JP2006033322A - Variable gain amplifier - Google Patents

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Yuji Ishioka
裕二 石岡
Takahiro Miki
隆博 三木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable gain amplifier in which a set gain will not change by the input voltage. <P>SOLUTION: A V-I converter C1 generates a current according to the input voltage ΔVIN (=VIN-VREF). Current distribution units C2, C3 respectively multiply the current generated in the V-I converter C1 by a constant by a current mirror circuit, duplicate the current, distribute and output from the outputs PP, PN and the outputs NP, NN, in response to a set value N. The output currents IPP, IPN from the current distribution unit C2 and the output currents INP, INN from the current distributing unit C3 are synthesized and become output currents IOUTP, IOUTN, respectively. The output currents IOUTP, IOUTN are converted into voltages by resistors R1, R2, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、利得を所望の設定値に応じて変更することが可能な可変利得増幅器に関するものである。   The present invention relates to a variable gain amplifier capable of changing a gain according to a desired set value.

増幅器の利得(ゲイン)は、帰還(フィードバック)インピーダンスと入力側インピーダンスの比によって与えられる。そのため、入力側インピーダンスの大きさを変えることで利得の大きさを変更することができる。   The gain of the amplifier is given by the ratio of the feedback impedance and the input impedance. Therefore, the magnitude of the gain can be changed by changing the magnitude of the input side impedance.

従来の可変利得増幅器は、抵抗とスイッチ素子を直列に接続したものを複数個用意し、それらを並列に接続することで入力側インピーダンスを構成している。このように構成することで、入力側インピーダンスは、オン状態にあるスイッチ素子に接続された抵抗を並列接続したものの合成抵抗によって与えられる。   A conventional variable gain amplifier has a plurality of resistors and switch elements connected in series, and the input side impedance is configured by connecting them in parallel. With this configuration, the input-side impedance is given by the combined resistance of the resistors connected to the switch elements in the on state in parallel.

その結果、スイッチ素子のオン/オフを制御して合成抵抗の大きさを変更することにより可変利得増幅器の利得を変更することができる(例えば特許文献1(図6B))。   As a result, the gain of the variable gain amplifier can be changed by controlling the on / off state of the switch element to change the magnitude of the combined resistance (for example, Patent Document 1 (FIG. 6B)).

なお、本発明に関連する発明が特許文献2,3に開示されている。   The inventions related to the present invention are disclosed in Patent Documents 2 and 3.

特開平9−36676号公報JP-A-9-36676 特開2003−46352号公報JP 2003-46352 A 特開平9−326653号公報JP-A-9-326653

しかし、スイッチ素子としてMOSトランジスタを選ぶと、MOSトランジスタの内部抵抗が入力インピーダンスを構成する抵抗に加わる。そして、MOSトランジスタの内部抵抗は、チャネル長変調効果等により入力電圧の大きさによって変化する。   However, when a MOS transistor is selected as the switch element, the internal resistance of the MOS transistor is added to the resistance constituting the input impedance. The internal resistance of the MOS transistor changes depending on the magnitude of the input voltage due to a channel length modulation effect or the like.

その結果、利得の設定を一定にしていても入力電圧によって利得の大きさが変化してしまうという問題があった。   As a result, there is a problem that the magnitude of the gain varies depending on the input voltage even if the gain setting is constant.

そこで本発明の目的は、入力電圧によって、設定した利得が変動することがない可変利得増幅器を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a variable gain amplifier in which a set gain does not vary depending on an input voltage.

請求項1に係る可変利得増幅器は、入力電圧を所望の設定値に応じた利得で増幅して出力する可変利得増幅器であって、前記入力電圧を、前記入力電圧に応じた電流に変換する電圧電流変換部と、前記電圧電流変換部の出力電流を前記所望の設定値に応じた電流に増幅して出力する電流増幅部と、前記電流増幅部の出力電流を電圧に変換する抵抗と、を備えることを特徴とする。   The variable gain amplifier according to claim 1 is a variable gain amplifier that amplifies and outputs an input voltage with a gain according to a desired set value, and converts the input voltage into a current according to the input voltage. A current conversion unit, a current amplification unit that amplifies and outputs the output current of the voltage-current conversion unit to a current according to the desired set value, and a resistor that converts the output current of the current amplification unit into a voltage. It is characterized by providing.

請求項1に係る可変利得増幅器は、入力電圧を入力電圧に応じた電流に変換し、その電流を所望の設定値に応じた利得で増幅している。そして、増幅した電流を電圧に変換することで、入力電圧を増幅している。そのため、入力電圧によって、設定した利得が変動することがない可変利得増幅器を得ることができる。   The variable gain amplifier according to claim 1 converts an input voltage into a current corresponding to the input voltage, and amplifies the current with a gain corresponding to a desired set value. Then, the input voltage is amplified by converting the amplified current into a voltage. Therefore, it is possible to obtain a variable gain amplifier in which the set gain does not vary depending on the input voltage.

