JP2017200173A - 差動増幅回路及びレーダー装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低電圧入力と低電圧出力が可能な差動増幅回路を提供する。
【解決手段】差動増幅回路100は、入力端子Vipに接続されたトランジスタM1と、入力端子Vinに接続されたトランジスタM2と、トランジスタM1とトランジスタM2の間に接続される抵抗Ri1と、トランジスタM1および出力端子Vonに接続されたトランジスタM3と、トランジスタM2および出力端子Vopに接続されたトランジスタM4と、トランジスタM1と電源電圧HVDDとの間に接続される電流源101と、トランジスタM2と電源電圧との間に接続される電流源102と、トランジスタM3に接続される抵抗Ro1と、トランジスタM4に接続される抵抗Ro2と、トランジスタM1とグランドとの間に接続される電流源103と、トランジスタM2とグランドとの間に接続される電流源104を備える。
【選択図】図1
【解決手段】差動増幅回路100は、入力端子Vipに接続されたトランジスタM1と、入力端子Vinに接続されたトランジスタM2と、トランジスタM1とトランジスタM2の間に接続される抵抗Ri1と、トランジスタM1および出力端子Vonに接続されたトランジスタM3と、トランジスタM2および出力端子Vopに接続されたトランジスタM4と、トランジスタM1と電源電圧HVDDとの間に接続される電流源101と、トランジスタM2と電源電圧との間に接続される電流源102と、トランジスタM3に接続される抵抗Ro1と、トランジスタM4に接続される抵抗Ro2と、トランジスタM1とグランドとの間に接続される電流源103と、トランジスタM2とグランドとの間に接続される電流源104を備える。
【選択図】図1
Description
本開示は、差動増幅回路及びレーダー装置に関する。
近年、ミリ波通信やレーダー装置において信号処理の高速化が急速に進んでいる。これらのシステムではアンテナと、電磁波の周波数帯の信号を処理するRF信号処理部と、変調前もしくは復調後の信号を扱うベースバンド信号処理部とが存在する。RF信号処理部の信号周波数の高速化と信号処理の広帯域化に伴い、ベースバンド信号処理部のアナログ/デジタル変換器(以下、A/D変換器という。)及び信号処理回路には、変換精度の向上と変換速度の高速化との両立が求められている。
しかし、A/D変換器単体の高速化には限界がある。このため、複数のA/D変換器を並列化し、それぞれのサンプリングのタイミングに位相差を設け、全体として変換速度の高速化を図るタイムインターリーブ技術が提案されている。このようなタイムインターリーブ型A/D変換器に信号を入力する際、A/D変換器の負荷容量を駆動して、高速に信号をサンプリングする必要がある。その高速サンプリングを実現するためには、A/D変換器の前段に入力バッファが必要となる。例えば特許文献1では、ソースフォロア型の入力バッファによりタイムインターリーブ型A/D変換器を接続する例が開示されている。
前記のようなシステムでは、信号が高周波であることから、高速の応答が可能な低耐圧トランジスタ(コアトランジスタ)でRF回路やA/D変換器を構成する場合が多い。低耐圧トランジスタで構成される回路は0.8〜1.2V程度の低電源電圧に接続して動作する。そのためRF信号処理部からの出力信号振幅は0.2〜0.5V程度と小さくなり、後段のベースバンド信号処理部でも扱える信号振幅が小さくなる。一方、A/D変換器はその方式によって、おおよそ電源電圧全域の振幅の信号を入力することが可能である。そこで、A/D変換の前段で増幅回路による信号増幅を行い、SNR(信号対雑音比)特性の改善を行う場合が多い。
近年高速の応答が必要な増幅回路としては、その電力効率と安定性の良さを理由にオープンループ型の増幅回路が用いられることが増加している。例えば特許文献2の差動増幅回路は、オープンループ型の増幅回路で、高速応答が必要な無線通信システムでの使用が開示されている。
本開示は、低電圧の入力と低電圧の出力が可能な差動増幅回路を提供する。
本開示の一態様に係る差動増幅回路は、
差動入力電圧を入力する第1及び第2の入力端子と、
出力電圧を出力する第1及び第2の出力端子と、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第1の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第1のトランジスタと、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第2の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と前記第2のトランジスタの前記ソース端子の間に接続される第1の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子に接続されたドレイン端子と、前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第1の出力端子に接続されたソース端子とを備える第3のトランジスタと、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子に接続されたドレイン端子と、前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第2の出力端子に接続されたソース端子とを備える第4のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と電源電圧との間に接続される第1の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子と前記電源電圧との間に接続される第2の電流源と、
