JP2006352401A - 可変利得増幅回路及びそのdcオフセット補正方法並びに無線受信装置 - Google Patents

可変利得増幅回路及びそのdcオフセット補正方法並びに無線受信装置 Download PDF

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Abstract

【課題】
利得の変更時にDCオフセットの再補正を行う必要がない可変利得増幅回路を提供する。
【解決手段】
可変利得増幅回路1は、増幅部11の出力電圧に生じるDCオフセットのうち、増幅部11の利得の変化に依存しない固定オフセット成分を減衰する補正を行う出力オフセット補正部14と、増幅部11の利得に依存して変化する入力オフセット成分を減衰する補正を行う入力オフセット補正部13とを備える。出力オフセット補正部14による固定オフセット成分の補正と入力オフセット補正部13による入力オフセット成分の補正は、独立に実施する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、可変利得増幅回路に関し、特に増幅回路の出力信号に発生するDCオフセットを補正する可変利得増幅回路及びそのDCオフセット補正方法に関する。
MOSトランジスタで構成された差動増幅回路では、差動対を構成するMOSトランジスタのゲート幅等のばらつきによるMOSトランジスタ間での閾値電圧のミスマッチ、差動増幅回路を構成する負荷抵抗のミスマッチ等によって、出力にDCオフセットをもつことが知られている。
このような差動増幅回路の出力に生じるDCオフセットを補正する方法が従来から知られている。例えば、特許文献1には、利得を変更可能とした差動増幅回路を備え、出力電圧のDCオフセット補正を行う可変利得増幅回路が開示されている。
特許文献1に開示された可変利得増幅回路は、オフセット検出モードと信号増幅モードとを切り替え可能な構成であり、オフセット検出モードで検出したDCオフセット量はオフセット保持手段に保持される。ここで、オフセット保持手段とは、DCオフセット量をアナログ量として保持し出力するコンデンサ、D/Aコンバータ(DAC)が出力するDCオフセット補正電圧に相当するディジタル値を保持するメモリ等である。また、信号増幅モードでは、オフセット保持手段に保持したDCオフセット量に相当する出力を減算した信号を信号増幅手段に入力することによりDCオフセット補正を行うものである。
しかし、DCオフセットの大きさは利得に依存して変化するため、特許文献1に開示されているような従来の可変利得増幅回路では、利得を変更する場合に改めてオフセット保持手段にDCオフセット量を保持する動作が必要となるという問題がある。この問題について、図14を用いて説明する。
図14は、従来の可変利得増幅回路8の構成を示している。増幅部81は、利得変更可能な差動増幅回路である。利得切替部82は、利得切替信号に応じて増幅部81の利得の切り替えを行う。また、入力オフセット補正部83は、DCオフセットが生じないように増幅部81の入力信号に対して後述する入力オフセット補正電圧VOC_inを減算する回路である。
DCオフセットVOSは、増幅部81の負荷抵抗や電流源のばらつきにより、利得の変化に依存せず固定的に発生する固定オフセット成分VOS_fixと、差動対の閾値電圧のばらつき等の入力側のばらつきに起因し、利得に比例する入力オフセット成分VOS_inを含んでいる。つまり、VOSは、増幅部81の利得Aの関数として、以下の(1)式により表すことができる。
OS(A)=VOS_in×A+VOS_fix ・・・(1)
可変利得増幅回路8におけるDCオフセット補正は、(1)式で表されるVOSがゼロとなるように、増幅部81に対する入力信号から入力オフセット補正電圧VOC_inを減算することにより行う。つまり、以下の(2)式が成立するように、補正電圧VOC_inを決定する。
OS(A)=(VOS_in−VOC_in)×A+VOS_fix=0 ・・・(2)
(2)式より、VOSがゼロとなるときのVOC_inは、以下の(3)式により表すことができる。(3)式で表される補正電圧VOC_inを入力オフセット補正部83に保持し、増幅部81の入力信号からVOC_inを減算することによって、DCオフセットVOSの発生を抑えることができる。
OC_in=VOS_fix/A+VOS_in ・・・(3)
しかしながら、(3)式から明らかなように、入力オフセット補正電圧VOC_inは増幅部81の利得Aに依存している。このため、利得Aを変更する場合には、DCオフセットVOSが変化するとともに、これを補正するための入力オフセット補正電圧VOC_inの値も変更する必要がある。このように、従来の可変利得増幅回路8では、増幅部81の利得を変更する際に、改めて入力オフセット補正部83に補正電圧を保持する動作が必要となる。
例えば、入力オフセット補正部83がコンデンサによって補正電圧VOC_inする構成である場合は、コンデンサにDCオフセット量に相当する電荷を充電する時間が改めて必要となる。また、入力オフセット補正部83がDACである場合は、増幅部81の出力信号からDCオフセットを抽出するための時間と、このDCオフセットによりDACを制御するための時間、あるいは予め各利得に対する補正量として記録した補正値をメモリから読み出し、DACに設定する時間が改めて必要となる。
このように、従来の可変利得増幅回路では、利得を変更するたびにDCオフセットの補正を行う必要があり、利得の変更に要する時間がオフセット補正の時間によって制限をされてしまう。このため、高速に利得を切り替えることができないという問題がある。
