JP2003234629A

JP2003234629A - 自動利得調整回路及びそれを用いた増幅器

Info

Publication number: JP2003234629A
Application number: JP2002033482A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Arayashiki; 聡荒屋敷; Kenji Maio; 健二麻殖生; Takeshi Doi; 武司土居
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-08-22
Also published as: US6717471B2; US20030151461A1

Abstract

(57)【要約】【課題】電源変動、温度変動及びプロセスばらつきに対
して増幅器の利得及び直流出力電圧を自動的に調整する
自動利得調整回路及びそれを用いた増幅器を提供するこ
と。【解決手段】増幅素子の動作電流即ち利得を調整するバ
イアス回路を設け、増幅素子の出力電極に負荷を接続し
て出力端子を形成すると共に増幅素子の出力電極に増幅
素子の動作電圧即ち直流出力電圧を調整する可変電流源
を接続し、更に、出力端子に利得検出回路及び直流出力
電圧検出回路を接続し、それらの出力をそれぞれバイア
ス回路及び可変電流源にフィードバックして利得及び直
流出力電圧の調整を行なう。利得調整のために基準ＡＣ
信号を入力し、調整後に入力を増幅する信号に切り替え
ると共に、利得検出回路の出力をサンプルホールド回路
に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路（以下
「ＩＣ」と略す）に搭載される増幅器の製造プロセス等
による利得変動を自動的に調整する回路に係り、該自動
利得調整回路を適用した増幅器、特に通信用トランシー
バ等に使用される低雑音増幅器（以下「ＬＮＡ」と略
す）に有効な増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信用トランシーバ等の移動端末では、
図１８に示すように、アンテナ１８１で受けた微弱な受
信信号を増幅するためにＬＮＡ１８２が用いられる。Ｌ
ＮＡ１８２で増幅された受信信号は、ミキサ１８３で周
波数変換された後、帯域通過フィルタ１８４を経てプロ
グラマブルゲインアンプ１８５に供給され、続いて復調
回路に送られる。ＬＮＡ１８２のような小信号増幅器は
通常ＩＣ化されるが、その場合、増幅素子の動作点（動
作電流及び動作電圧）、或いは利得の適切な設定とその
安定化が重要となる。

【０００３】動作点調整用のバイアス回路を備えたＩＣ
化増幅器の典型的な従来例を図１９に示す。増幅器に
は、ソース接地のＭＯＳ（Metal Oxide Semiconducto
r）トランジスタ（以下「ＭＯＳＴ」と略す）２１が用
いられる。入力信号源１から入力端子１７へ入力された
信号が増幅され、ＭＯＳＴ２１のドレインと負荷（Ｚ
Ｌ）１２との接続点による出力端子１６から出力信号が
取り出される。ＭＯＳＴ２１の動作電流Ｉｄが抵抗１５
を介したバイアス回路１４によって調整される。調整で
は、交流出力信号のダイナミックレンジが確保されるよ
うに出力端子１６の直流出力電圧を調整するか、或い
は、ＭＯＳＴ２１の相互コンダクタンスと負荷１２で決
まる利得が設計値となるようにＭＯＳＴ２１に流れる動
作電流を調整するかが行なわれる。

【０００４】一方、出力端子の電圧を変えずに利得を独
立に制御する方法として、図２０に示す回路が知られて
いる（例えば特開２００１−３０８６５１号公報参
照）。同図において、ＭＯＳＴ２０１に流す電流が所定
の値となるように、従って、ＭＯＳＴ２０１の相互コン
ダクタンス（以下「ｇｍ」と略す）が所定の値となるよ
うに、負荷２０４に並列に接続した定電流源２０５の電
流が調整され、ＭＯＳＴ２０１の利得を所望の値に制御
することができる。このとき、ＭＯＳＴ２０１へのバイ
アス電圧の供給は抵抗２０６を介して行なわれるが、出
力端子１６の電圧Ｅｏは、ＭＯＳＴ２０１のゲート・ソ
ース電圧Ｖ_GSで決まるため殆ど変化しない。なお、トラ
ンジスタ２０３の動作電流は、電流源２０２によって定
められる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１９
に示した増幅器では、ある電源電圧、温度、製造条件に
おいて最適設計がなされていても、実際には電源変動や
温度変動があり、更に製造条件変化による素子ばらつき
もあり、動作電圧即ち出力端子１６の直流出力電圧及び
利得が設計値通りにならないことが多い。また、増幅器
の利得の設計においては、通常、利得が最大となる条件
即ち最大利得条件を満たすような電源変動、温度変動、
素子ばらつきとなったときにでも交流出力波形が歪まな
いように設計が成される。そのため、今度は、最小利得
条件を満たすような電源変動、温度変動、素子ばらつき
となったときに、出力信号が小さくなると同時に出力端
子１６の直流出力電圧も大きく変動する等の不都合を生
じていた。直流出力電圧の変動は、後段増幅器の入力バ
イアス電圧に影響を及ぼす。

