JP2009516979A - 単調な可変利得増幅器及び自動利得制御回路 - Google Patents

Abstract

所望の利得を達成するように制御できる単調な可変利得増幅器であって、該増幅器は、入出力端子間に並列に接続される少なくとも２つの増幅段（４１〜４５）と、制御ループ（１９０）とを備え、各増幅段は、周期的電気入力信号によって制御されるバイアス電流（Ｉ_ｂｉ）が流れる固定利得トランスコンダクタンス増幅器（１００，１０２）と、電圧源から得られるバイアス電流量（Ｉ_１ｉ）に対する、第１の出力点から得られるバイアス電流量（Ｉ_ｂｉ）の比率を変えるように制御可能な可制御分流器（１０４，１０６）とを有し、制御ループ（１９０）は、出力される増幅したＤＣ電流に併うＤＣ電圧を一定レベルに保持する。

Description

本発明は、単調な可変利得増幅器及び自動利得制御回路、並びにこれらの動作方法に関する。

単調な可変利得増幅器は、制御電圧を出力する外部電子デバイスの制御下で、下限Ｇ_ｍｉｎと上限Ｇ_ｍａｘとの間で連続且つ単調の可変利得を有する。

ここで云う“単調な”とは、制御電圧が連続的に増大するか、或いは又、連続的に減少するのに従って、［Ｇ_ｍｉｎ；Ｇ_ｍａｘ］間で利得が連続的に変化することを意味している。

ここで云う“連続”とは、［Ｇ_ｍｉｎ；Ｇ_ｍａｘ］間の利得変化に、ステップがない、即ち不連続性がないことを意味している。

単調な可変利得増幅器の利得は、周期的出力電圧Ｖ_ＩＮ又は電流Ｉ_ＩＮに対する周期的出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅比として規定される。

既存の単調な可変利得増幅器は、
増幅すべき周期的電気入力信号を受信する少なくとも１つの入力端子と、
増幅した振幅を有する周期的電流を、ＤＣ電圧を伴って出力する少なくとも１つの出力端子とを有する。

幾つかの単調な可変利得増幅器は、トランスコンダクタンス増幅器を用いている（例えば、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ他の米国特許出願第２００２／００８６６５１号）。可変利得トランスコンダクタンス増幅器は、雑音が多く、且つ線形性に乏しいので、これらの単調な可変利得増幅器には、好適には、固定利得トランスコンダクタンス増幅器を用いる必要がある。

しかしながら、固定利得トランスコンダクタンス増幅器は、高バイアス電流がこれら増幅器に流れると、雑音が多くなる。

従って、本発明の目的は、雑音の少ない単調な可変利得増幅器を提供することにある。

前述及び他の目的に対して提供される、本発明による単調な可変利得増幅器は、
入出力端子間で並列に接続された少なくとも２つの増幅段と、制御ループとを備え、
各増幅段は、
周期的電気入力信号を受信する少なくとも１つの入力点、及び前記周期的電気入力信号によって制御されるバイアス電流が流れる周期的電流出力端を有する固定利得トランスコンダクタンス増幅器と、
出力端子及び電圧源にそれぞれ接続される第１出力点及び第２出力点、及び前記固定利得トランスコンダクタンス増幅器の周期的電流出力端に接続される入力点を有し、且つ前記第２出力点から得られるバイアス電流量に対する、前記第１出力点から得られるバイアス電流量の比率を変えるように制御可能な可制御分流器とを有し、
前記制御ループは、出力される増幅した周期的電流に伴うＤＣ電圧を、一定レベルに保持する。

上述の単調な可変利得増幅器では、固定利得トランスコンダクタンス増幅器の各々に流れるＤＣバイアス電流は、１つの増幅段を同じ利得を得るように用いていた場合よりも小さくなる。
バイアス電流をより小さくすることにより、分流器から生じる雑音を少なくさせる。従って、単調な可変利得増幅器の全雑音も減少する。

上述の単調な可変利得増幅器における以下の例は、１つ又は幾つかの以下の構成要素を備えることができる。
少なくとも１つの増幅段は、バイアス電流を固定利得トランスコンダクタンス増幅器に流すことができる導通状態から、バイアス電流を固定利得トランスコンダクタンス増幅器に流すことができない非導通状態に、切り換えることができる可制御スイッチを有すること。
単調な可変利得増幅器は、他の増幅段の各々のバイアス電流が所定の閾値よりも低い値を有し、且つこの他の増幅段だけを用いて所望の利得を達成できる場合に、可制御スイッチを非導通状態に自動的に切り換える制御ユニットを有すること。
固定利得トランスコンダクタンス増幅器は、利得を一定に保つフィードバックループを有すること。
固定利得トランスコンダクタンス増幅器の固定利得値は、２よりも大きい公比を有する等比級数を構成するように選定されていること。
単調な可変利得増幅器は、差動増幅される周期的電気入力信号を受信する２つの入力端子と、差動増幅される周期的電流を出力する２つの出力端子とを有し、電流制御ループのＤＣ利得による制御ループの−３ｄＢでの帯域幅積は、差動入力信号の周波数をｆ_０として、３ｆ_０より大きいこと。
分流器は、第１出力点に接続されるコレクタ、及び抵抗を経て入力点に接続されるエミッタを有する左側トランジスタと、電圧源に接続されるコレクタ、及び該抵抗に等しい値の別の抵抗を経て入力点に接続されるエミッタを有する右側トランジスタとを備えること。

