JP3628389B2 - Tuning amplifier - Google Patents

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JP3628389B2
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毅 池田
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、集積化が容易な同調増幅器に関し、特に、同調周波数と最大減衰量とを互いに干渉することなく、任意に調整し得る同調増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】
同調増幅器として従来より能動素子およびリアクタンス素子を使用した各種の増幅回路が提案され実用化されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の同調増幅器においては、同調周波数を調整すると、LC回路に依存するQと利得が変化し、最大減衰量を調整すると同調周波数が変化したり、また、図35の特性曲線AおよびBに示すように、最大減衰量を調整すると同調周波数における利得が変化するので、同調周波数、同調周波数における利得、最大減衰量C1、C2を互いに干渉しあうことなく調整することは極めて困難であった。
【0004】
さらに、同調周波数および最大減衰量を調整し得る同調増幅器を集積回路によって形成することも困難であった。
【0005】
そこで、この発明は、このような課題を解決するために考えられたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項1の同調増幅器は、
入力信号が一方端に入力される入力側インピーダンス素子と、帰還信号が一方端に入力される帰還側インピーダンス素子とを含んでおり、前記入力信号と前記帰還信号とを加算する加算回路と、
入力される交流信号を同相および逆相の交流信号に変換して出力する変換手段と、前記変換手段によって変換された一方の交流信号を第1のキャパシタを介して他方の交流信号を第1の抵抗を介して合成する合成手段とを含む第1の移相回路と、
反転入力端子に第2の抵抗の一方端が接続された差動入力増幅器と、前記差動入力増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された第3の抵抗と、前記第2の抵抗の他方端に接続された第4の抵抗および第2のキャパシタからなる直列回路とを含み、前記第4の抵抗および前記第2のキャパシタの接続部を前記差動入力増幅器の非反転入力端子に接続した第2の移相回路と、
入力される交流信号の位相を反転して所定の増幅度で増幅して出力する位相反転回路と、
を備え、前記第1および第2の移相回路と前記位相反転回路のそれぞれを縦続接続し、これら縦続接続された複数の回路の中の初段の回路に対して前記加算回路によって加算された信号を入力するとともに、最終段の回路から出力される信号を前記帰還信号として前記帰還側インピーダンス素子の一方端に入力し、これら複数の回路のいずれかの出力を同調信号として出力することを特徴とする。
【0007】
請求項2の同調増幅器は、
入力信号が一方端に入力される入力側インピーダンス素子と、帰還信号が一方端に入力される帰還側インピーダンス素子とを含んでおり、前記入力信号と前記帰還信号とを加算する加算回路と、
入力される交流信号を同相および逆相の交流信号に変換して出力する変換手段と、前記変換手段によって変換された一方の交流信号を第1のインダクタを介して他方の交流信号を第1の抵抗を介して合成する合成手段とを含む第1の移相回路と、
反転入力端子に第2の抵抗の一方端が接続された差動入力増幅器と、前記差動入力増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された第3の抵抗と、前記第2の抵抗の他方端に接続された第4の抵抗および第2のインダクタからなる直列回路とを含み、前記第4の抵抗および前記第2のインダクタの接続部を前記差動入力増幅器の非反転入力端子に接続した第2の移相回路と、
入力される交流信号の位相を反転して所定の増幅度で増幅して出力する位相反転回路と、
を備え、前記第1および第2の移相回路と前記位相反転回路のそれぞれを縦続接続し、これら縦続接続された複数の回路の中の初段の回路に対して前記加算回路によって加算された信号を入力するとともに、最終段の回路から出力される信号を前記帰還信号として前記帰還側インピーダンス素子の一方端に入力し、これら複数の回路のいずれかの出力を同調信号として出力することを特徴とする。
【0008】
請求項3の同調増幅器は、
入力信号が一方端に入力される入力側インピーダンス素子と、帰還信号が一方端に入力される帰還側インピーダンス素子とを含んでおり、前記入力信号と前記帰還信号とを加算する加算回路と、
入力される交流信号を同相および逆相の交流信号に変換して出力する変換手段と、前記変換手段によって変換された一方の交流信号をキャパシタを介して他方の交流信号を第1の抵抗を介して合成する合成手段とを含む第1の移相回路と、反転入力端子に第2の抵抗の一方端が接続された差動入力増幅器と、前記差動入力増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された第3の抵抗と、前記第2の抵抗の他方端に接続された第4の抵抗およびインダクタからなる直列回路とを含み、前記第4の抵抗および前記インダクタの接続部を前記差動入力増幅器の非反転入力端子に接続した第2の移相回路と、
入力される交流信号の位相を反転して所定の増幅度で増幅して出力する位相反転回路と、
を備え、前記第1および第2の移相回路と前記位相反転回路のそれぞれを縦続接続し、これら縦続接続された複数の回路の中の初段の回路に対して前記加算回路によって加算された信号を入力するとともに、最終段の回路から出力される信号を前記帰還信号として前記帰還側インピーダンス素子の一方端に入力し、これら複数の回路のいずれかの出力を同調信号として出力することを特徴とする。
【0009】
請求項4の同調増幅器は、
入力信号が一方端に入力される入力側インピーダンス素子と、帰還信号が一方端に入力される帰還側インピーダンス素子とを含んでおり、前記入力信号と前記帰還信号とを加算する加算回路と、
入力される交流信号を同相および逆相の交流信号に変換して出力する変換手段と、前記変換手段によって変換された一方の交流信号をインダクタを介して他方の交流信号を第1の抵抗を介して合成する合成手段とを含む第1の移相回路と、反転入力端子に第2の抵抗の一方端が接続された差動入力増幅器と、前記差動入力増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された第3の抵抗と、前記第2の抵抗の他方端に接続された第4の抵抗およびキャパシタからなる直列回路とを含み、前記第4の抵抗および前記キャパシタの接続部を前記差動入力増幅器の非反転入力端子に接続した第2の移相回路と、
入力される交流信号の位相を反転して所定の増幅度で増幅して出力する位相反転回路と、
を備え、前記第1および第2の移相回路と前記位相反転回路のそれぞれを縦続接続し、これら縦続接続された複数の回路の中の初段の回路に対して前記加算回路によって加算された信号を入力するとともに、最終段の回路から出力される信号を前記帰還信号として前記帰還側インピーダンス素子の一方端に入力し、これら複数の回路のいずれかの出力を同調信号として出力することを特徴とする。
【0010】
請求項5の同調増幅器は、請求項1〜4のいずれかにおいて、前記第1および第2の移相回路は、入力電圧に対して出力電圧がともに進み位相、あるいはともに遅れ位相であり、前記第1および第2の移相回路の合計の移相量が180°となる周波数で同調動作を行うことを特徴とする。
【0011】
請求項6の同調増幅器は、請求項1〜5のいずれかにおいて、前記差動入力増幅器は演算増幅器であることを特徴とする。
【0012】
請求項7の同調増幅器は、請求項1〜6のいずれかにおいて、前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子のそれぞれは抵抗であることを特徴とする。
【0013】
請求項8の同調増幅器は、請求項7において、前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子の少なくとも一方を可変抵抗により形成し、前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子の抵抗比を変えることにより、最大減衰量を変化させることを特徴とする。
【0014】
請求項9の同調増幅器は、請求項1〜6のいずれかにおいて、前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子のそれぞれはキャパシタであることを特徴とする。
【0015】
請求項10の同調増幅器は、請求項9において、前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子の少なくとも一方を可変容量素子により形成し、前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子の静電容量比を変化させることにより、最大減衰量を変えることを特徴とする。
【0016】
請求項11の同調増幅器は、請求項1〜6のいずれかにおいて、前記第1の移相回路に含まれる前記第1の抵抗および前記第2の移相回路に含まれる前記第4の抵抗の少なくとも一方を可変抵抗により形成し、この抵抗値を変えることにより、同調周波数を変化させることを特徴とする。
【0017】
請求項12の同調増幅器は、請求項8または11において、前記可変抵抗をFETのチャネルによって形成し、ゲート電圧を変えてチャネル抵抗を変えることを特徴とする。
【0018】
請求項13の同調増幅器は、請求項8または11において、前記可変抵抗をpチャネル型のFETとnチャネル型のFETとの各ソース・ドレイン間を並列接続することにより形成し、各ゲート電圧の大きさを変えてチャネル抵抗を変えることを特徴とする。
【0019】
請求項14の同調増幅器は、請求項1、3、4のいずれかにおいて、前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記キャパシタを可変容量素子により形成し、この静電容量を変えることにより、同調周波数を変化させることを特徴とする。
【0020】
請求項15の同調増幅器は、請求項10または14において、前記可変容量素子を逆バイアス電圧が変更可能な可変容量ダイオード、あるいはゲート電圧可変によってゲート容量が変更可能なFETによって形成することを特徴とする。
【0021】
請求項16の同調増幅器は、請求項2〜4のいずれかにおいて、前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記インダクタが有するインダクタンスを変えることにより、同調周波数を変化させることを特徴とする。
【0022】
請求項17の同調増幅器は、請求項16において、前記インダクタは、半導体基板上に形成されており、磁性体を介して相互に磁気結合した2本の渦巻き形状の電極を有しており、一方の電極に流す直流バイアス電流の大きさを変えることにより、他方の電極が有するインダクタンスを変化させることを特徴とする。
【0023】
請求項18の同調増幅器は、請求項16において、
前記インダクタは、
基板上にほぼ平面状に渦巻き形状に形成されたインダクタ導体と、
前記基板上であって前記インダクタ導体とほぼ同心状に形成されており、所定の直流バイアス電流が流される制御用導体と、
前記インダクタ導体と前記制御用導体とを覆うように形成された磁性体と、
を備え、前記制御用導体に流す直流バイアス電流を変えて前記インダクタ導体の両端に現れるインダクタンスを変化させることを特徴とする。
【0024】
請求項19の同調増幅器は、請求項16において、
前記インダクタは、
基板上にほぼ平面状に渦巻き形状に形成されたインダクタ導体と、
前記基板上であって前記インダクタ導体に隣接する位置にほぼ平面状で渦巻き形状に形成されており、所定の直流バイアス電流が流される制御用導体と、
