JP3303769B2 - 可変利得増幅装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は可変利得増幅装置に
関し、特にそれぞれの利得を変化させることが可能な可
変利得増幅器を有する可変利得増幅装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、出力された信号を様々な用途に用
いるために、種々の可変利得増幅装置が提案されてい
る。

【０００３】例えば、従来の可変利得増幅装置の構成に
ついて図１５を参照して説明する。図１５に、従来の可
変利得増幅装置の一例の構成の回路図を示す。図１５に
示されるように、入力端子１と出力端子２との間におい
て、ｎ段から構成される可変利得増幅器１１〜１４が制
御回路３と利得制御信号ライン４１〜４４で接続されて
いる。制御回路３は利得制御信号ライン４１〜４４を介
して可変利得増幅器１１〜１４の利得を増幅器毎に設定
できるようになっている。可変利得増幅器１１〜１４
は、通常１段当たりの最大利得は約１５〜２０ｄＢ程度
であり、最小利得は約−１０ｄＢ〜−３０ｄＢ程度であ
る。

【０００４】従って、入力端子１から入力した信号は、
出力端子２から、所望の利得を持って出力されることと
なる。

【０００５】ここで、上記従来の可変利得増幅装置にお
いては、負の利得も実現可能のように見えるが、利得を
増幅させる場合は、多くの場合歪みが問題となるため、
利得設定範囲は約０ｄＢ〜最大利得に設定されることが
多い。

【０００６】また、利得の制御方法としては、最大利得
設定時を出発点として、この点から除々に利得を下げて
いき所望の利得を得る降下型の制御方法が用いられる場
合が多い。

【０００７】さらに、利得を下げる方法としては、初段
の可変利得増幅器から先に利得を下げる制御方法、最終
段の可変利得増幅器から先に利得を下げる制御方法、２
段目の可変利得増幅器から利得を下げる制御方法、全段
の可変利得増幅器の利得を同時に下げていく制御方法な
どがある。これらの制御方法の選択は、利得可変増幅装
置が使用される装置全体のシステムの要求性能により適
切な制御方法が選ばれる。

【０００８】また、本願発明に類似の従来技術として、
特開昭５６−９０６１２号公報に開示された「光信号観
測装置における利得制御方式」がある。

【０００９】この発明は、光信号を観測する際におい
て、広帯域で周波数特性を損なわずに幅広い利得の切り
替えを可能とするものである。

【００１０】そのためにこの発明は、当該公報に記載さ
れた図面の第２図にも示されているように、利得切換装
置３００に具備される固定利得増幅器（広帯域増幅器）
３０３Ａや固定利得増幅器３０３Ｂをバイパスさせるこ
とにより、利得切換装置３００で１、１０、１００倍の
利得切り換えを実行可能にしている。

【００１１】また、本願発明に類似の従来技術として、
特開平８−１８３４８号公報に開示された「可変利得増
幅器」がある。

【００１２】この発明は、消費電力の低減を図ることが
可能な可変利得増幅器を提供することを目的とするもの
である。

【００１３】そのためにこの発明は、当該公報に記載さ
れた図面の図１にも示されているように、第１固定利得
増幅器２０、第２固定利得増幅器２４、及び第３固定利
得増幅器２８の入出力を、利得切換えスイッチ１８、２
２、２６により切り換えると共に、電源スイッチ１９、
２３、２７をタイミング良く切り換えることにより、消
費電力の軽減を図るものである。

【００１４】さらに、本願発明に類似の従来技術とし
て、特開平９−１４８８５２号公報に開示された「送信
出力可変装置」がある。

【００１５】この発明は、消費電力の低減を図ると共
に、Ｃ／Ｎ歪みの改善を図ることが可能な可変利得増幅
器を提供することを目的とするものである。

【００１６】そのためにこの発明は、当該公報に記載さ
れた図面の図１にも示されているように、固定利得増幅
器としての電力増幅器１５をバイパス線路１７によりバ
イパス可能にし、さらに、利得の変化自体は可変利得増
幅器１３により実行している。このようにすることによ
り、電力増幅器を通さないことによる制御特性の改善、
及び雑音、歪特性の改善を可能とし、送信系の消費電力
の主要部分を占めていた電力増幅器による消費電力を大
幅に節減することができるとしている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術は、次のような問題点があった。第１の問題点
は、例えば、図１５に示されるような可変利得増幅器１
１〜１４は、利得を下げると雑音指数（ｎｏｉｓｅ ｆ
ｉｇｕｒｅ：以下、単にＮＦと記す。）が劣化するの
で、個々の可変利得増幅器が低利得に設定されている場
合には可変利得増幅装置全体としてもＮＦが悪くなるこ
とである。特に可変利得増幅装置の利得を最小利得に設
定した場合に、ＮＦが最悪値となることが確認されてい
る。ここで、このＮＦの値の変動について、図１６を参
照して説明する。

【００１８】図１６に、従来の可変利得増幅装置におけ
るＮＦと利得との関係のグラフを示す。ただし、ここで
想定している可変利得増幅装置は、可変利得増幅器が３
段構成である場合の可変利得増幅装置である。一方、図
１６に示されるグラフの特性を有する従来の可変利得増
幅装置は、可変利得増幅器が３段であること以外は、図
１５に示される可変利得増幅装置の構成と変わる所はな
いので、以下の説明においては、便宜上、従来の可変利
得増幅装置を示す図１５を参照して説明する。

【００１９】また、図１６に示される結果は、可変利得
増幅器の１段当たりの可変利得範囲を０ｄＢ〜２０ｄＢ
とし、利得とＮＦとの関係は図６に示す特性を有するも
のとしてシミュレーションを実行して得られた結果であ
る。ここで、図６に、本願発明、及び従来の可変利得増
幅装置に使用される可変利得増幅器の１段当たりの利得
とＮＦとの関係のグラフを示す。

【００２０】さらに、利得制御方法としては、始めに最
大利得まで上昇させておき、その後、初段の可変利得増
幅器から先に利得を下げる制御方法、最終段の可変利得
増幅器から先に利得を下げる制御方法、２段目の可変利
得増幅器から利得を下げる制御方法、及び全段の可変利
得増幅器の利得を同時に下げていく制御方法の４方式に
ついて行った。

