JP2009005055A - Gain-variable amplifier - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gain-variable amplifier of a CMOS process meeting a wide dynamic range and high linearity while keeping NF satisfactory. <P>SOLUTION: The gain-variable amplifier has: a plurality of initial stages LNA1-4 connected in parallel to one input terminal IN; the next stage LNA5 connected to the poststage; and a variable current source 20 that controls control currents IB1-IB4 allowed to flow to the initial stages LNA1-4 and keeps constant the total value of simultaneously flowing control currents. The output lines of the initial stages LNA1-4 preventing the control currents from flowing simultaneously are connected mutually to form a plurality of composite output lines L1, L2 and separately input them to a plurality of input ends of the next-stage amplifier 5. In the next-stage amplifier 5, each signal inputted from the plurality of input ends is amplified, and each amplified signal is added for output. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は利得可変増幅器に関し、特に、複数の増幅器を接続して利得可変範囲を大きくした利得可変増幅器に用いて好適なものである。   The present invention relates to a variable gain amplifier, and is particularly suitable for use in a variable gain amplifier in which a plurality of amplifiers are connected to increase the variable gain range.

通常、ラジオ受信機などの無線通信装置では、受信信号の利得を調整するためにAGC(Automatic Gain Control)回路が設けられている。高周波段に設けられるRF(Radio Frequency)−AGC回路は、アンテナで受信された高周波信号(アンテナ入力信号)のゲインを調節して、受信信号のレベルを一定に保つようにするものである。RF−AGCは、アンテナダンピング回路での減衰量やLNA(Low Noise Amplifier)等の利得を制御することで実現できる。   Usually, in a radio communication apparatus such as a radio receiver, an AGC (Automatic Gain Control) circuit is provided to adjust the gain of a received signal. An RF (Radio Frequency) -AGC circuit provided in the high frequency stage adjusts the gain of a high frequency signal (antenna input signal) received by an antenna so as to keep the level of the received signal constant. RF-AGC can be realized by controlling the attenuation in the antenna damping circuit and the gain of LNA (Low Noise Amplifier) and the like.

特に、車載機や携帯電話機などの移動体に実装されるラジオチューナでは、移動受信の幅広い受信電力に対応するために、LNAの利得可変幅(ダイナミックレンジ)を大きくすることが望まれる。例えば受信電力が小さいときには、高い利得と低い雑音特性が要求される。一方、受信電力が大きいときには、AGCの制御電圧とそれによって制御されるデシベル利得との関係がリニアになる、高い線形性も要求される。   In particular, in a radio tuner mounted on a mobile body such as an in-vehicle device or a mobile phone, it is desired to increase the variable gain range (dynamic range) of the LNA in order to cope with a wide range of mobile reception power. For example, when the received power is small, high gain and low noise characteristics are required. On the other hand, when the received power is large, a high linearity is required in which the relationship between the AGC control voltage and the decibel gain controlled thereby is linear.

この2つの要求を満足して広いダイナミックレンジを得るために、4つのカスコード増幅器を並列に接続し、これらのカスコード増幅器を受信電力に応じて連続的に切り替えて使用するように構成した利得可変低雑音増幅器が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。なお、カスコード増幅器自体は、出力から入力への帰還が基本的に無いため、LNAとして多用されている。
シャープ技報 第88号:2004年4月発行「携帯機器向け地上デジタルテレビ放送用1セグメントチューナ」(図3〜図5)
In order to satisfy these two requirements and obtain a wide dynamic range, four cascode amplifiers are connected in parallel, and these cascode amplifiers are continuously switched according to the received power. A noise amplifier has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). The cascode amplifier itself is frequently used as an LNA because there is basically no feedback from output to input.
Sharp Technical Report No. 88: Published in April 2004 “One-segment tuner for terrestrial digital TV broadcasting for mobile devices” (Figs. 3-5)

この非特許文献1に記載の利得可変低雑音増幅器では、4つのカスコード増幅器に流すベース電流I1,I2,I3,I4を制御することにより、増幅器を連続的に切り替える回路形式が採用されている。具体的には、制御電圧が上昇するに従い、カスコード増幅器に流れるベース電流がI4→I3→I2→I1と適切な比率で連続的に変化していくようにするとともに、同時に流れるベース電流のトータル値が常に一定となるようにしている。   The variable gain low noise amplifier described in Non-Patent Document 1 employs a circuit format in which the amplifiers are continuously switched by controlling base currents I1, I2, I3, and I4 that flow through the four cascode amplifiers. Specifically, as the control voltage rises, the base current flowing through the cascode amplifier changes continuously at an appropriate ratio of I4 → I3 → I2 → I1, and the total value of the base current flowing simultaneously. Is always constant.

例えば、非特許文献1の図4において、制御電圧が0.8[V]未満の領域ではベース電流I4のみが流れ、1つのカスコード増幅器のみが動作する。一方、制御電圧が0.8[V]以上かつ1.2[V]未満の領域では2箇所のベース電流I4,I3が適切な比率で流れ、2つのカスコード増幅器が動作する。そして、当該動作した2つのカスコード増幅器の出力電流が抵抗負荷を利用して電圧に変換され、各電圧が加算されて増幅信号として出力される。   For example, in FIG. 4 of Non-Patent Document 1, only the base current I4 flows in the region where the control voltage is less than 0.8 [V], and only one cascode amplifier operates. On the other hand, in the region where the control voltage is 0.8 [V] or more and less than 1.2 [V], the two base currents I4 and I3 flow at an appropriate ratio, and the two cascode amplifiers operate. Then, the output currents of the two cascode amplifiers that have been operated are converted into voltages using a resistive load, and the respective voltages are added and output as an amplified signal.

上記非特許文献1の利得可変低雑音増幅器は、Bi−CMOS(Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor)プロセスにより構成されている。このBi−CMOSプロセスを用いれば、電圧利得が20[dB]程度、雑音指数が3[dB]程度のLNAは一段のカスコード増幅器で実現できる。また、カスコード増幅器の出力段は抵抗負荷であるので、複数のカスコード増幅器の出力点を接続することにより、各カスコード増幅器の出力電圧を加算することができる。   The variable gain low noise amplifier of Non-Patent Document 1 is configured by a Bi-CMOS (Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor) process. By using this Bi-CMOS process, an LNA having a voltage gain of about 20 [dB] and a noise figure of about 3 [dB] can be realized by a single-stage cascode amplifier. Since the output stage of the cascode amplifier is a resistive load, the output voltages of the respective cascode amplifiers can be added by connecting the output points of a plurality of cascode amplifiers.

これに対して、最近におけるトランジスタの高速化、小型化、低消費電力化といった要求に対応するために、非特許文献1の増幅器と同等またはそれ以上に良好な特性を有する利得可変増幅器を、CMOSプロセスにより微細化した半導体により構成することが望まれる。この場合、電圧利得が20[dB]以上、雑音指数が3[dB]以下のLNAを一段のカスコード増幅器で実現することは難しい。そのため、複数のカスコード増幅器を多段接続する手法がとられる。   On the other hand, in order to meet the recent demands for higher speed, smaller size, and lower power consumption of transistors, a variable gain amplifier having a characteristic equivalent to or better than that of the amplifier of Non-Patent Document 1 is provided. It is desired that the semiconductor is miniaturized by a process. In this case, it is difficult to realize an LNA having a voltage gain of 20 [dB] or more and a noise figure of 3 [dB] or less with a single cascode amplifier. Therefore, a technique of connecting a plurality of cascode amplifiers in multiple stages is employed.

