JP2011109641A - Variable gain amplification device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は可変利得増幅装置に関し、特に入力信号の減衰を伴う可変利得増幅装置に関する。 The present invention relates to a variable gain amplifying device, and more particularly to a variable gain amplifying device accompanied by attenuation of an input signal.
通信機やTVなどの受信機においては、多様な受信電波状態が想定される。このようなシステムにおいては、広範囲な信号強度の信号が入力される。そのため、可変利得増幅装置を用いて最適な信号強度に調整した後に復調などの信号処理が行われる。これより、可変利得増幅装置には広い範囲の可変利得が必要となる。また、強い妨害電波の中に弱い所望電波が存在する場合も想定される。この場合の受信性能を確保するため、低雑音、低歪みであることも必要となる。 In a receiver such as a communication device or a TV, various received radio wave states are assumed. In such a system, a signal having a wide range of signal strengths is input. For this reason, signal processing such as demodulation is performed after adjustment to an optimum signal intensity using a variable gain amplifier. Thus, the variable gain amplifying device requires a wide range of variable gain. Moreover, the case where a weak desired radio wave exists in a strong jamming radio wave is also assumed. In order to ensure reception performance in this case, low noise and low distortion are also required.
図16を用いて、一般的に用いられている増幅器の構成を示す。入力信号は、可変ゲインアンプ102と、固定減衰器104を縦続接続した可変ゲインアンプ103とに入力される。加算部105は、可変ゲインアンプ102及び103から出力される出力電流を加算し、電流電圧変換回路106へ出力する。電流電圧変換回路106は、出力信号(出力電圧)を生成し、出力する。図17に、可変ゲインアンプ102及び103の構成例を示す。可変ゲインアンプ102及び103は、トランジスタ107と108とを有している。トランジスタ107及び108に接続される電流源の電流をIc_a又はIc_bとする。可変ゲインアンプ102及び103は、差動対の電流Ic_a又はIc_bを制御することで、ゲインを変化させることができる。また、ゲインアンプの最大出力電流は、Ic_a又はIc_bに比例する。本図は差動アンプの例を示しているが、シングルアンプでも同様である。
FIG. 16 shows a configuration of a commonly used amplifier. The input signal is input to the
次に、図18を用いて、可変ゲインアンプ102及び103の制御方式と特性について説明する。図18の(A)は、可変ゲインアンプ102及び103の制御方式を示している。制御回路101は、可変ゲインアンプ102及び103に対する制御電流Ic_a及びIc_bを制御信号100に応じて連続的に切り替える。制御信号に応じて制御電流Ic_aが減少すると可変ゲインアンプ102のゲインが減少する。また、制御電流Ic_bが増加すると、可変ゲインアンプ103のゲインが増加する。可変ゲインアンプ103には固定減衰器104が縦続接続されているため、加算された出力電流の利得は、固定減衰器104において減衰された分だけ減少する。その制御信号に対する利得変化を図18の(B)に示す。利得の可変範囲は、固定減衰器104の減衰量により決定される。
Next, control methods and characteristics of the
続いて、図20を用いて、特許文献1の可変利得増幅装置の構成について説明する。可変利得増幅装置は、減衰器制御信号によって信号の減衰量が制御される可変減衰器111と、増幅器制御信号によって利得が制御される可変利得増幅器112とを備え、これらを縦続接続する。また、可変利得増幅装置は、外部から与えられる制御信号に応じて減衰器制御信号及び増幅器制御信号を生成する制御回路110をさらに有する。この制御回路110による制御を図21に示す。図21の(A)が可変利得増幅器112の利得変化であり、(B)が可変減衰器111の減衰量変化である。制御回路110に入力される制御信号に応じて、可変利得増幅器112の利得を変化させると同時に、可変減衰器111の減衰量を変化させることにより、図21の(C)に示すように、制御回路に入力される制御信号に応じて可変利得増幅装置の利得を変化させる。
Next, the configuration of the variable gain amplifying apparatus disclosed in
図16において説明した増幅器は、図18の(A)の制御方式により制御を行った場合に、図18の(C)に示すように歪み特性が劣化するという問題がある。具体的には、1dBコンプレッションポイントが変動するという問題がある。ここで、1dBコンプレッションポイントの変動について図19を用いて説明する。図19の(A)は、最大利得状態及び最小利得状態での入出力特性を示す。最大利得状態と最少利得状態における入出力の特性は、固定減衰器104の減衰量だけ平行移動した特性となる。図19の(A)に示されるように、最大利得状態及び最小利得状態での1dBコンプレッションポイントは、同一の値(dBm)を示している。次に、図18の(C)で示されるように、歪み特性が劣化する状態での入出力特性を図19の(B)に示す。ここで、説明のため可変ゲインアンプ102及び103それぞれ単体の特性も示している。可変ゲインアンプ102は、利得が小さく、さらに制御電流Ic_aも小さい。そのため、出力は最大利得状態と比べて低い出力で飽和する。一方、可変ゲインアンプ103は、制御電流Ic_bが制御電流Ic_aと比較して大きく、可変ゲインアンプ103の利得も大きい。そのため、可変ゲインアンプ102と比較して高い出力で飽和する。この2つのアンプの出力を、縦軸が対数であることに注意して加算すると、図21の(B)の特性となる。本図より、中間利得状態では、出力特性の中間に変極点が存在することが分かる。この出力特性から1dBコンプレッションポイントを求めると、最大利得状態と比べ中間利得状態では、1dBコンプレッションポイントは低くなる。可変利得装置として広い利得可変範囲を得るためには、固定減衰器の減衰量を大きくする必要があるが、一般的に歪み特性の劣化は固定減衰器の減衰量に比例する。固定減衰器を用い、ゲインアンプの制御電流を切り替える方式では、このような問題が発生することが知られており、このような構成の増幅器においては、広い利得範囲と低歪み特性を両立することはできない。
The amplifier described in FIG. 16 has a problem that distortion characteristics deteriorate as shown in FIG. 18C when control is performed by the control method of FIG. Specifically, there is a problem that the 1 dB compression point varies. Here, the fluctuation of the 1 dB compression point will be described with reference to FIG. FIG. 19A shows input / output characteristics in the maximum gain state and the minimum gain state. The input / output characteristics in the maximum gain state and the minimum gain state are characteristics that are translated by the attenuation amount of the