【００２１】図１６に示されるグラフを見ると制御方法
により中間利得時のＮＦの値に違いはあるが、いずれも
最小利得時に最悪値をとり、この場合、ＮＦが約３０ｄ
Ｂにもなってしまう。

【００２２】従って、このような可変利得増幅装置を例
えば通信装置の受信器に使用した場合、この可変利得増
幅器のＮＦが受信器全体のＮＦを劣化させてしまい、受
信器の性能を劣化させてしまうことになる。

【００２３】次に、第２の問題点は、図１５に示される
可変利得増幅器１１〜１４は、一般に利得を下げると飽
和出力電力が低下するので、低利得に設定されている場
合には歪み特性が悪くなることである。特に最小利得に
設定した場合に最悪値となる。可変利得増幅器が３段構
成の従来の可変利得増幅装置の場合の３次歪み（以下、
単にＩＭ３と記す。）と利得の関係を図１７を参照して
説明する。図１７に、従来の３段構成の可変利得増幅装
置の場合のＩＭ３と利得との関係のグラフを示す。

【００２４】ここで、図１７に示されるグラフは、可変
利得増幅器１１〜１４の１段当たりの可変利得範囲を０
ｄＢ〜２０ｄＢとし、利得とインターセプトポイント
（以下、ＩＣＰと記す。）との関係は図７に示す特性を
有するものとしている。図７には、本願発明、及び従来
の可変利得増幅装置に使用される可変利得増幅器の利得
とＩＣＰとの関係のグラフを示す。また、図１５に示さ
れる入力端子１の入力電力レベルに対して、出力端子２
における出力電力レベルが−２０ｄＢｍになるようにし
てシミュレーションを実行した結果である。

【００２５】また、利得制御方法は、始めに最大利得ま
で上昇させておき、その後に、初段の可変利得増幅器か
ら先に利得を下げる制御方法、及び最終段の可変利得増
幅器から先に利得を下げる制御方法、２段目の可変利得
増幅器から利得を下げる制御方法、全段の可変利得増幅
器の利得を同時に下げていく制御方法の４方式について
行った。

【００２６】図１７を見ると制御方法により中間利得時
のＩＭ３の値に違いはあるが、いずれも最小利得時に最
悪値をとり、この場合その最悪値は約１０ｄＢｃになっ
てしまう。通信装置に使用された場合、この可変利得増
幅装置のＩＭ３が通信装置全体のＩＭ３を劣化させてし
まい、通信装置の性能を劣化させてしまう。

【００２７】一方、特開昭５６−９０６１２号公報に開
示された発明では、利得増幅器としては、固定利得増幅
器を利用しており、これらの接続を変えることにより、
利得を可変にしているのみであり、精度の良い利得の変
化をさせることが不可能である。

【００２８】また、特開平８−１８３４８号公報に開示
された発明では、上記特開昭５６−９０６１２号公報に
開示された発明と同様に、利得増幅器としては、固定利
得増幅器を利用しており、これらの接続を変えることに
より、利得を可変にしているのみであり、精度の良い利
得の変化をさせることが不可能であると共に、当該公報
に記載された図１を参照すると明らかなように、固定利
得増幅器をバイパスする場合は、その経路が格段の増幅
器入力部から最終段の出力部となっているため、利得を
変化させる場合は、必ず前段の固定利得増幅器２０から
順に増幅器をＯＮさせねばならないため、後述するよう
に、利得の制御方法として、任意の段の増幅器の利得を
変化させて全体の利得を設定するという方法を選択する
ことが不可能である。

【００２９】また、特開平９−１４８８５２号公報に開
示された発明では、上記特開昭５６−９０６１２号公
報、及び特開平８−１８３４８号公報に開示された発明
と同様に、バイパスする利得増幅器としては、１段のみ
の固定利得増幅器を想定しており、利得を変化させる増
幅器として可変利得増幅器を利用しているため、幅広い
範囲にわたっての利得の変化を行うことができない。

【００３０】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、幅広い利得の範囲にわたって、雑音指数と３次歪み
との改善を図ることが可能な可変利得増幅装置を提供す
ることを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明の可変利得増幅装
置は、直列接続され利得制御信号に基づき利得が制御さ
れる複数の可変利得増幅器と、前記可変利得増幅器のそ
れぞれと並列に接続されたスルーラインと、入力した信
号を、制御信号に基づき、前記可変利得増幅器及びスル
ーラインのいずれか一方に切り替えて出力する、前記可
変利得増幅器のそれぞれの入力側に設けられた入力段ス
イッチと、前記可変利得増幅器及びスルーラインのいず
れか一方から出力された信号を、前記制御信号に基づき
切り替えて出力する、前記可変利得増幅器のそれぞれの
出力側に設けられた出力段スイッチと、前記制御信号を
出力する制御回路とを有する可変利得増幅装置であっ
て、前記制御回路が前記制御信号を組み合わせて出力し
て前記複数の可変利得増幅器の利得の値を組み合わせる
ことにより、前記可変利得増幅装置全体の雑音指数およ
び３次歪みの値を制御することを特徴としている。

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】以下に、本発明に係る可変利得増幅装置の
作用について説明する。本発明による可変利得増幅装置
は、各増幅段の利得が０ｄＢ以下になった際にその前後
に設けられたスイッチが増幅器からスルーラインやバッ
ファアンプに切り替わることにより、特に低利得時の雑
音指数と３次歪みの改善を図るものである。

【００３６】ここで、図１を参照して、本発明に係る可
変利得増幅装置の作用について詳細に説明する。図１
に、本発明に係る可変利得増幅装置の第１の実施形態の
構成の回路図を示す。

【００３７】図１において、ｎ段から構成される可変利
得増幅器１１〜１４の前後に入出力切り替えスイッチ２
１〜２８を設け、入出力切り替えスイッチ２１〜２８の
他端にスルーライン３１〜３４を、各段の可変利得増幅
器と並列になるように接続している。