しかしながら、非特許文献1のように一般的な抵抗負荷のカスコード増幅器を用いた場合、CMOSプロセスでは雑音指数(NF)を小さくすることが困難であり、所望のNFが得られなくなるため、受信感度が悪化してしまうという問題を生じる。そこで、一般的なカスコード増幅器の代わりにノイズキャンセル型のカスコード増幅器を用いれば、CMOSプロセスでもNFを小さくすることが可能である。しかし、この種のカスコード増幅器の場合は出力段がソースフォロワ形式になるため、抵抗負荷のカスコード増幅器のようには各カスコード増幅器の出力信号を出力段で加算することができない。そのため、CMOSプロセスで構成した複数のカスコード増幅器を単純に並列接続して電流制御するだけでは、NFを良好にしつつ広いダイナミックレンジを確保することができない。   However, when a general resistive load cascode amplifier is used as in Non-Patent Document 1, it is difficult to reduce the noise figure (NF) in the CMOS process, and a desired NF cannot be obtained. Causes the problem of worsening. Therefore, if a noise cancellation type cascode amplifier is used instead of a general cascode amplifier, NF can be reduced even in the CMOS process. However, in the case of this type of cascode amplifier, the output stage is in the form of a source follower, so that the output signals of the respective cascode amplifiers cannot be added at the output stage like a cascode amplifier of a resistive load. Therefore, it is not possible to secure a wide dynamic range while improving the NF by simply connecting a plurality of cascode amplifiers configured by a CMOS process in parallel and performing current control.

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、CMOSプロセスで広いダイナミックレンジを確保でき、かつ、良好な雑音指数を満足する利得可変増幅器を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a variable gain amplifier that can secure a wide dynamic range by a CMOS process and satisfies a good noise figure. .

上記した課題を解決するために、本発明の利得可変増幅器は、一の入力に対して並列に接続され、各々に流される制御電流によって増幅動作を行う複数の初段増幅器と、複数の初段増幅器の後段に接続される次段増幅器と、複数の初段増幅器に流す制御電流を制御し、同時に流れる制御電流のトータル値が一定となるようにする可変電流源とを備え、制御電流が同時には流れることのない初段増幅器の出力線どうしを接続して複数の合成出力線を形成し、複数の合成出力線を次段増幅器の複数の入力端に別々に入力するように成し、次段増幅器は、複数の入力端より入力された信号を各々増幅し、増幅した各信号を加算して出力する。   In order to solve the above-described problems, a variable gain amplifier according to the present invention includes a plurality of first-stage amplifiers connected in parallel to one input and performing an amplification operation by a control current flowing through each input, and a plurality of first-stage amplifiers. It has a next-stage amplifier connected to the subsequent stage, and a variable current source that controls the control current flowing to the plurality of first-stage amplifiers so that the total value of the control current flowing at the same time is constant, and the control current flows simultaneously. The output lines of the first-stage amplifier without a plurality are connected to form a plurality of combined output lines, and the plurality of combined output lines are separately input to the plurality of input terminals of the next-stage amplifier. Signals input from a plurality of input terminals are respectively amplified, and the amplified signals are added and output.

本発明の他の態様では、複数の初段増幅器はそれぞれ、入力信号の位相を反転して増幅する第1増幅器と、入力信号を増幅する第2増幅器とを備えて構成され、第1増幅器の出力信号と第2増幅器の出力信号とを加算して出力するようにしている。   In another aspect of the present invention, each of the plurality of first-stage amplifiers includes a first amplifier that inverts and amplifies the phase of the input signal, and a second amplifier that amplifies the input signal, and outputs the first amplifier. The signal and the output signal of the second amplifier are added and output.

本発明のさらに他の態様では、複数の初段増幅器はそれぞれ、可変電流源から制御電流が供給されていないときに第1増幅器および第2増幅器の動作をオフにするためのスイッチ手段を更に備えている。   In still another aspect of the present invention, each of the plurality of first-stage amplifiers further comprises switch means for turning off the operation of the first amplifier and the second amplifier when the control current is not supplied from the variable current source. Yes.

上記のように構成した本発明によれば、初段増幅器を構成するトランジスタの出力段がソースフォロワ形式になっていても、制御電流が同時には流れることのない初段増幅器、つまり、同時には動作することのない初段増幅器の出力線どうしが接続されるので、その接続された合成出力線において信号の加算が行われることはない。同時に動作している初段増幅器の出力信号の加算は、当該出力信号が複数の合成出力線を介して別々に入力される次段増幅器において行われる。これにより、CMOSプロセスの利得可変増幅器においても広いダイナミックレンジを確保することができる。また、複数の初段増幅器に流す制御電流のトータル値が常に一定となるように制御されているので、低い雑音特性および、制御電圧と利得との関係における高い線形性も確保することができる。   According to the present invention configured as described above, even if the output stage of the transistor constituting the first stage amplifier is of the source follower type, the first stage amplifier in which the control current does not flow simultaneously, that is, operates simultaneously. Since the output lines of the first-stage amplifiers having no signal are connected to each other, no signal is added to the connected combined output line. The addition of the output signals of the first stage amplifiers operating simultaneously is performed in the next stage amplifier in which the output signals are separately input via a plurality of combined output lines. Thus, a wide dynamic range can be ensured even in a CMOS process variable gain amplifier. In addition, since the total value of the control currents flowing through the plurality of first-stage amplifiers is controlled to be always constant, low noise characteristics and high linearity in the relationship between the control voltage and the gain can be ensured.

本発明の他の態様によれば、初段増幅器の第1増幅器(反転増幅器)で生じたノイズが、第2増幅器より出力されるノイズと逆相で加算されることによって相殺される。これにより、CMOSプロセスの利得可変増幅器において雑音指数の悪化を抑制することができ、良好な受信感度を得ることができる。   According to another aspect of the present invention, noise generated in the first amplifier (inverting amplifier) of the first-stage amplifier is canceled by being added in reverse phase with the noise output from the second amplifier. Thereby, it is possible to suppress the deterioration of the noise figure in the variable gain amplifier of the CMOS process, and to obtain a good reception sensitivity.

また、本発明の更に他の態様によれば、制御電流が供給されていない初段増幅器の第1増幅器および第2増幅器の動作をスイッチ手段によって完全にオフとすることができる。これにより、増幅動作に関与しない初段増幅器のトランジスタからノイズが生じないようにすることができるので、CMOSプロセスの利得可変増幅器において雑音指数の悪化を抑制することができ、良好な受信感度を得ることができる。   According to still another aspect of the present invention, the operation of the first amplifier and the second amplifier of the first stage amplifier to which no control current is supplied can be completely turned off by the switch means. As a result, noise can be prevented from being generated from the transistors of the first-stage amplifier that are not involved in the amplification operation, so that deterioration of the noise figure can be suppressed in the variable gain amplifier of the CMOS process, and good reception sensitivity can be obtained. Can do.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態による利得可変増幅器の構成例を示す図である。図1に示すように、本実施形態の利得可変増幅器は、4個の初段LNA1〜4と、1個の次段LNA5と、3個のアッテネータ11〜13と、可変電流源20とを備えて構成されている。これらの構成は全て、CMOSプロセスにより1つのICチップに集積化されている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the variable gain amplifier according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the variable gain amplifier of the present embodiment includes four first-stage LNAs 1 to 4, one next-stage LNA 5, three attenuators 11 to 13, and a variable current source 20. It is configured. All of these configurations are integrated on one IC chip by a CMOS process.

4個の初段LNA1〜4は、本発明における複数の初段増幅器に相当するものである。この4個の初段LNA1〜4は、一の入力端子INに対して並列に接続され、可変電流源20から各々に流される制御電流IB1〜IB4によって、当該初段増幅器1〜4に入力される信号の増幅動作を行う。   The four first stage LNAs 1 to 4 correspond to a plurality of first stage amplifiers in the present invention. The four first-stage LNAs 1 to 4 are connected in parallel to one input terminal IN, and are input to the first-stage amplifiers 1 to 4 by the control currents IB1 to IB4 flowing from the variable current source 20 respectively. Amplifying operation is performed.

3個のアッテネータ11〜13は、本発明におけるレベル調整器に相当するものである。この3個のアッテネータ11〜13は、一の入力端子INに対して並列に接続され、4個の初段増幅器1〜4のうち、第2〜第4の初段増幅器2〜4の入力側に接続されている。3個のアッテネータ11〜13は、4個の初段LNA1〜4に対して入力する信号のレベルがそれぞれ異なるものとなるように、一の入力端子INより入力される信号のレベルを調整するものである。   The three attenuators 11 to 13 correspond to the level adjuster in the present invention. The three attenuators 11 to 13 are connected in parallel to one input terminal IN, and are connected to the input sides of the second to fourth first stage amplifiers 2 to 4 among the four first stage amplifiers 1 to 4. Has been. The three attenuators 11 to 13 adjust the level of a signal input from one input terminal IN so that the levels of signals input to the four first-stage LNAs 1 to 4 are different from each other. is there.

