JP3420946B2 - 利得制御装置及び利得制御方法 - 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、例えば移動体通信
システムの送受信機に用いて好適な利得制御装置と利得
制御方法、及び、その利得制御装置を具備する携帯端末
装置や基地局装置に関し、特に、利得制御特性の温度依
存性をほぼ零にしたものである。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信の送受信機では、送信出力制
御などのために利得制御装置が用いられている。

【０００３】図８には、従来の利得制御装置に用いられ
ている可変利得装置の回路を示している。入力電圧Ｖｉ
ｄはトランジスタ101、111の各ベース（Ｖｉｎ端子）と
トランジスタ102、112の各ベース（Ｖｉｎｘ端子）との
間に入力される。トランジスタ101、102の各エミッタ
は、抵抗183を介して接続され、電流源181、182を介し
て接地されており、また、トランジスタ111、112の各エ
ミッタは、抵抗193を介して接続され、電流源191、192
を介して接地されている。トランジスタ103、104の各エ
ミッタはトランジスタ101のコレクタに接続されてお
り、トランジスタ105、106の各エミッタは102のコレク
タに接続され、トランジスタ113、114の各エミッタはト
ランジスタ111のコレクタに接続され、トランジスタ11
5、116の各エミッタは112のコレクタに接続されてい
る。また、利得制御電圧Ｖｃｄはトランジスタ103、10
6、114、115の各ベース（Ｖｃ端子）及びトランジスタ1
04、105、113、116の各ベース（Ｖｃｘ端子）との間に
入力されている。さらに、トランジスタ103、113の各コ
レクタ（Ｖｏｕｔｘ端子）は抵抗171を介して電源に接
続され、トランジスタ106、116の各コレクタ（Ｖｏｕｔ
端子）は抵抗172を介して電源に接続されている。トラ
ンジスタ104、105、114、115の各コレクタは電源に接続
されており、トランジスタ113、116の各コレクタ間から
出力電圧Ｖｏｄが出力される。

【０００４】次に、図８に示した回路の動作を説明す
る。入力電圧Ｖｉｄが与えられ、トランジスタ101のコ
レクタ電流が＋△Ｉ１となり、トランジスタ102のコレ
クタ電流が−△Ｉ１となるとする。ここで、△Ｉ１は、
抵抗183の抵抗値をＲＥ１とすると、（式１）で表され
る。 △Ｉ１＝Ｖｉｄ／（２ＶＴ／Ｉ１＋ＲＥ１） （式１） ここで、Ｉ１は電流源181、182の各電流値であり、ＶＴ
は熱電圧であり、ＶＴは（式２）で与えられる。 ＶＴ＝ｋＴ／ｑ （式２） ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電荷
量である。

【０００５】△Ｉ１は利得制御電圧Ｖｃｄに応じて、ト
ランジスタ103から106によって電流分割される。トラン
ジスタ103のコレクタ電流を△Ｉ１ａとすると、△Ｉ１
ａは（式３）で表される。 △Ｉ１ａ＝Ｍ△Ｉ１／（１＋Ｍ） （式３） ここで、Ｍは（式４）で表される。 Ｍ＝ｅｘｐ（Ｖｃｄ／ＶＴ） （式４）

【０００６】同様にして、トランジスタ106のコレクタ
電流を△Ｉ１ｂとすると、△Ｉ１ｂは（式５）で表され
る。 △Ｉ１ｂ＝−△Ｉ１ａ （式５）

【０００７】同様にして、入力電圧Ｖｉｄが与えられ、
トランジスタ111のコレクタ電流が＋△Ｉ２となり、ト
ランジスタ112のコレクタ電流が−△Ｉ２となるとす
る。ここで、△Ｉ２は、抵抗193の抵抗値をＲＥ２とす
ると、（式６）で表される。 △Ｉ２＝Ｖｉｄ／（２ＶＴ／Ｉ２＋ＲＥ２） （式６） ここで、Ｉ２は電流源191、192の各電流値であり、ＶＴ
は熱電圧である。

【０００８】△Ｉ２は、利得制御電圧Ｖｃｄに応じて、
トランジスタ113から116によって電流分割される。トラ
ンジスタ113のコレクタ電流を△Ｉ２ａとすると、△Ｉ
２ａは（式７）で表される。 △Ｉ２ａ＝△Ｉ２／（１＋Ｍ） （式７）

【０００９】同様にして、トランジスタ116のコレクタ
電流を△Ｉ２ｂとすると、△Ｉ２ｂは（式８）で表され
る。 △Ｉ２ｂ＝−△Ｉ２ａ （式８）

【００１０】出力電圧Ｖｏｄは、抵抗171、172の各抵抗
値をＲＬとすると、（式９）で表される。 Ｖｏｄ＝ＲＬ｛（△Ｉ１ａ＋△Ｉ２ａ）−（△Ｉ１ｂ＋△Ｉ２ｂ）｝ （式９）

【００１１】（式９）に（式３）、（式５）、（式７）
及び（式８）を代入して整理すると、（式１０）が得ら
れる。 Ｖｏｄ＝２ＲＬ（Ｍ△Ｉ１＋△Ｉ２）／（１＋Ｍ） （式１０）

