JP2003008375A - 可変利得増幅器 - Google Patents

可変利得増幅器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作周波数が広く利得調整範囲が広い上に、
低消費電力である可変利得増幅器を提供すること。 【解決手段】 gmセル11は、入力端子13に供給さ
れる入力信号電圧Viを、それに応じた出力電流に変換
する。電流電圧変換回路12は、gmセル11の出力電
流を電圧に変換するとともに、この変換利得を調整する
機能を備えている。すなわち、電流電圧変換回路12
は、演算増幅器14と、この演算増幅器14の入力端子
と出力端子との間に接続されて任意の抵抗値が設定可能
な可変抵抗器15と、からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変利得増幅器の
改良に関し、特に、動作周波数帯域が広い上に利得調整
範囲が広い可変利得増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、演算増幅器(オペアンプ)を用い
た反転増幅器または非反転増幅器は、直線性が良い上に
設計が容易であることから広く利用されている。図3
は、従来の非反転増幅器を利用した可変利得増幅器の一
例であり、例えば演算増幅器1と2つの可変抵抗器2、
3とから構成されている。
【0003】この可変利得増幅器の利得−周波数特性
は、図4に示すように、利得と周波数帯域の積が、使用
する演算増幅器の利得帯域幅積に制限されるという特徴
を持っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】例えば、図3に示す可
変利得増幅器では、図4に示すように利得と周波数帯域
幅の積は、使用する演算増幅器の利得帯域幅積に制限さ
れる。このため、例えば40dBの利得を得るには、必
要な利得帯域幅積の100倍の周波数帯域幅を持つ演算
増幅器が必要であり、演算増幅器の消費電力を増加させ
る原因になる。
【0005】また、例えば40dBの利得制御範囲を持
たせた場合に、利得を変化させると、図3の可変利得増
幅器の周波数帯域幅は100倍に変化するので、利得を
小さくしたときには、無駄に広い周波数帯域を持つこと
になる。また、図3に示す可変利得増幅器の利得の上限
は、演算増幅器の直流電圧利得によって制限されるた
め、動作周波数帯域が広く利得調整範囲の広い可変利得
増幅器を実現することは難しい。
【0006】さらに、演算増幅器の出力から入力への帰
還量は利得により大きく変化するので、広帯域の場合に
特に安定性に十分に注意する必要がある。そこで、本発
明の目的は、上記の点に鑑み、動作周波数が広く利得調
整範囲が広い上に、低消費電力である可変利得増幅器を
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決して本発
明の目的を達成するために、請求項1〜請求項3に記載
の各発明は、以下のように構成した。すなわち、請求項
1に記載の発明は、入力信号電圧に応じた出力電流を生
成して出力するgmセルと、このgmセルの出力電流を
電圧に変換するとともに、この変換利得を調整する調整
手段を含む電流電圧変換回路と、を備えたことを特徴と
するものである。
【0008】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の可変利得増幅器において、前記電流電圧変換回
路は、演算増幅器と、この演算増幅器の入力端子と出力
端子との間に接続されて任意の抵抗値が設定自在な可変
抵抗器と、からなることを特徴とするものである。さら
に、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の可変利
得増幅器において、前記電流電圧変換回路は、演算増幅
器と、この演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接
続されて複数のタップを有する抵抗アレイと、前記gm
セルの出力端子と中間タップとの間に接続されて前記出
力端子と前記所望のタップの選択的な接続を行うスイッ
チアレイと、からなることを特徴とするものである。
【0009】このように本発明によれば、入力信号電圧
に応じて出力電流が変化するgmセルと、電流電圧変換
回路とを組み合わせるようにしたので、広帯域でかつ高
利得の増幅器を実現できる。また、本発明において、電
流電圧変換回路を演算増幅器や可変抵抗器で構成する場
合には、その電流電圧変換回路の閉ループの利得は可変
抵抗器の抵抗値によらずに一定となる。従って、可変抵
抗器の抵抗値を調整して全体の利得を調整しても、ルー
プ利得の変化がなくて周波数帯域の変化がない。このた
め、演算増幅器は、可変利得増幅器として必要な周波数
帯域と同程度の利得帯域幅積を持つものを使用すれば良
い。
【0010】また、本発明において、電流電圧変換回路
を演算増幅器や可変抵抗器で構成する場合には、全体の
利得の上限は、演算増幅器の直流電圧利得により直接影
響を受けないので、特に、動作周波数帯域が広く利得調
整範囲の広い可変利得増幅器を低消費電力で実現するの
に適している。さらに、本発明において、電流電圧変換
回路を演算増幅器と、抵抗アレイと、スイッチアレイと
で構成するような場合には、利得調整を高精度で行うこ
とができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の可変利得増幅器は
の第1実施形態について、図1を参照して説明する。本
発明の可変利得増幅器の第1実施形態は、図1に示すよ
うに、gmセル(トランスコンダクタ回路)11と、電
流電圧変換回路12とを備えている。
【0012】gmセル11は、入力信号電圧Viが入力
端子13に供給されると、その電圧に応じた出力電流を
生成して出力する回路である。このgmセル11は、そ
の入力側が入力端子13に接続され、その出力側が電流
電圧変換回路12を構成する演算増幅器14の−入力端
子と、可変抵抗器15の一端とにそれぞれ接続されてい
る。
【0013】電流電圧変換回路12は、gmセル11の
出力電流を電圧に変換するとともに、この変換利得を調
整する機能を備えた回路である。このため、電流電圧変
換回路12は、演算増幅器14と、任意な抵抗値を設定
自在な可変抵抗器15と、を備えている。さらに詳述す