また、図20で示した可変利得増幅装置を図21の制御方式で動作させた場合には、可変ゲインアンプを制御電流により切り替える方式ではないため、歪み特性の劣化を抑止できる。しかし、このような場合においては、雑音特性が劣化するという問題がある。一般的に、増幅器の前段に減衰器を接続し、減衰量を変化させることにより利得を減少させると、減衰量に比例して雑音特性も劣化する。その劣化量は、増幅器内部の回路構成にて利得を変化させる場合よりも大きい。図16の増幅器においては、最大利得状態を得ている領域では、可変ゲインアンプ102のみから利得を得るため、固定減衰器104を接続することによって雑音特性が劣化することはない。しかし、図20の可変利得増幅装置においては、最大利得状態を得ている領域においても、入力信号は、可変減衰器111を介して、可変利得増幅器112に入力される。そのため、図20の可変利得増幅装置は、図16の増幅器と比較して、最大利得状態を得ている領域で大きく雑音特性が劣化する。
In addition, when the variable gain amplifying apparatus shown in FIG. 20 is operated by the control method of FIG. 21, since the variable gain amplifier is not a method of switching by the control current, it is possible to suppress deterioration of distortion characteristics. However, in such a case, there is a problem that noise characteristics deteriorate. In general, when an attenuator is connected in front of an amplifier and the gain is reduced by changing the attenuation, the noise characteristics are also deteriorated in proportion to the attenuation. The amount of deterioration is larger than when the gain is changed in the circuit configuration inside the amplifier. In the amplifier of FIG. 16, in the region where the maximum gain state is obtained, gain is obtained only from the
本発明の第1の態様にかかる可変利得増幅装置は、入力信号を減衰する可変減衰部と、前記可変減衰部から出力された減衰後の入力信号の利得を変化させて増幅する第1の可変利得増幅部と、前記第1の可変利得増幅部により利得を変化させている第1の制御領域は、前記可変減衰部の減衰量を固定するように制御する制御部と、を備えるものである。 A variable gain amplifying apparatus according to a first aspect of the present invention includes a variable attenuator that attenuates an input signal, and a first variable that amplifies the input signal after changing the gain output from the variable attenuator. The gain amplifying unit and the first control region in which the gain is changed by the first variable gain amplifying unit include a control unit that controls the amount of attenuation of the variable attenuating unit to be fixed. .
このような可変利得増幅装置を用いることにより、可変減衰部と可変利得増幅部を制御し、可変利得増幅装置全体の利得を制御することができる。 By using such a variable gain amplifying device, the variable attenuating unit and the variable gain amplifying unit can be controlled, and the gain of the entire variable gain amplifying device can be controlled.
本発明により、可変利得増幅部により利得を変化させている間は、減衰量を固定することにより、減衰量に応じて発生する雑音特性の劣化を抑制する可変利得増幅装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a variable gain amplifying device that suppresses deterioration of noise characteristics that occur according to the amount of attenuation by fixing the amount of attenuation while the gain is changed by the variable gain amplifying unit. .
(実施の形態1)
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1を用いて本発明の実施の形態1にかかる可変利得増幅装置の構成例について説明する。可変利得増幅装置は、制御回路10と、可変減衰器20と、可変利得増幅器30とを備えている。
(Embodiment 1)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A configuration example of the variable gain amplifying apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The variable gain amplifying apparatus includes a
制御回路10は、制御信号100を入力し、制御信号100に基づいて可変減衰器20へ出力する可変減衰器制御信号と、可変利得増幅器30へ出力する可変利得増幅器制御信号と、を生成する。制御信号とは、例えば電圧により構成される制御電圧であってもよい。可変減衰器20は、入力信号を入力し、当該入力信号を減衰させる。入力信号とは、減衰及び利得制御を行い、利得を得る対象の信号である。可変減衰器20は、減衰後の入力信号を、可変減衰器20と縦続接続されている可変利得増幅器30へ出力する。可変利得増幅器30は、可変減衰器20から受け取った入力信号を、可変利得増幅器制御信号に基づいて増幅し、出力信号を生成する。
The
続いて、図2を用いて本発明の実施の形態1にかかる制御回路10の制御動作について説明する。本図は、横軸を制御信号100の大きさとし、対数軸を用いる縦軸に利得を示している。制御信号100が大きくなるに従い、制御回路10は、大きな利得を得るよう可変減衰器20及び可変利得増幅器30を制御する。ここで、可変利得増幅装置が最大利得状態から、利得の値が一定の値だけ減少した領域を利得可変領域1とする。つまり、利得可変領域1は、可変利得増幅器30の利得を変化させている間に、可変利得増幅装置の利得を変化させている領域である。例えば、最大利得状態から4分の1だけ減衰させた領域を利得可変領域1とする。また、可変利得装置が最少利得状態から、利得の値が一定の値だけ増加した領域を利得可変領域3とする。つまり、利得可変領域3は、可変利得増幅器30の利得を固定にしている間に、可変利得増幅装置の利得を変化させている領域である。例えば、最少利得状態から4分の1だけ利得を増加させた領域を利得可変領域3とする。また、利得可変領域1と利得可変領域3の間の領域を利得可変領域2とする。つまり、利得可変領域2は、可変利得増幅器30の利得を利得可変領域3から利得可変領域1に移行する領域である。
