JP2007158567A - Attenuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は制御信号に応じて利得を制御するアッテネータに関し、特にデジタル制御信号によりステップ状に利得を切り替える半導体集積回路化したアッテネータに関する。 The present invention relates to an attenuator that controls a gain in accordance with a control signal, and more particularly to an attenuator formed as a semiconductor integrated circuit that switches a gain in a stepped manner by a digital control signal.
近年の平面TV等の機器では、画面の大型化に伴い表示画面の画質に対する要求が厳しくなってきている。そのため、これらの機器は、機器内でアナログビデオ信号をデジタル信号に変換した後に、高画質化のための複雑なフィルタ処理などの信号処理を行っている。 In recent devices such as flat TVs, the demand for the image quality of the display screen has become strict as the screen becomes larger. For this reason, these devices perform signal processing such as complicated filter processing for improving image quality after converting an analog video signal into a digital signal in the device.
さらに、機器に使用される基板面積を縮小するために、これらの信号処理機能を1つのLSI(Large Scale Integrated circuit)に収めたものが実用化されている。このようなLSIは、アナログビデオ入力信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器(以後、AD変換器と略す)と主要な信号処理を行うロジック回路を有し、さらに、アナログビデオ入力信号がAD変換器の入力範囲内に収まるようにするためのアナログ信号処理回路を設けている。 Furthermore, in order to reduce the board area used for equipment, a device in which these signal processing functions are housed in a single LSI (Large Scale Integrated circuit) has been put into practical use. Such an LSI has an analog-to-digital converter (hereinafter abbreviated as AD converter) that converts an analog video input signal into a digital signal, and a logic circuit that performs main signal processing. An analog signal processing circuit is provided so as to be within the input range of the AD converter.
このアナログ信号処理回路では、アナログビデオ入力信号波形におけるピーク電位がAD変換器の入力範囲内に納まるようにするため、直流的な動作点を維持するクランプ回路と、過大な信号振幅を適度な値に減衰させるためのアッテネータとを有する。 In this analog signal processing circuit, in order to keep the peak potential in the analog video input signal waveform within the input range of the AD converter, a clamp circuit that maintains a DC operating point and an excessive signal amplitude with an appropriate value And an attenuator for attenuating.
このアッテネータの利得は、AD変換器から出力されるデジタル化されたビデオ信号の振幅が適度な値となるように制御される必要があるため、AD変換器出力を受けるロジック回路で生成したデジタル制御信号で制御される。従って、このアッテネータは、一般的にデジタル回路とのインターフェースが容易に行えるように、デジタル制御信号入力を持つものが用いられる。特許文献1にこのようなアッテネータの一例が開示されている。
Since the gain of the attenuator needs to be controlled so that the amplitude of the digitized video signal output from the AD converter becomes an appropriate value, the digital control generated by the logic circuit that receives the AD converter output Controlled by signal. Therefore, the attenuator having a digital control signal input is generally used so that the interface with the digital circuit can be easily performed.
特許文献1に開示される従来例1のアッテネータ100の回路図を図9に示す。図9に示すように、アッテネータ100は、入力端子101、制御入力端子102、出力端子103、入力バッファ110、スイッチ群120、R−2R抵抗ラダー回路130を有している。
FIG. 9 shows a circuit diagram of the
入力バッファ110は、出力と反転入力V−を接続して全帰還を掛けた演算増幅器からなるボルテージフォロワで構成され、入力端子101に受けた入力信号を非反転入力V+に受け、インピーダンス変換してスイッチ群120に出力する。
The
スイッチ群120は、4つのスイッチSW11〜SW14を有している。スイッチSW11〜SW14は、それぞれ端子A、B、Cを有しており、制御入力端子102より入力される制御信号S11〜S14に応じて、端子Aと端子Bのうちいずれか一方が端子Cに接続される。SW11〜SW14の各端子Aと各端子Bは、それぞれ入力バッファ110の出力と接地電位に接続される。
The
R−2R抵抗ラダー回路130は、抵抗値がRの抵抗R16〜R18と、抵抗値がRの2倍となる2Rの抵抗R11〜R15とを有している。抵抗R15〜R18は、出力端子103と接地電位との間に直列に接続され、直列接続された抵抗R15〜R18のそれぞれの接続点、及び抵抗R18と出力端子との間の接続点には、それぞれ抵抗R11〜R14を介してスイッチSW11〜SW14の端子Cが接続される。
The R-2R
次に、上記構成のアッテネータについての動作について説明する。入力端子101に入力された信号は、入力バッファ110を介して、スイッチSW11〜SW14の各端子Aに共通に与えられる。入力バッファ110は、入力端子101から入力される入力信号を高い入力抵抗で受けるとともに、出力に接続されたスイッチ群120を介して接続されるR−2R抵抗ラダー回路130を駆動する。このように、入力バッファ110は、R−2R抵抗ラダー回路130とアッテネータの入力端子101とが直接接続されないようにすることで、入力端子101の入力抵抗を高いものにしている。
スイッチSW11〜SW14は、それぞれ制御信号S11〜S14が電源電位VDD(以後、ハイレベルと略す)の場合には端子Aと端子Cが接続されて入力バッファの出力が端子Cに出力され、接地電位(以後、ロウレベルと略す)の場合には端子Bと端子Cが接続されて接地電位が端子Cに出力される。これにより、スイッチSW11〜SW14の各端子Cは、S11〜S14がハイレベルである場合には入力端子101に入力された信号を出力するが、ロウレベルの場合には、無信号となる。スイッチSW11、SW12、SW13、SW14のそれぞれの端子Cから抵抗R11、R12、R13、R14に出力された信号が、出力端子103に出力されるまでの信号における利得は、それぞれ1/16[倍]、1/8[倍]、1/4[倍]、1/2[倍]になるので、たとえば、制御信号S11のみがハイレベルであった場合には、入力端子101から出力端子103までの利得は、抵抗R11を介して出力端子103に出力されるまでの利得である1/16[倍]になる。同様に、S12のみ、S13のみ、S14のみがハイレベルのときの利得は、それぞれ抵抗R12、R13、R14を介して出力端子103に出力されるまでの利得である1/8[倍]、1/4[倍]、1/2[倍]になる。
Next, the operation of the attenuator having the above configuration will be described. A signal input to the input terminal 101 is commonly supplied to the terminals A of the switches SW11 to SW14 via the
The switches SW11 to SW14 are connected to the terminal A and the terminal C when the control signals S11 to S14 are at the power supply potential VDD (hereinafter abbreviated as high level), and the output of the input buffer is output to the terminal C. In the case of (hereinafter abbreviated as low level), the terminal B and the terminal C are connected and the ground potential is output to the terminal C. Thereby, each terminal C of the switches SW11 to SW14 outputs a signal input to the input terminal 101 when S11 to S14 are at a high level, but becomes no signal when it is at a low level. The gain in the signal until the signals output from the terminals C of the switches SW11, SW12, SW13, SW14 to the resistors R11, R12, R13, R14 are output to the output terminal 103 is 1/16 [times], respectively. 1/8 [times], 1/4 [times], and 1/2 [times], for example, when only the control signal S11 is at a high level, the input terminal 101 to the output terminal 103 The gain is 1/16 [times], which is the gain until output to the output terminal 103 via the resistor R11. Similarly, the gain when only S12, only S13, and only S14 are at the high level is 1/8 [times], which is the gain until output to the output terminal 103 via the resistors R12, R13, and R14, respectively. / 4 [times] and 1/2 [times].