単調な可変利得増幅器の上述の例は、以下の利点を提示する。
増幅段のバイアス電流が所望の利得を達成するのに必要でなければ、その増幅段のバイアス電流をスイッチオフすることにより、単調な可変利得増幅器の電流消費量を低減させることができる。
フィードバックループを有する固定利得トランスコンダクタンス増幅器を用いることにより、単調な可変利得増幅器の線形性を高めることができる。
２よりも大きい公比を有する等比級数を構成する固定利得を有するトランスコンダクタンス増幅器を用いることにより、所望の利得を達成するのに必要となる増幅段の数を減少させることができる。
周期的電気入力信号の周波数ｆ_０の３倍より大きい制御ループで利得帯域幅積を有することにより、コモンモードリジェクションを少なくとも１０ｄＢ改善することができる。
抵抗の変化を有する分流器は、この分流器に供給される制御信号からの雑音による出力信号振幅の変調を減少させることができる。

また、本発明は、
周期的電気入力信号を受信する少なくとも１つの入力端子、及び増幅される周期的電流を出力する少なくとも１つの出力端子を有する、上述の単調な可変利得増幅器と、
周期的電気入力信号の振幅が変化するとしても、増幅される周期的電流の振幅を一定に保持するように単調な可変利得増幅器の利得を調整する検出器と、
を備える自動利得制御回路に関する。

また、本発明は、可制御スイッチの切り換えを、達成すべき所望の利得の関数として自動的にトリガする、上述の単調な可変利得増幅器を制御する制御方法に関する。

単調な可変利得増幅器の制御方法の例は、１つ又は幾つかの以下の構成要素を含むことができる。
第１の出力点から或る増幅段のバイアス電流量を流さないように、対応する分流器を制御する時点で、増幅段の可制御スイッチを導通状態に切り換えるステップを含む。
他の増幅段の第１の出力点から流れる該他の増幅段の電流バイアス量が、少なくとも８０％よりも高い所定の割合のバイアス電流に達するときに、或る増幅段の可制御スイッチを導通状態に自動的に切り換えるステップを含む。

本制御方法の上述の例は、以下の利点を提示する。
増幅段が第１の出力点からの電流バイアス量のほどんどを流し始める前に、この増幅段の可制御スイッチを導通状態に切り換えることにより、この可制御スイッチの切り換えの故に、増幅される周期的電流で出力されるＤＣ電圧におけるピーク電圧の振幅を制限することができる。
他の増幅段の第１の出力点から流れるバイアス電流が、この他の増幅段のバイアス電流の少なくとも８０％を表すときに、自動的に導通状態に切り換えることにより、ＤＣ電圧にピークを生じさせることなく増幅段を始動することができ、また、増幅段が有用になる前に早すぎる始動が行われないので、単調な可変利得増幅器の電力消費量を制限することができる。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下の説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになる。

図１は、例えば無線信号を受信するためのアンテナ４に接続したテレビジョンチューナ２を示す図である。

以下の説明では、当業者にとって周知の機能又は構造は、詳細に記載しないことにする。

チューナ２は、ディジタル信号プロセッサ８に接続されたＡＧＣ（自動利得制御）回路６を有する。

例えば、回路６は、差動電圧Ｖ_ＩＮＰ，Ｖ_ＩＮＮを受信するための入力端子１０及び１２と、差動電圧信号Ｖ_ＯＵＴＰ，Ｖ_ＯＵＴＮを出力するための２つの出力端子１４，１６とを有する。

電圧Ｖ_ＩＮＰ，Ｖ_ＩＮＮ，Ｖ_ＯＵＴＰ，及びＶ_ＯＵＴＮは、周期的電圧であり、好適には、交流、即ちＡＣ電圧である。

回路６は、利得を自動的に調整し、受信電圧Ｖ_ＩＮＰ及びＶ_ＩＮＮの振幅に関らず、出力電圧Ｖ_ＯＵＴＰ及びＶ_ＯＵＴＮの振幅を一定のレベルに保つようにする。

回路６は、単調な可変利得増幅器２０と、この増幅器２０を調整するための検出器２２とを有する。

より正確には、増幅器２０は、それぞれ端子１０及び１２に直接接続される２つの入力端子２４，２６を有する。また、増幅器２０は、電流−電圧変換器段３１を介して、それぞれ出力端子１４及び１６に直接接続される２つの出力端子２８，３０を有する。

また、出力端子２８及び３０は、変換器段３１を介して、それぞれ検出器２０の入力端子３２及び３４に接続される。検出器２２は、増幅器２０の入力制御端子３８に接続される出力端子３６を有する。端子３８は、制御電圧Ｖ_ＣＴＲＬを受信する。

