JP2007221656A - High frequency variable gain amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、高周波可変利得増幅器に関するものである。 The present invention relates to a high frequency variable gain amplifier.
携帯電話機で代表される無線通信システムの受信機器における初段増幅回路には、微弱信号を受信する場合は、低雑音及び高利得特性が要求され、大信号を受信する場合は、低歪み特性及び低利得特性が要求される。特に、近年の移動体通信では、基地局と端末間の距離の関係で、受信時の電界強度が大きく変化するので、受信機器には大きなダイナミックレンジが必要となり、その結果、受信フロントエンド部の低雑音増幅器には利得制御機能が必要になる。このような利得制御機能を有する増幅器としては、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。以下、この発明の理解を容易にするため、図10を参照して簡単に説明する。 The first-stage amplifier circuit in a receiving device of a wireless communication system typified by a mobile phone requires low noise and high gain characteristics when receiving weak signals, and low distortion characteristics and low characteristics when receiving large signals. Gain characteristics are required. In particular, in recent mobile communications, the electric field strength at the time of reception varies greatly depending on the distance between the base station and the terminal, so a large dynamic range is required for the receiving device. A low noise amplifier requires a gain control function. As an amplifier having such a gain control function, for example, an amplifier disclosed in Patent Document 1 is known. Hereinafter, in order to facilitate understanding of the present invention, a brief description will be given with reference to FIG.
図10は、従来の高周波可変利得増幅器の構成例を示す回路図である。図10において入力端子601には、直流カットコンデンサ602aを介して増幅器603の入力端とストリップ線路604aの一端とが接続されている。増幅器603の出力端には、直流カットコンデンサ602bを介して出力端子605が接続されるとともに、直流カットコンデンサ602cを介してストリップ線路604bの一端が接続され、またチョークコイル606を介して電源端子607が接続されている。電源端子607と接地電位(グランド)との間に、バイパスコンデンサ608が設けられている。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional high-frequency variable gain amplifier. In FIG. 10, an
そして、ストリップ線路604aの他端は、スイッチ609aの一方の信号電極に接続され、ストリップ線路604bの他端は、スイッチ609bの一方の信号電極に接続され、スイッチ609a,609bの他方の信号電極間は、抵抗素子610を介して接続されている。スイッチ609aの制御電極は、電圧制御端子611aに接続され、スイッチ609bの制御電極は、電圧制御端子611bに接続されている。
The other end of the
このストリップ線路604a、スイッチ609a、抵抗素子610、スイッチ609b及びストリップ線路604cの経路は、信号バイパス回路を構成している。
The paths of the
以上の構成において、外部の受信処理系で受信された高周波信号の受信電力が所定の値よりも低い場合は、電圧制御端子611a,611bにほぼ0Vを印加してスイッチ609a,609bを遮断状態に設定し、増幅器603をオン動作状態に設定する。これによって、外部の受信系から入力端子601に入力される高周波信号は、直流カットコンデンサ602aを介して増幅器603に入力して高利得で増幅され、直流カットコンデンサ602bを介して出力端子605から出力される。
In the above configuration, when the reception power of the high-frequency signal received by the external reception processing system is lower than a predetermined value, substantially 0 V is applied to the
一方、外部の受信処理系で受信された高周波信号の受信電力が所定の値よりも高い場合は、電圧制御端子611a,611bに電源端子607と同じ電圧を印加してスイッチ609a,609bを導通状態に設定し、増幅器603をオフ動作状態に設定する。これによって、外部の受信系から入力端子601に入力される高周波信号は、直流カットコンデンサ602aを介して信号バイパス回路に入り、そこでの抵抗素子610にて所定量の減衰を受け、直流カットコンデンサ602bを介して出力端子605から出力される。
On the other hand, when the reception power of the high frequency signal received by the external reception processing system is higher than a predetermined value, the same voltage as that of the
以上のように、従来の高周波可変利得増幅器では、高周波信号の受信電力に応じて、設定利得を高利得と低利得とに切り替えるようになっている。 As described above, in the conventional high frequency variable gain amplifier, the set gain is switched between the high gain and the low gain in accordance with the received power of the high frequency signal.
しかしながら、上記従来の高周波可変利得増幅器では、設定可能な利得が高利得と低利得の2状態しかないので、受信電力のダイナミックレンジを広げることが難しいという問題がある。 However, the conventional high-frequency variable gain amplifier has a problem that it is difficult to widen the dynamic range of received power because there are only two gains that can be set: high gain and low gain.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、利得を多段に切り替えて受信電力のダイナミックレンジを広げることができる高周波可変利得増幅器を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a high-frequency variable gain amplifier that can widen the dynamic range of received power by switching gains in multiple stages.
また、この発明は、入力インピーダンスを大きく変えずに利得を多段に切り替え可能な上記の高周波可変利得増幅器を得ることを目的とする。 Another object of the present invention is to obtain the above-described high-frequency variable gain amplifier that can switch the gain in multiple stages without greatly changing the input impedance.
また、この発明は、少ない素子数で小型化が可能な上記の高周波可変利得増幅器を得ることを目的とする。 Another object of the present invention is to obtain the above-described high-frequency variable gain amplifier that can be miniaturized with a small number of elements.
さらに、この発明は、低電源電圧、低電流で動作可能な上記の高周波可変利得増幅器を得ることを目的とする。 Another object of the present invention is to obtain the above-described high-frequency variable gain amplifier that can operate with a low power supply voltage and a low current.
上述した目的を達成するために、この発明にかかる高周波可変利得増幅器は、それぞれの正相側入出力端間及び逆相側入出力端間が対応する直流カットコンデンサを介して接続される2つの差動増幅器と、前記2つの差動増幅器の正相側と逆相側とに対称に配置される同数個N(N≧2)の利得切替用経路からなり、それぞれの利得切替用経路が経路用スイッチと減衰用抵抗素子との直列回路で構成される第1及び第2の利得切替用経路群と、入力される高周波信号に利得付与処理を施して出力端に導出する経路として、前記2つの差動増幅器を通る経路と前記第1及び第2の利得切替用経路群における対称位置に配置される各一つの利得切替用経路を通る経路とを選択制御する制御手段とを備え、前記第1及び第2の利得切替用経路群は、前記第1の利得切替用経路群の一端が一方の前記差動増幅器の正相側入力端に第1の切替用スイッチを介して接続され、他端が他方の前記差動増幅器の正相側入力端に第1の直流カットコンデンサを介して接続され、前記第2の利得切替用経路群の一端が一方の前記差動増幅器の逆相側入力端に第2の利得切替用スイッチを介して接続され、他端が他方の前記差動増幅器の逆相側入力端に第2の直流カットコンデンサを介して接続され、前記制御手段は、前記第1及び第2の利得切替用スイッチを非導通状態に制御するときは、前記2つの差動増幅器を共に増幅動作可能状態に制御し、前記第1及び第2の利得切替用スイッチを導通状態に制御するときは、前記2つの差動増幅器のうち入力段の差動増幅器を動作停止状態に、出力段の差動増幅器を増幅動作可能状態にそれぞれ制御し、かつ、前記第1及び第2の利得切替用経路群における対称位置に配置される各一つの利得切替用経路における前記経路用スイッチをそれぞれ導通状態に制御することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a high-frequency variable gain amplifier according to the present invention includes two positive-phase input / output terminals and two negative-phase input / output terminals connected via corresponding DC cut capacitors. The differential amplifier and the same number N (N ≧ 2) gain switching paths arranged symmetrically on the positive phase side and the negative phase side of the two differential amplifiers, and each gain switching path is a path The first and second gain switching path groups configured by a series circuit of a switch for attenuation and an attenuating resistance element, and a path for applying a gain applying process to an input high-frequency signal and leading to the output terminal are described above. Control means for selectively controlling a path passing through two differential amplifiers and a path passing through each one gain switching path arranged at a symmetrical position in the first and second gain switching path groups, The first and second gain switching path groups are: One end of the first gain switching path group is connected to the positive phase side input terminal of one of the differential amplifiers via the first switching switch, and the other end is connected to the positive phase side of the other differential amplifier. An input terminal is connected via a first DC cut capacitor, and one end of the second gain switching path group is connected to a negative phase side input terminal of one of the differential amplifiers via a second gain switching switch. The other end is connected to the opposite-phase side input end of the other differential amplifier via a second DC cut capacitor, and the control means non-conducts the first and second gain switching switches. When controlling to the state, the two differential amplifiers are both controlled to be in an amplifying operation enabled state, and when controlling the first and second gain switching switches to the conductive state, the two differential amplifiers are controlled. Among them, the differential amplifier in the input stage is deactivated and the differential in the output stage is increased. And control each of the path switches in each of the gain switching paths arranged at symmetrical positions in the first and second gain switching path groups to be in a conductive state. It is characterized by doing.