【００１２】（式１０）に（式１）、（式６）を代入し
て整理すると、利得Ｇ（＝Ｖｏｄ／Ｖｉｄ）を表す（式
１１）が得られる。 Ｇ＝ＲＬ（Ｍ・ｇｍ１＋ｇｍ２）／（１＋Ｍ） （式１１） ただし、ｇｍ１、ｇｍ２はそれぞれ（式１２）、（式１
３）で与えらえる。 ｇｍ１＝１／（ＶＴ／Ｉ１＋ＲＥ１／２） （式１２） ｇｍ２＝１／（ＶＴ／Ｉ２＋ＲＥ２／２） （式１３）

【００１３】Ｍは、（式４）に示すように、利得制御電
圧Ｖｃｄの項を含んでおり、利得Ｇを利得制御電圧Ｖｃ
ｄに対して変化させることができる。

【００１４】今、ｇｍ１＞＞ｇｍ２とする。このとき最
大ゲインＧｍａｘは、Ｖｃｄ＞＞０の場合であり、この
とき（式４）からＭは無限大に収束し、（式１１）か
ら、Ｇｍａｘは（式１４）となる。 Ｇｍａｘ＝ＲＬ・ｇｍ１ （式１４）

【００１５】同様に、最小ゲインＧｍｉｎは、Ｖｃｄ＜
＜０の場合であり、このとき（式４）からＭは零に収束
し、（式１２）から、Ｇｍｉｎは（式１５）となる。 Ｇｍｉｎ＝ＲＬ・ｇｍ２ （式１５）

【００１６】利得制御幅△Ｇは、ＧｍａｘとＧｍｉｎと
の比で表され、（式１６）のようになる。 △Ｇ＝Ｇｍａｘ／Ｇｍｉｎ＝ｇｍ１／ｇｍ２ （式１６）

【００１７】図１１にＩ１＝１ｍＡ、Ｉ２＝０．１ｍ
Ａ、ＲＥ１＝１００Ω、ＲＥ２＝１ｋΩ、ＲＬ＝５００
Ωとした場合の常温での利得制御特性を示している。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、（式１１）
で与えられる利得Ｇは、温度に依存する変数として、Ｍ
やｇｍ１（ｇｍ２）を含んでいる。さらに、図８の可変
利得装置を集積回路化したとすると、集積回路内部の抵
抗は温度係数を持つため、（式１１）のＲＬも温度に依
存する変数となる。

【００１９】これらの温度に依存する変数のうち、（式
１２）、（式１３）で与えられるｇｍ１、ｇｍ２につい
ては、電流源181、182、191及び192の電流値をＶＴ／Ｒ
比例になるように設定することで、ｇｍ１、ｇｍ２の温
度特性をＲ比例、すなわち抵抗の温度係数を持つように
設定することは容易であるため、（式１１）のＲＬの温
度係数と打ち消し合うように設定できる。そして、（式
４）で与えられるＭは、Ｖｃｄ＝０のときに限り、常に
Ｍ＝１となり、温度特性を持たないため、Ｖｃｄ＝０の
時に限り、利得Ｇは温度に依存しないで一定となる図１
２のような特性を示す。

【００２０】Ｖｃｄ＝０（Ｍ＝１）のときのゲインＧ０
は、（式１１）から（式１７）で与えられる。 Ｇ０＝ＲＬ（ｇｍ１＋ｇｍ２）／２ （式１７） （式１７）はｇｍ１＞＞ｇｍ２とすると、（式１８）の
ように近似できる。 Ｇ０＝ＲＬ・ｇｍ１／２＝Ｇｍａｘ／２ （式１８）

【００２１】すなわち、Ｇ０は最大ゲインＧｍａｘから
約６ｄＢ低下した点となる。よって、図１２に示すよう
に利得可変幅を約２０ｄＢ確保する例では、高ゲインで
の温度特性の変動と比較すると、低ゲインでの温度特性
の変動が大きくなっている。

【００２２】ところで、ＣＤＭＡ（Code Division Mult
iple Access）に代表されるような通信方式に使用され
る送受信機には８０〜９０ｄＢの利得制御幅を持ち、か
つ、直線性に優れた利得制御特性が要求されている。そ
のため、図８に示した可変利得装置を複数段に継続接続
し、各段の可変利得装置の利得制御電圧にオフセット電
圧を与えて、各段の可変利得装置の利得制御幅を適当に
重ね合わせることで、より広い利得制御幅を持ち、直線
性に優れた利得制御特性が得られるようにしている。

【００２３】この場合の総合利得ＧＴは（式１９）で表
される。 ＧＴ＝Ｇ１・Ｇ２・Ｇ３・Ｇ４・Ｇ５ （式１９） ここで、Ｇｎ（ｎは１から５の整数）は、（式１１）か
ら、（式２０）で表される。 Ｇｎ＝ＲＬ（Ｍｎ・ｇｍ１＋ｇｍ２）／（１＋Ｍｎ） （式２０） ただし、Ｍｎ（ｎは１から５の整数）は（式２１）で表
される。 Ｍｎ＝ｅｘｐ｛（Ｖｃｄ＋Ｖｏｆｆｎ）／ＶＴ｝ （式２１）

【００２４】図８に示した可変利得装置において、回路
定数をＩ１＝１ｍＡ、Ｉ２＝０．１ｍＡ、ＲＥ１＝１０
０Ω、ＲＥ２＝１ｋΩ、ＲＬ＝５００Ωとしたものを５
段継続接続し、各段のオフセット電圧Ｖｏｆｆｎを
｛０．１×（ｎ―３）｝Ｖ（ｎは１から５の整数）とし
た場合の常温での利得制御特性を図１３に示し、温度特
性を図１４に示す。

