JP2005323400A - Variable amplifier, and mobile terminal - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current switching circuit which is a circuit for switching a plurality of current paths in an analog manner and is capable of easily designing control characteristics and a control section and operating even with a low power supply voltage, and provide an amplifier using the same and a mobile terminal including the same. <P>SOLUTION: Differential pairs D1-D3 are stacked on multiple stages, one side of each of the differential pairs D1-D3 is connected to each of reference voltages Vr1-Vr3 of a reference voltage generating circuit RVC, and another side is connected to a control voltage generating circuit CVC, so that a current switching circuit is configured. In such a circuit configuration, switching voltage setting can be uniquely determined by the reference voltage generating circuit RVC and it can also be set to a constant voltage. Furthermore, the control voltage generating circuit CVC can be controlled only by a unipolar operation such as just discharging or absorbing a current. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、アナログ信号により複数の回路ブロックを連続的に切り替える特性を利用する、利得可変増幅器や可変減衰器、電源などに用いられる電流切り替え回路を用いた可変増幅器、それを有する携帯端末に関するものである。   The present invention relates to a variable amplifier using a current switching circuit used for a variable gain amplifier, a variable attenuator, a power source, and the like, which uses a characteristic of continuously switching a plurality of circuit blocks by an analog signal, and a portable terminal having the variable amplifier It is.

アナログ信号により、複数の回路ブロックを切り替えなければならない場合が多数存在する。たとえば、利得の異なる複数のアンプをアナログ信号により連続的に切り替えて、利得可変増幅器を構成したり、減衰量の異なる複数の減衰器をアナログ信号により連続的に切り替えて電子ボリュームを構成したりするなど、多くの分野でアナログ信号による連続的な切り替え方式が有用となっている。上記分野としては、携帯電話やノート型パソコンやPDAなどの携帯端末が挙げられる。   There are many cases where a plurality of circuit blocks must be switched by an analog signal. For example, a plurality of amplifiers having different gains are continuously switched by an analog signal to configure a variable gain amplifier, or a plurality of attenuators having different attenuation amounts are continuously switched by an analog signal to configure an electronic volume. In many fields, a continuous switching method using analog signals is useful. Examples of the field include mobile terminals such as mobile phones, notebook personal computers, and PDAs.

そのような切り替え方式のひとつとして、非特許文献1には、バイポーラトランジスタと電流源を組み合わせてアンプを切り替える回路が提案されている。非特許文献1に記載の回路図を図11に示す。   As one of such switching methods, Non-Patent Document 1 proposes a circuit for switching an amplifier by combining a bipolar transistor and a current source. A circuit diagram described in Non-Patent Document 1 is shown in FIG.

この回路形式では、VCTRL1およびVCTRL2で示される制御電圧生成回路の2つの制御電圧値を変えることにより、I1、I2、I3、I4で示される端子に流れ込む電流値を変化させることができる。たとえばVCTRL2の電圧値を1.5Vと固定し、VCTRL1の電圧値を0.5Vから2.5Vへ変化させると、図12に示すようにそれぞれのトランジスタのベース電圧値が変化する。   In this circuit format, by changing two control voltage values of the control voltage generation circuit indicated by VCTRL1 and VCTRL2, the current value flowing into the terminals indicated by I1, I2, I3, and I4 can be changed. For example, when the voltage value of VCTRL2 is fixed to 1.5V and the voltage value of VCTRL1 is changed from 0.5V to 2.5V, the base voltage value of each transistor changes as shown in FIG.

このベース電圧値の変化により、I1、I2、I3、I4で示される端子に流れ込む電流値が図13に示すように連続的に変化する。また、すべてのトランジスタの電流値の総和はトランジスタのエミッタに接続されている電流源の電流値により決定されるため、常に一定の値となる。
”A Low-Noise Wideband Variable-Gain Amplifier Using an Interpolated Ladder Attenuator”, ISSCC Digest of Technical Papers, pp.280-281, Feb. 1991
Due to the change in the base voltage value, the current value flowing into the terminals indicated by I1, I2, I3, and I4 continuously changes as shown in FIG. Further, since the sum of the current values of all the transistors is determined by the current value of the current source connected to the emitter of the transistor, it is always a constant value.
“A Low-Noise Wideband Variable-Gain Amplifier Using an Interpolated Ladder Attenuator”, ISSCC Digest of Technical Papers, pp.280-281, Feb. 1991

図11に示される回路の場合、制御電圧生成回路VCTRL1は制御電圧が1.83V未満では、最大500μA程度の電流が切り替え回路より制御電圧生成回路に流れ込み、1.83V以上では、最大250μA程度の電流が制御電圧生成回路から電流切り替え回路に流れ込んでいる。   In the case of the circuit shown in FIG. 11, the control voltage generation circuit VCTRL1 has a maximum current of about 500 μA flowing from the switching circuit to the control voltage generation circuit when the control voltage is less than 1.83 V, and a maximum of about 250 μA when the control voltage is 1.83 V or more. Current flows from the control voltage generation circuit to the current switching circuit.

また、制御電圧生成回路VCTRL2は制御電圧生成回路VCTRL1の制御電圧が0.75V未満では、最大100μA程度の電流が制御電圧生成回路から電流切り替え回路に流れ込んでいるが、制御電圧生成回路VCTRL1の制御電圧が0.75V以上では、最大650μA程度の電流が電流切り替え回路から制御電圧生成回路VCTRL2に流れ込んでいる。このように制御電圧生成回路は制御電圧により電流を流しだしたり、電流を吸い込んだりの両方ができるバイポーラ動作を行わなければならない。   In addition, when the control voltage of the control voltage generation circuit VCTRL1 is less than 0.75V, the control voltage generation circuit VCTRL2 has a maximum current of about 100 μA flowing from the control voltage generation circuit to the current switching circuit. When the voltage is 0.75 V or higher, a maximum current of about 650 μA flows from the current switching circuit to the control voltage generation circuit VCTRL2. As described above, the control voltage generation circuit must perform a bipolar operation that allows both a current to flow and a current to be sucked by the control voltage.

また、本シミュレーションで用いたトランジスタは、ベース電圧差が200mV程度なければ完全に電流を切り替えることができないが、図12からもわかるように、ベースの電圧差を確保することが難しい。そのため、切り替え回路数を増やすことが困難であり、例えば切り替え回路数を8経路に増やすとその切り替え特性は図14に示されるように、制御電圧の中央付近に電流切り替え制御電圧が密集し、均一な切り替え特性を得ることが難しい。   In addition, the transistor used in this simulation cannot completely switch the current unless the base voltage difference is about 200 mV, but as can be seen from FIG. 12, it is difficult to ensure the base voltage difference. For this reason, it is difficult to increase the number of switching circuits. For example, when the number of switching circuits is increased to eight paths, the switching characteristics are uniform as shown in FIG. Difficult switching characteristics.

さらに、検討の結果、従来回路では制御電圧生成部にバイポーラ動作が必要なだけでなく、以下のような問題があることも判明した。   Further, as a result of the study, it has been found that the conventional circuit not only requires a bipolar operation in the control voltage generator, but also has the following problems.

従来回路においては、エミッタに接続されている電流源の電流値、ベースに接続されている電流源のそれぞれの電流値、ベース間に接続されているそれぞれの抵抗値など、制御電圧に対して切り替え特性を決定する多数のパラメータがあり、制御電圧に対する切り替え特性の設計が困難であった。   In the conventional circuit, the current value of the current source connected to the emitter, each current value of the current source connected to the base, each resistance value connected between the bases, etc. are switched with respect to the control voltage. There are many parameters that determine the characteristics, and it is difficult to design switching characteristics for the control voltage.