前記第3のトランジスタの前記ソース端子に接続される第1の端子を備える第2の抵抗と、
前記第4のトランジスタの前記ソース端子に接続される第1の端子を備える第3の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子とグランドとの間に接続される第3の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子と前記グランドとの間に接続される第4の電流源と、
を備える。
差動入力電圧を入力する第1及び第2の入力端子と、
出力電圧を出力する第1及び第2の出力端子と、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第1の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第1のトランジスタと、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第2の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と前記第2のトランジスタの前記ソース端子の間に接続される第1の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子に接続されたドレイン端子と、前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第1の出力端子に接続されたソース端子とを備える第3のトランジスタと、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子に接続されたドレイン端子と、前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第2の出力端子に接続されたソース端子とを備える第4のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と電源電圧との間に接続される第1の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子と前記電源電圧との間に接続される第2の電流源と、
前記第3のトランジスタの前記ソース端子に接続される第1の端子を備える第2の抵抗と、
前記第4のトランジスタの前記ソース端子に接続される第1の端子を備える第3の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子とグランドとの間に接続される第3の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子と前記グランドとの間に接続される第4の電流源と、
を備える。
本開示の一態様に係る差動増幅回路は、低電圧入力と低電圧出力が可能である。
高速動作するRF信号処理部の出力回路とベースバンド信号処理部のA/D変換器は低電源電圧に接続されて動作する。これらの間に増幅回路を接続する場合、増幅回路の入出力も低電圧領域での動作が要求される。しかし、例えば特許文献2に記載の増幅回路をNチャンネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ(以下、NMOSトランジスタという。)の差動入力部とした場合、出力電圧は低電圧領域の出力が可能であるが、入力可能な電圧は高電圧側に制限される。一方、PチャンネルMOSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタという。)の差動入力部で構成すると、入出力可能領域はそれぞれ、入力は低電圧、出力は高電圧側に制限される。これらのように、従来例では入出力両方を低電圧領域で出力することができない。そこで、本発明者らは、線形性と応答性を劣化させることなく、低電圧の入力と低電圧の出力が可能な差動増幅回路を提供すべく、鋭意研究した。
以下、本開示の実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
(実施形態1)
図1は本開示の実施形態1に係る差動増幅回路100の構成例を示す回路図である。図1の差動増幅回路100は、PMOSトランジスタM1、M2と、NMOSトランジスタM3、M4と、入力抵抗素子Ri1と、出力抵抗素子Ro1、Ro2と、電流源101〜104とを備えている。
図1は本開示の実施形態1に係る差動増幅回路100の構成例を示す回路図である。図1の差動増幅回路100は、PMOSトランジスタM1、M2と、NMOSトランジスタM3、M4と、入力抵抗素子Ri1と、出力抵抗素子Ro1、Ro2と、電流源101〜104とを備えている。
図1において、差動入力電圧VipおよびVinは、差動入力PMOSトランジスタM1のゲート端子、および差動入力PMOSトランジスタM2のゲート端子に入力される。電流源101は、差動入力PMOSトランジスタM1のソース端子と高電源電圧HVDD(詳細後述)との間に接続される。電流源102は、差動入力PMOSトランジスタM2のソース端子と高電源電圧HVDDとの間に接続される。差動入力PMOSトランジスタM1のソース端子は、フィードバックを構成するNMOSトランジスタM3のドレイン端子に接続される。差動入力PMOSトランジスタM2のソース端子は、フィードバックを構成するNMOSトランジスタM4のドレイン端子に接続される。入力抵抗素子Ri1は、差動入力PMOSトランジスタM1のソース端子と差動入力PMOSトランジスタM2のソース端子の間に接続される。