<実施の形態1>
図1は、本実施の形態に係る可変利得増幅器の構成を示す図である。V−I変換部(電圧電流変換部)C1の正相入力端子に差動入力信号VINが入力されている。V−I変換部C1の逆相入力端子に差動入力信号VREFが入力されている。V−I変換部C1の出力Pが電流分配部C2の入力に接続されている。またV−I変換部C1の出力Nが電流分配部C3の入力に接続されている。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a variable gain amplifier according to the present embodiment. The differential input signal VIN is input to the positive phase input terminal of the V-I converter (voltage / current converter) C1. The differential input signal VREF is input to the negative phase input terminal of the V-I converter C1. The output P of the VI conversion unit C1 is connected to the input of the current distribution unit C2. Further, the output N of the VI conversion unit C1 is connected to the input of the current distribution unit C3.

電流分配部(第1電流分配部)C2の出力PPが出力端子OUTP及び抵抗R1の一端に接続されている。抵抗R1の他端は接地されている。電流分配部C2の出力PNは、電流分配部C3の出力NPにさらに接続されている。   The output PP of the current distribution unit (first current distribution unit) C2 is connected to the output terminal OUTP and one end of the resistor R1. The other end of the resistor R1 is grounded. The output PN of the current distribution unit C2 is further connected to the output NP of the current distribution unit C3.

電流分配部(第2電流分配部)C3の出力NPは、出力端子OUTN及び抵抗R2の一端に接続されている。抵抗R2の他端は接地されている。また電流分配部C3の出力NNは、電流分配部C2の出力PPに接続されている。   An output NP of the current distribution unit (second current distribution unit) C3 is connected to the output terminal OUTN and one end of the resistor R2. The other end of the resistor R2 is grounded. The output NN of the current distribution unit C3 is connected to the output PP of the current distribution unit C2.

V−I変換部C1は、差動入力信号VIN、VREFの差電圧である入力電圧ΔVINを電流に変換する。すなわち入力電圧ΔVINを、入力電圧ΔVINに応じた出力電流に変換している。そして、変換された電流に応じた出力を電流変換部C2,C3に出力する。   The VI conversion unit C1 converts an input voltage ΔVIN that is a difference voltage between the differential input signals VIN and VREF into a current. That is, the input voltage ΔVIN is converted into an output current corresponding to the input voltage ΔVIN. And the output according to the converted electric current is output to electric current conversion part C2, C3.

電流分配部C2,C3は、V−I変換部C1の出力を受け、電流変換部C1で生成された電流を定数倍して複製するとともに、設定に応じて二つの出力へ電流を分配する。ここで、電流分配部C2及び電流分配部C3で電流増幅部を構成している。そして電流増幅部は、V−I変換部C1の出力電流を後述する所望の設定値Nに応じた電流に増幅して出力している。   The current distribution units C2 and C3 receive the output of the VI conversion unit C1, duplicate the current generated by the current conversion unit C1 by a constant, and distribute the current to the two outputs according to the setting. Here, the current distribution unit C2 and the current distribution unit C3 constitute a current amplification unit. The current amplifying unit amplifies and outputs the output current of the VI conversion unit C1 to a current corresponding to a desired set value N described later.

また、抵抗R1(第1抵抗)、R2(第2抵抗)は、電流増幅部からの出力電流を電圧に変換している。   Resistors R1 (first resistor) and R2 (second resistor) convert the output current from the current amplifying unit into a voltage.

次にV−I変換部C1の構成について詳細に説明する。図2は、V−I変換部C1の構成を示す回路図である。定電流源IS1の一端が電源電圧VDDに接続されている。他端は出力P及びNMOSトランジスタM1のドレインに接続されている。   Next, the configuration of the VI conversion unit C1 will be described in detail. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the VI conversion unit C1. One end of the constant current source IS1 is connected to the power supply voltage VDD. The other end is connected to the output P and the drain of the NMOS transistor M1.

NMOSトランジスタM1のソースが定電流源IS2の一端に接続され、定電流源IS2の他端は接地されている。NMOSトランジスタM1のゲートは正相入力端子となっており、差動入力信号VINが入力されている。   The source of the NMOS transistor M1 is connected to one end of the constant current source IS2, and the other end of the constant current source IS2 is grounded. The gate of the NMOS transistor M1 serves as a positive phase input terminal, and the differential input signal VIN is input thereto.

NMOSトランジスタM1のソースは、点Dにおいて抵抗RSSの一端及びPMOSトランジスタM2のドレインに接続されている。PMOSトランジスタM2のソースは電源電圧VDDに接続され、ゲートは出力Pに接続されている。   The source of the NMOS transistor M1 is connected at point D to one end of the resistor RSS and the drain of the PMOS transistor M2. The source of the PMOS transistor M2 is connected to the power supply voltage VDD, and the gate is connected to the output P.

