JP2011229073A - 利得変動補償装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧源から提供する電圧が変動した場合でも増幅回路に流れる電流量を制御し、利得の変動を補償する利得変動補償装置を提供すること。
【解決手段】利得変動補償装置１００は、電圧源１１１から提供される電圧及び定電流源を用いて入力信号を増幅する増幅回路１１０と、電圧源１１１から提供される電圧の変動を検知する電源電圧変動検知部１２０と、電源電圧変動検知部１２０により検知された電圧の変動量に応じて、増幅回路１１０に流れる電流量を制御する電流可変回路１３０とを備える。利得変動補償装置１００は、増幅回路１１０又はその差動回路の定電流源トランジスタと並列に電流可変回路１３０を接続し、事前に電流可変回路１３０に電流を流し、電源電圧変動検知部１２０において電源電圧の変動を検知する。電流可変回路１３０は、電圧変動量に応じて電流量の調整を行い、増幅回路１１０に流れる電流量を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、信号を増幅する際に、電源ばらつきによる利得変動を補償する増幅回路の利得変動補償装置に関する。

従来、信号を増幅する際に用いる増幅回路の基本構成は、ソース接地、ゲート接地、及びドレイン接地の３種類ある。例えば、ソース接地増幅回路は、トランジスタのソースに定電流源のトランジスタを、ドレインに負荷抵抗を接続し、ゲートに信号を入力して、入力信号を増幅している（例えば、特許文献１参照）。

図１は、特許文献１に記載の増幅回路の構成を示す回路図である。

図１に示すように、増幅回路１０は、電圧源１１、負荷インピーダンス１２、トランジスタ１３、定電流源トランジスタ１４、定電流源１５、及びトランジスタ１６を備える。

定電流源トランジスタ１４は、トランジスタ１６とゲート同士を接続してカレントミラー回路を構成する。

定電流源１５は、定電流源トランジスタ１４に定電流を流す。定電流源トランジスタ１４に流れる電流量は、トランジスタ１６と定電流源トランジスタ１４のサイズ比により決定される。

以上の構成において、増幅回路１０は、電圧源１１の電圧が一定の場合、トランジスタ１４の動作点が固定され、定電流源トランジスタ１４のソース−ドレイン間に流れる電流がトランジスタ１３の入力信号Ｖinによらず一定に保たれる。このことにより、トランジスタ１３は、利得一定の増幅動作を行う。

特開平９−２００６２７号公報

しかしながら、このような従来の増幅回路にあっては、以下のような課題があった。

従来の構成では、電圧源１１から提供される電圧が、ばらつきにより上昇した場合、定電流源トランジスタ１４のドレイン、ソース間電圧が上昇する。近年、ＭＯＳＦＥＴの進化に伴い、チャネル長が短くなり、チャネル長変調の影響が無視できなくなっている。このことから、チャネル長変調の影響により、定電流源トランジスタ１４で流れる電流量が増加し、利得が増加してしまうという課題がある。

また、電圧源１１から提供される電圧が、ばらつきにより低下した場合、定電流源トランジスタ１４のドレイン、ソース間電圧が低下するため、チャネル長変調の影響により電流量が減少する。状況によっては定電流源トランジスタ１４の動作点が線形領域に変化した場合、定電流源トランジスタ１４に流れる電流量が大きく減少し、利得が低下してしまうという課題がある。

本発明の目的は、電圧源から提供する電圧が変動した場合でも増幅回路に流れる電流量を制御し、利得の変動を補償する利得変動補償装置を提供することである。

本発明の利得変動補償装置は、信号を増幅する際に、電源ばらつきによる利得変動を補償する利得変動補償装置であって、電圧源から提供される電圧及び定電流源を用いて入力信号を増幅する増幅回路と、前記電圧源から提供される電圧の変動を検知する電源電圧変動検知部と、前記電源電圧変動検知部により検知された電圧の変動量に応じて、前記増幅回路に流れる電流量を制御する電流可変回路と、を備える構成を採る。

本発明によれば、電圧源から提供する電圧が変動した場合であっても電流可変回路を用いて増幅回路に流れる電流量をある一定の幅を持った範囲内に調整することにより、増幅回路が信号を増幅する際に、電圧源の電源ばらつきによる利得変動を補償することができる。

従来の増幅回路の構成を示す回路図 本発明の実施の形態１に係る利得変動補償装置の構成を示す図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の電流電圧変動検知部の構成例を示す図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の電流電圧変動検知部の電圧電流変換テーブルの例を示す図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の電流電圧変動検知部の電流制御部の制御電圧の出力制御を示すフロー図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の電流電圧変動検知部の電流制御部の制御電圧の出力制御を示すフロー図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の電流電圧変動検知部の構成例を示す図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の電流電圧変動検知部の構成例を示す図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の利得の求め方を説明する回路図 上記実施の形態１に係る利得変動補償装置の電源ばらつきによる利得制御方法を説明する回路図 本発明の実施の形態２に係る利得変動補償装置の構成を示す回路図 上記実施の形態２に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態２に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態２に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態２に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態２に係る利得変動補償装置の増幅回路及び電流可変回路の構成例を示す回路図 上記実施の形態２に係る利得変動補償装置の制御電圧と利得のシミュレーション結果を示す図 上記実施の形態２に係る利得変動補償装置の制御電圧と電流のシミュレーション結果を示す図 本発明の実施の形態３に係る利得変動補償装置の構成を示す回路図 上記実施の形態３に係る利得変動補償装置の構成を示す回路図 一般的な差動増幅回路の差動出力信号を示す図 上記実施の形態３に係る利得変動補償装置の差動増幅回路の差動出力信号を示す図 上記実施の形態３に係る利得変動補償装置の構成を示す回路図 上記実施の形態３に係る利得変動補償装置のシミュレーション結果を示す図 上記実施の形態３に係る利得変動補償装置の制御電圧と電流のシミュレーション結果を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る利得変動補償装置の構成を示す図である。本実施の形態は、携帯端末装置等に搭載される増幅回路の利得変動補償装置に適用可能である。

図２に示すように、利得変動補償装置１００は、電圧源から提供される電圧及び定電流源を用いて入力信号を増幅する増幅回路１１０と、電圧源から提供される電圧の変動を検知する電源電圧変動検知部１２０と、電源電圧変動検知部１２０により検知された電圧の変動量に応じて、増幅回路１１０に流れる電流量を制御する電流可変回路１３０とを備える。

本実施の形態は、増幅回路１１０、電源電圧変動検知部１２０、及び電流可変回路１３０のそれぞれを、各構成例１−７で実現することができる。以下、具体的な回路構成及び動作について説明する。

[増幅回路１１０及び電流可変回路１３０の構成例１]
構成例１は、増幅回路１１０がシングル構成の例である。

図３は、上記利得変動補償装置１００の増幅回路１１０及び電流可変回路１３０の構成例を示す回路図である。

図３に示すように、増幅回路１１０は、電圧源１１１、負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３、定電流源トランジスタ１１４、定電流源１１５、及びトランジスタ１１６を備える。

負荷インピーダンス１１２は、トランジスタ１１３の負荷であり、例えば可変抵抗からなる。負荷インピーダンス１１２は、抵抗値を変更できるものであればどのような構成でもよい。この可変抵抗は、固定抵抗でもよい。

