JP3326635B2 - アンプ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通信用やＶＴＲ用など
の信号処理ＩＣなどに適用されるアンプ回路に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一対の入力信号の積に比例する正確な出
力を得る掛け算回路として、ギルバートアンプ回路が知
られている。ギルバートアンプ回路は、トランジスタと
抵抗素子だけで構成できるため、ＩＣ化に適しており、
多くはＡＭやＦＭなどの変復調、周波数変換、位相同期
ループ（ＰＬＬ）の位相比較器などとして用いられ、こ
れらの回路を必要とする通信用やＶＴＲ用などの信号処
理ＩＣに採用されている。

【０００３】図２は、従来のギルバートアンプ回路の基
本構成を示す回路図である。図２において、Ｑ₁ 〜Ｑ₆
はｎｐｎ形トランジスタ（以下、単にトランジスタとい
う）、Ｅ₁ 〜Ｅ₃ は定電圧源、Ｖ_INは信号源、Ｉ_E01 ，
Ｉ_E02 ，Ｉ_E1は定電流源、Ｒ_INは抵抗値Ｒ_INV の抵抗素
子、Ｒ_S は信号源インピーダンス、ｒ_b はトランジスタ
Ｑ₁ のベースコンタクト抵抗、Ｒ_L1，Ｒ_L2は抵抗値Ｒ_L
の負荷用抵抗素子、Ｖ_CCは電源電圧をそれぞれ示してい
る。

【０００４】トランジスタＱ₁ のベースはｒ_b ，Ｒ_s を
介して信号源Ｖ_INに接続され、エミッタは定電流源Ｉ
_E01 に接続され、コレクタはトランジスタＱ₃ のエミッ
タに接続されている。トランジスタＱ₂ のベースは信号
源Ｖ_INと定電圧源Ｅ₁ との接続中点に接続され、エミッ
タは定電流源Ｉ_E02 に接続され、コレクタはトランジス
タＱ₄ のエミッタに接続されている。また、トランジス
タＱ₁ のエミッタとトランジスタＱ₂ のエミッタとの間
に抵抗素子Ｒ_INが接続されている。トランジスタＱ₃ お
よびＱ₄ のベースはそれぞれ定電圧源Ｅ₂ に接続され、
コレクタはそれぞれ定電圧源Ｅ₃ に接続されている。

【０００５】トランジスタＱ₅ のベースはトランジスタ
Ｑ₁ のコレクタとトランジスタＱ３のエミッタとの接続
中点に接続され、エミッタはトランジスタＱ₆ のエミッ
タに接続され、これらエミッタ同士の接続中点は定電流
源Ｉ_E1に接続され、コレクタは抵抗素子Ｒ_L1を介して電
源電圧Ｖ_CCに接続されている。トランジスタＱ₆ のベー
スはトランジスタＱ₂ のコレクタとトランジスタＱ₄の
エミッタとの接続中点に接続され、コレクタは抵抗素子
Ｒ_L2を介して電源電圧Ｖ_CCに接続されている。

【０００６】このような構成において、信号源Ｖ_INによ
る信号ΔＶ_INがトランジスタＱ₁ のベースに供給され、
定電圧源Ｅ₁ による所定レベルの電圧がトランジスタＱ
₂ のベースに供給されると、トランジスタＱ₁ のコレク
タ側には電流（Ｉ₀ ＋ΔＩ₀）が現れ、トランジスタＱ
₂ のコレクタ側には電流（Ｉ₀ −ΔＩ₀ ）が現れる。

【０００７】トランジスタＱ₁ のコレクタ側に現れた電
流（Ｉ₀ ＋ΔＩ₀ ）は、出力段のトランジスタＱ₅ のベ
ースに供給され、トランジスタＱ₂ のコレクタ側に現れ
た電流（Ｉ₀ −ΔＩ₀ ）は、トランジスタＱ₆ のベース
に供給される。トランジスタＱ₅ およびＱ₆ のエミッタ
には、電流２Ｉ₁ を供給する定電流源Ｉ_E1が接続されて
いることから、トランジスタＱ₅ のコレクタ側には電流
（Ｉ₁−ΔＩ₁ ）が現れ、トランジスタＱ₆ のコレクタ
側には電流（Ｉ₁ ＋ΔＩ₁ ）が現れる。

【０００８】この回路では、トランジスタＱ₅ のコレク
タ側から（Ｉ₁ −ΔＩ₁ ）・Ｒ_L なる信号ＯＵＴが出力
される。このギルバートアンプ回路のゲインＧは、次式
に示すようになる。 Ｇ＝（Ｉ₁ ・Ｒ_L ）／（Ｉ₀ ・Ｒ_INV ） …(1)

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のギルバートアンプ回路では、エミッタ接地型入
力の回路構成となっているため、トランジスタＱ₁ のコ
レクタ・ベース間容量Ｃ _CBおよびベース・エミッタ間容
量Ｃ_BEの影響を受けることになり、次式に示すように、
周波数特性Ｆの向上を図れない。 Ｆ＝｛(R_S + ｒ_b ) //ｒπ｝・｛Ｃ_BE＋[1+(ｒ_e ／(2ｒ_e + Ｒ_IN))Ｃ_CB] ｝ …(2) ただし、ｒπはトランジスタＱ₁ の入力インピーダンス
を表している。