抵抗RSSの他端は、点EにおいてPMOSトランジスタM3のドレイン及びNMOSトランジスタM4のソースに接続されている。PMOSトランジスタM3のソースは電源電圧VDDに接続されている。PMOSトランジスタM3のゲートは出力Nに接続されている。   The other end of the resistor RSS is connected at point E to the drain of the PMOS transistor M3 and the source of the NMOS transistor M4. The source of the PMOS transistor M3 is connected to the power supply voltage VDD. The gate of the PMOS transistor M3 is connected to the output N.

PMOSトランジスタM4のソースは定電流源IS4の一端に接続されている。定電流源IS4の他端は接地されている。PMOSトランジスタM4のドレインは出力N及び定電流源IS3の一端に接続されている。定電流源IS3の他端は電源電圧VDDに接続されている。PMOSトランジスタM4のゲートは逆相入力端子となっており、差動入力信号VREFが入力されている。   The source of the PMOS transistor M4 is connected to one end of the constant current source IS4. The other end of the constant current source IS4 is grounded. The drain of the PMOS transistor M4 is connected to the output N and one end of the constant current source IS3. The other end of the constant current source IS3 is connected to the power supply voltage VDD. The gate of the PMOS transistor M4 is a reverse phase input terminal, and the differential input signal VREF is input thereto.

ここで、定電流源IS1〜IS4は、トランジスタ及び抵抗等で構成されており、その構成方法は特に問わない。ただし、定電流源IS1と定電流源IS3は同一の電流が流れるように構成されている。そして、定電流源IS2と定電流源IS4もまた同一の電流が流れるように構成されている。   Here, the constant current sources IS1 to IS4 are configured by transistors, resistors, and the like, and the configuration method is not particularly limited. However, the constant current source IS1 and the constant current source IS3 are configured so that the same current flows. The constant current source IS2 and the constant current source IS4 are also configured so that the same current flows.

さらにNMOSトランジスタM1とNMOSトランジスタM4は、ゲート長、ゲート幅等が同一の構造で構成されている。そして、PMOSトランジスタM2とPMOSトランジスタM3もまたゲート長、ゲート幅等が同一の構造で構成されている。   Further, the NMOS transistor M1 and the NMOS transistor M4 are configured to have the same gate length, gate width, and the like. The PMOS transistor M2 and the PMOS transistor M3 are also configured to have the same gate length, gate width, and the like.

次に、以上のように構成されたV−I変換部C1の動作について説明する。まず、定電流源IS1を流れる電流は、全てNMOSトランジスタM1を流れる。NMOSトランジスタM1を流れる電流を電流IM1とする。また、NMOSトランジスタM1の閾値電圧Vth、β値をそれぞれVtM1、βM1とすると、点Dにおける電位VDは、
VD = VIN-SQRT(2・IM1/βM1)-VtM1…(1)
で与えられる。
Next, the operation of the VI conversion unit C1 configured as described above will be described. First, all the current flowing through the constant current source IS1 flows through the NMOS transistor M1. A current flowing through the NMOS transistor M1 is defined as a current IM1. When the threshold voltage Vth and β value of the NMOS transistor M1 are VtM1 and βM1, respectively, the potential VD at the point D is
VD = VIN-SQRT (2 ・ IM1 / βM1) -VtM1… (1)
Given in.

同様に、NMOSトランジスタM4の閾値電圧Vth、β値をそれぞれVtM4、βM4とし、NMOSトランジスタM4を流れる電流をIM4とすると、点Eの電位VEは、
VE = VREF-SQRT(2・IM4/βM4)-VtM4…(2)
で与えられる。
Similarly, if the threshold voltage Vth and β value of the NMOS transistor M4 are VtM4 and βM4, respectively, and the current flowing through the NMOS transistor M4 is IM4, the potential VE at the point E is
VE = VREF-SQRT (2 ・ IM4 / βM4) -VtM4… (2)
Given in.

前述したようにNMOSトランジスタM1,M4は、ゲート長、ゲート幅が同一なので閾値電圧が等しく(VtM1=VtM4)、β値も等しい(βM1=βM4)。また定電流源IS1,IS3に流れる電流は同一であるのでIM1=IM4となる。   As described above, the NMOS transistors M1 and M4 have the same gate length and gate width, and therefore have the same threshold voltage (VtM1 = VtM4) and the same β value (βM1 = βM4). Since the currents flowing through the constant current sources IS1 and IS3 are the same, IM1 = IM4.

従って、式(1),(2)から、
VD-VE=VIN-VREF…(3)
となる。
Therefore, from equations (1) and (2),
VD-VE = VIN-VREF… (3)
It becomes.