トランジスタ１１３は、ゲートに入力信号Ｖinを受け、増幅回路１１０出力Ｖoutを出力する。

定電流源トランジスタ１１４は、トランジスタ１１３の定電流源である。定電流源トランジスタ１１４は、トランジスタ１１６とゲート同士を接続してカレントミラー回路を構成する。

電源電圧変動検知部１２０は、電圧源１１１と接続し、電圧源１１１から提供される電圧の変動を検知する。電源電圧変動検知部１２０は、検知した電圧に応じて制御信号を電流可変回路１３０に与える。電源電圧変動検知部１２０の回路構成の詳細については、図１０乃至図１５により後述する。

Ｉｄｓは、定電流トランジスタ１１４と並列に接続される電流可変回路１３１からなり、増幅回路１１０に流れる電流量を制御する。

以下、上述のように構成された利得変動補償装置１００の動作について説明する。

まず、事前に電流可変回路１３０に電流を流しておく。電圧源１１１から提供する電圧が変動した場合、電源電圧変動検知部１２０が電圧の変動を検知する。

電源電圧変動検知部１２０は、電圧源１１１から提供する電圧と電流の対応表（後述する図１１参照）を持っており、電流可変回路１３０に対して、電圧源１１１の電圧の変動量に応じた電流量を流すように制御する。

事前に電流を流す理由について説明する。電圧源１１１の電圧の増減に伴い、利得補償をするために電流可変回路１３０の電流量を増減させている。電流を減少させて利得補償を可能とするために、事前に電流を流しておく必要がある。なお、事前に電流を流す具体例については、実施の形態２．３により後述する。これにより、負荷インピーダンス１１２とトランジスタ１１３に流れる電流量は変化し、増幅回路１１０の利得は変動前後で一定となる。

[増幅回路１１０及び電流可変回路１３０の構成例２]
構成例２は、増幅回路１１０が差動回路構成の例である。

図４は、利得変動補償装置１００Ａの増幅回路１１０Ａ及び電流可変回路１３０の構成例を示す回路図である。図３と同一構成部分には同一番号を付している。

図４に示すように、増幅回路１１０Ａは、電圧源１１１、負荷インピーダンス１１２ａ，１１２ｂ、トランジスタ１１３ａ，１１３ｂ、定電流源トランジスタ１１４、定電流源１１５、及びトランジスタ１１６を備える。

負荷インピーダンス１１２ａは、トランジスタ１１３ａの負荷、また負荷インピーダンス１１２ｂは、トランジスタ１１３ｂの負荷であり、例えば可変抵抗からなる。負荷インピーダンス１１２ａ，１１２ｂは、抵抗値を変更できるものであればどのような構成でもよい。

トランジスタ１１３ａは、ゲートに入力信号Ｖinpを受け、差動出力Ｖoutpを出力する。トランジスタ１１３ｂは、ゲートに入力信号Ｖinnを受け、差動出力Ｖoutnを出力する。

定電流源トランジスタ１１４は、差動回路構成されたトランジスタ１１３ａ，１１３ｂの共通の定電流源である。定電流源トランジスタ１１４は、トランジスタ１１６とゲート同士を接続してカレントミラー回路を構成する。

上記利得変動補償装置１００Ａの基本動作は、図３の利得変動補償装置１００と同様である。

まず、事前に電流可変回路１３０に電流を流しておく。電圧源１１１から提供する電圧が変動した場合、電源電圧変動検知部１２０が電圧の変動を検知する。

電源電圧変動検知部１２０は、電流可変回路１３０に対して、電圧の変動量に応じた電流量を流すように制御する。これにより、負荷インピーダンス１１２ａ，１１２ｂとトランジスタ１１３ａ，１１３ｂに流れる電流量は変化し、増幅回路１１０Ａの利得は変動前後で一定となる。

図５は、利得変動補償装置１００Ｂの増幅回路１１０Ｂ及び電流可変回路１３０Ａの構成例を示す回路図である。図４と同一構成部分には同一番号を付している。

図５に示すように、増幅回路１１０Ｂは、電圧源１１１、負荷インピーダンス１１２ａ，１１２ｂ、トランジスタ１１３ａ，１１３ｂ、抵抗（インピーダンス）１１７、定電流源トランジスタ１１４ａ，１１４ｂ、定電流源１１５、及びトランジスタ１１６を備える。

負荷インピーダンス１１２ａは、トランジスタ１１３ａの負荷、また負荷インピーダンス１１２ｂは、トランジスタ１１３ｂの負荷であり、例えば可変抵抗からなる。負荷インピーダンス１１２ａ，１１２ｂは、抵抗値を変更できるものであればどのような構成でもよい。

トランジスタ１１３ａは、ゲートに入力信号Ｖinpを受け、差動出力Ｖoutpを出力する。トランジスタ１１３ｂは、ゲートに入力信号Ｖinnを受け、差動出力Ｖoutnを出力する。

定電流源トランジスタ１１４ａは、差動回路構成されたトランジスタ１１３ａの定電流源、また定電流源トランジスタ１１４ｂは、差動回路構成されたトランジスタ１１３ｂの定電流源である。定電流源トランジスタ１１４ａと定電流源トランジスタ１１４ｂとトランジスタ１１６とは、ゲート同士を接続してカレントミラー回路を構成する。

抵抗１１７は、差動回路のハイパスフィルタとして挿入される。

電流可変回路１３０Ａは、定電流トランジスタ１１４ａと並列に接続される電流可変回路１３１ａと、定電流トランジスタ１１４ｂと並列に接続される電流可変回路１３１ｂとからなり、増幅回路１１０Ｂに流れる電流量を制御する。

電源電圧変動検知部１２０は、各電流可変回路１３１ａ，１３１ｂに制御信号を与える。

上記利得変動補償装置１００Ｂの基本動作は、図４の利得変動補償装置１００Ａと同様である。

まず、事前に電流可変回路１３０Ａに電流を流しておく。電圧源１１１から提供する電圧が変動した場合、電源電圧変動検知部１２０が電圧の変動を検知する。

電源電圧変動検知部１２０は、電流可変回路１３０Ａに対して、電圧の変動量に応じた電流量を流すように制御する。これにより、負荷インピーダンス１１２ａ，１１２ｂとトランジスタ１１３ａ，１１３ｂに流れる電流量は変化し、増幅回路１１０Ｂの利得は変動前後で一定となる。

[増幅回路１１０及び電流可変回路２３０の構成例３]
構成例３は、電流可変回路２３０が、定電流源トランジスタ１１４に並列接続されたスイッチ及び抵抗により構成される例である。

図６は、利得変動補償装置１００Ｃの増幅回路１１０及び電流可変回路２３０の構成例を示す回路図である。図３と同一構成部分には同一番号を付している。

図６に示すように、電流可変回路２３０は、定電流源トランジスタ１１４と並列にスイッチ２３１，２３３，２３５、及び抵抗２３２，２３４，２３６を接続する。

スイッチ２３１，２３３，２３５は、電源電圧変動検知部１２０からの制御信号でオンオフ制御される。

以下、上述のように構成された利得変動補償装置１００Ｃの動作について説明する。

まず、図６に示すように、スイッチ２３１，２３３をオンし、抵抗２３２，２３４を接続することで電流を流しておく。事前に電流を流すことで、電流の増減が可能となる。電圧源１１１から提供される電圧が低下した場合、定電流源トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧が低下するため、電流が減少する。