例えば、IEEE802.11a等の無線LAN規格に準拠した無線通信機器の受信部では、限られたプリアンブル期間に利得の変更やDCオフセットの調整を行い、プリアンブル後の受信信号を増幅する必要がある。このため、利得の変更に時間がかかると、プリアンブル期間中に受信準備が完了しない等の問題を生じる可能性がある。
なお、可変利得増幅回路の出力側にDCカット用のコンデンサを挿入し、出力電圧の直流成分をカットする構成をとる場合もあるが、この場合もコンデンサが充電されることによりDCオフセットがゼロに収束するまでに時間を要する。このため、高速に利得を切り替える必要がある可変利得増幅回路に適していない。
特開平9−64666号公報
上述したように、可変利得増幅回路の利得を変更するたびにDCオフセットの再補正を行う必要がある従来の可変利得増幅回路は、DCオフセットの再補正に時間を要するため、高速に利得を変更することができないという課題がある。
本発明にかかる可変利得増幅回路は、利得の切り替えが可能な増幅部と、前記増幅部の出力電圧に生じるDCオフセットのうち、前記増幅部の利得の変化に依存しない固定オフセット成分を減衰する補正と、前記増幅部の利得に比例する入力オフセット成分を減衰する補正とを独立に実施する補正制御部とを備えるものである。
このような構成により、可変利得増幅回路の利得に依存しない固定オフセット成分の補正と利得に依存して変化する入力オフセット成分の補正とを独立に行うことができる。このようなオフセット補正を行うことにより、固定オフセットに対する補正電圧及び入力オフセットに対する補正電圧が共に利得に依存しないものとなる。このため、可変利得増幅回路の利得を変化した場合に、改めてオフセット補正を行わなくても継続的にDCオフセットをキャンセルすることができる。このように、本発明の可変利得制御回路は、利得切り替え時に改めてオフセットキャンセル動作を行う必要がないため、利得制御の速度がオフセットキャンセル動作に制限されることがなく、高速で利得の切り替えを行うことができる。
また、本発明にかかるDCオフセット補正方法は、利得の切り替えが可能な差動増幅回路の出力電圧に生じるDCオフセットを減衰する補正方法であって、前記DCオフセットのうち、前記差動増幅回路の利得の変化に依存しない固定オフセット成分を減衰する補正を行った後に、前記差動増幅回路の利得に依存して変化する入力オフセット成分を減衰する補正を行うものである。
このようなDCオフセット補正方法により、固定オフセットに対する補正電圧及び入力オフセットに対する補正電圧が共に利得に依存しないものとなるため、可変利得増幅回路の利得を変化した場合に改めてオフセット補正を行わなくても、継続的にDCオフセットをキャンセルすることが可能である。したがって、本発明のDCオフセット補正を実施することにより、利得の変更に伴ってDCオフセットの再補正を行う必要のない可変利得増幅回路を実現することができる。
本発明により、利得の変更時にDCオフセットの再補正を行う必要がない可変利得増幅回路を提供することができる。
発明の実施の形態1.
本実施の形態にかかる可変利得増幅回路1の構成を図1に示す。ここで、増幅部11は、利得変更可能な差動増幅回路である。利得切替部12は、利得切替信号に応じて増幅部11の利得の切り替えを行う。また、入力オフセット補正部13は、DCオフセットが生じないように増幅部11の入力信号に対して後述する入力オフセット補正電圧VOC_inを減算する回路である。さらに、出力オフセット補正部14は、DCオフセットが生じないように増幅部11の出力信号に対して後述する出力オフセット補正電圧VOC_outを減算する回路である。
可変利得増幅回路1におけるオフセット補正手順を図2のフローチャートを用いて説明する。まず、利得切替部12によって増幅部11の利得を最小利得(A≒0)となるよう設定する(ステップS101)。このときの、DCオフセットVOSは、上述した(1)式より、
OS(0)=VOS_fix ・・・・(4)
と表すことができる。つまり、利得に依存しない固定成分VOS_fixがDCオフセットとして現れることになる。したがって、最小利得(A≒0)の状態で、DCオフセットが生じないよう、理想的にはDCオフセットがゼロとなるように出力オフセット補正電圧VOC_outを調整することにより、DCオフセットの固定成分VOS_fixをキャンセルすることができる。具体的には、(5)式の関係から、調整後のVOC_outは(6)式で表すことができる。
OS(0)=VOS_fix−VOC_out=0 ・・・(5)
OC_out=VOS_fix ・・・・(6)
続く、ステップS103では、利得切替部12によって増幅部11の利得が最大利得となるよう設定する。既に上記のステップS102によるVOC_outの調整によって、DCオフセットの固定成分をキャンセルしているため、このときのDCオフセットは、以下の(7)式により表すことができる。ここで、Amaxは最大利得を示している。
OS(Amax)=VOS_in×Amax ・・・(7)
ステップS104では、(7)式でDCオフセットVOS(Amax)が生じないよう、理想的にはDCオフセットがゼロとなるように入力オフセット補正電圧VOC_inを調整する。具体的には、(8)式の関係から、調整後のVOC_inは(9)式で表すことができる。
OS(Amax)=(VOS_in−VOC_in)×Amax=0 ・・・(8)
OC_in=VOS_in ・・・(9)
このように、本発明の可変利得増幅回路1では、DCオフセットの固定成分VOS_fixをキャンセルする出力オフセット補正及びDCオフセットの利得に依存する成分VOS_inをキャンセルする入力オフセット補正の2段階の補正を行うことにより、DCオフセットVOSを補正することができる。
なお、上述した従来の可変利得増幅回路は、利得に比例する入力オフセット成分と固定オフセット成分を含むDCオフセットを、入力オフセット補正によって一括でキャンセルする構成である。このため、利得を変更する度にオフセット補正を改めて行う必要があるという問題を生じていた。