前記インダクタ導体と前記制御用導体の各渦巻き中心を貫通するように環状に形成された磁性体と、
を備え、前記制御用導体に流す直流バイアス電流を変えて前記インダクタ導体の両端に現れるインダクタンスを変化させることを特徴とする。
【0025】
請求項20の同調増幅器は、請求項1〜6のいずれかにおいて、前記第1の移相回路に含まれる前記第1の抵抗と前記第2の移相回路に含まれる前記第4の抵抗の少なくとも一方を、抵抗値が固定の複数の抵抗に置き換えて、スイッチ切り換えにより選択的に接続することにより、同調周波数を変化させることを特徴とする。
【0026】
請求項21の同調増幅器は、請求項1、3、4のいずれかにおいて、前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記キャパシタを、静電容量が固定の複数のキャパシタに置き換えて、スイッチ切り換えにより選択的に接続することにより、同調周波数を変化させることを特徴とする。
【0027】
請求項22の同調増幅器は、請求項2〜4のいずれかにおいて、前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記インダクタを、インダクタンスが固定の複数のインダクタに置き換えて、スイッチ切り換えにより選択的に接続することにより、同調周波数を変化させることを特徴とする。
【0028】
請求項23の同調増幅器は、請求項1、3、4のいずれかにおいて、前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記キャパシタを、利得が負の値を有する増幅器と、前記増幅器の入出力間に並列接続されたキャパシタ素子に置き換えることにより、前記増幅器の入力側からみた静電容量を実際に前記キャパシタ素子が有する静電容量よりも大きくすることを特徴とする。
【0029】
請求項24の同調増幅器は、請求項23において、前記増幅器の利得を可変して前記増幅器の入力側からみた静電容量を変えることにより、同調周波数を変化させることを特徴とする。
【0030】
請求項25の同調増幅器は、請求項2〜4のいずれかにおいて、前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記インダクタを、利得を0から1の間に設定した増幅器と、前記増幅器の入出力間に並列接続されたインダクタ素子に置き換えることにより、前記増幅器の入力側からみたインダクタンスを実際に前記インダクタ素子が有するインダクタンスよりも大きくすることを特徴とする。
【0031】
請求項26の同調増幅器は、請求項25において、前記増幅器の利得を可変して前記増幅器の入力側からみたインダクタンスを変えることにより、同調周波数を変化させることを特徴とする。
【0032】
請求項27の同調増幅器は、請求項1〜26のいずれかにおいて、半導体集積回路として形成することを特徴とする。
【0033】
上述した各請求項に係る発明においては、第1および第2の移相回路のそれぞれにおいて入出力信号の振幅が変化せずに位相のみがキャパシタ等の素子定数に応じて所定量シフトされており、2つの移相回路の全体により位相シフト量の合計が180°、すなわちこれら2つの移相回路と位相反転回路の全体により位相シフト量の合計が360°となるような周波数で同調動作が行われる。
【0034】
特に、上述した移相回路に含まれる差動入力増幅器を演算増幅器とした場合には、移相回路の動作を安定させることができる。
【0035】
また、入力側インピーダンス素子と帰還側インピーダンス素子の両方をともに抵抗により、あるいはともにキャパシタにより形成しておいて、少なくとも一方の素子定数を変化させることにより、同調点における振幅変動を伴わずに同調点から離れた周波数領域での最大減衰量を任意に変化させることができる。
【0036】
また、移相回路に含まれるキャパシタやインダクタあるいはこれらの素子と直列に接続された抵抗の各素子定数を変化させることにより、各移相回路における位相シフト量が変わるため、2つの移相回路の全体により位相シフト量の合計が180°となる周波数、すなわち同調周波数を任意に変化させることができる。特に、抵抗値を変化させる場合にはFETのソース・ドレイン間抵抗を利用し、キャパシタの静電容量を変化させる場合には可変容量ダイオード等の素子を利用することができ、これらは半導体基板上に形成する場合に適している。さらに、インダクタについては、半導体基板上に形成された相互に磁気結合した2本の電極において、一方の電極に流す直流バイアス電流の大きさを変えることにより他方の電極が有するインダクタンスを直接変化させることができ、この場合も可変インダクタを半導体基板上に形成する場合に適している。
【0037】
また、上述したように同調周波数を変化させるには、抵抗等の素子定数を連続的に変化させる場合のほか、複数の抵抗等をスイッチ切り換えにより選択的に用いてもよい。
【0038】
また、移相回路に含まれるキャパシタやインダクタは、キャパシタ素子あるいはインダクタ素子と増幅器とを並列接続した回路に置き換えることにより、実際にキャパシタ素子が有する静電容量やインダクタ素子が有するインダクタンスを見かけ上大きくみせることができる。したがって、実際には少ない占有面積でキャパシタ素子やインダクタ素子を形成しておいて、これらの静電容量やインダクタンスを大きな値に変換することができ、半導体基板の占有面積を少なくすることができる。
【0039】
また、上述した同調増幅器は、どの構成部品も半導体基板上に形成することができ、このように集積化した場合には、回路全体を小型化するとともに製造コストの低減等が可能となる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の同調増幅器について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0041】
(第1の実施形態)
図1は、本発明を適用した第1の実施形態の同調増幅器の構成を示す回路図である。同図に示す同調増幅器1は、それぞれが入力信号の位相を所定量シフトさせることにより所定の周波数において合計で180°の位相シフトを行う2つの移相回路10Cおよび110Cと、移相回路110Cの出力信号の位相を反転するとともに所定の増幅度で増幅して出力する位相反転回路80と、帰還抵抗70および入力抵抗74(入力抵抗74は帰還抵抗70のn倍の抵抗値を有しているものとする)のそれぞれを介することにより位相反転回路80から出力される信号(帰還信号)と入力端子90に入力される信号(入力信号)とを所定の割合で加算する加算回路とを含んで構成されている。
【0042】
図2は、図1に示した前段の移相回路10Cの構成を抜き出して示したものである。同図に示す前段の移相回路10Cは、ゲートがキャパシタ28を介して入力端22に接続されたFET12と、このFET12のソース・ドレイン間に直列に接続されたキャパシタ14および可変抵抗16と、FET12のドレインと正電源との間に接続された抵抗18と、FET12のソースとアースとの間に接続された抵抗20とを含んで構成されている。
【0043】
ここで、上述したFET12のソースおよびドレインに接続された2つの抵抗20、18の抵抗値はほぼ等しく設定されており、入力端22に印加される入力電圧の交流成分に着目すると、位相が一致した信号がFET12のソースから、位相が反転した信号がFET12のドレインからそれぞれ出力されるようになっている。
【0044】
なお、FET12のゲートと入力端22との間に挿入されたキャパシタ28は直流電流を阻止するためのものであり、そのインピーダンスは動作周波数において極めて小さく、すなわち大きな静電容量を有している。また、FET12のゲートとアースとの間に接続された抵抗26は、FET12に適切なバイアス電圧を印加するためのものである。
【0045】
このような構成を有する移相回路10Cにおいて、所定の交流信号が入力端22に入力されると、すなわちFET12のゲートに所定の交流電圧(入力電圧)が印加されると、FET12のソースにはこの入力電圧と同相の交流電圧が現れ、反対にFET12のドレインにはこの入力電圧と逆相であってソースに現れる電圧と振幅が等しい交流電圧が現れる。このソースおよびドレインに現れる交流電圧の振幅をともにEi とする。
【0046】
このFET12のソース・ドレイン間には可変抵抗16とキャパシタ14とにより構成される直列回路が接続されている。したがって、FET12のソースおよびドレインに現れる電圧のそれぞれをキャパシタ14あるいは可変抵抗16を介して合成した信号が出力端24から出力される。
【0047】
図3は、移相回路10Cの入出力電圧とキャパシタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【0048】
FET12のソースとドレインにはそれぞれ入力電圧と同相および逆相であって電圧振幅がEi の交流電圧が現れるため、ソース・ドレイン間の電位差(交流成分)は2Ei となる。また、可変抵抗16の両端に現れる電圧VR1とキャパシタ14の両端に現れる電圧VC1とは互いに90°位相がずれており、これらをベクトル的に合成(加算)したものが、FET12のソース・ドレイン間の電位差2Ei に等しくなる。
【0049】
したがって、図3に示すように、電圧Ei の2倍を斜辺とし、可変抵抗16の両端電圧VR1とキャパシタ14の両端電圧VC1とが直交する2辺を構成する直角三角形を形成することになる。このため、入力信号の振幅が一定で周波数のみが変化した場合には、図3に示す半円の円周に沿って可変抵抗16の両端電圧VR1とキャパシタ14の両端電圧VC1とが変化する。
【0050】
ところで、可変抵抗16とキャパシタ14の接続点とアースとの電位差を出力電圧Eo として取り出すものとすると、この出力電圧Eo は、図3に示した半円においてその中心点を始点とし、電圧VR1と電圧VC1とが交差する円周上の一点を終点とするベクトルで表すことができ、その大きさは半円の半径Ei に等しくなる。しかも、入力信号の周波数が変化しても、このベクトルの終点は円周上を移動するだけであるため、周波数に応じて出力振幅が変化しない安定した出力を得ることができる。
【0051】
また、図3から明らかなように、電圧VR1と電圧VC1とは円周上で直角に交わるため、理論的にはFET12のゲートに印加される入力電圧と電圧VR1との位相差は、周波数ωが0から∞まで変化するに従って90°から0°まで変化する。そして、移相回路10C全体の位相シフト量φ1 はその2倍であり、周波数に応じて180°から0°まで変化する。しかも、可変抵抗16の抵抗値Rを可変することにより、位相シフト量φ1 を変化させることができる。
【0052】
図4は、図1に示した後段の移相回路110Cの構成を抜き出して示したものである。同図に示す後段の移相回路110Cは、差動入力増幅器の一種であるオペアンプ112と、入力端122に入力された信号の位相を所定量シフトさせてオペアンプ112の非反転入力端子に入力するキャパシタ114および可変抵抗116と、入力端122とオペアンプ112の反転入力端子との間に挿入された抵抗118と、オペアンプ112の出力端124と反転入力端子との間に挿入された抵抗120とを含んで構成されている。
【0053】
このような構成を有する移相回路110Cにおいて、所定の交流信号が入力端122に入力されると、オペアンプ112の非反転入力端子には、可変抵抗116の両端に現れる電圧VR2が印加される。
【0054】
また、図4に示したオペアンプ112の2入力(反転入力端子と非反転入力端子)間には電位差が生じないので、オペアンプ112の反転入力端子の電位と、キャパシタ114と可変抵抗116の接続点の電位とは等しくなる。したがって、抵抗118の両端には、キャパシタ114の両端に現れる電圧VC2と同じ電圧VC2が現れる。
【0055】
ここで、抵抗118と抵抗120の各抵抗値が等しい場合には、これら2つの抵抗118、120に同じ電流が流れるため、抵抗120の両端にも電圧VC2が現れる。しかも、これら2つの抵抗118、120の各両端に現れる電圧VC2はベクトル的に同方向を向いており、オペアンプ112の反転入力端子(電圧VR2)を基準にして考えると、抵抗118の両端電圧VC2をベクトル的に加算したものが入力電圧Ei ′に、抵抗120の両端電圧C2をベクトル的に減算したものが出力電圧Eo になる。