電源電圧変動検知部１２０は、前記電流の減少量に応じてスイッチ２３１，２３３をオフする。スイッチ２３１，２３３をオフすることで合成抵抗を増大させ、トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧を増加させる。その結果、負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量が増加する。

また、電圧源１１１から提供される電圧が増加した場合、定電流源トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧が上昇するため、電流が増加する。

電源電圧変動検知部１２０は、前記電流の上昇量に応じてスイッチ２３５をオンする。スイッチ２３５をオンすることで合成抵抗を減少させ、定電流源トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧を低下させ。その結果、負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量が減少する。

これにより、負荷インピーダンス１１２及びトランジスタ１１３に流れる電流量の調整が可能となり、利得補償が可能となる。

なお、定電流源トランジスタ１１４に対して並列に３つのスイッチ、抵抗を接続したが、制御量に応じて、スイッチ、抵抗の数は変更可能である。また、スイッチ２３１，２３３がオフとしていたが、スイッチのオン、オフの初期状態は状況に応じて変更してもよい。

[増幅回路１１０及び電流可変回路２４０の構成例４]
構成例４は、電流可変回路２４０が、定電流源トランジスタ１１４に並列接続されたスイッチ及びトランジスタにより構成される例である。

図７は、利得変動補償装置１００Ｄの増幅回路１１０及び電流可変回路２４０の構成例を示す回路図である。図３と同一構成部分には同一番号を付している。

図７に示すように、電流可変回路２４０は、定電流源トランジスタ１１４と並列にスイッチ２４１，２４３，２４５、及びトランジスタ２４２，２４４，２４６を接続する。

スイッチ２４１，２４３，２４５は、電源電圧変動検知部１２０からの制御信号でオンオフ制御される。

トランジスタ２４２，２４４，２４６は、ＮＭＯＳトランジスタである。

以下、上述のように構成された利得変動補償装置１００Ｄの動作について説明する。

まず、図７に示すように、スイッチ２４１，２４３をオンし、トランジスタ２４２，２４４を接続することで電流を流しておく。電圧源１１１から提供される電圧が低下した場合、定電流源トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧が低下するため、電流が減少する。

電源電圧変動検知部１２０は、前記電流の減少量に応じてスイッチ２４１，２４３，２４５をオンする。スイッチ２４１，２４３，２４５をオンすることで負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量が増加する。

また、電圧源１１１から提供される電圧が増加した場合、定電流源トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧が上昇するため、電流が増加する。

電源電圧変動検知部１２０は、前記電流の上昇量に応じてスイッチ２４１，２４３をオフする。スイッチ２４１，２４３をオフすることで負荷インピーダンス１１２及びトランジスタ１１３に流れる電流量が減少する。

これにより、負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量の調整が可能となり、利得補償が可能となる。

なお、定電流源トランジスタ１１４に対して並列に３つのスイッチ、トランジスタを接続したが、制御量に応じて、スイッチ、トランジスタの並列数の変更は可能である。また、スイッチ２４１，２４３がオフとしていたが、スイッチのオン、オフの初期状態は状況に応じて変更してもよい。

[増幅回路１１０及び電流可変回路２５０の構成例５]
構成例５は、電流可変回路２５０が、定電流源トランジスタ１１４に並列接続されたトランジスタにより構成される例である。

図８は、利得変動補償装置１００Ｅの増幅回路１１０及び電流可変回路２５０の構成例を示す回路図である。図３と同一構成部分には同一番号を付している。

図８に示すように、電流可変回路２５０は、定電流源トランジスタ１１４と並列にトランジスタ２５２を接続する。トランジスタ２５２のゲートに可変電圧源２５１から電圧を与えている。

可変電圧源２５１は、電源電圧変動検知部１２０からの制御信号で制御され、制御信号に応じた電圧を供給する。

トランジスタ２５２は、ＮＭＯＳトランジスタである。

以下、上述のように構成された利得変動補償装置１００Ｅの動作について説明する。

まず、トランジスタ２５２のゲートに電圧を与え、トランジスタ２５２に電流を流しておく。電圧源１１１から提供される電圧が低下した場合、定電流源トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧が低下するため、電流が減少する。そのため、電源電圧変動検知部１２０は、減少量に応じて可変電圧源２５１の電圧を上昇させ、トランジスタ２５２のゲート電圧を上昇させる。その結果、負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量が増加する。

また、電圧源１１１から提供される電圧が増加した場合、定電流源トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧が上昇するため、電流が増加する。そのため、電源電圧変動検知部１２０は、上昇量に応じて可変電圧源２５１を低下させ、トランジスタ２５２のゲート電圧を低下させる。その結果、負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量が減少する。

これにより、負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量の調整が可能となり、利得補償が可能となる。

なお、トランジスタ２５２のゲートに可変電圧源２５１を接続しているが、ＤＡコンバータなどを用いて直接電圧を与えてもよい。その場合は、電源電圧変動検知部１２０とＤＡコンバータを接続し、出力電圧を制御する。

図９は、利得変動補償装置１００Ｆの増幅回路１１０及び電流可変回路２５０Ａの構成例を示す回路図である。図８と同一構成部分には同一番号を付している。

図９に示すように、可変電圧源２５１を、電圧源２５３から与えた電圧を抵抗２５４，２５５の抵抗値の比で分圧して、電圧を与えている構成としてもよい。抵抗２５４，２５５は可変抵抗となっており、抵抗値の比を変えることで、トランジスタ２５２に与える電圧を変更可能である。

なお、抵抗値の比を変更することから、抵抗２５４，２５５のいずれか一方が可変抵抗でもよい。また、抵抗２５４，２５５はトランジスタを用いてもよい。その場合、電源電圧変動検知部１２０が可変抵抗の抵抗値を制御する。

次に、電流電圧変動検知部１２０の構成例とその動作について説明する。

[電源電圧変動検知部１２０の構成例６]
構成例６は、電源電圧変動検知部１２０が、デジタル回路により構成される例である。

図１０は、電流電圧変動検知部１２０の構成例を示す図である。

図１０に示すように、電流電圧変動検知部１２０は、ＡＤコンバータ１２１、電圧検出部１２２、電圧電流変換テーブル１２３、及び電流制御部１２４を備える。

図１１は、上記電圧電流変換テーブル１２３の例を示す図である。図１１に示すように、電圧電流変換テーブル１２３は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリにより構成され、電圧源１１１（図１乃至図９参照。以下同様。）の電圧に対応する制御電圧を格納する。

ＡＤコンバータ１２１は、電圧源１１１の電圧をアナログからデジタルに変換する。

電圧検出部１２２は、ＡＤコンバータ１２１によりデジタル化された電圧源の電圧を検出する。

電流制御部１２４は、マイクロプロセッサ等により構成され、電圧検出部１２２より検出した電圧を取得し、電圧電流変換テーブル１２３を参照する。

以上の構成において、電源電圧変動検知部１２０は、まず、ＡＤコンバータ１２１より電圧源の電圧をアナログからデジタルに変換する。電圧検出部１２２は、ＡＤコンバータ１２１によりデジタル化された電圧源の電圧を検出する。電流制御部１２４は、電圧検出部１２２より検出した電圧を取得し、電圧電流変換テーブル１２３を参照する。電圧電流変換テーブル１２３には、電圧源１１１の電圧に対応して電流可変回路１３０（１３０Ａ，２３０，２４０，２５０，２５０Ａ）（以下、電流可変回路１３０を代表して説明する。）で所望の電流を流すための制御電圧を格納している。電流制御部１２４は、電圧電流変換テーブル１２３ルックアップにより制御電圧を取得し、電流可変回路１３０に出力する。