Subsequently, the control operation of the
制御回路10は、利得可変領域1においては、可変利得増幅器30の利得を変化させることにより可変利得増幅装置の利得を可変にし、可変減衰器20の減衰量は最小として変化させない。利得可変領域3においては、可変減衰器20の減衰量を変化させることにより可変利得増幅装置の利得を可変にし、可変利得増幅器30の利得を最小として変化させない。また、利得可変領域2においては、可変利得増幅器30の利得可変範囲における一部の利得を変化させ、可変減衰器20の減衰量可変範囲の一部の減衰量を変化させることにより、可変利得増幅装置の利得を可変にする。
In the gain
続いて、図3を用いて本発明の実施の形態1にかかる可変減衰器20及び可変利得増幅器30の構成例について説明する。可変減衰器20は、抵抗21と、MOSトランジスタ22と、キャパシタ23とを備えている。抵抗21は、可変減衰器20の入力端子と接続される。また、MOSトランジスタ22のソース又はドレインのどちらか一方を抵抗21に接続し、他方をキャパシタ23に接続し、接地する。
Next, configuration examples of the
可変利得増幅器30は、電流電圧変換回路31と、バイポーラトランジスタ32及び33と、抵抗34と、MOSトランジスタ35と、を備えている。バイポーラトランジスタ32のベースは、可変減衰器20のMOSトランジスタ22とキャパシタ23とに接続される。また、バイポーラトランジスタ33のベースは、可変減衰器20の抵抗21とMOSトランジスタ22とに接続される。抵抗34及びMOSトランジスタ35は、バイポーラトランジスタ32及び33のエミッタに接続される。
The
次に、可変減衰器20及び可変利得増幅器30の動作について説明する。可変減衰器20のMOSトランジスタ22は、制御電圧220を入力する。制御電圧220は、制御回路10から入力する可変減衰器制御信号と同一である。MOSトランジスタ22は、入力する制御電圧220を変化させることで、抵抗21とMOSトランジスタ22とによる減衰量を変化させることができる。例えば、制御電圧220を大きくした場合、MOSトランジスタ22のソースドレイン間抵抗の抵抗値は小さくなるように制御される。これより、可変利得増幅器30のバイポーラトランジスタ33のベースに出力される信号は小さくなるため、可変減衰器20は減衰量を大きくする動作を実現している。また、バイポーラトランジスタ32のベースに出力される信号は、キャパシタ23により固定値に設定される。
Next, operations of the
また、可変利得増幅器30のMOSトランジスタ35は、制御電圧350を入力する。制御電圧350は、制御回路10から入力する可変利得増幅器制御信号と同一である。MOSトランジスタ35は、入力する制御電圧350を変化させることで、バイポーラトランジスタ32及びバイポーラトランジスタ33のエミッタ抵抗であるMOSトランジスタ35のソースドレイン抵抗を変化させることができる。例えば、制御電圧350を大きくした場合、MOSトランジスタ35のソースドレイン間抵抗の抵抗値は小さくなるように制御される。これより、電流電圧変換回路31から出力される信号は大きくなり、増幅する動作を実現している。これにより、バイアス電流Ic1を変化させることなく、バイポーラトランジスタ32及びバイポーラトランジスタ33のコレクタ電流を変化させ、電流電圧変換回路31を介して差動電圧を出力する。
The
以上説明したように、本発明の実施の形態1にかかる可変利得増幅装置を用いることにより、以下の効果を得られる。利得可変領域1においては、可変利得増幅器30の利得を変化させ、可変減衰器20の減衰量を最小に固定する。これにより、可変減衰器20の減衰量の増加に応じて生じる雑音特性の劣化を抑制することができる。図4は、利得可変領域1における雑音特性の劣化を抑制した状態を示した図であり、可変減衰器20の減衰量を変化させた場合を点線で示し、可変減衰器20の減衰量を固定にした場合を実線で示している。本図に示されているように、上記制御を行うことにより、利得可変領域1における雑音特性が改善される。
As described above, the following effects can be obtained by using the variable gain amplifying apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the
また、利得可変領域2及び3にて可変減衰器20の減衰量を変化させることで、可変利得増幅装置の利得可変範囲を広くすることができる。さらに、可変増幅装置に要求される利得可変範囲を一定とすると、可変減衰器20の減衰量分だけ、可変利得増幅器30に必要な利得可変範囲を狭くすることができる。
Further, by changing the attenuation amount of the
また、本発明の実施の形態1にかかる可変利得装置においては、複数のゲインアンプの制御電流を切り替えることによって利得を変化させる制御を行わないため、歪み特性の劣化は存在しない。 Further, in the variable gain device according to the first exemplary embodiment of the present invention, the control for changing the gain is not performed by switching the control currents of the plurality of gain amplifiers, and therefore there is no deterioration in distortion characteristics.
(実施の形態2)
続いて、図5を用いて本発明の実施の形態2にかかる可変利得増幅装置の構成例について説明する。本発明の実施の形態2にかかる可変利得増幅装置は、図1の構成に加え、可変利得増幅器40と加算部50とを備えている。
(Embodiment 2)
Next, a configuration example of the variable gain amplifying apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The variable gain amplifying apparatus according to the second exemplary embodiment of the present invention includes a
可変利得増幅器40は、入力信号を入力し、制御回路10から取得する第2の可変利得増幅器制御信号によって制御され、利得制御された入力信号を加算部50へ出力する。
The
加算部50は、可変利得増幅器30及び可変利得増幅器40から取得した利得増幅後の出力信号を加算する。これにより、可変利得増幅装置の出力信号を生成する。
The
続いて、図6を用いて本発明の実施の形態2にかかる可変利得増幅装置の可変減衰器20、可変利得増幅器30及び40の構成例について説明する。本図における可変利得増幅装置は、図3の構成に加えて、可変利得増幅器40を構成するバイポーラトランジスタ41及び42と、抵抗43とをさらに備えている。また、電流電圧変換回路31は、加算部50に相当する。
Next, configuration examples of the
バイポーラトランジスタ42は、可変減衰器20の抵抗21にて減衰される前の入力信号をベースに入力する。また、バイポーラトランジスタ41は、キャパシタ23によって固定値に設定された信号を入力する。このような構成において、バイポーラトランジスタ41及び42のエミッタに接続されたバイアス電流Ic2を変化させることにより、バイポーラトランジスタ41及び42のコレクタ電流を変化させる。バイアス電流Ic2は、制御回路10からの第2の可変利得増幅器制御信号により、制御される。これにより、可変利得増幅器40は、利得を変化させることができる。
The
なお、本図においては、バイポーラトランジスタ41及び42のコレクタ電流とバイポーラトランジスタ32及び33のコレクタ電流とを加算して電流電圧変換回路に入力する例を示しているが、バイポーラトランジスタ41及び42のコレクタ電流を電圧に変換後、可変利得増幅器30から出力される電圧に加算してもよい。
In this figure, the collector current of the