この発明によれば、例えば、2つの差動増幅器の正相側に2つの利得切替用経路が並列に配置され、逆相側に2つの利得切替用経路が並列に配置されているとすれば、2つの差動増幅器を動作状態に設定し第1及び第2の利得切替用スイッチを非導通状態に設定する場合と、入力段差動増幅器を動作停止状態に、出力段差動増幅器を動作状態にそれぞれ設定し、第1及び第2の利得切替用スイッチを導通状態に設定した状態で、対称位置にある一方の対利得切替用経路での経路用スイッチを導通状態に設定し、対称位置にある他方の対利得切替用経路での経路用スイッチを非導通状態に設定する場合と、逆に、対称位置にある一方の利得切替用経路での経路用スイッチを非導通状態に設定し、対称位置にある他方の利得切替用経路での経路用スイッチを導通状態に設定する場合との3段階の切り替えができる。このように、従来例よりも高周波受信電力のダイナミックレンジを広げることができる。 According to the present invention, for example, if two gain switching paths are arranged in parallel on the positive phase side of two differential amplifiers, and two gain switching paths are arranged in parallel on the opposite phase side. When the two differential amplifiers are set to the operating state and the first and second gain switching switches are set to the non-conductive state, the input stage differential amplifier is set to the operation stop state, and the output stage differential amplifier is set to the operating state. With each setting, with the first and second gain switching switches set to the conductive state, the path switch in one of the symmetrical gain switching paths is set to the conductive state and is in the symmetrical position Contrary to the case where the path switch for the other gain switching path is set to the non-conductive state, conversely, the path switch for the one gain switching path at the symmetrical position is set to the non-conductive state, and the symmetrical position is set. For the other gain switching route It can be switched in three stages as configuring switch conductive. Thus, the dynamic range of the high frequency received power can be expanded as compared with the conventional example.
この発明によれば、利得を多段に切り替えて受信電力のダイナミックレンジを広げることができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the dynamic range of the received power can be expanded by switching the gain to multiple stages.
以下に図面を参照して、この発明にかかる高周波可変利得増幅器の好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of a high frequency variable gain amplifier according to the present invention will be explained below in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による高周波可変利得増幅器の構成を示す回路図である。図1に示す高周波可変利得増幅器は、一対の入力端子1a,1bと一対の出力端子2a,2bとの間に、2つの差動増幅器50,51がこの順に配置されている。差動増幅器50,51は、それぞれ同様の構成であって、例えば図2に示すように構成されている。図2については、後述する。なお、この実施の形態1及び以下に示す各実施の形態において、符号に添えた「a」「b」は、差動構成における正相側と逆相側とに対称に配置される同一内容ないしは同一能力の回路素子に付されている。
Embodiment 1 FIG.
1 is a circuit diagram showing a configuration of a high-frequency variable gain amplifier according to Embodiment 1 of the present invention. In the high-frequency variable gain amplifier shown in FIG. 1, two
すなわち、図1に示すように、入力端子1aには差動増幅器50の正相側入力端が接続され、入力端子1bには差動増幅器50の逆相側入力端が接続されている。出力端子2aには差動増幅器51の正相側出力端が接続され、出力端子2bには差動増幅器51の逆相側出力端が接続されている。そして、差動増幅器50の正相側出力端は直流カットコンデンサ40aを介して差動増幅器51の正相側入力端に接続され、差動増幅器50の逆相側出力端は直流カットコンデンサ40bを介して差動増幅器51の逆相側入力端に接続されている。
That is, as shown in FIG. 1, the positive phase side input terminal of the
なお、差動増幅器50の両入力端間にはフィード抵抗素子10a,10bが直列に接続され、このフィード抵抗素子10a,10bの直列接続端は、バイアス端子3に接続されている。また、差動増幅器51の両入力端間にはフィード抵抗素子11a,11bが直列に接続され、このフィード抵抗素子11a,11bの直列接続端は、バイアス端子4に接続されている。
Note that
このような2つの差動増幅器50,51の正相側入力端に対し第1の利得切替用経路群を構成する利得切替用経路310a,311aが並列に配置され、逆相側入力端に対し第2の利得切替用経路群を構成する利得切替用経路310b,311bが並列に配置されている。
The
すなわち、差動増幅器50の正相側入力端には利得切替用スイッチ(第1の利得切替用スイッチ)30aを介して2つの利得切替用経路310a,311aの各一端が並列に接続され、差動増幅器51の正相側入力端には直流カットコンデンサ(第1の直流カットコンデンサ)41aを介して2つの利得切替用経路310a,311aの各他端が並列に接続されている。利得切替用スイッチ30aは、例えばNMOSトランジスタであって、そのゲート電極は、電圧制御端子300aに接続されている。
That is, one end of each of the two
2つの利得切替用経路310a,311aは、それぞれ、経路用スイッチ31a,32aと減衰用抵抗素子12a,13aとの直列回路で構成されている。経路用スイッチ31a,32aは、それぞれ、例えばNMOSトランジスタであって、そのゲート電極は、電圧制御端子301a,302aに接続されている。
The two
同様に、差動増幅器50の逆相側入力端には利得切替用スイッチ(第2の利得切替用スイッチ)30bを介して2つの利得切替用経路310b,311bの各一端が並列に接続され、差動増幅器51の逆相側入力端には直流カットコンデンサ(第2の直流カットコンデンサ)41bを介して2つの利得切替用経路310b,311bの各他端が並列に接続されている。利得切替用スイッチ30bは、例えばNMOSトランジスタであって、そのゲート電極は、電圧制御端子300bに接続されている。
Similarly, one end of each of the two
2つの利得切替用経路310b,311bは、それぞれ、経路用スイッチ31b,32bと減衰用抵抗素子12b,13bとの直列回路で構成されている。経路用スイッチ31b,32bは、それぞれ、例えばNMOSトランジスタであって、そのゲート電極は、電圧制御端子301b,302bに接続されている。
The two
制御手段は、図示してないが、外部の受信処理系での高周波信号の受信電力に応じて、この実施の形態1では、「高利得状態」と「中利得状態」と「低利得状態」との3段階に利得を切り替えて対応する利得付与処理が行えるように、出力段の差動増幅器51はいずれの状態においても増幅動作が行えるようにし、入力段の差動増幅器50には増幅動作の許否制御を行い、各スイッチには導通・非導通の制御を行うようになっている。
Although the control means is not shown, according to the first embodiment, according to the received power of the high frequency signal in the external reception processing system, in the first embodiment, a “high gain state”, “medium gain state”, and “low gain state” The
ここで、「高利得状態」は、高周波受信電力が差動増幅器50での増幅処理で歪みを生じないで程度に所定電力よりも低い電力状態である場合が該当する。「中利得状態」は、高周波受信電力が差動増幅器50での増幅処理で歪みを生ずる程度に所定電力よりも高い電力状態である場合が該当する。「低利得状態」は、高周波受信電力が差動増幅器50での増幅処理で上記よりも大きい歪みを生ずる程度に所定電力よりもさらに高い電力状態である場合が該当する。
Here, the “high gain state” corresponds to a case where the high-frequency received power is in a power state lower than the predetermined power to the extent that distortion is not caused by the amplification processing in the
そして、利得切替用経路310a,310bでは、経路用スイッチ31a,31bは、同じ能力(サイズ)であり、減衰用抵抗素子12a,12bは、等値である。また、利得切替用経路311a,311bでは、経路用スイッチ32a,32bは、同じ能力(サイズ)であり、減衰用抵抗素子13a,13bは、等値である。そして、利得切替用経路310a,310bと利得切替用経路311a,311bとの間では、所望の利得切替量が得られるように、経路用スイッチの能力(サイズ)と減衰用抵抗素子の抵抗値に差を設けてある。すなわち、利得切替用経路310a,310bが「中利得状態」用で、利得切替用経路311a,311bが「低利得状態」用であるとすれば、経路用スイッチの能力(サイズ)は、例えば、「経路用スイッチ32a,32b」<「経路用スイッチ31a,31b」である。また、減衰用抵抗素子の抵抗値は、「減衰用抵抗素子13a,13b」>「減衰用抵抗素子12a,12b」である。以下、制御手段の動作を具体的に説明する。
In the
まず、外部の受信処理系での高周波信号の受信電力が「高利得状態」である場合は、差動増幅器50を増幅動作可能状態に設定し、電圧制御端子300a,300bのそれぞれにほぼ接地電位(0V)を与えて利得切替用スイッチ30a,30bを共に非導通状態に設定する。また、電圧制御端子301a,301b,302a,302bのそれぞれにもほぼ接地電位(0V)を与えて経路用スイッチ31a,31b,32a,32bを共に非導通状態に設定する。