増幅器２０は、電圧Ｖ_ＩＮＰ，Ｖ_ＩＮＮを増幅して、端子２８及び３０によりそれぞれ増幅した周期的電流Ｉ_ＯＵＴＰ及びＩ_ＯＵＴＮを、ＤＣ電圧Ｖ_０を伴って出力するように設計されている。典型的には、電流Ｉ_ＯＵＴＰ及びＩ_ＯＵＴＮは、交流、即ちＡＣ電流である。増幅器２０の利得は、端子３８で受信する電圧Ｖ_ＣＴＲＬに従って調整される。

検出器２２は、電圧Ｖ_ＯＵＴＰ，Ｖ_ＯＵＴＮの電力を一定の基準電力と比較するように設計されている。この比較結果に従って、検出器２２は、電圧Ｖ_ＣＴＲＬを増大させるか、又は減少させて、電流Ｉ_ＯＵＴＰ及びＩ_ＯＵＴＮの振幅に直接依存する電圧Ｖ_ＯＵＴＰ及びＶ_ＯＵＴＰの振幅を、一定のレベルに保つようにする。

プロセッサ８によって行われる信号処理は、本説明の範囲を超えており、説明しないことにする。

図２は、増幅器２０の実施例を示している。

図１に既に説明した増幅器２０の要素には、同一の参照番号を付している。

増幅器２０は、一方の端子２４、２６と、他方の端子２８及び３０との間で、並列に接続した少なくとも２つの増幅器を有する。例えば、図２では、増幅器２０は、左から右まで６つの増幅段４０〜４５を有する。増幅段４０は、固定利得増幅段であり、増幅段４１〜４５は、可変利得増幅段である。

図２で、電圧Ｖ_ＯＵＴＮを得るために電圧Ｖ_ＩＮＮを処理する回路は、電圧Ｖ_ＯＵＴＰを得るために電圧Ｖ_ＩＮＰを処理する回路から理解することができる。従って、電圧Ｖ_ＯＵＴＰ及びＶ_ＩＮＰに係る回路のみを、以下、詳細に説明する。

増幅段４０は、
２つの固定利得トランスコンダクタンス増幅器５０，５２を有する１つの差動トランスコンダクタンス増幅器と、
２つの可制御分流器５４，５６を有する１つの差動分流器と、
を有する。

ここで云う“固定利得”とは、利得が一定であり、制御可能でないことを意味する。

増幅器５０は、
端子２４に直接接続された入力点６０と、
入力点６０で受信した電圧Ｖ_ＩＮＰに比例するＤＣバイアス電流Ｉ_ｂ１が流れる周期的電流出力端６２と、
を有する。

増幅器５０は、トランジスタ６６を有し、トランジスタ６６のコレクタは、出力端６２に接続され、トランジスタ６６のエミッタは、抵抗６８を介して接地される。“Ｒ”は、抵抗６８の値である。

トランジスタ６６のゲートは、入力点６０に直接接続される。

増幅器５０は、約１／Ｒに等しい固定利得を有する。

増幅器５２は、
端子２６に直接接続された入力点７０と、
周期的電流出力端７２と、
を有する。

増幅器５２は、増幅器５０と同じである。これらは共に、差動増幅器として機能する。

分流器５４は、２つのＡＣ電流出力点８０及び８２と、１つのＡＣ電流出力点８４とを有する。

点８０は、出力端子２８に接続され、ＤＣ電流Ｉ_０１を受信する。

点８２は、電圧源Ｖ_ｄｄに接続され、電圧源からのＤＣ電流Ｉ_１１を流す。

点８４は、出力端６２に接続される。

分流器５４は、点８０に直接接続されるコレクタと、点８４に直接接続されるエミッタを有する左側トランジスタ８６を有する。トランジスタ８６のベースは、定電圧源８８に接続される。

また、分流器５４は、点８２に直接接続されるコレクタと、点８４に直接接続されるエミッタを有する右側トランジスタ９０を有する。トランジスタ９０のベースは、定電圧源９２に接続される。

分流器５４は、分流器５６とともに差動分流器を形成する。

定電圧源８８及び９２は、それぞれ定電圧Ｖ_１及びＶ_２を出力する。電圧Ｖ_１及びＶ_２の値は、ＤＣ電流Ｉ_１１に対するＤＣ電流Ｉ_０１の比率を決定し、増幅器２０の下限利得Ｇ_ｍｉｎを設定する。例えば、電圧Ｖ_１は、１．８Ｖに等しくして、電圧Ｖ_２は、１．４Ｖに等しくする。

分流器５６は、２つのＡＣ電流出力点９４及び９６と、１つのＡＣ入力点９８とを有する。点９４は、電圧源Ｖ_ｄｄに直接接続され、点９６は、出力端子３０に接続される。

点９８は、出力点７２に直接接続される。

例えば、分流器５６は、分流器５４と同じである。より正確には、分流器５６のトランジスタのベースは、分流器５４の場合と同様に、定電圧源８８及び９２に接続される。

また、増幅段４１は、差動固定利得トランスコンダクタンス増幅器を構成する２つの固定利得トランスコンダクタンス増幅器１００及び１０２と、増幅段４０に関して開示されるように、差動分流器を構成するとともに、端子２４，２６，２８，及び３０、電圧源Ｖ_ｄｄ及び接地間で接続される２つの分流器１０４，１０６とを有する。