【００３８】可変利得増幅器１１〜１４及び入出力切り
替えスイッチ２１〜２８は、制御回路３とそれぞれ利得
制御信号ライン４１〜４４と、スイッチ切り替え信号ラ
イン５１〜５４とで接続されている。

【００３９】制御回路３は、利得制御信号ライン４１〜
４４を介して可変利得増幅器１１〜１４の利得を設定で
き、可変利得増幅器１１〜１４の利得がそれぞれ０ｄＢ
より上に設定されている場合には入出力切り替えスイッ
チ２１〜２８を可変利得増幅器１１〜１４側に接続し、
各段の利得がそれぞれ０ｄＢ以下になった場合にはその
段の前後の入出力切り替えスイッチをスルーライン３１
〜３４側に接続することにより、その段の増幅器が切り
離す。

【００４０】従って、それぞれの可変利得増幅器の利得
が０ｄＢ以下となった場合は、この０ｄＢ以下となった
可変利得増幅器が装置から切り離されることとなり、低
利得時のＮＦとＩＭ３との改善を図ることができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る可変利得増幅
装置の実施形態について、図面を参照して以下に詳細に
説明する。

【００４２】図１に、本発明に係る可変利得増幅装置の
第１の実施形態の構成の回路図を示す。ただし、図１に
おいて、図１５に示される従来の可変利得増幅装置と同
様の部材には、同じ番号を付す。

【００４３】図１に示されるように、この第１の実施形
態に係る可変利得増幅装置は、入力端子１から出力端子
２までの間に、ｎ段の可変利得増幅器１１〜１４を具備
し、これら可変利得増幅器１１〜１４のそれぞれに並列
にスルーライン３１〜３４を具備し、さらに、それぞれ
の可変利得増幅器１１〜１４の入力側と出力側には、入
力切り替えスイッチとしての入出力切り替えスイッチ２
１、２３、２５、・・・、２７と、出力切り替えスイッ
チとしての入出力切り替えスイッチ２２、２４、２６、
・・・、２８とが具備されている。

【００４４】また、それぞれの可変利得増幅器１１〜１
４は、利得制御信号ライン４１〜４４を介して制御回路
３により制御され、それぞれの入出力切り替えスイッチ
２１〜２８は、スイッチ切り替え信号ライン５１〜５４
を介して制御回路３により制御される。

【００４５】このように、第１の実施形態に係る可変利
得増幅装置の構成としては、図１を参照すると明らかな
ように、ｎ段から構成される可変利得増幅器１１〜１４
のそれぞれの入出力部に入出力切り替えスイッチ２１〜
２８を設け、この入出力切り替えスイッチ２１〜２８の
他端にスルーライン３１〜３４を可変利得増幅器の各段
と並列になるように接続してなるものである。

【００４６】可変利得増幅器１１〜１４及び入出力切り
替えスイッチ２１〜２８は、前述のように制御回路３
と、それぞれ利得制御信号ライン４１〜４４及びスイッ
チ切り替え信号ライン５１〜５４で接続されている。

【００４７】制御回路３は利得制御信号ライン４１〜４
４を介して可変利得増幅器１１〜１４の利得を増幅器毎
に設定でき、可変利得増幅器１１〜１４の利得が０ｄＢ
より上に設定されている場合には、その段の入出力切り
替えスイッチ２１〜２８を可変利得増幅器１１〜１４側
に接続し、各段の利得の設定値が０ｄＢ以下になった場
合に、制御回路３はその段の前後のスイッチを同時にス
イッチ切り替え信号ライン５１〜５４を介してスルーラ
イン３１〜３４側に切り替え、その利得が０ｄＢ以下と
なった段の可変利得増幅器が切り離されるようにする。

【００４８】次に、図１に示される入出力切り替えスイ
ッチ２１〜２８の詳細な構成について図２を参照して説
明する。図２に、図１に示される入出力切り替えスイッ
チ２１〜２８の構成の一例を示し、図２の（Ａ）に、そ
の一例の概略構成のブロック図を示し、図２の（Ｂ）に
その一例の回路図を示す。

【００４９】図２の（Ａ）は、本発明に係る可変利得増
幅装置の第１の実施形態が具備する入出力切り替えスイ
ッチ２１〜２８のブロック図である。ただし、可変利得
増幅器１１〜１４の入力部に使用されるスイッチは１入
力２出力スイッチであり、可変利得増幅器１１〜１４の
出力部に使用されるスイッチは２入力１出力スイッチで
ある。

【００５０】いずれも、Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｕ
ａｌ Ｔｈｒｏｕｇｈ（以下、ＳＰＤＴと記す。）スイ
ッチであり、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと記
す。）を使用して実現されることが多い。

【００５１】次に、上記入出力切り替えスイッチの一般
的な回路例を図２の（Ｂ）に示す。１入力２出力スイッ
チでも２入力１出力スイッチでも構成は同じなので、図
１に示される１入力２出力スイッチとしての入出力切り
替えスイッチ２１を例に説明する。

【００５２】図２の（Ａ）に示されるように、入出力切
り替えスイッチ２１には、スイッチ入力端子６１と、第
１のスイッチ出力端子６２と、第２のスイッチ出力端子
６３と、スイッチ切り替え信号入力端子６４とがあり、
スイッチ切り替え信号入力端子６４に切り替え信号が入
力されることにより、第１のスイッチ出力端子６２と第
２のスイッチ出力端子６３との接続を切り替えることが
できる。

【００５３】図２の（Ｂ）を参照してこの入出力切り替
えスイッチ２１について詳細に説明する。スイッチ入力
端子６１と第１のスイッチ出力端子６２との間にはＦＥ
Ｔ７２が挿入され、スイッチ入力端子６１と第２のスイ
ッチ出力端子６３との間にはＦＥＴ７３が挿入され、第
１のスイッチ出力端子６２と接地との間にはＦＥＴ７１
が挿入され、第２のスイッチ出力端子６２と接地との間
にはＦＥＴ７４が挿入されて構成されている。