【０００６】また、図２０に示した増幅器では、ＩＣ化
した場合には定電流源２０５の電流値が固定化されるた
め、電源変動、温度変動、素子ばらつきに対応すること
ができない。また、電圧Ｅｏは、上述のように電圧Ｖ_GS
で決まるため、任意の値に制御することができないとい
う不都合がある。

【０００７】本発明の目的は、上記従来の増幅器の有す
る前記課題を解決し、電源変動、温度変動及びプロセス
ばらつきに対して増幅器の利得及び直流出力電圧を自動
的に調整する自動利得調整回路及びそれを用いた増幅器
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、利得調整方法として図１に示す方法を用
いる。同図において、調整は、バイアス回路１４と可変
電流源１３の二つで行なわれる。

【０００９】増幅素子１１は、制御電極ａ、接地電極ｂ
及び出力電極ｃを持ち、例えばＭＯＳＴ、バイポーラト
ランジスタ、ＭＥＳ（Metal Semiconductor）トランジ
スタ、ヘテロジャンクショントランジスタ等である。増
幅素子１１の制御電極ａにバイアス回路１４から抵抗１
５を介してバイアス電圧が与えられ、それによって増幅
素子１１の動作電流が定まる。制御電極ａによる入力電
極１７に入力信号源１から増幅すべき信号が入力され
る。増幅素子１１の出力電極ｃと電源Ｖｄｄの間に負荷
１２が接続され、可変電流源１３が増幅素子１１の出力
電極ｃに接続される。負荷１２と増幅素子１１の出力電
極ｃとの接続点に出力端子１６が置かれる。

【００１０】増幅素子１１の動作電流は、可変電流源１
３の電流と負荷１２に流れる電流との和であり、出力端
子１６の電圧は負荷１２とそこに流れる電流の積で決ま
る。

【００１１】いま、可変電流源１３の電流を一定にした
ままバイアス回路１４のバイアス電圧を変えると、増幅
素子１１の動作電流が変わると共に負荷１２に流れる電
流が変化して出力端子１６の直流出力電圧が変化する。

【００１２】一方、バイアス回路１４のバイアス電圧を
一定にしたまま、可変電流源１３の電流の値を変える
と、増幅素子１１の動作電流は殆ど変わらないまま負荷
１２に流れる電流が変化して出力端子１６の直流出力電
圧が変化する。直流出力電圧が変化しても増幅素子１１
の動作電流が殆ど変わらないのは、一般に増幅素子１１
は、その内部インピーダンスが非常に高く、ほぼ定電流
源とみなせるためである。

【００１３】そこで、可変電流源１３の電流値及びバイ
アス回路１４のバイアス電圧を調整することにより、出
力端子の直流出力電圧を変えずに動作電流を変えるこ
と、逆に、動作電流を変えずに出力端子の直流出力電圧
を変えること、或いは動作電流及び出力端子の直流出力
電圧を同時に変えることが可能になる。なお、バイアス
回路１４のバイアス電圧は、抵抗１５を介して供給され
る。

【００１４】さて、交流入力信号源１から入力端子１７
に入力された信号は増幅素子１１で増幅されるが、その
利得Ｇは、式（１）に示すように、増幅素子１１の相互
コンダクタンスｇｍと負荷（ＺＬ）１２との積である、Ｇ≒ｇｍ・ＺＬ・・・（１）で近似的に表される。一方、増幅素子１１のｇｍは、例
えば増幅素子としてＭＯＳＴを使用している場合は、式
（２）に示すように、増幅素子１１の動作電流Ｉｄに対
して、ｇｍ∝（Ｉｄ)^1/2 ・・・（２）であり、バイポーラトランジスタの場合は、式（３）に
示すように、増幅素子１１の動作電流Ｉｃに対して、ｇｍ∝Ｉｃ・・・（３）という関係がある。従って、バイアス回路１４のバイア
ス電圧により増幅素子の電流Ｉｄ，Ｉｃを調整し、か
つ、可変電流源１３に流す電流により直流出力電圧を調
整することにより、所定の利得と所定の直流出力電圧を
同時に得ることが可能になる。

