JP2008005538A - 高ダイナミックレンジ可変利得増幅器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多重段の低パワー、高ダイナミックレンジ可変利得増幅器(100)は、一つ以上の電流増幅器(160A,160B)でカスケード接続された入力段(120)を備えており、各段(120)の利得は独立して制御されることが出来る。入力段(120)は可変エミッタ ディジェネレーションを使用する可変相互コンダクタンス増幅器(227)により構成され得る。電流増幅器(160A,160B)は差動カスケード増幅器(520)に接続された差動ダーリントン増幅器(520)により構成される。相互コンダクタンス増幅器(227)は入力電圧信号を電流信号に変換する。可変利得増幅器(100)は効果的に低パワー動作するように設計される。
【選択図】図2
Description
および低消費電力を有するように設計される。高圧縮ポイントおよび低ノイズ注入を有する受信器は高ダイナミックレンジを有し、広範囲にわたる電力レベル上で信号を検出できる。高圧縮ポイントおよび低ノイズ注入を有する送信器は高ダイナミックレンジを有し、広範囲にわたる電力レベル上で信号を送信できる。低消費電力の受信器および送信器は、バッテリ寿命を伸ばす。それゆえに、大きい範囲の電力レベル上で信号が送受信される通信システムのために、可変利得増幅器を設計する際には、これらの特性は重要である。
本発明によれば、高ダイナミックレンジ、良雑音指数およびIMD動作を有し、最小のDC電源消費のVGAが提供される。該VGAは、受信器のための自動利得制御(AGC)増幅器およびセル式電話内の送信器チェーン(chains)において、使うことができる。該VGAは、入力電圧信号を電流信号に変換すること、そして、電流信号を増幅することによって、パワー利得を達成する。増幅された電流信号は、適当なインピーダンスを持つVGAを終了する(terminating)ことによって、電圧信号に変換されることができる。
器に与えられ、それは、更に電流増幅器の次段に流れる電流を減衰する。送信AGC増幅器904への入力レベルが一般に一定であることから、可変利得入力段は必要ではない。
本発明の機能、目的および利点は、全体を通して同一事項には同一の参照記号が付された図を参照しながら、後述の詳細な説明からより明らかになる。
本発明は、モノリシック集積回路可変利得増幅器(VGA)に向けられている。VGAは、制御電圧に比例した利得を提供する。VGAは、適用された制御電圧内で線形に増加する関数として、指数状の電圧利得を提供する。この制御電圧は、適用された制御電圧内での線形の増加に正比例した、デシベル(DB)での線型パワー利得を与える。VGAは、80デシベルを超える大きいダイナミック レンジ(すなわち l00,000,000倍のファクタ)上で、線形パワー利得を提供できる。VGAは、VGA構成の間に発生するプロセス変化に耐え得る線形パワー利得を提供する。
Claims (32)
- 可変エミッタ ディジェネレーションを有する少なくとも一つのトランジスタを含み、増幅される信号を受信するための一対のディファレンシャル電圧入力を有し、及び一対のディファレンシャル電流出力を有する相互コンダクタンス入力段、
増幅される前記信号を増幅するために前記ディファレンシャル電流出力に接続された少なくとも一つの電流増幅器、及び
前記相互コンダクタンス入力段と前記少なくとも一つの電流増幅器に制御信号を印加するために、前記相互コンダクタンス入力段と前記少なくとも一つの電流増幅器に接続された制御回路であって、前記制御信号は制御電圧内の線形変化に応答して前記相互コンダクタンス入力段と前記少なくとも一つの電流増幅器の利得を指数的に変化させる、該制御回路、
を備える可変利得増幅器。 - 前記相互コンダクタンス入力段は、
固定された相互コンダクタンスを有するアナログ変調入力段;及び、
可変相互コンダクタンスを有するディジタル変調入力段であって、前記可変相互コンダクタンスは前記制御信号によって変化される、ディジタル変調入力段、
を備えた請求項1の可変利得増幅器。 - モード選択信号に応答して前記少なくとも一つの電流増幅器に、前記アナログ変調入力段と前記ディジタル変調入力段とを交互に接続するための少なくとも一つのモード選択スイッチを、更に備えている請求項2の可変利得増幅器。