具体的には、アッテネータ11〜13は、一の入力端子INから入力される信号を減衰させる。アッテネータ11〜13の減衰量はそれぞれ異なっており、第1のアッテネータ11<第2のアッテネータ12<第3のアッテネータ13の順に減衰量が大きくなるように設定されている。例えば、4個の初段LNA1〜4の可変利得範囲がそれぞれ20[dB]程度である場合、第1のアッテネータ11の減衰量を20[dB]、第2のアッテネータ12の減衰量を40[dB]、第3のアッテネータ13の減衰量を60[dB]に設定することが可能である。   Specifically, the attenuators 11 to 13 attenuate the signal input from one input terminal IN. The attenuation amounts of the attenuators 11 to 13 are different from each other, and are set so that the attenuation amount increases in the order of the first attenuator 11 <the second attenuator 12 <the third attenuator 13. For example, when the variable gain ranges of the four first-stage LNAs 1 to 4 are about 20 [dB], the attenuation amount of the first attenuator 11 is 20 [dB] and the attenuation amount of the second attenuator 12 is 40 [dB]. ], The attenuation amount of the third attenuator 13 can be set to 60 [dB].

この場合、第1の初段LNA1は、一の入力端子INから入力される信号を増幅する。第2の初段LNA2は、一の入力端子INから入力されて第1のアッテネータ11で20[dB]減衰された信号を増幅する。第3の初段LNA3は、一の入力端子INから入力されて第2のアッテネータ12で40[dB]減衰された信号を増幅する。また、第4の初段LNA4は、一の入力端子INから入力されて第3のアッテネータ13で60[dB]減衰された信号を増幅する。   In this case, the first first-stage LNA 1 amplifies a signal input from one input terminal IN. The second first-stage LNA 2 amplifies a signal input from one input terminal IN and attenuated by 20 [dB] by the first attenuator 11. The third first-stage LNA 3 amplifies a signal input from one input terminal IN and attenuated by 40 [dB] by the second attenuator 12. The fourth first-stage LNA 4 amplifies a signal that is input from one input terminal IN and is attenuated by 60 [dB] by the third attenuator 13.

なお、ここでは3個のアッテネータ11〜13を一の入力端子INに対して並列に接続する例について説明したが、これに限定されない。例えば、一の入力端子INに対して3個のアッテネータ11〜13を3段に縦続接続し、各段のアッテネータ11〜13の出力タップから信号を取り出して第2〜第4の初段LNA2〜4にそれぞれ入力するようにしてもよい。この場合、例えば各アッテネータ11〜13の減衰量を20[dB]としておけば、第1のアッテネータ11の出力タップからは20[dB]減衰された信号が取り出され、第2のアッテネータ12の出力タップからは2段のトータルで40[dB]減衰された信号が取り出され、第3のアッテネータ13の出力タップからは3段のトータルで60[dB]減衰された信号が取り出される。   Although an example in which three attenuators 11 to 13 are connected in parallel to one input terminal IN has been described here, the present invention is not limited to this. For example, three attenuators 11 to 13 are cascade-connected to one input terminal IN, and signals are taken out from output taps of the attenuators 11 to 13 of each stage to obtain second to fourth first stage LNAs 2 to 4. May be input respectively. In this case, for example, if the attenuation amount of each attenuator 11 to 13 is set to 20 [dB], a signal attenuated by 20 [dB] is taken out from the output tap of the first attenuator 11 and the output of the second attenuator 12 is output. From the tap, a signal attenuated by a total of 40 [dB] in two stages is extracted, and from the output tap of the third attenuator 13, a signal attenuated by a total of 60 [dB] is extracted.

また、ここでは4個の初段LNA1〜4のうち、一部の初段LNA2〜4に対してアッテネータ11〜13を接続する構成について説明したが、これに限定されない。例えば、全ての初段LNA1〜4に対してアッテネータを接続するようにしてもよい。   In addition, although the configuration in which the attenuators 11 to 13 are connected to some of the first stage LNAs 2 to 4 among the four first stage LNAs 1 to 4 has been described here, the present invention is not limited to this. For example, you may make it connect an attenuator with respect to all the first stage LNA1-4.

可変電流源20は、図示しないAGC回路から利得調整のための制御電圧VAGCを入力し、当該制御電圧VAGCに基づいて、4個の初段LNA1〜4に流す制御電流IB1〜IB4および1個の次段LNA5に流す制御電流IB5を発生する。このとき可変電流源20は、4個の初段LNA1〜4に流れる制御電流IB1〜IB4のトータル値が、制御電圧VAGCの大きさにかかわらず常に一定となるように制御する。   The variable current source 20 receives a control voltage VAGC for gain adjustment from an AGC circuit (not shown) and, based on the control voltage VAGC, controls currents IB1 to IB4 and one next current to be passed through the four first-stage LNA1 to LNA4. A control current IB5 that flows through the stage LNA5 is generated. At this time, the variable current source 20 controls so that the total value of the control currents IB1 to IB4 flowing through the four first-stage LNAs 1 to 4 is always constant regardless of the magnitude of the control voltage VAGC.

図4は、4個の初段LNA1〜4に流れる制御電流IB1〜IB4の例を示す図である。図4から分かるように、制御電圧VAGCが約1.05[V]未満の領域では第4の制御電流IB4のみが流れ、第4の初段LNA4のみが動作する。また、制御電圧VAGCが約1.05[V]以上かつ約1.4[V]未満の領域では第4の制御電流IB4と第3の制御電流IB3とが適切な比率で流れ、第4の初段LNA4および第3の初段LNA3が動作する。また、制御電圧VAGCが約1.4[V]以上かつ約1.45[V]未満の領域では第3の制御電流IB3のみが流れ、第3の初段LNA3のみが動作する。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the control currents IB1 to IB4 flowing in the four first-stage LNA1 to LNA4. As can be seen from FIG. 4, in the region where the control voltage VAGC is less than about 1.05 [V], only the fourth control current IB4 flows, and only the fourth first-stage LNA4 operates. In the region where the control voltage VAGC is about 1.05 [V] or more and less than about 1.4 [V], the fourth control current IB4 and the third control current IB3 flow at an appropriate ratio. The first-stage LNA 4 and the third first-stage LNA 3 operate. In the region where the control voltage VAGC is about 1.4 [V] or more and less than about 1.45 [V], only the third control current IB3 flows, and only the third first-stage LNA3 operates.

このように、制御電圧VAGCの値によっては、第4の制御電流IB4と第3の制御電流IB3とが同時に流れる領域がある。同様に、第3の制御電流IB3と第2の制御電流IB2とが同時に流れる領域があり、第2の制御電流IB2と第1の制御電流IB1とが同時に流れる領域がある。これに対して、第4の制御電流IB4と第1の制御電流IB1または第2の制御電流IB2とが同時に流れることはなく、第3の制御電流IB3と第1の制御電流IB1とが同時に流れることはない。   Thus, depending on the value of the control voltage VAGC, there is a region where the fourth control current IB4 and the third control current IB3 flow simultaneously. Similarly, there is a region where the third control current IB3 and the second control current IB2 flow simultaneously, and there is a region where the second control current IB2 and the first control current IB1 flow simultaneously. On the other hand, the fourth control current IB4 and the first control current IB1 or the second control current IB2 do not flow simultaneously, and the third control current IB3 and the first control current IB1 flow simultaneously. There is nothing.