抵抗RSSの両端に印加される電位差VD−VEは式(3)からVIN−VREFとなる。抵抗RSSに流れる電流IRSSは、抵抗RSSの抵抗値をRRSSとして、
IRSS = (VIN-VREF)/RRSS…(4)
で与えられる。
The potential difference VD−VE applied to both ends of the resistor RSS is VIN−VREF from the equation (3). The current IRSS flowing through the resistor RSS has the resistance value of the resistor RSS as RRSS.
IRSS = (VIN-VREF) / RRSS… (4)
Given in.

定電流源IS1〜IS4を流れる電流は常に一定であるため、電流IRSSはPMOSトランジスタM2、M3を流れる電流により供給される。すなわち、差動入力信号VINとVREFが等しい(VIN=VREF)ときに、PMOSトランジスタM2,M3に流れる電流を電流I0とすると、VIN−VREF=ΔVINのときにPMOSトランジスタM2,M3を流れる電流IM2(第1出力電流),IM3(第2出力電流)は、
IM2 = I0+(ΔVIN/RRSS)…(5)
IM3 = I0-(ΔVIN/RRSS)…(6)
で与えられる。ここで、式(5),(6)から判るように、電流IM2と電流IM3は、電流I0(第1基準電流)に対して相補的になっている。
Since the current flowing through the constant current sources IS1 to IS4 is always constant, the current IRSS is supplied by the current flowing through the PMOS transistors M2 and M3. That is, when the differential input signals VIN and VREF are equal (VIN = VREF), if the current flowing through the PMOS transistors M2 and M3 is the current I0, the current IM2 flowing through the PMOS transistors M2 and M3 when VIN−VREF = ΔVIN. (First output current) and IM3 (second output current) are
IM2 = I0 + (ΔVIN / RRSS)… (5)
IM3 = I0- (ΔVIN / RRSS)… (6)
Given in. Here, as can be seen from the equations (5) and (6), the current IM2 and the current IM3 are complementary to the current I0 (first reference current).

以上から、V−I変換部C1は、差動入力信号VIN,VREFが入力されると、入力電圧ΔVIN(=VIN−VRER)に応じて電流IM2,IM3を生成する。すなわち、入力電圧ΔVINを電流IM2,IM3に変換するように動作する。   From the above, when the differential input signals VIN and VREF are input, the VI conversion unit C1 generates currents IM2 and IM3 according to the input voltage ΔVIN (= VIN−VRE). That is, it operates so as to convert the input voltage ΔVIN into currents IM2 and IM3.

次に電流分配部C2の構成について説明する。図3は電流分配部C2の構成を示す回路図である。PMOSトランジスタM5のソースが電源電圧VDDに接続されている。PMOSトランジスタM5のドレインはスイッチS1及びスイッチS1Bの一端に接続されている。スイッチS1の他端は出力PNに接続されている。スイッチS1Bの他端は出力PPに接続されている。   Next, the configuration of the current distribution unit C2 will be described. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the current distribution unit C2. The source of the PMOS transistor M5 is connected to the power supply voltage VDD. The drain of the PMOS transistor M5 is connected to one ends of the switch S1 and the switch S1B. The other end of the switch S1 is connected to the output PN. The other end of the switch S1B is connected to the output PP.

PMOSトランジスタM6のソースが電源電圧VDDに接続されている。PMOSトランジスタM6のドレインはスイッチS2及びスイッチS2Bの一端に接続されている。スイッチS2の他端は出力PNに接続されている。スイッチS2Bの他端は出力PPに接続されている。   The source of the PMOS transistor M6 is connected to the power supply voltage VDD. The drain of the PMOS transistor M6 is connected to one ends of the switch S2 and the switch S2B. The other end of the switch S2 is connected to the output PN. The other end of the switch S2B is connected to the output PP.

PMOSトランジスタM7のソースが電源電圧VDDに接続されている。PMOSトランジスタM7のドレインはスイッチS3及びスイッチS3Bの一端に接続されている。スイッチS3の他端は出力PNに接続されている。スイッチS3Bの他端は出力PPに接続されている。PMOSトランジスタM8のソースが電源電圧VDDに接続されている。PMOSトランジスタM8のドレインは出力PPに接続されている。そして、PMOSトランジスタM5〜M8のゲートはV−I変換部C1の出力Pに接続されている。   The source of the PMOS transistor M7 is connected to the power supply voltage VDD. The drain of the PMOS transistor M7 is connected to one ends of the switch S3 and the switch S3B. The other end of the switch S3 is connected to the output PN. The other end of the switch S3B is connected to the output PP. The source of the PMOS transistor M8 is connected to the power supply voltage VDD. The drain of the PMOS transistor M8 is connected to the output PP. The gates of the PMOS transistors M5 to M8 are connected to the output P of the VI conversion unit C1.