【００１５】以下の実施形態は増幅素子としてＭＯＳＴ
を使用した場合について述べるが、本発明は、他の形式
の半導体増幅素子を使用した場合にも適用され、同様の
効果を得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る自動利得調整
回路及びそれを用いた増幅器を図面に示した幾つかの発
明の実施の形態を参照して更に詳細に説明する。

【００１７】本発明の自動利得調整回路の第１の実施形
態を図２に示す。基準ＡＣ（交流）信号源２から基準と
なるＡＣ信号を入力すると、前述のようにＭＯＳＴ２１
で増幅され、出力端子１６に増幅されたＡＣ信号が現れ
る。このＡＣ出力の振幅を利得検出回路３で検出し、そ
の振幅が所定の値になるように即ち利得が所定の値にな
るように、利得検出回路３の出力がバイアス回路１４に
フィードバックされる。バイアス回路１４は、所定の利
得が得られるように抵抗１５を介してＭＯＳＴ２１のゲ
ートにバイアス電圧を与え、それによってＭＯＳＴ２１
の動作電流を制御する。また、出力端子１６には直流出
力電圧検出回路３が備えられ、直流出力電圧が所定の値
になるように可変電流源１３に直流出力電圧検出回路３
の出力がフィードバックされる。

【００１８】このように本発明によれば、出力端子１６
に接続した利得検出回路３及び直流出力電圧検出回路４
の出力をそれぞれバイアス回路１４及び定電流源１３に
フィードバックすることにより、利得と直流出力電圧を
自動的に設定することができ、ＩＣ化後の電源変動、温
度変動やＩＣプロセスのばらつきがあっても、利得と直
流出力電圧を一定に保持することが可能になる。

【００１９】図３は、図２におけるバイアス回路１４の
例を図示したものである。ＭＯＳＴ２１とＭＯＳＴ３１
がカレントミラーとなっていることから、利得即ちＭＯ
ＳＴ２１の動作電流が設定値となるよう利得検出回路３
から可変電流源３２へフィードバックされる。

【００２０】なお、後で詳述するが、本発明の増幅器
は、バイアス回路１４のバイアス電圧及び電流源１３の
電流値が定まった後、基準ＡＣ信号源２を入力信号源１
に変えてＭＯＳＴ２１を増幅器として使用するものであ
る。

【００２１】本発明の自動利得調整回路の第２の実施形
態を図４に示す。本実施形態は、ＭＯＳＴ２１とＭＯＳ
Ｔ４１をカスコード接続することにより増幅器の周波数
帯域を拡大させたものである。ＭＯＳＴ２１の出力電極
（ドレイン電極）に可変電流源１３ａが接続されたま
ま、ＭＯＳＴ２１の出力電極と負荷１２の間にＭＯＳＴ
４１が挿入される。

【００２２】増幅器の利得は、ＭＯＳＴ２１のｇｍによ
って決定される。また、ＭＯＳＴ４１は、ＭＯＳＴ２１
の動作電流から可変電流源１３ａの電流を減じた電流を
負荷１２に伝達する。従って、可変電流源１３ａの電流
を増減することにより、出力端子１６の直流出力電圧が
変化する。なお、ＭＯＳＴ２１のゲート電極即ち入力端
子１７に与えた入力信号はＭＯＳＴ２１によりｇｍ倍の
電流に変換され、その信号電流はそのままＭＯＳＴ４１
を経て負荷１２に与えられる。

【００２３】バイアス回路側も増幅器側と同様、ＭＯＳ
Ｔ３１とＭＯＳＴ４２がカスコード接続され、可変電流
源３２の電流が供給される。ＭＯＳＴ３１とＭＯＳＴ４
２の間に可変電流源１３ａと同じ電流を流す可変電流源
１３ｂが接続される。ＭＯＳＴ３１とＭＯＳＴ２１はカ
レントミラーを形成し、ＭＯＳＴ３１と同じ電流がＭＯ
ＳＴ２１に流れる。従って、可変電流源３２の電流を変
えることにより、ＭＯＳＴ２１の動作電流が変わり、増
幅器の利得が変化する。なお、上記のように、バイアス
回路側もカスコード接続とすることによって増幅器側と
のバランスを保つことができ、利得及び直流出力電圧の
ばらつきを軽減することができる。

