JP2001036381A - 相互コンダクタンス増幅器およびこれを含む送信機および集積回路 - Google Patents
相互コンダクタンス増幅器およびこれを含む送信機および集積回路Info
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Abstract
たワイドバンドノイズフィルタリング特性を有する高線
形性相互コンダクタンス増幅器を提供すること。 【解決手段】 電圧入力を受信しかつ電流出力を提供す
る相互コンダクタンス増幅器(22)が開示される。相
互コンダクタンス増幅器は、電流ミラーを構成するトラ
ンジスタ間にローパスフィルタ(F1またはF2)を有
する電流ミラーを含む。そのような相互コンダクタンス
増幅器は、相互コンダクタンス増幅器の別個の高Qフィ
ルタダウンストリームの必要性を除去し、またはダウン
ストリームフィルタにおけるフィルタリング要求条件を
低減して低コストのフィルタとすることになる。
Description
り、特に、ワイドバンドノイズフィルタリングを備えた
相互コンダクタンス増幅器を含む通信システムに関す
る。
通信システムは、第1のトランシーバの一部の送信機と
第2のトランシーバの一部の受信機との間の通信を行
う。多くの通信システムにおいて、変調器の一部として
の相互コンダクタンス増幅器が、入力電圧を出力電流に
変換するために使用される。電圧/電流変換は、相互コ
ンダクタンス増幅器の動作の周波数範囲において線形で
なければならない。広い動作周波数範囲において線形性
を保つ電圧/電流相互コンダクタンス増幅器の設計は、
非常に困難であった。
テム中の他の回路により生成されるワイドバンドノイズ
は、相互コンダクタンス増幅器のアップコンバートされ
たダウンストリームである可能性があり、受信機との干
渉を起こすことがある。受信機との干渉を防止するため
に、変調器出力信号は、受信バンドにおいて変調器によ
り生成される雑音を低減するためにしばしばフィルタさ
れる。アップコンバートされると、フィルタされなけれ
ばならい雑音は、周波数における比較的小さな空間的差
(spacial difference)だけ所望の送信信号から分離さ
れ、フィルタリングを行うために高品質ファクタフィル
タ(factor filter)を必要とする。
ファクタインダクタ(factor inductor)がないために、
集積回路上に容易に具現化することはできない。その代
わり、集積回路の外部のフィルタが、受信バンド中のワ
イドバンドノイズを許容可能な低レベルに減少させるた
めに典型的に使用される。そのようなフィルタは、信号
が電力増幅器に提供される前、または信号が電力増幅器
により増幅された後のいずれかに設けることができる。
を駆動するために、電力増幅器を通過させられる。増幅
の後のフィルタリングは、雑音のフィルタリングに加え
て、所望の信号が、フィルタの挿入損失により僅かに減
衰されること、および電力増幅器が、追加的な電力を提
供することによりこの損失を補償しなければならないと
いう欠点を有する。これは、バッテリ電源デバイスにと
って特に望ましくない。
現化されうる改善されたワイドバンドノイズフィルタリ
ング特性を有する高線形性相互コンダクタンス増幅器が
求められている。そのような相互コンダクタンス増幅器
は、相互コンダクタンス増幅器の別個の高Qフィルタダ
ウンストリームの必要性を除去し、またはダウンストリ
ームフィルタにおけるフィルタリング要求条件を低減し
て低コストのフィルタとすることになる。
ンダクタンス増幅器は、電圧入力を受信し、電流出力を
提供する。相互コンダクタンス増幅器は、電流ミラーを
構成するトランジスタ間にローパスフィルタを有する電
流ミラーを含む。
ブロック図が図1に示されている。トランシーバ20
は、受信機24および送信機26を含む。トランシーバ
20は、差動入力電圧を受信し、広い線形範囲において
