JP2011030036A - 増幅回路、半導体集積回路、無線伝送システム、通信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入力抵抗112,114を有する入力部3、差動構成の増幅セル120,140,160を縦続接続した増幅セル部4、増幅セル140の差動出力を増幅セル120の入力へ帰還する帰還抵抗182,184を有する直流帰還部5を設ける。増幅セル120はNMOS122,124と負荷抵抗126,128と電流源132を有する。増幅セル140はNMOS142,144と負荷抵抗146,148と電流源152を有する。増幅セル160はNMOS162,164と負荷抵抗166,168と電流源172を有する。差動接続された一対のNMOSの負荷としてインダクタンスやPMOSを用いずに負荷抵抗を使用した増幅セルを複数段縦続接続して利得を稼ぐとともに、後段側の増幅セルの出力から前段側の増幅セルの入力に対して帰還をかけることで負帰還増幅回路を構成する。
【選択図】図1
Description
2.第2実施形態(第1実施形態+直流動作点安定化回路)
3.第3実施形態(第1実施形態+負荷寄生容量補正回路)
4.第4実施形態(第2実施形態+利得調整回路)
5.第5実施形態(第4実施形態+必要周波数帯域に応じた動作電流設定)
6.第6実施形態(無線伝送システムの通信装置への適用)
図1〜図1Aは、第1実施形態の増幅回路を説明する図である。ここで、図1は、第1実施形態の増幅回路の構成を示す図である。図1Aは、第1実施形態の増幅回路1Aの周波数帯域を説明する図である。
図2は、第2実施形態の増幅回路の構成を示す図である。第2実施形態の増幅回路1Bは、第1実施形態の増幅回路1Aをベースに、動作点電圧安定化回路(換言すると直流動作点変動抑制回路)を備える点に特徴がある。動作点電圧安定化回路200は、増幅セルASの差動出力の動作点電圧を監視し、その監視結果に基づいて、増幅セルASの動作点電圧を一定に維持するように制御する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図3は、第3実施形態の増幅回路の構成を示す図である。第3実施形態の増幅回路1Cは、第1実施形態の増幅回路1Aをベースに、各増幅セルASの出力側に寄生して発生する負荷容量を補正する(キャンセルする)寄生容量補正回路を備える点に特徴がある。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図4は、第4実施形態の増幅回路の構成を示す図である。第4実施形態の増幅回路1Dは、第2実施形態の増幅回路1Bをベースに、利得調整機能を追加した点に特徴がある。以下、第2実施形態との相違点を中心に説明する。
図5〜図5Aは、第5実施形態の増幅回路を説明する図である。ここで、図5は、第5実施形態の増幅回路の構成を示す図である。図5Aは、第5実施形態の増幅回路1Eで使用される可変抵抗回路を説明する図である。
図6〜図6Aは、前述の第1〜第5実施形態の増幅回路1を適用した第6実施形態の無線伝送システム1001Fを説明する図である。ここで、図6は、第6実施形態の無線伝送システム1001Fの信号インタフェースを機能構成面から説明する図である。図6Aは、第6実施形態の無線伝送システム1001Fにおける信号の多重化を説明する図である。
図6に示すように、第6実施形態の無線伝送システム1001Fは、第1の無線機器の一例である第1通信装置1100Fと第2の無線機器の一例である第2通信装置1200Fがミリ波信号伝送路1009を介して結合されミリ波帯で信号伝送を行なうように構成されている。伝送対象の信号を広帯域伝送に適したミリ波帯域に周波数変換して伝送するようにする。
第1通信装置1100Fは、基板1102上に、ミリ波帯通信可能な半導体チップ1103と伝送路結合部1108が搭載されている。半導体チップ1103は、LSI機能部1104と信号生成部1107(ミリ波信号生成部)を一体化したシステムLSI(Large Scale Integrated Circuit)である。図示しないが、LSI機能部1104と信号生成部1107を一体化しない構成にしてもよい。別体にした場合には、その間の信号伝送に関しては、電気配線により信号を伝送することに起因する問題が懸念されるので、一体的に作り込んだ方が好ましい。