【0056】
図5は、後段の移相回路110Cの入出力電圧とキャパシタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【0057】
同図に示すように、可変抵抗116の両端に現れる電圧VR2とキャパシタ114の両端に現れる電圧VC2とは互いに90°位相がずれており、これらをベクトル的に加算したものが入力電圧Ei ′となる。したがって、入力信号の振幅が一定で周波数のみが変化した場合には、図5に示す半円の円周に沿って可変抵抗116の両端電圧VR2とキャパシタ114の両端電圧VC2とが変化する。
【0058】
また、上述したように電圧VR2から電圧VC2をベクトル的に減算したものが出力電圧Eo となる。非反転入力端子に印加される電圧VR2を基準に考えると、入力電圧Ei ′と出力電圧Eo とは電圧VC2を合成する方向が異なるだけでありその絶対値は等しくなる。したがって、入出力電圧の大きさと位相の関係は、入力電圧Ei ′および出力電圧Eo を斜辺とし、電圧VC2の2倍を底辺とする二等辺角形で表すことができ、出力信号の振幅は周波数に関係なく入力信号の振幅と同じであって、位相シフト量は図5に示すφ2 で表されることがわかる。
【0059】
また、図5から明らかなように、電圧VR2と電圧VC2とは円周上で直角に交わるため、理論的には入力電圧Ei ′と電圧VR2との位相差は、周波数ωが0から∞まで変化するに従って90°から0°まで変化する。そして、移相回路110C全体のシフト量φ2 はその2倍であり、周波数に応じて180°から0°まで変化する。しかも、可変抵抗116の抵抗値Rを可変することにより、位相シフト量φ2 を変化させることができる。
【0060】
このようにして、2つの移相回路10C、110Cのそれぞれにおいて位相が所定量シフトされる。しかも、図3および図5に示すように、各移相回路10C、110Cにおける入力電圧の相対的な位相関係は同方向であって、所定の周波数において2つの移相回路10C、110Cの全体により位相シフト量が180°となる信号が出力される。
【0061】
また、図1に示した位相反転回路80は、入力信号が抵抗84を介して反転入力端子に入力されるとともに非反転入力端子が接地されたオペアンプ82と、このオペアンプ82の反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗86とを含んで構成されている。抵抗84を介してオペアンプ82の反転入力端子に交流信号が入力されると、オペアンプ82の出力端子からは位相が反転した逆相の信号が出力され、この逆相の信号が図1に示した同調増幅器1の出力端子92から取り出されるようになっている。
【0062】
また、この位相反転回路80の出力は、帰還抵抗70を介して前段の移相回路10Cの入力側に帰還されており、この帰還された信号と入力抵抗74を介して入力される信号とが加算され、この加算された電圧が前段の移相回路10Cの入力端(図2に示した入力端22)に印加されている。
【0063】
また、上述した位相反転回路80の増幅度は抵抗84、86の抵抗比によって決まり、この抵抗比を調整することにより、図1に構成を示す同調増幅器1のループゲインがほぼ1に設定されている。すなわち、実際には前段の移相回路10Cを通すことにより信号振幅の減衰が生じた分を位相反転回路80で補うことにより、ループゲインをほぼ1に設定することが可能となる。
【0064】
図6は、上述した構成を有する2つの移相回路10Cおよび110Cと位相反転回路80の全体を伝達関数K1 を有する回路に置き換えたシステム図であり、伝達関数K1 を有する回路と並列に抵抗R0 を有する帰還抵抗70が、直列に帰還抵抗70のn倍の抵抗値(nR0 )を有する入力抵抗74が接続されている。図7は、図6に示すシステムをミラーの定理によって変換したシステム図であり、変換後のシステム全体の伝達関数Aは、
【数1】

Figure 0003628389
で表すことができる。
【0065】
ところで、前段の移相回路10Cの伝達関数K2 は、可変抵抗16の抵抗値をR、キャパシタ14の静電容量をC、これら可変抵抗16とキャパシタ14からなるCR回路の時定数をTとすると、
【数2】
Figure 0003628389
となる。ここで、kは入出力信号の減衰比であり、1以下の値となる。
【0066】
また、後段の移相回路110Cの伝達関数K3 は、可変抵抗116の抵抗値をR、キャパシタ114の静電容量をC、これら可変抵抗116とキャパシタ114からなるCR回路の時定数をTとすると、
【数3】
Figure 0003628389
となる。したがって、移相回路10C、110Cと利得(−1/k)の位相反転回路80を接続した場合の全体の伝達関数K1 は、
【数4】
Figure 0003628389
となる。なお、計算を簡単なものとするために、各移相回路の時定数T、TをともにTとした。この(4)式を上述した(1)式に代入すると、
【数5】
Figure 0003628389
となる。
【0067】
この(5)式によれば、ω=0(直流の領域)のときにA=−1/(2n+1)となって、最大減衰量を与えることがわかる。また、ω=∞のときにも最大減衰量を与えることがわかる。さらに、ω=1/Tの同調点(各移相回路の時定数が異なる場合には、ω=1/√(T・T)の同調点)においてはA=1であって帰還抵抗70と入力抵抗74の抵抗比nに無関係であることがわかる。換言すれば、図8に示すように、nの値を変化させても同調点がずれることなく、かつ同調点の減衰量も変化しない。
【0068】
このように、この実施形態の同調増幅器1によれば、帰還抵抗70と入力抵抗74の抵抗比nを変えても同調周波数および同調時の利得が一定であり、最大減衰量のみを変化させることができる。反対に、最大減衰量は上述した抵抗比nによって決定されるため、各移相回路10C、110C内の可変抵抗16あるいは116の抵抗値を変えて同調周波数を変えた場合であっても、この最大減衰量に影響を与えることはなく、同調周波数、同調周波数における利得、最大減衰量を互いに干渉しあうことなく調整することができる。
【0069】
また、第1の実施形態の同調増幅器1は、FETやオペアンプあるいはキャパシタや抵抗を組み合わせて構成しており、どの構成素子も半導体基板上に形成することができることから、同調周波数および最大減衰量を調整し得る同調増幅器1の全体を半導体基板上に形成して集積回路とすることも容易である。
【0070】
ところで、上述した第1の実施形態の同調増幅器では、2つの移相回路10C、110Cのそれぞれをキャパシタ14あるいは114を含んで構成したが、キャパシタの代わりにインダクタを用いることもできる。
【0071】
図9は、前段の移相回路10Cの変形例を示す図であり、FETのソース・ドレイン間にLR回路を接続した移相回路10Lの構成が示されている。同図に示す移相回路10Lは、図2に示した移相回路10C内の可変抵抗16とキャパシタ14からなるCR回路を、インダクタ17と可変抵抗16からなるLR回路に置き換えた構成を有している。図9に示すように、可変抵抗16の一方端がFET12のソースに接続されているとともに、インダクタ17の一方端が直流電流阻止用のキャパシタ19を介してFET12のドレインに接続されている。
【0072】
したがって、FET12のソースおよびドレインに現れる電圧のそれぞれを可変抵抗16あるいはインダクタ17を介して合成した信号が出力端24から出力される。
【0073】
図10は、移相回路10Lの入出力電圧とインダクタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【0074】
移相回路10Cについて説明したように、FET12のソースとドレインにはそれぞれ入力電圧と同相および逆相であって電圧振幅がEi の交流電圧が現れるため、ソース・ドレイン間の電位差(交流成分)は2Ei となる。また、インダクタ17の両端に現れる電圧VL1と可変抵抗16の両端に現れる電圧VR3とは互いに90°位相がずれており、これらをベクトル的に合成(加算)したものが、FET12のソース・ドレイン間の電位差2Ei に等しくなる。
【0075】
したがって、図10に示すように、電圧Ei の2倍を斜辺とし、インダクタ17の両端電圧VL1と可変抵抗16の両端電圧VR3とが直交する2辺を構成する直角三角形を形成することになる。このため、入力信号の振幅が一定で周波数のみが変化した場合には、図10に示す半円の円周に沿ってインダクタ17の両端電圧VL1と可変抵抗16の両端電圧VR3とが変化する。
【0076】
ところで、インダクタ17と可変抵抗16の接続点とアースとの電位差を出力電圧Eo として取り出すものとすると、この出力電圧Eo は、図10に示した半円においてその中心点を始点とし、電圧VL1と電圧VR3とが交差する円周上の一点を終点とするベクトルで表すことができ、その大きさは半円の半径Ei に等しくなる。しかも、入力信号の周波数が変化しても、このベクトルの終点は円周上を移動するだけであるため、周波数に応じて出力振幅が変化しない安定した出力を得ることができる。
【0077】
また、図10から明らかなように、電圧VL1と電圧VR3とは円周上で直角に交わるため、理論的にはFET12のゲートに印加される入力電圧と電圧VL1との位相差は、周波数ωが0から∞まで変化するに従って90°から0°まで変化する。そして、移相回路10L全体の位相シフト量φ1 はその2倍であり、周波数に応じて180°から0°まで変化する。しかも、可変抵抗16の抵抗値Rを可変することにより、位相シフト量φ1 を変化させることができる。
【0078】
なお、移相回路10Lの伝達関数は、可変抵抗16の抵抗値をR、インダクタ17のインダクタンスをL、これら可変抵抗16とインダクタ17からなるLR回路の時定数をT(=L/R)とすると、上述した(2)式で表すことができる。すなわち、時定数を用いて表現すると、図2に示した移相回路10Cと図9に示した移相回路10Lとが等価であることがわかる。
【0079】
したがって、図1において、前段の移相回路10Cを図9に示す移相回路10Lに置き換えて同調増幅器を構成することもでき、この場合であっても、最大減衰量に影響を与えることはなく、同調周波数、同調周波数における利得、最大減衰量を互いに干渉しあうことなく調整することができる。
【0080】
特に、前段の移相回路10Cを図9に示す移相回路10Lに置き換えた場合には、前段の移相回路10L内のLR回路の時定数TはL/Rであり、後段の移相回路110C内のCR回路の時定数TはCRであって、それぞれにおいて抵抗値Rが分母と分子に分かれるため、例えば半導体基板上に同調増幅器の全体を形成するとともに各可変抵抗をFETで形成したような場合には、各可変抵抗の抵抗値の温度変化に対する同調周波数の変動を抑制する、いわゆる温度補償が可能となる。この点については、後述する各種の同調増幅器をCR回路を含む移相回路とLR回路を含む移相回路とを組み合わせて構成する場合についても同様である。
【0081】
図11は、後段の移相回路110Cの変形例を示す図であり、オペアンプの入力側にLR回路を接続した移相回路110Lの構成が示されている。同図に示す移相回路110Lは、図4に示した移相回路110C内の可変抵抗116とキャパシタ114からなるCR回路を、インダクタ117と可変抵抗116からなるLR回路に置き換えた構成を有している。図11に示すように、可変抵抗116の一方端が入力端122に接続され、可変抵抗116とインダクタ117の接続点がオペアンプ112の非反転入力端子に接続されている。
【0082】
図12は、移相回路110Lの入出力電圧とインダクタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【0083】
同図に示すように、インダクタ117の両端に現れる電圧VL2と可変抵抗116の両端に現れる電圧VR4とは互いに90°位相がずれており、これらをベクトル的に加算したものが入力電圧Ei ′となる。したがって、入力信号の振幅が一定で周波数のみが変化した場合には、図12に示す半円の円周に沿ってインダクタ117の両端電圧VL2と可変抵抗116の両端電圧VR4とが変化する。