【００１０】また、トランジスタＱ₁ のコレクタ・ベー
ス間容量Ｃ_CBの影響により、高周波帯域になるとトラン
ジスタＱ₁ のベース側の正信号とコレクタ側の負信号と
が干渉する。その結果、出力信号ＯＵＴの波形が歪み、
広帯域まで伸ばすことができないという問題がある。

【００１１】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、回路構成の複雑化を招くことな
く周波数特性の向上を図れるアンプ回路を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、コレクタおよびベースが第１の電流源
に接続された第１および第２のトランジスタと、差動対
を構成する第３および第４のトランジスタと、を有し、
上記第１のトランジスタのエミッタが第２の電流源に接
続され、上記第２のトランジスタのエミッタが電圧源に
接続され、上記第１のトランジスタと第２の電流源との
接続中点に所定の信号が入力され、上記第３のトランジ
スタのベースが上記第１のトランジスタと第２の電流源
との接続中点に接続され、上記第４のトランジスタのベ
ースが上記第２のトランジスタと電圧源との接続中点に
接続されている。

【００１３】

【００１４】

【作用】本発明によれば、たとえば第１の電流源の供給
電流を２Ｉ₀ 、第２の電流源の供給電流をＩ₀ とする
と、第１のトランジスタと第２の電流源との接続中点に
所定の信号が入力されていない場合には、第１および第
２のトランジスタのエミッタ側には等しい電流Ｉ₀ が流
れる。ここで、たとえば、第１のトランジスタと第２の
電流源との接続中点に所定の信号電流ΔＩ₀ が入力され
ると、第１のトランジスタのエミッタ側には（Ｉ₀ −Δ
Ｉ₀ ）なる電流が現れ、第２のトランジスタのエミッタ
側には（Ｉ₀ ＋ΔＩ₀）なる電流が現れる。

【００１５】また、本発明によれば、第１のトランジス
タと第２の電流源との接続中点に所定の信号電流ΔＩ₀
が入力された結果、第１のトランジスタのエミッタ側に
現れた電流（Ｉ₀ −ΔＩ₀ ）は第３のトランジスタのベ
ースに供給され、第２のトランジスタのエミッタ側に現
れた電流（Ｉ₀ ＋ΔＩ₀ ）は第４のトランジスタのベー
スに供給される。ここで、たとえば第３のトランジスタ
および第４のトランジスタによる差動対が電流２Ｉ₁ を
供給する電流源に接続されているとすると、第３のトラ
ンジスタのコレクタ側には（Ｉ₁ ＋ΔＩ₁ ）なる電流が
現れ、第４のトランジスタのコレクタ側には（Ｉ₁ −Δ
Ｉ₁ ）なる電流が現れる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明に係るギルバートアンプ回路
の一実施例を示す回路図であって、従来例を示す図２と
同一構成部分は同一符号をもって表す。すなわち、
Ｑ₅ ，Ｑ₆ ，Ｑ₁₀，Ｑ₁₁はトランジスタ（ｎｐｎ形）、
Ｅ₁ ，Ｅ₄は定電圧源、Ｖ_INは信号源、Ｉ_E01 ，
Ｉ_E03 ，Ｉ_E1は定電流源、Ｒ_INは抵抗値Ｒ _INV の抵抗素
子、Ｒ_L1，Ｒ_L2は抵抗値Ｒ_L の負荷用抵抗素子、Ｖ_CCは
電源電圧をそれぞれ示している。

【００１７】本回路は、従来回路のエミッタ接地型入力
ではなく、ベース接地型入力の回路構成となっている。
以下に、本回路における各素子の接続関係について説明
する。

【００１８】トランジスタＱ₁₀のエミッタは定電流源Ｉ
_E01 およびトランジスタＱ₅ のベースに接続されるとと
もに、抵抗素子Ｒ_INを介して信号源Ｖ_INに接続され、ベ
ースはトランジスタＱ₁₁のベースに接続され、コレクタ
はトランジスタＱ₁₁のコレクタおよび定電流源Ｉ_E03 に
接続されている。トランジスタＱ₁₁のベースはそのコレ
クタとトランジスタＱ₁₀のコレクタとの接続中点に接続
され、エミッタは定電圧源Ｅ₄ およびトランジスタＱ₆
のベースに接続されている。

【００１９】また、定電流源Ｉ_E01 は電流Ｉ₀ を供給
し、定電流源Ｉ_E03 は電流２Ｉ₀ を供給し、定電流源Ｉ
_E1は電流２Ｉ₁ を供給する。また、本回路では、トラン
ジスタＱ₆ のコレクタと抵抗素子Ｒ_L2との接続中点によ
り出力端Ｔ_OUT が構成され、出力信号ＯＵＴが出力され
る。