差動入力PMOSトランジスタM1のドレイン端子は、NMOSトランジスタM3のゲート端子に接続される。差動入力PMOSトランジスタM2のドレイン端子は、NMOSトランジスタM4のゲート端子に接続される。差動入力PMOSトランジスタM1のドレイン端子とグランド(接地電位)との間に電流源103が接続される。差動入力PMOSトランジスタM2のドレイン端子とグランドとの間に電流源104が接続される。出力抵抗素子Ro1は、NMOSトランジスタM3のソース端子とグランドの間に接続される。出力抵抗素子Ro2は、NMOSトランジスタM4のソース端子とグランドの間に接続される。NMOSトランジスタM3のソース端子、NMOSトランジスタM4のソース端子は出力端子Von、Vopにそれぞれ接続される。
図1に示すように、例えば、電流源101、102は、それぞれ、電流2×Iをバイアス電流として流す。また、電流源103、104は、それぞれ、電流1×Iをバイアス電流として流す。PMOSトランジスタM1のサイズおよびインピーダンスがPMOSトランジスタM2のサイズおよびインピーダンスと等しく、NMOSトランジスタM3のサイズおよびインピーダンスがNMOSトランジスタM4のサイズおよびインピーダンスと等しく、出力抵抗素子Ro1のインピーダンスが出力抵抗素子Ro2のインピーダンスと等しく、入力電圧Vipが入力電圧Vinと等しいとすると、出力抵抗素子Ro1,Ro2にはそれぞれ1×Iの電流が流れる。このとき、出力電圧VonとVopは出力抵抗素子Ro1とRo2の抵抗値Roを用いて次式で表される。
Vop=Von=1×I×Ro (1)
Vop=Von=1×I×Ro (1)
ここで、例えば、入力電圧Vipと入力電圧Vinの間に+V1の電位差を与える。差動入力PMOSトランジスタM1、M2には電流源103、104によって1×Iの一定電流がそれぞれ流れている。よって、差動入力PMOSトランジスタM1、M2それぞれのゲート・ソース間電圧はおおよそ一定になる。そのため、+V1の電位差はそのまま差動入力PMOSトランジスタM1のゲート・ソース間および差動入力PMOSトランジスタM2のゲート・ソース間を伝達する。よって、入力抵抗素子Ri1の両端の電位差はおおよそ+V1となる。この電位差+V1により、出力抵抗素子Ro1、Ro2に流れる電流IRo1、IRo2は次式で表される。
IRo1=1×I−V1/Ri (2)
IRo2=1×I+V1/Ri (3)
IRo1=1×I−V1/Ri (2)
IRo2=1×I+V1/Ri (3)
ここで、Riは入力抵抗素子Ri1の抵抗値を表す。また、これらの電流IRo1,IRo2による電圧降下から、出力電位VonとVopはそれぞれ次式で表される。
Von≒Ro(1×I−V1/Ri) (4)
Vop≒Ro(1×I+V1/Ri) (5)
Von≒Ro(1×I−V1/Ri) (4)
Vop≒Ro(1×I+V1/Ri) (5)
このとき、差動出力電圧(Vop−Von)は次式で表される。
Vop−Von
≒Ro(1×I+V1/Ri)−Ro(1×I−V1/Ri)
=V1×2×Ro/Ri (6)
Vop−Von
≒Ro(1×I+V1/Ri)−Ro(1×I−V1/Ri)
=V1×2×Ro/Ri (6)
式(6)から明らかなように、当該差動増幅回路100の入出力の利得はおおよそ出力抵抗素子と入力抵抗素子の抵抗比Ro/Riで決定される。つまり、差動増幅回路100の利得Gがトランジスタの特性に依存しない。そのため、動作時の温度や電源電圧、プロセスバラツキに影響を受けにくい利得特性が得られる。
また、例えば抵抗値RiがRoと等しい場合、差動増幅回路100はおおよそ2倍の信号利得を得ることができる。また、抵抗値Ri,Roの設定によって差動増幅回路100の利得を1より小さくもできる。
図2は本開示の実施形態1の変形例に係る差動増幅回路100Aの構成例を示す回路図である。図2の差動増幅回路100Aは、図1の差動増幅回路100に比較して、フィードバックのためのNMOSトランジスタM3、M4をPMOSトランジスタで構成した点が異なる。その他の構成は同様である。すなわち、図2の差動増幅回路100Aは、図1の差動増幅回路100において、NMOSトランジスタM3、M4に代えて、PMOSトランジスタM3A、M4Aを備える。PMOSトランジスタM3Aのソース端子はPMOSトランジスタM1のソース端子に接続され、PMOSトランジスタM3Aのゲート端子はPMOSトランジスタM1のドレイン端子に接続され、PMOSトランジスタM3Aのドレイン端子は出力端子Vonに接続される。また、PMOSトランジスタM4Aのソース端子はPMOSトランジスタM2のソース端子に接続され、PMOSトランジスタM4Aのゲート端子はPMOSトランジスタM2のドレイン端子に接続され、PMOSトランジスタM4Aのドレイン端子は出力端子Vopに接続される。
図1及び図2において、抵抗素子Ri1、Ro1およびRo2は、所望の抵抗値を実現する様々なデバイスであり、MOSトランジスタで構成することも可能である。また、前記の電流源101〜104は、MOSトランジスタのカレントミラーで実現することが可能である。電流源101〜104は、それぞれ、カスコード構成を有してもよい。これにより、電流源101〜104を高精度化することができるので、各電流源101〜104を流れる電流のバラツキを低減し、差動増幅回路100,100Aの線形性劣化を抑制することができる。
差動増幅回路100または100Aの出力端子は、例えば、高速動作が可能な低耐圧MOSトランジスタ(コアトランジスタ)で構成されるA/D変換器に接続される。これにより、近年の高速動作に対応することができる。一般的なプロセスでは、高耐圧トランジスタと低耐圧トランジスタの共存が許容されており、低耐圧トランジスタの方がより高速な動作が可能である。また、A/D変換器の方式としては、近年その電力効率の良さが理由でタイムインターリーブ逐次比較型A/D変換器が用いられることが増加している。