ここで、電流制御部１２４が電圧電流変換テーブル１２３を参照する態様に代えて、電圧源の電圧の増減に応じて制御電圧を増減させ、電流可変回路１３０に出力してもよい。

図１２及び図１３は、電流制御部１２４の制御電圧の出力制御を示すフローチャートである。本フローは、電流制御部１２４を構成するマイクロプロセッサにより所定タイミングで繰り返し実行される。図中、Ｓはフローの各ステップを示す。

図１２に示すように、利得変動補償装置１００の電源オンによりフローが開始する。

ステップＳ１では、電流制御部１２４は、電圧源１１１の基準電圧をバッファに保存する。

ステップＳ２では、電流制御部１２４は、電圧源１１１の電圧を検出する。

ステップＳ３では、電流制御部１２４は、検出した電圧源１１１の電圧をバッファ内の電圧値と比較する。

上記ステップＳ３で検出した電圧源１１１の電圧がバッファ内の電圧値と所定範囲内で等しい場合、ステップＳ４で電流制御部１２４は、電流可変回路１３０に出力する制御電圧を一定にしてステップＳ７に進む。

上記ステップＳ３で検出した電圧源１１１の電圧がバッファ内の電圧値より大きい場合、ステップＳ５で電流制御部１２４は、電流可変回路１３０に出力する制御電圧を所定量低下させてステップＳ７に進む。

上記ステップＳ３で検出した電圧源１１１の電圧がバッファ内の電圧値より小さい場合、ステップＳ６で電流制御部１２４は、電流可変回路１３０に出力する制御電圧を所定量増加させてステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、電流制御部１２４は、電圧源１１１の電圧をバッファに保存する。

ステップＳ８では、電流制御部１２４は、利得変動補償装置１００の電源オフか否かを判別し、電源オフであれば本フローを終了し、電源オンであれば上記ステップＳ２に戻る。

このように、本フローを実行することにより、電圧電流変換テーブル１２３を参照せず、電圧源の電圧の増減に応じて制御電圧を増減させ、電流可変回路１３０に出力することができる。この構成によれば、電圧電流変換テーブル１２３が不要になる効果がある。但し、図１１の電圧電流変換テーブル１２３を用いる方法は、マイクロプロセッサの能力を上げることなく高速で制御することが可能である。

図１３は、図１２のフローチャートと同様の電流制御部１２４の制御電圧の出力制御を行うフローチャートである。図１３において、図１２と同じ処理を行うステップには同一ステップを付して重複部分の説明を省略する。

図１３のフローにおいて、上記ステップＳ３で検出した電圧源１１１の電圧がバッファ内の電圧値より大きい場合、ステップＳ６で電流制御部１２４は、電流可変回路１３０に出力する制御電圧を所定量増加させてステップＳ７に進む。

上記ステップＳ３で検出した電圧源１１１の電圧がバッファ内の電圧値より小さい場合、ステップＳ５で電流制御部１２４は、電流可変回路１３０に出力する制御電圧を所定量低下させてステップＳ７に進む。

後述する実施の形態２のように、ＰＭＯＳトランジスタを使用した場合に、実施の形態１とは逆の動作を行うことになる。この場合に、電流制御部１２４は、電流可変回路１３０に出力する制御電圧を実施の形態１とは逆に増減する。図１３のフローは、このための制御電圧の出力制御フローである。

図１２のフローと同様に、電圧電流変換テーブル１２３を参照せず、電圧源の電圧の増減に応じて制御電圧を増減させ、電流可変回路１３０に出力することができる。

[電源電圧変動検知部１２０の構成例７]
構成例７は、電源電圧変動検知部１２０が、アナログ回路により構成される例である。

図１４は、電流電圧変動検知部１２０Ａの構成例を示す図である。

図１４に示すように、電流電圧変動検知部１２０Ａは、電圧源１１１の電圧の誤差を検出する誤差検出回路３１１と、誤差検出回路３１１により検出された誤差をなくすように、電圧源１１１の電圧に対応した制御電圧を出力する誤差フィードバック回路３１２とを備える。

誤差検出回路３１１は、参照電圧３１３、インピーダンス３１４，３１５，３１６，３１７、及びアンプ３１８を含む。なお、インピーダンス３１４とインピーダンス３１６、インピーダンス３１５とインピーダンス３１７は、それぞれ同等の値である。

誤差フィードバック回路３１２は、バイアス電圧３１９、インピーダンス３２０，３２１、及びアンプ３２２を含む。

まず、誤差検出回路３１１に関して説明する。

インピーダンス３１４とインピーダンス３１６をＲ１、インピーダンス３１５とインピーダンス３１７をＲ２、参照電圧３１３をＶref、入力電圧をＶddと仮定する。誤差検出回路３１１の出力Ｖoutは、次式（１）で示される。

Ｖout＝（Ｖdd−Ｖref）×Ｒ２／Ｒ１ …（１）
参照電圧３１３を電源電圧ばらつき前の電圧に設定することで、電圧源１１１の電源電圧のばらつき量を検出することができる。

次に、誤差フィードバック回路３１２に関して説明する。

インピーダンス３２０をＲ３、インピーダンス３２１をＲ４、バイアス電圧をＶcntと仮定する。誤差フィードバック回路の出力Ｖcnt_outは、次式（２）で示される。

Ｖcnt_out＝Ｖcnt＋（Ｖcnt−Ｖout）×Ｒ４／Ｒ３ …（２）
Ｒ１〜Ｒ４の値を適切に設定することで、電圧源１１１の電源電圧ばらつき量に応じた所望の電圧を出力することが可能となる。

例えば、参照電圧Ｖrefを１．２Ｖ、Ｖcntを０．２Ｖ、Ｒ１を１Ω、Ｒ２を１Ω、Ｒ３を１Ω、Ｒ４を１Ωと仮定する。入力電圧Ｖddが１．２Ｖであれば、Ｖoutは０Ｖとなり、Ｖcnt_outは０．４Ｖである。

電圧源１１１の電圧がばらつきにより１．２Ｖから１．３Ｖに変化したとする。入力電圧Ｖddは、１．３Ｖとなり、誤差検出回路３１１の出力電圧Ｖoutは式（１）より０．１Ｖとなる。式（２）に出力電圧Ｖoutを代入すると、誤差フィードバック回路３１２の出力Ｖcnt_outは、０．３Ｖとなる。逆に、電圧源１１１の電圧がばらつきにより１．２Ｖから１．１Ｖに変化した場合の出力Ｖcnt_outは０．５Ｖとなる。

後述する実施の形態２のように、ＰＭＯＳトランジスタを使用した場合に、実施の形態１とは逆の動作を行うことになる。

図１５は、電流電圧変動検知部１２０Ｂの構成例を示す図である。図１４と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。