これに対して、本発明の可変利得増幅回路1及びDCオフセット補正方法の特徴は、利得に依存しない固定オフセット成分をキャンセルする出力オフセット補正及び利得に比例する入力オフセット成分をキャンセルする入力オフセット補正の2段階の補正を行うことにより、(6)式で表される出力オフセット補正電圧VOC_out及び(9)式で表される入力オフセット補正電圧VOC_inがともに増幅部11の利得Aに依存しない点である。
このため、本発明の可変利得増幅回路1は、増幅部11の利得Aが変化した場合にも、VOC_out及びVOC_inの再調整を行うことなくDCオフセットの発生を抑えることができる。したがって、利得を変更する度にオフセット補正を改めて行う必要がある従来の可変利得増幅回路に比べ、本発明の可変利得制御回路11は利得の切り替えを高速に行うことができる。なお、上述したオフセット補正は、可変利得増幅回路1の電源投入時やスタンバイ状態など信号の増幅動作を行っていないときに行うこととすればよい。
なお、上記のステップS103及びS104において増幅部11を最大利得に設定して補正を行うこととしたが、最大利得とせずに行うことも可能である。しかしながら、増幅部11の利得を大きくした状態でオフセット補正を行うことにより、入力オフセット補正電圧VOC_inの変動によるDCオフセットVOSの変動が大きくなることによってVOC_inの調整が容易であること、オフセット補正後の出力に残留するDCオフセット量を小さくできるという利点がある。このため、ステップS104の入力オフセット補正は、増幅部11を最大利得に設定して補正を行うことが望ましい。
次に、本実施の形態にかかる可変利得増幅回路1の具体的な回路構成の一例を図3に示す。増幅部11は、NMOSトランジスタM1及びM2からなるNMOS差動対を備えている。利得切替部12は、増幅部11が備えるスイッチSW1乃至SW3に対してON/OFF制御信号を送出する。図3の例では、SW2及びSW3によって2種類の利得A1及びA2に切り替え可能である。なお、スイッチSW1は、図2のステップS103及びS104で設定する最大利得を得るためのスイッチである。具体的には、ステップS101の最小利得設定時は、SW1=OFF、SW2=OFF、SW3=OFFとする。ステップS103の最大利得設定時は、SW1=ON、SW2=OFF、SW3=OFFとする。また、利得A1(R1/(R3+1/gm))設定時は、SW1=OFF、SW2=ON、SW3=OFFとし、利得A2(R1/(R5+1/gm))設定時は、SW1=OFF、SW2=OFF、SW3=ONとする。ここで、R1=R2,R3=R4,R5=R6であり、gmはトランジスタM1、M2の相互コンダクタンスである。
出力オフセット補正部14は、上述した出力オフセット補正を制御する補正制御部141とD/Aコンバータ(DAC)142を備えている。DAC142の出力は、トランジスタM3のゲートに入力される。トランジスタM3は、差動対を構成するトランジスタM1のソースに接続されており、DAC142の出力調整によってトランジスタM1のドレイン・ソース間を流れるドレイン電流IDSを調整し、出力端子out_bの出力電圧を調整することができる。つまり、トランジスタM3は可変電流源として動作する。上述した出力オフセット補正は、DAC142の出力を調整することによって行い、差動対の出力端子out_aとout_bの間の電位差が所定の値以下となったときのDAC142の出力を保持し、トランジスタM3のゲートに印加する。
また、入力オフセット補正部13は、出力オフセット補正部14による出力オフセット補正の後に、上述した入力オフセット補正を行うための補正制御部131とD/Aコンバータ(DAC)132を備えている。DAC132の出力は、差動対を構成するトランジスタM1のゲートに入力される。上述した入力オフセット補正は、DAC132の出力を変更することによって行い、DCオフセットが所定の値以下となったときのDAC132の出力を保持し、トランジスタM1のゲートに印加する。
可変利得増幅回路1の別の構成例を図4に示す。図4は、図3におけるトランジスタM3及びM4に対してトランジスタM5及びM6を並列に挿入した構成である。ここで、M5及びM6のゲート幅をM3及びM4のゲート幅より小さくし、M5若しくはM6又はM5及びM6の双方のゲートに対して電圧を印加することとする。例えば、トランジスタM3とM5のゲート幅の比がn:1であれば、トランジスタM5のゲート電圧によるドレイン電流の調整は、トランジスタM3によって調整する場合に比べてドレイン電流が飽和するまでの電圧調整幅をn倍とすることができる。n=5であれば、M3によって±10mvの幅で調整するところを±50mvの幅で調整することができる。つまり、ゲート電圧の変動に対するドレイン電流の変動量を小さくできるため、トランジスタM1のドレイン電流をより細かく制御することができ、DCオフセットの補正誤差を小さくすることができる。
なお、上述した実施の形態では、増幅部11の利得を最小利得(A≒0)とした状態で出力オフセット成分VOS_fixを減衰する補正を行い、その後、増幅部11の利得を切り替えて、望ましくは最大利得とした状態で、入力オフセット成分VOS_inを減衰する補正を行うこととした。しかしながら、増幅部11の利得を最小利得(A≒0)とせず、任意の2つの利得A1及びA2における出力オフセットVOS(A1)及びVOS(A2)を求め、以下に示す(10)式及び(11)式からVOS_fix及びVOS_inを求めることも可能である。
OS(A1)=VOS_in×A1+VOS_fix ・・・(10)
OS(A2)=VOS_in×A2+VOS_fix ・・・(11)
発明の実施の形態2.