切り替え特性を急峻にするためには、それぞれのベース電圧の差を大きくすることが必要となるが、その様な状態を作るためには、制御電圧として、かなり高い電圧が必要となり、電池駆動の携帯機器などにおける携帯端末のように3V程度の電源電圧では使いにくく、使用範囲が狭くなるという問題を生じている。   In order to make the switching characteristics steep, it is necessary to increase the difference between the respective base voltages, but in order to create such a state, a considerably high voltage is required as the control voltage, There is a problem that it is difficult to use with a power supply voltage of about 3V as in a portable terminal in a portable device and the use range is narrowed.

本発明の目的は、3V程度の低電圧でも、安定に作動する電流切り替え回路を有する可変増幅器、およびそれを備えた携帯端末を提供することである。   An object of the present invention is to provide a variable amplifier having a current switching circuit that operates stably even at a low voltage of about 3 V, and a portable terminal including the same.

本発明の可変増幅器は、上記の課題を解決するために、2つの制御端子と2つの電流切り替え端子と1つの共通端子とを持つ差動対、および定電流部を有し、第一差動対の共通端子が定電流部に接続され、第一差動対の第二電流切り替え端子に、第二差動対の共通端子が接続され、以降、第n差動対の共通端子が第(n−1)差動対の第二電流切り替え端子に接続され(nは2以上の整数)、第一差動対から第n差動対までの第一制御端子にそれぞれ電位の異なる参照電圧を供給する参照電圧部が設けられ、第一差動対から第n差動対までの第二制御端子に印加されている制御電圧を変化させる制御部が、第一差動対から第n差動対までのそれぞれの第一電流切り替え端子、および第n差動対の第二電流切り替え端子の間にて電流を切り替えるように設けられている電流切り替え回路と、アンプ制御端子を有するn個のアンプとを備え、上記n個のアンプのアンプ制御端子に流し込む電流を電流切り替え回路により変化させることで特性が変化するようになっていることを特徴としている。上記可変増幅器では、入力端子と前記アンプとの間に減衰器が、前記アンプの特性を変化させるように設けられていることが好ましい。   In order to solve the above problem, a variable amplifier according to the present invention includes a differential pair having two control terminals, two current switching terminals, and one common terminal, and a constant current unit, The common terminal of the pair is connected to the constant current portion, the common terminal of the second differential pair is connected to the second current switching terminal of the first differential pair, and thereafter, the common terminal of the nth differential pair is the first ( n-1) Connected to the second current switching terminal of the differential pair (n is an integer of 2 or more), and reference voltages having different potentials are applied to the first control terminals from the first differential pair to the nth differential pair, respectively. A reference voltage unit to be supplied is provided, and a control unit that changes a control voltage applied to the second control terminal from the first differential pair to the nth differential pair is provided from the first differential pair to the nth differential. Switches current between each first current switching terminal up to the pair and the second current switching terminal of the nth differential pair. The current switching circuit and the n amplifiers having the amplifier control terminals are provided, and the characteristics are changed by changing the current flowing into the amplifier control terminals of the n amplifiers by the current switching circuit. It is characterized by becoming. In the variable amplifier, an attenuator is preferably provided between the input terminal and the amplifier so as to change the characteristics of the amplifier.

上記構成によれば、差動対がNPN型のバイポーラトランジスタあるいはN型の電界効果トランジスタで構成されている場合には、共通端子に対する電圧が高い制御端子の側の電流切り替え端子から電流が吸い込まれる一方、差動対がPNP型のバイポーラトランジスタあるいはP型の電界効果トランジスタで構成されている場合には、共通端子に対する電圧が低い制御端子の側の電流切り替え端子から電流が吐き出される(流し出される)。   According to the above configuration, when the differential pair is composed of an NPN-type bipolar transistor or an N-type field effect transistor, current is sucked from the current switching terminal on the side of the control terminal having a high voltage with respect to the common terminal. On the other hand, when the differential pair is composed of a PNP-type bipolar transistor or a P-type field effect transistor, current is discharged (flowed out) from the current switching terminal on the side of the control terminal having a low voltage with respect to the common terminal. ).

上記構成では、電流経路を切り替えるときの制御電圧は、参照電圧と基本的には一致するから、参照電圧部として、単純な抵抗分割を用いれば、その抵抗値のみで電流切り替え電圧を容易に設定することができる。また、上記構成においては、差動対を用いたことにより、制御部には、電流が流れ込まないので、上記制御部において従来のようにバイポーラ動作する必要がなく、制御部を簡素化できる。   In the above configuration, the control voltage when switching the current path basically matches the reference voltage. Therefore, if a simple resistor division is used as the reference voltage section, the current switching voltage can be easily set only by the resistance value. can do. In the above configuration, since the differential pair is used, no current flows into the control unit, so that the control unit does not need to perform a bipolar operation as in the prior art, and the control unit can be simplified.

その上、上記構成では、各参照電圧の上限を低く設定すれば、制御電圧を低電圧にできるので、3V程度の低電圧の電源電圧であっても、電流路の切り替えを容易に制御できて、使用できる範囲を広げることができる。   In addition, in the above configuration, if the upper limit of each reference voltage is set low, the control voltage can be lowered. Therefore, even if the power supply voltage is as low as 3 V, switching of the current path can be easily controlled. The range that can be used can be expanded.

さらに、上記構成は、アンプ制御端子に流し込む電流を電流切り替え回路により変化させることで特性が変化するようになっているn個のアンプを設けたので、電流切り替え回路によって各アンプの動作を切り替えることができて、高い利得のときには低雑音であり、利得が低くなるにしたがい線形性を向上するようにできる。   Furthermore, in the above configuration, since n amplifiers whose characteristics are changed by changing the current flowing into the amplifier control terminal by the current switching circuit, the operation of each amplifier is switched by the current switching circuit. Thus, the noise is low when the gain is high, and the linearity can be improved as the gain decreases.

上記電流切り替え回路は、第一例として、差動対がNPN型のバイポーラトランジスタあるいはN型の電界効果トランジスタで構成され、第一のトランジスタのエミッタあるいはソース(以下エミッタと記す)と第二のトランジスタのエミッタとが互いに接続されて差動対を形成しており、第一差動対の第一制御端子となるベースあるいはゲート(以下ベースと記す)が第一参照電圧に接続され、第二差動対の第一ベースが第一参照電圧より高い第二参照電圧に接続され、以降、第n差動対の第一制御端子が第(n−1)差動対の第一ベースが接続されている第(n−1)参照電圧より高い、第n参照電圧に接続されており、第一差動対から第n差動対までの第二制御端子となる第二ベースが制御部に接続されることにより、制御部の出力電圧が高くなるに従い、電流の流れ込む先が第一差動対の第一電流切り替え端子となる第一コレクタあるいは第一ドレイン(以下、第一コレクタと記す)から第n差動対までの第一コレクタ、第n差動対の第二電流切り替え端子となる第二コレクタへと変化していく構成であってもよい。   In the current switching circuit, as a first example, the differential pair is composed of an NPN type bipolar transistor or an N type field effect transistor, and the emitter or source (hereinafter referred to as emitter) of the first transistor and the second transistor. Are connected to each other to form a differential pair, and a base or gate (hereinafter referred to as a base) serving as a first control terminal of the first differential pair is connected to the first reference voltage, and the second difference The first base of the moving pair is connected to a second reference voltage that is higher than the first reference voltage, and thereafter, the first control terminal of the nth differential pair is connected to the first base of the (n−1) th differential pair. Is connected to the nth reference voltage, which is higher than the (n-1) th reference voltage, and the second base serving as the second control terminal from the first differential pair to the nth differential pair is connected to the control unit. Output power of the control unit. As the current rises, the first collector from the first collector or drain (hereinafter referred to as the first collector) to which the current flows becomes the first current switching terminal of the first differential pair to the nth differential pair. The configuration may be such that the second collector becomes the second current switching terminal of the nth differential pair.