図１５に示すように、電流電圧変動検知部１２０Ｂは、図１４の電流電圧変動検知部１２０Ａの参照電圧３１３と入力電圧の入力を入れ替えた構成である。

誤差検出回路３１１Ａに関して説明する。

インピーダンス３１４と３１６をＲ１、インピーダンス３１５と３１７をＲ２、参照電圧３１３をＶref、入力電圧をＶddと仮定する。アンプ３１８に入力する入力端子を入れ替えたことで、誤差検出回路３１１Ａの出力Ｖoutは次式（３）となる。

Ｖout＝（Ｖref−Ｖdd）×Ｒ２／Ｒ１ …（３）
実施の形態１ではＮＭＯＳを使用しているが、後述するように実施の形態２ではＰＭＯＳトランジスタを使用する。このため、制御電圧が基準電圧に対してプラスマイナス逆となる。図１５の構成を用いることで対応可能となる。

以上のように、本実施の形態によれば、利得変動補償装置１００は、電圧源１１１から提供される電圧及び定電流源を用いて入力信号を増幅する増幅回路１１０と、電圧源１１１から提供される電圧の変動を検知する電源電圧変動検知部１２０と、電源電圧変動検知部１２０により検知された電圧の変動量に応じて、増幅回路１１０に流れる電流量を制御する電流可変回路１３０とを備える。

本実施の形態は、増幅回路１１０又はその差動回路の定電流源トランジスタと並列に電流可変回路１３０を接続し、事前に電流可変回路１３０に電流を流し、電源電圧変動検知部１２０において電源電圧の変動を検知する。電流可変回路１３０は、電圧変動量に応じて電流量の調整を行い、増幅回路１１０に流れる電流量を制御する。

利得変動補償装置１００は、電圧源１１１から提供する電圧が変動した場合でも、電流可変回路１３０を用いて増幅回路１１０に流れる電流量をある一定の幅を持った範囲内に調整する。これにより、増幅回路１１０が信号を増幅する際に、電圧源１１１の電源ばらつきによる利得変動を補償することが可能になる。

ここで、電流制御による利得補償について、さらに詳細に説明する。

図１６は、利得変動補償装置１００の増幅回路１１０の利得の求め方を説明する回路図である。図３と同一構成部分には同一符号を付している。

図１６に示すように、増幅回路１１０（図２）のトランジスタ１１３をＴｒ１と表し、Ｔｒ１のゲート電圧Ｖｉｎ、ソース・ドレイン電流Ｉｄｓとする。簡略化のため、Ｔｒ１の出力抵抗、及び次段の入力負荷抵抗が十分大きいと仮定する。

Ｔｒ１のコンダクタンスをｇｍとすると、利得Ａｖは、
Ａｖ＝−ｇｍ×Ｒload
となり、Ｔｒ１のコンダクタンスｇｍは、
ｇｍ＝２Ｉｄｓ／Ｖeff
となる。Ｔｒ１の閾値電圧をｖｔ、Ｔｒ１のゲート・ソース間電圧をＶｇｓとすると、Ｖeffは、
Ｖeff＝Ｖｇｓ−Ｖｔ
となる。以上にようにして、利得Ａｖを求めることができる。

図１７は、利得変動補償装置１００の電源ばらつきによる利得制御方法を説明する回路図である。

図１７に示すように、電圧源１１１が１．２Ｖから１．３２Ｖに変動した場合、電流Ｉｄｓは増加する。この増加量をΔＩとする。電流Ｉｄｓが増えた場合に、ばらつき前の利得にするためには、電流可変回路１３１は、電流Ｉｄｓを減らすように電流量を制御する必要がある。但し、電圧源１１１の電圧変化、及び電流制御に伴い、Ｖeffも変化するため、単純にΔＩを減少させれば良いわけではない。そのため、実際に利得変動補償装置１００を使用する場合は、事前にシミュレーションを用いてテーブルを作製するか、アップダウン制御などの試行を行い、利得の調整を行う。

（実施の形態２）
実施の形態１は、増幅回路１１０の定電流トランジスタ１１４と並列に電流可変回路１３０を接続し、増幅回路１１０に流れる電流量を制御する例について説明した。この構成に代えて、負荷インピーダンス１１２と並列に電流可変回路４３０を接続することも可能である。

実施の形態２では、増幅回路１１０の定電流トランジスタ１１２と並列に電流可変回路４３０を接続し、増幅回路１１０に流れる電流量を制御する例について説明する。

図１８は、本発明の実施の形態２に係る利得変動補償装置の構成を示す回路図である。図３と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。

図１８に示すように、利得変動補償装置４００は、電圧源１１１から提供される電圧及び定電流源を用いて入力信号を増幅する増幅回路１１０と、電圧源１１１から提供される電圧の変動を検知する電源電圧変動検知部１２０と、増幅回路１１０に流れる電流量を制御する電流可変回路４３０とを備える。

電源電圧変動検知部１２０は、電圧源１１１と接続し、電圧源１１１から提供される電圧の変動を検知する。電源電圧変動検知部１２０は、検知した電圧に応じて制御信号を電流可変回路４３０に与える。実施の形態２の電源電圧変動検知部１２０の構成は、前記図１０、図１４又は図１５が適用可能である。

電流可変回路４３０は、増幅回路１１０の負荷インピーダンス１１２と並列に接続される電流可変回路４３１からなり、増幅回路１１０に流れる電流量を制御する。

以下、上述のように構成された利得変動補償装置４００の動作について説明する。

まず、事前に電流可変回路４３１に電流を流しておく。事前に電流を流す理由について説明する。電圧源１１１の電圧の増減に伴い、利得補償をするために電流可変回路４３０の電流量を増減させている。電流を減少させて利得補償を可能とするために、事前に電流を流しておく必要がある。電圧源１１１から提供する電圧が変動した場合、電源電圧変動検知部１２０が電圧の変動を検知する。

電源電圧変動検知部１２０は、電圧源１１１から提供する電圧と電流の対応表（前記図１１参照）を持っており、電流可変回路４３１に対して、電圧源１１１の電圧の変動量に応じた電流量を流すように制御する。これにより、負荷インピーダンス１１２とトランジスタ１１３に流れる電流量が変化し、増幅回路の利得は電圧源から提供する電圧の変動前後で利得が一定となる。

なお、増幅回路１１０内の負荷インピーダンス１１２は、可変抵抗を用いているが、抵抗値を変更できるものであればその構成は問わない。また、可変抵抗は、固定抵抗でもよい。

図１８は、増幅回路１１０がシングル構成の例である。差動回路構成の場合にも同様に適用することができる。

図１９は、利得変動補償装置４００Ａの増幅回路１１０Ａ及び電流可変回路４３０Ａの構成例を示す回路図である。図４と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。

図１９に示すように、差動回路構成の場合、負荷インピーダンス１１２ａ，１１２ｂと並列に電流可変回路４３１ａ，４３１ｂが接続される。

上記利得変動補償装置４００Ａの基本動作は、図１８の利得変動補償装置４００と同様である。

まず、事前に電流可変回路４３１ａ，４３１ｂに電流を流しておく。電圧源１１１から提供する電圧が変動した場合、電源電圧変動検知部１２０が電圧の変動を検知する。

電源電圧変動検知部１２０は、電流可変回路４３０Ａに対して、電圧の変動量に応じた電流量を流すように制御する。これにより、負荷インピーダンス１１２ａ，１１２ｂとトランジスタ１１３ａ，１１３ｂに流れる電流量は変化し、増幅回路１１０Ａの利得は変動前後で一定となる。