スイッチS1〜S3及びスイッチS1B〜S3Bはトランジスタで構成されるスイッチであり、スイッチS1とS1B、スイッチS2とS2B、スイッチS3とS3BはON/OFFが相反するように動作する。例えば、スイッチS1がONのときはスイッチS1BはOFFとなり、スイッチS1がOFFのときはスイッチS1BがONとなるように動作する。また、これらのスイッチのON/OFFは図示しない制御装置によって制御されている。   The switches S1 to S3 and the switches S1B to S3B are switches composed of transistors, and the switches S1 and S1B, the switches S2 and S2B, and the switches S3 and S3B operate so that ON / OFF contradicts. For example, when the switch S1 is ON, the switch S1B is OFF, and when the switch S1 is OFF, the switch S1B is ON. Moreover, ON / OFF of these switches is controlled by a control device (not shown).

次に電流分配部C2の動作について説明する。PMOSトランジスタM5〜M8のゲートは、V−I変換部C1のPMOSトランジスタM2のゲートに接続されており、印加されるゲート電圧はPMOSトランジスタM2のゲート電圧と同一である。また、PMOSトランジスタM5〜M8のソースは、PMOSトランジスタM2と同様に電源電圧VDDに接続されている。すなわち、PMOSトランジスタM5〜M8は、印加されるゲート電圧、ソース電圧、ゲート長がV−I変換部C1のPMOSトランジスタM2(図2)と同一である。   Next, the operation of the current distribution unit C2 will be described. The gates of the PMOS transistors M5 to M8 are connected to the gate of the PMOS transistor M2 of the VI conversion unit C1, and the applied gate voltage is the same as the gate voltage of the PMOS transistor M2. Further, the sources of the PMOS transistors M5 to M8 are connected to the power supply voltage VDD similarly to the PMOS transistor M2. That is, the PMOS transistors M5 to M8 have the same applied gate voltage, source voltage, and gate length as the PMOS transistor M2 (FIG. 2) of the VI conversion unit C1.

さらに、PMOSトランジスタM5〜M8のゲート幅をそれぞれWM5,WM6,WM7,WM8とすると、PMOSトランジスタM2のゲート幅WM2のα倍,2α倍,4α倍,7α倍に構成されている。   Further, assuming that the gate widths of the PMOS transistors M5 to M8 are WM5, WM6, WM7, and WM8, respectively, the gate width WM2 of the PMOS transistor M2 is α times, 2α times, 4α times, and 7α times.

以上から、電流分配部C2を構成するPMOSトランジスタM5〜M8は、V−I変換部C1のPMOSトランジスタM2とカレントミラー回路をそれぞれ構成している。   From the above, the PMOS transistors M5 to M8 constituting the current distribution unit C2 constitute a current mirror circuit with the PMOS transistor M2 of the VI conversion unit C1.

そのため、例えばPMOSトランジスタM5を流れる電流は、ゲート幅WM5がPMOSトランジスタM2のゲート幅WM2のα倍であることを考慮すると、αIM2で与えられる。同様に、PMOSトランジスタM6,M7,M8を流れる電流は、2αIM2,4αIM2,7αIM2でそれぞれ与えられる。   Therefore, for example, the current flowing through the PMOS transistor M5 is given by αIM2 considering that the gate width WM5 is α times the gate width WM2 of the PMOS transistor M2. Similarly, currents flowing through the PMOS transistors M6, M7, and M8 are given by 2αIM2, 4αIM2, and 7αIM2, respectively.

その結果、出力PPを流れる電流IPP(第1分配電流)、出力PNを流れる電流IPN(第2分配電流)は、スイッチのON/OFFの組み合わせにより、
IPP=(7+N)×αIM2…(7)
IPN=(7-N)×αIM2…(8)
で与えられる。ここで、設定値NはスイッチのON/OFFの組み合わせで決まる0〜7の整数である。例えば、スイッチS1BがONでスイッチS2B,S3BがOFFの場合はN=1、スイッチS2BがONでスイッチS1B,S3BがOFFの場合はN=2を与える。またスイッチS1B〜S3BがOFFの場合はN=0となる。図3の例では、スイッチS1B〜S1Bが全てONになっていることからN=7の状態に対応している。
As a result, the current IPP (first distribution current) flowing through the output PP and the current IPN (second distribution current) flowing through the output PN are determined by the combination of ON / OFF of the switch.
IPP = (7 + N) × αIM2 ... (7)
IPN = (7-N) × αIM2 ... (8)
Given in. Here, the setting value N is an integer of 0 to 7 determined by the combination of ON / OFF of the switch. For example, N = 1 when the switch S1B is ON and the switches S2B and S3B are OFF, and N = 2 when the switch S2B is ON and the switches S1B and S3B are OFF. When the switches S1B to S3B are OFF, N = 0. In the example of FIG. 3, since all the switches S1B to S1B are ON, this corresponds to the state of N = 7.

