅器を構成しても良い。また、3つの単位増幅器31〜
33のうちの2つを本実施形態の方式により制御し、他
の単位増幅器を従来方式により制御する構成としてもよ
い。
をそれらの構成により図2の如く接続したが、これに限
定されない。例えば、第2分岐回路36を第2及び第3
調整回路38,39の間に挿入接続したが、これを第1
分岐回路35と第2調整回路38の間に挿入接続した構
成とする。また、第1調整回路37に制御入力電圧Vcn
t を入力させ、第1調整回路37の出力電圧を第1分岐
回路35にて分岐して第1制御電圧Vc1と第2分岐電圧
Vd2を生成する構成としても良い。
回路35,36により第1〜第3分岐電圧Vd1〜Vd3を
生成したが、図6に示すように、第1〜第3分岐電圧V
d1〜Vd3を生成する1つの分岐回路51を備えた利得制
御部52、利得可変増幅器53に実施しても良い。
並列に接続する、即ち、図7に示すように、単位増幅器
31,32に対して、直列接続した単位増幅器61,6
2を並列に接続した利得可変増幅器64に具体化しても
よい。この利得可変増幅器64は、各段の単位増幅器、
即ち初段の単位増幅器31,61に第1制御電圧Vc1を
供給し、2段目の単位増幅器32,62に第2制御電圧
Vc2を供給する利得制御部63を有している。この利得
制御部63は、分岐回路35と第1及び第2調整回路3
7,38を備え、それらによって制御入力電圧Vcnt か
ら第1及び第2制御電圧Vc1,Vc2を生成する。このよ
うにして、利得可変増幅器64は、入力信号Pinを増幅
して生成した第1及び第2出力信号Pout1,Pout2を図
示しない回路へそれぞれ出力する。
c2,Vc3により増幅度を可変する単位増幅器31,3
2,33を用いたが、制御電流に応じて増幅度を可変す
る単位増幅器を用いて実施しても良い。その場合、利得
制御部は、各単位増幅器の利得が前段のものほど大きく
なるように複数の制御電流の値を制御する。このような
構成によっても、上記実施の形態と同様の作用及び効果
を得ることができる。
利得特性の直線性がよく、雑音指数の小さい利得可変増
幅器を提供することができる。
図である。
圧に対する制御電圧の特性図、(b)は制御入力電圧に
対する利得の特性図である。
る。
る。
る。
る。
グを説明する図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 利得制御信号に基づいて生成した複数の
制御信号により複数段の単位可変利得増幅器の利得をそ
れぞれ制御し、該複数の単位可変利得増幅器により入力
信号を多段増幅して生成した信号を出力する利得可変増
幅器において、 前記各単位可変利得増幅器の利得が前段のものほど大き
くなるように前記複数の制御信号を生成する利得制御部
を備えたことを特徴とする利得可変増幅器。 - 【請求項2】 請求項1に記載の利得可変増幅器におい
て、 前記利得制御部は、 前記利得制御信号が所定の電圧を超えると、前段の単位
可変利得増幅器に供給した制御電圧を分岐してその単位
可変利得増幅器と次段の単位可変利得増幅器にそれぞれ
供給する制御電圧を生成する、ことを特徴とする利得可
変増幅器。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の利得可変増幅器
において、 前記利得制御部は、各制御電圧特性がオーバーラップ領
域を有するように各制御電圧を生成する、ことを特徴と
する利得可変増幅器。 - 【請求項4】 請求項3に記載の利得可変増幅器におい
て、 前記利得制御部は、オーバーラップ領域において、所定
段の前記制御電圧をその次段の前記制御電圧が補うよう
に各制御電圧を生成する、ことを特徴とする利得可変増
幅器。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のうちの何れか一項に記
載の利得可変増幅器において、 前記利得制御部は、 前記利得制御信号を分岐して前記複数の単位増幅器に対
応して複数の分岐電圧を生成する制御電圧分岐回路と、 前記複数の分岐電圧の傾きを調整して前記複数の制御信
号を生成する電圧傾斜調整回路と、を備えた、ことを特
徴とする利得可変増幅器。 - 【請求項6】 請求項5に記載の利得可変増幅器におい
て、 前記制御電圧分岐回路は、前記複数の単位可変利得増幅
器の数より1つ少ない数だけ設けられ、入力電圧を分岐
して2つの分岐電圧を生成し、 前記電圧傾斜調整回路は、前記複数の単位可変利得増幅
器の数と同数設けられ、前記分岐電圧の傾きを調整して
生成した前記制御電圧を出力する、ことを特徴とする利
得可変増幅器。 - 【請求項7】 請求項6に記載の利得可変増幅器におい
て、 前記制御電圧分岐回路は、直列接続した抵抗及びダイオ
ードを備え、前記ダイオードのアノードに前記抵抗を介
して入力電圧を供給し、前記ダイオードと前記抵抗の間
のノードから第1の分岐電圧を出力し、前記抵抗の両端
の電位差を持つ第2の分岐電圧を出力する、ことを特徴
とする利得可変増幅器。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20764699A JP4071395B2 (ja) | 1999-07-22 | 1999-07-22 | 利得可変増幅器 |
US09/543,893 US6333675B1 (en) | 1999-07-22 | 2000-04-06 | Variable gain amplifier with gain control voltage branch circuit |
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