差動電流出力を提供するための相互コンダクタンス増幅
器22(図2参照)を含む。相互コンダクタンス増幅器
22は、電流ミラーを形成するトランジスタ間にローパ
スフィルタを含む。
トランシーバ20は、これに限定されることなく、二方
向ラジオ、セルフォンハンドセット、セルフォン基地
局、ブロードバンドビデオチューナ、テレビジョンセッ
トボックスまたはパーソナルコンピュータケーブルモデ
ムを含む通信システムまたは通信システムの一部を例示
するものである。
リケーションにおいて、アンテナ28により受信された
信号は、バンドパスフィルタ30、低雑音増幅器32を
通され、スピーカ38および他の出力デバイス40のよ
うな別のデバイスを駆動するために、追加的処理36の
前に1つまたは2つ以上の段34によりダウンコンバー
トされることにより受信機24により処理される。
り送信されるべき情報は、ブロック42により処理さ
れ、同相および直交入力信号としてミクサ44および4
6へ提供される。周波数生成器48は、ミクサ44およ
び46に提供される同相直交局所発振器信号を生成す
る。加算器50は、ミクサ44および46からの出力を
加算し、信号出力を電力増幅器52に提供する。電力増
幅器52は、信号が送信機26により送信されるとき、
アンテナ28を駆動する。
よび加算ブロック50を含む。図1に示された直接変調
器(direct modulator)54は、変調器の1つの可能性の
ある具現化であるが、これに限定されることなく、関節
および二重直交変調器を含む他の変調器デザインも、本
発明の範囲内にあると考えられる。
れた回路図に示された相互コンダクタンス増幅器22を
含む。相互コンダクタンス増幅器22は、図2に示され
ているように、中心線CLについて典型的には、左右対
称である。対称的な実施形態における中心線CLの対向
する側のデバイス対は、同一である。
ンス増幅器22の正の高電位Vccに結合された定電流
源であり、バイアス電流を相互コンダクタンス増幅器2
2に提供する。キャパシタC1は、存在する場合、電流
源I1およびI2の出力間に結合されて、ノードN1お
よびN2とも呼ばれる。キャパシタC1は、相互コンダ
クタンス増幅器22内のフィードバックループの全体的
安定性を強化する補償キャパシタである。
ジスタとして示されているトランジスタT1およびT2
は、それぞれノードN1およびN2に結合されたコレク
タおよびノードN3およびN4に結合されたエミッタを
有する。トランジスタT1およびT2は、入力デバイス
であり、各ベースにおいて正および負の差動入力電圧信
号Vin+およびVin-を受信する。
の間に結合されている。定電流が、電流源I1およびI
2により、トランジスタT1およびT2の各々のコレク
タ・エミッタ導電パスを通して維持される。トランジス
タT1およびT2の両方の導電パスを通る定電流で、ベ
ース・エミッタ間電圧は、一定に保たれ、一定のベース
・エミッタ間電圧降下が、端子に加えられる差動入力電
圧信号Vin+およびVi n-が抵抗器R1の端子間に現れる
結果、生じる。抵抗器R1の端子間の電圧降下は、トラ
ンジスタT1およびT2に加えられる差動入力電圧信号
に比例する。
ンジスタとして示されているトランジスタT3およびT
4は、それぞれ、ノードN3およびN4に結合されたコ
レクタ、およびそれぞれ抵抗器R3およびR4に結合さ
れたエミッタを有する。抵抗器R3およびR4は、図2
におい接地として示されている正の低電位に結合されて
いる。図2において左から右に正であると仮定されてい
る差動電流ΔIが、抵抗器R1を通り、抵抗器R1の抵
抗値により、瞬時差動入力電圧信号の大きさが分割され
る。
エミッタ導電パスを通る電流I0 が一定であると仮定す
ると、トランジスタT4のコレクタ・エミッタ導電パス
を通る電流は、I0+ΔIであり、トランジスタT3の
導電パスを流れる電流は、I0−ΔIである。トランジ