以上説明したように、電流分配部C2のPMOSトランジスタM5〜M8は、V−I変換部C1のPMOSトランジスタM2とカレントミラー回路を構成している。そのためPMOSトランジスタM5〜M8には、V−I変換部C1で生成された電流IM2をゲート幅に応じて定数倍した電流が流れる。   As described above, the PMOS transistors M5 to M8 of the current distribution unit C2 constitute a current mirror circuit with the PMOS transistor M2 of the VI conversion unit C1. Therefore, a current obtained by multiplying the current IM2 generated by the VI conversion unit C1 by a constant according to the gate width flows through the PMOS transistors M5 to M8.

そして、これらの電流をスイッチのON/OFFの組み合わせによって電流IPP,IPNに分配して出力するように動作する。すなわち、電流分配部C2は、V−I変換部C1の電流IM2を基準電流とするカレントミラー回路を含み、カレントミラー回路の出力電流を設定値Nに応じて分配して電流IPP,IPNを出力している。   Then, these currents are distributed and output to the currents IPP and IPN by the combination of ON / OFF of the switches. That is, the current distribution unit C2 includes a current mirror circuit that uses the current IM2 of the VI conversion unit C1 as a reference current, distributes the output current of the current mirror circuit according to the set value N, and outputs the currents IPP and IPN. is doing.

次に電流分配部C3の構成について説明する。図3は電流分配部C3の構成を示す回路図である。PMOSトランジスタM9のソースが電源電圧VDDに接続されている。PMOSトランジスタM9のドレインはスイッチS4及びスイッチS4Bの一端に接続されている。スイッチS4の他端は出力NNに接続されている。スイッチS4Bの他端は出力NPに接続されている。   Next, the configuration of the current distribution unit C3 will be described. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the current distribution unit C3. The source of the PMOS transistor M9 is connected to the power supply voltage VDD. The drain of the PMOS transistor M9 is connected to one ends of the switch S4 and the switch S4B. The other end of the switch S4 is connected to the output NN. The other end of the switch S4B is connected to the output NP.

PMOSトランジスタM10のソースが電源電圧VDDに接続されている。PMOSトランジスタM10のドレインはスイッチS5及びスイッチS5Bの一端に接続されている。スイッチS5の他端は出力NNに接続されている。スイッチS5Bの他端は出力NPに接続されている。   The source of the PMOS transistor M10 is connected to the power supply voltage VDD. The drain of the PMOS transistor M10 is connected to one ends of the switch S5 and the switch S5B. The other end of the switch S5 is connected to the output NN. The other end of the switch S5B is connected to the output NP.

PMOSトランジスタM11のソースが電源電圧VDDに接続されている。PMOSトランジスタM11のドレインはスイッチS6及びスイッチS6Bの一端に接続されている。スイッチS6の他端は出力NNに接続されている。スイッチS6Bの他端は出力NPに接続されている。   The source of the PMOS transistor M11 is connected to the power supply voltage VDD. The drain of the PMOS transistor M11 is connected to one ends of the switch S6 and the switch S6B. The other end of the switch S6 is connected to the output NN. The other end of the switch S6B is connected to the output NP.

PMOSトランジスタM12のソースが電源電圧VDDに接続されている。PMOSトランジスタM12のドレインは出力NPに接続されている。そして、PMOSトランジスタM9〜M12のゲートはV−I変換部C1の出力Nに接続されている。   The source of the PMOS transistor M12 is connected to the power supply voltage VDD. The drain of the PMOS transistor M12 is connected to the output NP. The gates of the PMOS transistors M9 to M12 are connected to the output N of the VI conversion unit C1.

電流分配部C3は、電流電圧変換部C1で生成された電流IM3を複製し、スイッチのON/OFFの組み合わせによって決まる電流INP,INNに分配して出力するように動作する。   The current distribution unit C3 operates to replicate the current IM3 generated by the current-voltage conversion unit C1, and distribute and output the current IMP and INN determined by the ON / OFF combination of the switches.

すなわち、電流分配部3は、V−I変換部C1の電流IM3を基準電流とするカレントミラー回路を含み、カレントミラー回路の出力電流を設定値Nに応じて分配して電流INP,INNを出力している。   That is, the current distribution unit 3 includes a current mirror circuit that uses the current IM3 of the VI conversion unit C1 as a reference current, distributes the output current of the current mirror circuit according to the set value N, and outputs currents INP and INN. is doing.

電流INP(第3分配電流)、電流INN(第4分配電流)は、
INP=(7+N)×αIM3…(9)
INN=(7-N)×αIM3…(10)
で与えられる。
The current INP (third distribution current) and the current INN (fourth distribution current) are
INP = (7 + N) × αIM3… (9)
INN = (7-N) × αIM3… (10)
Given in.