制御信号S11〜S14のハイレベルとロウレベルの任意の組み合わせで得られる利得は、ハイレベルとなっている制御信号が与える利得をすべて加え合わせたものとなる。ここで、制御信号S11、S12、S13、S14それぞれについて、ハイレベルであった場合に"1"およびロウレベルであった場合に"0"となる係数をW1、W2、W3、W4とすると、入力端子101から出力端子103までのアッテネータの利得Gは、(1)式で表すことができる。
G=(8・W4+4・W3+2・W2+W1)/16 [倍] ・・・(1)
(1)式は、アッテネータの利得Gが、制御信号S11、S12、S13、S14がハイレベルであるかロウレベルであるかにより制御されることを示す。つまり、アッテネータ100は、制御入力端子102に与えられた制御信号に応じて、入力端子101から出力端子103までの利得を切り替えることができる。
The gain obtained by any combination of the high level and the low level of the control signals S11 to S14 is obtained by adding all the gains provided by the control signal at the high level. Here, for each of the control signals S11, S12, S13, and S14, if the coefficients that are “1” when the signal level is high and “0” when the signal level is low are W1, W2, W3, and W4, the input The gain G of the attenuator from the terminal 101 to the output terminal 103 can be expressed by equation (1).
G = (8 · W4 + 4 · W3 + 2 · W2 + W1) / 16 [times] (1)
Equation (1) indicates that the gain G of the attenuator is controlled by whether the control signals S11, S12, S13, and S14 are at a high level or a low level. That is, the
また、従来例1は、R−2R抵抗ラダー回路に信号を供給する経路に設けたスイッチを切り替えることで利得を切り替えるものであったが、演算増幅器と、入力信号を受ける入力抵抗、及び、演算増幅器に負帰還をかけるための帰還抵抗を備えた反転増幅回路において、入力抵抗と帰還抵抗にタップを備えた直列抵抗回路を用い、この直列抵抗回路のタップを制御信号に応じて選択することにより、この直列抵抗回路の全体から入力抵抗と帰還抵抗に配分する抵抗の値を変えて利得を切り替える技術と、その改良技術として、帰還抵抗は固定抵抗として、入力抵抗の代わりに制御電流により変換利得を制御するバイポーラトランジスタからなる電圧電流変換回路を用い、制御電流を可変することで利得を制御する技術が、それぞれ特許文献2に開示されている。特許文献2に開示されている従来例2のアッテネータ300の回路図を図10に、従来例3のアッテネータ200の回路図を図11に、それぞれ示す。
Further, in the first conventional example, the gain is switched by switching a switch provided in a path for supplying a signal to the R-2R resistor ladder circuit. However, the operational amplifier, the input resistor that receives the input signal, and the arithmetic operation are switched. In an inverting amplifier circuit having a feedback resistor for applying negative feedback to the amplifier, a series resistor circuit having taps for the input resistor and the feedback resistor is used, and the tap of the series resistor circuit is selected according to the control signal. The gain is switched by changing the value of the resistor distributed to the input resistor and feedback resistor from the entire series resistor circuit, and as an improved technology, the feedback resistor is a fixed resistor, and the conversion gain is controlled by the control current instead of the input resistor.
図10に示すアッテネータ300は、非反転入力が接地電位に接続された演算増幅器310と、入力端子INと出力端子OUTとの間に直列に接続されて直列抵抗回路を成す抵抗R301〜R306とを有する反転増幅回路である。また、抵抗R301〜306のそれぞれの接続点と、演算増幅器310の反転入力との間にはタップスイッチSW301〜SW305がそれぞれ接続されている。
The
アッテネータ300は、タップ切換制御に応じて、タップスイッチSW301〜SW305のいずれか一つを導通させることにより、抵抗R301〜R306を直列接続した直列抵抗回路の全体から入力抵抗と帰還抵抗に配分する抵抗の値を変えることにより、入力抵抗と帰還抵抗の比で決定される反転増幅回路の利得を変えて、入力端子INから出力端子OUTまでの利得を制御する。例えば、タップスイッチSW301を導通させた場合の入力抵抗と帰還抵抗の値は、それぞれR301とR302+R303+R304+R305+R306で、アッテネータ全体の利得は、-(R302+R303+R304+R305+R306)/R301[倍]になる。また。タップスイッチSW305を導通させた場合の入力抵抗と帰還抵抗の値は、それぞれR301+R302+R303+R304+R305とR306で、アッテネータ全体の利得は、−R306/(R301+R302+R303+R304+R305)[倍]になる。このように、アッテネータ300は、タップ切換制御に応じて、利得を切り替えることができる。
The
従来例2の改良技術である従来例3のアッテネータ200は、入力端子INを介して受けた入力信号を電流に変換して出力する電圧電流変換回路201と、非反転入力V+を接地するとともに反転入力V−に電圧電流変換回路201の出力電流を受けて出力端子OUTに出力する演算増幅器210と、演算増幅器210の出力と反転入力V−の間に接続した帰還抵抗ROUTを備え、電圧電流変換回路201の変換利得を制御することで、アッテネータ200の利得を制御するものである。アッテネータ200の利得の制御について説明する。
The
電圧電流変換回路201は、入力抵抗RINと、バイポーラトランジスタQ1、Q2とアクティブロードQ5、Q6及び電流源IAを有する第1の差動増幅器と、バイポーラトランジスタQ3,Q4とアクティブロードQ7、Q8及び電流源IBを有する第2の差動増幅器とを有する。バイポーラトランジスタQ1のベースとコレクタ及びバイポーラトランジスタQ4のベースは、入力抵抗RINを介して、入力端子INに接続され、バイポーラトランジスタQ4のコレクタは、電圧電流変換回路201の出力に接続される。電圧電流変換回路201の変換利得は、電圧電流変換回路201が有する電流源IAとIBの出力電流をそれぞれIA及びIBとすると、その比であるIB/IAになる。電圧電流変換回路の出力電流IOUTは、入力抵抗RINを流れる電流IINにこの変換利得(IB/IA)を乗じた以下の(2)式によって表される。
IOUT=IIN×(IB/IA) ・・・(2)
The voltage-current conversion circuit 201 includes an input resistor RIN, bipolar transistors Q1, Q2, active loads Q5, Q6, a first differential amplifier having a current source IA, bipolar transistors Q3, Q4, active loads Q7, Q8, and current. A second differential amplifier having a source IB. The base and collector of the bipolar transistor Q1 and the base of the bipolar transistor Q4 are connected to the input terminal IN via the input resistor RIN, and the collector of the bipolar transistor Q4 is connected to the output of the voltage-current conversion circuit 201. The conversion gain of the voltage / current conversion circuit 201 is IB / IA, which is the ratio of the output currents of the current sources IA and IB included in the voltage / current conversion circuit 201, respectively, IA and IB. The output current IOUT of the voltage-current conversion circuit is expressed by the following equation (2) obtained by multiplying the current IIN flowing through the input resistor RIN by this conversion gain (IB / IA).