【００２５】しかしながら、図１４に示すように、温度
特性は、高ゲインでの温度特性の変動と比較して低ゲイ
ンでの温度特性の変動が大きくなるという影響がさらに
顕著に現れる。この問題を緩和する方法として、特開平
８−４６４６３号公報では、利得制御電圧Ｖｃｄに温度
特性を持たない補正電圧を加えて、温度に依存 しない
点を、最大ゲインＧｍａｘから約６ｄＢ低下した点では
なく、最大ゲインＧｍａｘと最小ゲインＧｍｉｎとの中
点（センターゲイン）にシフトすることにより、高ゲイ
ンでの温度特性の変動と低ゲインでの温度特性の変動と
を同一にすることで、温度特性の変動を低減している。
しかしながら、システムからさらに厳しい温度特性が要
求された場合に応えられない可能性がある。

【００２６】本発明は、こうした課題を解決するもので
あり、利得制御特性の温度依存性をほぼ零にすることが
できる利得制御装置を提供し、また、その利得制御方法
を提供し、さらに、厳しい温度特性の要求に応えること
ができる携帯端末装置及び基地局装置を提供することを
目的としている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、複
数段に継続接続された可変利得装置にオフセット電圧を
加えた利得制御電圧を与えて、利得制御幅を広げ、利得
制御特性の直線性を拡張する場合に、この利得制御特性
の温度依存性が、（式２１）におけるＭｎの温度依存性
に支配されることから、利得制御電圧Ｖｃｄとオフセッ
ト電圧Ｖｏｆｆｎとを加えた電圧、（Ｖｃｄ＋Ｖｏｆｆ
ｎ）の温度特性をＶＴ比例に設定することで、利得制御
特性の温度依存性をほぼ零にしている。

【００２８】

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、利得制御端子に与えられる利得制御電圧により利得
を可変する複数の可変利得装置と、この複数の可変利得
装置の各利得制御端子に利得制御電圧を与える利得制御
電圧印加装置と、この複数の可変利得装置に印加される
各利得制御電圧に対して、互いに異なるオフセット電圧
を与えるオフセット電圧印加装置とを設け、複数の可変
利得装置を継続接続した利得制御装置において、この利
得制御電圧とオフセット電圧とを加えた電圧は、外部の
利得制御電圧で制御される電圧制御電流源が出力する電
流に、オフセット電圧を設定するための電流源が出力す
る電流を加えた合成電流を抵抗に流すことで発生させる
ものであり、前記合成電流が熱電圧の温度係数に比例
し、前記抵抗の温度係数に反比例するように構成するこ
とで、前記利得制御電圧と前記オフセット電圧とを加え
た電圧が熱電圧と同等の温度係数を持つようにしたもの
であり、広い利得制御幅を持ち、直線性に優れた利得制
御特性を持つとともに、利得の温度依存性をほぼ零にす
ることができる。

【００３０】

【００３１】

【００３２】請求項２に記載の発明は、利得制御電圧に
応じて利得を可変する複数の可変利得装置を継続接続し
た利得制御装置の利得制御方法において、複数の可変利
得装置の各々に、共通の利得制御電圧と互いに異なるオ
フセット電圧とを加えた電圧は、外部の利得制御電圧で
制御される電圧制御電流源から出力する電流に、オフセ
ット電圧を設定するための電流源から出力する電流を加
えた合成電流を前記抵抗に流すことで発生させるもので
あり、前記合成電流が熱電圧の温度係数に比例し、抵抗
の温度係数に反比例するように構成することで、前記利
得制御電圧と前記オフセット電圧とを加えた電圧に熱電
圧と同等の温度係数を持たせて与えるようにしたもので
あり、広い利得制御幅を持ち、優れた直線性を持つ利得
制御特性の温度依存性をほぼ零にすることができる。

【００３３】請求項３に記載の発明は、請求項１の利得
制御装置において、複数の差動増幅器の入力電圧に対し
て互いに異なるオフセット電圧を与え、複数の差動増幅
器の出力電流を合成することで、前記電圧制御電流源を
生成するようにしている。請求項４に記載の発明は、請
求項２の利得制御方法において、複数の差動増幅器の入
力電圧に対して互いに異なるオフセット電圧を与え、複
数の差動増幅器の出力電流を合成することで、前記電圧
制御電流源を生成するようにしている。

【００３４】請求項５に記載の発明は、請求項１の利得
制御装置において、複数の差動増幅器の入力電圧をディ
ジタル信号により制御することで、前記電圧制御電流源
を生成するようにしたものであり、素子バラツキなどの
影響を受けにくくすることができる。請求項６に記載の
発明は、請求項２の利得制御方法において、複数の差動
増幅器の入力電圧をディジタル信号により制御すること
で、前記電圧制御電流源を生成するようにしたものであ
り、素子バラツキなどの影響を受けにくくすることがで
きる。

【００３５】請求項７に記載の発明は、請求項１、３ま
たは５のいずれかに記載の利得制御装置を携帯端末装置
に持たせたものであり、通信システムの厳しい温度特性
の要求に応え得る携帯端末装置を構成することができ
る。

【００３６】請求項８に記載の発明は、請求項１、３ま
たは５のいずれかに記載の利得制御装置を基地局装置に
持たせたものであり、通信システムの厳しい温度特性の
要求に応え得る基地局装置を構成することができる。

【００３７】請求項９に記載の発明は、請求項７の携帯
端末装置と請求項８の基地局装置とで通信システムを構
成したものであり、携帯端末装置と基地局装置との間
で、安定した、高品質な通信を行なうことが可能とな
る。