ここで、可変電流源20は、第1〜第4の制御電流IB1〜IB4をそれぞれ単独で流すときの電流量と、第4の制御電流IB4と第3の制御電流IB3とを同時に流すときのトータルの電流量と、第3の制御電流IB3と第2の制御電流IB2とを同時に流すときのトータルの電流量と、第2の制御電流IB2と第1の制御電流IB1とを同時に流すときのトータルの電流量とが、どのような制御電圧VAGCが供給されたときにも常に同じとなるように制御する。   Here, the variable current source 20 has a current amount when the first to fourth control currents IB1 to IB4 are individually supplied, and a current amount when the fourth control current IB4 and the third control current IB3 are simultaneously supplied. The total amount of current, the total amount of current when the third control current IB3 and the second control current IB2 are simultaneously flowed, and the time of simultaneously flowing the second control current IB2 and the first control current IB1 Control is performed so that the total amount of current is always the same when any control voltage VAGC is supplied.

以上のように、一の入力端子INより入力された信号とそれを3個のアッテネータ11〜13で20[dB]ずつ深く減衰させた信号とを4個の初段LNA1〜4にて増幅するように成し、それぞれの初段LNA1〜4に流す制御電流IB1〜IB4を制御することにより、初段LNA1〜4による増幅を連続的に切り替えるようにしている。具体的には、制御電圧VAGCが上昇するに従い、初段LNA1〜4に流れる制御電流IB1〜IB4がIB4→IB3→IB2→IB1と適切な比率で連続的に変化するように制御する。   As described above, the signals input from one input terminal IN and the signals obtained by deeply attenuating them by 20 [dB] by the three attenuators 11 to 13 are amplified by the four first-stage LNAs 1 to 4. Thus, by controlling the control currents IB1 to IB4 flowing through the first-stage LNAs 1 to 4, the amplification by the first-stage LNAs 1 to 4 is continuously switched. Specifically, as the control voltage VAGC increases, control currents IB1 to IB4 flowing through the first-stage LNA1 to LNA4 are controlled to continuously change at an appropriate ratio of IB4 → IB3 → IB2 → IB1.

このようにすることで、初段LNA1〜4の1つ1つでは20[dB]程度しか確保できないダイナミックレンジに対して、4個の初段LNA1〜4の全体として80[dB]程度の広いダイナミックレンジを確保することができる。また、4個の初段LNA1〜4に同時に流れる制御電流IB1〜IB4のトータル値が常に一定となるようにすることで、低い雑音特性および高い線形性も確保することができる。   By doing in this way, the dynamic range which can secure only about 20 [dB] with each of the first stage LNA1 to 4 is wide, and the wide dynamic range of about 80 [dB] as a whole of the four first stage LNA1 to 4 is provided. Can be secured. In addition, by making the total value of the control currents IB1 to IB4 flowing simultaneously through the four first-stage LNA1 to L4 always constant, low noise characteristics and high linearity can be ensured.

可変電流源20はまた、制御電流IB1〜IB4の一部を初段LNA1〜4の一部に流していないときに、そのことを示すオフ電流IB1A〜IB4Aを発生して初段LNA1〜4に出力する。具体的には、可変電流源20は、第1の制御電流IB1を第1の初段LNA1に流していないときは第1のオフ電流IB1Aを発生し、第2の制御電流IB2を第2の初段LNA2に流していないときは第2のオフ電流IB2Aを発生する。また、第3の制御電流IB3を第3の初段LNA3に流していないときは第3のオフ電流IB3Aを発生し、第4の制御電流IB4を第4の初段LNA4に流していないときは第4のオフ電流IB4Aを発生する。   The variable current source 20 also generates off-currents IB1A to IB4A indicating that when a part of the control currents IB1 to IB4 is not flowing to a part of the first stage LNA1 to 4, and outputs it to the first stage LNA1 to LNA4. . Specifically, the variable current source 20 generates the first off-current IB1A and the second control current IB2 as the second initial stage when the first control current IB1 does not flow through the first initial stage LNA1. When not flowing through the LNA2, the second off-current IB2A is generated. When the third control current IB3 is not passed through the third first stage LNA3, the third off-current IB3A is generated, and when the fourth control current IB4 is not passed through the fourth first stage LNA4, the fourth Off current IB4A.

次段LNA5は、本発明による次段増幅器に相当するものであり、4個の初段LNA1〜4の後段に接続される。ここで、4個の初段LNA1〜4のうち、制御電流IB1〜IB4が同時には流れることのない初段LNAの出力線どうしを接続して複数の合成出力線L1,L2を形成し、当該複数の合成出力線L1,L2を次段LNA5の複数の入力端子IN1,IN2に別々に入力する。   The next stage LNA 5 corresponds to the next stage amplifier according to the present invention, and is connected to the subsequent stage of the four first stage LNAs 1 to 4. Here, among the four first-stage LNAs 1 to 4, the output lines of the first-stage LNAs in which the control currents IB1 to IB4 do not flow simultaneously are connected to form a plurality of combined output lines L1 and L2, The combined output lines L1 and L2 are separately input to the plurality of input terminals IN1 and IN2 of the next stage LNA5.

具体的には、制御電流IB1,IB3が同時には流れることのない第1の初段LNA1と第3の初段LNA3の出力線どうしを接続して第1の合成出力線L1を形成する。また、制御電流IB2,IB4が同時には流れることのない第2の初段LNA2と第4の初段LNA4の出力線どうしを接続して第2の合成出力線L2を形成する。そして、当該2本の合成出力線L1,L2を次段LNA5の複数の入力端子IN1,IN2に別々に入力する。次段LNA5は、2つの入力端子IN1,IN2より入力された信号を各々増幅し、増幅した各信号を加算して出力する。   Specifically, the first combined output line L1 is formed by connecting the output lines of the first initial stage LNA1 and the third initial stage LNA3 in which the control currents IB1 and IB3 do not flow simultaneously. Further, the second combined output line L2 is formed by connecting the output lines of the second initial stage LNA2 and the fourth initial stage LNA4 in which the control currents IB2 and IB4 do not flow simultaneously. Then, the two combined output lines L1 and L2 are separately input to the plurality of input terminals IN1 and IN2 of the next stage LNA5. The next-stage LNA 5 amplifies the signals input from the two input terminals IN1, IN2, respectively, adds the amplified signals, and outputs the result.

次に、本実施形態による初段LNA1〜4の回路構成を説明する。初段LNA1〜4は何れも同様の回路構成を有するので、以下では代表として第1の初段LNA1の構成について説明する。図2は、当該第1の初段LNA1の構成例を示す回路図である。   Next, the circuit configuration of the first-stage LNAs 1 to 4 according to the present embodiment will be described. Since the first-stage LNAs 1 to 4 have the same circuit configuration, the configuration of the first first-stage LNA 1 will be described below as a representative. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the first first-stage LNA 1.

図2において、入力端子INに接続されたpMOSトランジスタP1およびnMOSトランジスタN1は反転増幅器を構成する。反転増幅器P1,N1は、入力端子INより入力される信号の位相を反転して増幅する。増幅された信号は、カップリングコンデンサC1を介して次段に出力される。カップリングコンデンサC1の次段に接続されたnMOSトランジスタN4は、ソースフォロワのバッファアンプである。これらの反転増幅器P1,N1およびバッファアンプN4により本発明の第1増幅器50が構成される。   In FIG. 2, the pMOS transistor P1 and the nMOS transistor N1 connected to the input terminal IN constitute an inverting amplifier. The inverting amplifiers P1 and N1 invert and amplify the phase of the signal input from the input terminal IN. The amplified signal is output to the next stage via the coupling capacitor C1. The nMOS transistor N4 connected to the next stage of the coupling capacitor C1 is a source follower buffer amplifier. The inverting amplifiers P1, N1 and the buffer amplifier N4 constitute the first amplifier 50 of the present invention.

入力端子INに対して反転増幅器P1,N1と並列に接続されたnMOSトランジスタN2,N3はカスコード増幅器であり、本発明の第2増幅器60に相当する。カスコード接続の前段に当たるnMOSトランジスタN2はソース接地増幅器であり、カスコード接続の後段に当たるnMOSトランジスタN3はゲート接地増幅器である。この第2増幅器60は、入力端子INより入力される信号を増幅する。nMOSトランジスタN5,N6は、第2増幅器60のカスコード接続の後段に当たるトランジスタN3に対してゲート接地用のバイアスを与えるためのバイアス回路である。   The nMOS transistors N2 and N3 connected in parallel with the inverting amplifiers P1 and N1 with respect to the input terminal IN are cascode amplifiers and correspond to the second amplifier 60 of the present invention. The nMOS transistor N2 corresponding to the preceding stage of the cascode connection is a common source amplifier, and the nMOS transistor N3 corresponding to the subsequent stage of the cascode connection is a grounded gate amplifier. The second amplifier 60 amplifies a signal input from the input terminal IN. The nMOS transistors N5 and N6 are bias circuits for applying a bias for grounding the gate to the transistor N3 corresponding to the subsequent stage of the cascode connection of the second amplifier 60.