First, when the reception power of the high-frequency signal in the external reception processing system is in the “high gain state”, the
すなわち、「高利得状態」において入力端子1a,1bに入力される高周波信号は、差動増幅器50と利得切替用スイッチ30a,30bとに向かう。そのうち、利得切替用スイッチ30a,30bに向かう高周波信号は、大部分が利得切替用スイッチ30a,30bにて反射され、差動増幅器50に入力され、増幅された高周波信号は直流カットコンデンサ40a,40bを介して差動増幅器51に入力される。このとき、利得切替用経路310a,310b,311a,311bでは、経路用スイッチ31a,31b,32a,32bが非導通状態であるので、差動増幅器50の出力高周波信号のうち、これらの経路に向かう高周波信号は殆ど反射されて差動増幅器51に入力される。つまり、差動増幅器50の出力高周波信号は殆ど減衰されずに差動増幅器51に入力される。差動増幅器51にて増幅された高周波信号は、出力端子2a,2bから後段の処理系に出力される。
That is, the high frequency signal input to the
次に、外部の受信処理系での高周波信号の受信電力が「中利得状態」である場合は、差動増幅器50を動作停止状態に設定し、電圧制御端子300a,300bのそれぞれに電源電位を与えて利得切替用スイッチ30a,30bを共に導通状態に設定する。そして、利得切替用経路310a,310bと利得切替用経路311a,311bとのうち、例えば、利得切替用経路310a,310bにおける電圧制御端子301a,301bのそれぞれに電源電位を与えて経路用スイッチ31a,31bを共に導通状態に設定し、利得切替用経路311a,311bにおける電圧制御端子302a,302bのそれぞれにほぼ接地電位(0V)を与えて経路用スイッチ32a,32bを共に非導通状態に設定する。
Next, when the reception power of the high-frequency signal in the external reception processing system is “medium gain state”, the
すなわち、「中利得状態」において入力端子1a,1bに入力される高周波信号は、差動増幅器50が動作停止状態にあるので、利得切替用スイッチ30a,30bから利得切替用経路310a,310bの経路用スイッチ31a,31bを通って減衰用抵抗素子12a,12bに入力し、そこで所定の減衰処理を受け、直流カットコンデンサ41a,41bを介して差動増幅器51に入力して増幅され、出力端子2a,2bから後段の処理系に出力される。
That is, the high-frequency signal input to the
また、外部の受信処理系での高周波信号の受信電力が「低利得状態」である場合は、差動増幅器50を動作停止状態にし、電圧制御端子300a,300bのそれぞれに電源電位を与えて利得切替用スイッチ30a,30bを共に導通状態に設定する。そして、今度は、利得切替用経路311a,311bにおける電圧制御端子302a,302bのそれぞれに電源電位を与えて経路用スイッチ32a,32bを共に導通状態に設定し、利得切替用経路310a,310bにおける電圧制御端子301a,301bのそれぞれにほぼ接地電位(0V)を与えて経路用スイッチ31a,31bを共に非導通状態に設定する。
Further, when the reception power of the high frequency signal in the external reception processing system is in the “low gain state”, the
すなわち、「低利得状態」において入力端子1a,1bに入力される高周波信号は、差動増幅器50が動作停止状態にあるので、利得切替用スイッチ30a,30bから利得切替用経路311a,311bの経路用スイッチ32a,32bを通って減衰用抵抗素子13a,13bに入力し、そこで所定の減衰処理を受け、直流カットコンデンサ41a,41bを介して差動増幅器51に入力して増幅され、出力端子2a,2bから後段の処理系に出力される。
That is, the high-frequency signal input to the
ここで、フィード抵抗素子10a,10b,11a,11bの抵抗値は、高周波差動信号を余り減衰させない程度に大きい値である。また、中利得状態用の減衰用抵抗素子(上記の例では、減衰用抵抗素子12a,12b)及び低利得状態用の減衰用抵抗素子(上記の例では、減衰用抵抗素子13a,13bは、それぞれの電力に対応する利得付与が行えるように、抵抗値、素子の長さ及び幅を調整してインピーダンス整合を取っている。
Here, the resistance values of the
次に、図2は、差動増幅器50,51の構成例を示す回路図である。図2において、電源入力端子506には、負荷インダクタ516a,516bを介して増幅用NMOSトランジスタ513a,513bのドレイン電極が接続され、またフィード抵抗素子519を介してスイッチ用NMOSトランジスタ515のドレイン電極が接続されている。出力端子502a,502bは、負荷インダクタ516a,516bと増幅用NMOSトランジスタ513a,513bのドレイン電極との接続端に接続されている。スイッチ用NMOSトランジスタ515のゲート電極には、電圧制御端子505が接続されている。
Next, FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the
増幅用NMOSトランジスタ513a,513bのゲート電極は、共通に接続され、その接続ラインにスイッチ用NMOSトランジスタ515のソース電極が接続され、またその接続ラインと接地電位(グランド)との間にスイッチ用NMOSトランジスタ514とバイパスコンデンサ518との並列回路が配置されている。スイッチ用NMOSトランジスタ514のゲート電極には、電圧制御端子504が接続されている。
The gate electrodes of the
増幅用NMOSトランジスタ513a,513bのソース電極は、増幅用NMOSトランジスタ512a,512bのドレイン電極に接続されている。増幅用NMOSトランジスタ512a,512bのゲート電極は、入力端子501a,501bに接続され、増幅用NMOSトランジスタ512a,512bのソース電極は、ソースインダクタ517を介して接続されている。また、増幅用NMOSトランジスタ512a,512bのソース電極と接地電位(グランド)との間に、定電流用NMOSトランジスタ511a,511bが配置されている。定電流用NMOSトランジスタ511a,511bのゲート電極には、バイアス端子503a,503bが接続されている。
The source electrodes of the
動作について説明する。まず、入力端子501a,501bに入力される高周波差動信号を増幅する動作状態の場合には、バイアス端子503a,503bに0.7V程度の電圧を印加して定電流用NMOSトランジスタ511a、511bに所望の電流を流す状態に設定するとともに、増幅用NMOSトランジスタ512a,512bでは、図1に示したバイアス端子3,4からそのゲート電極にそのソース電極よりも0.7V程度高い電圧を印加した状態にする。
The operation will be described. First, in the operation state in which the high-frequency differential signal input to the
このとき、電圧制御端子504にほぼ0Vを印加してスイッチ用NMOSトランジスタ514を非導通状態に設定し、電圧制御端子505に電源入力端子506に入力される電源電圧とほぼ同じ電圧を印加してスイッチ用NMOSトランジスタ515を導通状態に設定する。すなわち、増幅用NMOSトランジスタ513a,513bは、ゲート電極にフィード抵抗器519を介して電源電圧とほぼ同じ電圧が印加されて導通状態になっているとともに、バイパスコンデンサ518を介して高周波的に接地された状態になっている。
At this time, approximately 0 V is applied to the
これによって、入力端子501a,501bから入力された高周波差動信号は、増幅用NMOSトランジスタ512a,512bにて増幅され、増幅用NMOSトランジスタ513a,513bを通って出力端子502a,502bから出力される。図1に示した差動増幅器51は、常時、このような動作状態に制御される。一方、差動増幅器50は、「高利得状態」のときに、このような動作状態に制御される。
Thus, the high-frequency differential signals input from the
一方、入力端子501a,501bに入力される高周波差動信号を増幅しない動作停止状態の場合には、増幅用NMOSトランジスタ512a,512bでは、上記と同様に、図1に示したバイアス端子3,4からそのゲート電極に、そのソース電極よりも0.7V程度高い電圧を印加した状態にするが、バイアス端子503a,503bにほぼ0Vを印加して定電流用NMOSトランジスタ511a,511bを非導通状態に設定する。
On the other hand, when the high-frequency differential signal input to the
そして、電圧制御端子504に電源電圧とほぼ同じ電圧を印加してスイッチ用NMOSトランジスタ514を導通状態に設定し、電圧制御端子505にほぼ0Vを印加してスイッチ用NMOSトランジスタ515を非導通状態に設定する。すなわち、増幅用NMOSトランジスタ513a,513bは、そのゲート電極にほぼ0Vが印加されるので、非導通状態になる。
Then, substantially the same voltage as the power supply voltage is applied to the
これによって、入力端子501a,501bから高周波差動信号が入力されても、定電流用NMOSトランジスタ511a,511bが非導通状態にあり、流れる電流はほぼ0Aである。また、増幅用NMOSトランジスタ513a,513bも非導通状態である。つまり、増幅用NMOSトランジスタ512a,512bでは電流が流れず、増幅動作は行われず、出力端子502a,502bからは、高周波差動信号は出力されない。図1に示した差動増幅器50は、「中利得状態」と「低利得状態」のときに、このような動作停止状態に制御される。
As a result, even if a high-frequency differential signal is input from the
このように、高周波差動信号が入力される増幅用NMOSトランジスタ512a,512bは、当該差動増幅器が増幅を行う「動作状態」と増幅を行わない「動作停止状態」との双方において、図1に示したバイアス端子3からそのゲート電極に、そのソース電極よりも0.7V程度高い電圧を印加した状態にするので、高周波可変利得増幅器の利得切り替えと連動して差動増幅器50を「動作状態」と「動作停止状態」とに切り替えても、入力端子501a,501b(図1では入力端子1a,1b)の入力インピーダンスがあまり変化しないという効果が得られる。このことは、図1において、常時、「動作状態」にある差動増幅器51では、フィード抵抗素子11a,11b及びバイアス端子4は、設けなくともよいことを示している。
As described above, the
以上のように、この実施の形態1によれば、高周波可変利得増幅器の可変利得を3段階に切り替えることができるので、従来例よりも広いダイナミックレンジが実現できるという効果が得られる。 As described above, according to the first embodiment, since the variable gain of the high-frequency variable gain amplifier can be switched in three stages, an effect that a wider dynamic range than that of the conventional example can be realized.