IOUT = IIN × (IB / IA) (2)
アッテネータの出力電圧VOUTは、帰還抵抗ROUTと電圧電流変換回路201の出力電流IOUTを用いてVOUT=ROUT×IOUTとなること、及び、アッテネータの入力電圧VINは、電圧電流変換回路201の入力抵抗RINと、入力抵抗RINに流れる入力電流IINを用いてVIN=RIN×IINとなることを用いると、及び、(2)式を用いると、アッテネータ200の利得G2=VOUT/VINは、(3)式によって表すことができる。
G2=(ROUT/RIN)×(IB/IA) ・・・(3)
(3)式より、従来例3のアッテネータ200は、電流源IAとIBの出力電流に応じて、利得を変えることができる。
The output voltage VOUT of the attenuator becomes VOUT = ROUT × IOUT using the feedback resistor ROUT and the output current IOUT of the voltage-current conversion circuit 201, and the input voltage VIN of the attenuator is the input resistance RIN of the voltage-current conversion circuit 201. And using the fact that VIN = RIN × IIN using the input current IIN flowing through the input resistor RIN, and using the equation (2), the gain G2 = VOUT / VIN of the
G2 = (ROUT / RIN) × (IB / IA) (3)
From equation (3), the
なお、電圧電流変換回路201の第1の差動増幅器のアクティブロードQ5、Q6は、バイポーラトランジスタQ2のコレクタ電流と等しい電流をQ1のコレクタに供給することで、電流源IAの出力電流の一部が入力抵抗RINを介して入力端子に定常的に流れることによる入力DCオフセット電圧の発生を防止するものである。また、第2の差動増幅器のアクティブロードQ7、Q8は、バイポーラトランジスタQ3のコレクタ電流と等しい電流をQ4のコレクタに供給することで、電流源IBの出力電流の一部が電圧電流変換回路201の出力に定常的に流れることによる出力DCオフセット電流の発生を防止するものである。
しかしながら、従来例1のアッテネータ100では、高い入力抵抗を得るために、利得の切り変えを行うスイッチ群の前段に全帰還を掛けた演算増幅器からなる入力バッファ110を設けているため、演算増幅器が入力DCオフセット電圧を持つ場合においては、この入力DCオフセットが重畳された入力信号に対して利得の切換が行われるため、出力端子には利得の切換に伴って変動するオフセット電圧が生ずることになる。
However, in the
また、従来例2のアッテネータ300においても、反転増幅回路に演算増幅器310を使用しているため、演算増幅器310が入力DCオフセット電圧を持つ場合には、そのオフセット電圧がアッテネータ300の有する利得分だけ増幅されて出力されるため、出力端子には利得の切換に伴って変動するオフセット電圧が生ずることになる。
Also in the
また、従来例2のアッテネータ300、および、従来例3のアッテネータ200では、それぞれにおいては、電圧電流変換回路201内において、第1の差動増幅器をなすバイポーラトランジスタQ1とQ2の間、及び、アクティブロードQ5とQ6の間において特性が完全に一致していない場合には、電流源IAの出力電流の一部が入力抵抗RINを介して入力端子に定常的に流れることで入力DCオフセット電圧を発生し、入力信号に重畳されてしまうので、第2の差動増幅器の電流源IBの出力電流を変えて利得を変えた場合には、出力端子には利得の変化に応じて変動するDCオフセット電圧が出力される。また、第2の差動増幅器をなすバイポーラトランジスタQ3とQ4の間、及び、アクティブロードQ7とQ8の間において特性が完全に一致していない場合には、電流源IBの出力電流の一部が電圧電流変換回路201の出力に定常的に流れることによる出力DCオフセット電流が発生し、その出力DCオフセット電流は利得の変化を行うための電流源IBの変化に応じて変動してしまうため、第2の差動増幅器の電流源IBの出力電流を変えて利得を変えた場合には、出力端子には利得の変化に応じて変動するDCオフセット電圧が出力される。
Further, in the
これらの従来例1、従来例2、及び、従来例3のアッテネータにおいては、利得の切換、または、制御に応じて変動するDCオフセット電圧が出力されてしまうため、利得をデジタル制御信号でステップ状に変化させた場合には、出力端子にはステップ状のノイズを発生してしまう問題があった。 In the attenuators of Conventional Example 1, Conventional Example 2, and Conventional Example 3, a DC offset voltage that fluctuates according to gain switching or control is output, so that the gain is stepped with a digital control signal. However, there is a problem that step-like noise is generated at the output terminal.
また、従来例2のアッテネータ300、および、従来例3アッテネータ200では、それぞれ入力端子INに入力抵抗が直接接続されていることから入力端子に電流が流れてしまうことが避けられず、そのため、高い入力抵抗を得ることは困難である。従来例1と同様に、入力バッファを追加することにより入力抵抗を高めることは可能ではあるが、その場合は、追加した入力バッファがDCオフセット電圧をさらに入力信号に加えることになるため、出力端子での利得の切換に伴って変動するオフセット電圧の変動がより大きくなり、出力端子に生ずるDCオフセット電圧変動と、それに起因するノイズはさらに大きなものとなる問題があった。
In the
本発明にかかるアッテネータは、制御信号に応じて入力信号と所定の電位とのいずれか一方を出力する複数のスイッチを有するスイッチ群と、前記スイッチの出力受けて所定の出力抵抗値で出力する複数のバッファ回路を備えたバッファ回路群と、前記所定の出力抵抗値に実質的に等しい又は1/2倍である抵抗値を有する2種類の負荷回路からなる直列回路において前記バッファ回路の出力を受ける負荷回路の接続点(タップ)を設けた負荷回路群とを、有するものである。 An attenuator according to the present invention includes a switch group having a plurality of switches that output either one of an input signal and a predetermined potential according to a control signal, and a plurality of outputs that receive an output of the switch and output at a predetermined output resistance value. The output of the buffer circuit is received in a series circuit composed of a buffer circuit group including a plurality of buffer circuits and two types of load circuits having resistance values substantially equal to or half the predetermined output resistance value. And a load circuit group provided with a connection point (tap) of the load circuit.
本発明のアッテネータによれば、バッファ回路がスイッチ群の後段に設けられており、バッファ回路の出力から出力端子に至る経路には利得の切換を行うものは設けていない。そのため、従来のアッテネータでは、スイッチ群の前段に設けた入力バッファのオフセット電圧がスイッチで切り替えられて生じた電位変動によりノイズが発生していたのに対して、本発明のアッテネータは、スイッチを切り替えた場合であっても、出力端子には、電位の変動によって生ずるノイズは発生しない。 According to the attenuator of the present invention, the buffer circuit is provided in the subsequent stage of the switch group, and there is no device for switching the gain in the path from the output of the buffer circuit to the output terminal. Therefore, in the conventional attenuator, noise is generated due to the potential fluctuation caused by switching the offset voltage of the input buffer provided in the previous stage of the switch group by the switch, whereas the attenuator of the present invention switches the switch. Even in such a case, no noise caused by potential fluctuations is generated at the output terminal.
本発明のアッテネータによれば、利得を変化させた場合において、出力DCオフセット電圧の変動、及び、それに起因するノイズの発生を、無くすことができる。 According to the attenuator of the present invention, when the gain is changed, the fluctuation of the output DC offset voltage and the generation of noise caused by the fluctuation can be eliminated.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1に実施の形態1にかかるアッテネータ1の回路図を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit diagram of an
アッテネータ1は、入力端子10、制御入力端子11、スイッチ群20、バッファ回路群30、負荷回路群40を有している。入力端子10は、所定の振幅を有する入力信号が入力される。制御入力端子11は、スイッチ群20の状態を制御する制御信号S1〜S4が入力される。出力端子12は、本実施の形態の出力端子であり、入力信号を制御信号に応じた利得で増幅して、出力する。
The
スイッチ群20は、端子A、B、Cを備えたスイッチSW1〜4を有する。スイッチSW1〜4は、それぞれ、制御信号S1〜S4に応じて、端子Aまたは端子Bに入力された信号のどちらか一方を選択して端子Cに出力する。本実施の形態では、端子Aは、入力端子10を介して入力信号が入力され、端子Bは、所定の電位(接地電位)に接続されている。また、スイッチは制御信号がハイレベルの場合に端子Aを選択し、ロウレベルの場合に端子Bを選択して入力信号又は所定の電位のいずれか一方を出力する。スイッチの詳細な回路については後述する。
The
バッファ回路群30は、スイッチSW1〜4からの出力信号を所定の出力抵抗で出力する複数のバッファ回路31〜34を有している。本実施の形態では、バッファ回路31〜34は、差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA1〜4を有する。差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA1〜4は、反転入力端子I−、非反転入力端子I+、反転出力端子O−、非反転入力端子O+を有し、非反転入力端子I+はバッファ回路31〜34の入力とされ、反転出力端子O−は所定の電位である第1の電位(例えば、接地電位)に接続され、非反転出力端子O+はそれぞれの反転入力端子I−に接続されて負帰還をかけるとともに、バッファ回路31〜34の出力として取り出される。なお、以上のような差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA1〜4の各端子の接続形式は、簡単のため、以下、第1の接続形式と省略して記す。バッファ回路31〜34の入力は、それぞれ対応するスイッチSW1〜4の端子Cに接続され、バッファ回路31〜34の出力は、負荷回路群40に出力される。差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA1〜4の回路の詳細は、後述する。