【0084】
また、上述したように電圧VL2から電圧VR4をベクトル的に減算したものが出力電圧Eo となる。非反転入力端子に印加される電圧VL2を基準に考えると、入力電圧Ei ′と出力電圧Eo とは電圧VR4を合成する方向が異なるだけでありその絶対値は等しくなる。したがって、入出力電圧の大きさと位相の関係は、入力電圧Ei ′および出力電圧Eo を斜辺とし、電圧VR4の2倍を底辺とする二等辺三角形で表すことができ、出力信号の振幅は周波数に関係なく入力信号の振幅と同じであって、位相シフト量は図12に示すφ2 で表されることがわかる。
【0085】
また、図12から明らかなように、電圧VL2と電圧VR4とは円周上で直角に交わるため、理論的には入力電圧Ei ′と電圧VL2との位相差は、周波数ωが0から∞まで変化するに従って90°から0°まで変化する。そして、移相回路110L全体のシフト量φ2 はその2倍であり、周波数に応じて180°から0°まで変化する。しかも、可変抵抗116の抵抗値Rを可変することにより、位相シフト量φ2 を変化させることができる。
【0086】
なお、移相回路110Lの伝達関数は、可変抵抗116の抵抗値をR、インダクタ117のインダクタンスをL、これら可変抵抗116とインダクタ117からなるLR回路の時定数をT(=L/R)とすると、上述した(3)式で表すことができる。すなわち、時定数を用いて表現すると、図4に示した移相回路110Cと図11に示した移相回路110Lとが等価であることがわかる。
【0087】
したがって、図1において、後段の移相回路110Cを図11に示す移相回路110Lに置き換えて同調増幅器を構成することもでき、この場合であっても、最大減衰量に影響を与えることはなく、同調周波数、同調周波数における利得、最大減衰量を互いに干渉しあうことなく調整することができる。
【0088】
なお、図1において、前段の移相回路10Cを図9に示す移相回路10Lに置き換えるとともに、後段の移相回路110Cを図11に示す移相回路110Lに置き換えて同調増幅器を構成することもできる。特に、同調増幅器を構成する2つの移相回路をともにLR回路を含むように構成すると、集積回路として同調増幅器を形成した場合に各移相回路に含まれるインダクタのインダクタンスを小さくして周波数ω(=R/L)を高くすることが容易であり、同調周波数を高周波化するのに適している。
【0089】
また、上述した各種の同調増幅器では、前段に移相回路10Cあるいは10Lを、後段に移相回路110Cあるいは110Lをそれぞれ配置したが、これらの全体によって入出力信号間の位相シフト量が180°となればよいことから、これらの前後を入れ換えて前段に移相回路110Cあるいは110Lを、後段に移相回路10Cあるいは10Lをそれぞれ配置して同調増幅器を構成するようにしてもよい。
【0090】
(第2の実施形態)
図13は、本発明を適用した第2の実施形態の同調増幅器の構成を示す回路図である。同図に示す同調増幅器2は、それぞれが入力信号の位相を所定量シフトさせることにより所定の周波数において合計で180°の位相シフトを行う2つの移相回路30Cおよび130Cと、移相回路130Cの出力信号の位相を反転するとともに所定の増幅度で増幅して出力する位相反転回路80と、帰還抵抗70および入力抵抗74(入力抵抗74は帰還抵抗70のn倍の抵抗値を有しているものとする)のそれぞれを介することにより位相反転回路80から出力される信号(帰還信号)と入力端子90に入力される信号(入力信号)とを所定の割合で加算する加算回路とを含んで構成されている。
【0091】
図14は、図13に示した前段の移相回路30Cの構成を抜き出して示したものである。同図に示す前段の移相回路30Cは、ゲートがキャパシタ48を介して入力端42に接続されたFET32と、このFET32のソース・ドレイン間に直列に接続された可変抵抗36およびキャパシタ34と、FET32のドレインと正電源との間に接続された抵抗38と、FET32のソースとアースとの間に接続された抵抗40とを含んで構成されている。
【0092】
ここで、上述したFET32のソースおよびドレインに接続された2つの抵抗40、38の抵抗値はほぼ等しく設定されており、入力端42に印加される入力電圧の交流成分に着目すると、位相が一致した信号がFET32のソースから、位相が反転した信号がFET32のドレインからそれぞれ出力されるようになっている。
【0093】
なお、FET32のゲートと入力端42との間に挿入されたキャパシタ48は直流電流を阻止するためのものであり、そのインピーダンスは動作周波数において極めて小さく、すなわち大きな静電容量を有している。また、FET32のゲートとアースとの間に接続された抵抗46は、FET32に適切なバイアス電圧を印加するためのものである。
【0094】
このような構成を有する移相回路30Cにおいて、所定の交流信号が入力端42に入力されると、すなわちFET32のゲートに所定の交流電圧(入力電圧)が印加されると、FET32のソースにはこの入力電圧と同相の交流電圧が現れ、反対にFET32のドレインにはこの入力電圧と逆相であってソースに現れる電圧と振幅が等しい交流電圧が現れる。このソースおよびドレインに現れる交流電圧の振幅をともにEi とする。
【0095】
このFET32のソース・ドレイン間にはキャパシタ34と可変抵抗36とにより構成される直列回路が接続されている。したがって、FET32のソースおよびドレインに現れる電圧のそれぞれを可変抵抗36あるいはキャパシタ34を介して合成した信号が出力端44から出力される。
【0096】
図15は、移相回路30Cの入出力電圧とキャパシタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【0097】
FET32のソースとドレインにはそれぞれ入力電圧と同相および逆相であって電圧振幅がEi の交流電圧が現れるため、ソース・ドレイン間の電位差(交流成分)は2Ei となる。また、キャパシタ34の両端に現れる電圧VC3と可変抵抗36の両端に現れる電圧VR5とは互いに90°位相がずれており、これらをベクトル的に合成(加算)したものが、FET32のソース・ドレイン間の電位差2Ei に等しくなる。
【0098】
したがって、図15に示すように、電圧Ei の2倍を斜辺とし、キャパシタ34の両端電圧VC3と可変抵抗36の両端電圧VR5とが直交する2辺を構成する直角三角形を形成することになる。このため、入力信号の振幅が一定で周波数のみが変化した場合には、図15に示す半円の円周に沿ってキャパシタ34の両端電圧VC3と可変抵抗36の両端電圧VR5とが変化する。
【0099】
ところで、可変抵抗36とキャパシタ34の接続点とアースとの電位差を出力電圧Eo として取り出すものとすると、この出力電圧Eo は、図15に示した半円においてその中心点を始点とし、電圧VC3と電圧VR5とが交差する円周上の一点を終点とするベクトルで表すことができ、その大きさは半円の半径Ei に等しくなる。しかも、入力信号の周波数が変化しても、このベクトルの終点は円周上を移動するだけであるため、周波数に応じて出力振幅が変化しない安定した出力を得ることができる。
【0100】
また、図15から明らかなように、電圧VC3と電圧VR5とは円周上で直角に交わるため、理論的にはFET32のゲートに印加される入力電圧と電圧VC3との位相差は、周波数ωが0から∞まで変化するに従って0°から90°まで変化する。そして、移相回路30C全体の位相シフト量φ3 はその2倍であり、周波数に応じて0°から180°まで変化する。しかも、可変抵抗36の抵抗値Rを可変することにより、位相シフト量φ3 を変化させることができる。
【0101】
図16は、図13に示した後段の移相回路130Cの構成を抜き出して示したものである。同図に示す後段の移相回路130Cは、差動入力増幅器の一種であるオペアンプ132と、入力端142に入力された信号の位相を所定量シフトさせてオペアンプ132の非反転入力端子に入力する可変抵抗136およびキャパシタ134と、入力端142とオペアンプ132の反転入力端子との間に挿入された抵抗138と、オペアンプ132の出力端144と反転入力端子との間に挿入された抵抗140とを含んで構成されている。
【0102】
このような構成を有する移相回路130Cにおいて、所定の交流信号が入力端142に入力されると、オペアンプ132の非反転入力端子には、キャパシタ134の両端に現れる電圧VC4が印加される。
【0103】
また、図16に示したオペアンプ132の2入力(反転入力端子と非反転入力端子)間には電位差が生じないので、オペアンプ132の反転入力端子の電位と、可変抵抗136とキャパシタ134の接続点の電位とは等しくなる。したがって、抵抗138の両端には、可変抵抗136の両端に現れる電圧VR6と同じ電圧VR6が現れる。
【0104】
ここで、抵抗138と抵抗140の各抵抗値が等しい場合には、これら2つの抵抗138、140に同じ電流が流れるため、抵抗140の両端にも電圧VR6が現れる。しかも、これら2つの抵抗138、140の各両端に現れる電圧VR6はベクトル的に同方向を向いており、オペアンプ132の反転入力端子(電圧VC4)を基準にして考えると、抵抗138の両端電圧VR6をベクトル的に加算したものが入力電圧Ei ′に、抵抗140の両端電圧R6をベクトル的に減算したものが出力電圧Eo になる。
【0105】
図17は、後段の移相回路130Cの入出力電圧とキャパシタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【0106】
同図に示すように、キャパシタ134の両端に現れる電圧VC4と可変抵抗136の両端に現れる電圧VR6とは互いに90°位相がずれており、これらをベクトル的に加算したものが入力電圧Ei ′となる。したがって、入力信号の振幅が一定で周波数のみが変化した場合には、図17に示す半円の円周に沿ってキャパシタ134の両端電圧VC4と可変抵抗136の両端電圧VR6とが変化する。
【0107】
また、上述したように電圧VC4から電圧VR6をベクトル的に減算したものが出力電圧Eo となる。非反転入力端子に印加される電圧VC4を基準に考えると、入力電圧Ei ′と出力電圧Eo とは電圧VR6を合成する方向が異なるだけでありその絶対値は等しくなる。したがって、入出力電圧の大きさと位相の関係は、入力電圧Ei ′および出力電圧Eo を斜辺とし、電圧VR6の2倍を底辺とする二等辺角形で表すことができ、出力信号の振幅は周波数に関係なく入力信号の振幅と同じであって、位相シフト量は図17に示すφ4 で表されることがわかる。
【0108】
また、図17から明らかなように、電圧VC4と電圧VR6とは円周上で直角に交わるため、理論的には入力電圧Ei ′と電圧VC4との位相差は、周波数ωが0から∞まで変化するに従って0°から90°まで変化する。そして、移相回路130C全体のシフト量φ4 はその2倍であり、周波数に応じて0°から180°まで変化する。しかも、可変抵抗136の抵抗値Rを可変することにより、位相シフト量φ4 を変化させることができる。
【0109】
このようにして、2つの移相回路30C、130Cのそれぞれにおいて位相が所定量シフトされる。しかも、図15および図17に示すように、各移相回路30C、130Cにおける入出力電圧の相対的な位相関係は同方向であって、所定の周波数において2つの移相回路30C、130Cの全体により位相シフト量が180°となる信号が出力される。
【0110】
また、図13に示した位相反転回路80は図1に示したものであり、抵抗84、86の抵抗比によって決まる増幅度を有する増幅回路として機能するとともに、入力信号の位相を反転して出力する。
【0111】
この位相反転回路80の出力は、出力端子92から同調増幅器2の出力として取り出されるとともに、帰還抵抗70を介して前段の移相回路30Cの入力側に帰還されており、この帰還された信号と入力抵抗74を介して入力される信号とが加算され、この加算された電圧が移相回路30Cの入力端(図14に示した入力端42)に印加されている。
【0112】