【００３８】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。

【００３９】（第１の実施形態）本発明の第１実施形態
における利得制御装置を図１に示す。可変利得装置１の
利得制御端子Ｖｃ、Ｖｃｘには、利得制御電圧印加装置
２が接続されており、利得制御電圧印加装置２によって
利得制御電圧Ｖｃｄから変換された実利得制御電圧Ｖｃ
ｄ０が与えられている。なお、可変利得装置１は図８の
可変利得装置と同一のものである。

【００４０】利得制御電圧印加装置２の回路例を図２に
示す。利得制御電圧Ｖｃｄにより制御される電圧制御電
流源13は、２出力カレントミラー回路11の入力端子ＩＮ
に接続されている。カレントミラー回路11の第１の出力
端子ＯＵＴ１は、電流源14と温度係数補正用カレントミ
ラー回路12の出力端子ＯＵＴと抵抗16とに接続されてい
る。カレントミラー回路11の第２の出力端子ＯＵＴ２
は、利得制御電圧Ｖｃｄにより制御される電圧制御電流
源15と温度係数補正用カレントミラー回路12の入力端子
ＩＮとに接続されている。抵抗16に発生する電圧が可変
利得装置１の実利得制御電圧Ｖｃｄ０となる。

【００４１】次に、図２に示した回路の動作について説
明する。電圧制御電流源13は、利得制御電圧Ｖｃｄが入
力されると、（Ｖｃｄｍａｘ−Ｖｃｄ）の電圧値に比例
し（ＶｃｄｍａｘはＶｃｄの最大値）、かつ１／Ｒ比例
の電流を出力する。このような特性を持つ電流は、電圧
（Ｖｃｄｍａｘ−Ｖｃｄ）を、温度特性をもつ抵抗に与
えることで容易に得ることができる。電圧制御電流源13
の電流値ＩＲは、抵抗の温度係数を＋α（α＞０）とす
ると、常温での抵抗値をＲＡ、常温からの温度変化を△
Ｔとすると、（式２２）で表される。 ＩＲ＝（Ｖｃｄｍａｘ−Ｖｃｄ）／｛ＲＡ（１＋α△Ｔ）｝ （式２２）

【００４２】電流源14は、常温で（Ｖｃｄｍａｘ／Ｒ
Ａ）の電流源を持ち、かつ、ＶＴ／Ｒ比例の電流を出力
する。このような特性を持つ電流は、通称バンドギャッ
プ回路と呼ばれる回路により容易に得ることができる。
電流源14の電流値ＩＶＴＲは、熱電圧の温度係数を＋β
（β＞０；約＋３３００ｐｐｍ）とすると、（式２３）
で表される。 ＩＶＴＲ＝｛Ｖｃｄｍａｘ（１＋β△Ｔ）｝／｛ＲＡ（１＋α△Ｔ）｝ （式２３）

【００４３】カレントミラー回路11の入力端子ＩＮに流
れる電流と第１の出力端子ＯＵＴ１に流れる電流との比
を１に設定すれば、カレントミラー回路11の入力端子Ｉ
Ｎに電流値ＩＲの電流が流れるので、カレントミラー回
路11の第１の出力端子ＯＵＴ１からは電流値ＩＲの電流
が流れる。よって、図２のＡ点から流れ出す電流ＩＯＵ
ＴＡの電流値は、（ＩＶＴＲ−ＩＲ）となり、（式２
２）、（式２３）から（式２４）で表される。 ＩＯＵＴＡ＝（Ｖｃｄ＋Ｖｃｄｍａｘ・β△Ｔ）／｛ＲＡ（１＋α△Ｔ）｝ （式２４）

【００４４】電圧制御電流源15は、利得制御電圧Ｖｃｄ
が入力されると、（Ｖｃｄｍａｘ−Ｖｃｄ）の電圧値に
比例し、かつ、温度に依存しない電力を出力する。この
ような特性を持つ電力は、電圧（Ｖｃｄｍａｘ−Ｖｃ
ｄ）を温度特性を持たない抵抗に与えることで容易に得
ることができる。電圧制御電流源15の電流値Ｉ０は、抵
抗値をＲＡとすると、（式２５）で表される。 Ｉ０＝（Ｖｃｄｍａｘ−Ｖｃｄ）／ＲＡ （式２５）

【００４５】カレントミラー回路11の入力端子ＩＮに流
れる電流と第２の出力端子ＯＵＴ２に流れる電流との比
を１に設定すれば、カレントミラー回路11の入力端子Ｉ
Ｎに電流値ＩＲの電流が流れるので、カレントミラー回
路11の第２の出力端子ＯＵＴ２からは電流値ＩＲの電流
が流れる。よって、図２のＢ点から流れ出す電流ＩＯＵ
ＴＢの電流値は、（Ｉ０−ＩＲ）となり、（式２２）、
（式２５）から（式２６）で表される。 ＩＯＵＴＢ＝｛（Ｖｃｄｍａｘ−Ｖｃｄ）α△Ｔ／｛ＲＡ（１＋α△Ｔ）｝ （式２６）

【００４６】温度係数補正用カレントミラー回路12の入
力端子ＩＮに流れる電流と出力端子ＯＵＴに流れる電流
との比を（β／α）に設定すれば、温度係数補正用カレ
ントミラー回路12の入力端子ＩＮに電流値ＩＯＵＴＢの
電流が流れるので、出力端子ＯＵＴから流れ出す電流Ｉ
ＯＵＴＣの電流値は、（β／α）ＩＯＵＴＢとなり、
（式２７）で表される。 ＩＯＵＴＣ＝｛（Ｖｃｄｍａｘ−Ｖｃｄ）β△Ｔ／｛ＲＡ（１＋α△Ｔ）｝ （式２７）