例えば、増幅器１００及び１０２は、増幅器５０及び５２と同じであり、同じ固定利得１／Ｒを有する。

また、分流器１０４及び１０６は、増幅段４０の分流器５４及び５６と同じである。ＤＣ電流Ｉ_０２は、左側トランジスタを流れ、ＤＣ電流Ｉ_１２は、右側トランジスタを流れる。ＤＣバイアス電流Ｉ_ｂ２は、増幅器１００を流れる。

増幅段４１は、利得を制御するために、増幅段４０の定電圧源８８及び９２を置き換える分流器コントローラ１１０を有する。

より正確には、コントローラ１１０は、端子３８及び基準電位Ｖ_ＲＥＦ２に接続される２つの入力端１１２及び１１４を有する。例えば、電位Ｖ_ＲＥＦ２は、０．６Ｖに等しくする。

入力１１２は、電圧Ｖ_ＣＴＲＬを受信する。

電位Ｖ_ＲＥＦ２及び電圧Ｖ_ＣＴＲＬは、ＤＣ電流Ｉ_１２に対するＤＣ電流Ｉ_０２の比率を決定する。例えば、電圧Ｖ_ＣＴＲＬが電圧Ｖ_ＲＥＦ２に等しいときに、ＤＣ電流Ｉ_０２は、ＤＣ電流Ｉ_１２に等しくなる。

また、コントローラ１１０は、同じスロープで逆方向に変化する２つの差動出力１１６及び１１８を有する。スロープは、５０ｄＢ/Ｖ よりも常に小さく、電圧Ｖ_ＣＴＲＬにおける電流の雑音に対する増幅器２０の感度を低くするために、２０ｄＢ/Ｖと３０ｄＢ/Ｖとの間にするのが好適である。デシベルレベルは、デシベル数をｘとしたとき、ｘ ｄＢ＝２０Ｌｏｇ（Ｖ_ＯＵＴＰ / Ｖ_ＩＮＰ）の関係を用いて計算することができる。

出力１１６，１１８は、電圧Ｖ_ＣＴＲＬ及び電位Ｖ_ＲＥＦ２の差に比例している。

出力１１６，１１８は、分流器１０４の左右のトランジスタのベースにそれぞれ直接接続される。

増幅段４１は、次の段、即ち増幅段４２を始動及び停止することができる制御ユニット１２０に関連付けられている。

制御ユニット１２０は、電圧Ｖ_ＣＴＲＬ及び電位Ｖ_ＲＥＦ２をそれぞれ受信するための２つの入力端１２２及び１２４を有する。制御ユニット１２０は、増幅段４２を始動及び停止することができる制御信号を出力するための１つの出力端１２６も有する。

制御ユニット１２０は、電流Ｉ_０２がバイアス電流Ｉ_ｂ２の割合Ｐよりも大きくなるときに増幅段４２を始動し、電流Ｉ_０２がバイアス電流Ｉ_ｂ２の割合Ｐよりも小さくなるときに増幅段４２を停止することができる制御信号を自動的に出力するように設計されている。割合Ｐを８０％以上になるように選定しており、このため、増幅段４２は、制御電圧Ｖ_ＣＴＲＬによって設定された所望の利得に達するのに有用になる直前に始動する。同様に、割合Ｐを８０％以上になるように選定したことで、増幅段４２は、制御電圧Ｖ_ＣＴＲＬによって設定された所望の利得に達するのに有用でなくなった直後に急速に停止する。

例えば、割合Ｐは、９０％以上になるように選定することができる。

割合Ｐは、増幅段４２の始動又は停止時に、ＤＣ電圧Ｖ_０におけるピークを避けるために、厳密に１００％未満にする。

制御ユニット１２０は、電圧Ｖ_ＣＴＲＬ及び電圧Ｖ_ＲＥＦ２から、電流Ｉ_ｂ２に対する電流Ｉ_０２の値を決定する。

増幅段４２は、増幅段４２の始動及び停止に用いられる２つの追加の可制御スイッチ１３０及び１３２を有する点を除いて、増幅段４１のものと同一の構造を有する。

固定利得トランスコンダクタンス増幅器、分流器、及び増幅段４２のコントローラは、それぞれ参照符号１３４，１３６，１３８，１４０，及び１４２を付している。

固定利得トランスコンダクタンス増幅器１３４及び１３６における抵抗の値は、２／Ｒに等しい固定利得を得るために、Ｒ／２に等しくする。

コントローラ１４２の入力端は、基準電位Ｖ_ＲＥＦ３に接続される。例えば、電位Ｖ_ＲＥＦ３は、０．９Ｖに等しくする。

増幅段４２における電流Ｉ_０３，Ｉ_１３，Ｉ_ｂ３は、増幅段４１の電流Ｉ_０２，Ｉ_１２，及びＩ_ｂ２に対応している。

スイッチ１３０及び１３２は、接地と増幅器１３４及び１３６のＡＣ電流入力端との間に、それぞれ接続される。

スイッチ１３０及び１３２は、制御ユニット１２０の制御下で、増幅段４２を停止する非導通状態と、増幅段４２を開始する導通状態との間で切り換えることができる。

増幅段４２は、電圧Ｖ_ＣＴＲＬ及びＶ_ＲＥＦ３に従って、次の段、即ち増幅段４３を始動及び停止することができる制御ユニット１５０に関連付けられている。制御ユニット１５０は、制御ユニット１２０と同様である。