上記構成では、差動対としてNPN型のバイポーラトランジスタあるいはN型の電界効果トランジスタで構成されたものを用いることにより、複数の電流経路の電流の吸い込み量を調整できる。   In the above-described configuration, the amount of current sucked in a plurality of current paths can be adjusted by using a differential pair configured by an NPN bipolar transistor or an N-type field effect transistor.

上記構成においては、バイポーラトランジスタを用いた場合には、制御部から差動対に電流が流れ込むだけで、制御部に電流が流れ込むことがない。従って、制御部はバイポーラ動作をする必要がない。また、電界効果トランジスタを用いた場合には、制御部から差動対にはほとんど電流は流れ込まない。このため、上記構成は、制御部の構成をきわめて簡素化できる。   In the above configuration, when a bipolar transistor is used, current flows only from the control unit to the differential pair, and current does not flow into the control unit. Therefore, the control unit does not need to perform a bipolar operation. In addition, when a field effect transistor is used, almost no current flows from the control unit to the differential pair. For this reason, the said structure can simplify the structure of a control part very much.

上記電流切り替え回路は、第一例に代えた第二例として、差動対がPNP型のバイポーラトランジスタあるいはP型の電界効果トランジスタで構成され、第一のトランジスタのエミッタあるいはソース(以下エミッタと記す)と第二のトランジスタのエミッタとが互いに接続されて差動対を形成しており、第一差動対の第一制御端子となるベースあるいはゲート(以下ベースと記す)が第一参照電圧に接続され、第二差動対の第一ベースが第一参照電圧より低い第二参照電圧に接続され、以降、第n差動対の第一ベースが第(n−1)差動対の第一ベースが接続されている第(n−1)参照電圧より低い、第n参照電圧に接続されており、第一差動対から第n差動対までの第二制御端子となる第二ベースが制御部に接続されることにより、制御部の出力電圧が低くなるに従い、電流の流れ出す先が第一差動対の第一電流切り替え端子となる第一コレクタあるいは第一ドレイン(以下、第一コレクタと記す)から第n差動対までの第一コレクタ、第n差動対の第二電流切り替え端子となる第二コレクタへと変化していく構成でもよい。   In the current switching circuit, as a second example in place of the first example, the differential pair is composed of a PNP-type bipolar transistor or a P-type field effect transistor, and the emitter or source (hereinafter referred to as the emitter) of the first transistor. ) And the emitter of the second transistor are connected to each other to form a differential pair, and a base or gate (hereinafter referred to as a base) serving as a first control terminal of the first differential pair is used as a first reference voltage. And the first base of the second differential pair is connected to a second reference voltage lower than the first reference voltage, and thereafter, the first base of the nth differential pair is the first of the (n−1) th differential pair. The second base connected to the nth reference voltage, lower than the (n-1) th reference voltage to which one base is connected, and serving as a second control terminal from the first differential pair to the nth differential pair Is connected to the control unit. As the output voltage of the unit decreases, the current flows from the first collector or first drain (hereinafter referred to as the first collector), which becomes the first current switching terminal of the first differential pair, to the nth differential pair. The first collector and the second collector serving as the second current switching terminal of the nth differential pair may be changed.

この第二例の回路構成では、先の第一例の回路構成と異なり、複数の電流経路の電流の流し出し量を調整できる。一般的には電流の供給を切り替える方が使いやすく、この回路であれば、その様な電流供給の切り替えが可能となる。   In the circuit configuration of the second example, unlike the circuit configuration of the first example, the amount of current flowing out of the plurality of current paths can be adjusted. In general, switching the current supply is easier to use, and with this circuit, it is possible to switch such a current supply.

制御電流については、先の回路とは逆に、バイポーラトランジスタを用いた場合には、各差動対から制御部へ電流が流れ込む一方向である。電界効果トランジスタを用いた場合には、制御電流はほとんど流れない。   Contrary to the previous circuit, when the bipolar transistor is used, the control current is one direction in which the current flows from each differential pair to the control unit. When a field effect transistor is used, almost no control current flows.

あるいは、第一例の電流切り替え回路の各差動対のコレクタに対し、PNP型のバイポーラトランジスタあるいはP型の電界効果トランジスタを用いたカレントミラー回路が、電流の流れ込みを電流の流しだしに折り返すようにそれぞれ設けられていてもよい。   Alternatively, a current mirror circuit using a PNP-type bipolar transistor or a P-type field effect transistor with respect to the collector of each differential pair of the current switching circuit of the first example is configured to fold the current flow back to the current flow. May be provided respectively.

この回路では、第二例に示した回路と同じ動作をするが、電流の流し出し回路がカレントミラー回路により構成されるため、電流経路には1つのトランジスタしか入らず、電流を一定に保つことができる電圧の上限を電源電圧の上限近くまで広げることができ、一定電流を供給可能な電圧範囲が広くできる。また、制御部から電流切り替え回路へ電流が流れ込む形式となるため、制御部を構成しやすい。   This circuit operates in the same way as the circuit shown in the second example. However, since the current flow-out circuit is composed of a current mirror circuit, only one transistor is placed in the current path, and the current is kept constant. Thus, the upper limit of the voltage that can be supplied can be expanded to near the upper limit of the power supply voltage, and the voltage range in which a constant current can be supplied can be widened. Further, since the current flows from the control unit to the current switching circuit, the control unit can be easily configured.

上記の折り返しのカレントミラー回路の各トランジスタのエミッタ面積、あるいはゲート幅が、互いに異なっていてもよい。   The emitter area or gate width of each transistor of the folded current mirror circuit may be different from each other.

上記可変増幅器では、前記n個のアンプは、前記アンプ制御端子に流し込む電流を変化させることにより利得可変なものであり、前記アンプ制御端子への制御電流が0となると動作しなくなるものであってもよい。   In the variable amplifier, the n amplifiers are variable in gain by changing a current flowing into the amplifier control terminal, and do not operate when a control current to the amplifier control terminal becomes zero. Also good.

上記可変増幅器においては、前記n個のアンプのアンプ制御端子は、前記第一差動対から第n差動対までのそれぞれの第一電流切り替え端子、および第n差動対の第二電流切り替え端子の何れかにそれぞれ接続されていてもよい。   In the variable amplifier, the amplifier control terminals of the n amplifiers are the first current switching terminals from the first differential pair to the nth differential pair, and the second current switching of the nth differential pair. It may be connected to any one of the terminals.

上記可変増幅器では、前記特性の変化は、高い利得のときには低雑音であり、利得が低くなるにしたがい線形性が高くなるものであってもよい。   In the variable amplifier, the characteristic change may be low noise when the gain is high, and linearity may increase as the gain decreases.

本発明に係る携帯端末は、前記課題を解決するために、上記の何れかに記載の可変増幅器を備えていることを特徴としている。   In order to solve the above-described problem, a mobile terminal according to the present invention includes any of the variable amplifiers described above.

従来回路に比べ、本発明の可変増幅器の電流切り替え回路では、従属(縦続)接続した差動対(差動回路)による切り替えを用いることにより、制御部には電流がほとんど流れず、電流を流しだす、あるいは流れ込むのどれかとなり、バイポーラ動作が不要となる。本発明では、電流の切り替え電圧は、参照電圧により一意的に設定できるため、設定が容易で、自由度が高い。   Compared with the conventional circuit, in the current switching circuit of the variable amplifier of the present invention, by using the switching by the differential pair (differential circuit) connected in cascade (cascade), almost no current flows in the control unit, and the current flows. Bipolar operation is not necessary. In the present invention, since the current switching voltage can be uniquely set by the reference voltage, setting is easy and the degree of freedom is high.