このとき、高周波受信電力が大きいときは、入力段の差動増幅器を動作停止状態とし、所望の減衰量を有する経路を介して高周波信号電力を減衰させ、出力段の差動増幅器に入力させるので、差動増幅器に高い飽和特性は要求されない。したがって、低電源電圧、低電流で動作可能な高周波可変利得増幅器が実現できるという効果が得られる。 At this time, when the high-frequency received power is large, the input stage differential amplifier is stopped, the high-frequency signal power is attenuated through the path having the desired attenuation amount, and is input to the output stage differential amplifier. The differential amplifier is not required to have high saturation characteristics. Therefore, it is possible to realize a high-frequency variable gain amplifier that can operate with a low power supply voltage and a low current.
また、利得切替用経路では、従来例では、経路用スイッチを減衰用抵抗素子の両側に配置しているが、この実施の形態1では、経路用スイッチを減衰用抵抗素子の片側だけに配置するので、経路用スイッチの個数が削減でき、回路の小形化が図れるという効果が得られる。 Further, in the gain switching path, in the conventional example, the path switch is arranged on both sides of the attenuation resistance element. However, in the first embodiment, the path switch is arranged only on one side of the attenuation resistance element. As a result, the number of path switches can be reduced and the circuit can be reduced in size.
加えて、入力段の差動増幅器の入力インピーダンスは「動作状態」と「動作停止状態」とであまり変化しないように設定できるので、利得の切り替えと連動して「動作状態」と「動作停止状態」とに切り替えても、入力インピーダンスがあまり変化しない高周波可変利得増幅器が実現できるという効果も得られる。 In addition, the input impedance of the differential amplifier in the input stage can be set so that it does not change much between the “operating state” and the “operating stopped state”, so that the “operating state” and “operating stopped state” are linked with the gain switching. Even if it is switched to "," the effect that a high-frequency variable gain amplifier whose input impedance does not change much can be realized.
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2による高周波可変利得増幅器の構成を示す回路図である。なお、図3では、図1(実施の形態1)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態2に関わる部分を中心に説明する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a high-frequency variable gain amplifier according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 3, the same reference numerals are given to components that are the same as or equivalent to the components shown in FIG. 1 (Embodiment 1). Here, the description will be focused on the portion related to the second embodiment.
図3に示すように、実施の形態2による高周波可変利得増幅器では、図1(実施の形態1)に示した構成において、差動増幅器50,51の各正相側入力端に対して、利得切替用経路312aが利得切替用経路310a,311aに並列に追加されている。また、差動増幅器50,51の各逆相側入力端に対して、利得切替用経路312bが利得切替用経路310b,311bに並列に追加されている。この構成では、利得切替用経路310a,311a,312aの全体が第1の利得切替用経路群を構成し、利得切替用経路310b,311b,312bの全体が第2の利得切替用経路群を構成している。
As shown in FIG. 3, in the high frequency variable gain amplifier according to the second embodiment, the gain shown in FIG. 1 (Embodiment 1) is gained with respect to the positive phase side input terminals of the
利得切替用経路312aは、経路用スイッチ33aと減衰用抵抗素子14aとの直列回路で構成されている。また利得切替用経路312bは、経路用スイッチ33bと減衰用抵抗素子14bとの直列回路で構成されている。経路用スイッチ33a,33bは、それぞれ、例えばNMOSトランジスタであって、同じ能力(サイズ)を有し、そのゲート電極は、電圧制御端子303a,303bに接続されている。また、減衰用抵抗素子14a,14bの抵抗値は等値である。減衰用抵抗素子14a,14bは、扱う電力に対応する利得付与が行えるように、抵抗値、素子の長さ及び幅を調整してインピーダンス整合を取っている。
The
この構成によれば、差動増幅器50を動作停止状態にする場合に、電圧制御端子300a,300b,303a,303bに差動増幅器50,51の電源電圧とほぼ同じ電圧を印加して利得切替用スイッチ30a,30b、経路用スイッチ33a,33bをそれぞれ導通状態に設定し、かつ、電圧制御端子301a,301b,302a,302bにほぼ0Vを印加して経路用スイッチ31a,31b,32a,32bを非導通状態に設定することで、利得切替用経路312a,312bを用いて、実施の形態1にて説明した「低利得状態」よりもさらに大きな受信電力に対処できる。
According to this configuration, when the
このように、実施の形態2によれば、設定可能な可変利得の切替段数を実施の形態1よりも1つ増やすことができ、一層広いダイナミックレンジが実現できる。この実施の形態2では、対称配置する利得切替用経路を1つ追加した例を示したが、同じ手順で簡単に増やすことができるので、任意の切替段数を持つ広いダイナミックレンジを有する高周波可変利得増幅器が容易に得られる。 As described above, according to the second embodiment, the number of variable gain switching stages that can be set can be increased by one as compared with the first embodiment, and a wider dynamic range can be realized. In the second embodiment, an example in which one gain switching path to be symmetrically arranged is added. However, since it can be easily increased by the same procedure, a high frequency variable gain having a wide dynamic range having an arbitrary number of switching stages. An amplifier is easily obtained.
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態3による高周波可変利得増幅器の構成を示す回路図である。なお、図4では、図1(実施の形態1)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態3に関わる部分を中心に説明する。
4 is a circuit diagram showing a configuration of a high-frequency variable gain amplifier according to
図4に示すように、実施の形態3による高周波可変利得増幅器では、図1(実施の形態1)に示した構成において、差動増幅器50の正相側入力端と利得切替用スイッチ30aとの間に直流カットコンデンサ42aが介挿され、差動増幅器50の逆相側入力端と利得切替用スイッチ30bとの間に直流カットコンデンサ42bが介挿されている。
As shown in FIG. 4, in the high frequency variable gain amplifier according to the third embodiment, in the configuration shown in FIG. 1 (the first embodiment), the positive phase side input terminal of the
そして、利得切替用スイッチ30aと直流カットコンデンサ42aとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子15aが設けられ、利得切替用スイッチ30bと直流カットコンデンサ42bとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子15bが設けられている。また、利得切替用スイッチ30aと利得切替用経路310a,311aとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子16aが設けられ、利得切替用スイッチ30bと利得切替用経路310b,311bとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子16bが設けられている。さらに、利得切替用経路310a,311aと直流カットコンデンサ41aとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子17aが設けられ、利得切替用経路310b,311bと直流カットコンデンサ41bとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子17bが設けられている。
A grounding
この構成によれば、利得切替用スイッチ30a,30bのソース電極及びドレイン電極は、接地用抵抗素子15a,15b,16a,16bを介して接地される。また、経路用スイッチ31a,31b,32a,32bのソース電極及びドレイン電極は、接地用抵抗素子16a,16b,17a,17bを介して接地される。
According to this configuration, the source and drain electrodes of the
したがって、実施の形態3によれば、利得切替用経路310a,311a,310b,311bに流れ込む直流成分をカットすべく直流カットコンデンサ42a,42bを介在させても、利得切替用経路310a,311a,310b,311bの電位がフローティングになるのを防ぐことができ、安定した利得付与操作が行えるようになる。
Therefore, according to the third embodiment, even if the DC cut
なお、この実施の形態3(図4)では、実施の形態1(図1)への適用例を示したが、実施の形態2(図3)にも同様に適用することができる。 In the third embodiment (FIG. 4), the example of application to the first embodiment (FIG. 1) is shown, but the present invention can be similarly applied to the second embodiment (FIG. 3).