- 前記相互コンダクタンス入力段は、
前記ディファレンシャル電圧入力の第一の入力に接続されたベースを有する第一のバイポーラ接合トランジスタと、
前記ディファレンシャル電圧入力の第二の入力に接続されたベースを有する第二のバイポーラ接合トランジスタと、及び
前記第一のバイポーラ接合トランジスタのエミッタに接続されたソース、および前記第二のバイポーラ接合トランジスタのエミッタに接続されたドレイン、および前記制御信号を受信するために前記制御回路に接続されたゲートとを有する従属(slave)電界効果トランジスタ、とを備え、
前記制御信号は前記従属電界効果トランジスタのチャネル抵抗を変化させ、それによって、前記可変エミッタ ディジェネレーションを変化させる、請求項1の可変利得増幅器。 - 前記相互コンダクタンス入力段は更に前記ディファレンシャル電流出力を制限するための減衰器を備える、請求項4の可変利得増幅器。
- 前記制御回路は、
前記制御電圧内の線形変化を制御電流内の指数的変化に変換するための指数関数発生器、
前記指数関数発生器に接続され、前記制御電流を受信する第一の演算増幅器回路であって、前記従属電界効果トランジスタの前記チャンネル抵抗を制御する前記第一の演算増幅器回路、
前記従属電界効果トランジスタのドレイン−ソース電圧を制御するための第二の演算増幅器回路、及び
前記第一の演算増幅器回路と前記少なくとも一つの電流増幅器に前記信号を供するための電流ミラー、
とを備えた、請求項4の可変利得増幅器。 - 前記第一の演算増幅器回路は、
基準抵抗器と並列に接続されたマスタ電界効果トランジスタ、及び、
前記従属電界効果トランジスタの前記チャンネル抵抗を前記マスタ電界効果トランジスタのチャネル抵抗と同じにする演算増幅器、
を備えた、請求項7の可変利得増幅器。 - 前記少なくとも一つの電流増幅器は、
電気抵抗の分路-直列帰還を有する差動ダーリントン増幅器、
トランスリニア ループとして前記差動ダーリントン増幅器に接続された、差動カスケード増幅器、及び
前記制御回路、前記差動ダーリントン増幅器、および、前記差動カスケード増幅器とに接続されたテイル電流源であって、テイル電流のディファレンシャル対を形成する前記テイル電流源、とを備え、
前記電流増幅器の利得は、前記差動対のテイル電流の比に比例する、
請求項1の可変利得増幅器。 - 前記差動ダーリントン増幅器は、
前記相互コンダクタンス入力段の前記ディファレンシャル電流出力の一つに接続されたベースを有する第一のバイポーラ接合トランジスタ、
前記相互コンダクタンス段の前記ディファレンシャル電流出力の内の他の一つに接続されたベースを有する第二のバイポーラ接合トランジスタ、
前記第一のバイポーラ接合トランジスタのコレクタに第一の終端で接続され、及び前記第一のバイポーラ接合トランジスタの前記ベースに第二の終端で接続された第一の電流分割器、及び
前記第二のバイポーラ接合トランジスタのコレクタに第一の終端で接続され、前記第二のバイポーラ接合トランジスタの前記ベースに第二の終端で接続された第二の電流分割器、を備え、
前記差動ダーリントン増幅器の電流利得は、前記第1および第2の電流分割器内の抵抗の比率によって増加する、請求項8の可変利得増幅器。 - 相互コンダクタンス増幅器を含む入力段、
前記入力段に接続された電流増幅器、及び
印加された制御電圧の関数として前記増幅器の利得を指数的に変化させるために、前記電流増幅器に線形に調節された制御電圧を印加する手段、とを備えている入力信号を処理する増幅器。 - 前記相互コンダクタンス増幅器が可変相互コンダクタンスを有する、請求項10の増幅器。
- 前記入力段は、更に前記相互コンダクタンス増幅器に接続された減衰器を備える請求項11の増幅器。
- 前記減衰器は、ギルバート・セル減衰器である、請求項12の増幅器。
- 前記相互コンダクタンス増幅器に接続された相互コンダクタンス増幅器バイアス制御回路、を更に備えた請求項11の増幅器。
- 前記入力信号は、二つの平衡信号を含み、及び前記相互コンダクタンス増幅器は、更に
能動素子であって、各平衡信号は前記能動素子のそれぞれの入力に加えられる能動素子、
前記能動素子にそれぞれ接続された電流源、及び
前記能動素子と前記電流源とに接続された可変抵抗、
とを具備する請求項14の増幅器。 - 前記減衰器は、更に
第二の能動素子、及び
第3の能動素子を備え、