【００５４】例えば、スイッチ切り替え信号入力端子６
４ＡにＬｏｗｌｅｖｅｌ、スイッチ切り替え信号入力端
子６４ＢにＨｉｇｈｌｅｖｅｌの信号を与えると、ＦＥ
Ｔ７２、ＦＥＴ７４はＯＮし、ＦＥＴ７１、ＦＥＴ７３
はＯＦＦするのでスイッチ入力端子６１と第１のスイッ
チ出力端子６２は電気的に接続され、スイッチ入力端子
６１と第２のスイッチ出力端子６３とは電気的に遮断さ
れる。

【００５５】逆にスイッチ切り替え信号入力端子６４Ａ
にＨｉｇｈｌｅｖｅｌ、スイッチ切り替え信号入力端子
６４ＢにＬｏｗｌｅｖｅｌの信号を与えると、ＦＥＴ７
２、ＦＥＴ７４はＯＦＦし、ＦＥＴ７１、ＦＥＴ７３は
ＯＮするのでスイッチ入力端子６１と第１のスイッチ出
力端子６２は電気的に遮断され、スイッチ入力端子６１
と第２のスイッチ出力端子６３は電気的に接続されるの
で、２つの出力端子を切り替えるスイッチとして動作す
る。

【００５６】この際、スイッチ入力端子６１と第１のス
イッチ出力端子６２、あるいはスイッチ入力端子６１と
第２のスイッチ出力端子６３とは、３ＧＨｚ程度の高い
周波数の信号まで低損失で接続することが可能であり、
第１のスイッチ出力端子６２と第２のスイッチ出力端子
６３の間は十分に分離される。

【００５７】次に図１に示される本発明に係る可変利得
増幅装置の第１の実施形態の動作について、図面を参照
して説明する。ｎ個の可変利得増幅器１１〜１４は制御
回路３から利得制御信号ライン４１〜４４を介して送ら
れてくる利得設定信号（あるいは利得設定電圧）により
利得が設定されるような増幅器である。通常１段当たり
の最大利得は約１５〜２０ｄＢ程度であり、最小利得は
約−１０ｄＢ〜−３０ｄＢ程度である。

【００５８】しかし、多くの場合歪みが問題となるた
め、利得設定範囲は約０ｄＢ〜最大利得に設定されるこ
とが多い。以下の説明においては説明を簡単にするた
め、本発明に係る可変利得増幅装置が可変利得増幅器を
３段有する３段構成の可変利得増幅装置である場合の動
作について説明する。ただし、図１においては、可変利
得増幅器が４つ以上であるとして記載されているが、こ
の可変利得増幅器の個数、及び可変利得増幅器に関連す
る部材の個数を３であるとみなして以下に説明を行う。

【００５９】可変利得増幅器の１段当たりの利得設定範
囲を０ｄＢ〜２０ｄＢとし、各段の可変利得増幅器の入
出力部に挿入損失約０．５ｄＢの入出力切り替えスイッ
チ２１〜２８が接続され、スイッチの他端に通過損失約
０．２ｄＢのスルーライン３１〜３４を可変利得増幅器
１１〜１４の各段と並列になるように接続して構成して
いる場合を考える。

【００６０】この場合、図１に示されるスルーライン３
１〜３４としては、通信機などで使用される５０Ωや７
５Ω付近の特性インピーダンスをもつものが良い。この
３段の可変利得増幅装置は全体として−３．６ｄＢ〜５
７ｄＢの利得可変範囲の可変利得増幅装置となる。

【００６１】そして、この場合の利得の制御方法として
は、例えば、最大利得設定時を出発点とし、その後、利
得を降下させていく制御方法をとる。

【００６２】利得を降下させる方法は、初段の可変利得
増幅器から利得を下げていき初段の可変利得増幅器の利
得が０ｄＢになったら次段（２段目）の可変利得増幅器
の利得を下げていき、その可変利得増幅器の利得が０ｄ
Ｂになったら更にその次の段（３段目）の可変利得増幅
器の利得を下げていくように制御する初段から先に利得
を下げる制御方法、逆に最終段（ここでは３段目）の可
変利得増幅器から利得を下げていき最終段の可変利得増
幅器の利得が０ｄＢになったらその前段（ここでは２段
目）の可変利得増幅器の利得を下げていき、その可変利
得増幅器の利得が０ｄＢになったら更にその前の段（こ
こでは初段）の可変利得増幅器の利得を下げていくよう
に制御する最終段から先に利得を下げる制御方法、２段
目の可変利得増幅器から利得を下げていき２段目の可変
利得増幅器の利得が０ｄＢになったらその次段（３段
目）の可変利得増幅器の利得を下げていき、その可変利
得増幅器の利得が０ｄＢになったら更にその次の段の可
変利得増幅器の利得を下げていき、最終段の可変利得増
幅器の利得が０ｄＢになったら初段の可変利得増幅器の
利得を下げていくように制御する２段目から利得を下げ
る制御方法、あるいは全段の可変利得増幅器の利得を同
時に下げていく制御方法などが考えられる。

【００６３】利得を、始めに最小利得に設定し、除々に
利得を上昇させていく場合には、上述の過程の逆の手順
となる。これらの制御方法の選択は、可変利得増幅装置
が使用される装置全体のシステムの要求性能により適切
な制御方法が選ばれる。

【００６４】例えば歪みの要求が厳しいシステムでは初
段から先に利得を下げる制御方法が選ばれ、雑音の要求
が厳しいシステムでは最終段から先に利得を下げる制御
方法が選択され、歪みと雑音の両方をうまく満足させる
ために２段目から利得を下げる制御方法や全段同時に下
げる制御方法がよく選ばれる。

【００６５】図１に示される、本発明に係る可変利得増
幅装置の第１の実施形態では、前述のいずれの制御方法
においても、制御回路３により、利得制御信号ライン４
１〜４４を介してある段の可変利得増幅器の利得が０ｄ
Ｂ以下に設定された場合、同時にスイッチ切り替え信号
ライン５１〜５４を介してその段の前後に設けた入出力
切り替えスイッチ２１〜２８に対して可変利得増幅器１
１〜１４側からスルーライン３１〜３４側に切り替わる
ように制御回路３からスイッチ切り替え信号が送られ、
利得が０ｄＢ以下になった可変利得増幅器１１〜１４を
切り離し、スルーライン３１〜３４を接続する。