The
負荷回路群40は、バッファ回路31〜34の所定の出力抵抗に対して実質的に半分の抵抗値を有する第1の負荷回路と、バッファ回路の出力抵抗と実質的に同じ抵抗値を有する第2の負荷回路とを有している。本実施の形態においては、第1の負荷回路として負荷回路42〜44を用い、第2の負荷回路として負荷回路41を用いる。負荷回路41〜44は、それぞれ負帰還接続されたOTAを負荷として利用している。また、この負荷回路41〜44は、出力端子12と接地電位との間に直列に接続されている。直列接続された負荷回路のそれぞれの接続点には対応するバッファ回路の出力が接続されている。本実施の形態では、接地電位から出力端子12に向かって、負荷回路41〜44が縦続接続されており、接地電位と負荷回路41との接続点を除く他の接続点には、それぞれバッファ回路31〜34の出力が接続される。
The
本実施の形態では、負荷回路41は差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA5を、負荷回路42は差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA6と7を、負荷回路43は差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA8と9を、負荷回路44は差動型トランスコンダクタンス増幅器10と11をそれぞれ有しており、負荷回路42〜44がそれぞれ有する2個の差動型トランスコンダクタンス増幅器は並列に接続されている。差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA5〜11は、非反転入力端子I+と反転出力端子O−と接続され、反転入力端子I−と非反転出力端子O+とが接続される。なお、以上のような差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA5〜11の各端子の接続形式は、簡単のため、以下、第2の接続形式と省略して記す。
In the present embodiment, the load circuit 41 includes the differential transconductance amplifier OTA5, the
負荷回路42〜44が有する2個の差動型トランスコンダクタンス増幅器において、2個の非反転入力端子I+は2個の反転出力端子O−とともに接続されて負荷回路の入力となり、また、2個の反転入力端子I−と2個の非反転出力端子O+とともに接続されて負荷回路の出力となる。負荷回路44、43、42、の入力は、それぞれ負荷回路43、42,41の出力に接続される。
In the two differential transconductance amplifiers included in the
負荷回路41が有する差動型トランスコンダクタンス増幅器においては、非反転入力端子I+は反転出力端子O−とともに接続されて負荷回路の入力となり、また、反転入力端子I−は非反転出力端子O+とともに接続されて負荷回路の出力となる。負荷回路41の入力は接地電位に接続され、出力は負荷回路42の入力に接続される。
In the differential transconductance amplifier included in the load circuit 41, the non-inverting input terminal I + is connected together with the inverting output terminal O− to be an input of the load circuit, and the inverting input terminal I− is connected together with the non-inverting output terminal O +. And becomes the output of the load circuit. The input of the load circuit 41 is connected to the ground potential, and the output is connected to the input of the
ここで、スイッチの回路について詳細に説明する。スイッチの回路図を図2に示す。図2に示すように、スイッチは、端子A、B、C、制御信号入力端子S、インバータINV1、INV2、トランスファゲートTG1、TG2を有している。 Here, the circuit of the switch will be described in detail. A circuit diagram of the switch is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the switch includes terminals A, B, and C, a control signal input terminal S, inverters INV1 and INV2, and transfer gates TG1 and TG2.
インバータINV1は、第2の電位(例えば、電源電位VDD)と接地電位VSSとの間に直列に接続されたNMOSトランジスタM15とPMOSトランジスタM16とを有している。NMOSトランジスタM15のゲートとPMOSトランジスタM16のゲートとは互いに接続され、制御信号入力端子Sから入力される制御信号を反転した信号を出力する。また、INV2は、電源電位VDDと接地電位VSSとの間に直列に接続されたNMOSトランジスタM17とPMOSトランジスタM18とを有している。NMOSトランジスタM17のゲートとPMOSトランジスタM18のゲートとは互いに接続され、INV1から入力される信号を反転した信号を出力する。 The inverter INV1 includes an NMOS transistor M15 and a PMOS transistor M16 connected in series between a second potential (for example, the power supply potential VDD) and the ground potential VSS. The gate of the NMOS transistor M15 and the gate of the PMOS transistor M16 are connected to each other and output a signal obtained by inverting the control signal input from the control signal input terminal S. The INV2 includes an NMOS transistor M17 and a PMOS transistor M18 connected in series between the power supply potential VDD and the ground potential VSS. The gate of the NMOS transistor M17 and the gate of the PMOS transistor M18 are connected to each other and output a signal obtained by inverting the signal input from INV1.
トランスファゲートTG1は、NMOSトランジスタM11とPMOSトランジスタM12とを有しており、NMOSトランジスタM11のソースとPMOSトランジスタM12のドレインとが端子Aに接続され、NMOSトランジスタM11のドレインとPMOSトランジスタM12のソースとが端子Cに接続されている。また、NMOSトランジスタM11のゲートは、インバータINV2の出力に接続され、PMOSトランジスタM12のゲートは、インバータINV1の出力に接続されている。このような接続により、トランスファゲートTG1は、制御信号がロウレベルである場合に非導通状態となり、ハイレベルである場合に導通状態となる。 The transfer gate TG1 includes an NMOS transistor M11 and a PMOS transistor M12. The source of the NMOS transistor M11 and the drain of the PMOS transistor M12 are connected to the terminal A. The drain of the NMOS transistor M11 and the source of the PMOS transistor M12 are connected to each other. Is connected to terminal C. The gate of the NMOS transistor M11 is connected to the output of the inverter INV2, and the gate of the PMOS transistor M12 is connected to the output of the inverter INV1. With such connection, the transfer gate TG1 becomes non-conductive when the control signal is at a low level, and becomes conductive when the control signal is at a high level.
トランスファゲートTG2は、NMOSトランジスタM13とPMOSトランジスタM14とを有しており、NMOSトランジスタM13のソースとPMOSトランジスタM14のドレインとが端子Bに接続され、NMOSトランジスタM13のドレインとPMOSトランジスタM14のソースとが端子Cに接続されている。また、NMOSトランジスタM13のゲートは、インバータINV1の出力に接続され、PMOSトランジスタM14のゲートは、インバータINV2の出力に接続されている。このような接続により、トランスファゲートTG2は、制御信号がロウレベルである場合に導通状態となり、ハイレベルである場合に非導通状態となる。 The transfer gate TG2 includes an NMOS transistor M13 and a PMOS transistor M14. The source of the NMOS transistor M13 and the drain of the PMOS transistor M14 are connected to the terminal B. The drain of the NMOS transistor M13 and the source of the PMOS transistor M14 Is connected to terminal C. The gate of the NMOS transistor M13 is connected to the output of the inverter INV1, and the gate of the PMOS transistor M14 is connected to the output of the inverter INV2. With such a connection, the transfer gate TG2 becomes conductive when the control signal is at a low level, and becomes non-conductive when it is at a high level.
上記説明より、スイッチは、制御信号がロウレベルである場合は端子Bの信号を端子Cに出力し、ハイレベルである場合は端子Aの信号を端子Cに出力する。 From the above description, the switch outputs the signal at the terminal B to the terminal C when the control signal is at the low level, and outputs the signal at the terminal A to the terminal C when the control signal is at the high level.