前記第二の能動素子と前記第3の能動素子は、第一の能動素子に接続されている請求項15の増幅器。 - 前記相互コンダクタンス・バイアス制御回路は、更に
指数関数発生器、
前記指数関数発生器に接続された第一の演算増幅器回路、
前記第一の演算増幅器回路に接続された第二の演算増幅器回路、及び、
前記第一の演算増幅器回路に接続された電流源、
を具備する請求項14の増幅器。 - 前記相互コンダクタンス増幅器バイアス制御回路は、更に
前記第一の演算増幅器回路に接続されたローパスフィルタ、
を備える請求項17の増幅器。 - 前記指数関数発生器は、
一対の能動素子、
前記能動素子に接続された電流源、及び
前記能動素子にそれぞれ接続された一対の電流ミラー、
を備える請求項17の増幅器。 - 前記第一の演算増幅器回路は、
マスタ能動素子、
前記マスタ能動素子に接続された基準抵抗器、及び
第1と第2の入力、及び出力を有する差動増幅器、を備え、
前記マスタ能動素子は前記差動増幅器の前記第一の入力と前記出力に接続され、及び前記基準抵抗器は前記差動増幅器の前記第二の入力に接続される、請求項17の増幅器。 - 前記第二の演算増幅器回路は、さらに
第1および第2の入力を有する非反転単一利得増幅器、
前記非反転単一利得増幅器の前記第一の入力に接続された第一の入力抵抗、及び
前記非反転単一利得増幅器の前記第二の入力に接続された前記第二の入力抵抗、を備えた請求項17の増幅器。 - 前記電流増幅器段は、
ダーリントン差動増幅器、
前記ダーリントン差動増幅器アンプに接続されたカスケード差動増幅器、及び
前記ダーリントン差動増幅器および前記カスケード差動増幅器に接続されているテイル電流発生器、を備えた請求項11の増幅器。 - 前記ダーリントン差動増幅器は、
一対の第一の能動素子、
前記第一の能動素子にそれぞれ接続された一対の第二の能動素子、
前記第一の能動素子と前記第二の能動素子にそれぞれ接続された一対の第一の抵抗器、
前記第一の能動素子と前記第二の能動素子にそれぞれ接続された一対の第二の抵抗器、及び
前記第一の能動素子と前記第二の能動素子にそれぞれ接続された一対の電流源、を具備する、請求項22の増幅器。 - 前記カスケード差動増幅器は、
一対の第一の能動素子、及び
前記第一の能動素子にそれぞれ接続された一対の第二の能動素子、
を具備する、請求項22の増幅器。 - 前記テイル電流発生器は、
指数関数発生器、及び
前記指数関数発生器に接続された一対の電流ミラー、備えた請求項22の増幅器。 - 前記指数関数発生器は、
一対の能動素子、
前記能動素子に接続された電流源、及び
前記能動素子にそれぞれ接続された一対の電流ミラー、を具備する請求項25の増幅器。 - 前記一対の電流ミラーは、
一対の第一の能動素子、
前記第一の能動素子にそれぞれ接続された一対の第二の能動素子、
前記第1および第2の能動素子にそれぞれ接続された一対の第3の能動素子、
前記第一の能動素子にそれぞれ接続された一対の第一の抵抗器、及び
前記第一、第2、および、第3の能動素子にそれぞれ接続された一対の第二の抵抗器、を備えた、請求項25の増幅器。 - 増幅器が電流増幅器に接続された相互コンダクタンス増幅器を含み、相互コンダクタンス増幅器が
相互コンダクタンス増幅器に入力信号を印加し、及び
入力信号の電流振幅を修正する工程、
を備えている、増幅器内で入力信号を処理する方法。 - 線形に可変の制御電圧を増幅器に印加し、入力信号の電流振幅内で対応する指数変化を生ぜしめる工程を、さらに具備した請求項28の方法。
- 一対の電流を形成する工程であって、入力信号の電流振幅を変化させるように、その振幅比が御電圧で指数的に変化する、上記工程を備えた請求項28の方法。
- 入力信号の電流振幅を変化させるように、前記相互コンダクタンス増幅器内でディジェネレーティブ帰還を修正する工程を、さらに備えた請求項28の方法。
- 前記相互コンダタタンス増幅器に制御電圧を印加する、
前記制御電圧を一対の電流に変換する工程であって、その振幅比が記制御電圧に指数的に比例する、前記工程、
前記電流対を内部電圧に変換する工程、及び
前記一対の電流の前記振幅比内での線形変化が該信号の前記電流振幅を線型に変えるように、前記内部電圧で前記相互コンダタタンス増幅器内の縮体性帰還を修正する工程、
をさらに具備する、入力信号の電流振幅を修正するための請求項28の方法。
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