【００２４】本実施形態においても、利得検出回路３の
出力が可変電流源３２にフィードバックされ、更に、直
流出力電圧検出回路の出力が可変電流源１３ａ，１３ｂ
にフィードバックされて、利得及び直流出力電圧が所定
の値となるように自動制御される。なお、本実施形態で
は、可変電流源１３ａ，１３ｂの調整によってＭＯＳＴ
２１の電流が変化するが、利得検出回路３からのフィー
ドバックによって可変電流源３２が再調整され、所定の
利得が設定される。

【００２５】本発明の第３の実施形態を図５に示す。こ
れは図４に示した回路に定電流源５１及び定電流源５２
を付加したものである。定電流源５１及び定電流源５２
が付加されていない場合に、ＭＯＳＴの素子ばらつきや
電源変動、温度変動により利得が大きくなり過ぎ、可変
電流源１３ａ及び１３ｂの電流を０にしても直流出力電
圧が所定よりも高くなる場合がある。これを避けるため
に定電流源５１及び定電流源５２を付加することでＭＯ
ＳＴ２１に流れる電流をバイパスさせ、ＭＯＳＴ４１の
動作電流を大きくするとにより所定の直流出力電圧が得
られるようにする。

【００２６】図５においては、定電流源５１及び５２を
使用したが、ＭＯＳＴ２１及びＭＯＳＴ３１のドレイン
・ソース間電圧は、ＭＯＳＴ４１及びＭＯＳＴ４２のカ
スコード接続により安定しているので、定電流源５１及
び定電流源５２の代わりに抵抗を用いて電流をバイパス
させることもできる。

【００２７】本発明の第４の実施形態を図６に示す。図
５に示した回路との違いは、利得を決める定電流源３２
の代わりに抵抗６１を用いると共にＭＯＳＴ３１とＭＯ
ＳＴ４２の間に可変電流源６２を接続した点にある。抵
抗６１とカスコード部により利得を粗く決め、微細調整
を可変電流源６２で制御するものである。これにより可
変電流源６２の負担が軽減されるため、回路を定電源電
圧動作させた場合でも、例えば可変電流源６２として後
述（図９のＭＯＳＴ９３）のようにＭＯＳＴを用いたと
きにＭＯＳＴのドレイン・ソース間電圧不十分による定
電流動作の逸脱を回避することができる。

【００２８】上述の自動利得調整回路を適用した増幅器
の第１の実施形態を図７に示す。信号入力制御回路９に
より、最初にスイッチ（以下「ＳＷ」と略す）７１は基
準ＡＣ信号源２側に設定され、ＳＷ７２はオン状態にな
り、バイアス回路１４の制御値がサンプルホールド回路
５に保持される。バイアス回路１４の制御値がサンプル
ホールド回路５に保持される以外は、図２と同じ状態で
あり、利得検出回路３によりバイアス回路１４が、直流
出力電圧検出回路４により、可変電流源１３がそれぞれ
制御される。制御後のバイアス回路１４の制御値がサン
プルホールド回路５に保持される。次にＳＷ７１を入力
信号源１側に切り替え、ＳＷ７２をオフとする。これに
より、スイッチ切り替え前に制御された利得を入力信号
の増幅に対して用いることが可能になる。

【００２９】自動利得調整回路を適用した増幅器の第２
の実施形態を図８に示す。本増幅器は、基準ＡＣ信号源
２により利得調整を行なう回路８０１とは別に、入力信
号源１からの信号を増幅する主増幅器８０２を持つ。信
号入力制御回路９により、はじめＳＷ７１及びＳＷ７２
はオン状態となる。このとき、図７に示した増幅器の場
合と同じく、バイアス回路１４と可変電流源１３がそれ
ぞれ設定された利得と直流出力電圧が得られるように制
御される。そしてバイアス回路１４の制御値がサンプル
ホールド回路５に保持される。