ここで、制御回路10は、実施の形態1での制御に加え、可変利得増幅器30の利得が最大となる状態から、可変利得増幅器30の利得を小さくし、可変利得増幅器40の利得を大きくして、増幅動作を可変利得増幅器30から可変利得増幅器40に切り替えるように制御を行う。つまり、図6の制御電圧220と制御電圧350を、可変利得増幅器30の利得が最大となり、可変減衰器20の減衰量が最小となるように設定し、更に、バイアス電流Ic2の電流を大きくし、バイアス電流Ic1の電流を小さくするように制御を行う。バイアス電流Ic1及びIc2の制御は、制御回路10から出力される第1の可変利得増幅器制御信号及び第2の可変利得増幅器制御信号に基づいて行われてもよく、もしくは、バイアス電流Ic1及びIc2を制御するためにのみ用いられる制御信号を新たに設けてもよい。
Here, in addition to the control in the first embodiment, the
図1の構成においては、最大利得状態であっても、可変利得増幅器30の前段に可変減衰器20が接続されているため、可変減衰器20の減衰効果による雑音特性の劣化を避けることはできない。しかし、最大利得状態において、前段に何も接続されていない可変利得増幅器40に動作を切り替えることにより、雑音特性の劣化をさらに抑制することができる。また、制御回路10により可変利得増幅器30及び可変利得増幅器40を切り替えて制御する方式であるため、歪み特性の劣化が懸念される。しかし、本発明の実施の形態2における可変利得増幅器30及び40は、最大利得状態において切り替えが行われるため、可変減衰器20の減衰量は最小に固定されている。そのため、減衰量に比例して生じる歪み特性の劣化は抑制される。
In the configuration of FIG. 1, even in the maximum gain state, since the
(実施の形態3)
続いて、図7を用いて本発明の実施の形態3にかかる制御回路10の構成例について説明する。制御回路10は、電源部11と、電流電圧変換回路12と、オペアンプ13と、MOSトランジスタ14と、バイアス電源15と、MOSトランジスタ16と、を備えている。電流電圧変換回路12、MOSトランジスタ14及びバイアス電源15は、電源部11とGND電源との間に直列に接続される。また、オペアンプ13は、MOSトランジスタ14及び電流電圧変換回路12の接点における電圧と、可変制御される制御電圧130を入力し、MOSトランジスタ14及びMOSトランジスタ16に対してゲート電圧を出力する。本構成においては、MOSトランジスタ16を制御対象とし、MOSトランジスタ14はMOSトランジスタ16のレプリカとして動作する。MOSトランジスタ16は、可変減衰器20のMOSトランジスタ22又は可変利得増幅器30のMOSトランジスタ35に用いられる。以下に、制御回路10の動作について説明する。
(Embodiment 3)
Next, a configuration example of the
オペアンプ13は、可変制御される制御電圧130を入力することにより、MOSトランジスタ14に対して可変制御されたゲート電圧を出力する。MOSトランジスタ14は、可変制御されたゲート電圧を入力することにより、大きさが変化するソースドレイン間電流を生じる。ソースドレイン間電流は、電流電圧変換回路12によって電圧に変換される。電流電圧変換回路12により変換された電圧は、オペアンプ13の帰還制御によって、制御電圧130と等しくなるように制御される。このようにして、オペアンプ13のプラス端子及びマイナス端子に入力する電圧の変化により生じる出力電圧がMOSトランジスタ14及び16のゲートに出力され、MOSトランジスタ14及びMOSトランジスタ16のソースドレイン間抵抗が可変制御される。このようにしてレプリカであるMOSトランジスタ14を用いて制御対象であるMOSトランジスタ16のソースドレイン間抵抗を制御するため、MOSトランジスタ16のソースドレイン間抵抗は、環境変動やプロセスばらつきの影響を受けずに、正確に制御される。また、MOSトランジスタ16のソース電圧と同一の値を供給するバイアス電源15をMOSトランジスタ14に接続することにより、MOSトランジスタ14及び16の制御誤差を抑制できる。
The
続いて、図8を用いて図7の制御回路を図3の構成に適用した場合の可変利得増幅装置の構成例について説明する。可変減衰器20及び可変利得増幅器30の構成例については、図3と同様であるため説明を省略する。制御回路10_1は、可変利得増幅器30のMOSトランジスタ35のゲートと接続され、制御回路10_2は、可変減衰器20のMOSトランジスタ22のゲートと接続される。制御回路10_1及び制御回路10_2は、同一の構成となるため、以下制御回路10_1の構成例について説明する。
Next, a configuration example of the variable gain amplifying apparatus when the control circuit of FIG. 7 is applied to the configuration of FIG. 3 will be described with reference to FIG. The configuration examples of the
制御回路10_1は、図7の構成に加え、バイアス電源62、68と、抵抗63、64、66、67と、オペアンプ65と、を備えている。また、抵抗61は、電流電圧変換回路12に相当する。オペアンプ13のマイナス端子は、オペアンプ65から出力される信号を入力する。制御回路10_1は、制御信号100を取得し、バイアス電源62、抵抗63及び66にて定まる信号を、オペアンプ65のプラス端子に入力する。また、オペアンプ65のマイナス端子に接続されている抵抗64及び67により増幅される出力電圧を、オペアンプ13のマイナス端子に出力する。同様の制御を、制御回路10_2でも実施する。制御回路10_2においては、取得した制御信号100を、オペアンプ65に相当するオペアンプのマイナス端子に入力する。これにより、制御信号100が大きくなるに伴い、オペアンプ65に相当するオペアンプから出力される信号は小さくなる。
The control circuit 10_1 includes
制御回路10_1のオペアンプ13及び10_2のオペアンプ(オペアンプ13に相当)から出力される制御電圧220及び350により、可変減衰器20及び可変利得増幅器30の減衰量及び利得を制御する。この場合の可変利得増幅装置の利得変化を、図9を用いて説明する。
The attenuation amounts and gains of the
制御回路10は、利得可変領域2において、可変利得増幅器30の対数軸における可変利得範囲の4分の1の利得変化と、可変減衰器20の対数軸における減衰量可変範囲の4分の1の減衰量変化を、同時に行う。可変減衰器20の減衰量はMOSトランジスタ22のソースドレイン間抵抗に基づいて変化し、可変利得増幅器30の利得はMOSトランジスタ35のソースドレイン間抵抗に基づいて変化する。このように、利得可能領域2においては、可変減衰器20及び可変利得増幅器30が減衰量及び利得を相補的に制御することにより、可変利得増幅装置の利得変化の線形性を向上することができる。
In the
(実施の形態4)
図22を用いて本発明の実施の形態4にかかる制御回路501の構成例について説明する。制御回路501は、電源(VCC)510と、電源(GND)511と、バイアス電源512及び513と、抵抗521と、MOSトランジスタ531及び532と、オペアンプ541と、入力端子551と、出力端子552と、ノード561とを備えている。MOSトランジスタは、例えば、NMOSトランジスタとして説明する。
(Embodiment 4)
A configuration example of the control circuit 501 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The control circuit 501 includes a power supply (VCC) 510, a power supply (GND) 511,
抵抗521、MOSトランジスタ531及びMOSトランジスタ532は、電源(VCC)510と電源(GND)511との間に直列に接続されており、抵抗521は、電源(VCC)510に接続されている。また、MOSトランジスタ532と電源(GND)511との間に、バイアス電源513が接続されている。さらに、抵抗521とMOSトランジスタ532との間に、MOSトランジスタ531が接続されている。