なお、電流分配部C3の動作は、電流分配部C2と同様なので詳細な説明は省略する。   Since the operation of the current distribution unit C3 is the same as that of the current distribution unit C2, detailed description thereof is omitted.

以上のように構成された可変利得増幅器の動作について説明する。V−I変換部C1に差動入力信号VIN及びVREFが入力されるとV−I変換部C1は、入力電圧ΔVIN=VIN−VREFに応じて電流IM2,IM3を生成する(式(5),(6)参照)。そして電流IM2に応じた出力Pを電流分配部C2に出力する。また電流IM3に応じた出力Nを電流分配部C3に出力する。   The operation of the variable gain amplifier configured as described above will be described. When the differential input signals VIN and VREF are input to the V-I converter C1, the V-I converter C1 generates currents IM2 and IM3 according to the input voltage ΔVIN = VIN-VREF (Equation (5), (See (6)). Then, an output P corresponding to the current IM2 is output to the current distributor C2. In addition, an output N corresponding to the current IM3 is output to the current distributor C3.

V−I変換部C1で電流IM2が生成されると、電流分配部C2は出力Pを受け、スイッチ素子の状態に応じた電流IPP,IPN(式(7),(8))を出力する。同様に、V−I変換部C1で電流IM3が生成されると、電流分配部C3は出力Nを受け、スイッチ素子の状態に応じた電流INP,INN(式(9),(10))を出力する。   When the current IM2 is generated by the VI conversion unit C1, the current distribution unit C2 receives the output P and outputs currents IPP and IPN (expressions (7) and (8)) corresponding to the state of the switch element. Similarly, when the current IM3 is generated by the VI conversion unit C1, the current distribution unit C3 receives the output N and generates currents INP and INN (expressions (9) and (10)) according to the state of the switch element. Output.

出力PPと出力NNは合流して出力端子OUTPに接続され、出力PNと出力NPは合流して出力端子OUTNに接続されている。従って、出力端子OUTP、OUTN方向に流れる電流をIOUTP(第1増幅電流),IOUTN(第2増幅電流)とすると、
IOUTP=IPP+INN …(11)
IOUTN=IPN+INP …(12)
で与えられ、式(5)〜(10)により、
IOUTP=14αI0+(2αN/RRSS)ΔVIN…(13)
IOUTN=14αI0-(2αN/RRSS)ΔVIN…(14)
となる。
The output PP and the output NN are joined and connected to the output terminal OUTP, and the output PN and the output NP are joined and connected to the output terminal OUTN. Therefore, if the currents flowing in the direction of the output terminals OUTP and OUTN are IOUTP (first amplified current) and IOUTN (second amplified current),
IOUTP = IPP + INN… (11)
IOUTN = IPN + INP… (12)
And given by equations (5)-(10)
IOUTP = 14αI0 + (2αN / RRSS) ΔVIN… (13)
IOUTN = 14αI0- (2αN / RRSS) ΔVIN… (14)
It becomes.

ここで、式(13),(14)に示すように、電流IOUTP、及び電流IOUTNは、設定値Nに依存しない部分である第2基準電流(14α・I0)に対して相補的な関係になっている。   Here, as shown in the equations (13) and (14), the current IOUTP and the current IOUTN have a complementary relationship with the second reference current (14α · I0), which is a portion that does not depend on the set value N. It has become.

抵抗R1、R2の抵抗値をR0とすると、出力端子OUTP,OUTNの出力電圧VOUTP,VOUTNは、
VOUTP=14αI0・R0+(2αN・R0/RRSS)ΔVIN…(15)
VOUTN=14αI0・R0-(2αN・R0/RRSS)ΔVIN…(16)
となる。
When the resistance values of the resistors R1 and R2 are R0, the output voltages VOUTP and VOUTN of the output terminals OUTP and OUTN are
VOUTP = 14αI0 ・ R0 + (2αN ・ R0 / RRSS) ΔVIN… (15)
VOUTN = 14αI0 ・ R0- (2αN ・ R0 / RRSS) ΔVIN… (16)
It becomes.

ここで、電流IPP,IPN,INP,INNのうち、電流I0を含む部分が設定値Nに依存しないように電流IPPと電流IPN、電流INPと電流INNを合流して電流IOUTP,IOUTNを構成している。その結果、出力電圧VOUTP,VOUTNは設定値Nによらない共通の部分(14αR0・I0)を含んでおり、この部分を基準電位とすることができる。   Here, among the currents IPP, IPN, INP, and INN, the currents IPP and IPN, the currents INP and the currents INN are combined to form the currents IOUTP and IOUTN so that the portion including the current I0 does not depend on the set value N. ing. As a result, the output voltages VOUTP and VOUTN include a common portion (14αR0 · I0) that does not depend on the set value N, and this portion can be used as a reference potential.