【００３０】次にＳＷ７１及びＳＷ７２をオフにする
と、ＭＯＳＴ８２にはＭＯＳＴ２１と同じように、ホー
ルド回路５に保持された制御値から定まるバイアス電圧
が抵抗８５を介して与えられ、可変電流源８４には電流
源１３と同じ制御値が与えられる。これにより、増幅器
８０２においても、負荷８３が接続された出力端子１６
において、自動利得調整回路で調整された利得及び直流
出力電圧が得られる。

【００３１】本回路によれば、主増幅器８０２は入力信
号増幅時、回路８０１から切り離されているため、基準
ＡＣ信号６が雑音として入力されない他、入力信号源１
とＭＯＳＴ８２の間にＳＷを必要としないため、ＳＷに
よる雑音発生を抑えられるメリットがある。

【００３２】図９に図８の詳細回路例を示す。自動利得
調整回路９０１は図６の方式が用いられる。自動利得調
整回路９０１の利得制御用の可変電流源１３ａ，１３ｂ
及び６２がｐ形ＭＯＳトランジスタ（以下「ｐＭＯＳ
Ｔ」と略す）９１，９２及び９３で作製される。また、
主増幅器８０２の直流出力電圧制御用の可変電流源８４
がｐＭＯＳＴ９８で作製される。主増幅器８０２の増幅
素子は、カスコード接続されたＭＯＳＴ９５とＭＯＳＴ
９６であり、負荷８３が抵抗９７で構成され、ＭＯＳＴ
９５とＭＯＳＴ９６の接続点と接地間に電流源９１０が
接続される。バイアス電圧は抵抗９９を介して供給され
る。動作は前述の通りである。

【００３３】図１０に、図８に示した増幅器をブルート
ゥース（近距離無線データ通信）等の通信用トランシー
バのＬＮＡとして使用する場合の、ＬＮＡの信号入力制
御回路９が行なうＳＷ７１とＳＷ７２のオン、オフのタ
イミングの１例を示す。ＬＮＡは受信時に使用されるた
め、受信時以外の時間で自動利得調整を行ない、受信時
にスイッチを切り替えて受信信号を増幅することで、Ｌ
ＮＡは自動利得調整回路で制御された利得を得ることが
できる。これにより、ＬＮＡは、常に最適な利得で受信
信号を増幅することができる。

【００３４】図１１は、基準ＡＣ信号源２の１例であ
る。１１１は、利得調整に用いるＡＣ信号の基となる信
号で、無線通信システムが備えるクロック信号を利用す
ることができる。インバータ１１２は、自動利得調整回
路の電源電圧ＶｄｄまたはＶｄｄにより作られた基準電
圧Ｖｒｅｆを電源電圧としている。クロック信号は、抵
抗１１３及び抵抗１１４により分圧され、キャパシタ１
１６でＤＣ成分がカットされる。更に、クロック信号
は、抵抗１１５と自動利得調整回路における抵抗１５と
で分圧され、自動利得調整回路の基準ＡＣ信号となる。
また、クロック１１１は、利得検出回路８に入力され
る。

【００３５】図１２は、直流出力電圧検出回路４の１例
である。自動利得調整回路における出力端子１６の出力
信号から、ローパスフィルター（以下ＬＰＦと略す）１
２１によりＤＣ（直流）成分を取り出した後、同ＤＣ成
分がオペアンプ１２２に入力される。このとき、自動利
得調整回路の直流出力電圧がオペアンプのもう一方の入
力端子に入力される基準電圧Ｖｒとなるように可変電流
源１３が制御される。基準電圧源１２３により作られる
Ｖｒは、図１１に示したインバータ１１２の電源電圧に
ＶｄｄまたはＶｄｄにより作られた一定電圧Ｖｒｅｆに
対応する電圧である。

【００３６】図１３は利得検出回路３の１例である。基
準ＡＣ信号源２からの基準ＡＣ信号としてクロックから
作成したパルスを使用した場合、利得検出回路３には利
得倍されたパルスが入力される。そのパルスをキャパシ
タ１３１でＤＣ成分をカットした後、基準ＡＣ信号源２
により制御されたＳＷ１３２及びＳＷ１３３のオン、オ
フのタイミングにより（例えば、自動利得調整回路の出
力に現れるパルスが高電位側のときＳＷ１３２がオン、
低電位側のときＳＷ１３３がオン）、ＳＷ１３２がオン
のときはパルスの高電位側がＶｔとなる。また、ＳＷ１
３３がオンのときにはパルスの低電位側がＶｒｇとなる
ように、ＬＰＦ１３６、オペアンプ１３７を通じて利得
調整用バイアス回路１４の可変電流源３２ほかにフィー
ドバックされる。これにより基準電圧源１３８で作られ
たＶｔ、Ｖｒｇによる利得が得られる。図１４に基準Ａ
Ｃ信号源２により制御されるＳＷ１３２，１３３の切り
替えタイミングチャートの１例を示す。