【００４７】よって、抵抗16に流れ出す電流ＩＯＵＴの
電流値は、（ＩＯＵＴＡ−ＩＯＵＴＣ）となり、（式２
４）、（式２７）から（式２８）で表される。 ＩＯＵＴ＝｛Ｖｃｄ（１＋β△Ｔ）｝／｛ＲＡ（１＋α△Ｔ）｝ （式２８）

【００４８】電流ＩＯＵＴが抵抗16に流れることによっ
て得られる実利得制御電圧Ｖｃｄ０は、抵抗16の温度係
数を＋α（α＞０）、常温での抵抗値をＲＡとすると、
抵抗16の抵抗値はＲＡ（１＋α△Ｔ）で表されるため、
（式２９）で表される。 Ｖｃｄ０＝Ｖｃｄ（１＋β△Ｔ） （式２９） よって、実利得制御電圧Ｖｃｄ０をＶＴ比例に設定する
ことができる。

【００４９】その結果、（式４）のＭの温度依存性がほ
ぼ零になるため、このＭの温度依存性によって支配され
る可変利得装置１の利得制御特性の温度依存性がほぼ零
になる。

【００５０】可変利得装置１（図８と同一）の回路定数
をＩ１＝１ｍＡ、Ｉ２＝０．１ｍＡ、ＲＥ１＝１００
Ω、ＲＥ２＝１ｋΩ、ＲＬ＝５００Ωとし、実利得制御
電圧Ｖｃｄ０を与えた場合の利得制御特性を図９に示し
ている。図１２と比較して、利得制御特性の温度依存性
がほぼ零となり、大幅に改善されていることが分かる。

【００５１】なお、ここでは抵抗の温度係数αを正の値
として説明したが、αが負の値であっても、ＩＯＵＴの
電流値が（ＩＯＵＴＡ＋ＩＯＵＴＣ）となるように回路
を構成すれば（カレントミラー回路を１つ追加するだけ
で容易である）、実利得制御電圧Ｖｃｄ０をＶＴ比例に
設定することができる。

【００５２】また、図２の利得制御電圧印加装置を集積
回路化した場合、電圧制御電流源15の電流値Ｉ０を、外
付けの抵抗を用いて発生させることになる。このとき、
集積回路内部の抵抗値（電圧制御電流源13の電流値ＩＲ
及び電圧制御電流源14の電流値ＩＶＴＲを得るための抵
抗値）は±１０％程度のバラツキがあるが、外付けの抵
抗値が、集積回路内部の抵抗値に一致すれば、利得制御
特性に温度依存性が見られなくなるため、外付けの抵抗
値を調整することで対処できる。

【００５３】（第２の実施形態）本発明の第２の実施形
態における利得制御装置を図３に示す。可変利得装置１
が５段に継続接続され、各段の可変利得装置１の利得制
御端子Ｖｃ、Ｖｃｘには、利得制御電圧印加装置３とオ
フセット電圧印加装置４とによってオフセット接続用実
利制御電圧Ｖｃｔｎ（ｎは１から５の整数）が与えられ
ている。このＶｃｔｎは、利得制御電圧Ｖｃｄと、各段
の可変利得装置に与えられるオフセット電圧Ｖｏｆｆｎ
とを加えた電圧から変換された電圧である。なお、各段
の可変利得装置１は図８の可変利得装置と同一のもので
ある。

【００５４】利得制御電圧印加装置３とオフセット電圧
印加装置４とをまとめた回路例を図４に示す。利得制御
電圧Ｖｃｄにより制御される電圧制御電流源21から25
は、それぞれ、オフセット電圧設定用電流源26から30及
び抵抗31から35に接続している。図３におけるオフセッ
ト接続用実利得制御電圧Ｖｃｔｎは、抵抗31から35に発
生する電圧として出力される。

【００５５】次に、図４に示した回路の動作について説
明する。利得制御電圧Ｖｃｄにより制御される電圧制御
電流源21から25の電流値ＩＯＵＴは、図２の利得制御電
圧印加装置のＩＯＵＴと等しくなるように設定する。

【００５６】オフセット電圧設定用電流源26から30の各
電流値Ｉｏｆｆｎ（ｎは１〜５の整数）は、常温で（Ｖ
ｏｆｆｎ／ＲＡ）の電流値を持ち、かつ、ＶＴ／Ｒ比例
の電流を出力する。このような特性を持つ電流は、通称
バンドギャップ回路と呼ばれる回路により、容易に得る
ことができる。オフセット電圧設定用電流源26から30の
各電流値Ｉｏｆｆｎは、（式２３）と同様にして、（式
３０）で表される。 Ｉｏｆｆｎ＝｛Ｖｏｆｆｎ（１＋β△Ｔ）｝／｛ＲＡ（１＋α△Ｔ）｝ （式３０）

【００５７】抵抗31から35に流れる電流値Ｉｃｎ（ｎは
１〜５の整数）は、（ＩＯＵＴ＋Ｉｏｆｆｎ）となるた
め、（式２８）、（式３９）により（式３１）で表され
る。 Ｉｃｎ＝｛（Ｖｃｄ＋Ｖｏｆｆｎ）・（１＋β△Ｔ）｝ ／｛ＲＡ（１＋α△Ｔ）｝ （式３１）