さらに、本発明においては、シリコン系のバイポーラトランジスタであれば、100mV〜200mV程度で電流の切り替えが可能なため、高い電圧の場合はもちろん、3V程度の低い電源電圧であっても、多数の切り替え経路を持つ電流切り替え回路を容易に構成できる。   Furthermore, in the present invention, since a silicon bipolar transistor can switch a current at about 100 mV to 200 mV, a large number of switching is possible even at a low power supply voltage of about 3 V as well as a high voltage. A current switching circuit having a path can be easily configured.

また、本発明の可変増幅器は、アンプ制御端子に流し込む電流を上記電流切り替え回路により変化させることで特性が変化するようになっているn個のアンプを設けたので、上記電流切り替え回路によって各アンプの動作を切り替えることが可能となるから、高い利得のときには低雑音であり、利得が低くなるにしたがい線形性を向上するように特性を変化させることができる。   In the variable amplifier according to the present invention, n amplifiers whose characteristics are changed by changing the current flowing into the amplifier control terminal by the current switching circuit are provided by the current switching circuit. Therefore, the characteristics can be changed so as to improve the linearity as the gain decreases.

この結果、本発明の可変増幅器は、低い電源電圧であっても、上記特性を変化させることが可能であるから、携帯端末などの可変増幅器に好適に利用できる。   As a result, since the variable amplifier of the present invention can change the above characteristics even at a low power supply voltage, it can be suitably used for a variable amplifier such as a portable terminal.

本発明に係る可変増幅器に用いる電流切り替え回路の実施の各形態について図1ないし図9に基づいて説明すると以下の通りである。   Each embodiment of the current switching circuit used in the variable amplifier according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

(実施の第一形態)
図1は、上記電流切り替え回路の内容を示すブロック図である。上記電流切り替え回路においては、3つの各差動対D1、D2、D3が互いに積み重ねられているようにカスケード(縦続)接続されている。この差動対は、ブロックの上方の2端子が電流切り替え端子であり、下方の端子が電流源に接続される共通端子、左右の端子がそれぞれ制御端子となる。差動対がNPN型のバイポーラトランジスタあるいはN型の電界効果トランジスタで構成されている場合には、共通端子に対する電圧が高い制御端子の側の電流切り替え端子から電流が吸い込まれる。差動対がPNP型のバイポーラトランジスタあるいはP型の電界効果トランジスタで構成されている場合には、共通端子に対する電圧が低い制御端子の側の電流切り替え端子から電流が吐き出される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the contents of the current switching circuit. In the current switching circuit, the three differential pairs D1, D2, and D3 are cascaded so as to be stacked on each other. In this differential pair, the upper two terminals of the block are current switching terminals, the lower terminal is a common terminal connected to a current source, and the left and right terminals are control terminals. When the differential pair is composed of an NPN-type bipolar transistor or an N-type field effect transistor, current is sucked from the current switching terminal on the side of the control terminal having a high voltage with respect to the common terminal. When the differential pair is composed of a PNP-type bipolar transistor or a P-type field effect transistor, current is discharged from the current switching terminal on the side of the control terminal having a low voltage with respect to the common terminal.

最初の差動対の共通端子は、定電流回路CS(定電流部)に接続され、次の差動対の共通端子は、先の差動対の第二電流切り替え端子に接続される。それぞれの差動対における片側の入力が参照電圧生成回路(参照電圧部)RVCに接続されている。   The common terminal of the first differential pair is connected to the constant current circuit CS (constant current unit), and the common terminal of the next differential pair is connected to the second current switching terminal of the previous differential pair. One input of each differential pair is connected to a reference voltage generation circuit (reference voltage unit) RVC.

この参照電圧生成回路RVCからはVR1、VR2、VR3の順番に電圧が並んだ参照電圧を生成する。各差動対D1、D2、D3の他方の入力はそれぞれ制御電圧生成回路(制御部)CVCに接続されている。一般的には制御電圧生成回路CVCが出力する電圧VS1、VS2、VS3はVS=VS1=VS2=VS3となっている。   The reference voltage generating circuit RVC generates a reference voltage in which voltages are arranged in the order of VR1, VR2, and VR3. The other input of each differential pair D1, D2, D3 is connected to a control voltage generation circuit (control unit) CVC. In general, voltages VS1, VS2, and VS3 output from the control voltage generation circuit CVC are VS = VS1 = VS2 = VS3.

上記電流切り替え回路を用いると、電流経路を切り替えるときの制御電圧VSは、参照電圧と基本的には一致する。参照電圧生成回路RVCとして、単純な抵抗分割を用いれば、その抵抗値のみで電流切り替えための各参照電圧を容易に設定することができる。   When the current switching circuit is used, the control voltage VS when switching the current path basically matches the reference voltage. If a simple resistance division is used as the reference voltage generation circuit RVC, each reference voltage for current switching can be easily set only by the resistance value.

次に、上記実施の第一形態の第一例の回路図を図2に示す。この回路では、差動対の素子としてNPN型のバイポーラトランジスタを用いた。バイポーラトランジスタの電流増幅率は100程度のもので、切り替えるべき総電流値を100μAとした。参照電圧生成回路RVCはR1からR5までで示される各抵抗を用いた単純な抵抗分割で形成されており、その抵抗とベース電流制限抵抗のすべてを100kΩとした。電源電圧は5Vである。   Next, a circuit diagram of a first example of the first embodiment is shown in FIG. In this circuit, an NPN bipolar transistor is used as a differential pair element. The current amplification factor of the bipolar transistor is about 100, and the total current value to be switched is 100 μA. The reference voltage generation circuit RVC is formed by simple resistance division using the resistors indicated by R1 to R5, and the resistance and the base current limiting resistor are all set to 100 kΩ. The power supply voltage is 5V.

切り替え電流である100μAをQ1およびQ2で構成されるカレントミラー回路でQ2の吸い込み電流に変換し、電流源として使用している。そのQ2のコレクタにQ3およびQ4の両方のエミッタが接続され、上記Q3およびQ4は差動対(差動回路)を形成している。Q3のコレクタ(第一電流切り替え端子)は第一の電流の吸い込み端子I1−1となる。   A switching current of 100 μA is converted into a sink current of Q2 by a current mirror circuit composed of Q1 and Q2, and used as a current source. The emitters of both Q3 and Q4 are connected to the collector of Q2, and Q3 and Q4 form a differential pair (differential circuit). The collector (first current switching terminal) of Q3 becomes the first current suction terminal I1-1.

Q4のコレクタ(第二電流切り替え端子)はさらにQ5およびQ6で形成される差動対の各エミッタに接続され、Q5のコレクタ(第一電流切り替え端子)は第二の電流吸い込み端子I2−1となり、Q6のコレクタ(第二電流切り替え端子)は次の差動対のエミッタに接続される。   The collector of Q4 (second current switching terminal) is further connected to each emitter of the differential pair formed by Q5 and Q6, and the collector of Q5 (first current switching terminal) becomes the second current sink terminal I2-1. , Q6's collector (second current switching terminal) is connected to the emitter of the next differential pair.

このように差動対を互いに積み重ねるように縦続接続することにより、切り替え回路数を自由に設定することができる。本実施の形態では4段の差動対を積み重ねることで、5つの各電流吸い込み端子I1−1、I2−1、I3−1、I4−1、I4−2がそれぞれ形成されている。100μAの電流源としては単純にはVDDとQ1の間に適切な抵抗を用いて作ることができる。   In this way, the number of switching circuits can be set freely by cascading the differential pairs so as to be stacked on each other. In this embodiment, five current sink terminals I1-1, I2-1, I3-1, I4-1, and I4-2 are formed by stacking four differential pairs. A current source of 100 μA can be simply formed using an appropriate resistor between VDD and Q1.