【００６６】逆に制御回路３により、制御信号ライン４
１〜４４を介してある段の利得が０ｄＢから利得が増加
するように設定された場合は、同時にスイッチ切り替え
信号ライン５１〜５４を介してその段の前後に設けた入
出力切り替えスイッチ２１〜２８に対してスルーライン
３１〜３４側から可変利得増幅器１１〜１４側に切り替
わるように制御回路３からスイッチ切り替え信号が送ら
れ、スルーライン３１〜３４を切り離し、可変利得増幅
器１１〜１４を接続する。

【００６７】従って、図１に示される本発明に係る可変
利得増幅装置の第１の実施形態によれば、可変利得増幅
器の利得が０ｄＢ以下になった場合は、その可変利得増
幅器を装置から切り離しているため、低利得時の雑音指
数と３次歪みの改善を図ることが可能である。

【００６８】ここで、図面を参照して、この第１の実施
形態の効果についてさらに詳細に説明する。まず、第１
の効果は、低利得に設定されている場合のＮＦを改善で
きることである。このＮＦと利得との関係を、第１の実
施形態の可変利得増幅装置が３段構成の場合について図
８に示す。

【００６９】ここで、図８に示されるグラフは、可変利
得増幅器１１〜１４の１段当たりの可変利得範囲を０ｄ
Ｂ〜２０ｄＢとし、利得とＮＦとの関係は図６に示す特
性を有するものとしてシミュレーションを実行した結果
である。

【００７０】利得制御方法は、初段の可変利得増幅器か
ら先に利得を下げる制御方法、最終段の可変利得増幅器
から先に利得を下げる制御方法、２段目の可変利得増幅
器から利得を下げる制御方法、及び全段の可変利得増幅
器の利得を同時に下げていく制御方法の４方式について
行った。

【００７１】図８を見ると制御方法によりＮＦの値に違
いはあるが、初段の可変利得増幅器から先に利得を下げ
る制御方法の場合のＮＦの最悪値は約２５ｄＢ、最終段
の可変利得増幅器から先に利得を下げる制御方法の場合
のＮＦの最悪値は約２１ｄＢ、２段目の可変利得増幅器
から利得を下げる制御方法の場合のＮＦの最悪値は約２
１ｄＢ、全段の可変利得増幅器の利得を同時に下げてい
く制御方法の場合のＮＦの最悪値は約２９ｄＢである。
同様の条件にて従来の３段構成可変利得増幅器のＮＦの
シミュレーションした結果を図１６に示す。

【００７２】従来の３段構成可変利得増幅器のＮＦの最
悪値はいずれの制御方法でも約３０ｄＢであるので、Ｎ
Ｆの最悪値は約１〜９ｄＢ改善されていることが分か
る。比較し易いように図９に従来例と本発明に係る可変
利得増幅装置の第１の実施形態である、３段構成の可変
利得増幅装置の初段から先に利得を下げる制御方法の場
合のＮＦと利得の関係を示す。

【００７３】第２の効果は、低利得に設定されている場
合のＩＭ３を改善できることである。この改善について
図１０を参照して説明する。図１０に、本発明に係る可
変利得増幅装置の第１の実施形態が３段構成の可変利得
増幅装置である場合の可変利得増幅装置のＩＭ３と利得
との関係のグラフを示す。

【００７４】ここで、図１０に示される結果は、可変利
得増幅器１１〜１４の１段当たりの可変利得範囲を０ｄ
Ｂ〜２０ｄＢとし、格段の可変利得増幅器の利得とＩＣ
Ｐとの関係は図７に示す特性を有するものとし、入力端
子１の入力電力レベルに対して出力端子２における出力
電力レベルが、−２０ｄＢｍになるようにしてシミュレ
ーションを実行した結果である。

【００７５】利得制御方法は、初段の可変利得増幅器か
ら先に利得を下げる制御方法、最終段の可変利得増幅器
から先に利得を下げる制御方法、２段目の可変利得増幅
器から利得を下げる制御方法、及び全段の可変利得増幅
器の利得を同時に下げていく制御方法の４方式について
行った。

【００７６】図１０を見ると制御方法によりＩＭ３の値
に違いはあるが、初段の可変利得増幅器から先に利得を
下げる制御方法の場合のＩＭ３の最悪値は約２９ｄＢ
ｃ、最終段の可変利得増幅器から先に利得を下げる制御
方法の場合のＩＭ３の最悪値は約２４ｄＢｃ、２段目の
可変利得増幅器から利得を下げる制御方法の場合のＩＭ
３の最悪値は約２４ｄＢｃ、全段の可変利得増幅器の利
得を同時に下げていく制御方法の場合のＮＦの最悪値は
約１４ｄＢｃである。

【００７７】同様の条件にて、図１７に、従来の３段構
成の可変利得増幅装置のＩＭ３のシミュレーション結果
を示す。従来の３段構成可変利得増幅装置のＩＭ３の最
悪値はいずれの方法でも約１１ｄＢｃであるので、ＩＭ
３の最悪値は約３〜１８ｄＢｃ改善されていることが分
かる。これらの結果を比較し易いように、図１１に、従
来例と本発明に係る可変利得増幅装置の第１の実施形態
の３段構成可変利得増幅器の最終段から先に利得を下げ
る制御方法の場合のＩＭ３と利得の関係を示す。

【００７８】次に、本発明に係る可変利得増幅装置の第
２の実施形態について、図３を参照して説明する。図３
に、本発明に係る可変利得増幅装置の第２の実施形態の
構成の回路図を示す。ただし、前述の図１に示される本
発明に係る可変利得増幅装置の第１の実施形態における
部材と同様な部材には、同じ番号を付す。

【００７９】図３に示される、本発明に係る可変利得増
幅装置の第２の実施形態の構成が、前述の本発明に係る
可変利得増幅装置の第１の実施形態の構成と異なる点
は、図３を参照すると明らかなように、図１に示される
スルーライン３１〜３４をバッファアンプ３５〜３８に
置き換えた点である。その他の点は同様である。