本実施の形態にかかる可変利得増幅回路2の構成を図5に示す。可変利得増幅回路2は、図2のフローチャートを用いて説明したオフセット補正を自動化したものである。可変利得増幅回路2は、増幅部21の出力端子out_aとout_bの間の電位差をコンパレータ211で比較する。コンパレータ211の出力は、オフセット補正部23が備える補正制御部231に入力される。
オフセット補正部23は、補正制御部231とDAC132及び142を備えている。補正制御部231は、コンパレータ211が出力する出力電圧の比較結果を用いてDAC132及び142の出力を調整することにより、上述した出力オフセット補正及び入力オフセット補正を行う。なお、その他の構成は、上述した可変利得増幅回路1が備えるものと共通しているため、同一の記号を付与して説明を省略する。
次に、図6に示す補正制御部231の詳細構成を参照して、可変利得増幅回路2におけるオフセット補正手順を説明する。補正制御部231が備えるU/Dカウンタ234は、クロック信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジに、コンパレータ211の出力に基づいてカウントアップ又はカウントダウンを行うカウンタである。ラッチ/スルー回路235及び236は、ラッチ/スルー制御信号に応じて、入力信号をそのまま出力するスルーモードと入力信号を保持するラッチモードに切り替え可能な回路である。
出力オフセット補正を行う場合は、スイッチSW1乃至SW3をOFFにして増幅部21を最小利得に設定し、ラッチ/スルー回路236をスルーモードに設定する。コンパレータ211の出力によって示されたDCオフセットが負である場合はU/Dカウンタ234はアップカウントされ、DCオフセットが正である場合はダウンカウントされる。U/Dカウンタ234のカウント値は、ラッチ/スルー回路236をスルーしてDAC142に入力される。DAC142は、入力されたU/Dカウンタ234のカウント値に応じて、DCオフセットが負であれば出力を正方向に、DCオフセットが正であれば出力を負方向に制御する。DCオフセットが所定の値以下に収束するまで上記の動作を繰り返し、DCオフセットが収束した時点で、ラッチ/スルー回路236をラッチモードに変更し、出力オフセット補正後の値としてU/Dカウンタ234の値をラッチ/スルー回路236に保持する。
次に、入力オフセット補正を行う場合は、スイッチSW1をONにして増幅部21を最大利得に設定し、ラッチ/スルー回路235をスルーモードに設定する。このとき、ラッチ/スルー回路236はラッチモードに設定したままとする。出力オフセット補正時と同様に、コンパレータ211の出力によって示されたDCオフセットが負である場合はU/Dカウンタ234はアップカウントされ、DCオフセットが正である場合はダウンカウントされる。U/Dカウンタ234のカウント値は、ラッチ/スルー回路235をスルーしてDAC132に入力される。DAC132は、入力されたU/Dカウンタ234のカウント値に応じて、DCオフセットが負であれば出力を正方向に、DCオフセットが正であれば出力を負方向に制御する。DCオフセットが所定の値以下に収束するまで上記の動作を繰り返し、DCオフセットが収束した時点で、ラッチ/スルー回路235をラッチモードに変更し、入力オフセット補正後の値としてU/Dカウンタ234の値をラッチ/スルー回路235に保持する。
上述したオフセット補正によって、DCオフセットVOSが収束する様子を図7に示す。時刻T1においてVGA21を最小利得とし、ラッチ/スルー回路236をスルーモードに設定して出力オフセット補正を開始する。図7の例では、時刻T1においてDCオフセットVOSが正であるため、U/Dカウンタ234がダウンカウントされるにつれてVOSが小さくなる。時刻T2では、出力オフセット補正によるVOSの収束を判定し、ラッチ/スルー回路236をラッチモードに変更する。続く時刻T3では、VGA21を最大利得とし、ラッチ/スルー回路235をスルーモードに設定して入力オフセット補正を開始し、時刻T4においてVOSの収束を判定して、ラッチ/スルー回路235をラッチモードに変更する。
このような手順で、ラッチ/スルー回路235及び236に保持された値を用いてDAC132、142の出力を行うことにより、増幅部21の利得を変更した場合のDCオフセットの再補正が不要となる。
発明の実施の形態3.