ここで、第1増幅器50の出力(トランジスタN4のソース)と第2増幅器60の出力(トランジスタN3のドレイン)とが結線されて、第1の初段LNA1の出力端子OUT1に接続されている。第1増幅器50に関しては、入力信号が反転増幅器P1,N1で逆相増幅され、その増幅信号がバッファアンプN4のソースフォロワで出力端子OUT1に同相出力(増幅なし)されている。このため、出力端子OUT1に出力される信号は入力信号と逆相になっている。一方、第2増幅器60に関しては、ソース接地増幅器N2で入力信号が逆相増幅され、その増幅信号がゲート接地増幅器N3を通して出力端子OUT1に同相出力(増幅なし)されている。このため、出力端子OUT1に出力される信号は入力信号と逆相になっている。このように、第1増幅器50で増幅された信号と第2増幅器60で増幅された信号は、初段LNA1の出力端子OUT1において位相が同相になっているため、互いにキャンセルされることはない。   Here, the output of the first amplifier 50 (source of the transistor N4) and the output of the second amplifier 60 (drain of the transistor N3) are connected and connected to the output terminal OUT1 of the first first stage LNA1. As for the first amplifier 50, the input signal is amplified in reverse phase by the inverting amplifiers P1 and N1, and the amplified signal is output in phase (no amplification) to the output terminal OUT1 by the source follower of the buffer amplifier N4. For this reason, the signal output to the output terminal OUT1 is out of phase with the input signal. On the other hand, with respect to the second amplifier 60, the input signal is amplified in reverse phase by the common source amplifier N2, and the amplified signal is output in phase (no amplification) to the output terminal OUT1 through the common gate amplifier N3. For this reason, the signal output to the output terminal OUT1 is out of phase with the input signal. Thus, since the signal amplified by the first amplifier 50 and the signal amplified by the second amplifier 60 are in phase at the output terminal OUT1 of the first stage LNA1, they are not canceled out from each other.

これに対して、反転増幅器P1,N1のソースおよびドレインで発生したノイズは、カップリングコンデンサC1およびバッファアンプN4を通じて初段LNA1の出力端子OUT1に同相で出力される(増幅なし)。一方、抵抗R1と信号源抵抗(図示せず)とで分圧(減衰)されて入力端子INに同相で出力されたノイズが、ソース接地増幅器N2で逆相増幅される。このため、反転増幅器P1,N1で発生してバッファアンプN4を通して出力端子OUT1に出力されるノイズの位相と、第2増幅器60を通して出力端子OUT1に出力されるノイズの位相とが逆相になるため、反転増幅器P1,N1で発生するノイズを出力端子OUT1においてキャンセルすることができる。このため、従来のようにバイポーラトランジスタを単純にカスコード接続しただけのカスコード増幅器よりも低雑音になる。   On the other hand, the noise generated at the sources and drains of the inverting amplifiers P1 and N1 is output in phase to the output terminal OUT1 of the first stage LNA1 through the coupling capacitor C1 and the buffer amplifier N4 (no amplification). On the other hand, the noise that is divided (attenuated) by the resistor R1 and the signal source resistor (not shown) and output in phase to the input terminal IN is amplified in reverse phase by the common source amplifier N2. For this reason, the phase of noise generated in the inverting amplifiers P1 and N1 and output to the output terminal OUT1 through the buffer amplifier N4 is opposite to the phase of noise output to the output terminal OUT1 through the second amplifier 60. The noise generated in the inverting amplifiers P1 and N1 can be canceled at the output terminal OUT1. For this reason, the noise is lower than that of a conventional cascode amplifier in which bipolar transistors are simply cascode-connected.

nMOSトランジスタN7,N8は電流ミラー回路であり、基準電流として一方のトランジスタN7側のドレインに制御電流IB1を入力し、他方のトランジスタN8側のドレインにも同じ制御電流IB1が流れるようにする。また、pMOSトランジスタP2〜P5も電流ミラー回路を構成しており、nMOSトランジスタN8から出力される制御電流IB1を基準電流として1つのトランジスタP5側のドレインに入力し、他のトランジスタP2〜P4側のドレインに制御電流IB1と比例した電流が流れるようにする。   The nMOS transistors N7 and N8 are current mirror circuits, and the control current IB1 is input to the drain on one transistor N7 side as a reference current, and the same control current IB1 flows to the drain on the other transistor N8 side. The pMOS transistors P2 to P5 also constitute a current mirror circuit, and the control current IB1 output from the nMOS transistor N8 is input to the drain on one transistor P5 side as a reference current, and the other transistors P2 to P4 side are input. A current proportional to the control current IB1 flows through the drain.

このように、2つの電流ミラー回路N7〜N8、P2〜P5の組み合わせにより、第1増幅器50、第2増幅器60およびバイアス回路N5,N6に制御電流IB1と比例した電流が供給されるようにしている。すなわち、可変電流源20より入力された制御電流IB1が2つの電流ミラー回路N7〜N8、P2〜P5を通って、当該制御電流IB1に比例した電流が第1増幅器50、第2増幅器60およびバイアス回路N5,N6に供給される。これにより、初段LNA1の利得が制御電流IB1によって制御されるように成されている。   As described above, the current proportional to the control current IB1 is supplied to the first amplifier 50, the second amplifier 60, and the bias circuits N5 and N6 by the combination of the two current mirror circuits N7 to N8 and P2 to P5. Yes. That is, the control current IB1 input from the variable current source 20 passes through the two current mirror circuits N7 to N8 and P2 to P5, and the current proportional to the control current IB1 is the first amplifier 50, the second amplifier 60, and the bias. This is supplied to the circuits N5 and N6. Thereby, the gain of the first stage LNA1 is controlled by the control current IB1.

インバータINV1,INV2、pMOSトランジスタP6およびnMOSトランジスタN9〜N10は本発明のスイッチ手段を構成する。このスイッチ手段は、可変電流源20から制御電流IB1が供給されていないときに、第1増幅器50および第2増幅器60の動作を完全にオフにするためのものである。   The inverters INV1, INV2, the pMOS transistor P6, and the nMOS transistors N9 to N10 constitute the switch means of the present invention. This switch means is for completely turning off the operations of the first amplifier 50 and the second amplifier 60 when the control current IB1 is not supplied from the variable current source 20.

2つのインバータINV1,INV2は縦続接続されており、初段のインバータINV1にはオフ電流IB1Aが入力される。前段のインバータINV1の出力端は、pMOSトランジスタP6のゲートに接続されている。このpMOSトランジスタP6のドレインは、電流ミラー回路を構成するpMOSトランジスタP2〜P5のゲートに接続されている。なお、pMOSトランジスタP2〜P6のソースは何れも電源電圧VDDに接続されている。   The two inverters INV1 and INV2 are connected in cascade, and the off-current IB1A is input to the first-stage inverter INV1. The output terminal of the previous inverter INV1 is connected to the gate of the pMOS transistor P6. The drain of the pMOS transistor P6 is connected to the gates of the pMOS transistors P2 to P5 constituting the current mirror circuit. Note that the sources of the pMOS transistors P2 to P6 are all connected to the power supply voltage VDD.

一方、後段のインバータINV2の出力端は、nMOSトランジスタN9,N10のゲートに接続されている。nMOSトランジスタN9のドレインは第1増幅器50を構成するトランジスタN4のゲートに接続されており、nMOSトランジスタN10のドレインは第2増幅器60を構成するトランジスタN3のゲートに接続されている。また、nMOSトランジスタN9,N10のソースはグランドに接続されている。   On the other hand, the output terminal of the subsequent inverter INV2 is connected to the gates of the nMOS transistors N9 and N10. The drain of the nMOS transistor N9 is connected to the gate of the transistor N4 constituting the first amplifier 50, and the drain of the nMOS transistor N10 is connected to the gate of the transistor N3 constituting the second amplifier 60. The sources of the nMOS transistors N9 and N10 are connected to the ground.