【００３７】ここで、基準ＡＣ信号源２のインバータ１
１２の電源、直流出力電圧用設定基準電圧源１２３（Ｖ
ｒ）及び利得設定用基準電圧源１３８（Ｖｔ及びＶｒ
ｇ）を自動利得調整回路の電源電圧ＶｄｄまたはＶｄｄ
により作られた一定電圧Ｖｒｅｆを用いて作ることによ
り、電源電圧変動が生じた場合でも一定の利得及び一定
のバイアス電圧を得ることができる。

【００３８】図１５にサンプルホールド回路５の１例を
示す。ＳＷ７２がオンのとき、利得検出回路３からの利
得調整用可変電流源の制御値をキャパシタ１５１に保持
し、ＳＷ７２がオフとなったときにキャパシタ１５１に
保持された値が利得調整用バイアス回路１４の可変電流
源３２ほかに供給される。

【００３９】上述では、利得検出回路３の制御回路系に
アナログ方式を採用したが、デジタルメモリ（アップダ
ウンカウンタ）を使ったデジタル方式を採用することも
できる。図１６にデジタル方式による利得検出回路３と
ホールド回路５の１例を示す。ＬＰＦ１３６までは図１
３と同じ動作をするが、本回路はＬＰＦ１３６の後に電
圧比較器（Comp）１６１、アップダウンカウンタ１６
２、デジタル−アナログ変換器（以下ＤＡＣと略す）１
６３を用いている。例えば、ＬＰＦ１３６出力がＶｒｇ
より大の場合、比較器１６１出力はＨｉｇｈとなり、ア
ップダウンカウンタをアップさせ、ＤＡＣ出力を増大さ
せ、利得調整用バイアス回路１４の可変電流源３２ほか
を低減し利得を下げる。下がりすぎると上と逆の動作を
生じ、最終的に所定の利得に調整される。アップダウン
カウンタ１６２はメモリ機能を有し、デジタル方式によ
るホールド回路となる。

【００４０】上述の実施形態ではソース接地型の増幅回
路を使用したが、差動回路構成の増幅回路を用いること
が可能である。図１７に差動増幅回路を使った自動利得
調整回路付き増幅器の第３の実施形態を示す。ＭＯＳＴ
１７１及びＭＯＳＴ１７２により差動対が構成されてお
り、ＭＯＳＴ１７３及びＭＯＳＴ１７４がそれぞれＭＯ
ＳＴ１７１及びＭＯＳＴ１７２にカスコード接続され
る。また、端子１７９から与えられる電圧によりＭＯＳ
Ｔ１７１及びＭＯＳＴ１７２のドレイン電圧が定められ
る。

【００４１】信号入力制御回路９により、最初ＳＷ７１
は基準ＡＣ信号源２側にあり、ＳＷ７２はオン状態であ
る。このとき、出力信号を直流出力電圧検出回路４によ
り、直流出力電圧がＶｒとなるように可変電流源１７７
にフィードバックされる。また、利得検出回路３からホ
ールド回路５を経て可変電流源１７８にフィードバック
されることで、設定した利得を得ることができる。そし
て可変電流源１７８の制御値がホールド回路５に保持さ
れる。次にＳＷ７１を入力信号源１側にし、ＳＷ７２を
オフすることで、ＳＷ７１及びＳＷ７２の切り替え前に
調整された利得を入力信号に対して得ることができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、自動利得調整回路が持
つ利得調整用のバイアス回路及び直流出力電圧調整用の
可変電流源に対してフィードバック制御が形成されるこ
とにより、増幅器の利得と直流出力電圧を自動的に設定
することができる。それにより、ＩＣとして製造された
後に電源変動や温度変動があっても、また、ＩＣ製造の
プロセスにばらつきがあっても、設定した利得と直流出
力電圧を一定に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の利得調整方法を説明するための構成
図。