次に、差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA1〜11の内部回路について詳細に説明する。差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA1〜11の内部回路を図3に示す。図3に示すように、差動型トランスコンダクタンス増幅器50はPMOSトランジスタ51、52、電流源53〜55を有している。PMOSトランジスタ51、52は、ソースが共通接続され、差動対を構成している。PMOSトランジスタ51のゲートには、非反転入力端子I+が接続され、ドレインと接地電位VSSとの間には第1の電流源(電流源53)が接続されている。電流源53とPMOSトランジスタ51のドレインとの接続点は反転出力端子O−が接続されている。PMOSトランジスタ52のゲートには、反転入力端子I−が接続され、ドレインと接地電位VSSとの間には第2の電流源(電流源54)が接続されている。電流源54とPMOSトランジスタ52のドレインとの接続点は非反転出力端子O+が接続されている。また、PMOSトランジスタ51、52のソースの接続点と電源電位VDDとの間には電流源55が接続されている。ここで、電流源53〜55が出力する電流をそれぞれI53〜I55とすると、各電流は、I55/2=I53=I54となる関係を有している。
Next, an internal circuit of the differential transconductance amplifiers OTA1 to OTA11 will be described in detail. An internal circuit of the differential transconductance amplifiers OTA1 to OTA11 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the
次に、差動型トランスコンダクタンス増幅器50の動作について説明する。差動型トランスコンダクタンス増幅器50において、反転入力端子I−の電圧に対する非反転入力端子I+の電圧の差電圧をvinとした場合、PMOSトランジスタ51、52は、PMOSトランジスタ51、52によって構成される差動対が有するトランスコンダクタンスgmに比例したドレイン電流を流す。トランスコンダクタンスgmは、PMOSトランジスタ51と52とのソース抵抗の和の逆数である。また、PMOSトランジスタ51のドレイン電流(例えば、第1のドレイン電流)は、(I55/2−gm・vin)となり、PMOSトランジスタ52のドレイン電流(例えば、第2のドレイン電流)は、(I55/2+gm・vin)となる。差動型トランスコンダクタンス増幅器50は、このドレイン電流と電流I53、I54との差に基づき、反転出力端子O−から(I55/2−gm・vin)−I53=−gm・vinとなる電流を出力し、非反転出力端子O+から(I55/2+gm・vin)−I54=gm・vinとなる電流を出力する。ここで、電流の極性は、各端子より流れ出す方向を正とする。
Next, the operation of the
このことより、反転出力端子O−を接地電位に接続し、非反転出力端子O+と反転入力端子I−とを接続した負帰還接続のバッファ回路に差動型トランスコンダクタンス増幅器50を用いた場合、バッファ回路は、入力電圧と出力電圧との差電圧がvinであった場合に、gm・vinとなる電流を出力する素子であることがわかる。つまり、バッファ回路は、入力端子と出力端子の電位差とその電位差に対して流れる電流との関係から、1/gmの抵抗値の出力抵抗を有する素子と見なすことが可能である。ここで、OTA50の入力端子は、PMOSトランジスタのゲートとなるため、入力端子から電流が流入することはない。つまり、バッファ回路31〜34は、それぞれ入力抵抗が無限大であって、入力電圧を電圧利得が1倍、かつ、出力抵抗が0Ωとなるボルテージフォロワの出力に1/gmの抵抗値の出力抵抗を直列に接続した回路として等価的に表すことができる。
Accordingly, when the
また、反転出力端子O−と非反転入力端子I+とを接続し、非反転出力端子O+と反転入力端子I−とを接続した負帰還接続の負荷回路に差動型トランスコンダクタンス増幅器50を用いた場合、負荷回路は、入力電圧と出力電圧との差電圧がvinであった場合に、非反転出力端子O+からgm・vinとなる電流が流入し、反転出力端子O−からgm・vinとなる電流が流出する素子であることがわかる。つまり、負荷回路は、入力端子と出力端子の電位差とその電位差に対して流れる電流との関係から、1/gmの抵抗値を有する抵抗素子と見なすことが可能である。以上から、負荷回路41は、1/gmの抵抗値を有する抵抗として等価的に表すことができる。また、負荷回路42〜44は、反転出力端子O−と非反転入力端子I+とを接続し、非反転出力端子O+と反転入力端子I−とを接続した2つの差動型トランスコンダクタンス増幅器50を並列に接続したものであるため、1/gmの抵抗値を有する2本の抵抗を並列にしたものとして等価的に表すことができ、その抵抗値は1/(2・gm)となる。
Further, the
ここで、図1に示すアッテネータ1のバッファ回路31〜34と負荷回路41〜44とを等価回路に置き換えた回路図を図4に示す。図4に示すように、バッファ回路31〜34は、それぞれボルテージフォロワVF1〜VF4と抵抗値が2Rとなる抵抗R1〜R4とがそれぞれ直列に接続された回路として表される。負荷回路41は抵抗値が2Rである抵抗として、また、負荷回路42〜44は、それぞれ抵抗値がRとなる抵抗R6〜R8によって表すことができる。なお、ここでは、説明を簡単にするため、抵抗値1/(2・gm)を抵抗値Rに置き換えている。図4に示す回路図より、本実施の形態のアッテネータがR−2R抵抗ラダー方式の回路であることがわかる。さらに、本実施の形態のアッテネータは、入力端子10とスイッチ群20との間に入力バッファがなく、スイッチSW1〜SW4の出力端子となる端子Cに入力バッファとなるボルテージフォロワが接続されている。
Here, FIG. 4 shows a circuit diagram in which the
次に、実施の形態1にかかるアッテネータ1の動作について説明する。アッテネータ1は、制御入力端子11から入力される制御信号S1〜S4に基づいてスイッチ群20のスイッチSW1〜SW4をそれぞれ制御する。これによって、スイッチ群20に接続されるバッファ回路31〜34と負荷回路41〜44との組み合わせを変更して入力信号に対して所定の利得を有する出力信号を出力端子より出力する。
Next, the operation of the
バッファ回路31〜34の入力から出力端子12までの利得は、それぞれ1/16[倍]、1/8[倍]、1/4[倍]、1/2[倍]なので、例えば、制御信号S1のみがハイレベルであった場合、入力端子10から出力端子12までの利得は、スイッチSW1、バッファ回路31を経由する経路によって得られる利得である1/16[倍]となる。同様に、S2のみ、S3のみ、S4のみがハイレベルのときの利得は、それぞれバッファ回路32〜34を介して入力を与えた場合の利得である1/8[倍]、1/4[倍]、1/2[倍]となる。
The gains from the input of the
制御信号S1〜S4のハイレベルとロウレベルの任意の組み合わせで得られる利得は、ハイレベルとなっている制御信号が与える利得をすべて加え合わせたものとなる。ここで、制御信号S1、S2、S3、S4それぞれについて、ハイレベルであった場合に"1"およびロウレベルであった場合に"0"となる係数を、W1、W2、W3、W4とすると、入力端子10から出力端子12までのアッテネータの利得Gは、(4)式で表すことができる。
G=(8・W4+4・W3+2・W2+W1)/16[倍] ・・・(4)
(4)式より、アッテネータ1は、制御入力端子11に与えられた制御信号に応じて、入力端子10から出力端子12までの利得を切り替えられることがわかる。
The gain obtained by any combination of the high level and the low level of the control signals S1 to S4 is the sum of all the gains provided by the control signal at the high level. Here, for each of the control signals S1, S2, S3, and S4, if the coefficients that are “1” when the signal is high and “0” when the signal is low are W1, W2, W3, and W4, The gain G of the attenuator from the
G = (8 · W4 + 4 · W3 + 2 · W2 + W1) / 16 [times] (4)
From the equation (4), it can be seen that the
上記説明より、実施の形態1にかかるアッテネータ1は、差動型トランスコンダクタンス増幅器を用いたバッファ回路群30と負荷回路群40とによって、抵抗値が1/gmの抵抗と抵抗値が1/(2・gm)の抵抗とを実現して、R−2R抵抗ラダー方式で入力信号に対して所定の利得を有する出力信号を生成する。また、バッファ回路31〜34は、入力抵抗が無限大であって、電圧利得が1倍、かつ、出力抵抗が0Ωとなるボルテージフォロワとボルテージフォロワの出力に直列に接続される抵抗値が1/gmの抵抗として等価回路で表すことができる。これによって、スイッチ群20の後段にバッファ回路群30が高い入力抵抗を有することが可能になり、入力バッファを入力端子10とスイッチ群20との間に設けることなく、スイッチ群20を直接入力端子10に接続することが可能である。
From the above description, the
また、従来のアッテネータでは、利得切換を行う回路の前段に演算増幅器などのDCオフセット電圧を発生する回路ブロックを配置していたことで、利得切換を行う回路にこのDCオフセット電圧が入力されてしまい、利得の切換を行う時にノイズを発生させていた。これに対して、実施の形態1にかかるアッテネータ1は、利得の切換を行うスイッチ群20の入力は入力端子10に直結できるため、DCオフセット電圧を発生するものが入力端子10とスイッチ群20の間に存在せず、ノイズの原因となるDCオフセット電圧がスイッチ群20に加わらないので、利得切換を行う時のノイズの発生を無くすことができる。
Further, in the conventional attenuator, a circuit block that generates a DC offset voltage such as an operational amplifier is disposed in the previous stage of the circuit that performs gain switching, and this DC offset voltage is input to the circuit that performs gain switching. Noise was generated when switching the gain. On the other hand, in the
本発明にかかるアッテネータ1は、バッファ回路31〜34と負荷回路41〜44とを同一構成の差動型トランスコンダクタンス増幅器を用いて構成している。そのため、同一構成の差動型トランスコンダクタンス増幅器によって生成される抵抗値を良く揃えることができるため、比較的精度の高い抵抗比を実現することが可能である。
In the
そのため、回路に高精度の抵抗素子を必要としない。つまり、製造工程において、高精度の抵抗素子を半導体基板上に形成する必要がないため、その抵抗を形成するための工程を省くことができ、製造工程を簡略化することが可能である。 Therefore, a highly accurate resistance element is not required for the circuit. That is, since it is not necessary to form a high-precision resistance element on the semiconductor substrate in the manufacturing process, the process for forming the resistor can be omitted, and the manufacturing process can be simplified.