また、前段のインバータINV1の入力端はnMOSトランジスタN11のドレインに接続されている。nMOSトランジスタN11のゲートは電流ミラー回路N7,N8の入力端(制御電流IB1の入力端)に接続されており、ソースはグランドに接続されている。   The input terminal of the previous inverter INV1 is connected to the drain of the nMOS transistor N11. The gate of the nMOS transistor N11 is connected to the input ends (input ends of the control current IB1) of the current mirror circuits N7 and N8, and the source is connected to the ground.

ここで、上記のように構成したスイッチ手段の動作を説明する。可変電流源20から制御電流IB1が供給されていないとき(制御電流IB1がロウレベル)は、可変電流源20からオフ電流IB1Aが供給される。そして、前段のインバータINV1によって位相が反転されたオフ電流IB1Aは、pMOSトランジスタP6のゲートに供給される。このとき、前段のインバータINV1の出力端はロウレベルとなり、pMOSトランジスタP6はオンとなる。   Here, the operation of the switch means configured as described above will be described. When the control current IB1 is not supplied from the variable current source 20 (the control current IB1 is at a low level), the off-current IB1A is supplied from the variable current source 20. Then, the off-current IB1A whose phase has been inverted by the previous inverter INV1 is supplied to the gate of the pMOS transistor P6. At this time, the output terminal of the inverter INV1 in the previous stage is at a low level, and the pMOS transistor P6 is turned on.

これにより、pMOSトランジスタP6のドレインから出力されるハイレベルの信号が、電流ミラー回路を構成するpMOSトランジスタP2〜P5のゲートに供給されることになる。したがって、pMOSトランジスタP2〜P5は何れもオフとなる。pMOSトランジスタP2〜P5がオフとなることにより、第1増幅器50(反転増幅器P1,N1)、第2増幅器60およびバイアス回路N5,N6を電源電圧VDDから完全に切り離すことができる。   As a result, a high level signal output from the drain of the pMOS transistor P6 is supplied to the gates of the pMOS transistors P2 to P5 constituting the current mirror circuit. Accordingly, the pMOS transistors P2 to P5 are all turned off. By turning off the pMOS transistors P2 to P5, the first amplifier 50 (inverting amplifiers P1 and N1), the second amplifier 60, and the bias circuits N5 and N6 can be completely disconnected from the power supply voltage VDD.

一方、後段のインバータINV2により位相が元に戻されたオフ電流IB1Aは、nMOSトランジスタN9,N10のゲートに供給される。これにより、インバータINV2から出力されるハイレベルの信号が、nMOSトランジスタN9,N10のゲートに供給されることになる。したがって、nMOSトランジスタN9,N10は何れもオンとなる。このため、トランジスタN3,N4は何れもゲートがロウレベルとなって完全にオフとなる。   On the other hand, the off-current IB1A whose phase has been restored by the subsequent inverter INV2 is supplied to the gates of the nMOS transistors N9 and N10. As a result, a high level signal output from the inverter INV2 is supplied to the gates of the nMOS transistors N9 and N10. Therefore, both the nMOS transistors N9 and N10 are turned on. Therefore, both the transistors N3 and N4 are completely turned off because the gates are at a low level.

以上のように、可変電流源20から制御電流IB1が供給されていないときには、第1増幅器50、第2増幅器60およびバイアス回路N5,N6が電源電圧VDDから完全に切り離される。また、第1増幅器50を構成するトランジスタN4および第2増幅器60を構成するトランジスタN3が何れも完全にオフとなる。これにより、第1増幅器50および第2増幅器60の動作を完全にオフとすることができる。   As described above, when the control current IB1 is not supplied from the variable current source 20, the first amplifier 50, the second amplifier 60, and the bias circuits N5 and N6 are completely disconnected from the power supply voltage VDD. Further, both the transistor N4 constituting the first amplifier 50 and the transistor N3 constituting the second amplifier 60 are completely turned off. Thereby, the operation of the first amplifier 50 and the second amplifier 60 can be completely turned off.

なお、可変電流源20から初段LNA1に制御電流IB1が供給されているときは、nMOSトランジスタN11がオンとなり、オフ電流IB1AはnMOSトランジスタN11を通ってグランドGNDに引き込まれる。   When the control current IB1 is supplied from the variable current source 20 to the first-stage LNA1, the nMOS transistor N11 is turned on, and the off-current IB1A is drawn to the ground GND through the nMOS transistor N11.

次に、本実施形態による次段LNA5の回路構成を説明する。図3は、当該次段LNA5の構成例を示す回路図である。図3において、C21,C22は2本の合成出力線L1,L2に接続されたカップリングコンデンサである。この2つのカップリングコンデンサC21,C21に対してそれぞれカスコード増幅器が接続されている。   Next, the circuit configuration of the next-stage LNA 5 according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the next-stage LNA 5. In FIG. 3, C21 and C22 are coupling capacitors connected to the two combined output lines L1 and L2. A cascode amplifier is connected to each of the two coupling capacitors C21 and C21.

第1の合成出力線L1に対してカップリングコンデンサC21を介して接続されるカスコード増幅器は、カスコード接続された2つのnMOSトランジスタN21,N23から構成される。また、第2の合成出力線L2に対してカップリングコンデンサC22を介して接続されるカスコード増幅器は、カスコード接続された2つのnMOSトランジスタN22,N23から構成される。   The cascode amplifier connected to the first composite output line L1 via the coupling capacitor C21 is composed of two nMOS transistors N21 and N23 connected in cascode. Further, the cascode amplifier connected to the second composite output line L2 via the coupling capacitor C22 includes two cascode-connected nMOS transistors N22 and N23.

nMOSトランジスタN23は、第1の合成出力線L1から供給される信号を増幅するカスコード増幅器の2段目の増幅器と、第2の合成出力線L2から供給される信号を増幅するカスコード増幅器の2段目の増幅器とを兼用している。そして、このnMOSトランジスタN23のドレイン側、すなわち、カスコード増幅器の出力段(次段LNA5の出力端子OUT側)には負荷抵抗RLが接続されている。   The nMOS transistor N23 is a two-stage amplifier of a cascode amplifier that amplifies the signal supplied from the first combined output line L1, and a two-stage cascode amplifier that amplifies the signal supplied from the second combined output line L2. It also serves as an eye amplifier. A load resistor RL is connected to the drain side of the nMOS transistor N23, that is, the output stage of the cascode amplifier (the output terminal OUT side of the next stage LNA5).

すなわち、次段LNA5は、第1の合成出力線L1から一方の入力端子IN1を介して供給される信号と、第2の合成出力線L2から他方の入力端子IN2を介して供給される信号とを2つのカスコード増幅器にて各々増幅し、増幅した各信号を加算して出力端子OUTから出力するように成されている。   That is, the next-stage LNA 5 includes a signal supplied from the first combined output line L1 through one input terminal IN1, and a signal supplied from the second combined output line L2 through the other input terminal IN2. Are respectively amplified by two cascode amplifiers, and the amplified signals are added and output from the output terminal OUT.

nMOSトランジスタN24,N25は、カスコード接続の後段に当たるnMOSトランジスタN23に対してゲート接地用のバイアスを与えるためのトランジスタである。nMOSトランジスタN26は電流ミラー回路を構成する一方のトランジスタであり、カスコード接続の前段に当たるnMOSトランジスタN21,N22と共に電流ミラー回路を構成する。   The nMOS transistors N24 and N25 are transistors for applying a bias for grounding the gate to the nMOS transistor N23 corresponding to the latter stage of the cascode connection. The nMOS transistor N26 is one transistor constituting a current mirror circuit, and constitutes a current mirror circuit together with the nMOS transistors N21 and N22 corresponding to the previous stage of cascode connection.