実施の形態4.
図5は、この発明の実施の形態4による高周波可変利得増幅器の構成を示す回路図である。なお、図5では、図4(実施の形態3)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態4に関わる部分を中心に説明する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a high-frequency variable gain amplifier according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 5, the same or similar components as those shown in FIG. 4 (Embodiment 3) are denoted by the same reference numerals. Here, the description will be focused on the portion related to the fourth embodiment.
図5に示すように、実施の形態4による高周波可変利得増幅器では、図4(実施の形態3)に示した構成において、差動増幅器50の正相側入力端と直流カットコンデンサ42aとの間に減衰用抵抗素子18aが介挿され、差動増幅器50の逆相側入力端と直流カットコンデンサ42bとの間に減衰用抵抗素子18bが介挿されている。
As shown in FIG. 5, in the high frequency variable gain amplifier according to the fourth embodiment, between the positive phase side input terminal of the
また、差動増幅器51の正相側入力端と直流カットコンデンサ41aとの間に減衰用抵抗素子19aが介挿され、差動増幅器51の逆相側入力端と直流カットコンデンサ41bとの間に減衰用抵抗素子19bが介挿されている。
Further, an
この追加した減衰用抵抗素子18a,18b,19a,19bは、利得切替用経路310a,310b,311a,311bに設ける減衰用抵抗素子12a,12b,13a,13bに要求される抵抗値の一部を受け持つ形で抵抗値、素子長及び素子幅を調整されている。
The added
この構成によれば、この追加した減衰用抵抗素子18a,18b,19a,19bは、差動増幅器50,51の入力端側に設けてあるので、各利得切替用経路での利得付与量を設定値に維持できるように、インピーダンス整合を取ることができる。
According to this configuration, the added
なお、この実施の形態4(図5)では、実施の形態1(図1)への適用例を示したが、実施の形態2(図4)にも同様に適用することができる。 In the fourth embodiment (FIG. 5), an example of application to the first embodiment (FIG. 1) is shown, but the present invention can be similarly applied to the second embodiment (FIG. 4).
実施の形態5.
図6は、この発明の実施の形態5による高周波可変利得増幅器の構成を示す回路図である。この実施の形態5では、2段構成の差動増幅器と、その正相側及び逆相側に対称配置される2つ利得切替用経路群との接続態様が実施の形態1(図1)とは異なる場合の構成例について説明する。
6 is a circuit diagram showing a configuration of a high-frequency variable gain amplifier according to a fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, the connection mode between the two-stage differential amplifier and the two gain switching path groups symmetrically arranged on the positive phase side and the negative phase side is the same as that of the first embodiment (FIG. 1). A configuration example in the case of different will be described.
図6に示すように、この実施の形態5による高周波可変利得増幅器で用いる2段構成の差動増幅器50,52は、図1(実施の形態1)に示した2段構成の差動増幅器50,51と同様に、それぞれの正相側入力端と逆相側入力端との間にフィード抵抗素子10a,10b,11a,11bが接続され、出力段に配置した差動増幅器52は、差動増幅器50と同様に図2に示した通りに構成されるが、動作態様が図1(実施の形態1)に示した差動増幅器51とは異なり、この実施の形態5では、差動増幅器50と同様に、「動作状態」と「動作停止状態」とに制御される。
As shown in FIG. 6, the two-
また、正相側に配置される第3の利得切替用経路群を構成する利得切替用経路320a,321aと、逆相側に配置される第4の利得切替用経路群を構成する利得切替用経路320b,321bとは、図1(実施の形態1)と同様に対称であり、利得切替用経路320a,321aの各一端が利得切替用スイッチ30aを介して差動増幅器50の正相側入力端に接続され、利得切替用経路320b,321bの各一端が利得切替用スイッチ30bを介して差動増幅器50の逆相側入力端に接続される点は、図1(実施の形態1)と同じであるが、構成と各他端の接続態様とが異なっている。
Further, the
すなわち、図6に示すように、第3の利得切替用経路群における利得切替用経路320aと、第4の利得切替用経路群における利得切替用経路320bとは、図1に示した利得切替用経路310a,310bと同様に、差動増幅器50,52の各正相側入力端間及び各逆相側入力端間に接続されるが、経路用スイッチ31a,31bを省き、共通に使用していた直流カットコンデンサ(41a,41b)を含めた構成になっている。図6では、利得切替用経路320aは、減衰用抵抗素子22aと直流カットコンデンサ44aとの直列回路で構成され、利得切替用経路320bは、減衰用抵抗素子22bと直流カットコンデンサ44bとの直列回路で構成されている。
That is, as shown in FIG. 6, the
一方、第3の利得切替用経路群における利得切替用経路321a及び第4の利得切替用経路群における321bの各他端の接続先は、図1に示した利得切替用経路311a,311bとは異なり、差動増幅器52の正相側出力端及び逆相側出力端となっている。そして、利得切替用経路321aは、減衰用抵抗素子23aと経路用スイッチ34aと直流カットコンデンサ44aとの直列回路で構成され、直流カットコンデンサ44aが他端側として差動増幅器52の正相側出力端に接続されている。また利得切替用経路321bは、減衰用抵抗素子23bと経路用スイッチ34bと直流カットコンデンサ44bとの直列回路で構成され、直流カットコンデンサ44bが他端側として差動増幅器52の逆相側出力端に接続されている。
On the other hand, the connection destinations of the other ends of the
そして、実施の形態1では、「中利得状態」と「低利得状態」に用いる利得切替用経路は、並列接続した中から適宜に選択したが、この実施の形態5では、固定的に割り当てられる。つまり、「中利得状態」では利得切替用経路320a,320bが用いられ、「低利得状態」では利得切替用経路321a,321bが用いられる。
In the first embodiment, the gain switching path used for the “medium gain state” and the “low gain state” is appropriately selected from among the parallel connections. In the fifth embodiment, the gain switching path is fixedly assigned. . That is, the
なお、フィード抵抗素子10a,10b,11a,11bの抵抗値は、実施の形態1同様に高周波差動信号を余り減衰させない程度に大きい値である。また、減衰用抵抗素子22a,22b,23a,23bは、それぞれの電力に対応する利得付与が行えるように、抵抗値、素子の長さ及び幅を調整してインピーダンス整合を取っている。以下、図示しない制御手段の動作について説明する。
Note that the resistance values of the
まず、外部の受信処理系での高周波信号の受信電力が「高利得状態」である場合は、差動増幅器50,52を増幅動作可能状態に設定し、電圧制御端子300a,300bのそれぞれにほぼ接地電位(0V)を与えて利得切替用スイッチ30a,30bを共に非導通状態に設定する。また、電圧制御端子301a,301bのそれぞれにもほぼ接地電位(0V)を与えて経路用スイッチ34a,34bを共に非導通状態に設定する。
First, when the reception power of the high-frequency signal in the external reception processing system is in the “high gain state”, the
すなわち、「高利得状態」において入力端子1a,1bに入力される高周波信号は、差動増幅器50と利得切替用スイッチ30a,30bとに向かう。そのうち、利得切替用スイッチ30a,30bに向かう高周波信号は、大部分が利得切替用スイッチ30a,30bにて反射され、差動増幅器50に入力され、増幅された高周波信号は直流カットコンデンサ40a,40bを介して差動増幅器52に入力される。このとき、利得切替用スイッチ30a,30bと経路用スイッチ34a,34bとは非導通状態であるので、段間に接続される利得経路切替用経路320a,320bに向かう高周波信号は、殆どが反射されて差動増幅器52に入力される。つまり、差動増幅器50の出力高周波信号は殆ど減衰されずに差動増幅器52に入力される。差動増幅器52にて増幅された高周波信号は、一部が利得経路切替用経路321a,321bに向かうが、殆どが経路用スイッチ34a,34bにて反射されて戻ってくるので、余り減衰することなく、出力端子2a,2bから後段の処理系に出力される。
That is, the high frequency signal input to the
次に、外部の受信処理系での高周波信号の受信電力が「中利得状態」である場合は、差動増幅器50を動作停止状態に設定し、差動増幅器52を増幅動作可能状態に設定し、電圧制御端子300a,300bのそれぞれに電源電位を与えて利得切替用スイッチ30a,30bを共に導通状態に設定する。また、利得切替用経路321a,321bにおける電圧制御端子301a,301bのそれぞれにほぼ接地電位(0V)を与えて経路用スイッチ34a,34bを共に非導通状態に設定する。
Next, when the reception power of the high frequency signal in the external reception processing system is “medium gain state”, the