また、上述した位相反転回路80の増幅度を調整することにより、図13に構成を示す同調増幅器2のループゲインをほぼ1に設定することができる。すなわち、実際には前段の移相回路30Cを通すことにより信号振幅の減衰が生じた分を位相反転回路80で補うことにより、ループゲインをほぼ1に設定することが可能となる。
【0113】
ところで、前段の移相回路30Cの伝達関数K21は、可変抵抗36の抵抗値をR、キャパシタ34の静電容量をC、これら可変抵抗36とキャパシタ34からなるCR回路の時定数をTとすると、
【数6】
Figure 0003628389
となる。ここで、kは入出力信号の減衰比であり、1以下の値となる。
【0114】
また、後段の移相回路130Cの伝達関数K31は、可変抵抗136の抵抗値をR、キャパシタ134の静電容量をC、これら可変抵抗136とキャパシタ134からなるCR回路の時定数をTとすると、
【数7】
Figure 0003628389
となる。したがって、移相回路30C、130Cと利得(−1/k)の位相反転回路80を接続した場合の全体の伝達関数K11は、
【数8】
Figure 0003628389
となって、第1の実施形態の同調増幅器1について計算した(4)式と同じとなる。すなわち、第2のの実施形態の同調増幅器2全体の伝達関数も(5)式に示したAをそのまま適用することができる。
【0115】
したがって、ω=0(直流の領域)のときにA=−1/(2n+1)となって、最大減衰量を与えることがわかる。また、ω=∞のときにも最大減衰量を与えることがわかる。さらに、ω=1/Tの同調点(各移相回路の時定数が異なる場合には、ω=1/√(T・T)の同調点)においてはA=1であって帰還抵抗70と入力抵抗74の抵抗比nに無関係であることがわかる。換言すれば、図8に示すように、nの値を変化させても同調点がずれることなく、かつ同調点の減衰量も変化しない。
【0116】
このように、この実施形態の同調増幅器2によれば、帰還抵抗70と入力抵抗74の抵抗比nを変えても同調周波数および同調時の利得が一定であり、最大減衰量のみを変化させることができる。反対に、最大減衰量は上述した抵抗比nによって決定されるため、各移相回路30C、130C内の可変抵抗36あるいは136の抵抗値を変えて同調周波数を変えた場合であっても、この最大減衰量に影響を与えることはなく、同調周波数、同調周波数における利得、最大減衰量を互いに干渉しあうことなく調整することができる。
【0117】
また、第2の実施形態の同調増幅器2は、FETやオペアンプあるいはキャパシタや抵抗を組み合わせて構成しており、どの構成素子も半導体基板上に形成することができることから、同調周波数および最大減衰量を調整し得る同調増幅器2の全体を半導体基板上に形成して集積回路とすることも容易である。
【0118】
ところで、上述した第2の実施形態の同調増幅器2では、2つの移相回路30C、130Cのそれぞれをキャパシタ34あるいは134を含んで構成したが、キャパシタの代わりにインダクタを用いることもできる。
【0119】
図18は、前段の移相回路30Cの変形例を示す図であり、FETのソース・ドレイン間にLR回路を接続した移相回路30Lの構成が示されている。同図に示す移相回路30Lは、図14に示した移相回路30C内のキャパシタ34と可変抵抗36からなるCR回路を、可変抵抗36とインダクタ37からなるLR回路に置き換えた構成を有している。図18に示すように、インダクタ37の一方端が直流阻止用のキャパシタ39を介してFET32のソースに接続されているとともに、可変抵抗36の一方端がFET32のドレインに接続されている。
【0120】
したがって、FET32のソースおよびドレインに現れる電圧のそれぞれをインダクタ37あるいは可変抵抗36を介して合成した信号が出力端44から出力される。
【0121】
図19は、移相回路30Lの入出力電圧とインダクタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【0122】
移相回路30Cについて説明したように、FET32のソースとドレインにはそれぞれ入力電圧と同相および逆相であって電圧振幅がEi の交流電圧が現れるため、ソース・ドレイン間の電位差(交流成分)は2Ei となる。また、可変抵抗36の両端に現れる電圧VR7とインダクタ37の両端に現れる電圧VL3とは互いに90°位相がずれており、これらをベクトル的に合成(加算)したものが、FET32のソース・ドレイン間の電位差2Ei に等しくなる。
【0123】
したがって、図19に示すように、電圧Ei の2倍を斜辺とし、可変抵抗36の両端電圧VR7とインダクタ37の両端電圧VL3とが直交する2辺を構成する直角三角形を形成することになる。このため、入力信号の振幅が一定で周波数のみが変化した場合には、図19に示す半円の円周に沿って可変抵抗36の両端電圧VR7とインダクタ37の両端電圧VL3とが変化する。
【0124】
ところで、可変抵抗36とインダクタ37の接続点とアースとの電位差を出力電圧Eo として取り出すものとすると、この出力電圧Eo は、図19に示した半円においてその中心点を始点とし、電圧VR7と電圧VL3とが交差する円周上の一点を終点とするベクトルで表すことができ、その大きさは半円の半径Ei に等しくなる。しかも、入力信号の周波数が変化しても、このベクトルの終点は円周上を移動するだけであるため、周波数に応じて出力振幅が変化しない安定した出力を得ることができる。
【0125】
また、図19から明らかなように、電圧VR7と電圧VL3とは円周上で直角に交わるため、理論的にはFET32のゲートに印加される入力電圧と電圧VR7との位相差は、周波数ωが0から∞まで変化するに従って0°から90°まで変化する。そして、移相回路30L全体の位相シフト量φ3 はその2倍であり、周波数に応じて0°から180°まで変化する。しかも、可変抵抗36の抵抗値Rを可変することにより、位相シフト量φ3 を変化させることができる。
【0126】
なお、移相回路30Lの伝達関数は、可変抵抗36の抵抗値をR、インダクタ37のインダクタンスをL、これら可変抵抗36とインダクタ37からなるLR回路の時定数をT(=L/R)とすると、上述した(6)式で表すことができる。すなわち、時定数を用いて表現すると、図14に示した移相回路30Cと図18に示した移相回路30Lとが等価であることがわかる。
【0127】
したがって、図13において、前段の移相回路30Cを図18に示す移相回路30Lに置き換えて同調増幅器を構成することもでき、この場合であっても、最大減衰量に影響を与えることはなく、同調周波数、同調周波数における利得、最大減衰量を互いに干渉しあうことなく調整することができる。
【0128】
図20は、後段の移相回路130Cの変形例を示す図であり、オペアンプの入力側にLR回路を接続した移相回路130Lの構成が示されている。同図に示す移相回路130Lは、図16に示した移相回路130C内の可変抵抗136とキャパシタ134からなるCR回路を、インダクタ137と可変抵抗136からなるLR回路に置き換えた構成を有している。図20に示すように、インダクタ137の一方端が入力端142に接続され、インダクタ137と可変抵抗136の接続点がオペアンプ132の非反転入力端子に接続されている。
【0129】
図21は、移相回路130Lの入出力電圧とインダクタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【0130】
同図に示すように、可変抵抗136の両端に現れる電圧VR8とインダクタ137の両端に現れる電圧VL4とは互いに90°位相がずれており、これらをベクトル的に加算したものが入力電圧Ei ′となる。したがって、入力信号の振幅が一定で周波数のみが変化した場合には、図21に示す半円の円周に沿って可変抵抗136の両端電圧VR8とインダクタ137の両端電圧VL4とが変化する。
【0131】
また、上述したように電圧VR8から電圧VL4をベクトル的に減算したものが出力電圧Eo となる。非反転入力端子に印加される電圧VR8を基準に考えると、入力電圧Ei ′と出力電圧Eo とは電圧VL4を合成する方向が異なるだけでありその絶対値は等しくなる。したがって、入出力電圧の大きさと位相の関係は、入力電圧Ei ′および出力電圧Eo を斜辺とし、電圧VL4の2倍を底辺とする二等辺三角形で表すことができ、出力信号の振幅は周波数に関係なく入力信号の振幅と同じであって、位相シフト量は図21に示すφ4 で表されることがわかる。
【0132】
また、図21から明らかなように、電圧VR8と電圧VL4とは円周上で直角に交わるため、理論的には入力電圧Ei ′と電圧VR8との位相差は、周波数ωが0から∞まで変化するに従って0°から90°まで変化する。そして、移相回路130L全体のシフト量φ4 はその2倍であり、周波数に応じて0°から180°まで変化する。しかも、可変抵抗136の抵抗値Rを可変することにより、位相シフト量φ4 を変化させることができる。
【0133】
なお、移相回路130Lの伝達関数は、可変抵抗136の抵抗値をR、インダクタ137のインダクタンスをL、これら可変抵抗136とインダクタ137からなるLR回路の時定数をT31(=L/R)とすると、上述した(7)式で表すことができる。すなわち、時定数を用いて表現すると、図16に示した移相回路130Cと図20に示した移相回路130Lとが等価であることがわかる。
【0134】
したがって、図13において、後段の移相回路130Cを図20に示す移相回路130Lに置き換えて同調増幅器を構成することもでき、この場合であっても、最大減衰量に影響を与えることはなく、同調周波数、同調周波数における利得、最大減衰量を互いに干渉しあうことなく調整することができる。
【0135】
なお、図13において、前段の移相回路30Cを図18に示す移相回路30Lに置き換えるとともに、後段の移相回路130Cを図20に示す移相回路130Lに置き換えて同調増幅器を構成することもできる。
【0136】
また、上述した各種の同調増幅器では、前段に移相回路30Cあるいは30Lを、後段に移相回路130Cあるいは130Lをそれぞれ配置したが、これらの全体によって入出力信号間の位相シフト量が180°となればよいことから、これらの前後を入れ換えて前段に移相回路130Cあるいは130Lを、後段に移相回路30Cあるいは30Lをそれぞれ配置して同調増幅器を構成するようにしてもよい。
【0137】
(その他の実施形態)
ところで、上述した各実施形態の同調増幅器は、2つの移相回路と位相反転回路によって構成されており、接続された3つの回路の全体によって所定の周波数において合計の位相シフト量を0°にすることにより所定の同調動作を行うようになっている。したがって、位相シフト量だけに着目すると、移相回路と位相反転回路をどのような順番で接続するかはある程度の自由度があり、必要に応じて接続順番を決めることができる。
【0138】
図22は、2つの移相回路と位相反転回路を組み合わせて同調増幅器を構成した場合において、その接続状態を示す図である。なお、これらの図において、帰還側インピーダンス素子70aおよび入力側インピーダンス素子74aは、各同調増幅器の出力信号と入力信号とを所定の割合で加算するためのものであり、最も一般的には図1等に示すように、帰還側インピーダンス素子70aとして帰還抵抗70を、入力側インピーダンス素子74aとして入力抵抗74を使用する。
【0139】
但し、帰還側インピーダンス素子70aおよび入力側インピーダンス素子74aは、それぞれの素子に入力された信号の位相関係を変えることなく加算できればよいことから、帰還側インピーダンス素子70aおよび入力側インピーダンス素子74aをともにキャパシタにより、あるいは帰還側インピーダンス素子70aおよび入力側インピーダンス素子74aをともにインダクタにより形成するようにしてもよい。または、抵抗やキャパシタあるいはインダクタを組み合わせることにより、インピーダンスの実数分および虚数分の比を同時に調整しうるようにして各インピーダンス素子を形成してもよい。
【0140】
図22(A)には2つの移相回路の後段に位相反転回路80を配置した構成が示されており、図1に示した同調増幅器1あるいは図13に示した同調増幅器2に対応している。このように、後段に位相反転回路80を配置した場合には、この位相反転回路80に出力バッファの機能を持たせることにより、大きな出力電流を取り出すこともできる。