実施の形態2
実施の形態1にかかるアッテネータ1は、抵抗値が1/gmの出力抵抗を有するバッファ回路と抵抗値が1/gmあるいは1/(2・gm)の負荷回路とによってR−2R抵抗ラダー方式の回路を実現するものである。これに対して、実施の形態2にかかるアッテネータ2は、抵抗値が2/gmの出力抵抗を有するバッファ回路と抵抗値が1/gmの抵抗とによってR−2R抵抗ラダー方式の回路を実現するものである。実施の形態2にかかるアッテネータ2を図5に示す。実施の形態1と同様のブロックについては同一の符号を付して説明を省略する。
The
図5に示すように、実施の形態2にかかるアッテネータ2は、実施の形態1にかかるアッテネータ1のバッファ回路群30と負荷回路群40をバッファ回路群30´と負荷回路群40´に置き換えたものである。
As shown in FIG. 5, in the
バッファ回路群30´は、実施の形態1にかかるアッテネータ1のバッファ回路群30が有するバッファ回路31〜34を順にバッファ回路31´〜34´に置き換えたものである。バッファ回路31´〜34´は、それぞれ反転出力端子O−が第1の電位(例えば、接地電位)に接続され、反転入力端子I−と非反転出力端子O+とが接続される第1の接続形式で各端子が接続された差動型トランスコンダクタンス増幅器(例えば、OTA12〜15)と、反転出力端子O−と非反転入力端子I+とが接続され、非反転出力端子O+と反転入力端子I−とが接続される第2の接続形式で各端子が接続された差動型トランスコンダクタンス増幅器(例えば、OTA16〜19)とを有している。ここで、OTA12〜15は、それぞれ非反転入力端子I+がスイッチ群20の対応するスイッチの端子Cに接続されており、非反転出力端子O+が出力となっている。また、差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA16〜19の非反転入力端子I+はそれぞれ差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA12〜15の非反転出力端子O+に接続され、差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA16〜19の非反転出力端子はそれぞれバッファ31´〜34´の出力として負荷回路群40´に出力される。
The
バッファ回路31´〜34´における各差動型トランスコンダクタンス増幅器の接続より、バッファ回路31´〜34´は、それぞれ入力抵抗が無限大であって、電圧利得が1倍、かつ、出力抵抗が0Ωとなるボルテージフォロワとボルテージフォロワの出力に直列に接続される抵抗値が1/gmの出力抵抗と、さらに、この出力抵抗に直列に接続された抵抗値が1/gmの抵抗を有する等価回路で表すことができる。つまり、バッファ回路31´〜34´は、それぞれ入力抵抗が無限大であって、電圧利得が1倍、かつ、出力抵抗が0Ωとなるボルテージフォロワとボルテージフォロワの出力に直列に接続される抵抗値が2/gmの出力抵抗とを有する等価回路で表すことができる。これは、実施の形態1におけるバッファ回路31〜34の等価回路において、出力抵抗の値1/gmを、その2[倍]の値である2/gmに置き換えたものと同じである。
Due to the connection of the differential transconductance amplifiers in the
また、負荷回路群40´は、実施の形態1にかかるアッテネータ1の負荷回路群40が有する負荷回路41〜44を順に負荷回路41´〜44´に置き換えたものである。
The
負荷回路41´は、反転出力端子O−と非反転入力端子I+とが接続され、非反転出力端子O+と反転入力端子I−とが接続される第2の接続形式で各端子が接続された差動型トランスコンダクタンス増幅器OTA20、21が直列に接続されている。このことから、負荷回路41´は、2/gmの抵抗値を有する抵抗として等価回路で表すことができる。これは、実施の形態1における負荷回路41の等価回路の抵抗の値である1/gmを、その2[倍]の値である2/gmに置き換えたものと同じである。
The load circuit 41 ′ is connected to each other terminal in the second connection form in which the inverting output terminal O− and the non-inverting input terminal I + are connected, and the non-inverting output terminal O + and the inverting input terminal I− are connected. Differential transconductance amplifiers OTA20 and 21 are connected in series. From this, the load circuit 41 ′ can be expressed by an equivalent circuit as a resistor having a resistance value of 2 / gm. This is the same as replacing 1 / gm, which is the resistance value of the equivalent circuit of the load circuit 41 in
負荷回路42´〜44´は、それぞれ反転出力端子O−と非反転入力端子I+とが接続され、非反転出力端子O+と反転入力端子I−とが接続される第2の接続形式で各端子が接続された差動型トランスコンダクタンス増幅器(例えば、OTA22〜24)を有しており、このことから、負荷回路42´〜44´は、1/gmの抵抗値を有する抵抗として等価回路で表すことができる。これは、実施の形態1における負荷回路42〜44の等価回路の抵抗の値である1/(2・gm)を、その2倍の値である1/gmに置き換えたものと同じである。
Each of the load circuits 42 'to 44' has a second connection form in which the inverting output terminal O- and the non-inverting input terminal I + are connected, and the non-inverting output terminal O + and the inverting input terminal I- are connected to each terminal. Therefore, the
以上の説明から、実施の形態2におけるアッテネータ2は、等価回路上は、図4に示す実施の形態1のアッテネータ1の等価回路における抵抗の値R(=1/(2・gm))と2R(=1/gm)を、それぞれ一律2Rおよび4Rに変えただけのものであり、抵抗の接続は、実施の形態1のアッテネータ1と同じR−2R抵抗ラダー方式の回路形式を保っている。このことから、実施の形態2にかかるアッテネータ2は、実施の形態1にかかるアッテネータ1と同様に、R−2R抵抗ラダー方式のアッテネータとして動作し、その利得Gは、実施の形態1にかかるアッテネータ1と同じく、G=(8・W4+4・W3+2・W2+W1)/16[倍]と表される。
From the above description, the
一方、実施の形態1にかかるアッテネータ1と実施の形態2にかかるアッテネータ2とでは、バッファ回路と負荷回路で用いる差動型トランスコンダクタンス増幅器の接続が異なることで、実施の形態2で使用する差動形トランスコンダクタンス増幅器の非反転入力端子I+と反転入力端子I−の間に印加される信号の振幅は、実施の形態1で使用した場合と比較して小さくすることができる。これにより、アッテネータの入力端子で受け付けることができる入力信号振幅の最大値を、実施の形態1にかかるアッテネータの2[倍]に拡大することができる。以下、詳細に説明する。
On the other hand, the
図6に実施の形態1にかかるアッテネータ1における各差動型トランスコンダクタンス増幅器の非反転入力端子I+と反転入力端子I−との間に入力される信号の振幅を示す。図6に示す数値は、入力信号の振幅を1とした場合に、各差動型トランスコンダクタンス増幅器の非反転入力端子I+と反転入力端子I−との間に入力される信号の振幅の大きさである。また、制御信号S1〜S4の状態によっても、この振幅は変化するため、図6では信号の状態も示してある。図6より、実施の形態1にかかるアッテネータ1の差動型トランスコンダクタンス増幅器の入力端子間に入力される信号の最大振幅は、入力信号に対して170/256[倍]であることがわかる。