また、素子ばらつきや電源電圧依存性などを小さくするためには、バンドギャップ電源回路など素子特性や温度により特性が変化しない電源回路を用いた回路を用いることが望ましい。あるいは、場合によってはこの電流切り替え回路が持つ温度特性などをキャンセルすることができるような特性をもつ電源回路を用いることも考えられる。   Further, in order to reduce element variation, power supply voltage dependency, and the like, it is desirable to use a circuit using a power supply circuit such as a band gap power supply circuit whose characteristics do not change depending on element characteristics and temperature. Alternatively, in some cases, it is conceivable to use a power supply circuit having such a characteristic that the temperature characteristic of the current switching circuit can be canceled.

次に、上記構成の動作について説明する。制御電圧VSが第一参照電圧であるVR1より十分に低い場合には、Q4のベース/エミッタ間の電圧が低く、Q4がオフし、すべての電流がI1−1端子からQ3に流れ込む。制御電圧VSが上がり第一参照電圧であるVR1に近づくに従い、Q4のベース/エミッタ間の電圧が高くなってくるとQ4にも電流が流れ出す。   Next, the operation of the above configuration will be described. When the control voltage VS is sufficiently lower than the first reference voltage VR1, the voltage between the base / emitter of Q4 is low, Q4 is turned off, and all current flows from the I1-1 terminal to Q3. As the control voltage VS increases and approaches VR1, which is the first reference voltage, as the voltage between the base and the emitter of Q4 increases, a current also flows into Q4.

制御電圧VSが第一参照電圧であるVR1と一致すると、Q3とQ4とに流れる電流が同じとなる。この状態では制御電圧VSは第二参照電圧であるVR2よりは十分に低いため、Q6のベース/エミッタ間の電圧が低く、Q6がオフしているため、Q4に流れる電流はすべてI2-1端子からQ5へと流れ込む。   When the control voltage VS coincides with the first reference voltage VR1, the currents flowing through Q3 and Q4 are the same. In this state, since the control voltage VS is sufficiently lower than the second reference voltage VR2, the voltage between the base / emitter of Q6 is low and Q6 is off, so that all the current flowing through Q4 is the I2-1 terminal. To Q5.

さらに、制御電圧VSが第一参照電圧であるVR1を超えて上がることにより、Q3に流れる電流が徐々に減り、Q4に大部分の電流が流れるようになる。同様の動作がQ5とQ6、Q7とQ8、Q9とQ10に対しても起こり、電流がI1−1/Q3→I2−1/Q5→I3−1/Q7→I4−1/Q9→I4−2/Q10と移って切り替わってゆく。それぞれのトランジスタに流れる電流の変化を示すグラフを図3に示す。   Further, when the control voltage VS rises above the first reference voltage VR1, the current flowing through Q3 gradually decreases, and most of the current flows through Q4. A similar operation occurs for Q5 and Q6, Q7 and Q8, Q9 and Q10, and the current is I1-1 / Q3 → I2-1 / Q5 → I3-1 / Q7 → I4-1 / Q9 → I4-2. / Change to Q10 and switch. A graph showing changes in the current flowing through each transistor is shown in FIG.

なお、本実施の形態では切り替え回路数として5回路のものを示したが、3回路から数10回路など自由に設定することができる。実際の特性では制御電圧VSが高くなるに従い、わずかに総電流値が減少していく。これは、制御電圧生成回路CVCや参照電圧生成回路RVCから、各差動対を形成するトランジスタのベース電流が総電流を決定しているQ2に流れ込むので、実際のコレクタ電流が設定電流に比べベース電流分小さくなる一方、制御電圧VSが高くなるほどベース電流が増えるため、制御電圧VSが高くなるほどコレクタ電流が小さくなるためである。   In the present embodiment, the number of switching circuits is five, but it can be freely set from three to several tens. In actual characteristics, as the control voltage VS increases, the total current value slightly decreases. This is because the base current of the transistors forming each differential pair flows from the control voltage generation circuit CVC and the reference voltage generation circuit RVC into Q2, which determines the total current, so that the actual collector current is lower than the set current. This is because the base current increases as the control voltage VS increases while the collector current decreases as the control voltage VS increases.

R6からR9はベース電流を制限するために付加された抵抗である。この抵抗がない場合には、制御電圧VSが一定以上になるとQ4のベース電流が切り替えるべき総電流値と一致し、外部からの電流の吸い込みができなくなる。   R6 to R9 are resistors added to limit the base current. Without this resistance, when the control voltage VS exceeds a certain level, the base current of Q4 coincides with the total current value to be switched, and current cannot be sucked from the outside.

また、この抵抗値が高すぎると、抵抗値とベース電流の積で計算される電圧降下分だけ設定切り替え電圧より実際に切り替わる電圧が高くなる。従って、許容できる切り替え設定電圧からのずれ量をベース電流で割った値程度にすることが望ましい。   On the other hand, if the resistance value is too high, the voltage that is actually switched over the setting switching voltage is increased by a voltage drop calculated by the product of the resistance value and the base current. Therefore, it is desirable that the amount of deviation from the allowable switching setting voltage is about a value obtained by dividing the deviation by the base current.

また、参照電圧生成回路RVCの抵抗は、低い場合には参照電圧生成回路RVCの消費電力が大きくなる。高い抵抗値を用いると、所望のコレクタ電流を得ることができなかったり、抵抗分割比で決まる切り替え電圧から実際の切り替え電圧が下がったりするなどの問題が発生する。   Further, when the resistance of the reference voltage generation circuit RVC is low, the power consumption of the reference voltage generation circuit RVC increases. When a high resistance value is used, there arise problems that a desired collector current cannot be obtained, or that the actual switching voltage is lowered from the switching voltage determined by the resistance division ratio.

幸いなことに、参照電圧生成回路RVCの抵抗による切り替え電圧が変化する方向と、ベース電流制限抵抗による切り替え電圧が変化する方向は逆であるため、適切な抵抗値を選択すれば、切り替え電圧誤差を小さくすることができる。   Fortunately, the direction in which the switching voltage due to the resistance of the reference voltage generation circuit RVC changes is opposite to the direction in which the switching voltage due to the base current limiting resistor changes, so if an appropriate resistance value is selected, the switching voltage error Can be reduced.

本実施の形態の電流切り替え回路の例では、このバイポーラトランジスタの場合に、エミッタ抵抗の影響により、差動対の電流が完全に切り替わるためには350mV程度の電圧差が必要である。エミッタ抵抗が十分に小さなシリコンバイポーラトランジスタの場合には、差動対の切り替えは120mV程度である。   In the example of the current switching circuit of the present embodiment, in the case of this bipolar transistor, a voltage difference of about 350 mV is required in order for the current of the differential pair to be completely switched due to the influence of the emitter resistance. In the case of a silicon bipolar transistor having a sufficiently small emitter resistance, the switching of the differential pair is about 120 mV.

オーバーラップ量を調整する手段は、差動対を形成しているトランジスタのエミッタとそれに接続されている電流源となるトランジスタのコレクタの間に抵抗を入れる、差動対のトランジスタをダーリング接続とするなど、通常の差動増幅器の利得を下げるために用いられる手段によりオーバーラップ量を増加させることができる。また、逆に、利得が上がるような手段を用いれば、オーバーラップ量を小さくすることができる。   The means for adjusting the amount of overlap is such that a resistor is inserted between the emitter of the transistor forming the differential pair and the collector of the transistor serving as a current source connected to the emitter of the differential pair, and the transistor of the differential pair is in a Darling connection. The amount of overlap can be increased by means used to reduce the gain of a normal differential amplifier. On the contrary, if a means for increasing the gain is used, the amount of overlap can be reduced.