すなわち、「中利得状態」において入力端子1a,1bに入力される高周波信号は、差動増幅器50が動作停止状態にあるので、利得切替用スイッチ30a,30bを通って利得切替用経路320a,320bと利得切替用経路321a,321bとに向かうが、経路用スイッチ34a,34bは非導通状態であるので、利得切替用スイッチ30a,30bを通る高周波信号は、大部分が利得切替用経路320a,320bの減衰用抵抗素子22a,22bに入力し、そこで所定の減衰処理を受け、直流カットコンデンサ43a,43bを介して差動増幅器52に入力して増幅され、出力端子2a,2bから後段の処理系に出力される。
That is, the high-frequency signal input to the
また、外部の受信処理系での高周波信号の受信電力が「低利得状態」である場合は、差動増幅器50,52を動作停止状態に設定し、電圧制御端子300a,300bのそれぞれに電源電位を与えて利得切替用スイッチ30a,30bを共に導通状態に設定する。そして、今度は、利得切替用経路321a,321bにおける電圧制御端子301a,301bのそれぞれに電源電位を与えて経路用スイッチ34a,34bを共に導通状態に設定する。
Further, when the reception power of the high frequency signal in the external reception processing system is “low gain state”, the
すなわち、「低利得状態」において入力端子1a,1bに入力される高周波信号は、差動増幅器50が動作停止状態にあるので、利得切替用スイッチ30a,30bを通って利得切替用経路320a,320bと利得切替用経路321a,321bとに向かうが、差動増幅器52も動作停止状態である。したがって、利得切替用スイッチ30a,30bから利得切替用経路321a,321bに入力する高周波信号が減衰用抵抗素子23a,23bにて所定の減衰処理を受け、経路用スイッチ34a,34b、直流カットコンデンサ44a,44b、差動増幅器52の正相側出力端及び逆相側出力端を介して出力端子2a,2bから後段の処理系に出力される。
That is, the high-frequency signals input to the
以上のように、この実施の形態5によれば、実施の形態1と同様に、高周波可変利得増幅器の可変利得を3段階に切り替えることができるので、従来例よりも広いダイナミックレンジが実現できるという効果が得られる。 As described above, according to the fifth embodiment, similarly to the first embodiment, the variable gain of the high-frequency variable gain amplifier can be switched in three stages, so that a wider dynamic range than the conventional example can be realized. An effect is obtained.
そして、実施の形態5では、実施の形態1と同様に、低電源電圧、低電流で動作可能な高周波可変利得増幅器が実現でき、また、利得を切り替えも入力インピーダンスがあまり変化しない高周波可変利得増幅器が実現できるのに加えて、利得切替用経路で用いる経路用スイッチの個数を、実施の形態1よりも2個削減できるので、回路の小形化をさらに押し進めることができる。 In the fifth embodiment, as in the first embodiment, a high-frequency variable gain amplifier capable of operating with a low power supply voltage and a low current can be realized, and a high-frequency variable gain amplifier whose input impedance does not change much even when the gain is switched. In addition, since the number of path switches used in the gain switching path can be reduced by two as compared with the first embodiment, the circuit size can be further reduced.
実施の形態6.
図7は、この発明の実施の形態6による高周波可変利得増幅器の構成を示す回路図である。なお、図7では、図6(実施の形態5)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態6に関わる部分を中心に説明する。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a high-frequency variable gain amplifier according to Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 7, the same or similar components as those shown in FIG. 6 (Embodiment 5) are given the same reference numerals. Here, the description will be focused on the portion related to the sixth embodiment.
図7に示すように、この実施の形態6による高周波可変利得増幅器では、図6(実施の形態5)に示した構成において、差動増幅器52の後段に差動増幅器53が追加され、差動増幅器53が出力段の差動増幅器となっている。そして、それに対する利得切替用経路322a,322bが追加されている。この構成では、利得切替用経路320a,321a,322aの全体が第3の利得切替用経路群に構成し、利得切替用経路320b,321b,322bの全体が第4の利得切替用経路群に構成している。
As shown in FIG. 7, in the high frequency variable gain amplifier according to the sixth embodiment, a
差動増幅器52の正相側出力端は直流カットコンデンサ45aを介して差動増幅器53の正相側入力端に接続され、差動増幅器52の逆相側出力端は直流カットコンデンサ45bを介して差動増幅器53の逆相側入力端に接続されている。出力端子2aには差動増幅器53の正相側出力端と利得切替用経路322aの他端とが接続され、出力端子2bには差動増幅器53の逆相側出力端と利得切替用経路322bの他端とが接続されている。差動増幅器53の正相側入力端と逆相側入力端との間には、フィード抵抗素子20a,20bが直列に配置され、その直列接続端は、バイアス端子5に接続されている。フィード抵抗素子20a,20bは、高周波差動信号を余り減衰させない程度に大きい抵抗値にしてある。
The positive phase side output terminal of the
利得切替用経路322aは、減衰用抵抗素子24aと経路用スイッチ35aと直流カットコンデンサ46aとの直列回路で構成され、減衰用抵抗素子24aが一端側として利得切替用スイッチ30aに接続され、直流カットコンデンサ46aが他端側として差動増幅器53の正相側出力端に接続されている。
The
また、利得切替用経路322bは、減衰用抵抗素子24bと経路用スイッチ35bと直流カットコンデンサ46bとの直列回路で構成され、減衰用抵抗素子24bが一端側として利得切替用スイッチ30bに接続され、直流カットコンデンサ46bが他端側として差動増幅器53の逆相側出力端に接続されている。
The
減衰用抵抗素子24a,24bは、扱う電力に対応した利得付与が行えるように、抵抗値と、素子の長さ及び幅を調整してインピーダンス整合を取っている。なお、利得切替用経路321a,321bの他端は、差動増幅器52の正相側出力端及び逆相側出力端に接続されるのではなく、差動増幅器53の正相側入力端及び逆相側入力端に接続される。
The
この構成によれば、差動増幅器50,52を共に動作停止状態に設定するのに加えて、差動増幅器53も動作停止状態に設定し、電圧制御端子300a,300b,302a,302bに差動増幅器の電源電圧とほぼ同じ電圧を印加して利得切替用スイッチ30a,30b、経路用スイッチ35a,35bをそれぞれ導通状態に設定し、かつ、電圧制御端子301a,301bにほぼ0Vを印加して経路用スイッチ34a,34bを非導通状態に設定することで、利得切替用経路322a,322bを用いて、実施の形態5にて説明した「低利得状態」よりもさらに大きな受信電力に対処できる。
According to this configuration, in addition to setting the
このように、実施の形態6によれば、設定可能な可変利得の段数を実施の形態5よりも1つ増やすことができ、一層広いダイナミックレンジが実現できる。この実施の形態6では、差動増幅器と対称配置する利得切替用経路とを1つ追加した例を示したが、同じ手順で簡単に増やすことができるので、任意の切替段数を持つ広いダイナミックレンジを有する高周波可変利得増幅器が容易に得られる。 Thus, according to the sixth embodiment, the number of variable gain stages that can be set can be increased by one compared to the fifth embodiment, and a wider dynamic range can be realized. In the sixth embodiment, an example is shown in which one differential amplifier and one gain switching path symmetrically arranged are added. However, since it can be increased easily by the same procedure, a wide dynamic range having an arbitrary number of switching stages is shown. A high-frequency variable gain amplifier having the following can be easily obtained.
実施の形態7.
図8は、この発明の実施の形態7による高周波可変利得増幅器の構成を示す回路図である。なお、図8では、図6(実施の形態5)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態7に関わる部分を中心に説明する。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a high-frequency variable gain amplifier according to Embodiment 7 of the present invention. In FIG. 8, components that are the same as or equivalent to the components shown in FIG. 6 (Embodiment 5) are assigned the same reference numerals. Here, the description will be focused on the portion related to the seventh embodiment.