本実施の形態にかかる可変利得増幅回路3は、発明の実施の形態2に示した可変利得増幅回路2を改良し、より正確なDCオフセット補正を可能としたものである。可変利得増幅回路3の構成を図8に示す。可変利得増幅回路3は、可変利得増幅回路2においてDAC132が接続された入力線の逆相入力側に微調整用のDAC332を備えている。また、DAC142が接続されたトランジスタM3側と逆相側に微調整用のDAC333を備えている。
可変利得増幅回路3のオフセット補正時のDCオフセットVOSの収束の様子を図9に示す。まず、可変利得増幅回路2の場合と同様に、DAC142により出力オフセット補正を行って、DCオフセットVOSを粗く収束させる。その後に、微調整用のDAC333に切り替えてさらにVOSがゼロに近づくよう収束させる。入力オフセット補正も同様に、DAC132によってVOSを粗く収束させ、その後にDAC332により微調整を行う。
このような微調整は、発明の実施の形態2にかかる可変利得増幅回路2において、DAC132及び142のビット数を増やすことによっても可能である。しかしながら、DACのビット数を増やすと回路規模が大きくなるという問題がある。また、VOSの収束時間が長くなるという問題もある。これに対して、正相側と逆相側に粗調整用のDACと微調整用のDACとを設けることにより、個々のDACの回路規模を抑えることができる。また、粗調整用のDACでVOSを速やかに収束させ、その後に微調整用のDACにより微調整を行うことにより、VOSの収束時間を早めることができる。例えば、8ビットDAC1つによってオフセット補正を行うかわりに、6ビットDACと2ビットDACを用いてオフセット補正を行うこととすればよい。
また、可変利得増幅回路3では、抵抗R7及びR8と並列に接続されたスイッチSW6及びSW7を備えている。可変利得増幅回路3では、DAC132及び332の出力を切り替えることによって入力オフセット成分VOS_inの補正を行うが、時定数R7×C1及びR8×C2が大きいと、DAC132及び332の出力調整後に過渡現象が収束して安定状態となるまでに時間がかかる。このため、入力オフセット補正時にスイッチSW6及びSW7をONとして抵抗R7及びR8を迂回して過渡現象の収束を早めることにより、入力オフセット補正に要する時間を短縮することができる。
発明の実施の形態4.
本実施の形態は、本発明を多段増幅型の可変利得増幅回路に適用したものである。本実施の形態にかかる可変利得増幅回路4の構成を図10に示す。多段増幅部41は、n段の可変利得増幅部41−1乃至41−nを備えている。利得切替部42は、増幅部41−1乃至41−nそれぞれの利得切り替えを行い、出力オフセット補正部14−1乃至14−nは、増幅部41−1乃至41−nそれぞれの出力オフセット補正を行う。入力オフセット補正部13は、1段目の増幅部41−1の入力オフセット補正を行う。ここで、入力オフセット補正部13が1段目を除いて不要となる理由は、1段目を除く任意のk段目の入力オフセット補正はk−1段目の出力オフセット補正と併せて行うことができるためである。
多段増幅部41のn段目の増幅部41−nの出力するDCオフセットには、1段目からn−1段目までの増幅部が出力するDCオフセットが全て取り込まれて現れることになる。増幅部41−nが出力するDCオフセットVOS (n)は、以下に示す(11)式により表すことができる。
OS (n)=(VOS_in (1)−VOC_in (1))×A(1)・A(2)・・A(n)
+(VOS_in (2)+VOS_fix (1)−VOC_out (1))×A(2)・A(3)・・A(n)
+・・・・・・
+(VOS_in (n−1)+VOS_fix (n−2)−VOC_out (n−2))×A(n−1)・A(n)
+(VOS_in (n)+VOS_fix (n−1)−VOC_out (n−1))×A(n)
+VOS_fix (n)−VOC_out (n) ・・・・・・・・・・・(11)
ここで、VOS_in (k)はk段目の増幅部41−kの利得A(k)に比例する入力オフセット成分、VOS_fix (k)はk段目の増幅部41−kの固定オフセット成分である。
可変利得増幅回路4のDCオフセット補正は、以下の手順により行うことができる。まず、利得切替部12−nによって最終段であるn段目の利得A(n)を最小(A(n)≒0)に設定する。このときのVOS (n)は、
OS (n)=VOS_fix (n)−VOC_out (n) ・・・(12)
となる。このため、(12)式に示すVOS (n)がゼロとなるように出力オフセット補正部14−nを調整することにより、n段目の固定オフセット成分VOS_fix (n)をキャンセルすることができる。このときの、n段目の出力オフセット補正電圧VOC_out (n)は、
OC_out (n)=VOS_fix (n) ・・・(13)
となる。
次に、n段目の利得A(n)を最大、n−1段目の利得A(n−1)を最小(A(n−1)≒0)に設定する。このときのVOS (n)は、n段目の固定オフセット成分VOS_fix (n)が既にキャンセルされているため、以下の(14)式によって表すことができる。
OS (n)=(VOS_fix (n−1)+VOS_in (n)−VOC_out (n−1))×A(n)
・・・(14)
このため、(14)式に示すVOS (n)がゼロとなるように出力オフセット補正部14−(n−1)を調整することにより、n−1段目の固定オフセット成分VOS_fix (n−1)及びn段目の入力オフセット成分VOS_in (n)を一括してキャンセルすることができる。このときのn−1段目の出力オフセット補正電圧VOC_out (n−1)は、
OC_out (n−1)=VOS_fix (n−1)+VOS_in (n) ・・・(15)
となる。
以上の手順を1段目の増幅部41−1まで順に行うことにより、各増幅部の固定オフセット成分および入力オフセット成分をキャンセルすることができる。最後に、1段目の増幅部41−1の利得を最大に設定し、以下の(16)式によって表されるVOS (n)がゼロとなるように、入力オフセット補正部13によって1段目の増幅部41−1の入力オフセット成分VOS_in (1)をキャンセルすることにより、多段増幅部41の出力に生ずるDCオフセットを補正することができる。
OS (n)=(VOS_in (1)−VOC_in (1))×A(1)・・A(n) ・・・(16)
このときの、1段目の入力オフセット補正電圧VOC_in (1)は、
OC_in (1)=VOS_in (1) ・・・(17)
となる。
このような補正手順を実行することにより、複数の増幅部が直列接続された多段増幅部41を有する可変利得増幅回路4のDCオフセット補正を行うことができる。また、(13)式、(15)式、(17)式等から明らかなように、個々の増幅部に対する出力オフセット補正電圧及び入力オフセット補正電圧は、増幅部41−1乃至41−nの利得に依存しない。このため、利得が変化した場合にも、DCオフセットの再補正動作が不要であり、多段増幅部41の利得切り替えを高速に行うことができる。
可変利得増幅回路4の具体的な構成の一例を図11に示す。図11は、多段増幅部41を41−1乃至41−3の3段構成としたものである。オフセット補正部43は、入力オフセット補正部13と出力オフセット補正部14−1乃至14−3に相当するものである。補正制御部431は、上述した発明の実施の形態2の補正制御部231あるいは発明の実施の形態3の補正制御部331と同様に、コンパレータ211の比較結果を入力し、DAC132,142、332、333、432、433の出力を調整する。ここで、DAC332及び333は、発明の実施の形態3で説明した微調整用のDACである。
発明の実施の形態5.