本実施の形態ではNPN型バイポーラトランジスタを用いたが、PNP型バイポーラトランジスタを用いれば電流の吸い込みではなく、電流の吐き出し(流し出し)を切り替える回路を第二例として作ることができる。   In this embodiment, an NPN type bipolar transistor is used. However, if a PNP type bipolar transistor is used, a circuit that switches current discharge (flow) instead of current sink can be formed as a second example.

(実施の第二形態)
上記電流切り替え回路に係る実施の第二形態の回路図を図4に示す。この回路では素子としてN型のMOSFETを用いている。すべての素子のIdssは1mA程度の素子である。電源電圧は5Vとした。R1は総電流を設定するための抵抗である。電流値として100μAが必要であったので、今回用いたMOSFETでは、45.5kΩとなった。
(Second embodiment)
A circuit diagram of a second embodiment according to the current switching circuit is shown in FIG. In this circuit, an N-type MOSFET is used as an element. All elements have an Idss of about 1 mA. The power supply voltage was 5V. R1 is a resistor for setting the total current. Since 100 μA was required as the current value, the MOSFET used this time was 45.5 kΩ.

その電流がQ1とQ2で構成されるカレントミラー回路によりQ2の吸い込み電流に変換され、電流源として動作する。温度特性の改善や素子ばらつきに対する耐性を高めるためにはこの部分をバンドギャップリファレンスなどの回路に変更するとよい。本実施の形態では簡単な回路の例として単純な抵抗による電流設定を用いた。   The current is converted into a sink current of Q2 by a current mirror circuit composed of Q1 and Q2, and operates as a current source. In order to improve the temperature characteristics and increase the tolerance against device variations, this portion may be changed to a circuit such as a band gap reference. In the present embodiment, current setting by a simple resistor is used as an example of a simple circuit.

Q3とQ4、Q5とQ6、Q7とQ8、Q9とQ10がそれぞれ差動対を形成している。また、R2からR6は切り替え信号に対する参照電圧VR1、VR2、VR3、VR4を生成している。すべての抵抗値は50kΩとした。   Q3 and Q4, Q5 and Q6, Q7 and Q8, and Q9 and Q10 form a differential pair. R2 to R6 generate reference voltages VR1, VR2, VR3, and VR4 for the switching signal. All resistance values were 50 kΩ.

切り替え素子がMOSFETの場合には、ゲートに電流が流れ込まないため、参照電圧生成回路RVCを流れる電流がゲートリーク電流に比べて十分大きければ、できるだけ高い抵抗を用いた方が参照電圧生成回路RVCの消費電流を減らすことができる。   When the switching element is a MOSFET, no current flows into the gate. Therefore, if the current flowing through the reference voltage generation circuit RVC is sufficiently large compared to the gate leakage current, it is preferable to use a resistor as high as possible in the reference voltage generation circuit RVC. Current consumption can be reduced.

しかし、高抵抗値を得るためには、IC上でかなり長い抵抗が必要で、チップ面積が大きくなるため、今回の設計では50kΩとした。また、この参照電圧生成回路RVCは、単純な抵抗分圧回路を用いているが、高精度が要求される部分ではバンドギャップリファレンスなどを用いるとよい。   However, in order to obtain a high resistance value, a considerably long resistor is required on the IC and the chip area becomes large. Therefore, in this design, the resistance is set to 50 kΩ. The reference voltage generation circuit RVC uses a simple resistance voltage dividing circuit, but a band gap reference or the like may be used in a portion where high accuracy is required.

この回路での電流切り替え特性を図5に示す。MOSFETを用いた場合には、バイポーラトランジスタと異なり、ゲート電流が流れないので総切り替え電流は制御電圧VSにかかわらず一定である。また、バイポーラトランジスタに比べ、gm(相互コンダクタンス)が低いため、切り替えのオーバーラップ量が大きく、なだらかな切り替え特性となっている。   FIG. 5 shows current switching characteristics in this circuit. When the MOSFET is used, unlike the bipolar transistor, the gate current does not flow, so the total switching current is constant regardless of the control voltage VS. In addition, since gm (mutual conductance) is lower than that of the bipolar transistor, the amount of switching overlap is large, and the switching characteristic is gentle.

また、参照電圧生成回路RVCの各抵抗R2〜R6として、すべて同じ抵抗値を用いているが、抵抗値を変えることにより切り替え電圧を自由に設定することができる。たとえば、R2とR4を100kΩ、R3とR5を50kΩ、R6を200kΩとした場合の電流変化を図6に示す。この場合には、電流が同じになる制御電圧VSが電源電圧である5Vを抵抗分圧で割った、1V,1.5V,2.5V,3Vに一致していることがわかる。   The same resistance value is used for each of the resistors R2 to R6 of the reference voltage generation circuit RVC, but the switching voltage can be freely set by changing the resistance value. For example, FIG. 6 shows changes in current when R2 and R4 are 100 kΩ, R3 and R5 are 50 kΩ, and R6 is 200 kΩ. In this case, it can be seen that the control voltage VS having the same current is equal to 1V, 1.5V, 2.5V, and 3V obtained by dividing the power supply voltage of 5V by the resistance divided voltage.

この回路のMOSFETを用いた場合には、差動対の電流が完全に切り替わるためには入力電圧差として約0.5V程度必要であるため、複数の電流経路に電流が流れる電流のオーバーラップがかなり見られる。ゲート幅を大きくするなどMOSFETのgm(相互コンダクタンス)を大きくすることにより、このオーバーラップ量は小さくすることができる。逆に、ゲート幅を小さくすることにより、オーバーラップ量を大きくすることも可能である。さらに、実施の第一形態で記載したように、差動増幅器の利得や線形性調節で用いられる手段を用いて、オーバーラップ量の調整を行うことができる。   When the MOSFET of this circuit is used, about 0.5 V is required as an input voltage difference in order for the current of the differential pair to be completely switched. Therefore, there is an overlap of currents flowing in a plurality of current paths. It can be seen quite a bit. By increasing the gm (mutual conductance) of the MOSFET, such as increasing the gate width, the amount of overlap can be reduced. Conversely, the overlap amount can be increased by reducing the gate width. Furthermore, as described in the first embodiment, the overlap amount can be adjusted using means used for adjusting the gain and linearity of the differential amplifier.

本実施の形態ではN型のMOSFETを用いて回路を構成しているため、流し込む電流を制御する形式となっているが、図7に示すようにP型のMOSFETを用いることにより、電流を流しだす形式の電流切り替え回路を第二例として構成することも可能である。   In this embodiment, since the circuit is configured by using an N-type MOSFET, the current to be fed is controlled. However, by using a P-type MOSFET as shown in FIG. It is also possible to configure a current-type switching circuit as a second example.

(実施の第三形態)
切り替えが可能な電流源としては、吸い込み型よりは流し出し型のほうが使いやすい場合が多い。先に述べたようにP型のMOSFETやPNP型のバイポーラトランジスタを用いて電流切り替え回路を構成することにより実現できる。
(Third embodiment)
As the current source that can be switched, the flow-out type is often easier to use than the suction type. As described above, this can be realized by configuring a current switching circuit using a P-type MOSFET or a PNP-type bipolar transistor.

しかし、IC上のPNP型のバイポーラトランジスタは一般的に横型で作られることが多く、電流増幅率などの特性が著しく悪いことが多い。また、差動対の段数が増えてくると、MOSFETのソース/ドレイン間やバイポーラトランジスタのエミッタ/コレクタ間の電圧が積み上げられることにより、定電流源として動作する最高電圧が下がり、特性の劣化を招くことになる。   However, a PNP bipolar transistor on an IC is generally manufactured in a horizontal type, and characteristics such as a current amplification factor are often extremely poor. Also, as the number of differential pairs increases, the voltage between the source / drain of the MOSFET and the emitter / collector of the bipolar transistor increases, so that the maximum voltage that operates as a constant current source decreases and the characteristics deteriorate. Will be invited.