【００２０】次に、上記構成による動作を説明する。信
号源Ｖ_INによる信号ΔＶ_INが出力されると、抵抗素子Ｒ
_INを介して電流ΔＩ ₀ がノードＮＤ₁ に流れ込む。これ
により、トランジスタＱ₁₀のエミッタ側に電流（Ｉ₀ −
ΔＩ₀ ）が現れ、トランジスタＱ₁₁のエミッタ側に電流
（Ｉ₀ ＋ΔＩ₀ ）が現れる。

【００２１】トランジスタＱ₁₀のエミッタ側に現れた電
流（Ｉ₀ −ΔＩ₀ ）は、出力段のトランジスタＱ₅ のベ
ースに供給され、トランジスタＱ₁₁のエミッタ側に現れ
た電流（Ｉ₀ ＋ΔＩ₀ ）は、トランジスタＱ₆ のベース
に供給される。トランジスタＱ₅ およびＱ₆ のエミッタ
には、電流２Ｉ₁ を供給する定電流源Ｉ_E1が接続されて
いることから、トランジスタＱ₅ のコレクタ側には電流
（Ｉ₁＋ΔＩ₁ ）が現れ、トランジスタＱ₆ のコレクタ
側には電流（Ｉ₁ −ΔＩ₁ ）が現れる。その結果、本回
路からは（Ｉ₁ −ΔＩ₁ ）・Ｒ_L なる信号ＯＵＴが出力
される。

【００２２】本回路のゲインを求めると、以下のように
なる。すなわち、本回路はトランジスタＱ₁₀，Ｑ₁₁，Ｑ
₅ ，Ｑ₆ を用いたギルバートアンプ回路であることか
ら、次式のような関係が成り立つ。 （Ｉ₀ −ΔＩ₀ ）・（Ｉ₁ ＋ΔＩ₁ ）＝（Ｉ₀ ＋ΔＩ₀ ）・（Ｉ₁ −ΔＩ₁ ） …(3) この(3) 式を展開し、整理すると次式のようになる。 Ｉ₁ ・ΔＩ₀ ＝Ｉ₀ ・ΔＩ₁ …(4) これにより、本回路のゲインは、次式のように求まる。 ΔＶ_OUT ／ΔＶ_IN＝（ΔＩ₁ ・Ｒ_L ）／（ΔＩ₀ ・Ｒ_INV ） ＝（Ｉ₁ ・Ｒ_L ）／（Ｉ₀ ・Ｒ_INV ） …(5) この(5) 式は、従来回路のゲインを示す(1) 式と同じ値
になっている。

【００２３】また、本回路の周波数特性Ｆは、次式に示
すようになる。 Ｆ＝ｒ_e ・Ｃ_BE …(6) ただし、ｒ_e はトランジスタＱ₁₀のエミッタ抵抗を表し
ている。(6) 式からわかるように、本ギルバートアンプ
回路は、従来回路のようにエミッタ接地型入力ではな
く、ベース接地型入力の回路構成となっていることか
ら、トランジスタのコレクタ・ベース間容量Ｃ_CBの影響
を受けることがなく、周波数特性を向上できる。

【００２４】実際に、上述の(6) 式を従来回路の周波数
特性を示す(2) 式と比較すると、 ｛(R_S + ｒ_b ) //ｒπ｝≫ｒ_e ｛Ｃ_BE＋[1+(ｒ_e ／(2ｒ_e + Ｒ_IN))Ｃ_CB) ｝≫Ｃ_BE であることから、 （２）式≫（６）式 となる。すなわち、本回路は、従来回路より周波数特性
を大幅に向上できる。

【００２５】以上説明したように、本実施例によれば、
ギルバートアンプ回路をベース接地型入力の回路構成と
したので、簡単な構成で周波数特性の大幅な向上を図れ
る利点がある。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回路の複雑化を招くことなく周波数特性の向上を図れる
利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るギルバートアンプ回路の一実施例
を示す回路図である。

【図２】従来のギルバートアンプ回路の構成例を示す回
路図である。

【符号の説明】 Ｑ₅ ，Ｑ₆ ，Ｑ₁₀，Ｑ₁₁…ｎｐｎ形トランジスタ Ｅ₁ ，Ｅ₄ …定電圧源 Ｖ_IN…信号源 Ｉ_E01 ，Ｉ_E03 ，Ｉ_E1…定電流源 Ｒ_IN…抵抗素子 Ｒ_L1，Ｒ_L2…負荷用抵抗素子 Ｖ_CC…電源電圧

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コレクタおよびベースが第１の電流源に
   接続された第１および第２のトランジスタと、 差動対を構成する第３および第４のトランジスタと、を
   有し、 上記第１のトランジスタのエミッタが第２の電流源に接
   続され、上記第２のトランジスタのエミッタが電圧源に
   接続され、 上記第１のトランジスタと第２の電流源との接続中点に
   所定の信号が入力され、 上記第３のトランジスタのベースが上記第１のトランジ
   スタと第２の電流源との接続中点に接続され、 上記第４のトランジスタのベースが上記第２のトランジ
   スタと電圧源との接続中点に接続されているアンプ回
   路。