図２０は、利得変動補償装置４００Ｂの増幅回路１１０Ｂ及び電流可変回路４３０Ａの構成例を示す回路図である。図５と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。

上記利得変動補償装置４００Ｂの基本動作は、図１９の利得変動補償装置４００Ａと同様である。

まず、事前に電流可変回路４３１ａ，４３１ｂに電流を流しておく。電圧源１１１から提供する電圧が変動した場合、電源電圧変動検知部１２０が電圧の変動を検知する。

電源電圧変動検知部１２０は、電流可変回路４３０Ａに対して、電圧の変動量に応じた電流量を流すように制御する。これにより、負荷インピーダンス１１２ａ，１１２ｂとトランジスタ１１３ａ，１１３ｂに流れる電流量は変化し、増幅回路１１０Ａの利得は変動前後で一定となる。

図２１は、利得変動補償装置４００Ｃの増幅回路１１０及び電流可変回路５３０の構成例を示す回路図である。図７と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。

図２１に示すように、電流可変回路５３０は、負荷インピーダンス１１２と並列にスイッチ５３１，５３３，５３５、及びトランジスタ５３２，５３４，５３６を接続する。また、電流可変回路５３０は、トランジスタ５３２，５３４，５３６を動作させるトランジスタ５３８，５３９を備える。

スイッチ５３１，５３３，５３５は、電源電圧変動検知部１２０からの制御信号でオンオフ制御される。

トランジスタ５３２，５３４，５３６，５３８は、ＰＭＯＳトランジスタ、トランジスタ５３９は、ＮＭＯＳトランジスタである。

また、電源電圧変動検知部１２０の構成は、前記図１０、図１４又は図１５が適用可能である。

以下、上述のように構成された利得変動補償装置４００Ｃの動作について説明する。

まず、図２１に示すように、スイッチ５３１，５３３をオンし、トランジスタ５３２，５３４を接続することで電流を流しておく。電圧源１１１から提供される電圧が低下した場合、定電流源トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧が低下するため、電流が減少する。

電源電圧変動検知部１２０は、前記電流の減少量に応じてスイッチ５３５をオンする。スイッチ５３５をオンすることで負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量が増加する。

また、電圧源１１１から提供される電圧が増加した場合、定電流源トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧が上昇するため、電流が増加する。

電源電圧変動検知部１２０は、前記電流の上昇量に応じてスイッチ５３１，５３３をオフする。スイッチ５３１，５３３をオフすることで負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量が減少する。

これにより、負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量の調整が可能となり、利得補償が可能となる。

なお、定電流源トランジスタ１１４に対して並列に３つのスイッチ、トランジスタを接続したが、制御量に応じて、スイッチ、トランジスタの並列数の変更は可能である。また、スイッチ５３１，５３３がオフとしていたが、スイッチのオン、オフの初期状態は状況に応じて変更してもよい。

図２２は、利得変動補償装置４００Ｄの増幅回路１１０及び電流可変回路５４０の構成例を示す回路図である。図８と同一構成部分には同一番号を付している。

図２２に示すように、電流可変回路５４０は、負荷インピーダンス１１２と並列にトランジスタ５４２を接続する。トランジスタ５４２のゲートに可変電圧源５４１から電圧を与えている。

可変電圧源５４１は、電源電圧変動検知部１２０からの制御信号で制御され、制御信号に応じた電圧を供給する。

トランジスタ５４２は、ＰＭＯＳトランジスタである。

また、電源電圧変動検知部１２０の構成は、前記図１０、図１４又は図１５が適用可能である。

以下、上述のように構成された利得変動補償装置４００Ｄの動作について説明する。

まず、トランジスタ５４２のゲートに電圧を与え、トランジスタ５４２に電流を流しておく。電圧源１１１から提供される電圧が低下した場合、定電流源トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧が低下するため、電流が減少する。そのため、電源電圧変動検知部１２０は、減少量に応じて可変電圧源５４１の電圧を低下させ、トランジスタ２５２のゲート電圧を低下させる。その結果、負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量が増加する。

また、電圧源１１１から提供される電圧が増加した場合、定電流源トランジスタ１１４のドレイン、ソース間の電圧が上昇するため、電流が増加する。そのため、電源電圧変動検知部１２０は、上昇量に応じて可変電圧源５４１を上昇させ、トランジスタ２５２のゲート電圧を上昇させる。その結果、負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量が減少する。

これにより、負荷インピーダンス１１２、トランジスタ１１３に流れる電流量の調整が可能となり、利得補償が可能となる。

なお、トランジスタ５４２のゲートに可変電圧源を接続しているが、ＤＡコンバータなどを用いて直接電圧を与えてもよい。その場合は、電源電圧変動検知部１２０とＤＡコンバータを接続し、出力電圧を制御する。

図２３は、利得変動補償装置４００Ｅの増幅回路１１０及び電流可変回路５４０Ａの構成例を示す回路図である。図２２と同一構成部分には同一番号を付している。

図２３に示すように、可変電圧源５４１を、電圧源５４３から与えた電圧を抵抗５４４，５４５の抵抗値の比で分圧して、電圧を与えている構成としてもよい。抵抗５４４，５４５は可変抵抗となっており、抵抗値の比を変えることで、トランジスタ５４２に与える電圧を変更可能である。

なお、抵抗値の比を変更することから、抵抗５４４，５４５のいずれか一方が可変抵抗でもよい。また、抵抗５４４，５４５はトランジスタを用いてもよい。その場合、電源電圧変動検知部１２０が可変抵抗の抵抗値を制御する。

図２４は、図１９の利得変動補償装置４００Ａの制御電圧と利得のシミュレーション結果を示す図である。図２５は、図１９の利得変動補償装置４００Ａの制御電圧と電流のシミュレーション結果を示す図である。

図２４（ａ）に示すように、制御電圧が一定の場合、利得が増減していることがわかる。例えば、制御電圧０．４Ｖでは、±０．５ｄＢ利得が変化している。図２５（ａ）の制御電圧と電流の関係でみた場合も同様である。

図２４（ｂ）に示す適切な制御電圧（Ｖcm）を与えることにより、一定の振幅を出力することがわかる。例えば、１．０８ＶではＶcm＝０．３２Ｖ、１．３２ＶではＶcm＝０．５Ｖである。図１９の利得変動補償装置４００Ａの場合、制御電圧を０．６Ｖ以上、０．０６Ｖ以下にすると電圧源が１．０８Ｖから１.３２Ｖまで変動する際に利得の補償ができないため、ある一定の低い電圧を使用し、事前に電流を流しておく必要がある。本例では、０．０６Ｖ以上、０．６Ｖ以下である。図２５（ｂ）の制御電圧と電流の関係でみた場合も同様である。

このように、本実施の形態によれば、増幅回路１１０又はその差動回路の負荷インピーダンス１１２と並列に電流可変回路４３０を接続し、事前に電流可変回路４３０に電流を流し、電源電圧変動検知部１２０において電源電圧の変動を検知する。電流可変回路４３０は、電圧変動量に応じて電流量の調整を行い、増幅回路１１０に流れる電流量を制御する。これにより、実施の形態１と同様に、増幅回路１１０が信号を増幅する際に、電圧源１１１の電源ばらつきによる利得変動を補償することが可能になる。