【００８０】バッファアンプとしては、バイポーラトラ
ンジスタのエミッタフォロワ回路やＦＥＴのソースフォ
ロワ回路あるいはオペアンプを使用したボルテージフォ
ロワ回路などが考えられる。この第２の実施形態は、前
述の第１の実施形態において、低利得時における出力端
子２と入力端子１との間の遮蔽（アイソレーション）効
果が低下してしまうことを改善する効果がある。

【００８１】低利得時のＮＦ及びＩＭ３の改善は、各可
変利得増幅器１１〜１４の利得が０ｄＢ以下になった場
合に、制御回路３の制御により、各入出力切り替えスイ
ッチ２１〜２８の接続が、可変利得増幅器からバッファ
アンプに切り替わることにより、それぞれの可変利得増
幅器を切り離すという動作を実行するため、前述の第１
の実施形態とほぼ同等の特性が得られる。前述の第１の
実施形態と同様に、この第２の実施形態に係る可変利得
増幅装置が３段構成である場合における、利得とＮＦと
のシミュレーション結果を図１２に示し、利得とＩＭ３
とのシミュレーション結果を図１３に示す。

【００８２】これら図１２に示される結果、及び図１３
に示される結果と、図１６に示される従来の可変利得増
幅装置のＮＦと利得との関係を示すグラフ、及び図１７
に示される従来の可変利得増幅装置のＩＭ３と利得との
関係を示すグラフとを参照すると明らかなように、上述
の本発明に係る可変利得増幅装置の第２の実施形態にお
いては、ＮＦ、及びＩＭ３共に、大幅な改善、特に、低
い利得における改善がみられるという前述の本発明に係
る可変利得増幅装置の第１の実施形態と同様の効果を有
すると共に、低利得時における出力端子２と入力端子１
間の遮蔽（アイソレーション）効果が低下してしまうこ
とを改善することができる。

【００８３】次に、本発明に係る可変利得増幅装置の第
３の実施形態について、図４を参照して説明する。図４
に、本発明に係る可変利得増幅装置の第３の実施形態の
構成の回路図を示す。ただし、前述の図１に示される部
材と同様な部材には同じ番号を付す。

【００８４】図４を参照すると、この第３の実施形態の
構成が、前述の図１に示される第１の実施形態の構成と
異なる点は、第１の実施形態の可変利得増幅器１１〜１
４の電源と電源端子４との間に、可変利得増幅器用電源
ＯＮ／ＯＦＦスイッチ９１〜９４を挿入し、制御回路３
により可変利得増幅器用電源ＯＮ／ＯＦＦライン８１〜
８４を介して可変利得増幅器用電源ＯＮ／ＯＦＦスイッ
チ９１〜９４を制御できる構成とした点である。その他
の点は同様である。

【００８５】この第３の実施形態の動作は、前述の第１
の実施形態の動作と同様に、制御回路３により利得制御
信号ライン４１〜４４を介してある段の利得が０ｄＢ以
下に設定された時、同時にスイッチ切り替え信号ライン
５１〜５４を介してその段の前後に設けた入出力切り替
えスイッチ２１〜２８に対して、可変利得増幅器１１〜
１４側からスルーライン３１〜３４側に切り替わるよう
に制御回路３からスイッチ切り替え信号が送られ、可変
利得増幅器１１〜１４を切り離してスルーライン３１〜
３４を接続すると共に、前述の第１の実施形態には無か
った動作として、制御回路３により可変利得増幅器用電
源ＯＮ／ＯＦＦライン８１〜８４を介して、その段の可
変利得増幅器用電源ＯＮ／ＯＦＦスイッチをＯＦＦし、
その切り離された可変利得増幅器の電源をＯＦＦする。

【００８６】従って、この第３の実施形態は、前述の第
１の実施形態と同様な効果が得られると共に、切り離さ
れた可変利得増幅器の電源をＯＦＦしているため、低利
得時において消費電力を削減する効果がある。低利得時
のＮＦ及びＩＭ３の改善は前述の第１の実施形態と同様
に、図８、及び図１０に示される特性が得られる。

【００８７】次に、本発明に係る可変利得増幅装置の第
４の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図５に、本発明に係る可変利得増幅装置の第４の実施形
態の構成の回路図を示す。ただし、図３に示される本発
明に係る可変利得増幅装置の第２の実施形態と同様な部
材には同じ番号を付す。

【００８８】図５に示される第４の実施形態が、前述の
図３に示される第２の実施形態の構成と異なる点は、第
２の実施形態の可変利得増幅器１１〜１４の電源と電源
端子４との間に可変利得増幅器用ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
９１〜９４を挿入し、バッファアンプ７１〜７４の電源
と電源端子４との間に、バッファアンプ用電源ＯＮ／Ｏ
ＦＦスイッチ９５〜９８を挿入している点である。その
他の点は同様である。

【００８９】従って、この第４の実施形態に係る可変利
得増幅装置は、前述の第２の実施形態と同様に、利得が
０ｄＢ以下になった可変利得増幅器を切り離してバッフ
ァアンプに接続すると共に、制御回路３により可変利得
増幅器用電源ＯＮ／ＯＦＦ信号ライン８１〜８４を介し
て可変利得増幅器用電源ＯＮ／ＯＦＦスイッチ９１〜９
４を制御でき、バッファアンプ３５〜３８の電源と電源
端子４との間にバッファアンプ用電源ＯＮ／ＯＦＦスイ
ッチ９５〜９８を挿入し、制御回路３によりバッファア
ンプ用電源ＯＮ／ＯＦＦ信号ライン８５〜８８を介して
バッファアンプ用電源ＯＮ／ＯＦＦスイッチ９５〜９８
を制御できる構成をしている。