次の増幅段４３，４４，及び４５の構造は、増幅段４２の構造と同じである。

増幅段４３〜４５の固定利得トランスコンダクタンス増幅器の抵抗の値は、それぞれＲ／４，Ｒ／８，及びＲ／１６に等しくする。

増幅段４３〜４５のコントローラは、それぞれ基準電位Ｖ_ＲＥＦ４，Ｖ_ＲＥＦ５，及びＶ_ＲＥＦ６に接続される。例えば、電位Ｖ_ＲＥＦ４，Ｖ_ＲＥＦ５，及びＶ_ＲＥＦ６は、それぞれ１．２Ｖ，１．５Ｖ，及び１．８Ｖに等しくする。

増幅段４３〜４５の電流Ｉ_０４，Ｉ_０５，Ｉ_０６，Ｉ_１４，Ｉ_１５，Ｉ_１６，Ｉ_ｂ４，Ｉ_ｂ５，及びＩ_ｂ６は、増幅段４２の電流Ｉ_０３，Ｉ_１３，及びＩ_ｂ３に対応している。

増幅段４３及び４４は、増幅段４４及び増幅段４５を始動及び停止するための制御ユニット１６０及び１６２にそれぞれ関連付けられている。制御ユニット１６０及び１６２は、制御ユニット１２０と同じ構造を有するので、詳細には説明しない。

各増幅段４０〜４５の点８０は、コモン点１７０に接続される。同様に、各増幅段４０〜４５の点９６は、コモン点１７２に接続される。

点１７０及び１７２は、それぞれ電流源１７４及び１７６に接続される。

点１７０及び１７２に流れるＤＣ電流は、それぞれ電流Ｉ_０及びＩ_１として参照番号を付している。

また、点１７０及び１７２は、増幅したＡＣ電流の出力端子２８及び３０に接続される。端子２８，３０は、電圧Ｖ_ＩＮＰ及びＶ_ＩＮＮの変化をそれぞれ反映するとともに、Ｖ_ＣＴＲＬに従う大きさの振幅を有するＡＣ電流Ｉ_ＯＵＴＰ及びＩ_ＯＵＴＮを出力する。端子２８，３０のＤＣ電圧は、それぞれ電圧Ｖ_０及びＶ_１に等しい。

端子２８及び３０は、電流−電圧変換器段３１を介して、それぞれ端子１８０及び１８２に接続される。

変換器段３１は、それぞれ出力電流Ｉ_ＯＵＴＰ，Ｉ_ＯＵＴＮを出力電圧Ｖ_ＱＵＴＰ，Ｖ_ＱＵＴＮに変換するように設計されている。この回路について、更なる詳細な説明はしない。本例では、電流−電圧変換器の固定利得は、Ｒに等しい。

また、増幅器２０は、ＤＣ電流Ｉ_０及びＩ_１を一定レベルに保つためにＤＣ電流制御ループ１９０を有する。これは、ＤＣ電圧Ｖ_０及びＶ_１も一定に保つ。これにより、端子２８，３０は、適切にバイアスされる。

集積型線形増幅器１９２は、ループ１９０に接続される出力端１９３と、２つの入力端１９４及び１９６を有する。出力端１９３は、電圧Ｖ_ＳＯＵＴを出力する。

入力１９４は、２つの同一の抵抗１９８及び２００を経て、点１７０及び１７２に接続される。入力端１９４は、コモンモード電圧Ｖ_ＳＩＮを受信する。

入力端１９６は、基準電位Ｖ_ＳＲＥＦに接続される。電位Ｖ_ＳＲＥＦは、電圧Ｖ_０及びＶ_１の値を固定にする。

電圧Ｖ_ＳＯＵＴは、電圧Ｖ_ＳＩＮとＶ_ＳＲＥＦとの差に比例している。

他端にて、ループ１９０は、バイアスユニット２０４に接続される。

バイアスユニット２０４は、中間点２１０を経て直列に接続される２つの抵抗２０６及び２０８を有する。

抵抗２０６の一端は、各増幅段４０〜４５の入力点６０に接続される。

抵抗２０８の一端は、各増幅段４０〜４５の入力点７０に接続される。

コモン点２１０は、ループ１９０の一端に接続される。

制御ユニット２０４は、各固定利得トランスコンダクタンス増幅器のトランジスタ６６をバイアスするのに有用である。

ループ１９０は、３ｆ_０よりも大きい、好適には１０ｆ_０よりも大きい利得帯域積を有するように設計されている。尚、ｆ_０は、入力電圧のＶ_ＩＮＰ及びＶ_ＮＮの周波数である。この利得帯域幅積は、このループのＤＣ利得によって、ループ１９０の−３ｄＢにおける帯域幅積として規定される。３ｆ_０に等しい利得帯域幅積は、コモンモードリジェクションを１０ｄＢ、高めることができ、１０ｆ_０より大きい利得帯域幅積は、コモンモードリジェクションを２０ｄＢ、高めることができる。