逐次比較型A/D変換器は、低耐圧MOSトランジスタの電源電圧に用いられる低電源電圧LVDD(0.8〜1.2V程度)のおおよそ全ての範囲で電圧が入力可能である。そのため、前段の差動増幅回路100,100Aも低耐圧電源電圧の全域で出力可能であることが望ましい。しかし、差動増幅回路100,100Aに低耐圧電源を接続した場合、低耐圧電源電圧の全領域でアナログ信号を出力することは困難である。そこで、高耐圧MOSトランジスタを用いて差動増幅回路100,100Aを構成し、差動増幅回路100,100Aに高電源電圧HVDD(1.5〜3.6V程度)を接続した。これにより、低耐圧電源電圧の全領域での出力を実現することができる。
図3は図1及び図2の差動増幅回路100,100Aの動作を説明する電圧波形図である。以下、差動増幅回路100,100Aを高耐圧MOSトランジスタで構成した場合の動作例について説明する。図3では、前記高電源電圧HVDDと低電源電圧LVDDとグランドに対して、差動増幅回路100,100Aの入力可能範囲と出力可能範囲を示す。ここで、差動増幅回路100,100Aの電源電圧は高電源電圧HVDDである。
図1の差動増幅回路100,100Aは差動入力部がPMOSトランジスタM1,M2であるため、ゲート端子の入力電圧範囲はグランド(接地電位)付近を含む。すなわち、差動増幅回路100,100Aは、グランド付近の電圧から入力可能である。また、出力電圧Vop,Vonがグランドに接続された出力抵抗素子Ro1,Ro2の抵抗値Roで決定されるため、出力電圧範囲もグランド付近を含む。すなわち、差動増幅回路100,100Aは、グランド付近の電圧から出力可能となる。一方、従来技術では、差動入力部がNMOSトランジスタでそのグランド側には電流源が接続されるため、グランド付近の入力は不可能であった。本実施形態の図1又は図2の回路構成によって、差動増幅回路100,100Aの入力範囲をRF信号処理部の出力レベルに合わせつつ、出力範囲をA/D変換器の入力レベルに合わせて、かつ出力範囲を広く設定することが可能となる。
(実施形態2)
図4は本開示の実施形態2に係る差動増幅回路110の構成例を示す回路図である。図4の差動増幅回路110は、図1の実施形態1の差動増幅回路100と同様に、PMOSトランジスタM1、M2と、NMOSトランジスタM3、M4と、抵抗素子Ri1、Ro1、Ro2と、電流源101〜104とを備える。差動増幅回路110は差動増幅回路100と比較して、コモンモードフィードバック回路105及びNMOSトランジスタM5をさらに備えた点が異なる。当該相違点について以下に説明する。
図4は本開示の実施形態2に係る差動増幅回路110の構成例を示す回路図である。図4の差動増幅回路110は、図1の実施形態1の差動増幅回路100と同様に、PMOSトランジスタM1、M2と、NMOSトランジスタM3、M4と、抵抗素子Ri1、Ro1、Ro2と、電流源101〜104とを備える。差動増幅回路110は差動増幅回路100と比較して、コモンモードフィードバック回路105及びNMOSトランジスタM5をさらに備えた点が異なる。当該相違点について以下に説明する。
図4において、出力抵抗素子Ro1のグランド側の一端および出力抵抗素子Ro2のグランド側の一端はNMOSトランジスタM5のドレイン端子に接続される。また、NMOSトランジスタM5のソース端子は接地される。出力端子Vonと出力端子Vopの間には、コモンモードフィードバック回路105が接続される。コモンモードフィードバック回路105の出力端子はNMOSトランジスタM5のゲート端子に接続され、コモンモードフィードバック回路105からの出力電圧VfbがNMOSトランジスタM5のゲート端子に入力される。
以上の実施形態2に係る差動増幅回路110は、図1の差動増幅回路100にフィードバック回路105及びMOSトランジスタM5をさらに備えているが、本開示はこれに限らず、図2の差動増幅回路100Aにフィードバック回路105及びMOSトランジスタM5をさらに備えて構成されてもよい。すなわち、差動増幅回路110は、NMOSトランジスタM3、M4に代えて、PMOSトランジスタM3A、M4Aを備えていてもよい。PMOSトランジスタM3Aのソース端子はPMOSトランジスタM1のソース端子に接続され、PMOSトランジスタM3Aのゲート端子はPMOSトランジスタM1のドレイン端子に接続され、PMOSトランジスタM3Aのドレイン端子は出力端子Vonに接続される。また、PMOSトランジスタM4Aのソース端子はPMOSトランジスタM2のソース端子に接続され、PMOSトランジスタM4Aのゲート端子はPMOSトランジスタM2のドレイン端子に接続され、PMOSトランジスタM4Aのドレイン端子は出力端子Vopに接続される。
図5は図4のフィードバック回路105の構成例を示す回路図である。フィードバック回路105は、抵抗素子Rf1、Rf2と差動増幅器106とを備える。差動増幅回路110の出力端子Vopと出力端子Vonの間には、抵抗素子Rf1とRf2が直列に接続されたブロック回路が配置される。抵抗素子Rf1と抵抗素子Rf2の間の接続端子には、差動増幅器106の反転入力端子が接続される。差動増幅器106の非反転入力端子には、所定の参照電圧Vrefが印加される。また、差動増幅器106の出力電圧VfbはNMOSトランジスタM5のゲート端子VFBに印加される。
図5のフィードバック回路105において、抵抗素子Rf1と抵抗素子Rf2を等しい抵抗値Rfに設定すると、抵抗素子Rf1と抵抗素子Rf2の接続点は出力電圧VopとVonの中心電圧Vomとなる。すなわち、抵抗素子Rf1およびRf2により、中心電圧Vomを出力する電圧出力回路を構成する。また、差動増幅器106は、上記中心電圧Vomを所望の参照電圧Vrefと比較して、その比較結果の電圧Vfbを、NMOSトランジスタM5のゲート端子にフィードバックする。このフィードバック系では、Vom=Vrefとなるように動作し、これにより、出力電圧Vonと出力電圧Vopの中心電圧Vomが所望の参照電圧Vrefになるように制御できる。例えば、出力抵抗Ro1およびRo2の抵抗値Roを100Ω程度に設定する場合、抵抗素子Rf1およびRf2は、100Ω程度に対して非常に高い抵抗値である数KΩに設定することが望ましい。