第2通信装置1200Fは、概ね第1通信装置1100Fと同様の機能構成を備える。各機能部には1200番台の参照子を付し、第1通信装置1100Fと同様・類似の機能部には第1通信装置1100Fと同一の10番台および1番台の参照子を付す。送信側信号生成部1210と伝送路結合部1208で送信部が構成され、受信側信号生成部1220と伝送路結合部1208で受信部が構成される。
第6実施形態では、従来の電気配線を利用した信号インタフェースとは異なり、前述のようにミリ波帯で信号伝送を行なうことで高速性と大容量に柔軟に対応できるようにしている。たとえば、高速性や大容量性が求められる信号のみをミリ波帯での通信の対象としており、通信装置1100F,1200Fは、低速・小容量の信号用や電源供給用に、従前の電気配線によるインタフェース(端子・コネクタによる接続)を一部に備えることになる。
Claims (17)
- 差動接続された一対のN型のトランジスタと負荷抵抗と動作電流を生成する電流源を具備し差動の信号を増幅する機能を持つ増幅セルを複数段縦続接続して構成されている増幅セル部と、
前記増幅セル部の後段側の前記増幅セルの差動出力信号を前段側の前記増幅セルの差動入力へ帰還する帰還部と、
差動の入力信号を前記増幅セル部の初段の入力に供給する入力部と、
を備えた増幅回路。 - 前記入力部と前記帰還部は、差動の信号のそれぞれに対応した抵抗素子を信号経路上に有する
請求項1に記載の増幅回路。 - 前記帰還部は、前記増幅セル部の最終段の前記増幅セルの差動出力信号を初段の前記増幅セルの差動入力に直流結合で帰還させる
請求項1または2に記載の増幅回路。 - 前記増幅セルの差動出力の動作点電圧を監視し、その監視結果に基づいて、前記動作点電圧を一定に維持するように制御する動作点電圧安定化回路
を備えている請求項1〜3の内の何れか一項に記載の増幅回路。 - 前記動作点電圧安定化回路は、
前記負荷抵抗と高電位側の電源との間に設けられた直流動作点調整素子と、
前記増幅セルの差動出力のそれぞれの動作点電圧を監視する監視素子、基準電圧を生成する基準電圧源、前記監視素子で監視された前記増幅セルの差動出力のそれぞれの動作点電圧と前記基準電圧源で生成された基準電圧を比較する比較部を具備する直流動作点制御部と、
前記比較部の出力に基づき前記直流動作点調整素子に直流電流を流す電流駆動部と、
を有している請求項4に記載の増幅回路。 - 複数段の前記増幅セルのそれぞれについて前記直流動作点調整素子が設けられており、
複数段の前記増幅セルについて共通に1つの前記直流動作点制御部が設けられており、
前記電流駆動部は、前記直流動作点調整素子に電流を流す駆動トランジスタを複数段の前記増幅セルのそれぞれについて有しており、
前記直流動作点制御部は、前記監視素子が最終段の前記増幅セルの差動出力のそれぞれの動作点電圧を監視し、この監視した動作点電圧と前記基準電圧源で生成された基準電圧を前記比較部で比較した結果に基づいて、複数段の前記増幅セルのそれぞれについて設けられている前記駆動トランジスタを駆動する
請求項5に記載の増幅回路。 - 前記増幅セルの前記電流源が生成する動作電流の値を調整することで利得を調整する利得調整回路を備えている
請求項4〜6の内の何れか一項に記載の増幅回路。 - 前記利得調整回路は、
前記動作電流の値を調整するための調整電位を変更可能な可変電圧源を、複数段の前記増幅セルについて共通に1つ有しており、
前記可変電圧源により生成された調整電位と対応する大きさの動作電流を生成する電流源トランジスタを複数段の前記増幅セルのそれぞれについて有している
請求項7に記載の増幅回路。 - 前記増幅セルの出力側に発生する寄生容量を補正する寄生容量補正回路を備えている
請求項1〜8の内の何れか一項に記載の増幅回路。 - 前記寄生容量補正回路は、前記増幅セルの差動出力のそれぞれに制御入力端が接続されるとともに一方の出力端が互いに他方の制御入力端と襷掛け接続されている一対のトランジスタと、前記襷掛け接続されている一対のトランジスタのそれぞれの他方の出力端と接続され動作電流を供給する一対の電流源と、前記電流源と並列に接続されている一対の補正容量と、
を有する請求項9に記載の増幅回路。 - 前記増幅セルの前記電流源が生成する動作電流の値を調整する動作電流調整回路と、
前記動作電流調整回路による前記動作電流の調整に伴う前記増幅セルの動作点電圧の変動分を補正する動作点電圧変動補正部と、
を備えている請求項1〜10の内の何れか一項に記載の増幅回路。 - 前記動作電流調整回路が前記動作電流の値を小さい方向に調整したときには、前記動作点電圧変動補正部は前記増幅セルの負荷抵抗の値を大きくし、