スタT3およびT4を通る差動電流は、差動入力電圧信
号に直接的に比例し、これにより相互コンダクタンス増
幅器22に対する入力線形性を提供する。
て具現化されたトランジスタT7およびT8は、それぞ
れトランジスタT3およびT4の動作のそれぞれ電流源
I1およびI2へのフィードバックを提供する。トラン
ジスタT7のソース・ドレイン導電パスはノードN1と
ノードN5との間に結合されており、ノードN5は、ト
ランジスタT3のベースに結合されている。トランジス
タT7のゲートは、バイアス電圧Vbiasにより低電位に
バイアスされている。当業者は、加えられた差動電圧信
号の周波数を変化させるバイアス電圧を作る電圧ディバ
イダ、電流源およびインピーダンス、または他の知られ
た技術によりバイアス電圧を作ることができる。
パスはノードN2とノードN6との間に結合されてお
り、ノードN6はトランジスタT4のベースに結合され
ている。T8のゲートは、トランジスタT7のゲートの
バイアスと同様に、低電位にバイアスされている。トラ
ンジスタT7およびT8は、トランジスタT3およびT
4の動作と独立に、トランジスタT1およびT2のコレ
クタ・エミッタ導電パスを通る電流を一定に維持するた
めに、それぞれノードN1およびN2へフィードバック
を提供する。本願の出願人に譲渡された、米国特許出願
シリアル番号08/903012、Broadband Linear T
ransconductance Amplifier with Resistive Pole-Spli
tting Compensation, filed July 31, 1997 を参照のこ
と。
7との間にあり、トランジスタT3により提供される信
号からワイドバンド雑音をフィルタする。トランジスタ
T3およびT5は、トランジスタT3のコレクタ・エミ
ッタ導電パスを通る電流のフィルタされた表現を、トラ
ンジスタT5のコレクタ・エミッタ導電パス中に複製す
るための電流ミラーとして動作する。
8との間にあり、トランジスタT4により提供される信
号からワイドバンド雑音をフィルタする。トランジスタ
T4およびT6は、トランジスタT4のコレクタ・エミ
ッタ導電パスを通る電流のフィルタされたバージョン
を、トランジスタT6のコレクタ・エミッタ導電パス中
に複製するための電流ミラーとして動作する。
は、抵抗器R1を通る交番信号電流に対して、トランジ
スタT1およびT2のコレクタ・エミッタ導電パスを通
る大きなDCバイアス電流を維持することにより強化さ
れうる。出力中にいくらかのDC電流が必要であるが、
過剰なDC電流は、回路の電力消費を増大させる。
およびT6からなる電流ミラーを通る出力への大きなD
Cバイアス電流の反映よりもむしろ、電流源I3および
I4は、出力トランジスタT5およびT6にミラーされ
る前に、いくらかのDC電流を除去するために、それぞ
れノードN3およびN4へ結合される。電流源I1およ
びI2の各々により提供されるバイアス電流は、出力ト
ランジスタT5およびT6中のDC電流成分を低減させ
る電流源I3およびI4中に表れる対応する電流よりも
大きい。
に、電流ミラーは、増倍率を導くために使用され得る。
例えば、出力トランジスタT5またはT6の面積を、そ
れぞれ電流ミラーT3またはT4中の他のトランジスタ
の面積のM倍にし、抵抗器R3またはR4の値を抵抗器
R5またはR6の値のM倍にすることは、出力電流を入
力電流のM倍にすることになる。比例的なサイジング(s
izing)は、同じ電流密度を維持する。
してのローパスフィルタF1およびF2は、インダクタ
・キャパシタ回路のような他の構成部品を使用して具現
化されうる。ローパスフィルタF1およびF2は、回路
を動作させるためにDC電流を通過させることができな
ければならない。
ールフィルタとして示されているが、本発明はこれに限
定されない。複数の極を有するフィルタも、ワイドバン