【００９０】従って、動作としては、制御回路３により
利得制御信号ライン４１〜４４を介してある段の可変利
得増幅器の利得が０ｄＢ以下に設定された場合は、同時
にスイッチ切り替え信号ライン５１〜５４を介してその
段の入出力切り替えスイッチ２１〜２８に対して可変利
得増幅器１１〜１４側からバッファアンプ３５〜３８側
に切り替わるように制御回路３からスイッチ切り替え信
号が送られ、可変利得増幅器１１〜１４を切り離してバ
ッファアンプ３５〜３８を接続すると同時に、制御回路
３により可変利得増幅器用電源ＯＮ／ＯＦＦ信号ライン
８１〜８４を介してその段の可変利得増幅器用電源ＯＮ
／ＯＦＦスイッチ９１〜９４をＯＦＦすることにより、
可変利得増幅器用の電源をＯＦＦし、制御回路３により
バッファアンプ用電源ＯＮ／ＯＦＦ信号ライン８５〜８
８を介してその段のバッファアンプ用電源ＯＮ／ＯＦＦ
スイッチをＯＮすることによりバッファアンプの電源を
ＯＮしている。

【００９１】従って、バッファアンプにバイパスしてい
ない場合には、バッファアンプの電源がＯＦＦとなって
いるため、その消費電力を低減させることができる。

【００９２】以上から、この第４の実施形態に係る可変
利得増幅装置は、低利得時において消費電力を削減する
効果があると共に、前述の第２の実施形態と同様に、図
１２、及び図１３に示されるように、低利得時のＮＦお
よびＩＭ３の改善を図ることができるという効果を得る
ことができる。

【００９３】ここで、上述の第１の実施形態、第２の実
施形態、第３の実施形態、及び第４の実施形態において
は、始めに最大利得まで上昇させておき、その後に、初
段から先に利得を下げる制御方法、及び最終段から先に
利得を下げる制御方法、２段目から利得を下げる制御方
法、全段同時に利得を下げていく制御方法の４方式につ
いて行った場合を例に説明したが、本発明はこのような
利得の制御方法に限定されずに、さらに本発明に係る可
変利得増幅装置が利用される装置やシステムの適性に併
せて、その利得を変化させて設定することが可能であ
る。

【００９４】例えば、本発明において使用される可変利
得増幅器は、それぞれ単独で利得を変化させることがで
きるため、可変利得増幅装置としてある利得を設定する
場合は、それぞれの可変利得増幅器の利得を組み合わせ
て利得の設定を実行することが可能である。

【００９５】ここで、本発明に係る可変利得増幅装置の
利得を変化させる場合に、可変利得増幅装置が具備する
可変利得増幅器の利得をそれぞれ変化させて組み合わせ
た場合のＮＦ、及びＩＭ３との関係について、図１４を
参照して説明する。図１４に、前述の本発明に係る可変
利得増幅装置の第１の実施形態が具備する可変利得増幅
器の利得をそれぞれ変化させて組み合わせた場合のＮ
Ｆ、及びＩＭ３との関係の一例の表を示す。

【００９６】ただし、図１４に示される関係は、本発明
に係る可変利得増幅装置の第１の実施形態が３段構成の
可変利得増幅装置であり、設定すべき利得として、３８
ｄＢの場合を例に示している。勿論、以下に述べる説明
は本発明において、このような３段構成の可変利得増幅
装置であり、設定すべき利得として、３８ｄＢの場合に
限定されるものではなく、任意の段数、任意の利得、及
び前述の他の実施形態において同様に成り立つものであ
る。

【００９７】図１４に示されるように、可変利得増幅装
置の利得を例えば３８ｄＢに設定した場合は、３段ある
可変利得増幅器のうち、例えば、初段を２０ｄＢ、２段
を１８ｄＢ、及び終段を０ｄＢに設定する場合や、初段
を１８ｄＢ、２段を１８ｄＢ、及び終段を２ｄＢに設定
する場合や、初段を２０ｄＢ、２段を０ｄＢ、及び終段
を１８ｄＢに設定する場合や、初段を１８ｄＢ、２段を
２ｄＢ、及び終段を１８ｄＢに設定する場合等のその他
の無数の組合わせが考えられる。

【００９８】そして、このような利得の組合わせによ
り、ＮＦ、及びＩＭ３は図１４に示されるようにそれぞ
れ異なった値となる。

【００９９】従って、例えば利得＝３８ｄＢの場合に、
可変利得増幅器の利得の種々の組合わせにより得られる
ＮＦ、及びＩＭ３の組の値をそれぞれ制御回路にインプ
ットしておけば、制御回路は利得を設定する際に、イン
プットされた可変利得増幅器の利得の組合わせと、これ
に対応するＮＦ、及びＩＭ３の組の値を参照して、望ま
しいＮＦ、及びＩＭ３の組の値を得ることができる。

【０１００】このようにすることにより、可変利得増幅
装置におけるどのような利得に設定した場合であって
も、制御回路がＮＦ、及びＩＭ３を最適値になるように
可変利得増幅器の利得の組合わせを実行するので、全て
の範囲で最適なＮＦ、及びＩＭ３を選択することが可能
な可変利得増幅装置を提供することができる。

【０１０１】このような効果は、本発明のように、可変
利得増幅装置が具備する可変利得増幅器がそれぞれ個別
に利得を変化させることが可能な増幅器であるからこそ
実現できたものである。

【０１０２】

【発明の効果】 以上の説明から明らかなように、本発
明によれば、直列接続された複数の可変利得増幅器から
構成される可変利得増幅装置において、利得が０ｄＢ以
下になった可変利得増幅器を切り離して、スルーライン
若しくはバッファアンプに接続するためのスイッチを具
備しているため、ＮＦとＩＭ３とを、特に低利得時に、
大幅に改善することが可能な可変利得増幅装置を提供す
ることができる。

【０１０３】また、可変利得増幅器の利得が０ｄＢ以下
となった場合に、信号をバイパスさせる経路にバッファ
アンプを設けたことにより、低利得時における出力端子
と入力端子間の遮蔽（アイソレーション）効果が低下し
てしまうことを改善することが可能な可変利得増幅装置
を提供することができる。

【０１０４】また、入力段スイッチ、及び前記出力段ス
イッチの少なくともいずれか一方が、Ｓｉｎｇｌｅ Ｐ
ｏｌｅ Ｄｕａｌ Ｔｈｒｏｕｇｈスイッチであるた
め、このスイッチの切り換えを正確、かつ迅速に実行す
ることが可能な可変利得増幅装置を提供することができ
る。