ると、演算増幅器14の+入力端子は入力端子16に接
続され、その入力端子16に供給される基準電圧Vgが
印加されるようになっている。演算増幅器14の−入力
端子と出力端子との間には可変抵抗器15が接続され、
ループ回路を形成している。また、演算増幅器14の出
力端子は、出力電圧Voを取り出すための出力端子17
に接続されている。
【0014】このような構成からなる第1実施形態で
は、入力端子13に供給される入力信号電圧Viがgm
セル11に印加されると、gmセル11は、その電圧に
応じた出力電流を生成して出力する。この出力電流は、
可変抵抗器15に流れるので、その抵抗値に応じた電圧
が可変抵抗器15の両端に生成され、この生成電圧が出
力端子17から取り出される。その生成電圧は、可変抵
抗器15の抵抗値を調整することにより任意に調整でき
る。
【0015】以上説明したように、第1実施形態では、
電流電圧変換回路12を演算増幅器14と可変抵抗器1
5で構成するようにしたので、その電流電圧変換回路1
2の閉ループの利得は、可変抵抗器15の抵抗値によら
ずに一定(0dB、すなわち−1倍)となる。従って、
可変抵抗器15の抵抗値を調整して可変利得増幅器の全
体の利得を調整しても、電流電圧変換回路12のループ
利得の変化がなくて周波数帯域の変化がない。このた
め、第1実施形態は、広い利得調整範囲において広帯域
の可変利得増幅器として好適である。
【0016】次に、本発明の可変利得増幅器はの第2実
施形態について、図2を参照して説明する。本発明の可
変利得増幅器の第2実施形態は、図2に示すように、g
mセル(トランスコンダクタ回路)11と、電流電圧変
換回路12Aとを備えている。この第2実施形態は、図
1の第1実施形態の電流電圧変換回路12を、図2に示
すように、電流電圧変換回路12Aに置き換えたもので
ある。従って、以下の説明では、電流電圧変換回路12
Aの構成についてのみ説明する。
【0017】この電流電圧変換回路12Aは、演算増幅
器14と、抵抗アレイ21と、MOSトランジスタから
なるMOSスイッチアレイ22とからなる。さらに詳述
すると、演算増幅器14の+入力端子は入力端子16に
接続され、その入力端子16に供給される基準電圧Vg
が印加されるようになっている。演算増幅器14の−入
力端子と出力端子との間には抵抗アレイ21が接続さ
れ、ループ回路を形成している。また、演算増幅器14
の出力端子は、出力電圧Voを取り出すための出力端子
17に接続されている。
【0018】抵抗アレイ21は、図2に示すように、複
数のタップを有している。また、MOSスイッチアレイ
22は、複数のMOSトランジスタ23からなる。この
各MOSトランジスタ23の各一端は共通接続され、そ
の共通接続部はgmセル11の出力側に接続されてい
る。さらに、MOSトランジスタ23の各他端は、抵抗
アレイ21の対応する各タップにそれぞれ接続されてい
る。
【0019】なお、MOSスイッチアレイ22は、オン
オフにより抵抗アレイ21のタップを選択できる構成で
あれば、その構成は問わない。このような構成からなる
第2実施形態では、入力端子12に供給される入力信号
電圧Viがgmセル11に印加されると、gmセル11
は、その電圧に応じた出力電流を生成して出力する。
【0020】MOSスイッチアレイ22では、複数のM
OSトランジスタ23のうちの1つが必要な利得に応じ
てオンしている。このため、gmセル11の出力電流
は、抵抗アレイ21のうちの一部に流れて電圧が生成さ
れ、その生成電圧が出力端子17から取り出される。以
上説明したように、第2実施形態では、電流電圧変換回
路12Aを演算増幅器14と、抵抗アレイ21と、MO
Sスイッチアレイ22とから構成するようにしたので、
電流電圧変換回路12Aの閉ループのループ利得は、M
OSスイッチアレイ22を構成するMOSトランジスタ
23のオンオフにかかわらず一定となる。
【0021】このため、第2実施形態では、第1実施形
態と同様に、広い利得調整範囲において広帯域の可変利
得増幅器として適している。さらに、MOSスイッチア
レイ22のオンオフ制御による抵抗アレイ21での利得
の調整に際し、MOSスイッチアレイ22のMOSトラ
ンジスタのオン抵抗の影響を受けないので、高精度の利
得調整を実現できる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入力信号電圧に応じて出力電流が変化するgmセルと、
電流電圧変換回路とを組み合わせるようにしたので、広
帯域でかつ高利得の増幅器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の可変利得増幅器の第1実施形態の構成
を示す回路図である。
【図2】本発明の可変利得増幅器の第2実施形態の構成
を示す回路図である。
【図3】従来の可変利得増幅器の回路図である。
【図4】その利得−周波数特性の一例を示す図である。
【符号の簡単な説明】
11 gmセル 12、12A 電流電圧変換回路 14 演算増幅器 15 可変抵抗器 21 抵抗アレイ 22 MOSスイッチアレイ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号電圧に応じた出力電流を生成し
    て出力するgmセルと、 このgmセルの出力電流を電圧に変換するとともに、こ
    の変換利得を調整する調整手段を含む電流電圧変換回路
    と、 を備えたことを特徴とする可変利得増幅器。
  2. 【請求項2】 前記電流電圧変換回路は、 演算増幅器と、 この演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続され
    て任意の抵抗値が設定自在な可変抵抗器と、 からなることを特徴とする請求項1に記載の可変利得増
    幅器。
  3. 【請求項3】 前記電流電圧変換回路は、 演算増幅器と、 この演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続され
    て複数のタップを有する抵抗アレイと、 前記gmセルの出力端子と中間タップとの間に接続され
    て前記出力端子と前記所望のタップの選択的な接続を行
    うスイッチアレイと、 からなることを特徴とする請求項1に記載の可変利得増
    幅器。
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