【図２】本発明に係る自動利得調整回路の第１の発明の
実施の形態を説明するための構成図。

【図３】図２に示した自動利得調整回路のバイアス回路
の例を説明するための回路図。

【図４】本発明の自動利得調整回路の第２の発明の実施
の形態を説明するための構成図。

【図５】本発明の自動利得調整回路の第３の発明の実施
の形態を説明するための回路図。

【図６】本発明の自動利得調整回路の第４の発明の実施
の形態を説明するための回路図。

【図７】本発明に係る自動利得調整回路付き増幅器の第
１の発明の実施の形態を説明するための構成図。

【図８】本発明の自動利得調整回路付き増幅器の第２の
発明の実施の形態を説明するための構成図。

【図９】図８に示した自動利得調整回路付き増幅器の詳
細例を説明するための回路図。

【図１０】図８に示した自動利得調整回路付き増幅器の
切り替えスイッチの動作タイミングを説明するためのタ
イムチャート。

【図１１】基準ＡＣ信号源の例を説明するための回路
図。

【図１２】直流出力電圧検出回路の例を説明するための
回路図。

【図１３】利得検出回路の例を説明するための回路図。

【図１４】利得検出回路のスイッチの動作タイミングを
説明するためのタイムチャート。

【図１５】ホールド回路の例を説明するための回路図。

【図１６】利得検出回路とデジタルホールド回路の例を
説明するための回路図。

【図１７】本発明の自動利得調整回路付き増幅器の第３
の発明の実施の形態を説明するための構成図。

【図１８】トランシーバの受信部を説明するための構成
図。

【図１９】従来の増幅器を説明するための構成図。

【図２０】従来の別の増幅器を説明するための構成図。

【符号の説明】

１…入力信号源、２…基準ＡＣ信号源、３…利得検出回
路、４…直流出力電圧検出回路、５…サンプルホールド
回路、９…信号入力制御回路、１１…増幅素子、１２，
８３…負荷、１３，３２，８４…可変電流源、１４…バ
イアス回路、１５，８５…抵抗、１６…出力端子、１７
…入力端子、２１，３１，４１，４２，８２…ＭＯＳト
ランジスタ、７１，７２…スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者土居武司東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 5J100 JA01 LA00 LA02 LA09 LA13 SA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御電極、接地電極及び出力電極を有する
増幅素子と、該出力電極に接続された負荷と、該出力電
極と該負荷の接続点に形成された出力端子と、該制御電
極に接続された、該増幅素子の利得を制御するためのバ
イアス回路と、該出力電極に接続された、該出力端子に
おける直流出力電圧を制御するための可変電流源と、該
出力端子に接続された、該増幅素子の利得を検出する利
得検出回路及び該直流出力電圧を検出する直流出力電圧
検出回路とを備え、上記利得検出回路の出力によって上記バイアス回路を制
御し、かつ、上記直流出力電圧検出回路の出力によって
上記可変定電流源を制御することにより、上記増幅素子
の利得と上記出力端子における直流出力電圧とがそれぞ
れの所定の値となるように調整されることを特徴とする
自動利得調整回路。
【請求項２】上記増幅素子の利得を調整するために用い
る基準ＡＣ信号を上記制御電極に供給する基準ＡＣ信号
源を更に備え、上記利得検出回路は、該基準ＡＣ信号の
増幅後の信号を用いて利得を検出することを特徴とする
請求項１に記載の自動利得調整回路。
【請求項３】上記可変定電流源が接続された上記増幅素
子の出力電極と上記負荷との間に該増幅素子とカスコー
ド接続を形成する別の増幅素子が設置されていることを
特徴とする請求項１に記載の自動利得調整回路。
【請求項４】上記基準ＡＣ信号として、上記自動利得調
整回路を用いる通信装置におけるクロック信号を使用し
たことを特徴とする請求項２に記載の自動利得調整回
路。
【請求項５】制御電極、接地電極及び出力電極を有する
増幅素子と、該出力電極に接続された負荷と、該出力電
極と該負荷の接続点に形成された出力端子と、該制御電
極に接続された、該増幅素子の利得を制御するためのバ