【００５８】電流Ｉｃｎが抵抗31から35に流れることに
よって得られるオフセット接続用実利得制御電圧Ｖｃｔ
ｎは、抵抗31から35の温度係数を＋α（α＞０）、常温
での抵抗値をＲＡとすると、抵抗31から35の抵抗値はＲ
Ａ（１＋α△Ｔ）で表されるため、（式３２）で表され
る。 Ｖｃｔｎ＝（Ｖｃｄ＋Ｖｏｆｆｎ）・（１＋β△Ｔ） （式３２）

【００５９】よって、実利得制御電圧Ｖｃｄとオフセッ
ト電圧Ｖｏｆｆｎとを加えた電圧、（Ｖｃｄ＋Ｖｏｆｆ
ｎ）をＶＴ比例に設定することができる。

【００６０】その結果、（式２１）のＭｎの温度依存性
がほぼ零になり、可変利得装置の利得制御特性の温度依
存性がほぼ零になる。

【００６１】各段の可変利得装置１（図８と同一）にお
いて、回路定数をＩ１＝１ｍＡ、Ｉ２＝０．１ｍＡ、Ｒ
Ｅ１＝１００Ω、ＲＥ２＝１ｋΩ、ＲＬ＝５００Ωとし
たものを５段継続接続し、各段のオフセット電圧Ｖｏｆ
ｆｎを｛０．１×（ｎ−３）｝Ｖ（ｎは１から５の整
数）とした場合の利得制御特性を図１０に示している。
図１４と比較して、利得制御特性の温度依存性がほぼ零
となり、大幅に改善されていることが分かる。

【００６２】（第３の実施形態）第３の実施形態では、
図２の利得制御電圧印加装置に比して、近似的にではあ
るが、より簡潔に実利得制御電圧Ｖｃｄ０をＶＴ比例に
設定できる利得制御電圧印加装置の例を図５の回路図で
示す。

【００６３】トランジスタ41と42の各エミッタ、トラン
ジスタ43と44の各エミッタ、トランジスタ45と46の各エ
ミッタ、及びトランジスタ47と48の各エミッタは、それ
ぞれ同一の電流値をもった電流源51、電流源52、電流源
53、及び電流源54を介して接地されている。トランジス
タ41と42の各ベース間には利得制御電圧Ｖｃｄとオフセ
ット電圧３Ｖｄとの差電圧（Ｖｃｄ−３Ｖｄ）が与えら
れ、同様にして、トランジスタ43と44の各ベース間には
（Ｖｃｄ−Ｖｄ）が与えられている。また、トランジス
タ45と46の各ベース間には利得制御電圧Ｖｃｄとオフセ
ット電圧Ｖｄとの和電圧（Ｖｃｄ＋Ｖｄ）が与えられ、
同様にして、トランジスタ47と48の各ベース間には（Ｖ
ｃｄ＋３Ｖｄ）が与えられている。トランジスタ41、4
3、45及び47の各コレクタは、抵抗49を介して電源に接
続されている。また、トランジスタ42、44、46及び48の
各コレクタは、抵抗50を介して電源に接続されている。
トランジスタ47、48の各コレクタ間から発生する電圧が
可変利得装置１の実利得制御電圧Ｖｃｄ０となる。

【００６４】次に、図５に示した回路の動作について説
明する。電流源51は常温で（Ｖｃｄ０ａ／ＲＡ）の電流
値を持ち、ＶＴ／Ｒ比例の電流を出力する。このような
特性をもつ電流は、通称バンドギャップ回路と呼ばれる
回路により、容易に得ることができる。電流源51の電流
値Ｉ51は（式２３）と同様に、（式３３）で与えられ
る。 Ｉ５１＝Ｖｃｄ０ａ（１＋β△Ｔ）／｛ＲＡ（１＋α△Ｔ）｝（式３３）

【００６５】Ｖｃｄ０は利得制御電圧Ｖｃｄに応じて、
電流源51から54の電流が分割され抵抗49、50に流れるこ
とで得られる。抵抗49、50の常温での抵抗値をそれぞれ
ＲＡとすると、抵抗49、50の抵抗値はＲＡ（１＋α△
Ｔ）で与えられるため、Ｖｃｄ０は（式３４）のように
表される。 Ｖｃｄ０＝ＭＴ・Ｖｃｄ０ａ（１＋β△Ｔ） （式３４） ただし、ＭＴは、（式３５）で表される。 ＭＴ＝{(Ｍ１−１）/（Ｍ１＋１）＋・・・＋（Ｍ４−１）/（Ｍ４＋１)｝ （式３５） ここで、Ｍｎ（ｎは１から４の整数）は、（式３６）で
表される。 Ｍｎ＝ｅｘｐ〔｛Ｖｃｄ−（２ｎ−５）Ｖｄ｝／ＶＴ〕 （式３６）

【００６６】ここで、可変利得装置を複数段に継続接続
し、各段の可変利得装置の利得制御電圧にオフセット電
圧を与えて、各段の利得制御幅を適当に重ね合わせるこ
とで、より広い利得制御幅を持たせたように、Ｖｄの値
を適当な値（ＶＴ程度）に設定すると、ＭＴはより広い
Ｖｃｄの範囲で、近似的にＶｃｄに比例する。この範囲
は、図５に示した差動対の数を増やすことで、拡大可能
である。