The
また、出力端子552は、一方をオペアンプ541とMOSトランジスタ532とに接続され、他方を可変減衰器20のMOSトランジスタ22又は可変利得増幅器30のMOSトランジスタ35のゲートと接続されている。
One of the
ノード561は、抵抗521とMOSトランジスタ531との節点における電圧をオペアンプ541のプラス端子側に出力する。また、オペアンプ541は、マイナス端子側には入力端子551から制御電圧を入力する。制御電圧は、可変に設定することが可能である。さらにオペアンプ541は、プラス端子とマイナス端子とに入力する電圧に基づいて、MOSトランジスタ532に対して電圧を出力する。ここで、オペアンプ541は、MOSトランジスタ532に電圧を出力するとともに、出力端子552に対しても同一の電圧を出力する。
The
バイアス電源512は、MOSトランジスタ531を飽和領域で動作させるように、MOSトランジスタ531のゲートに対して電圧を出力する。一例としては、MOSトランジスタ531のソースドレイン間電圧Vdsと、ゲートソース間電圧Vgsと、閾値電圧Vthが、Vds>2(Vgs−Vth)の関係を満たすよう、バイアス電源512は、MOSトランジスタ531のゲートに電圧を出力する。MOSトランジスタ531が飽和領域で動作することにより、MOSトランジスタ531のソース、つまりMOSトランジスタ532のドレイン側の電位がほぼ固定される。
The
さらに、バイアス電源512は、MOSトランジスタ532を線形領域で動作させるように、MOSトランジスタ532のソースと接続される。一例としては、Vdsの小さな、Vds<<2(Vgs−Vth)の条件を満たすバイアス設定とする。さらに、MOSトランジスタ532のソースと、可変減衰器20のMOSトランジスタ22のソース又は可変利得増幅器30のMOSトランジスタ35のソースとが同一電位になるように、バイアス電源513を接続する。MOSトランジスタ533は、MOSトランジスタ532をレプリカとして動作させ、抵抗値を可変に制御する対象のトランジスタである。MOSトランジスタ533は、出力端子552から出力される電圧をゲートに入力する。
Further, the
次に、制御回路501の動作について説明する。制御回路501は、MOSトランジスタ532をオペアンプ541による帰還を用いて制御する。入力端子551に入力する制御電圧Vcntを可変にした場合、ノード561は、制御電圧Vcntと等しい電圧が発生するように帰還制御される。また、抵抗521の抵抗値をR521とし、抵抗521に発生する電流をIc521とすると、Ic521は以下の式1で求めることができる。
Next, the operation of the control circuit 501 will be described. The control circuit 501 controls the
Ic521=(VCC−Vcnt)/R521・・・(式1) Ic521 = (VCC−Vcnt) / R521 (Formula 1)
また、MOSトランジスタ531が飽和領域で動作していることにより、Ic521が変化しても、MOSトランジスタ532のソースドレイン間電圧Vdsは、一定である。そのため、MOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスg(MOSトランジスタ532のソースドレイン間抵抗の逆数)は、以下の式2で求めることができる。
Further, since the
g=Ic521/Vds・・・(式2) g = Ic521 / Vds (Formula 2)
MOSトランジスタ532のソースドレイン間電圧Vdsは一定であるため、MOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスgは、Ic521に比例して変化する。また、式1及び式2より、MOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスgは、以下の式3で示される。
Since the source-drain voltage Vds of the
g=(VCC−Vcnt)/(R521×Vds)・・・(式3) g = (VCC−Vcnt) / (R521 × Vds) (Equation 3)
これより、MOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスgは、入力端子551に入力する制御電圧Vcntの値に応じて可変に制御される。さらに、MOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスgの変化の傾きは、1/R521に比例して一定に定まる。MOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスgと、制御電圧Vcntの関係を図23に示す。図23は、MOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスgが、制御電圧Vcntに応じて線形的に変化する状態を示している。
Thus, the source-drain conductance g of the
以上説明したように、本発明の実施の形態4にかかる制御回路501を用いることにより、MOSトランジスタ532のソースドレイン間電圧をほぼ一定値に固定することができる。そのため、MOSトランジスタ532は、抵抗521に発生する電流Ic521の変化にかかわらず、線形領域による動作を継続することができる。そのため、制御電圧Vcntに対するMOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスの変化の傾きを一定にするができる。つまり、MOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスを線形的に制御することができる。これに伴いオペアンプ541に接続されているMOSトランジスタ533のソースドレイン間コンダクタンスの変化についても同様に線形的に制御することが可能となる。これに対して、図7の制御回路10を用いた場合、MOSトランジスタ14のソースドレイン間抵抗が低い場合には、MOSトランジスタ14のソースドレイン間電圧は小さく、MOSトランジスタ14は線形領域で動作する。但し、MOSトランジスタ14のソースドレイン間電圧は、MOSトランジスタ14に流れ込む電流の変化によって変動する。そのため、MOSトランジスタ14のソースドレイン間コンダクタンスは、制御電圧に対して一定の傾きで変化しない。さらに、MOSトランジスタ14のソースドレイン間抵抗が高い場合には、MOSトランジスタ14は飽和領域で動作する。そのため、制御電圧に対するMOSトランジスタ14のソースドレイン間抵抗の変化の傾きは大きく変化する。これに伴い、オペアンプ13に接続されているMOSトランジスタ16も同様の特性となる。図24に、MOSトランジスタ104のソースドレイン間コンダクタンスと制御電圧の関係を示す。これより、制御回路501を用いた場合、制御回路10を用いた場合と比較して、広い抵抗値可変範囲を持ち、制御電圧に対しコンダクタンスが線形的に変化する、すなわち高い抵抗値制御性を持つMOSトランジスタを用いた可変抵抗器を実現することができる。そのため、制御回路501を用いることにより、可変利得及び可変減衰量の変化幅を広くすることができる。
As described above, by using the control circuit 501 according to the fourth embodiment of the present invention, the source-drain voltage of the
また、制御回路501は、上述したように、可変利得増幅装置の制御回路として用いてもよく、もしくは、可変抵抗器として単独で用いられてもよい。つまり、制御回路501は、可変利得増幅装置以外の装置に組み込まれて用いられてもよい。 Further, as described above, the control circuit 501 may be used as a control circuit of the variable gain amplifying device, or may be used alone as a variable resistor. That is, the control circuit 501 may be used by being incorporated in a device other than the variable gain amplifying device.