すなわち、nMOSトランジスタN26のドレインに基準電流として制御電流IB5を入力し、カスコード増幅器の前段側に当たるnMOSトランジスタN21,N22のドレインに制御電流IB5と比例した電流が流れるようにする。つまり、可変電流源20よりnMOSトランジスタN26に入力された制御電流IB5に比例した電流が、当該nMOSトランジスタN26に電流ミラー接続された2つのカスコード増幅器に供給される。これにより、次段LNA5の利得が制御電流IB5によって制御されるように成されている。   That is, the control current IB5 is input as a reference current to the drain of the nMOS transistor N26, and a current proportional to the control current IB5 flows through the drains of the nMOS transistors N21 and N22 corresponding to the previous stage of the cascode amplifier. That is, a current proportional to the control current IB5 input from the variable current source 20 to the nMOS transistor N26 is supplied to the two cascode amplifiers connected to the nMOS transistor N26 in a current mirror connection. Thereby, the gain of the next stage LNA5 is controlled by the control current IB5.

以上詳しく説明したように、本実施形態では、初段LNA1〜4と次段LNA5との2段構成にして、制御電流IB1〜IB4が同時には流れることのない初段LNA1〜4、つまり、同時には動作することのない初段LNA1〜4の出力線どうしを接続し、その合成出力線L1,L2を次段LNA5に各々入力するようにしている。そして、同時に動作している初段LNA1〜4の出力信号の加算は次段増幅器5において行うようにしている。   As described above in detail, in the present embodiment, the first stage LNA1 to 4 and the next stage LNA5 have a two-stage configuration, and the control currents IB1 to IB4 do not flow simultaneously, that is, operate simultaneously. The output lines of the first stage LNA1 to LNA4 that are not to be connected are connected to each other, and the combined output lines L1 and L2 are respectively input to the next stage LNA5. Then, the addition of the output signals of the first stage LNA 1 to 4 operating simultaneously is performed in the next stage amplifier 5.

これにより、出力段がソースフォロワになっているCMOSプロセスの利得可変増幅器においても、同時に動作している初段増幅器1〜4の出力信号を次段増幅器5において加算することができるので、広いダイナミックレンジを確保することができる。また、複数の初段LNA1〜4に流す制御電流IB1〜IB4のトータル値が常に一定となるように制御しているので、低い雑音特性および、制御電圧と利得との関係における高い線形性も確保することができる。   As a result, even in a CMOS process variable gain amplifier in which the output stage is a source follower, the output signals of the first stage amplifiers 1 to 4 operating at the same time can be added in the next stage amplifier 5, so that a wide dynamic range can be obtained. Can be secured. In addition, since the total value of the control currents IB1 to IB4 flowing through the plurality of first-stage LNAs 1 to 4 is controlled to be always constant, low noise characteristics and high linearity in the relationship between the control voltage and the gain are ensured. be able to.

また、本実施形態によれば、初段LNA1〜4の反転増幅器P1,N1で生じたノイズが、当該反転増幅器P1,N1に対して並列に接続された第2増幅器60より出力されるノイズと逆相で加算されることによって相殺される。これにより、CMOSプロセスの初段LNA1〜4において雑音指数の悪化を抑制することができる。   Further, according to the present embodiment, the noise generated in the inverting amplifiers P1 and N1 of the first stage LNA1 to LNA4 is opposite to the noise output from the second amplifier 60 connected in parallel to the inverting amplifiers P1 and N1. It is offset by adding in phase. Thereby, the deterioration of the noise figure can be suppressed in the first stage LNA1 to LNA4 of the CMOS process.

さらに、本実施形態によれば、制御電流IB1〜IB4が供給されていない初段LNA1〜4の第1増幅器50および第2増幅器60の動作をスイッチ手段によって完全にオフとすることができる。これにより、増幅動作に関与しない初段LNA1〜4のトランジスタからノイズが生じないようにすることができるので、CMOSプロセスの初段LNA1〜4において雑音指数の悪化を抑制することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the operations of the first amplifier 50 and the second amplifier 60 of the first stage LNA1 to LNA1 to which the control currents IB1 to IB4 are not supplied can be completely turned off by the switch means. As a result, noise can be prevented from being generated from the transistors of the first-stage LNAs 1 to 4 that are not involved in the amplification operation, so that deterioration of the noise figure can be suppressed in the first-stage LNAs 1 to 4 of the CMOS process.

一般に、増幅器を縦続接続したときの全体の雑音指数NFは、下記の式で与えられる。
NF=NF1+(NF2−1)/G1+(NF3−1)/G1*G2+・・・
ここで、NF1は1段目の増幅器の雑音指数、NF2は2段目の増幅器の雑音指数、NF3は3段目の増幅器の雑音指数である。また、G1は1段目の増幅器の利得、G2は2段目の増幅器の利得である。
In general, the overall noise figure NF when the amplifiers are cascaded is given by the following equation.
NF = NF1 + (NF2-1) / G1 + (NF3-1) / G1 * G2 +.
Here, NF1 is the noise figure of the first stage amplifier, NF2 is the noise figure of the second stage amplifier, and NF3 is the noise figure of the third stage amplifier. G1 is the gain of the first-stage amplifier, and G2 is the gain of the second-stage amplifier.

上述の式から分かるように、増幅器全体の雑音指数NFを小さくするには、
(1)1段目の増幅器の雑音指数NF1を小さくする
(2)1段目の増幅器の利得G1を大きくする
ことが必要となる。本実施形態で言えば、初段増幅器1〜4の雑音指数を小さくすることが特に求められる。これに対して本実施形態では、上述のように初段増幅器1〜4の雑音指数を小さくすることができるので、利得可変増幅器全体の雑音指数を小さくすることができ、良好な受信感度を得ることができる。
As can be seen from the above equation, to reduce the noise figure NF of the entire amplifier:
(1) Reduce the noise figure NF1 of the first-stage amplifier. (2) Increase the gain G1 of the first-stage amplifier. In this embodiment, it is particularly required to reduce the noise figure of the first stage amplifiers 1 to 4. On the other hand, in this embodiment, since the noise figure of the first stage amplifiers 1 to 4 can be reduced as described above, the noise figure of the entire variable gain amplifier can be reduced and good reception sensitivity can be obtained. Can do.

なお、上記実施形態では、初段LNA1〜4の数を4個としたが、これは単なる一例に過ぎない。また、上記実施形態では、2つの初段LNAの出力を結線して合成出力線を形成しているが、これも単なる一例に過ぎない。すなわち、制御電流が同時に流れた初段LNAどうしであれば、3つ以上の初段LNAの出力を結線して合成出力線を形成するようにしても良い。   In the above embodiment, the number of the first-stage LNAs 1 to 4 is four, but this is only an example. In the above embodiment, the outputs of the two first-stage LNAs are connected to form a combined output line, but this is also merely an example. That is, as long as the first stage LNAs in which control currents flow simultaneously, the outputs of three or more first stage LNAs may be connected to form a combined output line.

また、上記実施形態では、4つの制御電流IB1〜IB4のうち多くとも2つの制御電流を同時に流す例について説明したが、これに限定されない。例えば、初段LNAの数を4個より多くする場合において、3つ以上の制御電流を同時に流すケースがあっても良い。   In the above embodiment, an example in which at most two control currents of the four control currents IB1 to IB4 are simultaneously supplied has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, when the number of first stage LNAs is more than four, there may be a case where three or more control currents are simultaneously supplied.

また、上記実施形態の利得可変増幅器は、例えばラジオチューナのRF−AGC回路に用いて好適であるが、RF−AGC回路以外にも適用することが可能である。RF−AGC回路以外に適用する場合、第2〜第4の初段LNA2〜4の入力段にアッテネータ11〜13を接続する代わりに、増幅器を接続しても良い。すなわち、上記実施形態では、入力信号を20[dB]ずつ減衰させることによってトータルで80[dB]のダイナミックレンジを確保する例について説明したが、入力信号を20[dB]ずつ増幅させることによってトータルで80[dB]のダイナミックレンジを確保するようにしても良い。この場合は、アッテネータ11〜13の代わりに用いる増幅器が、本発明のレベル調整器を構成する。   The variable gain amplifier of the above embodiment is suitable for use in, for example, an RF-AGC circuit of a radio tuner, but can be applied to other than an RF-AGC circuit. When applied to other than the RF-AGC circuit, an amplifier may be connected instead of connecting the attenuators 11 to 13 to the input stages of the second to fourth first stage LNAs 2 to 4. That is, in the above embodiment, an example in which a dynamic range of 80 [dB] is secured in total by attenuating the input signal by 20 [dB] has been described. Therefore, a dynamic range of 80 [dB] may be secured. In this case, the amplifier used instead of the attenuators 11 to 13 constitutes the level adjuster of the present invention.