【0141】
図22(B)には2つの移相回路の間に位相反転回路80を配置した構成が示されている。このように、中間に位相反転回路80を配置した場合には、前段の移相回路と後段の移相回路の相互干渉を完全に防止することができる。
【0142】
図22(C)には2つの移相回路のさらに前段に位相反転回路80を配置した構成が示されている。このように、前段に位相反転回路80を配置した場合には、前段の移相回路に対する帰還側インピーダンス素子70aや入力側インピーダンス素子74aの影響を最小限に抑えることができる。
【0143】
また、上述した各実施形態において示した移相回路には可変抵抗16等が含まれている。これらの可変抵抗は、具体的には接合型あるいはMOS型のFETを用いて実現することができる。
【0144】
図23は、図1に示した同調増幅器1を構成する2種類の移相回路内の可変抵抗をFETに置き換えた場合の移相回路の構成を示す図である。同図(A)には、移相回路10Cにおいて可変抵抗16をFETに置き換えた構成が示されている。同図(B)には、移相回路110Cにおいて可変抵抗116をFETに置き換えた構成が示されている。
【0145】
このように、FETのソース・ドレイン間に形成されるチャネルを抵抗体として利用して可変抵抗16あるいは116の代わりに使用すると、ゲート電圧を可変に制御してこのチャネル抵抗をある範囲で任意に変化させて各移相回路における位相シフト量を変えることができる。したがって、各同調増幅器において一巡する信号の位相シフト量が0°となる周波数を変えることができるため、同調増幅器の同調周波数を任意に変更することができる。
【0146】
なお、図23に示した各移相回路は、可変抵抗を1つのFET、すなわちpチャネルあるいはnチャネルのFETによって構成したが、pチャネルのFETとnチャネルのFETとを並列接続して1つの可変抵抗を構成するようにしてもよい。抵抗値を可変する場合にはこのゲート電圧の大きさを変えればよい。このように、2つのFETを組み合わせて可変抵抗を構成することにより、FETの非線形領域の改善を行うことができるため、同調信号の歪みを少なくすることができる。
【0147】
また、図23には図1に示した同調増幅器1を構成する2つの移相回路10C、110C内の可変抵抗をFETに置き換えた場合について説明したが、図13に示す同調増幅器2を構成する2つの移相回路30C、130C内の可変抵抗をFETに置き換える場合や、図9等に示すその他の移相回路内の可変抵抗をFETに置き換える場合も同様である。
【0148】
また、上述した各実施形態において示した移相回路は、キャパシタ14等と直列に接続された可変抵抗の抵抗値を変化させて位相シフト量を変化させることにより全体の同調周波数を変えるようにしたが、キャパシタ14等を可変容量素子によって形成し、その静電容量を変化させることにより全体の同調周波数を変えるようにしてもよい。
【0149】
図24は、図1に示した同調増幅器1を構成する2種類の移相回路内のキャパシタを可変容量ダイオードに置き換えた場合の移相回路の構成を示す図である。同図(A)には、移相回路10Cにおいて可変抵抗16を固定抵抗に置き換えるとともにキャパシタ14を可変容量ダイオードに置き換えた構成が示されている。同図(B)には、移相回路110Cにおいて可変抵抗116を固定抵抗に置き換えるとともにキャパシタ114を可変容量ダイオードに置き換えた構成が示されている。
【0150】
なお、図24(A)、(B)において、可変容量ダイオードに直列に接続されたキャパシタは、可変容量ダイオードのアノード・カソード間に逆バイアス電圧を印加する際にその直流電流を阻止するためのものであり、そのインピーダンスは動作周波数において極めて小さく、すなわち大きな静電容量を有している。また、図24(A)、(B)に示したキャパシタの両端の電位は直流成分をみると一定であるため、交流成分の振幅より大きな逆バイアス電圧をアノード・カソード間に印加することにより、各可変容量ダイオードを容量可変のキャパシタとして機能させることができる。
【0151】
このように、キャパシタ14あるいは114を可変容量ダイオードで構成し、そのアノード・カソード間に印加する逆バイアス電圧の大きさを可変に制御してこの可変容量ダイオードの静電容量をある範囲で任意に変化させて各移相回路における位相シフト量を変えることができる。したがって、同調増幅器において一巡する信号の位相シフト量が0°となる周波数を変えることができ、同調増幅器の同調周波数を任意に変更することができる。
【0152】
ところで、上述した図24(A)、(B)では可変容量素子として可変容量ダイオードを用いたが、ソースおよびドレインを直流的に固定電位に接続するとともにゲートに可変電圧を印加したFETを用いるようにしてもよい。上述したように、図24(A)、(B)に示した可変容量ダイオードの両端電位は直流的に固定されているため、これらの可変容量ダイオードを上述したFETに置き換えるだけでよく、ゲートに印加する電圧を可変することによりゲート容量、すなわちFETが有する静電容量を変えることができる。
【0153】
また、上述した図24(A)、(B)では可変容量ダイオードの静電容量のみを可変したが、同時に可変抵抗の抵抗値を可変するようにしてもよい。また、これらの可変抵抗を図23に示したようにFETのチャネル抵抗を利用して形成することができることはいうまでもない。特に、pチャネルのFETとnチャネルのFETとを並列接続して1つの可変抵抗を構成した場合には、FETの非線形領域の改善を行うことができるため、同調信号の歪みを少なくすることができる。
【0154】
なお、図24には図1に示した同調増幅器1を構成する2つの移相回路10C、110C内のキャパシタを可変容量素子に置き換えた場合について説明したが、図13に示す同調増幅器2を構成する2つの移相回路30C、130C内のキャパシタを可変容量素子に置き換える場合も同様である。
【0155】
また、、上述した各実施形態において示した移相回路は、インダクタ17等と直列に接続された可変抵抗の抵抗値を変化させて位相シフト量を変化させることにより全体の同調周波数を変えるようにしたが、インダクタ17等を可変インダクタによって形成し、そのインダクタンスを変化させることにより全体の同調周波数を変えるようにしてもよい。
【0156】
図25は、各種の移相回路内のインダクタを可変インダクタに置き換えた場合の構成を示す図である。同図(A)には、図9に示した移相回路10Lにおいてインダクタ17を可変インダクタ17aに置き換えた構成が示されている。同図(B)には、図11に示した移相回路110Lにおいてインダクタ117を可変インダクタ117aに置き換えた構成が示されている。
【0157】
このように、インダクタ17あるいは117を可変インダクタ17aあるいは117aに置き換えて、それらが有するインダクタンスをある範囲で任意に変化させて各移相回路における位相シフト量を変えることができる。したがって、各同調増幅器において一巡する信号の位相シフト量が0°となる周波数を変えることができ、同調周波数を任意に変更することができる。
【0158】
また、上述した図25(A)、(B)では可変インダクタ17a等のインダクタンスのみを可変したが、同時に可変抵抗の抵抗値を可変するようにしてもよい。また、図25では図9あるいは図11に示した移相回路内のインダクタ17等を可変インダクタに置き換えた場合について説明したが、図18に示した移相回路30L内のインダクタ37あるいは図20に示した移相回路130L内のインダクタ137を可変インダクタに置き換える場合も同様である。
【0159】
ところで、上述したように可変抵抗や可変容量素子あるいは可変インダクタを用いる場合の他、素子定数が異なる複数の抵抗あるいはキャパシタを用意しておいて、スイッチを切り換えることにより、これら複数の素子の中から1つあるいは複数を選ぶようにしてもよい。この場合にはスイッチ切り換えにより接続する素子の個数および接続方法(直列接続、並列接続あるいはこれらの組み合わせ)によって、素子定数を不連続に切り換えることができる。例えば、可変抵抗の代わりに抵抗値がR、2R、4R、…といった2のn乗の系列の複数の抵抗を用意しておいて、1つあるいは任意の複数を選択して直列接続することにより、等間隔の抵抗値の切り換えをより少ない素子で容易に実現することができる。同様に、キャパシタの代わりに静電容量がC、2C、4C、…といった2のn乗の系列の複数のキャパシタを用意しておいて、1つあるいは任意の複数を選択して並列接続することにより、等間隔の静電容量の切り換えをより少ない素子で容易に実現することができる。このため、同調周波数が複数ある回路、例えばAMラジオに本実施形態の同調増幅器を適用して、複数の放送局から1局を選局して受信するような用途に適している。
【0160】
図26は、図25に示した可変インダクタ17a等の具体例を示す図であり、半導体基板上に形成された平面構造の概略が示されている。なお、同図に示す可変インダクタ17aの構造は、そのまま可変インダクタ137a等にも適用することができる。
【0161】
同図に示す可変インダクタ17aは、半導体基板310上に形成された渦巻き形状のインダクタ導体312と、その外周を周回するように形成された制御用導体314と、これらインダクタ導体312および制御用導体314の両方を覆うように形成された絶縁性磁性体318とを含んで構成されている。
【0162】
上述した制御用導体314は、制御用導体314の両端に可変のバイアス電圧を印加するために可変電圧電源316が接続され、この可変電圧電源316によって印加する直流バイアス電圧を可変に制御することにより、制御用導体314に流れるバイアス電流を変化させることができる。
【0163】
また、半導体基板310は、例えばn型シリコン基板(n−Si基板)やその他の半導体材料(例えばゲルマニウムやアモルファスシリコン等の非晶質材料)が用いられる。また、インダクタ導体312は、アルミニウムや金等の金属薄膜あるいはポリシリコン等の半導体材料を渦巻き形状に形成されている。
【0164】
なお、図26に示した半導体基板310には、可変インダクタ17aの他に図9等に示した移相回路を含む同調増幅器の他の構成部品が形成されている。
【0165】
図27は、図26に示した可変インダクタ17aのインダクタ導体312および制御用導体314の形状をさらに詳細に示す図である。
【0166】
同図に示すように、内周側に位置するインダクタ導体312は、所定ターン数(例えば約4ターン)の渦巻き形状に形成されており、その両端には2つの端子電極322、324が接続されている。同様に、外周側に位置する制御用導体314は、所定ターン数(例えば約2ターン)の渦巻き形状に形成されており、その両端には2つの制御電極326、328が接続されている。
【0167】
図28は、図27のA−A線拡大断面図であり、インダクタ導体312と制御用導体314を含む絶縁性磁性体318の横断面が示されている。
【0168】
同図に示すように、半導体基板310表面に絶縁性の磁性体膜318aを介してインダクタ導体312および制御用導体314が形成されており、さらにその表面に絶縁性の磁性体膜318bが被覆形成されている。これら2つの磁性体膜318a、318bによって図26に示した絶縁性磁性体318が形成されている。
【0169】
例えば、磁性体膜318a、318bとしては、ガンマ・フェライトやバリウム・フェライト等の各種磁性体膜を用いることができる。また、これらの磁性体膜の材質や形成方法については各種のものが考えられ、例えばFeO等を真空蒸着して磁性体膜を形成する方法や、その他分子線エピタキシー法(MBE法)、化学気相成長法(CVD法)、スパッタ法等を用いて磁性体膜を形成する方法等がある。
【0170】
なお、絶縁膜330は、非磁性体材料によって形成されており、インダクタ導体312および制御用導体314の各周回部分の間を覆っている。このようにして各周回部分間の磁性体膜318a、318bを排除することにより、各周回部分間に生じる漏れ磁束を最小限に抑えることができるため、インダクタ導体312が発生する磁束を有効に利用して大きなインダクタンスを有する可変インダクタ17aを実現することができる。