増幅器２０の動作を、図３〜５を参照して説明する。

図４は、電圧Ｖ_ＣＴＲＬの値に従って、電流Ｉ_０１，Ｉ_０２，Ｉ_０３，Ｉ_０４，Ｉ_０５、及びＩ_０６の変化の例を表している。

図５は、電圧Ｖ_ＣＴＲＬの値に従って、バイアス電流Ｉ_ｂ１，Ｉ_ｂ２，Ｉ_ｂ３，Ｉ_ｂ４，Ｉ_ｂ５，及びＩ_ｂ６の変化の例を表している。

以下、増幅器２０の動作を、電圧Ｖ_ＩＮＰ及びＶ_ＯＵＴＰに関して説明する。電圧Ｖ_ＩＮＮ及びＶ_ＯＵＴＮに関する増幅器２０の動作は、電圧Ｖ_ＩＮＮ及びＶ_ＯＵＴＮに関する説明から理解することができる。

まず、ＤＣ電流Ｉ_０及びＩ_１は、増幅器２０の全動作の間、一定のままであることに留意する。例えば、電流Ｉ_０が減少すると、電圧Ｖ_ＳＩＮも減少する。この結果、Ｖ_ＳＯＵＴは、始動する増幅段の各々のバイアス電流を増加させる。バイアス電流Ｉ_ｂｉが増大することにより、電流Ｉ_０ｉを増加させ、最終的に電流Ｉ_０が増加する。

ＤＣ電流Ｉ_０の値は、電流源１７４によって出力された電流の値によって設定される。

ここで、ＤＣ電流Ｉ_０の値は、約３６０μＡに設定されるものとする。また、初期の制御電圧Ｖ_ＣＴＲＬは、ゼロに等しいものとする。

ステップ２２０（図３）にて、増幅器２０のパワーオンで、増幅段４２〜４５が停止する。これは、各増幅段４２〜４５のスイッチ１３０及び１３２が、非導通状態にあることを意味する。

次に、ステップ２２２（図３）で、増幅段４１のコントローラ１１０は、電圧Ｖ_ＣＴＲＬが電位Ｖ_ＲＥＦ２に対して極めて小さい故に電流Ｉ_０２がゼロになるように分流器１０４を制御する。従って、この状態では、電流Ｉ_０１及びＩ_１２は、それぞれ電流Ｉ_０及びＩ_ｂ２に等しくなる。更に、増幅器５０及び１００の抵抗６８の値が等しいので、電流Ｉ_ｂ１及びＩ_ｂ２も等しくなる。

このステップにおいて、増幅器２０の利得は、下限Ｇ_ｍｉｎに等しくなる。ここで、Ｇ_ｍｉｎは、１に等しい。

この状況は、閾値Ｓ_１前の図４、及びゼロに等しい制御電圧の図５に表されている。

ここで、電圧Ｖ_ＣＴＲＬは、連続して増大する場合を想定する。

従って、ステップ２２４（図３）にて、コントローラ１１０は、電流Ｉ_０２を所定の勾配で増大させて、電流Ｉ_１２を電流Ｉ_０２のものと逆の勾配で減少させるように、分流器１０４を制御する。この結果、電流Ｉ_０１及びＩ_０２は、互いに式（１）で関連付けられているので、電流Ｉ_０１は減少する。

[数１]
Ｉ_０１＋Ｉ_０２＝Ｉ_０ （１）

また、電流Ｉ_０１が減少するので、電流Ｉ_ｂ１及びＩ_ｂ２も減少する。

これは、閾値Ｓ_１とＳ_２との間の図４、及び０．６２５ボルト未満の制御電圧Ｖ_ＣＴＲＬの場合における図５にも示されている。

並行して、ステップ２２６（図３）にて、増幅段４２のコントローラ１４２は、左側トランジスタ８６が非導通となるように、分流器１３８を制御する。

閾値Ｓ_２付近で、増幅器２０の利得は、２に等しくなる。

閾値Ｓ_２を超えると、電圧Ｖ_ＣＴＲＬは、電流Ｉ_０２が電流Ｉ_ｂ２のＰ％に等しくなるように大きくなる。

この結果、ステップ２２８（図３）にて、制御ユニット１２０は、増幅段４２を始動する。ステップ２２８にて、制御ユニット１２０は、増幅段４２のスイッチ１３０及び１３２を制御して切り換え、これらを導通状態にする。この時点で、図５に示すように、前にゼロであった電流Ｉ_ｂ３は、３５０μＡに近い値にステップする。始めに、電流Ｉ_ｂ３は、電圧源Ｖ_ｄｄからその全部を得られるので、電流Ｉ_ｂ３は、電流Ｉ_１３に等しい。このとき、電流Ｉ_０３は、ゼロである。従って、電流Ｉ_ｂ３の値の該ステップは、電流Ｉ_０に影響を与えない。より正確には、増幅段４２を始動しても、電流Ｉ_０のＤＣ強度ピーク、又は電圧Ｖ_０における振幅ピーク電圧を生成することはない。