そこで、図8に示すように、本実施の第三形態においては、電流切り替え回路をN型のMOSFETで作成し、その電流の吸い込みをP型のMOSFETから構成されるカレントミラー回路で折り返して電流を吐き出す(流し出す)回路構成を用いている。これにより、定電流源として動作する最高電圧が電流経路により変化せず、VDDからP型MOSFETが定電流源として動作できるソース/ドレイン最低電圧を引いた電圧以下で、所望の特性を得ることができる。電流切り替え特性を図9に示す。   Therefore, as shown in FIG. 8, in the third embodiment, the current switching circuit is made of an N-type MOSFET, and the current suction is turned back by a current mirror circuit composed of a P-type MOSFET. Is used. As a result, the maximum voltage that operates as a constant current source does not change depending on the current path, and desired characteristics can be obtained at a voltage equal to or lower than the voltage obtained by subtracting the minimum source / drain voltage at which the P-type MOSFET can operate as a constant current source from VDD. it can. The current switching characteristics are shown in FIG.

さらに、P型のMOSFETのカレントミラー回路において、各MOSFETのゲート幅を互いに変えること(一部、ゲート幅が同一であってもよい)により、個々のパスの電流値を変更することができる。これまでの回路では、総電流は一定の値となっており、オーバーラップにより若干異なるが、基本的にはそれぞれの回路パスに流れる電流は一定である。しかし、回路によっては、パスにより異なる電流を設定した方がよい場合もある。その場合、このミラー回路に用いられているP型MOSFETのゲート幅をそれぞれの適切な値に設定することにより、自由にパスの電流を設定することができる。また、折り返しのカレントミラー回路にPNP型のバイポーラトランジスタを用いている場合には、各バイポーラトランジスタのエミッタ面積を互いに変えることにより、同様の効果を得ることができる。   Furthermore, in the current mirror circuit of the P-type MOSFET, the current values of the individual paths can be changed by changing the gate widths of the MOSFETs to each other (partially, the gate widths may be the same). In the circuits so far, the total current is a constant value, and differs slightly depending on the overlap, but basically the current flowing through each circuit path is constant. However, depending on the circuit, it may be better to set a different current depending on the path. In that case, the path current can be freely set by setting the gate width of the P-type MOSFET used in this mirror circuit to an appropriate value. Further, when a PNP bipolar transistor is used for the folded current mirror circuit, the same effect can be obtained by changing the emitter areas of the bipolar transistors.

この例では、電流切り替え回路および折り返し回路にMOSFETを用いたが、そのどちらか、あるいは両方にバイポーラトランジスタを用いた回路にすることも可能である。ただし、その場合、MOSFETと異なり、ベース電流による誤差を考えることが必要となる。ただ、一般にMOSFETの定電流源として動作する最低ソース/ドレイン間電圧に比べ、バイポーラトランジスタのエミッタ/コレクタ間電圧が低く、かつ、コレクタ電流のコレクタ電圧依存性であるアーリー電圧もバイポーラトランジスタの方が高いため、定電流特性はバイポーラトランジスタの方が優れている。従って、用途に応じて最適な組み合わせを考えるとよい。   In this example, MOSFETs are used for the current switching circuit and the folding circuit, but it is also possible to make a circuit using bipolar transistors for either or both of them. However, in that case, unlike the MOSFET, it is necessary to consider an error due to the base current. However, compared to the lowest source / drain voltage that generally operates as a constant current source of a MOSFET, the bipolar transistor has a lower emitter / collector voltage, and the early voltage, which is the collector voltage dependency of the collector current, is also higher in the bipolar transistor. Since it is high, the bipolar transistor is superior in the constant current characteristic. Therefore, an optimal combination may be considered according to the application.

(実施の第四形態)
上記電流切り替え回路を、利得可変な複数のアンプと受動減衰器とに組み合わせることにより、低利得時に高い線形性を実現できる利得可変の本発明に係る可変増幅器を構成することができる。その構成を示すブロック図を図10に示す。
(Fourth embodiment)
By combining the current switching circuit with a plurality of variable gain amplifiers and passive attenuators, a variable gain variable amplifier according to the present invention capable of realizing high linearity at low gain can be configured. A block diagram showing the configuration is shown in FIG.

A1からA4は制御端子に流し込む電流を変化させることにより、利得可変が可能なアンプである。また、上記アンプは、制御電流が0となるとまったく動作しなくなるものである。アンプA1〜A4は、動作時において、ある一定の線形性を持ち、完全に動作していない状態ではひずみもまったく発生しないものである。   A1 to A4 are amplifiers capable of changing the gain by changing the current flowing into the control terminal. The amplifier does not operate at all when the control current becomes zero. The amplifiers A1 to A4 have a certain linearity during operation and do not generate any distortion when not operating completely.

C1で示される電流切り替え回路としては、電流の流し出しができる図8に示されるような回路を用いることができる。他にも図7に示される回路やPNP型バイポーラトランジスタを用いた回路など、その他の回路を用いることも可能である。   As the current switching circuit indicated by C1, a circuit as shown in FIG. 8 capable of discharging current can be used. In addition, other circuits such as the circuit shown in FIG. 7 or a circuit using a PNP bipolar transistor can be used.

次に、動作について説明する。制御電流を制御し、アンプA1が動作している状態では、その他のアンプはオフしている。線形性のパラメータとして入力換算歪み(IIP3、3rd Order Input Intermodulation Intercept Point)を考えると、この状態でのIIP3はアンプA1のそれと等しくなる。   Next, the operation will be described. When the control current is controlled and the amplifier A1 is operating, the other amplifiers are off. When an input conversion distortion (IIP3, 3rd Order Input Intermodulation Intercept Point) is considered as a linearity parameter, IIP3 in this state is equal to that of the amplifier A1.

制御電流を変化させ、増幅動作がアンプA1からアンプA2に完全に移行すると、増幅器全体の利得は、アンプA2の利得から減衰器B1の減衰率を減じたものとなる。この動作状態でのIIP3はアンプA2のIIP3に減衰器B1の減衰率を加えたものとなり、増幅器全体のIIP3が増加することになる。   When the control current is changed and the amplification operation completely shifts from the amplifier A1 to the amplifier A2, the gain of the entire amplifier is obtained by subtracting the attenuation factor of the attenuator B1 from the gain of the amplifier A2. IIP3 in this operation state is obtained by adding the attenuation factor of the attenuator B1 to the IIP3 of the amplifier A2, and the IIP3 of the entire amplifier increases.

このようにして、最も利得が小さくなるのは、アンプA4が動作しているときであり、そのときの利得はアンプA4の利得から減衰器B1、B2、B3の減衰率の和を減じたものとなる。その際のIIP3は、アンプA4のIIP3に減衰器B1、B2、B3の減衰率の和を加えたものとなり、単体のアンプA1に比べ、大幅に線形性を改善することができる。   In this way, the gain becomes the smallest when the amplifier A4 is operating. The gain at that time is obtained by subtracting the sum of the attenuation factors of the attenuators B1, B2, and B3 from the gain of the amplifier A4. It becomes. The IIP3 at that time is obtained by adding the sum of the attenuation factors of the attenuators B1, B2, and B3 to the IIP3 of the amplifier A4, and can greatly improve the linearity compared to the single amplifier A1.

このように作られた利得可変な可変増幅器は、高い利得の時には低雑音であり、利得が低くなるに従い線形性を向上することができる。また、上記可変増幅器に係る回路形式では、リチウム電池などが生成できる3V程度の電源電圧でも十分に動作することが可能である。   The variable gain variable amplifier made in this way has low noise when gain is high, and can improve linearity as gain decreases. Further, the circuit format related to the variable amplifier can sufficiently operate even with a power supply voltage of about 3 V that can be generated by a lithium battery or the like.