【0171】
このように、図26等に示した可変インダクタ17aは、インダクタ導体312と制御用導体314とを覆うように絶縁性磁性体318(磁性体膜318a、318b)が形成されており、制御用導体314に流す直流バイアス電流を可変に制御することにより、上述した絶縁性磁性体318を磁路とするインダクタ導体312の飽和磁化特性が変化し、インダクタ導体312が有するインダクタンスが変化する。
【0172】
したがって、インダクタ導体312のインダクタンスそのものを直接変化させることができ、しかも、半導体基板310上に薄膜形成技術や半導体製造技術を用いて形成することができるため製造が容易となる。さらに、半導体基板310上には同調増幅器1等の他の構成部品を形成することも可能であるため、各実施形態の同調増幅器の全体を集積化によって一体形成する場合に適している。
【0173】
なお、図26等に示した可変インダクタ17aは、インダクタ導体312と制御用導体314とを交互に周回させたり、インダクタ導体312と制御用導体314とを重ねて形成するようにしてもよい。いずれの場合であっても、制御用導体314に流す直流バイアス電流を変化させることにより絶縁性磁性体318の飽和磁化特性を変えることができ、インダクタ導体312が有するインダクタンスをある範囲で変化させることができる。
【0174】
また、図26等に示した可変インダクタ17aは、半導体基板310上にインダクタ導体312等を形成する場合を例にとり説明したが、セラミックス等の絶縁性あるいは導電性の各種基板上に形成するようにしてもよい。
【0175】
また、磁性体膜318a、318bとして絶縁性材料を用いたが、メタル粉(MP)のような導電性材料を用いるようにしてもよい。但し、このような導電性の磁性体膜を上述した絶縁性の磁性体膜318a等に置き換えて使用すると、インダクタ導体312等の各周回部分が短絡されてインダクタ導体として機能しなくなるため、各インダクタ導体と導電性の磁性体膜との間を電気的に絶縁する必要がある。この絶縁方法としては、インダクタ導体312等を酸化して絶縁酸化膜を形成する方法や、化学気相法等によりシリコン酸化膜あるいは窒化膜を形成する方法等がある。
【0176】
特に、メタル粉等の導電性材料は、ガンマ・フェライト等の絶縁性材料に比べると透磁率が大きいため、大きなインダクタンスを確保することができる利点がある。
【0177】
また、図26等に示した可変インダクタ17aは、インダクタ導体312と制御用導体314の両方の全体を絶縁性磁性体318で覆うようにしたが、一部のみを覆って磁路を形成するようにしてもよい。このように、磁路となる絶縁性磁性体(あるいは導電性磁性体でもよい)を部分的に形成した場合には、磁路が狭まることによりインダクタ導体312および制御用導体314によって生じる磁束が飽和しやすくなる。したがって、制御用導体314に少ないバイアス電流を流した場合であっても磁束が飽和し、少ないバイアス電流を可変に制御することによりインダクタ導体312のインダクタンスを変えることができる。このため、制御系の構造を簡略化することができる。
【0178】
また、図26等に示した可変インダクタ17aは、インダクタ導体312と制御用導体314とを同心状に巻回して形成したが、これら各導体を半導体基板310表面の隣接した位置に形成してそれらの間を絶縁性あるいは導電性の磁性体によって形成した磁路によって磁気結合させてもよい。
【0179】
図29は、インダクタ導体と制御用導体とを隣接した位置に並べて形成した場合の可変インダクタ17bの概略を示す平面図である。
【0180】
同図に示す可変インダクタ17bは、半導体基板310上に形成された渦巻き形状のインダクタ導体312aと、このインダクタ導体312aと隣接した位置に形成された渦巻き形状の制御用導体314aと、インダクタ導体312aと制御用導体314aの各渦巻き中心を覆うように形成された絶縁性磁性体(あるいは導電性磁性体)319とを含んで構成されている。
【0181】
図26等に示した可変インダクタ17aと同様に、制御用導体314aにはその両端に可変のバイアス電圧を印加するために可変電圧電源316が接続されており、この可変電圧電源316によって印加するバイアス電圧を可変に制御することにより、制御用導体314aに流れる所定のバイアス電流を変化させることができる。
【0182】
上述した可変インダクタ17bは、インダクタ導体312aと制御用導体314aの各渦巻き中心を通るように環状の絶縁性磁性体319(磁性体膜319a、319b)が形成されている。したがって、制御用導体314aに流す直流バイアス電流を可変に制御することにより、上述した磁性体319を磁路とするインダクタ導体312aの飽和磁化特性が変化し、インダクタ導体312aが有するインダクタンスも変化する。
【0183】
また、上述した各実施形態の同調増幅器1等を半導体基板上に形成した場合には、キャパシタ14等としてあまり大きな静電容量を設定することができない。したがって、半導体基板上に実際に形成したキャパシタの小さな静電容量を回路を工夫することにより、見かけ上大きくすることができれば時定数Tを大きな値に設定して同調周波数の低周波数化を図る際に都合がよい。
【0184】
図30は、図1等に示した移相回路10C等に用いたキャパシタ14等を素子単体ではなく回路によって構成した変形例を示す図であり、実際に半導体基板上に形成されるキャパシタの静電容量を見かけ上大きくみせる静電容量変換回路として機能する。なお、図30に示した回路全体が移相回路10C等に含まれるキャパシタ14等に対応している。
【0185】
図30に示す静電容量変換回路14aは、所定の静電容量C0 を有するキャパシタ210と、2つのオペアンプ212、214と、4つの抵抗216、218、220、222とを含んで構成されている。
【0186】
1段目のオペアンプ212は、出力端子と反転入力端子との間に抵抗218(この抵抗値をR18とする)が接続されており、さらにこの反転入力端子が抵抗216(この抵抗値をR16とする)を介して接地されている。
【0187】
1段目のオペアンプ212の非反転入力端子に印加される電圧E1 と出力端子に現れる電圧E2 との間には、
【数9】
Figure 0003628389
の関係がある。この1段目のオペアンプ212は、主にインピーダンス変換を行うバッファとして機能するものであり、利得は1であってもよい。利得1の場合とはR18/R16=0のとき、すなわちR16を無限大(抵抗216を除去すればよい)、あるいはR18を0Ω(直結すればよい)に設定する。
【0188】
また、2段目のオペアンプ214は、出力端子と反転入力端子との間に抵抗222(この抵抗値をR22とする)が接続されているとともに反転入力端子と上述したオペアンプ212の出力端子との間に抵抗220(この抵抗値をR20とする)が接続されており、さらに非反転入力端子が接地されている。
【0189】
2段目のオペアンプ214の出力端子に現れる電圧をE3 とすると、この電圧E3 と1段目のオペアンプ212の出力端子に現れる電圧E2 との間には、
【数10】
Figure 0003628389
の関係がある。このように2段目のオペアンプ214は反転増幅器として機能するものであり、その入力側を高インピーダンスに設定するために1段目のオペアンプ212が使用されている。
【0190】
また、このような接続がなされた1段目のオペアンプ212の非反転入力端子と2段目のオペアンプ214の出力端子との間には、上述したように所定の静電容量を有するキャパシタ210が接続されている。
【0191】
図30に示した静電容量変換回路14aにおいて、キャパシタ210を除く回路全体の伝達関数をK4 とすると、静電容量変換回路14aは図31に示すシステム図で表すことができる。図32は、これをミラーの定理によって変換したシステム図である。
【0192】
図31に示したインピーダンスZ0 を用いて図32に示したインピーダンスZ1 を表すと、
【数11】
Figure 0003628389
となる。ここで、図30に示した静電容量変換回路14aの場合には、インピーダンスZ0 =1/(jωC0 )であり、これを(11)式に代入して、
【数12】
Figure 0003628389
【数13】
Figure 0003628389
となる。この(13)式は、静電容量変換回路14aにおいてキャパシタ210が有する静電容量C0 が見掛け上は(1−K4)倍になったことを示している。したがって、増幅器の利得K4 が負の場合には(1−K4)は常に1より大きくなるため、静電容量C0 を大きいほうに変化させることができる。
【0193】
ところで、図30に示した静電容量変換回路14aにおける増幅器の利得、すなわちオペアンプ212と214の全体により構成される増幅器の利得K4 は、(9)式および(10)式から、
【数14】
Figure 0003628389
となる。この(14)式を(13)式に代入すると、
【数15】
Figure 0003628389
となる。したがって、4つの抵抗216、218、220、222の抵抗値を所定の値に設定することにより、2つの端子224、226間の見掛け上の静電容量Cを大きくすることができる。
【0194】
また、1段目のオペアンプ212による増幅器の利得が1の場合、すなわち上述したようにR16を無限大(抵抗216を除去)、あるいはR18を0Ωに設定したときであってR18/R16=0の場合には、上述した(15)式は簡略化されて、
【数16】
Figure 0003628389
となる。
【0195】
このように、上述した静電容量変換回路14aは、抵抗220と抵抗222との抵抗比R22/R20あるいは抵抗216と抵抗218との抵抗比R18/R16を変えることにより、実際に半導体基板上に形成するキャパシタ210の静電容量C0 を見掛け上大きい方に変換することができる。そのため、半導体基板上に図1等に示した同調増幅器1等の全体を形成するような場合には、半導体基板上に小さな静電容量C0 を有するキャパシタ210を形成しておいて、図30に示した回路によって大きな静電容量Cに変換することができ、集積化に際して好都合となる。特に、このようにして大きな静電容量を確保することができれば、図1に示した同調増幅器1等の全体の実装面積を小型化して、材料コスト等の低減も可能となる。
【0196】
また、抵抗216、218、220、222の中の少なくとも1つを可変抵抗により形成することにより、具体的には接合型やMOS型のFETあるいはpチャネルFETとnチャネルFETとを並列に接続して可変抵抗を形成することにより、容易に静電容量が可変のキャパシタを形成することができる。したがって、このキャパシタを図24に示した可変容量ダイオードの代わりに使用することにより、位相シフト量をある範囲で任意に変化させることができる。このため、同調増幅器において一巡する信号の位相シフト量が0°となる周波数を変えることができ、上述した同調増幅器の同調周波数を任意に変更することができる。
【0197】
なお、上述したように第1段目のオペアンプ212は入力インピーダンスを高くするためのバッファとして用いているため、このオペアンプ212をエミッタホロワ回路あるいはソースホロワ回路に置き換えるようにしてもよい。
【0198】
ところで、上述した図30では、所定の利得を有する増幅器とキャパシタとを組み合わせることにより、見かけ上の静電容量を実際にキャパシタ素子が有する静電容量より大きくする場合を説明したが、キャパシタの代わりにインダクタを用い、このインダクタが有するインダクタンスを見かけ上大きくすることもできる。
【0199】
すなわち、上述したように図31に示したインピーダンスZ0 を用いて図32に示したインピーダンスZ1 を表すと(11)式のようになる。ここで、インダクタンスL0 を有するインダクタの場合には、インピーダンスZ0 =jωL0 であり、これを(11)式に代入して、
【数17】
Figure 0003628389
【数18】
Figure 0003628389
となる。この(18)式は、実際にインダクタ素子が有するインダクタンスが見かけ上1/(1−K4 )倍になったことを示しており、利得K4 が0から1の間に設定されているときには見かけ上のインダクタンスが大きくなることがわかる。