また、上記実施形態では、図2に示すインバータINV1,INV2、pMOSトランジスタP6およびnMOSトランジスタN9〜N10によってスイッチ手段を構成する例について説明したが、これは一例に過ぎない。例えば、インバータINV1,INV2およびpMOSトランジスタP6によってスイッチ手段を構成しても良い。この場合は少なくとも、可変電流源20から制御電流IB1〜IB4が供給されていないときに、第1増幅器50、第2増幅器60およびバイアス回路N5,N6を電源電圧VDDから完全に切り離すことができる。制御電流IB1〜IB4が供給されていないので増幅動作は行われないが、その場合に電源電圧VDDからトランジスタを完全に切り離すことにより、雑音指数の悪化を抑制することができる。   Further, in the above-described embodiment, the example in which the switching means is configured by the inverters INV1 and INV2, the pMOS transistor P6, and the nMOS transistors N9 to N10 illustrated in FIG. 2 is described, but this is only an example. For example, the switching means may be constituted by the inverters INV1, INV2 and the pMOS transistor P6. In this case, at least when the control currents IB1 to IB4 are not supplied from the variable current source 20, the first amplifier 50, the second amplifier 60, and the bias circuits N5 and N6 can be completely disconnected from the power supply voltage VDD. Since the control currents IB1 to IB4 are not supplied, the amplification operation is not performed. In that case, however, the deterioration of the noise figure can be suppressed by completely disconnecting the transistor from the power supply voltage VDD.

または、nMOSトランジスタN9〜N10によってスイッチ手段を構成するようにしても良い。この場合は少なくとも、第1増幅器50を構成するトランジスタN4および第2増幅器60を構成するトランジスタN3は何れもゲートがロウレベルとなって完全にオフとなる。これにより、可変電流源20から制御電流IB1〜IB4が供給されていないときに、第1増幅器50および第2増幅器60の動作を完全にオフとすることにより、雑音指数の悪化を抑制することができる。   Alternatively, the nMOS transistors N9 to N10 may constitute switch means. In this case, at least the transistor N4 constituting the first amplifier 50 and the transistor N3 constituting the second amplifier 60 are all turned off because the gate is at a low level. Thereby, when the control currents IB1 to IB4 are not supplied from the variable current source 20, it is possible to suppress the deterioration of the noise figure by completely turning off the operations of the first amplifier 50 and the second amplifier 60. it can.

また、上記実施形態では、次段LNA5を構成する2つのカスコード増幅器において、カスコード接続における前段側のトランジスタの出力段において信号の加算を行う例について説明したが、これに限定されない。例えば、カスコード接続における後段側のトランジスタの出力段において信号の加算を行うようにしても良い。   In the above-described embodiment, an example in which signals are added in the output stage of the previous-stage transistor in the cascode connection in the two cascode amplifiers constituting the next-stage LNA 5 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, signals may be added at the output stage of the rear stage transistor in the cascode connection.

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   In addition, each of the above-described embodiments is merely an example of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. In other words, the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit or main features thereof.

本発明は、複数の増幅器を接続して利得可変範囲を大きくした利得可変増幅器に有用である。例えば、本発明の利得可変増幅器は、車載機や携帯電話機などの移動体に実装されるラジオチューナに用いて好適である。   The present invention is useful for a variable gain amplifier in which a plurality of amplifiers are connected to increase the variable gain range. For example, the variable gain amplifier of the present invention is suitable for use in a radio tuner mounted on a mobile body such as an in-vehicle device or a mobile phone.

本実施形態による利得可変増幅器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the variable gain amplifier by this embodiment. 本実施形態による初段LNAの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the first stage LNA by this embodiment. 本実施形態による次段LNAの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the next stage LNA by this embodiment. 4個の初段LNAに流れる制御電流の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the control current which flows into four first stage LNAs.

符号の説明Explanation of symbols

1〜4 初段LNA
5 次段LNA
11〜13 アッテネータ
20 可変電流源
50 第1増幅器
60 第2増幅器
P1,N1 反転増幅器
N4 バッファアンプ
N2,N3 カスコード増幅器
INV1,INV2 スイッチ手段を構成するインバータ
P6 スイッチ手段を構成するpMOSトランジスタ
N9〜N10 スイッチ手段を構成するnMOSトランジスタ
N21〜N23 2組のカスコード増幅器
1-4 First-stage LNA
5th stage LNA
11-13 attenuator 20 variable current source 50 first amplifier 60 second amplifier P1, N1 inverting amplifier N4 buffer amplifier N2, N3 cascode amplifier INV1, INV2 inverter constituting switch means P6 pMOS transistor constituting switch means N9-N10 switch NMOS transistors N21 to N23 constituting two sets of cascode amplifiers

Claims (3)

一の入力に対して並列に接続され、各々に流される制御電流によって増幅動作を行う複数の初段増幅器と、
上記複数の初段増幅器の少なくとも一部に対して当該初段増幅器の入力側に接続され、上記複数の初段増幅器に入力する信号のレベルがそれぞれ異なるものとなるように調整するレベル調整器と、
上記複数の初段増幅器の後段に接続される次段増幅器と、
上記複数の初段増幅器に流す上記制御電流を制御し、同時に流れる制御電流のトータル値が一定となるようにする可変電流源とを備え、
上記複数の初段増幅器のうち、上記制御電流が同時には流れることのない初段増幅器の出力線どうしを接続して複数の合成出力線を形成し、上記複数の合成出力線を上記次段増幅器の複数の入力端に別々に入力するように成し、
上記次段増幅器は、上記複数の入力端より入力された信号を各々増幅し、増幅した各信号を加算して出力することを特徴とする利得可変増幅器。
A plurality of first-stage amplifiers connected in parallel to one input and performing an amplification operation by a control current flowing through each of the inputs;
A level adjuster that is connected to the input side of the first-stage amplifier for at least some of the plurality of first-stage amplifiers, and that adjusts the levels of signals input to the first-stage amplifiers to be different from each other;
A next-stage amplifier connected to a subsequent stage of the plurality of first-stage amplifiers;
A variable current source for controlling the control current flowing through the plurality of first-stage amplifiers, and making the total value of the control current flowing simultaneously constant;
Among the plurality of first-stage amplifiers, output lines of the first-stage amplifiers in which the control current does not flow simultaneously are connected to form a plurality of combined output lines, and the plurality of combined output lines are connected to the plurality of first-stage amplifiers. To be input separately at the input end of
The next-stage amplifier amplifies signals input from the plurality of input terminals, adds the amplified signals, and outputs the result.
上記複数の初段増幅器はそれぞれ、
入力信号の位相を反転して増幅する第1増幅器と、
上記入力信号を増幅する第2増幅器とを備えて構成され、
上記第1増幅器の出力信号と上記第2増幅器の出力信号とを加算して出力するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の利得可変増幅器。
Each of the plurality of first stage amplifiers is
A first amplifier for inverting and amplifying the phase of the input signal;
A second amplifier for amplifying the input signal,
2. The variable gain amplifier according to claim 1, wherein the output signal of the first amplifier and the output signal of the second amplifier are added and output.
上記複数の初段増幅器はそれぞれ、
上記可変電流源から上記制御電流が供給されていないときには上記第1増幅器および上記第2増幅器の動作をオフにするためのスイッチ手段を更に備えたことを特徴とする請求項2に記載の利得可変増幅器。
Each of the plurality of first stage amplifiers is
3. The variable gain according to claim 2, further comprising switch means for turning off the operations of the first amplifier and the second amplifier when the control current is not supplied from the variable current source. amplifier.
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