FIG. 6 shows the amplitude of a signal input between the non-inverting input terminal I + and the inverting input terminal I− of each differential transconductance amplifier in the
また、図7に実施の形態2にかかるアッテネータ2における各差動型トランスコンダクタンス増幅器の非反転入力端子I+と反転入力端子I−との間に入力される信号の振幅を示す。図7に示す数値は、図6の場合と同様に、入力信号の振幅を256とした場合に、各差動型トランスコンダクタンス増幅器の非反転入力端子I+と反転入力端子I−との間に入力される信号の振幅の大きさである。また、制御信号S1〜S4の状態によっても、この振幅は変化するため、図7においても図6と同様に信号の状態を示してある。図7より、実施の形態1にかかるアッテネータ1の差動型トランスコンダクタンス増幅器の入力端子間に入力される信号の最大振幅は、入力信号に対して85/256[倍]であることがわかる。
FIG. 7 shows the amplitude of a signal input between the non-inverting input terminal I + and the inverting input terminal I− of each differential transconductance amplifier in the
上記説明より、実施の形態1と実施の形態2とで同じ入力信号電圧の範囲(入力レンジ)を有する差動型トランスコンダクタンス増幅器を用いた場合、実施の形態1のアッテネータ1は、許容できる入力信号電圧の範囲が差動型トランスコンダクタンス増幅器の入力信号電圧の範囲に対して256/170[倍]であるのに対して、実施の形態2のアッテネータ2は、差動型トランスコンダクタンス増幅器の入力信号電圧の範囲に対して256/85[倍]である。つまり、実施の形態2のアッテネータ2は、実施の形態1のアッテネータ1と比較して、(256/85)÷(256/170)=2[倍]の入力信号電圧を入力端子10で受けることが可能である。
From the above description, when the differential type transconductance amplifier having the same input signal voltage range (input range) is used in the first embodiment and the second embodiment, the
実施の形態3
実施の形態3にかかる差動型トランスコンダクタンス増幅器60の回路図を図8に示す。実施の形態3にかかるアッテネータは、実施の形態1にかかるアッテネータ1で用いていた図3に示す差動型トランスコンダクタンス増幅器50を図8に示す差動型トランスコンダクタンス増幅器60に置き換えたものである。したがって、ここでは、差動型トランスコンダクタンス増幅器60の回路について詳細に説明を行い、アッテネータについての説明は省略する。
FIG. 8 shows a circuit diagram of the
図8に示すように、実施の形態3にかかる差動型トランスコンダクタンス増幅器60は、PMOSトランジスタ61、62、インピーダンス素子63、電流源64〜67、非反転入力端子I+、反転入力端子I−、非反転出力端子O+、反転出力端子O−を有している。PMOSトランジスタ61、62によって差動対が構成されており、PMOSトランジスタ61、62の各ソースはインピーダンス素子63を介して接続されている。インピーダンス素子63は、本実施の形態ではPMOSトランジスタ63a、63bを有している。PMOSトランジスタ63aは、ソースがPMOSトランジスタ62のソースに接続されており、ドレインがPMOSトランジスタ61のソースに接続されている。PMOSトランジスタ63bは、ソースがPMOSトランジスタ61のソースに接続されており、ドレインがPMOSトランジスタ62のソースに接続されている。また、PMOSトランジスタ61のソースと電源電位VDDとの間には電流源66が接続されており、PMOSトランジスタ62のソースと電源電位VDDとの間には電流源67が接続されている。さらに、PMOSトランジスタ61のドレインと接地電位VSSとの間には第1の電流源(例えば、電流源64)が接続され、PMOSトランジスタ62のドレインと接地電位VSSとの間には第2の電流源(例えば、電流源65)が接続されている。
As shown in FIG. 8, the
非反転入力端子I+は、PMOSトランジスタ61とPMOSトランジスタ63bとのゲートにそれぞれに接続されている。反転入力端子I−は、PMOSトランジスタ62とPMOSトランジスタ63aとのゲートにそれぞれ接続されている。反転出力端子O−は、PMOSトランジスタ61のドレインと電流源64との接続点に接続されており、非反転出力端子O+は、PMOSトランジスタ62と電流源65との接続点に接続されている。ここで、電流源64〜67は、同じ電流値の電流Iを出力する回路である。
The non-inverting input terminal I + is connected to the gates of the
次に、動作について説明する。差動型トランスコンダクタンス増幅器60の反転入力端子I−を基準とした非反転入力端子の入力信号電圧vinは、PMOSトランジスタ61、62のゲート間に印加される。PMOSトランジスタ61、62のゲート間に印加された入力信号電圧は、PMOSトランジスタ61のソース抵抗、インピーダンス素子63、及びPMOSトランジスタ62のソース抵抗からなる直列抵抗回路に印加され、その直列抵抗回路の抵抗値に反比例した電流に変換される。この直列抵抗回路の抵抗値の逆数をgmとすると、入力信号電圧が変換された電流の値は、gm・vinとなる。PMOSトランジスタ61、62のドレインに流れる電流(例えば、第1のドレイン電流及び第2のドレイン電流)は、入力信号電圧が変換された電流と、PMOSトランジスタ61、62のソースに接続された電流源66、67の出力電流Iを加え合わせたものとなるので、それぞれ、I−gm・vinとI+gm・vinとなり、さらに、電流源64、65の出力電流と加え合わせてそれぞれ反転出力端子O−と非反転出力端子O+に出力される。ここで、電流源64、65の出力電流は、PMOSトランジスタ61、62それぞれのドレイン電流I−gm×vinとI+gm×vinそれぞれに含まれる電流源66、67の出力電流Iを打ち消すように加算されるので、反転出力端子O−と非反転出力端子O+の出力電流は、それぞれ入力電圧が変換された電流−gm・vin、及び、gm・vinになる。つまり、差動型トランスコンダクタンス増幅器60は、非反転入力端子I+と反転入力端子I−間に受けた入力信号電圧vinを、内蔵のPMOSトランジスタ61、62のソース抵抗と、内蔵のインピーダンス素子63の抵抗の和の逆数で決定されるトランスコンダクタンスgmに比例した電流に変換して、非反転出力端子O+および反転出力端子O−からgm・vin及び−gm・vinの値の電流に変換して出力する。
Next, the operation will be described. The input signal voltage vin at the non-inverting input terminal with respect to the inverting input terminal I− of the
一方、実施の形態3にかかるアッテネータにおいては、実施の形態1と比較して、アッテネータの入力信号電圧の範囲を拡大することができるので、以下、詳細に説明する。 On the other hand, in the attenuator according to the third embodiment, the range of the input signal voltage of the attenuator can be expanded as compared with the first embodiment, and will be described in detail below.