ド雑音をフィルタ除去するために機能する。また、これ
に限定されないが、バタワース(Butterworth)フィルタ
および Chelychevフィルタのようなより複雑なフィルタ
も使用することができる。所望の信号を通過させるのに
十分高いが、ワイドバンドノイズを減衰するために十分
に低いカットオフ周波数を有するいずれのローパスフィ
ルタも、十分である。カットオフ周波数は、アプリケー
ションに依存し、アプリケーション毎に変化する。
フィルタする利点は、信号が、ベースバンド周波数から
無線周波数へのような、より高い周波数にアップコンバ
ートされていないことである。信号がより高い周波数に
アップコンバートされると、フィルタ除去されるべきノ
イズは、比較的小さい周波数における空間的距離により
望ましい信号から分離され、ノイズは、より低いベース
バンド周波数において、大きい周波数における空間的距
離により望ましい信号から分離されている。
受信バンドは、900MHz範囲の周波数において送信
および受信を行うシステム中で45MHz分離されう
る。30kHzのベースバンド中の望ましい信号で、周
波数アップコンバージョンに先立ってワイドバンドノイ
ズをフィルタ除去するために必要とされるフィルタのク
オリティファクタは、次式のクオリティファクタQを有
することになることが分かる。 Q1 =30kHz/45MHz=.67×10-3
の後、同じワイドバンドノイズをフィルタ除去するため
に、次式のクオリティファクタを有するフィルタを必要
とすることになる。 Q2 =900MHz/45MHz=20
クタンス増幅器により受信される差動入力電圧信号に存
在し、また相互コンダクタンス増幅器の全ての構成部品
によりもたらされる雑音が存在する。相互コンダクタン
ス増幅器22にフィルタを内蔵させることで、相互コン
ダクタンス増幅器により受信される差動入力電圧信号に
存在する雑音および出力トランジスタT5およびT6以
外の相互コンダクタンス増幅器22の全ての構成部品に
よりもたらされる雑音を除去する。
たフィードバックループを示すが、フィードバックルー
プが、ノードN5およびN6に結合される代わりに、図
2中の破線により示されているようにそれぞれノードN
7およびN8に結合される場合、相互コンダクタンス増
幅器22は、あまり有効ではないが動作する。
増幅器22を示し、トランジスタT1ないしT6は、バ
イポーラデバイスとして製造され、トランジスタT7お
よびT8は、相補形金属酸化物半導体(CMOS)デバ
イスとして製造される。当業者は、本発明の範囲内で、
回路を修正することができる。
0に示されている。これらの実施形態は、全ての可能性
のある変形を全て示すことを意図していない。図3ない
し10に示された代替的な実施形態は、中心線CLを跨
るトランジスタの対は、バイポーラまたはCMOSの同
じタイプのデバイスである。図3は、トランジスタT
1,T2,T7およびT8がCMOSデバイスであり、
トランジスタT3,T4,T5およびT6がバイポーラ
デバイスである代替的な実施形態による相互コンダクタ
ンス増幅器を示す。
がバイポーラデバイスであり、他のトランジスタがCM
OSデバイスである代替的な実施形態による相互コンダ
クタンス増幅器を示す。
バイスである代替的な実施形態による相互コンダクタン
ス増幅器を示す。
イポーラデバイスであり、個々のトランジスタT7およ
びT8が、いくつかのトランジスタを内蔵するフィード
バック回路により置き換えられた代替的な実施形態によ
る相互コンダクタンス増幅器を示す。
がCMOSデバイスであり、トランジスタT3,T4,
T5およびT6がバイポーラデバイスであり、図2のフ
ィードバックトランジスタT7およびT8が、いくつか
のトランジスタを含むフィードバック回路により置き換
えられた代替的な実施形態による相互コンダクタンス増
幅器を示す。
が、バイポーラデバイスであり、トランジスタT3,T