本実施の形態にかかる可変利得増幅回路5の構成を図12に示す。可変利得増幅回路5は、発明の実施の形態1においてDAC142の出力によりトランジスタM3のゲート電圧を制御する構成に対する変形例を示したものである。可変利得増幅回路5は、抵抗制御部542により可変抵抗VR1の抵抗値を制御することによってトランジスタM3のゲート電圧、トランジスタM1のドレイン電流、さらには、出力端子間の電位差Vout_a−Vout_bの調整が可能となる。
さらに、可変抵抗VR1を、出力オフセット補正部54からの制御信号により電流値を変更可能な電流源に置き換えることも可能である。要するに、本発明で行う出力オフセット補正の目的は、トランジスタM1及びM2の差動対の出力側に対する調整によって、出力端子間の電位差Vout_a−Vout_bをキャンセルすることである。従って、出力端子間の電位差の調整を行う具体的な手段、構成は、上述した以外にも様々な変形が可能である。
発明の実施の形態6.
コンパレータ211に入力オフセット補正の機能をもたせ、コンパレータ入力でのオフセットを補正することにより、コンパレータ211の検出誤差を十分小さい値に抑えることとしてもよい。これによって、補正制御部231、331及び431でのDCオフセットの収束判定を正確に行うことができる。
その他の実施の形態.
図13は、上述した本発明にかかる可変利得増幅回路41a,41bを備えるダイレクトコンバージョン方式の無線受信装置6の構成を示すものである。アンテナ61を介して受信したRF信号は低雑音増幅器62によって増幅される。増幅後のRF信号は2分配され、ミキサ63a及び63bにおいて局部発振器65が出力するRF信号と同じ周波数を持つ搬送波とミキシングされる。局部発振器65は、90度位相器64を介してミキサ63a及び63bに接続されており、RF信号はミキサ63a及び63bによって90度位相がずれた直交関係にあるベースバンド信号に変換される。これらのベースバンド信号はローパスフィルタ66a又は66bを通過した後に、可変利得増幅回路41a又は41bによって所定の信号レベルまで増幅される。増幅後のベースバンド信号は、A/Dコンバータ67a又は67bによってディジタル信号に変換され、ディジタル信号処理部68に入力される。ここでローパスフィルタは可変利得増幅回路前ではなく、可変利得増幅回路の後または、複数段の可変利得回路の段間に入る場合も含む。
無線受信装置6の入力レベル変動に応じて、可変利得増幅回路41a及びbの利得を変更する必要があるが、上述したように本発明にかかる可変利得増幅回路41は利得を変更しても改めてDCオフセット補正動作を実行する必要がない。このため、利得の変更を高速に行うことが可能であり、利得の変更の遅れによる受信データの欠落等を防止することができる。
本発明にかかる可変利得増幅回路の構成図である。 本発明にかかるDCオフセット補正方法を示すフローチャートである。 本発明にかかる可変利得増幅回路の構成図である。 本発明にかかる可変利得増幅回路の構成図である。 本発明にかかる可変利得増幅回路の構成図である。 補正制御部231の構成図である。 DCオフセットの収束の様子を示す図である。 本発明にかかる可変利得増幅回路の構成図である。 DCオフセットの収束の様子を示す図である。 本発明にかかる可変利得増幅回路の構成図である。 本発明にかかる可変利得増幅回路の構成図である。 本発明にかかる可変利得増幅回路の構成図である。 本発明にかかる無線通信装置の構成図である。 従来の可変利得増幅回路の構成図である。
符号の説明
1、2、3、4、5 可変利得増幅回路
11、21、31、41−1〜41−n、51 増幅部
41、41a、41b 多段増幅部
12、42 利得切替部
13 入力オフセット補正部
14 出力オフセット補正部
23、33、43 オフセット補正部
131、141、231、331、431 補正制御部
132、142、332、333、432、433 D/Aコンバータ(DAC)
211 コンパレータ
234 U/Dカウンタ
235、236 ラッチ/スルー回路
542 抵抗制御部
R1〜R8、R11〜R13、R21〜R23、R31〜R33、R41〜R43、R51〜R53、R61〜R63 抵抗
M1〜M4、M11〜M13、M21〜M23、M31〜M33、M41〜M43 トランジスタ
SW1〜SW3、SW11〜SW13、SW21〜SW23、SW31〜SW33 スイッチ
C1、C2 コンデンサ
VR1 可変抵抗
in_a、in_b 入力端子
out_a、out_b 出力端子
6 無線受信装置
61 アンテナ
62 低雑音増幅器(LNA)
63a、63b ミキサ
64 90度位相器
65 局部発振器
66a、66b ローパスフィルタ(LPF)
67a、67b A/Dコンバータ
68 ディジタル信号処理部

Claims (28)

  1. 利得の切り替えが可能な増幅部と、