【０１０５】また、可変利得増幅装置から切り離された
可変利得増幅器の電源をＯＦＦするためのスイッチを具
備し、可変利得増幅器の利得が０ｄＢ以上であるか否か
によりこのスイッチを切り換えているため、その消費電
力を軽減することが可能な可変利得増幅装置を提供する
ことができる。

【０１０６】また、信号が入力していないバッファアン
プの電源をＯＦＦすることが可能なバッファアンプ用ス
イッチを具備し、バッファアンプに信号がバイパスして
いるか否かによりこのバッファアンプ用スイッチを切り
換えているため、その消費電力をさらに軽減することが
可能な可変利得増幅装置を提供することができる。

【０１０７】また、可変利得増幅装置の利得を設定する
制御方法としては、まず、可変利得増幅装置の最大利得
にまで利得を上げておき、その後、利得を下げていき、
この利得を下げる方法としては、初段の可変利得増幅器
から先に利得を下げる第１の制御方法、最終段の可変利
得増幅器から先に利得を下げる第２の制御方法、２段目
の可変利得増幅器から利得を下げる第３の制御方法、全
段の可変利得増幅器の利得を同時に下げていく第４の制
御方法を実行することができるので、利得可変増幅装置
が使用される装置やシステムの要求性能により適切な制
御方法を選択することが可能な可変利得増幅装置を提供
することができる。

【０１０８】さらに、制御回路から出力される制御信号
により実行される可変利得増幅装置の利得の制御が、可
変利得増幅装置の雑音指数、及び３次歪みの値が、可変
利得増幅装置が使用される装置やシステムにおける最適
値になるように、複数の可変利得増幅器の利得の値のそ
れぞれを組み合わせることにより実行されるため、可変
利得増幅装置全体の利得が同一の利得であっても、可変
利得増幅器の利得の組合わせによりＮＦ、及びＩＭ３の
値に幅を持たせることができ、可変利得増幅装置が使用
される装置やシステムの様々な要求に容易に対応するこ
とが可能な可変利得増幅装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る可変利得増幅装置の第１の実施形
態の構成を示す回路図である。

【図２】図１に示されるスイッチの構成を示す回路図で
ある。

【図３】本発明に係る可変利得増幅装置の第２の実施形
態の構成を示す回路図である。

【図４】本発明に係る可変利得増幅装置の第３の実施形
態の構成を示す回路図である。

【図５】本発明に係る可変利得増幅装置の第４の実施形
態の構成を示す回路図である。

【図６】本発明及び従来の可変利得増幅器における利得
とＮＦとの間の特性を示すグラフである。

【図７】本発明及び従来の可変利得増幅器における利得
とＩＣＰとの間の特性を示すグラフである。

【図８】図１に示される可変利得増幅装置の利得とＮＦ
との間の関係を示すグラフである。

【図９】図１に示される可変利得増幅装置の利得とＮ
Ｆ、及び従来の可変利得増幅装置の利得とＮＦとの間の
関係を示すグラフである。

【図１０】図１に示される可変利得増幅装置の利得とＩ
Ｍ３との間の関係を示すグラフである。

【図１１】図１に示される可変利得増幅装置の利得とＩ
Ｍ３、及び従来の可変利得増幅装置の利得とＩＭ３との
間の関係を示すグラフである。

【図１２】図３に示される可変利得増幅装置の利得とＮ
Ｆとの間の関係を示すグラフである。

【図１３】図３に示される可変利得増幅装置の利得とＩ
Ｍ３との間の関係を示すグラフである。

【図１４】本発明に係る可変利得増幅装置が具備する可
変利得増幅器の利得をそれぞれ変化させて組み合わせた
場合のＮＦ、及びＩＭ３の関係の一例を示す表である。

【図１５】従来の可変利得増幅装置の構成を示す回路図
である。

【図１６】従来の可変利得増幅装置の利得とＮＦとの間
の関係を示すグラフである。

【図１７】従来の可変利得増幅装置の利得とＩＭ３との
間の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 出力端子 ３ 制御回路 ４ 電源端子 １１，１２，１３，１４ 可変利得増幅器 ２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８ 入
出力切り替えスイッチ ３１，３２，３３，３４ スルーライン ３５，３６，３７，３８ バッファアンプ ４１，４２，４３，４４ 利得制御信号ライン ５１，５２，５３，５４ スイッチ切り替え信号ライン ６１ スイッチ入力端子 ６２ 第１のスイッチ出力端子 ６３ 第２のスイッチ出力端子 ６４，６４Ａ，６４Ｂ スイッチ切り替え信号入力端子 ７１，７２，７３，７４ 電界効果トランジスタ ７５，７６，７７，７８ 抵抗 ８１，８２，８３，８４ 可変利得増幅器用電源ＯＮ／
ＯＦＦライン ８５，８６，８７，８８ バッファアンプ用電源ＯＮ／
ＯＦＦライン ９１，９２，９３，９４ 可変利得増幅器用電源ＯＮ／
ＯＦＦスイッチ ９５，９６，９７，９８ バッファアンプ用電源ＯＮ／
ＯＦＦスイッチ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03G 1/00 - 3/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直列接続され利得制御信号に基づき利得
   が制御される複数の可変利得増幅器と、 前記可変利得増幅器のそれぞれと並列に接続されたスル
   ーラインと、 入力した信号を、制御信号に基づき、前記可変利得増幅
   器及びスルーラインのいずれか一方に切り替えて出力す
   る、前記可変利得増幅器のそれぞれの入力側に設けられ
   た入力段スイッチと、 前記可変利得増幅器及びスルーラインのいずれか一方か
   ら出力された信号を、前記制御信号に基づき切り替えて
   出力する、前記可変利得増幅器のそれぞれの出力側に設
   けられた出力段スイッチと、 前記制御信号を出力する制御回路とを有する可変利得増
   幅装置であって、前記制御回路が前記制御信号を組み合わせて出力して前
   記複数の可変利得増幅器の利得の値を組み合わせること
   により、前記可変利得増幅装置全体の雑音指数および３
   次歪みの値を制御する ことを特徴とする可変利得増幅装
   置。
2. 【請求項２】 前記スルーラインに換えてバッファアン
   プを設けることを特徴とする請求項１に記載の可変利得
   増幅装置。