以後、電圧Ｖ_ＣＴＲＬが閾値Ｓ３を超えるときに、ステップ２３０（図３）にて、コントローラ１４２は、電流Ｉ_０３が増加し始めるように、分流器１３８の左側トランジスタを制御する。この結果、電流Ｉ_０１及びＩ_０２は、図４に示されているように減少する。これにより、バイアス電流Ｉ_ｂ１，Ｉ_ｂ２，及びＩ_ｂ３は、図５に示されているように減少する。

並行して、ステップ２３２（図３）にて、増幅段４３のコントローラは、電圧Ｖ_ＣＴＲＬが電位Ｖ_ＲＥＦ４に対して極めて小さい故に電流Ｉ_０４がゼロになるように分流器のトランジスタ８６を制御する。

閾値Ｓ_４を超えると、電流Ｉ_０３は、電流Ｉ_ｂ３のＰ％に等しくなる。従って、ステップ２３４（図３）にて、制御ユニット１５０は、次の増幅段、即ち増幅段４３を始動する。

同様に、電圧Ｖ_ＣＴＲＬの値が大きくなるのに従って、次の増幅段４４及び４５は、相次いで始動する。

より正確には、電圧Ｖ_ＣＴＲＬが、
閾値Ｓ_５を超えると、電流Ｉ_０４が増幅段４３の分流器に流れ始め、
閾値Ｓ_６を超えると、増幅段４４が始動し、
閾値Ｓ_７を超えると、電流Ｉ_０５が増幅段４４の分流器に流れ始め、
閾値Ｓ_８を超えると、増幅段４５が始動し、
閾値Ｓ_９を超えると、電流Ｉ_０６が増幅段４５の分流器に流れ始める。

図４では、横軸に平行なラインＩ_０は、電圧Ｖ_ＣＴＲＬの値に関らず、全てのＤＣ電流Ｉ_０ｉの合計が一定であることを示している。

電圧Ｖ_ＣＴＲＬが減少するときの増幅器２０の動作は、電圧Ｖ_ＣＴＲＬが増加するときについて説明した動作と同様である。増幅段は、前の増幅段の電流Ｉ_０がバイアス電流Ｉ_ｂのＰ％よりも小さいときに自動的に停止することに留意すべきである。

図６は、増幅段４０〜４５のいずれかの差動分流器を取り替えることができる２つの分流器２５０及び２５２を有する差動分流器の別の実施例を示している。図６では、図２で既に説明した分流器２５０及び２５２の要素は、同一の参照番号を付している。

分流器２５０及び２５２は、同じである。

分流器２５０は、トランジスタ８６及び９０のエミッタが、それぞれ抵抗２５４及び２５６を経て点８４に接続されるという事実のみ、分流器５４と相違する。これにより、出力端１１６及び１１８を介して出力される信号内の雑音に対する増幅器２０の感度を減少させることができる。

図７は、増幅段４０〜４５のいずれかの２つの固定利得トランスコンダクタンス増幅器を取り替えることができる差動固定利得トランスコンダクタンス増幅器２６０を示している。

図７では、入出力点は、図２で用いられるものと同一の参照番号を付している。

図７の回路図は、当業者にとって周知のアプリケーション図である。従って、図２の固定利得トランスコンダクタンス増幅器を取り替えるように変更する必要がある増幅器２６０の要素のみを詳細に説明する。

増幅器２６０は、ＤＣバイアス電流を出力するために、可制御電流源２６２を有する。

可制御スイッチ２６４は、可制御電流源２６２の出力端でバイアス電流をスイッチオフするように実装することができる。スイッチ２６４は、スイッチ１３０及び１３２を取り替えるものである。実際上、スイッチ２６４が非導通状態に切り換えられると、バイアス電流を増幅器２６０に流すことができない。

可制御電流源２６２は、ループ１９０の電圧Ｖ_ＳＯＵＴによって制御される。この結果、ループ１９０は、バイアス電流Ｉ_ｂｉの強度を変えることができる。

多くの追加の実施例が可能である。例えば、如何なる種類の固定利得トランスコンダクタンス増幅器も増幅器２０にて使用することができる。

増幅器２０の回路は、非差動入出力の電気的信号に適合させることができる。

増幅器２０が、増幅した周期的電流を出力する必要がある場合、変換器段３１を省くようにする。逆に、電流−電圧変換器段を入力端子２４及び２６の前に加えて、増幅すべき入力ＡＣ電流を受信し、増幅した電流又は増幅した電圧のいずれかを出力することができるようにする。