    前記増幅部の出力電圧に生じるDCオフセットのうち、前記増幅部の利得の変化に依存しない固定オフセット成分を減衰する補正と、前記増幅部の利得に依存して変化する入力オフセット成分を減衰する補正とを独立に実施する補正制御部とを備える可変利得増幅回路。
  2. 前記補正制御部は、前記固定オフセット成分の補正後に、前記入力オフセット成分の補正を行う請求項1に記載の可変利得制御回路。
  3. 前記固定オフセット成分の補正は、前記入力オフセット成分が前記増幅部の出力に発生しないように前記増幅部の利得を設定して行う請求項2に記載の可変利得増幅回路。
  4. 前記増幅部は、トランジスタ差動対の差動出力信号を出力する差動増幅回路であり、
    前記固定オフセット成分の補正は、前記差動対を構成するトランジスタのドレイン電流を制御することにより行う請求項3に記載の可変利得増幅回路。
  5. 前記入力オフセット成分の補正は、前記増幅部の出力のDCオフセットを減衰するように前記増幅部に補正電圧を入力することにより行う請求項4に記載の可変利得増幅回路。
  6. 前記増幅部は、トランジスタ差動対の差動出力信号を出力する差動増幅回路であり、
    前記入力オフセット成分の補正は、前記差動対を構成する2つのトランジスタのソース間を抵抗を介して、または抵抗を介さずに接続した状態で、前記増幅部の出力電圧に生じるDCオフセットを減衰することにより行う請求項2に記載の可変利得増幅回路。
  7. 前記増幅部は、トランジスタ差動対の差動出力信号を出力する差動増幅回路であり、
    前記増幅部が出力する2つの前記差動出力信号の大小を比較する比較回路と、
    前記比較回路による比較結果に基づいて、カウント値を増減するカウンタとを備え、
    前記補正制御部は、前記カウンタのカウント値に基づいて、前記固定オフセット成分の補正及び入力オフセット成分の補正を行う請求項2乃至6のいずれかに記載の可変利得制御回路。
  8. 前記補正制御部は、前記カウンタのカウント値を電圧信号に変換して前記増幅部に入力する第1のD/Aコンバータを備える請求項7に記載の可変利得増幅回路。
  9. 前記増幅部は、前記差動対を構成するトランジスタのソース側に電圧調整可能な電流源を備え、
    前記補正制御部は、前記カウンタのカウント値を電圧信号に変換して出力する第2のD/Aコンバータを備え、
    前記第2のD/Aコンバータが出力する電圧信号に基づいて前記電流源を制御する請求項7に記載の可変利得増幅回路。
  10. 前記増幅部は、トランジスタ差動対の差動出力信号を出力する差動増幅回路であり、
    前記補正制御部は、前記増幅部に対する第1の入力バイアス電圧に付加する補正電圧信号を出力する第1の電圧供給手段と、
    前記第1の入力信号と逆相の第2の入力信号をバイアスするための電圧信号を出力し、前記第1の電圧供給手段より小さい調整単位により出力電圧を変更可能な第2の電圧供給手段を備え、
    前記補正制御部は、前記第1の電圧供給手段による入力オフセットの補正後に、前記第2の電圧供給手段による入力オフセットの補正を行う請求項5に記載の可変利得増幅回路。
  11. 前記増幅部は、トランジスタ差動対の差動出力信号を出力する差動増幅回路であり、前記差動対を構成する2つのトランジスタそれぞれのソース側に電圧制御可能な2つの電流源を備え、
    前記補正制御部は、前記2つの電流源に対して個別に制御電圧を供給する電圧供給手段を備える請求項5に記載の可変利得増幅回路。
  12. 前記増幅部は、2以上の差動増幅回路が直列に接続されており、第1段目の前記差動増幅回路に対する入力を順次増幅し、最終段の前記差動増幅回路から出力する多段増幅回路であって、
    前記補正制御部は、最終段の前記差動増幅回路に対する固定オフセット成分の補正から開始し、前段の差動増幅器に対するオフセット補正を順次実施する請求項1に記載の可変利得増幅回路。
  13. 前記補正制御部は、最終段から第2段目までの前記差動増幅回路に対して、各差動増幅回路に対する入力オフセット成分の補正を1段前の前記差動増幅回路の固定オフセット補正と一括して行う請求項12に記載の可変利得増幅回路。
  14. 利得の切り替えが可能な差動増幅回路の出力電圧に生じるDCオフセットを減衰する補正方法であって、
    前記DCオフセットのうち、前記差動増幅回路の利得の変化に依存しない固定オフセット成分を減衰する補正を行い、
    前記固定オフセット成分の補正後に、前記差動増幅回路の利得に依存して変化する入力オフセット成分を減衰する補正を行うDCオフセット補正方法。
  15. 前記固定オフセット成分の補正は、前記入力オフセット成分が前記増幅回路の出力に発生しないように前記差動増幅回路の利得を設定して行う請求項14に記載のDCオフセット補正方法。