以上の実施形態1,2において、差動増幅回路100,100A,110を高耐圧MOSトランジスタで構成した場合を説明したが、差動入力MOSトランジスタM1、M2を、高電源電圧HVDDよりも低い低電源電圧LVDDで動作する低耐圧トランジスタで構成することが可能である。これにより、差動増幅回路100,100A,110を広帯域化することができる。入力電圧Vin,Vipを比較的小さく設定すれば、差動入力MOSトランジスタM1,M2のドレイン端子、ゲート端子、ソース端子の端子間電圧を低耐圧トランジスタの上限以下の電位差で動作させることができる。同様に、MOSトランジスタM3、M4についても低耐圧トランジスタで構成することが可能である。このように、差動増幅回路100,100A,110の電源電圧を高電源電圧HVDDに接続しつつ、帯域特性に重要な部分のみ(すなわち、M1及びM2のみ、もしくはM1〜M4のみ)低耐圧トランジスタで構成することにより、広い電圧範囲での動作と広帯域特性の両立を実現できる。
(実施形態3)
図6は本開示の実施形態3に係る差動増幅回路のための入力抵抗素子Ri1の構成例を示す回路図である。図6において、入力抵抗素子Ri1は、例えば、並列に接続された複数のブロック回路120を備える。各ブロック回路120は、直接に接続された抵抗素子112、スイッチ111、および抵抗素子113を備える。各スイッチ111をオン/オフすることによって並列抵抗数を変え、抵抗素子Ri1の抵抗値を可変にすることが可能である。これにより、差動増幅回路100,100A,110の利得Gを可変にすることができる。
図6は本開示の実施形態3に係る差動増幅回路のための入力抵抗素子Ri1の構成例を示す回路図である。図6において、入力抵抗素子Ri1は、例えば、並列に接続された複数のブロック回路120を備える。各ブロック回路120は、直接に接続された抵抗素子112、スイッチ111、および抵抗素子113を備える。各スイッチ111をオン/オフすることによって並列抵抗数を変え、抵抗素子Ri1の抵抗値を可変にすることが可能である。これにより、差動増幅回路100,100A,110の利得Gを可変にすることができる。
(実施形態4)
図7は本開示の実施形態4に係るレーダー装置500の構成例を示すブロック図である。前記実施形態1〜3に示した差動増幅回路100,100Aまたは110をレーダー装置500の無線受信機200のベースバンド信号処理部203に設ける場合について、図7を参照して説明する。
図7は本開示の実施形態4に係るレーダー装置500の構成例を示すブロック図である。前記実施形態1〜3に示した差動増幅回路100,100Aまたは110をレーダー装置500の無線受信機200のベースバンド信号処理部203に設ける場合について、図7を参照して説明する。
図7において、レーダー装置500は、アンテナ301を有する無線送信機300と、アンテナ201を有する無線受信機200とを備えている。無線送信機300は、アンテナ301を介して所定の反射物体に向けてレーダー高周波信号を送信する。反射物体で反射された反射波は、アンテナ201を介して無線受信機200により受信される。
無線受信機200は、RF信号処理部202と、ベースバンド信号処理部203とを備えている。ここで、RF信号処理部202は、LNA回路210と、ミキサ回路211と、局部発振回路216と、フィルタ回路212と、ドライバ回路213とを備える。また、ベースバンド信号処理部203は、差動増幅回路100(又は100A若しくは110であってもよい)と、A/D変換回路214と、受信信号処理回路215とを備える。
RF信号処理部202において、アンテナ201で受信された高周波信号はLNA回路210に入力される。LNA回路210は、入力された高周波信号を低雑音増幅した後、ミキサ回路211に出力する。ミキサ回路211は、入力された高周波信号を局部発振回路216からの局部発振信号と混合する。フィルタ回路212は、混合された信号から中間周波数信号を取り出す。これにより、前記高周波信号は中間周波数信号に変換される。中間周波数増幅器であるドライバ回路213は、入力された中間周波数信号を増幅した後、差動増幅回路100に出力する。
ベースバンド信号処理部203において、差動増幅回路100は、入力された中間周波数信号を増幅した後、A/D変換回路214に出力する。A/D変換回路214は、入力されたアナログの中間周波数信号をデジタル信号に変換して受信信号処理回路215に出力する。受信信号処理回路215は、入力されたデジタル信号に対して加算などの受信信号処理を行うことで反射物体の方向などの検出を行って検出結果を出力する。
図7の差動増幅回路100を、実施形態1又は2に係る差動増幅回路100,100Aまたは110で構成することにより、RF信号処理部202から出力される信号電圧レベルと、ベースバンド信号処理部203に入力される信号電圧レベルを同じにすることができるので、受信信号処理が可能となる。
変形例.
以上の各実施形態では、差動増幅回路100,100A,110の差動入力部をPMOSトランジスタM1,M2で構成したが、本開示はこれに限らず、NMOSトランジスタ又はバイポーラトランジスタで構成してもよい。また、本開示において、抵抗素子のデバイス構成に限定は無い。
以上の各実施形態では、差動増幅回路100,100A,110の差動入力部をPMOSトランジスタM1,M2で構成したが、本開示はこれに限らず、NMOSトランジスタ又はバイポーラトランジスタで構成してもよい。また、本開示において、抵抗素子のデバイス構成に限定は無い。
また、前記の実施形態4では、実施形態1から3に係る差動増幅回路100,100A,110をレーダー装置500の無線受信機200に設ける場合について説明したが、本開示はこれに限られず、あらゆる電子機器に適用することができる。
実施形態のまとめ.