前記動作電流調整回路が前記動作電流の値を大きい方向に調整したときには、前記動作点電圧変動補正部は前記増幅セルの負荷抵抗の値を小さくする
請求項11に記載の増幅回路。 - 差動接続された一対のN型のトランジスタと負荷抵抗と動作電流を生成する電流源を具備し差動の信号を増幅する機能を持つ増幅セルを複数段縦続接続して構成されている増幅セル部と、
前記増幅セル部の後段側の前記増幅セルの差動出力信号を前段側の前記増幅セルの差動入力へ帰還する帰還部と、
差動の入力信号を前記増幅セル部の初段の入力に供給する入力部と、
前記増幅セル部、前記帰還部、前記入力部が形成されている半導体基板と、
を備えた半導体集積回路。 - 第1の通信装置と、
第2の通信装置と、
前記第1の通信装置と前記第2の通信装置の間でミリ波帯での情報伝送が可能なミリ波信号伝送路と、
を備え、
前記第1の通信装置と前記第2の通信装置は、差動接続された一対のN型のトランジスタと負荷抵抗と動作電流を生成する電流源を具備し差動の信号を増幅する機能を持つ増幅セルを複数段縦続接続して構成されている増幅セル部、前記増幅セル部の後段側の前記増幅セルの差動出力信号を前段側の前記増幅セルの差動入力へ帰還する帰還部、および差動の入力信号を前記増幅セル部の初段の入力に供給する入力部を具備した増幅回路を有し、
前記第1の通信装置は伝送対象の信号をミリ波信号に変換し前記増幅回路で増幅してからこのミリ波信号を前記ミリ波信号伝送路を介して前記第2の通信装置に送信する、または、前記第2の通信装置は、前記ミリ波信号伝送路を介して前記第1の通信装置からミリ波信号を受信し前記増幅回路で増幅してからこのミリ波信号を伝送対象の信号に戻す
無線伝送システム。 - 伝送対象の信号を信号処理してミリ波の信号を生成する送信側の信号生成部と、
前記送信側の信号生成部で生成されたミリ波の信号を増幅する増幅部と、
ミリ波の信号を伝送するミリ波信号伝送路に前記増幅部で増幅されたミリ波の信号を結合させる送信側の信号結合部と、
を備え、
前記増幅部は、差動接続された一対のN型のトランジスタと負荷抵抗と動作電流を生成する電流源を具備し差動の信号を増幅する機能を持つ増幅セルを複数段縦続接続して構成されている増幅セル部、前記増幅セル部の後段側の前記増幅セルの差動出力信号を前段側の前記増幅セルの差動入力へ帰還する帰還部、および前記送信側の信号生成部で生成された差動のミリ波の信号を入力信号として前記増幅セル部の初段の入力に供給する入力部を有する
送信側の通信装置。 - ミリ波信号伝送路を介して伝送されてきたミリ波の信号を受信する受信側の信号結合部と、
前記受信側の信号結合部で受信されたミリ波の信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部で増幅されたミリ波の信号を信号処理して伝送対象の信号を生成する受信側の信号生成部と、
を備え、
前記増幅部は、差動接続された一対のN型のトランジスタと負荷抵抗と動作電流を生成する電流源を具備し差動の信号を増幅する機能を持つ増幅セルを複数段縦続接続して構成されている増幅セル部、前記増幅セル部の後段側の前記増幅セルの差動出力信号を前段側の前記増幅セルの差動入力へ帰還する帰還部、および前記受信側の信号結合部で受信されたミリ波の信号を入力信号として前記増幅セル部の初段の入力に供給する入力部を有する
受信側の通信装置。 - 伝送対象の信号を信号処理して送信信号を生成する送信側の信号生成部と前記送信側の信号生成部で生成された送信信号を増幅する送信側の増幅部を具備した送信部、
および/または、
受信信号を増幅する受信側の増幅部と前記受信側の増幅部で増幅された受信信号を信号処理して伝送対象の信号を生成する受信側の信号生成部を具備した受信部、
を備え、
前記増幅部は、差動接続された一対のN型のトランジスタと負荷抵抗と動作電流を生成する電流源を具備し差動の信号を増幅する機能を持つ増幅セルを複数段縦続接続して構成されている増幅セル部、前記増幅セル部の後段側の前記増幅セルの差動出力信号を前段側の前記増幅セルの差動入力へ帰還する帰還部、および前記送信側の信号生成部で生成された差動のミリ波の信号を入力信号として前記増幅セル部の初段の入力に供給する入力部を有する
通信装置。
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