【００６７】ＭＴがＶｃｄに比例するならば、ＭＴはｋ
・Ｖｃｄの形で表せるので、（式３４）は（式３７）の
ように書き表せる。 Ｖｃｄ０＝ｋ・Ｖｃｄ・Ｖｃｄ０ａ（１＋β△Ｔ） （式３７） この式は、（式２９）と本質的に等価であり、Ｖｃｄ０
がＶＴ比例に設定できていることが分かる。

【００６８】この方法によれば、図２に示した利得制御
電圧印加装置と異なり、集積回路化した場合でも、外付
けの抵抗を必要とせず、かつ、集積回路内部の抵抗値の
バラツキを補償するために、外付けの抵抗値を調整する
ことも不必要となる。

【００６９】さらに、図４のオフセット電圧印加装置を
併用することで、図３に示すような複数段に継続接続し
た可変利得装置からなる利得制御装置を構成することも
可能である。

【００７０】（第４の実施形態）本発明の第４の実施形
態における利得制御装置を図６に示す。可変利得装置１
の利得制御端子Ｖｃ、Ｖｃｘには、利得制御電圧印加装
置５が接続されており、利得制御電圧印加装置５によっ
てｎビットのディジタル信号（Ｄ１〜Ｄｎ）から変換さ
れた実利得制御電圧Ｖｃｄ０が与えられている。なお、
可変利得装置１は図８の可変利得装置と同一のものであ
る。

【００７１】利得制御電圧印加装置５の回路例として、
ディジタル信号が４ビットの場合を図７に示す。トラン
ジスタ61と62の各エミッタは電流源71を介して接地さ
れ、トランジスタ63と64の各エミッタは電流源71の２倍
の電流値をもつ電流源72を介して接地され、トランジス
タ65と66の各エミッタは電流源71の４倍の電流値をもつ
電流源73を介して接地され、トランジスタ67と68の各エ
ミッタは電流源71の８倍の電流値をもつ電流源74を介し
て接地されている。トランジスタ62、64、66及び68の各
ベースにディジタル信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４が与
えられ（Ｄ１が最下位ビット、Ｄ４が最上位ビットとす
る）、各コレクタは抵抗69を介して、電源に接続されて
いる。また、トランジスタ61、63、65及び67の各ベース
にスレショルド電圧ＶＴＨが与えられ、各コレクタは電
源に接続されている。抵抗69に発生する電圧が可変利得
装置１の実利得制御電圧Ｖｃｄ０となる。

【００７２】次に、図７に示した回路の動作について説
明する。ディジタル信号（Ｄ１〜Ｄ４）は論理が“１”
のとき、電源電圧を出力し、論理が“０”のとき、０Ｖ
を出力するものとし、スレショルド電圧ＶＴＨを電源電
圧の１／２に設定したとする。電流源71は常温で（Ｖｃ
ｄ０ｂ／ＲＡ）の電流値を持ち、ＶＴ／Ｒ比例の電流を
出力する。このような特性を持つ電流は、通称バンドギ
ャップ回路と呼ばれる回路により、容易に得ることがで
きる。電流源71の電流値Ｉ71は（式２３）と同様に、
（式３８）で与えられる。 Ｉ７１＝Ｖｃｄ０ｂ（１＋β△Ｔ）／｛ＲＡ（１＋α△Ｔ）｝（式３８） ここで、抵抗69の常温での抵抗値をＲＡとすると、抵抗
69の抵抗値はＲＡ（１＋α△Ｔ）で与えられるため、デ
ィジタル信号Ｄ１〜Ｄ４に応じて出力される実利得制御
電圧Ｖｃｄ０は、抵抗Ｒ69に発生する電圧差として（式
３９）のように表される。 Ｖｃｄ０＝(Ｄ１＋２・Ｄ２＋４・Ｄ３＋８・Ｄ４)Ｖｃｄ０ｂ(１＋β△Ｔ) （式３９） ただし、ディジタル信号Ｄ１〜Ｄ４は０か１の値をとる
ものとする。

【００７３】よって、Ｖｃｄ０はディジタル信号Ｄ１か
らＤ４に応じて、離散的（Ｖｃｄ０ｂ（１＋β△Ｔ）ス
テップで１６値）にではあるが、ＶＴ比例に設定するこ
とができる。

【００７４】ところで、図１に示した利得制御装置にお
ける利得制御電圧Ｖｃｄは、実際にはＤＡコンバータ出
力により得られる電圧であることが多く、図６のような
構成をとることで、利得制御装置としての機能が損なわ
れることはない。また、利得制御電圧印加装置５は、図
２に使用される利得制御印加装置と異なり、ディジタル
信号により制御されるため、利得制御電圧印加装置出力
が素子バラツキの影響を受けにくいという利点がある。

【００７５】なお、図６ではディジタル信号のビット数
と同数の制御端子を必要としているが、ディジタル信号
をパラレル−シリアル変換することにより、制御端子を
１本にすることも可能である。

【００７６】さらに、図４のオフセット電圧印加装置を
併用することで、図３に示すような複数段に継続接続し
た可変利得制御装置からなる利得制御装置を構成するこ
とも可能である。

【００７７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の複数段に継続接続した可変利得装置を具備する利得制
御装置は、広い利得制御幅を持ち、優れた直線性を持つ
とともに、温度依存性がほぼ零の利得制御特性を持つこ
とができる。