（実施の形態３）
実施の形態１．２の利得変動補償装置により、利得の変動を補償することができる。上記利得変動補償に加え、差動回路構成において、電流可変回路４３０を用いることにより、差動間の中心電圧のずれを抑制することができる。

実施の形態３では、差動間の中心電圧のずれを抑制する例について説明する。

図２６及び図２７は、本発明の実施の形態３に係る利得変動補償装置の構成を示す回路図である。図２０と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。

図２６に示すように、利得変動補償装置６００は、電圧源１１１から提供される電圧及び定電流源を用いて入力信号を増幅する増幅回路６１０と、電圧源１１１から提供される電圧の変動を検知する電源電圧変動検知部１２０と、増幅回路６１０に流れる電流量を制御する電流可変回路６３０とを備える。

増幅回路６１０は、図２０の増幅回路１１０Ｂの差動間のハイパスフィルタとしての抵抗１１７に代えて、インピーダンス６１１とインピーダンス６１２とを直列に接続している。差動間にインピーダンス６１１，６１２を付加した理由は、負帰還をかけることで利得を減少させ、周波数特性を向上させるためである。なお、インピーダンス６１１，６１２は、可変抵抗としてもよい。可変抵抗にした場合は、抵抗値を変更することで利得の制御が可能となる。また、インピーダンス６１１，６１２は、スイッチで抵抗を切り替える構成にしても構わない。なお、利得の制御が不必要の場合は、抵抗でもよい。

電流可変回路６３０は、電流可変回路６３１を備える。電流可変回路６３１は、前記差動間に接続したインピーダンス６１１，６１２の間と電圧源との間に接続している。

電源電圧変動検知部１２０は、差動回路の差動信号の中心電圧が差動間で一致するように、インピーダンス６１１とインピーダンス６１２とを個別に制御する制御電圧を出力する。

また、図２７に示すように、利得変動補償装置６００Ａの増幅回路６１０Ａは、差動間に接続したインピーダンス６１１，６１２の他に、キャパシタ６１３を接続し、ハイパスフィルタの特性を持たせた構成でもよい。

以下、上述のように構成された利得変動補償装置６００，６００Ａの動作について説明する。

まず、事前に電流可変回路６３１に電流を流しておく。事前に電流を流す理由は、前述した通りである。すなわち、電圧源１１１の電圧の増減に伴い、利得補償をするために電流可変回路４３０の電流量を増減させている。電流を減少させて利得補償を可能とするために、事前に電流を流しておく必要がある。電圧源１１１から提供する電圧が変動した場合、電源電圧変動検知部１２０が電圧の変動を検知する。

電源電圧変動検知部１２０は、電圧源１１１から提供する電圧と電流の対応表（図１１参照）を持っており、電流可変回路６３１に対して、電圧源１１１の電圧の変動量に応じた電流量を流すように制御する。

これにより、負荷インピーダンス１１２とトランジスタ１１３に流れる電流量が変化し、増幅回路６１０，６１０Ａの利得は、電圧源１１１から提供する電圧の変動前後で利得が一定となる。

このように、電圧源１１１から提供する電圧が変動した場合でも、電流可変回路６３０を用いて増幅回路６１０，６１０Ａに流れる電流量をある一定の幅を持った範囲内に調整することで、利得の変動を補償することが可能となる。本実施の形態は、上記利得変動補償に加えて、以下の特徴を有する。

図２８は、一般的な差動増幅回路の差動出力信号を示す図、図２９は、利得変動補償装置６００，６００Ａの差動増幅回路の差動出力信号を示す図である。

図２８に示すように、一般的な差動増幅回路では、個体ばらつきなどの影響により差動信号の中心電圧が差動間で異なる問題が発生する。

本実施の形態では、利得変動補償装置６００，６００Ａは、増幅回路６１０，６１０Ａの差動間に接続したインピーダンス６１１，６１２の間と電圧源の間に電流可変回路６３１を接続している。

これにより、インピーダンス６１１，６１２の抵抗値を個別に制御することが可能となる。インピーダンス６１１，６１２の抵抗値を個別に制御することで、図２９に示すように差動間の中心電圧のずれを揃えることが可能となる。

図３０は、実施の形態３に係る利得変動補償装置６００Ｂの構成を示す回路図である。図２８と同一構成部分には同一番号を付している。

図３０に示すように、電流可変回路６３１を差動間に接続したインピーダンス６１１，６１２の間とグランドの間に接続してもよい。その場合の電源電圧変動検知部１２０、及び電流可変回路６３１の動作は、前記図４及び図５と同様である。

図３１は、図２６の利得変動補償装置６００の制御電圧と利得のシミュレーション結果を示す図である。図３２は、図２６の利得変動補償装置６００の制御電圧と電流のシミュレーション結果を示す図である。

図３１（ａ）に示すように、制御電圧が一定の場合、利得が増減していることがわかる。例えば、制御電圧０．２Ｖでは、ばらつきにより３ｄＢ利得が変化している。図３２（ａ）の制御電圧と電流の関係でみた場合も同様である。

図３１（ｂ）に示す適切な制御電圧（Ｖcm）を与えることにより、一定の振幅を出力することがわかる。例えば、１．０８ＶではＶcm＝０．０７Ｖ、１．３２ＶではＶcm＝０．３３Ｖである。図２６の利得変動補償装置６００の場合、制御電圧を０．６Ｖ以上、０．１５Ｖ以下にすると電圧源が１．０８Ｖから１.３２Ｖまで変動する際に利得の補償ができないため、ある一定の低い電圧を使用し、事前に電流を流しておく必要がある。本例では０．１５Ｖ以上、０．６Ｖ以下である。図３２（ｂ）の制御電圧と電流の関係でみた場合も同様である。

このように、本実施の形態によれば、利得変動補償装置６００Ａは、増幅回路６１０Ａの差動間にインピーダンス６１１とインピーダンス６１２とを直列に接続し、かつ、前記差動間に接続したインピーダンス６１１，６１２の間と電圧源１１１との間に電流可変回路６３０を接続している。あるいは、利得変動補償装置６００Ｂは、増幅回路６１０Ｂの差動間にインピーダンス６１１とインピーダンス６１２とを直列に接続し、かつ、前記差動間に接続したインピーダンス６１１，６１２の間とグランドとの間に電流可変回路６３０を接続している。また、電源電圧変動検知部１２０は、差動回路の差動信号の中心電圧が差動間で一致するように、インピーダンス６１１とインピーダンス６１２とを個別に制御する制御電圧を出力する。

したがって、実施の形態１．２の効果に加えて、図２８に示すように個体ばらつきなどの影響により差動信号の中心電圧が差動間で異なる現象が発生することがあってもインピーダンス６１１，６１２の抵抗値を個別に制御することで、図２９に示すように差動間の中心電圧のずれを揃えることができる。

以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。例えば、上記各実施の形態では、トランジスタは、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを使用した例について説明したが、どのようなＭＯＳトランジスタでもよい。例えば、ＭＩＳ（Metal Insulated Semiconductor）トランジスタであってもよい。またこのＭＩＳトランジスタは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造のシリコン基板上に形成されたＭＩＳトランジスタでもよい。さらに、バイポーラトランジスタ、Ｂｉ−ＣＭＯＳ、又はこれらの組み合わせであってもよい。但し、ＭＯＳトランジスタが消費電力の点で有利であることは言うまでもない。