イアス回路と、該出力電極に接続された、該出力端子に
おける直流出力電圧を制御するための可変電流源と、該
出力端子に接続された、該増幅素子の利得を検出する利
得検出回路及び該直流出力電圧を検出する直流出力電圧
検出回路と、該増幅素子の利得を調整するために用いる
基準ＡＣ信号を該制御電極に供給する基準ＡＣ信号源
と、該基準ＡＣ信号及び増幅すべき入力信号のいずれか
一方を選択するスイッチと、該利得検出回路と該バイア
ス回路の間に接続した該利得検出回路の出力を保持する
サンプルホールド回路とを備え、上記サンプルホールド回路を経た上記利得検出回路の出
力によって上記バイアス回路を制御し、かつ、上記直流
出力電圧検出回路の出力によって上記可変定電流源を制
御することにより、上記増幅素子の利得と上記出力端子
における直流出力電圧とをそれぞれの所定の値となるよ
うに調整するときには、上記スイッチは上記基準ＡＣ信
号を選択すると同時に上記サンプルホールド回路は該利
得検出回路の出力を入力し、増幅を行なうときには、上
記スイッチは上記入力信号を選択すると同時に該サンプ
ルホールド回路は該利得検出回路の出力の入力を遮断す
ると共に遮断前の該利得検出回路の出力を保持すること
を特徴とする増幅器。
【請求項６】上記可変定電流源が接続された上記増幅素
子の出力電極と上記負荷との間に該増幅素子とカスコー
ド接続を形成する別の増幅素子が設置されていることを
特徴とする請求項５に記載の増幅器。
【請求項７】上記基準ＡＣ信号として、上記増幅器を用
いる通信装置におけるクロック信号を使用したことを特
徴とする請求項５に記載の増幅器。
【請求項８】制御電極、接地電極及び出力電極を有する
第１の増幅素子と、該第１の増幅素子の出力電極に接続
された第１の負荷と、該第１の増幅素子の出力電極と該
第１の負荷の接続点に形成された第１の出力端子と、該
第１の増幅素子の制御電極に形成された増幅する信号を
入力するための入力端子と、該第１の増幅素子の出力電
極に接続された、該第１の出力端子における直流出力電
圧を制御するための第１の可変電流源と、該第１の増幅
素子の利得及び該第１の出力端子における直流出力電圧
を設定するための自動利得調整回路とを具備し、該自動利得調整回路は、第２の増幅素子と、該第２の増
幅素子の出力電極に接続された第２の負荷と、該第２の
増幅素子の出力電極と該第２の負荷の接続点に形成され
た第２の出力端子と、該第２の増幅素子の制御電極に接
続された、該第２の増幅素子の利得を制御するためのバ
イアス回路と、該第２の増幅素子の出力電極に接続され
た、該第２の出力端子における直流出力電圧を制御する
ための第２の可変電流源と、該第２の出力端子に接続さ
れた、該第２の増幅素子の利得を検出する利得検出回路
及び該第２の出力端子における直流出力電圧を検出する
直流出力電圧検出回路とを備え、該利得検出回路の出力
によって該バイアス回路を制御し、かつ、該直流出力電
圧検出回路の出力によって該第２の可変定電流源を制御
することにより、該第２の増幅素子の利得と該第２の出
力端子における直流出力電圧とをそれぞれの所定の値と
なるように調整するものであり、上記第２の増幅素子の制御電極に与えられた上記バイア
ス回路の出力が上記第１の増幅素子の制御電極に供給さ
れ、上記第１の可変定電流源が上記直流出力電圧検出回
路の出力によって制御されることを特徴とする増幅器。
【請求項９】上記第２の増幅素子の利得を調整するため
に用いる基準ＡＣ信号を上記第２の増幅素子の制御電極
に供給する基準ＡＣ信号源を更に備え、上記利得検出回
路は該基準ＡＣ信号の増幅後の信号を用いて利得を検出
することを特徴とする請求項８に記載の増幅器。
【請求項１０】上記第１の可変定電流源が接続された上
記第１の増幅素子の出力電極と上記第１の負荷との間に
該第１の増幅素子とカスコード接続を形成する第３の増
幅素子が設置され、上記第２の可変定電流源が接続された上記第２の増幅素
子の出力電極と上記第２の負荷との間に該第２の増幅素
子とカスコード接続を形成する第４の増幅素子が設置さ
れていることを特徴とする請求項８に記載の増幅器。
【請求項１１】上記基準ＡＣ信号として、上記増幅器を
用いる通信装置におけるクロック信号を使用したことを
特徴とする請求項９に記載の増幅器。