4,T5およびT6がCMOSデバイスであり、図2の
フィードバックトランジスタT7およびT8が、マルチ
トランジスタフィードバック回路により置き換えられた
代替的な実施形態による相互コンダクタンス増幅器を示
す。
T4,T5およびT6がCMOSデバイスであり、図2
のフィードバックトランジスタT7およびT8が、マル
チプルトランジスタフィードバック回路により置き換え
られた代替的な実施形態による相互コンダクタンス増幅
器を示す。
ンス増幅器に対して相補的な代替的な実施形態による相
互コンダクタンス増幅器を示す。図10の相補形相互コ
ンダクタンス増幅器において、p型トランジスタの各々
は、n型トランジスタに変更され、n型トランジスタの
各々は、p型トランジスタに変更され、npn型トラン
ジスタの各々は、pnp型トランジスタに変更され、極
性がレールに対して反転されている。ただ1つの相補型
回路が示されているが、即ち図2に対して相補的な図1
0のみが示されているが、当業者は、図3ないし9に示
された各実施形態に対する相補型回路を作ることができ
る。
タイプに適切なバイポーラ、biCMOSまたはCMO
S技術において集積回路として製造され得る。
ンとして示されているが、当業者は、差動信号が使用で
きることを知っている。
現化されうる改善されたワイドバンドノイズフィルタリ
ング特性を有する高線形性相互コンダクタンス増幅器が
提供できる。
図。
タンス増幅器の概略図。
タンス増幅器の概略図。
タンス増幅器の概略図。
タンス増幅器の概略図。
タンス増幅器の概略図。
タンス増幅器の概略図。
タンス増幅器の概略図。
本発明による相互コンダクタンス増幅器の概略図。
Claims (21)
- 【請求項1】 正の高電位(V)に結合された第1およ
び第2の電流源(I1,I2)と、 それぞれの第1の端子が電流源(I1,I2)および差
動入力電圧信号を受信する第2の端子(Vin+,Vin-)
に結合された、各々が電流源と正の低電位との間に結合
された第1および第2の入力トランジスタ(T1,T
2)と、 第1および第2の入力トランジスタ(T1,T2)の各
々の第3の端子間に結合されたインピーダンス(R1)
と、 前記第1および第2のトランジスタ(T1,T2)の各
々の第3の端子に結合された各々の第1の端子を有し、
各々の第2の端子は前記正の低電位に結合されており、
各々の第3の端子は第1および第2のトランジスタの各
々の第1の端子に結合されたフィードバック回路に結合
されている第3および第4のトランジスタ(T3,T
4)と、 前記第3および第4のトランジスタ(T3,T4)の第
3の端子に結合された各々の端子を有し、相互コンダク
タンス増幅器(22)からの出力が表れる別の端子(I
out-Iout+)を有する第1および第2の電流ミラートラ
ンジスタ(T5,T6)と、 第1および第2のローパスフィルタ(F1,F2)とを
有し、 前記第1のローパスフィルタ(F1)は、前記第3のト
ランジスタの第3の端子と前記第1の電流ミラートラン
ジスタとの間に結合され、前記第2のローパスフィルタ
(F2)は、前記第4のトランジスタの第3の端子と前
記第2の電流ミラートランジスタとの間に結合されてい
ることを特徴とする相互コンダクタンス増幅器(2
2)。 - 【請求項2】 前記第1および第2のトランジスタの前
記第1の端子間に結合されたキャパシタンス(C1)を
さらに含むことを特徴とする請求項1記載の相互コンダ
クタンス増幅器。 - 【請求項3】 前記第3のトランジスタの第1の端子と
正の低電位との間に結合された第3の電流源(I3)を
さらに含むことを特徴とする請求項1記載の相互コンダ
クタンス増幅器。 - 【請求項4】 前記第4のトランジスタの第1の端子と
正の低電位との間に結合された第4の電流源(I4)を
さらに含むことを特徴とする請求項3記載の相互コンダ
クタンス増幅器。 - 【請求項5】 前記第1のトランジスタ、第2のトラン