本開示の一態様に係る差動増幅回路は、
差動入力電圧を入力する第1及び第2の入力端子と、
出力電圧を出力する第1及び第2の出力端子と、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第1の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第1のトランジスタと、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第2の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と前記第2のトランジスタの前記ソース端子の間に接続される第1の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子に接続されたドレイン端子と、前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第1の出力端子に接続されたソース端子とを備える第3のトランジスタと、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子に接続されたドレイン端子と、前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第2の出力端子に接続されたソース端子とを備える第4のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と電源電圧との間に接続される第1の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子と前記電源電圧との間に接続される第2の電流源と、
前記第3のトランジスタの前記ソース端子に接続される第1の端子を備える第2の抵抗と、
前記第4のトランジスタの前記ソース端子に接続される第1の端子を備える第3の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子とグランドとの間に接続される第3の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子と前記グランドとの間に接続される第4の電流源と、を備える。
本開示の一態様に係る差動増幅回路は、
差動入力電圧を入力する第1及び第2の入力端子と、
出力電圧を出力する第1及び第2の出力端子と、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第1の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第1のトランジスタと、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第2の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と前記第2のトランジスタの前記ソース端子の間に接続される第1の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子に接続されたドレイン端子と、前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第1の出力端子に接続されたソース端子とを備える第3のトランジスタと、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子に接続されたドレイン端子と、前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第2の出力端子に接続されたソース端子とを備える第4のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と電源電圧との間に接続される第1の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子と前記電源電圧との間に接続される第2の電流源と、
前記第3のトランジスタの前記ソース端子に接続される第1の端子を備える第2の抵抗と、
前記第4のトランジスタの前記ソース端子に接続される第1の端子を備える第3の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子とグランドとの間に接続される第3の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子と前記グランドとの間に接続される第4の電流源と、を備える。
前記第1及び第2のトランジスタはPチャンネルMOSトランジスタであってもよい。前記第3及び第4のトランジスタはNチャンネルMOSトランジスタであってもよい。
前記第2の抵抗は、前記グランドに接続される第2の端子を備えていてもよい。前記第3の抵抗は、前記グランドに接続される第2の端子を備えていてもよい。
前記差動増幅回路は、第5のトランジスタと、フィードバック回路とをさらに備えていてもよい。前記第5のトランジスタは、ゲート端子と、ドレイン端子と、前記グランドに接続されたソース端子とを備えていてもよい。前記フィードバック回路は、前記第2の抵抗の前記第1端子と前記第3の抵抗の前記第1の端子の間に接続されていてもよい。前記第2の抵抗は、前記第5のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第2の端子を備えていてもよい。前記第3の抵抗は、前記第5のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第2の端子を備えていてもよい。前記フィードバック回路は、前記第5のトランジスタの前記ゲート端子に接続される出力端子を備えていてもよい。
前記フィードバック回路は、前記第1の出力端子の電圧と前記第2の出力端子の電圧との間の中心電圧を出力する電圧出力回路と、前記電圧出力回路からの中心電圧を所定の参照電圧と比較して比較結果に応じた電圧を出力する差動増幅器とを備えていてもよい。
前記電源電圧は、所定の第1の電源電圧よりも高い第2の電源電圧であってもよい。前記第1及び第2のトランジスタは、上記第1の電源電圧で動作される低耐圧トランジスタであってもよい。
前記第1の抵抗は、並列に接続された複数のブロック回路を備えていてもよい。前記複数のブロック回路は、それぞれ、第4の抵抗と第1のスイッチと第5の抵抗を直列に接続した回路を含んでいてもよい。
本開示の他の態様に係る差動増幅回路は、
差動入力電圧を入力する第1及び第2の入力端子と、
出力電圧を出力する第1及び第2の出力端子と、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第1の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第1のトランジスタと、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第2の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と前記第2のトランジスタの前記ソース端子の間に接続される第1の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子に接続されたソース端子と、前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第1の出力端子に接続されたドレイン端子とを備える第3のトランジスタと、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子に接続されたソース端子と、前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第2の出力端子に接続されたドレイン端子とを備える第4のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と電源電圧との間に接続される第1の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子と前記電源電圧との間に接続される第2の電流源と、