以上のように構成されているので、本実施の形態に係る可変利得増幅器は、利得(αNR0/RRSS)で入力電圧ΔVINを増幅して出力している。この利得(2αN・R0/RRSS)は、カレントミラー比α(=WM5/WM2)、スイッチの設定値N、線形抵抗の抵抗値R0、RRSSによって決まるため、入力電圧ΔVINに依存しない。   Since it is configured as described above, the variable gain amplifier according to the present embodiment amplifies and outputs the input voltage ΔVIN with a gain (αNR0 / RRSS). This gain (2αN · R0 / RRSS) is determined by the current mirror ratio α (= WM5 / WM2), the switch setting value N, the resistance value R0 of the linear resistance, and RRSS, and therefore does not depend on the input voltage ΔVIN.

従って、入力電圧ΔVINによって利得が変動しない可変利得増幅器を得ることができる。   Therefore, it is possible to obtain a variable gain amplifier whose gain does not vary with the input voltage ΔVIN.

また、電流IPPと電流IPN、電流INPと電流INNを合流することで、設定値Nによらない出力コモン電位(出力の中心値:14αR0・I0の部分)を設定することができ、この出力コモン電位を中心として正負方向に(2αN・R0/RRSS)ΔVINの出力を得ることができる。   Further, by combining the current IPP and the current IPN, and the current INP and the current INN, it is possible to set an output common potential (the center value of the output: 14αR0 · I0) that does not depend on the set value N. An output of (2αN · R0 / RRSS) ΔVIN can be obtained in the positive and negative directions around the potential.

実施の形態1に係る可変利得増幅器の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a variable gain amplifier according to a first embodiment. 実施の形態1に係るV−I変換部の構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a VI conversion unit according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電流分配部の構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a current distribution unit according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電流分配部の構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a current distribution unit according to the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

C1 V−I変換器、C2,C3 電流分配部。
C1 V-I converter, C2, C3 Current distribution unit.

Claims (3)

入力電圧を所望の設定値に応じた利得で増幅して出力する可変利得増幅器であって、
前記入力電圧を、前記入力電圧に応じた出力電流に変換する電圧電流変換部と、
前記電圧電流変換部の出力電流を前記所望の設定値に応じた電流に増幅して出力する電流増幅部と、
前記電流増幅部の出力電流を電圧に変換する抵抗と、
を備えることを特徴とする可変利得増幅器。
A variable gain amplifier that amplifies and outputs an input voltage with a gain according to a desired set value,
A voltage-current converter that converts the input voltage into an output current corresponding to the input voltage;
A current amplifying unit that amplifies and outputs the output current of the voltage-current converter to a current according to the desired set value;
A resistor for converting the output current of the current amplification unit into a voltage;
A variable gain amplifier comprising:
前記電流増幅部は、前記電圧電流変換部の出力電流を基準電流とするカレントミラー回路を含み、前記カレントミラー回路の出力電流を前記所望の設定値に応じて分配することにより出力電流を生成することを特徴とする請求項1に記載の可変利得増幅器。   The current amplification unit includes a current mirror circuit using the output current of the voltage-current conversion unit as a reference current, and generates an output current by distributing the output current of the current mirror circuit according to the desired set value The variable gain amplifier according to claim 1. 前記電圧電流変換部の出力電流は、所定の第1基準電流に対して相補的な第1出力電流と、第2出力電流を含み、
前記電流増幅部は、前記第1出力電流を基準電流とする前記カレントミラー回路の出力電流を前記所望の設定値に応じて第1分配電流と、第2分配電流に分配して出力する第1電流分配部と、
前記第2出力電流を基準電流とする前記カレントミラー回路の出力電流を前記所望の設定値に応じて第3分配電流と、第4分配電流に分配して出力する第2電流分配部とを備え、
前記第1分配電流と前記第4分配電流を加え、かつ前記第2分配電流と前記第3分配電流を加えることで所定の第2基準電流に対して相補的な第1増幅電流と第2増幅電流を出力し、
前記抵抗は、前記第1増幅電流及び前記第2増幅電流をそれぞれ電圧に変換する第1抵抗と第2抵抗を含むことを特徴とする請求項2に記載の可変利得増幅器。
The output current of the voltage-current converter includes a first output current complementary to a predetermined first reference current, and a second output current,
The current amplifying unit distributes an output current of the current mirror circuit using the first output current as a reference current to a first distribution current and a second distribution current according to the desired set value, and outputs the first distribution current and the second distribution current. A current distribution unit;
A third distribution current according to the desired set value, and a second current distribution unit for distributing and outputting the output current of the current mirror circuit using the second output current as a reference current according to the desired set value. ,
A first amplification current and a second amplification complementary to a predetermined second reference current by adding the first distribution current and the fourth distribution current and adding the second distribution current and the third distribution current. Output current,
3. The variable gain amplifier according to claim 2, wherein the resistor includes a first resistor and a second resistor that convert the first amplified current and the second amplified current into voltages, respectively.
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