また、上記各実施の形態では利得変動補償装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、増幅回路、増幅器等であってもよいことは勿論である。また、増幅回路は、電圧源から提供される電圧及び定電流源で信号を増幅する増幅回路であればよく、前記電圧源は、増幅回路の外部又は内部のいずれにあってもよい。

さらに、上記利得変動補償装置を構成する各回路部、例えば定電流源の種類、定電流源トランジスタの種類・段数などは前述した実施の形態に限られない。当然のことながら、本利得変動補償装置に、各種補償用のトランジスタを付加してもよい。

本発明に係る利得変動補償装置は、信号を増幅する際の利得の変動を補償する増幅回路に有用である。また、利得変動補償装置として、信号を増幅する際に用いる増幅回路を備える電子機器全般に適用することが可能である。

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ，４００Ｅ，６００，６００Ａ，６００Ｂ 利得変動補償装置
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，６１０，６１０Ａ，６１０Ｂ 増幅回路
１１１，２５３，５４３ 電圧源
１１２，１１２ａ，１１２ｂ 負荷インピーダンス
１１３，１１３ａ，１１３ｂ，１１６，２４２，２４４，２４６，２５２，５３２，５３４，５３６，５３８，５３９，５４２ トランジスタ
１１４，１１４ａ，１１４ｂ 定電流源トランジスタ
１１５ 定電流源
１１７，３１４，３１５，３１６，３１７，３２０，３２１，６１１，６１２ インピーダンス
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ，４３０，４３０Ａ 電源電圧変動検知部
１２１ ＡＤコンバータ
１２２ 電圧検出部
１２３ 電圧電流変換テーブル
１２４ 電流制御部
１３０，１３０Ａ，１３１，１３１ａ，１３１ｂ，２３０，２４０，２５０，２５０Ａ，４３１，４３１ａ，４３１ｂ，５３０，５４０，５４０Ａ，６３０，６３１ 電流可変回路
２３１，２３３，２３５，２４１，２４３，２４５，５３１，５３３，５３５ スイッチ
２３２，２３４，２３６，２５４，２５５，５４４，５４５ 抵抗
２５１，５４１ 可変電圧源
３１１，３１１Ａ 誤差検出回路
３１２ 誤差フィードバック回路
３１３ 参照電圧
３１８，３２２ アンプ
３１９ バイアス電圧

Claims (17)

1. 信号を増幅する際に、電源ばらつきによる利得変動を補償する利得変動補償装置であって、
   電圧源から提供される電圧及び定電流源を用いて入力信号を増幅する増幅回路と、
   前記電圧源から提供される電圧の変動を検知する電源電圧変動検知部と、
   前記電源電圧変動検知部により検知された電圧の変動量に応じて、前記増幅回路に流れる電流量を制御する電流可変回路と、
   を備える利得変動補償装置。
2. 前記電流可変回路は、前記増幅回路に流れる電流量を所定範囲内に制御する請求項１記載の利得変動補償装置。
3. 前記電流可変回路は、前記電流量の制御に先立って、事前に電流を流す請求項１記載の利得変動補償装置。
4. 前記増幅回路は、定電流源トランジスタと負荷インピーダンスとを有し、
   前記電流可変回路は、前記定電流源トランジスタ又は前記負荷インピーダンスと並列に接続する請求項１記載の利得変動補償装置。
5. 前記増幅回路は、差動回路と定電流源トランジスタとを有し、
   前記電流可変回路は、前記定電流源トランジスタと並列に接続する請求項１記載の利得変動補償装置。
6. 前記増幅回路は、差動回路と負荷インピーダンスとを有し、
   前記電流可変回路は、前記負荷インピーダンスと並列に接続する請求項１記載の利得変動補償装置。
7. 前記増幅回路は、差動回路と、前記差動回路の差動間に接続したインピーダンスとを有し、
   前記電流可変回路は、前記差動間に接続したインピーダンスの間と前記電圧源の間に接続する請求項１記載の利得変動補償装置。
8. 前記増幅回路は、差動回路と、前記差動回路の差動間に接続したインピーダンスとを有し、
   前記電流可変回路は、前記差動間に接続したインピーダンスの間とグランドの間に接続する請求項１記載の利得変動補償装置。
9. 前記差動回路は、前記インピーダンスと並列に接続されたキャパシタを備える請求項７又は請求項８に記載の利得変動補償装置。
10. 前記差動回路の差動間に接続したインピーダンスは、直列接続された第１インピーダンスと第２インピーダンスとを有し、
    前記電源電圧変動検知部は、前記差動回路の差動信号の中心電圧が差動間で一致するように、前記第１インピーダンスと前記第２インピーダンスとを個別に制御する制御電圧を出力する請求項７又は請求項８に記載の利得変動補償装置。
11. 前記増幅回路は、定電流源トランジスタと負荷インピーダンスとを有し、
    前記電流可変回路は、スイッチと抵抗を直列に接続した構成を、前記定電流源トランジスタ又は前記負荷インピーダンスと並列に接続し、前記電源電圧変動検知部により検知された電圧の変動量に応じて、前記スイッチを制御して電流量を調整する請求項１記載の利得変動補償装置。
12. 前記増幅回路は、定電流源トランジスタと負荷インピーダンスとを有し、
    前記電流可変回路は、スイッチとトランジスタを直列に接続した構成を、前記定電流源トランジスタ又は前記負荷インピーダンスと並列に接続し、前記電源電圧変動検知部により検知された電圧の変動量に応じて、前記スイッチを制御して電流量を調整する請求項１記載の利得変動補償装置。
13. 前記増幅回路は、定電流源トランジスタと負荷インピーダンスとを有し、
    前記電流可変回路は、前記定電流源トランジスタ又は前記負荷インピーダンスと並列に接続するトランジスタと、該トランジスタのゲートに電圧を与える可変電圧源とを有し、前記電源電圧変動検知部により検知された電圧の変動量に応じて、前記可変電圧源を制御して電流量を調整する請求項１記載の利得変動補償装置。
14. 前記電流可変回路は、前記可変電圧源とグランド間の抵抗の分圧を前記トランジスタのゲートに接続する請求項１３記載の利得変動補償装置。
15. 前記電源電圧変動検知部は、前記電圧源の電圧を入力するＡＤコンバータと、
    ＡＤ変換された前記電圧源の電圧を検出する電圧検出部と、
    前記電圧源の電圧の増減に応じて、前記電流可変回路を制御する制御電圧を増減する電流制御部と、を備える請求項１記載の利得変動補償装置。
16. 前記電源電圧変動検知部は、電圧電流変換テーブルを備え、
    前記電流制御部は、前記電圧電流変換テーブルを参照して前記電圧源の電圧に対応した制御電圧を出力する請求項１記載の利得変動補償装置。
17. 前記電源電圧変動検知部は、前記電圧源の電圧の誤差を検出する誤差検出回路と、
    前記誤差検出回路により検出された誤差をなくすように、前記電圧源の電圧に対応した制御電圧を出力する誤差フィードバック回路と、を備える請求項１記載の利得変動補償装置。
    

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