(実施の形態5)
続いて、図25を用いて本発明の実施の形態2にかかる制御回路502について説明する。図25にかかる制御回路502は、22の構成に加え、電源(VCC)514と、抵抗522〜527と、MOSトランジスタ534と、入力端子553と、電圧バッファ571及び572と、を備えている。
(Embodiment 5)
Next, the control circuit 502 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The control circuit 502 according to FIG. 25 includes a power supply (VCC) 514,
抵抗522、抵抗523及びMOSトランジスタ534は、電源(VCC)514とMOSトランジスタ532のソースとの間に直列に接続されている。抵抗522は、一方が電源(VCC)514と接続され、他方がMOSトランジスタ534と接続されている。抵抗523は、一方がMOSトランジスタ532のソース及びバイアス電源512と接続され、他方がMOSトランジスタ534と接続されている。MOSトランジスタ534は、抵抗522及び523の間に接続されている。
The
ノード562は、抵抗522とMOSトランジスタ534との節点における電圧をオペアンプ541のマイナス端子側に出力する。オペアンプ541は、ノード562からの出力電圧と入力端子551に入力される制御電圧Vcntとに基づいてオペアンプ541のマイナス端子に電圧を入力する。この時、ノード562から出力される電圧は、電圧バッファ572及び抵抗526を介してノード563へ出力される。また、入力端子551に入力される制御電圧Vcntは、抵抗527を介してノード563へ出力される。ノード563は、ノード562から出力される電圧と、制御電圧Vcntに基づいて定められる電圧を抵抗526及び527により分圧し、当該分圧された電圧をオペアンプ541のマイナス端子へ出力する。
The
ノード561は、抵抗521とMOSトランジスタ531との節点における電圧をオペアンプ541のプラス端子側に出力する。オペアンプ541は、ノード561からの出力電圧と入力端子553に入力する制御電圧Vcentとに基づいてオペアンプ541のプラス端子に電圧を入力する。この時、ノード561から出力される電圧は、電圧バッファ571及び抵抗524を介してノード564へ出力される。また、入力端子553に入力される制御電圧Vcentは、抵抗525を介してノード564へ出力される。ノード564は、ノード561から出力される電圧と、制御電圧Vcentに基づいて定められる電圧を抵抗524及び525により分圧し、当該分圧された電圧をオペアンプ541のプラス端子へ出力する。
The
また、抵抗521及び522、抵抗524及び526、抵抗525及び527は、それぞれ実質的に同一の抵抗値を有するように構成される。これは1つの例であり、これらの抵抗値は様々な設定が可能である。
The
次に、図25の制御回路502の動作について説明する。オペアンプ541と、抵抗524と525の抵抗値の比と、抵抗526と527の抵抗値の比と、で定まる帰還ループによって、制御電圧Vcntに対するMOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスの変化の傾きは、R525/(R521×R524)に比例して一定に定まる。ここで、R521は、抵抗521の抵抗値を示し、R524は、抵抗524の抵抗値を示し、R525は、抵抗525の抵抗値を示す。また、制御電圧Vcnt=制御電圧Vcentを入力端子551及び553に入力した場合、帰還によって、抵抗521及び522に発生する電流は同じ値となるように動作する。MOSトランジスタ531及び534は、飽和領域で動作するように、ゲートにバイアス電源512が接続されている。そのため、MOSトランジスタ531及び534のソースの電位はほぼ一定値に定められる。これより、MOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスは、抵抗523の抵抗値R523により一定値に定められる。これは、抵抗523とMOSトランジスタ534とバイアス電圧512によって定まる抵抗523に流れる電流を、MOSトランジスタ532にも流れるようにミラーする回路動作ということができ、抵抗523に対応するMOSトランジスタ532の抵抗値及びコンダクタンスは、R523により一定値に定められる。
Next, the operation of the control circuit 502 in FIG. 25 will be described. The slope of the change in the conductance between the source and drain of the
以上説明したように、本発明の実施の形態5にかかる制御回路502を用いることにより、制御電圧Vcntに対するMOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスの変化の傾きはR525/(R521×R524)に比例して一定に定められるため、実施の形態4と同様に、MOSトランジスタ532のソースドレイン間コンダクタンスを、線形的に制御することができる。さらに、制御電圧Vcnt=制御電圧VcentのときのMOSトランジスタ532のソースドレイン間抵抗をR523によって定めることができる。これにより、図26に示されるグラフ1やグラフ2のように、環境変動やプロセス変動により変動される可能性のあるコンダクタンスとVcntの関係を、制御電圧Vcnt=制御電圧Vcentのときに、コンダクタンスが1/R523を有するグラフ3に一意に設定することができる。これに伴いオペアンプ541に接続されているMOSトランジスタ533のソースドレイン間コンダクタンスの変化についても同様に線形的に一意に制御することが可能となる。
As described above, by using the control circuit 502 according to the fifth embodiment of the present invention, the slope of the change in the conductance between the source and drain of the
(その他の実施の形態)
続いて、図10を用いて、可変減衰器20の構成例について説明する。本図における可変減衰器20は、図3の可変減衰器20の抵抗21をMOSトランジスタ81に置き換えた構成としている。MOSトランジスタ81のソースもしくはドレインの一方を入力端子と接続し、他方をMOSトランジスタ22のソースもしくはドレインの一方と、可変利得増幅器30への出力端子とを接続する。これにより、例えば、MOSトランジスタ22の制御電圧220を上げることによりMOSトランジスタ22のソースドレイン間抵抗を下げると同時に、MOSトランジスタ81の制御電圧810を下げることによりMOSトランジスタ81のソースドレイン間抵抗を上げるというように、2つの制御電圧を相補的に制御することで、減衰量を変化させることができる。