図8に示すように、実施の形態7による高周波可変利得増幅器では、図6(実施の形態5)に示した構成において、差動増幅器50の正相側入力端と利得切替用スイッチ30aとの間に直流カットコンデンサ47aが介挿され、差動増幅器50の逆相側入力端と利得切替用スイッチ30bとの間に直流カットコンデンサ47bが介挿されている。
As shown in FIG. 8, in the high frequency variable gain amplifier according to the seventh embodiment, in the configuration shown in FIG. 6 (fifth embodiment), the positive phase side input terminal of the
そして、利得切替用スイッチ30aと直流カットコンデンサ47aとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子60aが設けられ、利得切替用スイッチ30bと直流カットコンデンサ47bとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子60bが設けられている。また、利得切替用スイッチ30aと利得切替用経路320a,321aとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子61aが設けられ、利得切替用スイッチ30bと利得切替用経路320b,321bとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子61bが設けられている。さらに、利得切替用経路321aにおける経路用スイッチ34aと直流カットコンデンサ44aとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子62aが設けられ、利得切替用経路321bにおける経路用スイッチ34bと直流カットコンデンサ44bとの接続端と接地電位との間に接地用抵抗素子62bが設けられている。
A grounding
この構成によれば、利得切替用スイッチ30a,30bのソース電極及びドレイン電極は、接地用抵抗素子60a,60b,61a,61を介して接地される。また、経路用スイッチ34a,34bのソース電極及びドレイン電極は、接地用抵抗素子61a,61b,62a,62bを介して接地される。
According to this configuration, the source electrode and the drain electrode of the
したがって、実施の形態7によれば、実施の形態3と同様に、利得切替用経路320a,321a,320b,321bに流れ込む直流成分をカットすべく直流カットコンデンサ47a,47bを介在させても、利得切替用経路320a,321a,320b,321bの電位がフローティングになるのを防ぐことができ、安定した利得付与操作が行えるようになる。
Therefore, according to the seventh embodiment, similarly to the third embodiment, even if the DC cut
なお、この実施の形態7(図8)では、実施の形態5(図6)への適用例を示したが、実施の形態6(図7)にも同様に適用することができる。 In addition, in this Embodiment 7 (FIG. 8), the example of application to Embodiment 5 (FIG. 6) was shown, However, It can apply similarly to Embodiment 6 (FIG. 7).
実施の形態8.
図9は、この発明の実施の形態8による高周波可変利得増幅器の構成を示す回路図である。なお、図9では、図6(実施の形態5)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態8に関わる部分を中心に説明する。
Embodiment 8 FIG.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a high-frequency variable gain amplifier according to the eighth embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same or similar components as those shown in FIG. 6 (Embodiment 5) are denoted by the same reference numerals. Here, the description will be focused on the portion related to the eighth embodiment.
図9に示すように、実施の形態8による高周波可変利得増幅器では、図6(実施の形態5)に示した構成において、差動増幅器50の正相側入力端と直流カットコンデンサ47aとの間に減衰用抵抗素子63aが介挿され、差動増幅器50の逆相側入力端と直流カットコンデンサ47bとの間に減衰用抵抗素子63bが介挿されている。
As shown in FIG. 9, in the high frequency variable gain amplifier according to the eighth embodiment, in the configuration shown in FIG. 6 (fifth embodiment), between the positive phase side input terminal of the
また、差動増幅器52の正相側入力端と利得切替用経路320aにおける直流カットコンデンサ43aとの間に減衰用抵抗素子64aが介挿され、差動増幅器52の逆相側入力端と利得切替用経路320bにおける直流カットコンデンサ43bとの間に減衰用抵抗素子64bが介挿されている。
Further, an
また、差動増幅器52の正相側出力端と利得切替用経路321aにおける直流カットコンデンサ44aとの間に減衰用抵抗素子65aが介挿され、差動増幅器53の逆相側出力端と利得切替用経路321bにおける直流カットコンデンサ44bとの間に減衰用抵抗素子65bが介挿されている。
Further, an
この追加した減衰用抵抗素子63a,63b,64a,64b,65a,65bは、利得切替用経路320a,320b,321a,321bに設ける減衰用抵抗素子22a,22b,23a,23bに要求される抵抗値の一部を受け持つ形で抵抗値、素子長及び素子幅を調整されている。
The added
この構成によれば、この追加した減衰用抵抗素子63a,63b,64a,64bは、差動増幅器50,52の入力端側に設けてあるので、各利得切替用経路での利得付与量を設定値に維持できるように、インピーダンス整合を取ることができる。
According to this configuration, since the added
なお、この実施の形態8(図9)では、実施の形態5(図6)への適用例を示したが、実施の形態6(図7)にも同様に適用することができる。 In the eighth embodiment (FIG. 9), an example of application to the fifth embodiment (FIG. 6) is shown, but the present invention can be similarly applied to the sixth embodiment (FIG. 7).
以上のように、この発明にかかる高周波可変利得増幅器は、入力インピーダンスを大きく変えずに利得を多段に切り替えて受信電力のダイナミックレンジを広げるのに有用であり、特に、少ない素子数で小型化を可能とし、また低電源電圧、低電流での動作を可能にするのに好適である。 As described above, the high-frequency variable gain amplifier according to the present invention is useful for widening the dynamic range of received power by switching gains in multiple stages without greatly changing the input impedance, and in particular, miniaturization with a small number of elements. It is suitable for enabling operation with a low power supply voltage and a low current.
1a,1b 入力端子
2a,2b 出力端子
3,4,5 バイアス端子
10a,10b,11a,11b,20a,20b フィード抵抗素子
12a,12b,12a,12b 減衰用抵抗素子
15a,15b,16a,16b,17a,17b 接地用抵抗素子
18a,18b,19a,19b 減衰用抵抗素子
22a,22b,23a,23b,24a,24b 減衰用抵抗素子
30a,30b 利得切替用スイッチ(第1及び第2の利得切替用スイッチ)
31a,31b,32a,32b,33a,33b 経路用スイッチ
34a,34b,35a,35b 経路用スイッチ
40a,40b,45a,45b 直流カットコンデンサ
41a,41b 直流カットコンデンサ(第1及び第2の直流カットコンデンサ)
42a,42b,43a,43b,44a,44b,46a,46b,47a,47b 直流カットコンデンサ
50,51,52,53 差動増幅器
60a,60b,61a,61b,62a,62b 接地用抵抗素子
63a,63b,64a,64b,65a,65b 減衰用抵抗素子
300a,300b,301a,301b,302a,302b 電圧制御端子
310a,311a,312a 第1の利得切替用経路群を構成する利得切替用経路
310b,311b,312b 第2の利得切替用経路群を構成する利得切替用経路
320a,321a,322a 第3の利得切替用経路群を構成する利得切替用経路
320b,321b,322b 第4の利得切替用経路群を構成する利得切替用経路
501a,501b 入力端子
502a,502b 出力端子
503a,503b バイアス端子
504,505 電圧制御端子
506 電源入力端子
511a,511b 定電流用NMOSトランジスタ
512a,512b,513a,513b 増幅用NMOSトランジスタ
514,515 スイッチ用NMOSトランジスタ
516a,516b 負荷インダクタ
517 ソースインダクタ
518 バイパスコンデンサ
519 フィード抵抗素子
1a,
31a, 31b, 32a, 32b, 33a, 33b path switch 34a, 34b, 35a, 35b path switch 40a, 40b, 45a, 45b DC cut
42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 46a, 46b, 47a, 47b DC cut
Claims (10)
前記2つの差動増幅器の正相側と逆相側とに対称に配置される同数個N(N≧2)の利得切替用経路からなり、それぞれの利得切替用経路が経路用スイッチと減衰用抵抗素子との直列回路で構成される第1及び第2の利得切替用経路群と、
入力される高周波信号に利得付与処理を施して出力端に導出する経路として、前記2つの差動増幅器を通る経路と、前記第1及び第2の利得切替用経路群における対称位置に配置される各一つの利得切替用経路を通る経路とを選択制御する制御手段と
を備え、
前記第1及び第2の利得切替用経路群は、
前記第1の利得切替用経路群の一端が一方の前記差動増幅器の正相側入力端に第1の切替用スイッチを介して接続され、他端が他方の前記差動増幅器の正相側入力端に第1の直流カットコンデンサを介して接続され、前記第2の利得切替用経路群の一端が一方の前記差動増幅器の逆相側入力端に第2の利得切替用スイッチを介して接続され、他端が他方の前記差動増幅器の逆相側入力端に第2の直流カットコンデンサを介して接続され、
前記制御手段は、
前記第1及び第2の利得切替用スイッチを非導通状態に制御するときは、前記2つの差動増幅器を共に増幅動作可能状態に制御し、前記第1及び第2の利得切替用スイッチを導通状態に制御するときは、前記2つの差動増幅器のうち入力段の差動増幅器を動作停止状態に、出力段の差動増幅器を増幅動作可能状態にそれぞれ制御し、かつ、前記第1及び第2の利得切替用経路群における対称位置に配置される各一つの利得切替用経路における前記経路用スイッチをそれぞれ導通状態に制御する
ことを特徴とする高周波可変利得増幅器。 Two differential amplifiers connected between respective positive phase side input / output terminals and negative phase side input / output terminals via corresponding DC cut capacitors;
The two differential amplifiers are composed of the same number N (N ≧ 2) gain switching paths arranged symmetrically on the positive phase side and the negative phase side, and each gain switching path is a path switch and an attenuation switch. First and second gain switching path groups configured by a series circuit with a resistive element;
As a path for applying a gain applying process to an input high-frequency signal and leading to the output end, the path passing through the two differential amplifiers and the symmetrical position in the first and second gain switching path groups are arranged. Control means for selectively controlling a path through each one gain switching path,
The first and second gain switching path groups are:
One end of the first gain switching path group is connected to the positive phase side input terminal of one of the differential amplifiers via the first switching switch, and the other end is connected to the positive phase side of the other differential amplifier. An input terminal is connected via a first DC cut capacitor, and one end of the second gain switching path group is connected to a negative phase side input terminal of one of the differential amplifiers via a second gain switching switch. The other end is connected to the opposite phase side input end of the other differential amplifier via a second DC cut capacitor,
The control means includes
When the first and second gain switching switches are controlled to be in a non-conductive state, both the two differential amplifiers are controlled to be in an amplification operation enabled state, and the first and second gain switching switches are conductive. When controlling to the state, among the two differential amplifiers, the differential amplifier at the input stage is controlled to be in an operation stop state, the differential amplifier at the output stage is controlled to be in an amplification operable state, and the first and second differential amplifiers are controlled. A high-frequency variable gain amplifier, wherein the path switches in each of the gain switching paths arranged at symmetrical positions in the two gain switching path groups are controlled to be in a conductive state.