ジスタ、第3のトランジスタ、第4のトランジスタ、第
1の電流ミラートランジスタおよび第2の電流ミラート
ランジスタが、バイポーラデバイスであることを特徴と
する請求項1記載の相互コンダクタンス増幅器。 - 【請求項6】 前記フィードバック回路が、バイポーラ
デバイスを含むことを特徴とする請求項5記載の相互コ
ンダクタンス増幅器。 - 【請求項7】 前記フィードバック回路が、相補型金属
酸化物半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項5
記載の相互コンダクタンス増幅器。 - 【請求項8】 前記第3のトランジスタ、第4のトラン
ジスタ、第1の電流ミラートランジスタおよび第2の電
流ミラートランジスタは、バイポーラデバイスであり、
前記第1のトランジスタおよび第2のトランジスタは、
相補型金属酸化物半導体デバイスであることを特徴とす
る請求項1記載の相互コンダクタンス増幅器。 - 【請求項9】 前記フィードバック回路は、バイポーラ
デバイスを含むことを特徴とする請求項8記載の相互コ
ンダクタンス増幅器。 - 【請求項10】 前記フィードバック回路は、相補型金
属酸化物半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項
8記載の相互コンダクタンス増幅器。 - 【請求項11】 前記第1および第2のトランジスタ
(T1,T2)は、バイポーラデバイスであり、前記第
3のトランジスタ、第4のトランジスタ、第1の電流ミ
ラートランジスタおよび第2の電流ミラートランジスタ
(T3,T4,T5,T6)は、相補型金属酸化物半導
体デバイスであることを特徴とする請求項1記載の相互
コンダクタンス増幅器。 - 【請求項12】 前記フィードバック回路は、バイポー
ラデバイスを含むことを特徴とする請求項11記載の相
互コンダクタンス増幅器。 - 【請求項13】 前記フィードバック回路は、相補型金
属酸化物半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項
11記載の相互コンダクタンス増幅器。 - 【請求項14】 前記第1のトランジスタ、第2のトラ
ンジスタ、第3のトランジスタ、第4のトランジスタ、
第1の電流ミラートランジスタおよび第2の電流ミラー
トランジスタ(T1,T2,T3,T4,T5,T6)
は、相補型金属酸化物半導体デバイスであることを特徴
とする請求項1記載の相互コンダクタンス増幅器。 - 【請求項15】 前記フィードバック回路は、バイポー
ラデバイスを含むことを特徴とする請求項14記載の相
互コンダクタンス増幅器。 - 【請求項16】 前記フィードバック回路は、相補型金
属酸化物半導体を含むことを特徴とする請求項14記載
の相互コンダクタンス増幅器。 - 【請求項17】 前記第1および第2のローパスフィル
タ(F1,F2)のうちの少なくとも一方が、抵抗器・
キャパシタ回路を含むことを特徴とする請求項1記載の
相互コンダクタンス増幅器。 - 【請求項18】 前記第1および第2のローパスフィル
タ(F1,F2)のうちの少なくとも一方が、抵抗器・
インダクタ回路を含むことを特徴とする請求項1記載の
相互コンダクタンス増幅器。 - 【請求項19】 電流ミラートランジスタ間にローパス
フィルタ(F1またはF2)を有する電流ミラーを含む
相互コンダクタンス増幅器(22)を含む送信機(2
6)。 - 【請求項20】 前記送信機が、トランシーバの一部で
あることを特徴とする請求項19記載の送信機。 - 【請求項21】 電流ミラーのトランジスタ間にローパ
スフィルタ(F1またはF2)を有する電流ミラー(T
3−T5またはT4−T6)を含む相互コンダクタンス
増幅器(22)を有する集積回路。
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