前記第3のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第1の端子を備える第2の抵抗と、
前記第4のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第1の端子を備える第3の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子とグランドとの間に接続される第3の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子と前記グランドとの間に接続される第4の電流源と、を備える。
差動入力電圧を入力する第1及び第2の入力端子と、
出力電圧を出力する第1及び第2の出力端子と、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第1の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第1のトランジスタと、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第2の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と前記第2のトランジスタの前記ソース端子の間に接続される第1の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子に接続されたソース端子と、前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第1の出力端子に接続されたドレイン端子とを備える第3のトランジスタと、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子に接続されたソース端子と、前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第2の出力端子に接続されたドレイン端子とを備える第4のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と電源電圧との間に接続される第1の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子と前記電源電圧との間に接続される第2の電流源と、
前記第3のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第1の端子を備える第2の抵抗と、
前記第4のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第1の端子を備える第3の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子とグランドとの間に接続される第3の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子と前記グランドとの間に接続される第4の電流源と、を備える。
前記第1〜第4のトランジスタはPチャンネルMOSトランジスタであってもよい。
前記第2の抵抗は、前記グランドに接続される第2の端子を備えていてもよい。前記第3の抵抗は、前記グランドに接続される第2の端子を備えていてもよい。
前記差動増幅回路は、第5のトランジスタと、フィードバック回路とをさらに備えていてもよい。前記第5のトランジスタは、ゲート端子と、ドレイン端子と、前記グランドに接続されたソース端子とを備えていてもよい。前記フィードバック回路は、前記第2の抵抗の前記第1端子と前記第3の抵抗の前記第1の端子の間に接続されていてもよい。前記第2の抵抗は、前記第5のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第2の端子を備えていてもよい。前記第3の抵抗は、前記第5のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第2の端子を備えていてもよい。前記フィードバック回路は、前記第5のトランジスタの前記ゲート端子に接続される出力端子を備えていてもよい。
前記フィードバック回路は、前記第1の出力端子の電圧と前記第2の出力端子の電圧との間の中心電圧を出力する電圧出力回路と、前記電圧出力回路からの中心電圧を所定の参照電圧と比較して比較結果に応じた電圧を出力する差動増幅器とを備えていてもよい。
前記電源電圧は、所定の第1の電源電圧よりも高い第2の電源電圧であってもよい。前記第1及び第2のトランジスタは、上記第1の電源電圧で動作される低耐圧トランジスタであってもよい。
前記第1の抵抗は、並列に接続された複数のブロック回路を備えていてもよい。前記複数のブロック回路は、それぞれ、第4の抵抗と第1のスイッチと第5の抵抗を直列に接続した回路を含んでいてもよい。
本開示の一態様に係るレーダー装置は、
レーダー信号を受信するアンテナと、
前記アンテナが受信したレーダー信号を中間周波数信号に変換するRF信号処理回路と、
前記RF信号処理回路からの前記中間周波数信号を前記差動入力電圧として入力する前記何れかの差動増幅回路と、を備える。
レーダー信号を受信するアンテナと、
前記アンテナが受信したレーダー信号を中間周波数信号に変換するRF信号処理回路と、
前記RF信号処理回路からの前記中間周波数信号を前記差動入力電圧として入力する前記何れかの差動増幅回路と、を備える。
本開示に係る差動増幅回路は、線形性と応答性を劣化させることなく、低電圧入力と低電圧出力が可能な差動増幅回路を提供することが可能である。特にレーダー装置のような、高周波の信号を扱うシステムで有用である。
100,100A,110…差動増幅回路、
101,102,103,104…電流源、
105…コモンモードフィードバック回路、
106…差動増幅器、
111…スイッチ、
112,113…抵抗素子、
120…ブロック回路、
200…無線受信機、
201…アンテナ、
202…RF信号処理部、
203…ベースバンド信号処理部、
210…低雑音増幅器(LNA)回路、
211…ミキサ回路、
212…フィルタ回路、
213…ドライバ回路、
214…A/D変換回路、
215…受信信号処理回路、
216…局部発振回路、
300…無線送信機、
301…アンテナ、
500…レーダー装置、
Ri1,Ro1,Ro2,Rf1,Rf2…抵抗素子、
M1,M2,M3,M4,M5,M6…MOSトランジスタ。
101,102,103,104…電流源、
105…コモンモードフィードバック回路、
106…差動増幅器、
111…スイッチ、
112,113…抵抗素子、
120…ブロック回路、
200…無線受信機、
201…アンテナ、
202…RF信号処理部、
203…ベースバンド信号処理部、
210…低雑音増幅器(LNA)回路、
211…ミキサ回路、
212…フィルタ回路、
213…ドライバ回路、
214…A/D変換回路、
215…受信信号処理回路、
216…局部発振回路、
300…無線送信機、
301…アンテナ、
500…レーダー装置、
Ri1,Ro1,Ro2,Rf1,Rf2…抵抗素子、
M1,M2,M3,M4,M5,M6…MOSトランジスタ。
Claims (15)
- 差動入力電圧を入力する第1及び第2の入力端子と、