前記2以上の差動増幅器の正相側と逆相側とに対称に配置され前記2以上の差動増幅器と同数個の利得切替用経路からなり、それぞれ、減衰用抵抗素子と直流カットコンデンサとの直列回路で構成される1つの利得切替用経路と、減衰用抵抗素子と経路用スイッチと直流カットコンデンサとの直列回路で構成される1以上の利得切替用経路とで構成される第3及び第4の利得切替用経路群と、
入力される高周波信号に利得付与処理を施して出力端に導出する経路として、前記2以上の差動増幅器を通る経路と、前記第3及び第4の利得切替用経路群における対称位置に配置される各一つの利得切替用経路を通る経路とを選択制御する制御手段と
を備え、
前記第3及び第4の利得切替用経路群は、
前記第3の利得切替用経路群の前記1つの利得切替用経路及び前記1以上の利得切替用経路の各一端が第1の切替用スイッチを介して前記2以上の差動増幅器のうち入力段の差動増幅器の正相側入力端に接続され、前記第4の利得切替用経路群の前記1つの利得切替用経路及び前記1以上の利得切替用経路の各一端が第2の切替用スイッチを介して前記入力段の差動増幅器の逆相側入力端に接続され、前記第3の利得切替用経路群の前記1つの利得切替用経路及び前記第4の利得切替用経路群の前記1つの利得切替用経路の各他端は次段差動増幅器の正相側入力端及び逆相側入力端に接続され、前記第3の利得切替用経路群の前記1以上の利得切替用経路及び前記第4の利得切替用経路群の前記1以上の利得切替用経路の各他端は、順に、前記次段差動増幅器以降の差動増幅器の正相側入力端及び逆相側入力端に接続され、前記次段差動増幅器または以降の差動増幅器が出力段差動増幅器であるときはその出力段差動増幅器の正相側出力端及び逆相側出力端に接続され、
前記制御手段は、
前記第1及び第2の利得切替用スイッチを非導通状態に制御するときは、前記2以上の差動増幅器を全て増幅動作可能状態に制御し、前記第1及び第2の利得切替用スイッチを導通状態に制御するときは、前記入力段の差動増幅器を動作停止状態に、次段以降の各差動増幅器を増幅動作可能状態にそれぞれ制御し、かつ、前記第3及び第4の利得切替用経路群における各1以上に利得切替用経路における前記経路用スイッチをそれぞれ非導通状態に制御する場合と、前記入力段の差動増幅器と次段以降の各差動増幅器とを順に動作停止状態に制御する過程で前記1以上の利得切替用経路のうち増幅動作可能状態に制御する差動増幅器の正相側入力端及び逆相側入力端に接続される利得切替用経路における前記経路用スイッチをそれぞれ導通状態に制御する場合と、全ての差動増幅器を動作停止状態に制御したとき前記1以上の利得切替用経路のうち出力段の差動増幅器の正相側出力端及び逆相側出力端に接続される利得切替用経路における前記経路用スイッチをそれぞれ導通状態に制御する場合とを選択して実行する
ことを特徴とする高周波可変利得増幅器。 Two or more differential amplifiers connected between the respective positive-phase side input / output terminals and the negative-phase side input / output terminals via corresponding DC cut capacitors;
The two or more differential amplifiers are arranged symmetrically on the positive phase side and the negative phase side, and are composed of the same number of gain switching paths as the two or more differential amplifiers, respectively, an attenuation resistance element and a DC cut capacitor, And a third gain switching path configured by a series circuit of a gain switching path, a damping resistance element, a path switch, and a DC cut capacitor. A fourth gain switching path group;
As a path for applying a gain applying process to an input high-frequency signal and deriving it to an output end, it is arranged at a symmetrical position in the path passing through the two or more differential amplifiers and the third and fourth gain switching path groups. And a control means for selectively controlling a path passing through each one of the gain switching paths.
The third and fourth gain switching path groups are:
Each one end of the one gain switching path and the one or more gain switching paths of the third gain switching path group is connected to an input stage of the two or more differential amplifiers via a first switching switch. And one end of each of the one gain switching path and the one or more gain switching paths of the fourth gain switching path group is a second switching switch. To the negative phase side input terminal of the differential amplifier of the input stage, and the one gain switching path of the third gain switching path group and the 1 of the fourth gain switching path group. The other end of each of the two gain switching paths is connected to the positive phase side input terminal and the negative phase side input terminal of the next-stage differential amplifier, and the one or more gain switching paths of the third gain switching path group and The other ends of the one or more gain switching paths of the fourth gain switching path group are in order Connected to the positive phase side input terminal and the negative phase side input terminal of the differential amplifier after the next stage differential amplifier, and when the next stage differential amplifier or the subsequent differential amplifier is an output stage differential amplifier, the output stage differential amplifier Connected to the positive phase side output terminal and the negative phase side output terminal of
The control means includes
When controlling the first and second gain switching switches to the non-conductive state, the two or more differential amplifiers are all controlled to be in an amplifying operation enabled state, and the first and second gain switching switches are controlled. When controlling to the conductive state, the differential amplifier at the input stage is controlled to be in an operation stop state, the differential amplifiers at the subsequent stages are controlled to be in an amplifying operation enabled state, and the third and fourth gain switching are performed. When the path switch in the gain switching path is controlled to be in a non-conducting state for each one or more in the path group and the differential amplifier in the input stage and the differential amplifiers in the next stage are sequentially stopped. The path switch in the gain switching path connected to the positive-phase side input terminal and the negative-phase side input terminal of the differential amplifier that is controlled to be in an amplification operable state among the one or more gain switching paths in the process of controlling Each conductive And when all the differential amplifiers are controlled to be in an operation stop state, they are connected to the positive phase side output terminal and the negative phase side output terminal of the differential amplifier of the output stage among the one or more gain switching paths. A high frequency variable gain amplifier characterized by selecting and executing a case where each of the path switches in the gain switching path is controlled to be conductive.
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EP2031574A1 (en) | 2007-08-28 | 2009-03-04 | Hitachi Ltd. | Plasma display device |
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