(Other embodiments)
Next, a configuration example of the
続いて、図11を用いて可変減衰器20を差動入力とした場合の構成例について説明する。本図における可変減衰器20は、図3の可変減衰器20の構成に、抵抗82を加えた構成としている。抵抗82は、MOSトランジスタ22のソースもしくはドレインの一方と接続されている抵抗21と異なる方に接続される。動作は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
Next, a configuration example when the
続いて、図12を用いて、可変減衰器20を差動入力とした場合の他の構成例について説明する。本図における可変減衰器20は、図11の抵抗21及び82を、MOSトランジスタ83、84に置き換えた構成としている。MOSトランジスタ83、84は、制御電圧830によりソースドレイン間抵抗を可変制御する。動作は、図10の可変減衰器20と同様であるため説明を省略する。
Next, another configuration example when the
続いて、図13を用いて、可変利得増幅器30の構成例について説明する。可変利得増幅器30は、電流電圧変換回路90と、バイポーラトランジスタ91と、MOSトランジスタ92とを備えている。可変減衰器20から出力される信号をバイポーラトランジスタ91のベースに接続する。また、バイポーラトランジスタ91のコレクタに電流電圧変換回路90を接続し、エミッタにMOSトランジスタ92のドレインを接続する。MOSトランジスタ92のソースは、接地される。バイポーラトランジスタ91のエミッタ抵抗であるMOSトランジスタ92のソースドレイン間抵抗を、制御電圧920によって変化させることで、可変利得増幅器30が得られる利得を変化させることができる。また、バイポーラトランジスタ91のバイアス電流を一定とし、電流電圧変換回路90の変換利得を一定とすれば、一定の1dBコンプレッションポイント特性が得られる。
Next, a configuration example of the
続いて、図14を用いて、可変利得増幅器30の他の構成例について説明する。図14における可変利得増幅器30は、図13のバイポーラトランジスタ91を、MOSトランジスタ93に置き換えた構成としている。動作は図14の可変利得増幅器30と同様であるため説明を省略する。
Next, another configuration example of the
続いて、図15を用いて、可変利得増幅器30の他の構成例について説明する。図15における可変利得増幅器30は、図3の可変利得増幅器30のバイポーラトランジスタ32及び33を、MOSトランジスタ94、95に置き換えた構成としている。動作は、図3の可変利得増幅器30と同様であるため説明を省略する。
Next, another configuration example of the
以上説明したように、可変減衰器20及び可変利得増幅器30は、目的とする特性に応じて様々な回路構成を組み合わせることが可能である。
As described above, the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
10、10_1、10_2 制御回路
11 電源部
12 電流電圧変換回路
13 オペアンプ
14 MOSトランジスタ
15 バイアス電源
16 MOSトランジスタ
20 可変減衰器
21 抵抗
22 MOSトランジスタ
23 キャパシタ
30 可変利得増幅器
31 電流電圧変換回路
32、33 バイポーラトランジスタ
34 抵抗
35 MOSトランジスタ
40 可変利得増幅器
41、42 バイポーラトランジスタ
43 抵抗
50 加算部
61 抵抗
62、68 バイアス電源
63、64、66、67 抵抗
65 オペアンプ
81 MOSトランジスタ
83、84 MOSトランジスタ
90 電流電圧変換回路
91 バイポーラトランジスタ
92、93 MOSトランジスタ
94、95 MOSトランジスタ
101 制御回路
102、103 可変ゲインアンプ
104 固定減衰器
105 加算部
106 電流電圧変換回路
107、108 トランジスタ
110 制御回路
111 可変減衰器
112 可変利得増幅器
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記可変減衰部から出力された減衰後の入力信号の利得を変化させて増幅する第1の可変利得増幅部と、
前記第1の可変利得増幅部により利得を変化させている第1の制御領域は、前記可変減衰部の減衰量を固定するように制御する制御部と、を備える可変利得増幅装置。 A variable attenuation unit for attenuating the input signal;
A first variable gain amplifying unit for changing and amplifying the gain of the attenuated input signal output from the variable attenuating unit;
A variable gain amplifying apparatus comprising: a control unit configured to control a first control region in which a gain is changed by the first variable gain amplifying unit so as to fix an attenuation amount of the variable attenuating unit.
前記第1の可変利得増幅部による利得を固定にする第2の制御領域は、前記可変減衰部の減衰量を変化するように制御し、
前記第1の可変利得部による利得を前記第2の制御領域から前記第1の制御領域へ移行させる第3の制御領域は、前記可変減衰部の減衰量を変化させるように制御する請求項1記載の可変利得増幅装置。 The control unit further includes:
The second control region for fixing the gain by the first variable gain amplifying unit is controlled to change the attenuation amount of the variable attenuating unit,
The third control region that shifts the gain of the first variable gain unit from the second control region to the first control region is controlled so as to change the attenuation amount of the variable attenuation unit. The variable gain amplifying device described.