無線の携帯端末では、受信電力が回りの環境で大きく変化するため、受信特性において広いダイナミックレンジが必要である。   A wireless portable terminal requires a wide dynamic range in reception characteristics because reception power changes greatly in the surrounding environment.

その様な携帯端末では、受信電力が強い場合には、信号と雑音の比であるC/N比は十分得られるため、携帯端末の受信部の雑音特性や高利得はあまり重要ではないが、強い受信信号により、上記受信部において歪が発生しないという線形性が重要である。また、受信電力が小さい場合においては、受信部において歪が発生することはあまりないが、C/N比が十分でないため、受信部の増幅器は高利得で低雑音でなければならない。   In such a portable terminal, when the reception power is strong, the C / N ratio, which is the ratio of signal to noise, can be obtained sufficiently, so the noise characteristics and high gain of the reception unit of the portable terminal are not very important, The linearity that no distortion occurs in the receiving unit due to a strong received signal is important. Further, when the received power is small, distortion does not occur in the receiving unit, but since the C / N ratio is not sufficient, the amplifier in the receiving unit must have high gain and low noise.

このような携帯端末の用途に、本発明の可変増幅器を適用することにより、上記携帯端末において優れた受信特性を得ることができる。   By applying the variable amplifier of the present invention to such a portable terminal, excellent reception characteristics can be obtained in the portable terminal.

本発明の可変増幅器の電流切り替え回路は、3V程度の低い電源電圧であっても、多数の切り替え経路を持つ切り替え回路を容易に構成できるから、上記可変増幅器を電池駆動の携帯端末の増幅器などに好適に利用できる。   Since the current switching circuit of the variable amplifier of the present invention can easily configure a switching circuit having a large number of switching paths even with a low power supply voltage of about 3 V, the variable amplifier can be used as an amplifier for a battery-driven portable terminal or the like. It can be suitably used.

本発明の可変増幅器に用いる電流切り替え回路に係る実施の第一形態の回路ブロック図である。1 is a circuit block diagram of a first embodiment according to a current switching circuit used in a variable amplifier of the present invention. バイポーラトランジスタを用いた上記実施の第一形態の回路図である。It is a circuit diagram of the first embodiment using a bipolar transistor. 図2に示す電流切り替え回路の電流切り替え特性を示すグラフである。It is a graph which shows the current switching characteristic of the current switching circuit shown in FIG. N型MOSFETを用いた上記電流切り替え回路に係る実施の第二形態の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a second embodiment according to the current switching circuit using an N-type MOSFET. 図4に示す電流切り替え回路の電流切り替え特性を示すグラフである。It is a graph which shows the current switching characteristic of the current switching circuit shown in FIG. 図4に示す電流切り替え回路において、参照電圧設定抵抗の抵抗値を変更した場合の電流切り替え特性を示すグラフである。5 is a graph showing current switching characteristics when the resistance value of a reference voltage setting resistor is changed in the current switching circuit shown in FIG. 4. P型MOSFETを用いた本発明に係る実施の第二形態における一変形例の回路図である。It is a circuit diagram of a modification in the second embodiment according to the present invention using a P-type MOSFET. N型MOSFETを用いた電流切り替え回路に、P型MOSFETを用いて電流の折り返しを行った上記電流切り替え回路の実施の第三形態の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a third embodiment of the current switching circuit in which a current switching circuit using an N-type MOSFET is used to return a current using a P-type MOSFET. 図8に示される回路の電流切り替え特性を示すグラフである。It is a graph which shows the current switching characteristic of the circuit shown by FIG. 上記電流切り替え回路と利得の異なるアンプとを互いに接続することにより得られる利得可変の、本発明に係る可変増幅器の一例を実施の第四形態として示す回路ブロック図である。FIG. 6 is a circuit block diagram showing, as a fourth embodiment, an example of a variable gain variable gain amplifier according to the present invention, which is obtained by connecting the current switching circuit and an amplifier having different gains to each other. 従来の電流切り替え回路の一例の回路図である。It is a circuit diagram of an example of the conventional current switching circuit. 図11で示される回路のベース電圧の制御電圧特性を示すグラフである。12 is a graph showing a control voltage characteristic of a base voltage of the circuit shown in FIG. 図11で示される回路の電流切り替え特性を示すグラフである。12 is a graph showing current switching characteristics of the circuit shown in FIG. 図11で示される回路で切り替え電流経路数を8経路にした場合の電流切り替え特性を示すグラフである。12 is a graph showing current switching characteristics when the number of switching current paths is eight in the circuit shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

RVC:参照電圧生成回路
CVC:制御電圧生成回路
D1、D2、D3、D4:差動対
CS:定電流源(定電流部)
VR1、VR2、VR3:参照電圧
VS、VS1、VS2、VS3、VS4:制御電圧
I1−1、I2−1、I3−1、I3−2、I4−1、I4−2、I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8:切り替えられる電流端子
VCTRL、VCTRL1、VCTRL2:制御電圧生成回路
Vb1、Vb2、Vb3、Vb4:各トランジスタのベース端子
A1、A2、A3、A4:アンプ
B1、B2、B3:減衰器
C1:電流切り替え回路
RVC: reference voltage generation circuit CVC: control voltage generation circuits D1, D2, D3, D4: differential pair CS: constant current source (constant current unit)
VR1, VR2, VR3: Reference voltages VS, VS1, VS2, VS3, VS4: Control voltages I1-1, I2-1, I3-1, I3-2, I4-1, I4-2, I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8: Switched current terminals VCTRL, VCTRL1, VCTRL2: Control voltage generation circuits Vb1, Vb2, Vb3, Vb4: Base terminals A1, A2, A3, A4 of the respective transistors: Amplifiers B1, B2, B3: Attenuator C1: Current switching circuit

Claims (1)

2つの制御端子と2つの電流切り替え端子と1つの共通端子とを持つ差動対、および定電流部を有し、
第一差動対の共通端子が定電流部に接続され、第一差動対の第二電流切り替え端子に、第二差動対の共通端子が接続され、以降、第n差動対の共通端子が第(n−1)差動対の第二電流切り替え端子に接続され(nは2以上の整数)、
第一差動対から第n差動対までの第一制御端子にそれぞれ電位の異なる参照電圧を供給する参照電圧部が設けられ、
第一差動対から第n差動対までの第二制御端子に印加されている制御電圧を変化させる制御部が、第一差動対から第n差動対までのそれぞれの第一電流切り替え端子、および第n差動対の第二電流切り替え端子の間にて電流を切り替えるように設けられている電流切り替え回路と、
アンプ制御端子を有するn個のアンプとを備え、
上記n個のアンプのアンプ制御端子に流し込む電流をそれぞれ電流切り替え回路により変化させることで特性が変化するようになっていることを特徴とする、可変増幅器。
A differential pair having two control terminals, two current switching terminals and one common terminal, and a constant current section;
The common terminal of the first differential pair is connected to the constant current portion, the common terminal of the second differential pair is connected to the second current switching terminal of the first differential pair, and thereafter the common of the nth differential pair The terminal is connected to the second current switching terminal of the (n-1) th differential pair (n is an integer of 2 or more);
A reference voltage unit that supplies reference voltages having different potentials to the first control terminals from the first differential pair to the nth differential pair is provided,
The control unit that changes the control voltage applied to the second control terminal from the first differential pair to the nth differential pair is configured to switch each first current from the first differential pair to the nth differential pair. A current switching circuit provided to switch a current between the terminal and the second current switching terminal of the nth differential pair;
N amplifiers having amplifier control terminals,
A variable amplifier, wherein characteristics are changed by changing currents flowing into amplifier control terminals of the n amplifiers by current switching circuits, respectively.
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