ループ１９０の利得帯域幅積は、必ずしも３ｆ_０よりも大きくなければならないというわけではない。

増幅段の始動及び停止を制御する他のやり方を実装することもできる。

増幅器２０は、ＡＧＣ回路以外の回路で使用することができる。

自動利得制御回路を有するテレビジョンチューナの概略図である。 図１の自動利得制御回路に用いられる単調な可変利得増幅器の概略図である。 図２の単調な可変利得増幅器を制御する方法のフローチャートである。 制御電圧Ｖ_ＣＴＲＬに従って、図２の増幅器の増幅段を流れる電流Ｉ_０ｉの強度の図である。 制御電圧Ｖ_ＣＴＲＬに従って、図２の増幅器の増幅段を流れる電流Ｉ_ｂｉの強度の図である。 図２の増幅器に使用される分流器の別の実施例の概略図である。 図２の増幅器に使用できるフィードバックループを有する固定利得トランスコンダクタンス増幅器の実施例の概略図である。

Claims (10)

1. 所望の利得を達成するように制御できる単調な可変利得増幅器であって、
   増幅すべき周期的電気入力信号を受信する少なくとも１つの入力端子と、
   前記周期的電気入力信号に従って、増幅した振幅を有する周期的電流を、ＤＣ電圧を伴って出力する少なくとも１つの出力端子とを備え、
   前記単調な可変利得増幅器は、
   前記入出力端子間で並列に接続された少なくとも２つの増幅段と、制御ループとを備え、
   各増幅段は、
   前記周期的電気入力信号を受信する少なくとも１つの入力点、及び前記周期的電気入力信号によって制御されるバイアス電流が流れる周期的電流出力端を有する固定利得トランスコンダクタンス増幅器と、
   前記出力端子及び電圧源にそれぞれ接続される第１出力点及び第２出力点、及び前記固定利得トランスコンダクタンス増幅器の周期的電流出力端に接続される入力点を有し、且つ前記第２出力点から得られるバイアス電流量に対する、前記第１出力点から得られるバイアス電流量の比率を変えるように制御可能な可制御分流器とを有し、
   前記制御ループは、出力される増幅した周期的電流に併うＤＣ電圧を、一定レベルに保持する、単調な可変利得増幅器。
2. 少なくとも１つの前記増幅段は、前記バイアス電流を前記固定利得トランスコンダクタンス増幅器に流すことができる導通状態から、前記バイアス電流を前記固定利得トランスコンダクタンス増幅器に流すことができない非導通状態に、切り換えることができる可制御スイッチを有し、
   前記単調な可変利得増幅器は、他の増幅段の各々のバイアス電流が所定の閾値よりも低い値を有し、且つこの他の増幅段だけを用いて所望の利得を達成できる場合に、前記可制御スイッチを非導通状態に自動的に切り換える制御ユニットを有する、請求項１に記載の単調な可変利得増幅器。
3. 前記固定利得トランスコンダクタンス増幅器は、利得を一定に保つフィードバックループを有する、請求項１又は２に記載の単調な可変利得増幅器。
4. 前記固定利得トランスコンダクタンス増幅器の固定利得値は、２よりも大きい公比を有する等比級数を構成するように選定されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の単調な可変利得増幅器。
5. 前記単調な可変利得増幅器は、差動増幅される周期的電気入力信号を受信する２つの入力端子と、差動増幅される周期的電流を出力する２つの出力端子とを有し、
   電流制御ループのＤＣ利得による前記制御ループの−３ｄＢでの帯域幅積は、差動入力信号の周波数をｆ_０として、３ｆ_０より大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の単調な可変利得増幅器。
6. 前記分流器は、前記第１出力点に接続されるコレクタ、及び抵抗を経て前記入力点に接続されるエミッタを有する左側トランジスタと、前記電圧源に接続されるコレクタ、及び該抵抗に等しい値の別の抵抗を経て前記入力点に接続されるエミッタを有する右側トランジスタとを備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の単調な可変利得増幅器。
7. 周期的電気入力信号を受信する少なくとも１つの入力端子、及び増幅される周期的電流を出力する少なくとも１つの出力端子を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の単調な可変利得増幅器と、
   前記周期的電気入力信号の振幅が変化するとしても、前記増幅される周期的電流の振幅を一定に保持するように前記単調な可変利得増幅器の利得を調整する検出器と、
   を備える自動利得制御回路。
8. 前記可制御スイッチの切り換えを、達成すべき所望の利得の関数として自動的にトリガする、請求項２に記載の単調な可変利得増幅器を制御する制御方法。
9. 前記第１の出力点から或る増幅段のバイアス電流量を流さないように、対応する分流器を制御する時点で、該増幅段の前記可制御スイッチを導通状態に切り換えるステップを含む、請求項８の方法。
10. 他の増幅段の前記第１の出力点から流れる該他の増幅段の電流バイアス量が、少なくとも８０％よりも高い所定の割合のバイアス電流に達するときに、或る増幅段の前記可制御スイッチを導通状態に自動的に切り換えるステップを含む、請求項８又は９の方法。

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