  16. 前記固定オフセット成分の補正は、前記差動増幅回路が備える差動対を構成するトランジスタのドレイン電流を制御することにより行う請求項14に記載のDCオフセット補正方法。
  17. 前記入力オフセット成分の補正は、前記差動増幅回路への入力バイアス電圧に補正電圧を付加し、前記差動増幅回路の出力に生じるDCオフセットを減衰する請求項14に記載のDCオフセット補正方法。
  18. 前記入力オフセット成分の補正は、前記差動増幅回路に対する第1の入力バイアス電圧に、第1の電圧供給手段が出力する補正電圧信号を付加した後に、
    前記第1の入力信号とは逆相の前記差動増幅回路に対する第2の入力バイアス電圧に、前記第1の電圧供給手段より小さい調整単位により出力電圧を変更可能な第2の電圧供給手段が出力する補正電圧信号を付加することにより行う請求項14に記載のDCオフセット補正方法。
  19. 前記差動増幅回路は、トランジスタ差動対を構成する2つのトランジスタそれぞれのソース側に2つの電流源を備えており、
    前記2つ、あるいは片方の電流源の供給電流を変更することにより、前記固定オフセット成分を減衰する請求項14に記載のDCオフセット補正方法。
  20. 2以上の差動増幅回路が直列に接続されており、第1段目の前記差動増幅回路に対する入力を順次増幅し、最終段の前記差動増幅回路から出力する多段増幅回路の出力電圧に生じるDCオフセットの補正方法であって、
    前記DCオフセットのうち、全ての前記差動増幅回路の利得に依存しない固定オフセット成分を減衰する補正を行い、
    前記固定オフセット成分の補正後に、前記差動増幅回路の利得に依存して変動する入力オフセット成分を減衰する補正を、最終段の差動増幅回路から第1段目の差動増幅回路に向かって順に実施するDCオフセット補正方法。
  21. 最終段から第2段目までの前記差動増幅回路に対して、各差動増幅回路の利得変化に依存する入力オフセット成分の補正と、1段前の前記差動増幅回路に対する利得変化に依存しない固定オフセット成分の補正とを一括して行う請求項20に記載のDCオフセット補正方法。
  22. 前記多段増幅回路を構成する個々の前記差動増幅回路に対する前記入力オフセット成分の補正は、最終段の前記差動増幅回路出力のDCオフセットが減衰するように、個々の前記差動増幅回路への入力バイアス電圧に補正電圧を付加するものである請求項20又は21に記載のDCオフセット補正方法。
  23. 無線信号を受信してベースバンド信号を出力する受信手段と、
    前記受信手段が出力するベースバンド信号を増幅する可変利得増幅回路と、
    前記可変利得増幅部によって増幅されたベースバンド信号をディジタル信号に変換するA/Dコンバータと、
    前記ディジタル信号を処理するディジタル信号処理回路とを備え、
    前記可変利得増幅回路は、前記可変利得増幅回路の出力信号に生じるDCオフセットのうち、前記可変利得増幅回路の利得の変化に依存しない固定オフセット成分を減衰する補正と、前記増幅部の利得に依存して変化する入力オフセット成分を減衰する補正とを独立に行う補正制御部を備える無線受信装置。
  24. 前記補正制御部は、前記固定オフセット成分の補正後に、前記入力オフセット成分の補正を行う請求項23に記載の無線受信装置。
  25. 前記固定オフセット成分の補正は、前記入力オフセット成分が前記増幅部の出力に発生しないよう前記増幅部の利得を設定して行う請求項23に記載の無線受信装置。
  26. 利得の切り替えが可能な差動増幅回路の出力電圧に生じるDCオフセットを減衰する補正方法であって、
    前記差動増幅回路の利得を第1の利得(A1)と第2の利得(A2)に設定したときの出力オフセットをそれぞれVOS(A1)、VOS(A2)として、これら出力オフセットVOS(A1)、VOS(A2)から前記差動増幅部の利得の変化に依存しない固定オフセット成分(VOS_fix)と前記差動増幅回路の利得に依存して変化する入力オフセット成分VOS_inとを求め、前記固定オフセット成分(VOS_fix)と前記入力オフセット成分VOS_inを減衰するように補正を行うDCオフセット補正方法。
  27. 前記固定オフセット成分(VOS_fix)及び前記入力オフセット成分(VOS_in)を、以下の2つの式から求める請求項26記載のDCオフセット補正方法。
    OS(A1)=VOS_in×A1+VOS_fix
    OS(A2)=VOS_in×A2+VOS_fix
  28. 前記増幅部に前記補正電圧を印加する電圧供給源と、
    前記電圧供給源と前記増幅部とを抵抗を介して接続する経路と、
    前記抵抗を迂回して前記電圧供給源と前記増幅部とを接続する迂回経路と、
    前記抵抗を介して接続する経路と前記迂回経路との選択を切り替える切替回路とを備える請求項5に記載の可変利得増幅回路。
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