前記第2の制御領域は、前記第1の可変利得部からの出力信号の利得が前記第1の閾値よりも小さい利得を示す第2の閾値よりも小さい期間であり、
前記第3の制御領域は、前記第1の可変利得部からの出力信号の利得が前記第1の閾値よりも小さく前記第2の閾値よりも大きい期間である請求項2記載の可変利得増幅装置。 The first control region is a period in which the gain of the output signal from the first variable gain unit is greater than a first threshold,
The second control region is a period in which a gain of an output signal from the first variable gain unit is smaller than a second threshold indicating a gain smaller than the first threshold,
3. The variable gain amplifying apparatus according to claim 2, wherein the third control region is a period in which a gain of an output signal from the first variable gain section is smaller than the first threshold and larger than the second threshold. .
前記制御部は、前記可変減衰部及び前記第1の可変利得増幅部が有するMOSトランジスタに対して制御電圧を出力することにより、前記可変減衰部の減衰量及び前記第1の可変利得増幅部の利得の変化量を制御する請求項3記載の可変利得増幅装置。 The variable attenuation unit and the first variable gain amplification unit include a MOS transistor,
The control unit outputs a control voltage to a MOS transistor included in the variable attenuation unit and the first variable gain amplification unit, so that the attenuation amount of the variable attenuation unit and the first variable gain amplification unit 4. The variable gain amplifying apparatus according to claim 3, wherein the amount of gain change is controlled.
前記第1の制御領域の場合、前記第1の可変利得増幅部に対して可変制御電圧を出力し、前記可変減衰部に対して固定制御電圧を出力し、
前記第2の制御領域の場合、前記第1の可変利得増幅部に対して固定制御電圧を出力し、前記第1の可変減衰部に対して可変制御電圧を出力し、
前記第3の制御領域の場合、前記第1の可変利得増幅部及び前記可変減衰部に対して可変制御電圧を出力する請求項4記載の可変利得増幅装置。 The controller is
In the case of the first control region, a variable control voltage is output to the first variable gain amplification unit, and a fixed control voltage is output to the variable attenuation unit.
In the case of the second control region, a fixed control voltage is output to the first variable gain amplification unit, and a variable control voltage is output to the first variable attenuation unit.
5. The variable gain amplifying apparatus according to claim 4, wherein in the third control region, a variable control voltage is output to the first variable gain amplifying unit and the variable attenuating unit.
前記第1の可変利得増幅部と前記第2の可変利得増幅部とから出力される利得増幅後の信号に基づいて出力信号を生成する出力信号生成部と、を備える請求項1記載の可変利得増幅装置。 A second variable gain amplifying unit connected in parallel with the variable attenuating unit and amplifying the gain of the acquired input signal;
The variable gain according to claim 1, further comprising: an output signal generation unit configured to generate an output signal based on a signal after gain amplification output from the first variable gain amplification unit and the second variable gain amplification unit. Amplification equipment.
前記第1の制御領域の場合、前記第1の可変利得増幅部の利得を減少させ、前記第2の可変利得増幅部の利得を増幅させる、請求項6記載の可変利得増幅装置。 The controller is
The variable gain amplifying apparatus according to claim 6, wherein, in the case of the first control region, the gain of the first variable gain amplifying unit is decreased and the gain of the second variable gain amplifying unit is amplified.
第1の電源と、当該第1の電源よりも低い電位を有する第2の電源との間に設けられ、当該第1の電源と接続される第1の抵抗部と、
前記第1の電源と前記第2の電源との間に設けられ、前記第1の抵抗部と直列に接続される第1のMOSトランジスタと、
前記第1のMOSトランジスタと前記第2の電源との間に設けられ、前記第1のMOSトランジスタと直列に接続される第2のMOSトランジスタと、
前記第1の抵抗部と前記第1のMOSトランジスタとの節点における電圧と、第1の制御電圧とに基づいて、前記第2のMOSトランジスタにゲート電圧を出力するオペアンプとを備え、
前記オペアンプは、前記ゲート電圧に基づいて抵抗値が制御される外部の可変抵抗に対して当該ゲート電圧を出力する請求項1乃至7のいずれか1項に記載の可変利得増幅装置。 The controller is
A first resistance unit provided between the first power source and a second power source having a lower potential than the first power source and connected to the first power source;
A first MOS transistor provided between the first power supply and the second power supply and connected in series with the first resistor;
A second MOS transistor provided between the first MOS transistor and the second power supply and connected in series with the first MOS transistor;
An operational amplifier that outputs a gate voltage to the second MOS transistor based on a voltage at a node between the first resistor section and the first MOS transistor and a first control voltage;
8. The variable gain amplifying apparatus according to claim 1, wherein the operational amplifier outputs the gate voltage to an external variable resistor whose resistance value is controlled based on the gate voltage.
前記第3の電源と前記第2の電源との間に設けられ、前記第2の抵抗部と直列に接続される第4のMOSトランジスタと、
前記第4のMOSトランジスタと前記第2のMOSトランジスタ及び当該第2の電源の節点と直列に接続される第3の抵抗部とを備え、
前記オペアンプは、前記第2の抵抗部及び前記第4のMOSトランジスタの節点における電圧と前記第1の制御電圧とに基づいて定められる第1の入力電圧と、前記第1の抵抗部及び前記第1のMOSトランジスタの節点における電圧と第2の制御電圧とに基づいて定められる第2の入力電圧とが入力される、請求項8乃至12のいずれか1項に記載の可変利得増幅装置。 A second resistor provided between a third power source and the second power source and connected to the third power source;
A fourth MOS transistor provided between the third power source and the second power source and connected in series with the second resistance unit;
A third resistor connected in series with a node of the fourth MOS transistor, the second MOS transistor, and the second power supply;
The operational amplifier includes a first input voltage determined based on a voltage at a node of the second resistor unit and the fourth MOS transistor and the first control voltage, the first resistor unit, and the first resistor unit. 13. The variable gain amplifying device according to claim 8, wherein a voltage at a node of one MOS transistor and a second input voltage determined based on the second control voltage are input.
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Legal Events
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---|---|---|---|
A761 | Written withdrawal of application |
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