出力電圧を出力する第1及び第2の出力端子と、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第1の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第1のトランジスタと、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第2の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と前記第2のトランジスタの前記ソース端子の間に接続される第1の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子に接続されたドレイン端子と、前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第1の出力端子に接続されたソース端子とを備える第3のトランジスタと、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子に接続されたドレイン端子と、前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第2の出力端子に接続されたソース端子とを備える第4のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と電源電圧との間に接続される第1の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子と前記電源電圧との間に接続される第2の電流源と、
前記第3のトランジスタの前記ソース端子に接続される第1の端子を備える第2の抵抗と、
前記第4のトランジスタの前記ソース端子に接続される第1の端子を備える第3の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子とグランドとの間に接続される第3の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子と前記グランドとの間に接続される第4の電流源と、
を備える差動増幅回路。 - 前記第1及び第2のトランジスタはPチャンネルMOSトランジスタであり、
前記第3及び第4のトランジスタはNチャンネルMOSトランジスタである、
請求項1記載の差動増幅回路。 - 前記第2の抵抗は、前記グランドに接続される第2の端子を備え、
前記第3の抵抗は、前記グランドに接続される第2の端子を備える、
請求項1または2に記載の差動増幅回路。 - ゲート端子と、ドレイン端子と、前記グランドに接続されたソース端子とを備える第5のトランジスタと、
前記第2の抵抗の前記第1端子と前記第3の抵抗の前記第1の端子の間に接続されるフィードバック回路とをさらに備え、
前記第2の抵抗は、前記第5のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第2の端子を備え、
前記第3の抵抗は、前記第5のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第2の端子を備え、
前記フィードバック回路は、前記第5のトランジスタの前記ゲート端子に接続される出力端子を備える、
請求項1または2に記載の差動増幅回路。 - 前記フィードバック回路は、
前記第1の出力端子の電圧と前記第2の出力端子の電圧との間の中心電圧を出力する電圧出力回路と、
前記電圧出力回路からの中心電圧を所定の参照電圧と比較して比較結果に応じた電圧を出力する差動増幅器とを備える、
請求項4記載の差動増幅回路。 - 前記電源電圧は、所定の第1の電源電圧よりも高い第2の電源電圧であり、
前記第1及び第2のトランジスタは、上記第1の電源電圧で駆動される低耐圧トランジスタである、
請求項1〜5のうちのいずれか1つに記載の差動増幅回路。 - 前記第1の抵抗は、並列に接続された複数のブロック回路を備え、
前記複数のブロック回路は、それぞれ、第4の抵抗と第1のスイッチと第5の抵抗を直列に接続した回路を含む、
請求項1〜6のうちのいずれか1つに記載の差動増幅回路。 - 差動入力電圧を入力する第1及び第2の入力端子と、
出力電圧を出力する第1及び第2の出力端子と、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第1の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第1のトランジスタと、
ソース端子と、ドレイン端子と、前記第2の入力端子に接続されたゲート端子とを備える第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と前記第2のトランジスタの前記ソース端子の間に接続される第1の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子に接続されたソース端子と、前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第1の出力端子に接続されたドレイン端子とを備える第3のトランジスタと、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子に接続されたソース端子と、前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子に接続されたゲート端子と、前記第2の出力端子に接続されたドレイン端子とを備える第4のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ソース端子と電源電圧との間に接続される第1の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ソース端子と前記電源電圧との間に接続される第2の電流源と、
前記第3のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第1の端子を備える第2の抵抗と、
前記第4のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第1の端子を備える第3の抵抗と、
前記第1のトランジスタの前記ドレイン端子とグランドとの間に接続される第3の電流源と、
前記第2のトランジスタの前記ドレイン端子と前記グランドとの間に接続される第4の電流源と、
を備える差動増幅回路。 - 前記第1〜第4のトランジスタはPチャンネルMOSトランジスタである、
請求項8記載の差動増幅回路。 - 前記第2の抵抗は、前記グランドに接続される第2の端子を備え、
前記第3の抵抗は、前記グランドに接続される第2の端子を備える、
請求項8または9に記載の差動増幅回路。 - ゲート端子と、ドレイン端子と、前記グランドに接続されたソース端子とを備える第5のトランジスタと、
前記第2の抵抗の第1端子と前記第3の抵抗の第1の端子の間に接続されるフィードバック回路とをさらに備え、
前記第2の抵抗は、前記第5のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第2の端子を備え、
前記第3の抵抗は、前記第5のトランジスタの前記ドレイン端子に接続される第2の端子を備え、
前記フィードバック回路は、前記第5のトランジスタの前記ゲート端子に接続される出力端子を備える、
請求項8または9に記載の差動増幅回路。 - 前記フィードバック回路は、
前記第1の出力端子の電圧と前記第2の出力端子の電圧との間の中心電圧を出力する電圧出力回路と、
前記電圧出力回路からの中心電圧を所定の参照電圧と比較して比較結果に応じた電圧を出力する差動増幅器とを備える、
請求項11記載の差動増幅回路。 - 前記電源電圧は、所定の第1の電源電圧よりも高い第2の電源電圧であり、
前記第1及び第2のトランジスタは、上記第1の電源電圧で動作される低耐圧トランジスタである、
請求項8〜12のうちのいずれか1つに記載の差動増幅回路。 - 前記第1の抵抗は、並列に接続された複数のブロック回路を備え、
前記複数のブロック回路は、それぞれ、第4の抵抗と第1のスイッチと第5の抵抗を直列に接続した回路を含む、
請求項8〜13のうちのいずれか1つに記載の差動増幅回路。 - レーダー信号を受信するアンテナと、
前記アンテナが受信したレーダー信号を中間周波数信号に変換するRF信号処理回路と、
前記RF信号処理回路からの前記中間周波数信号を差動入力電圧として入力する請求項1〜14のうちのいずれか1つに記載の差動増幅回路と、を備えたレーダー装置。
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