【００７８】

【００７９】また、利得制御電圧印加装置を完全に集積
回路化することで、外付け部品による調整が不要とな
る。

【００８０】また、利得制御電圧印加装置をディジタル
信号で制御できる構成にすることにより、素子バラツキ
などの影響を受けにくくなる。

【００８１】また、本発明の利得制御方法は、継続接続
した複数の可変利得装置から成る利得制御装置の利得制
御特性を、その温度依存性がほぼ零になるように制御す
ることができる。

【００８２】また、この利得制御装置を装備した携帯端
末装置や基地局は、通信システムの厳しい温度特性の要
求に応えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における利得制御装置
を示すブロック図、

【図２】本発明の第１の実施形態における利得制御電圧
印加装置を示すブロック図、

【図３】本発明の第２の実施形態における利得制御装置
を示すブロック図、

【図４】本発明の第２の実施形態における利得制御電圧
印加装置及びオフセット電圧印加装置を示す回路図、

【図５】本発明の第３の実施形態における利得制御電圧
印加装置を示す回路図、

【図６】本発明の第４の実施形態における利得制御装置
を示すブロック図、

【図７】本発明の第４の実施形態における利得制御電圧
印加装置を示す回路図、

【図８】従来の利得制御装置に用いられる可変利得装置
の具体回路図、

【図９】本発明の第１の実施形態における利得制御特性
の温度特性、

【図１０】本発明の第２の実施形態における利得制御特
性の温度特性、

【図１１】従来の利得制御装置に用いられる可変利得装
置の利得制御特性（常温）、

【図１２】従来の利得制御装置に用いられる可変利得装
置の利得制御特性（温度特性）、

【図１３】従来の利得制御装置に用いられる可変利得装
置を５段継続接続した場合の利得制御特性（常温）、

【図１４】従来の利得制御装置に用いられる可変利得装
置を５段継続接続した場合の利得制御特性（温度特性）
である。

【符号の説明】

１ 可変利得装置 ２、３、５ 利得制御電圧印加装置 ４ オフセット電圧印加装置 11 ２出力カレントミラー回路 12 温度係数補正用カレントミラー回路 13、15、21〜25 電圧制御電流源 14、51〜54、71〜74、181、182、191、192 電流源 16、31〜35、49、50、69、171、172、183、193 抵抗 26〜30 オフセット電圧設定用電流源 41〜48、61〜68、101〜106、111〜116 トランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−46463（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−265068（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−188657（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−53748（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−59407（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−79617（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03G 3/10 H03F 1/30

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 利得制御端子に与えられる利得制御電圧
   により利得を可変する複数の可変利得装置と、前記複数
   の可変利得装置の各利得制御端子に利得制御電圧を与え
   る利得制御電圧印加装置と、前記複数の可変利得装置に
   印加される各利得制御電圧に対して、互いに異なるオフ
   セット電圧を与えるオフセット電圧印加装置とを備え、
   前記複数の可変利得装置が継続接続されている利得制御
   装置であって、前記利得制御電圧と前記オフセット電圧
   とを加えた電圧は、外部の利得制御電圧で制御される電
   圧制御電流源が出力する電流に、オフセット電圧を設定
   するための電流源が出力する電流を加えた合成電流を抵
   抗に流すことで発生させるものであり、前記合成電流が
   熱電圧の温度係数に比例し、前記抵抗の温度係数に反比
   例するように構成することで、前記利得制御電圧と前記
   オフセット電圧とを加えた電圧が熱電圧と同等の温度係
   数を持つことを特徴とする利得制御装置。
2. 【請求項２】 利得制御電圧に応じて利得を可変する複
   数の可変利得装置を継続接続した利得制御装置の利得制
   御方法において、前記複数の可変利得装置の各々に、共
   通の利得制御電圧と互いに異なるオフセット電圧とを加
   えた電圧は、外部の利得制御電圧で制御される電圧制御
   電流源から出力する電流に、オフセット電圧を設定する
   ための電流源から出力する電流を加えた合成電流を前記
   抵抗に流すことで発生させるものであり、前記合成電流
   が熱電圧の温度係数に比例し、抵抗の温度係数に反比例
   するように構成することで、前記利得制御電圧と前記オ
   フセット電圧とを加えた電圧に熱電圧と同等の温度係数
   を持たせて与えることを特徴とする利得制御方法。
3. 【請求項３】 複数の差動増幅器の入力電圧に対して互
   いに異なるオフセット電圧を与え、複数の差動増幅器の
   出力電流を合成することで、前記電圧制御電流源を生成
   することを特徴とする請求項１に記載の利得制御装置。
4. 【請求項４】 複数の差動増幅器の入力電圧に対して互
   いに異なるオフセット電圧を与え、複数の差動増幅器の
   出力電流を合成することで、前記電圧制御電流源を生成
   することを特徴とする請求項２に記載の利得制御方法。
5. 【請求項５】 複数の差動増幅器の入力電圧をディジタ
   ル信号により制御することで、前記電圧制御電流源を生
   成することを特徴とする請求項１に記載の利 得制御装
   置。
6. 【請求項６】 複数の差動増幅器の入力電圧をディジタ
   ル信号により制御することで、前記電圧制御電流源を生
   成することを特徴とする請求項２に記載の利得制御方
   法。
7. 【請求項７】 請求項１、３または５のいずれかに記載
   の利得制御装置を具備する携帯端末装置。
8. 【請求項８】 請求項１、３または５のいずれかに記載
   の利得制御装置を具備する基地局装置。
9. 【請求項９】 請求項７の携帯端末装置と請求項８の基
   地局装置とから成る通信システム。