実施の形態1における差動型トランスコンダクタンス増幅器50で差動対を成すPMOSトランジスタ51と52のソース抵抗の和は、入力信号電圧に依存して変化するので、その逆数であるトランスコンダクタンスも入力信号電圧に依存して変化する。このため、差動型トランスコンダクタンス増幅器50をアッテネータ1に用いた実施の形態1においては、差動型トランスコンダクタンス増幅器50を用いて等価的に構成したR−2R抵抗ラダー回路の抵抗の値が入力信号電圧に依存して変化するため、アッテネータ1の出力信号電圧にはひずみ成分が含まれる。このため、実施の形態1において許容できる入力信号電圧の範囲は、この出力信号電圧に含まれるひずみ成分の量が許容できる範囲に限定される。一方、実施の形態3における差動型トランスコンダクタンス増幅器60のトランスコンダクタンスは、実施の形態1における差動型トランスコンダクタンス増幅器50の差動対と同様の差動対を成すPMOSトランジスタ61と62に加えて、さらに、PMOSトランジスタ61と62のソース間に接続したインピーダンス素子63を有しているので、そのトランスコンダクタンスは、PMOSトランジスタ61と62のソース抵抗の和にインピーダンス素子63の抵抗を加えたものの逆数となっている。ここで、入力信号電圧の変化に対して、PMOSトランジスタ61と62のソース抵抗の和は、入力信号電圧が0の時に最小で、入力信号電圧の絶対値の増加に伴い増加するよう変化するのに対して、インピーダンス素子63の抵抗は、入力信号電圧が0の時に最大で、入力信号電圧の絶対値の増加に伴い減少するように設定されているので、差動型トランスコンダクタンス60のトランスコンダクタンスの入力信号電圧に対する変化は、インピーダンス素子63が無い差動型トランスコンダクタンス増幅器50と比較して、小さくすることができる。これにより、同一の入力信号電圧を受けた場合において、差動型トランスコンダクタンス増幅器60を用いた本実施の形態3では、実施の形態1と比較して、出力信号電圧に含まれるひずみ成分の量を低減することができ、また、出力信号電圧に含まれるひずみ成分の量が実施の形態1と同じでよい場合は、入力信号電圧の範囲をさらに拡大することが可能である。
Since the sum of the source resistances of the
以上においては、実施の形態3にかかるアッテネータは、実施の形態1にかかるアッテネータ1で用いていた図3に示す差動型トランスコンダクタンス増幅器50を図8に示す差動型トランスコンダクタンス増幅器60に置き換えたものであるが、同様に、実施の形態2にかかるアッテネータ2において、差動型トランスコンダクタンス増幅器50を差動型トランスコンダクタンス増幅器60に置き換えることも可能であり、それにより、実施の形態3にかかるアッテネータよりも受け付けられる入力信号電圧の範囲をさらに大きなものにすることが可能である。
In the above, the attenuator according to the third embodiment replaces the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、適宜変形することが可能である。例えば、PMOSトランジスタによる差動対を有する差動型トランスコンダクタンス増幅器に代えて、NMOSトランジスタによる差動対を有する差動型トランスコンダクタンス増幅器を用いることで本発明を実現することも可能である。また、上記実施の形態においては、4個のスイッチと、4個のバッファ回路と、4個の負荷回路を有する回路について説明したが、スイッチ、バッファ回路、負荷回路の数は、適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as appropriate. For example, the present invention can be realized by using a differential transconductance amplifier having a differential pair of NMOS transistors instead of a differential transconductance amplifier having a differential pair of PMOS transistors. In the above embodiment, a circuit having four switches, four buffer circuits, and four load circuits has been described. However, the number of switches, buffer circuits, and load circuits may be changed as appropriate. Is possible.
1 アッテネータ
2 アッテネータ
10 入力端子
11 制御入力端子
12 出力端子
20 スイッチ群
30、30´ バッファ回路群
31〜34、31〜34´ バッファ回路
40、40´ 負荷回路群
41〜44、41´〜44´ 負荷回路
50、60 OTA
51、52、61、62、63a、63b PMOSトランジスタ
53〜55、64〜67 電流源
63 インピーダンス素子
M11〜M18 MOSトランジスタ
R11〜R18 抵抗
SW1〜SW4 スイッチ
TG1、TG2 トランスファゲート
INV1、INV2 インバータ
VF1〜VF4 ボルテージフォロワ
DESCRIPTION OF
51, 52, 61, 62, 63a,
Claims (8)
各接続された前記スイッチからの信号を駆動する増幅器と、前記増幅器の出力に直列接続される所定の抵抗値を有する出力抵抗とを等価的に有する複数のバッファ回路を有するバッファ回路群と、
前記バッファ回路の出力端子にそれぞれ接続され、前記出力抵抗との相対精度が所定値以内となる負荷抵抗を有する複数の負荷回路を、それぞれ縦続接続し、縦続接続した前記負荷回路の一端から出力信号を出力する負荷回路群とを有するアッテネータ。 A switch group having a plurality of switches for outputting either an input signal or a predetermined potential in response to a control signal;
A buffer circuit group having a plurality of buffer circuits equivalently having an amplifier for driving a signal from each connected switch and an output resistor having a predetermined resistance value connected in series to the output of the amplifier;
A plurality of load circuits each connected to an output terminal of the buffer circuit and having a load resistance whose relative accuracy with respect to the output resistance is within a predetermined value are connected in cascade, and an output signal is output from one end of the cascade connected load circuit. And an attenuator having a load circuit group that outputs a signal.
前記負荷回路群は、非反転入力端子と反転出力端子とが接続され、反転入力端子と非反転出力端子とが接続される第2の接続形式の差動型トランスコンダクタンス増幅器を有し、並列に接続された2つの前記第2の接続形式の差動型トランスコンダクタンス増幅器を有する第1の負荷回路と、1つの前記第2の接続形式の差動型トランスコンダクタンス増幅器を有する第2の負荷回路とを縦続接続したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアッテネータ。 The buffer circuit has a non-inverting input terminal connected to the corresponding switch, an inverting output terminal connected to a first potential, and a difference in a first connection type in which the inverting input terminal and the non-inverting output terminal are connected. A dynamic transconductance amplifier,
The load circuit group includes a differential transconductance amplifier of a second connection type in which a non-inverting input terminal and an inverting output terminal are connected, and an inverting input terminal and a non-inverting output terminal are connected in parallel. A first load circuit having two differential connection-type transconductance amplifiers connected to each other; a second load circuit having one differential connection-type transconductance amplifier of the second connection type; The attenuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the attenuators are connected in cascade.
前記負荷回路群は、前記第2の接続形式の差動型トランスコンダクタンス増幅器を有する第1の負荷回路と、直列に接続された2つの前記第2の接続形式の差動型トランスコンダクタンス増幅器を有する第2の負荷回路とが縦続接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアッテネータ。 The buffer circuit has a non-inverting input terminal connected to the corresponding switch, an inverting output terminal connected to a first potential, and a difference in a first connection type in which the inverting input terminal and the non-inverting output terminal are connected. A dynamic transconductance amplifier and a differential transconductance amplifier of a second connection type in which the non-inverting input terminal and the inverting output terminal are connected and the inverting input terminal and the non-inverting output terminal are connected are connected in cascade. And
The load circuit group includes a first load circuit having a differential transconductance amplifier of the second connection type, and two differential transconductance amplifiers of the second connection type connected in series. The attenuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the second load circuit is cascade-connected.
前記第1、第2のトランジスタは、それぞれ前記第1、第2のトランジスタのゲートに入力される信号の電位差と前記差動対のトランスコンダクタンスとの積に基づき第1、第2のドレイン電流を生成し、反転出力端子から前記第1の電流源が生成する電流と前記第1のドレイン電流との差分電流を流入し、非反転出力端子から前記第2の電流源が生成する電流と前記第2のドレイン電流との差分電流を流出することを特徴とする請求項4又は5に記載のアッテネータ。 The first and second connection type differential transconductance amplifiers are respectively connected to the first and second transistors constituting the differential pair and to the drains of the first and second transistors, respectively. First and second current sources that output substantially equal currents,
The first and second transistors have first and second drain currents based on a product of a potential difference between signals input to the gates of the first and second transistors and the transconductance of the differential pair, respectively. And a differential current between the current generated by the first current source and the first drain current flows from the inverting output terminal, and the current generated by the second current source from the non-inverting output terminal and the first current The attenuator according to claim 4 or 5, wherein a difference current from the drain current of 2 flows out.
The impedance element has a drain connected to the source of the first transistor, a source connected to the source of the second transistor, a gate connected to the non-inverting input terminal, and a source connected to the non-inverting input terminal. 8. The fourth transistor according to claim 7, further comprising: a fourth transistor connected to a source of the first transistor, a drain connected to a source of the second transistor, and a gate connected to an inverting input terminal. Attenuator.
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