【0200】
図33は、図9等に示した移相回路10L等に用いたインダクタ17等を素子単体ではなく回路によって構成した変形例を示す図であり、実際に半導体基板上に形成されるインダクタ素子(インダクタ導体)のインダクタンスを見かけ上大きくみせるインダクタンス変換回路として機能する。なお、図33に示した回路全体が移相回路10Lに含まれるインダクタ17等に対応している。
【0201】
図33に示すインダクタンス変換回路17cは、所定のインダクタンスL0 を有するインダクタ260と、2つのオペアンプ262、264と、2つの抵抗266、268とを含んで構成されている。
【0202】
1段目のオペアンプ262は、出力端子が反転入力端子に接続された利得1の非反転増幅器であって、主にインピーダンス変換を行うバッファとして機能する。同様に、2段目のオペアンプ264も出力端子が反転入力端子に接続されており、利得1の非反転増幅器として機能する。また、これら2つの非反転増幅器の間には抵抗266と268による分圧回路が挿入されている。
【0203】
このように、間に分圧回路を挿入することにより、2つの非反転増幅器を含む増幅器全体の利得を0から1の間で自由に設定することができる。
【0204】
図33に示したインダクタンス変換回路17cにおいて、インダクタ260を除く回路(増幅器)全体の伝達関数をK4 とすると、この利得K4 は抵抗266と268によって構成される分圧回路の分圧比によって決まり、それぞれの抵抗値をR66、R68とすると、
【数19】
Figure 0003628389
となる。この利得K4 を(18)式に代入して見かけ上のインダクタンスLを計算すると、
【数20】
Figure 0003628389
となる。したがって、抵抗266と268の抵抗比R68/R66を大きくすることにより、2つの端子254、256間の見かけ上のインダクタンスLを大きくすることができる。例えば、R68=R66の場合には、(20)式からインダクタンスLをL0 の2倍にすることができる。
【0205】
このように、上述したインダクタンス変換回路17cは、2つの非反転増幅器の間に挿入された分圧回路の分圧比を変えることにより、実際に接続されているインダクタ260のインダクタンスL0 を見かけ上大きくすることができる。そのため、半導体基板上に図9等に示した移相回路を含む同調増幅器の全体を形成するような場合には、半導体基板上に小さなインダクタンスL0 を有するインダクタ260をスパイラル状の導体等によって形成しておいて、図33に示したインダクタンス変換回路によって大きなインダクタンスLに変換することができ、集積化に際して好都合となる。特に、このようにして大きなインダクタンスを確保することができれば、同調増幅器の同調周波数を比較的低い周波数領域まで下げることが容易となる。また、集積化を行うことにより、同調増幅器全体の実装面積を小型化して、材料コスト等の低減も可能となる。
【0206】
なお、抵抗266、268による分圧回路の分圧比を固定した場合の他、これら2つの抵抗266、268の少なくとも一方を可変抵抗により形成することにより、具体的には接合型やMOS型のFETあるいはpチャネルFETとnチャネルFETとを並列に接続して可変抵抗を形成することにより、この分圧比を連続的に変化させてもよい。この場合には、図33に示したオペアンプ262、264を含んで構成される増幅器全体の利得が変わり、端子254、256間のインダクタンスLも連続的に変化する。したがって、このインダクタンス変換回路17cを図25に示した可変インダクタ17a等の代わりに使用することにより、各移相回路における位相シフト量をある範囲で任意に変化させることができる。このため、同調増幅器において一巡する信号の位相シフト量が0°となる周波数を変えることができ、上述した同調増幅器の同調周波数を任意に変更することができる。
【0207】
また、図33に示したインダクタンス変換回路17cは、2つのオペアンプ262、264を含む増幅器全体の利得が1以下に設定されているため、全体をエミッタホロワ回路あるいはソースホロワ回路に置き換えるようにしてもよい。
【0208】
なお、この発明は上述した各種の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【0209】
例えば、図1等に示した各同調増幅器においては、帰還側インピーダンス素子として抵抗値が固定の帰還抵抗70を用い、入力側インピーダンス素子として抵抗値が固定の入力抵抗74を用いるようにしたが、少なくとも一方の抵抗を可変抵抗により構成して最大減衰量を任意に変更可能に形成してもよい。この場合に、可変抵抗を図23に示したようにFETのチャネル抵抗を利用して形成することができることはいうまでもない。特に、pチャネルのFETとnチャネルのFETとを並列接続して1つの可変抵抗を構成した場合には、FETの非線形領域の改善を行うことができるため、同調信号の歪みを少なくすることができる。
【0210】
同様に、帰還側インピーダンス素子および入力側インピーダンス素子をキャパシタとした場合には少なくとも一方を可変容量ダイオードやゲート容量可変のFETにより構成して最大減衰量を任意に変更可能に形成してもよい。
【0211】
また、上述した実施形態の同調増幅器1等には2つの移相回路が含まれているが、同調周波数を可変する場合には、両方の移相回路に含まれるCR回路あるいはLR回路を構成する抵抗とキャパシタあるいはインダクタの少なくとも1つの素子定数を変える場合の他、一方の移相回路に含まれるCR回路あるいはLR回路を構成する抵抗とキャパシタあるいはインダクタの少なくとも1つの素子定数を変える場合が考えられる。また、全ての抵抗やキャパシタあるいはインダクタの各素子定数を固定して、同調周波数が固定の同調増幅器を構成することもできる。
【0212】
また、上述した各実施形態においては、同調増幅器を構成する一方の移相回路10C、10L等を接合型のFETを用いて構成したが、MOS型のFETにより、あるいはバイポーラトランジスタによって移相回路を構成するようにしてもよい。
【0213】
FETをバイポーラトランジスタに置き換えた移相回路においては、入力信号がベースに入力されたときにベース・エミッタ間で電流が流れるため、エミッタに現れる電圧(交流電圧)とコレクタに現れる電圧(交流電圧)とは正確には同じにはならない。但し、電流増幅度が数十倍から百倍程度である場合には、その差は1%から数%であり、事実上無視することができる。あるいは、エミッタ抵抗よりコレクタ抵抗を若干大きく設定することにより、この差を補正するようにしてもよい。
【0214】
特に、バイポーラトランジスタを用いて移相回路を構成した場合には、動作周波数の上限を高くすることができ、また、ベース・エミッタ間の電位差がFETのゲート・ソース間の電位差よりも小さいため移相回路に入出力される信号振幅の減衰を少なくすることができる。したがって、バイポーラトランジスタを用いて構成した移相回路は、同調増幅器の前段に用いる場合に適している。
【0215】
また、上述した各実施形態においては、同調増幅器を構成する一方の移相回路110C、110L等をオペアンプを用いて構成することにより安定度を高めることができるが、各実施形態のような使い方をする場合にはオフセット電圧や電圧利得はそれほど高性能なものが要求されないため、所定の増幅度を有する差動入力増幅器を各移相回路内のオペアンプの代わりに使用するようにしてもよい。
【0216】
図34は、オペアンプの構成の中で各実施形態の移相回路の動作に必要な部分を抽出した回路図であり、全体が所定の増幅度を有する差動入力増幅器として動作する。同図に示す差動入力増幅器は、FETにより構成された差動入力段300と、この差動入力段300に定電流を与える定電流回路302と、定電流回路302に所定のバイアス電圧を与えるバイアス回路304と、差動入力段300に接続された出力アンプ306とによって構成されている。同図に示すように、実際のオペアンプに含まれている電圧利得を稼ぐための多段増幅回路を省略して、差動入力増幅器の構成を簡略化し、広帯域化を図ることができる。このように、回路の簡略化を行うことにより、動作周波数の上限を高くすることができるため、その分この差動入力増幅器を用いて構成した同調増幅器1等の動作周波数の上限を高くすることができる。
【0217】
【発明の効果】
上述したように、各請求項に係る発明においては、第1および第2の移相回路のそれぞれにおいて入出力信号の振幅が変化せずに位相のみがキャパシタ等の素子定数に応じて所定量シフトされており、2つの移相回路の全体により位相シフト量の合計が180°となるような周波数で同調動作が行われる。
【0218】
特に、上述した移相回路に含まれる差動入力増幅器を演算増幅器とした場合には、移相回路の動作を安定させることができる。
【0219】
また、入力側インピーダンス素子と帰還側インピーダンス素子の両方をともに抵抗により、あるいはともにキャパシタにより形成しておいて、少なくとも一方の素子定数を変化させることにより、同調点における振幅変動を伴わずに同調点から離れた周波数領域での最大減衰量を任意に変化させることができる。
【0220】
また、移相回路に含まれるキャパシタやインダクタあるいはこれらの素子と直列に接続された抵抗の各素子定数を変化させることにより、各移相回路における位相シフト量が変わるため、2つの移相回路の全体により位相シフト量の合計が180°となる周波数、すなわち同調周波数を任意に変化させることができる。特に、抵抗値を変化させる場合にはFETのソース・ドレイン間抵抗を利用し、キャパシタの静電容量を変化させる場合には可変容量ダイオード等の素子を利用することができ、これらは半導体基板上に形成する場合に適している。さらに、インダクタについては、半導体基板上に形成された相互に磁気結合した2本の電極において、一方の電極に流す直流バイアス電流の大きさを変えることにより他方の電極が有するインダクタンスを直接変化させることができ、この場合も可変インダクタを半導体基板上に形成する場合に適している。
【0221】
また、上述したように同調周波数を変化させるには、抵抗等の素子定数を連続的に変化させる場合のほか、複数の抵抗等をスイッチ切り換えにより選択的に用いてもよい。
【0222】
また、移相回路に含まれるキャパシタやインダクタは、キャパシタ素子あるいはインダクタ素子と増幅器とを並列接続した回路に置き換えることにより、実際にキャパシタ素子が有する静電容量やインダクタ素子が有するインダクタンスを見かけ上大きくみせることができる。したがって、実際には少ない占有面積でキャパシタ素子やインダクタ素子を形成しておいて、これらの静電容量やインダクタンスを大きな値に変換することができ、半導体基板の占有面積を少なくすることができる。
【0223】
また、各請求項の同調増幅器を構成する各素子は集積回路の製法によって形成することが可能であるから、同調増幅器を半導体ウエハ上に集積回路として小型に形成でき、大量生産によって安価に作ることができる。
【0224】
特に、各移相回路におけるCR回路の可変抵抗としてFETのソース・ドレイン間のチャネルを使用し、このFETのゲートに印加する制御電圧を変化させてチャネルの抵抗を変化させるように構成すると、制御電圧を印加する配線のインダクタンスや静電容量の影響を回避することができ、ほぼ設計どおりの理想的な特性を備えた同調増幅器を得ることができる。
【0225】
また、この発明の同調増幅器は、最大減衰量が入力側インピーダンス素子と帰還側インピーダンス素子の抵抗比によって決まるとともに、同調周波数が各移相回路におけるCR回路やLR回路の時定数によって決まるため、最大減衰量や同調周波数および同調周波数における利得を互いに干渉しあうことなく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を適用した第1の実施形態の同調増幅器の構成を示す回路図である。
【図2】図1に示した前段の移相回路の構成を抜き出して示した回路図である。
【図3】前段の移相回路の入出力電圧とキャパシタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【図4】図1に示した後段の移相回路の構成を抜き出して示した回路図である。
【図5】後段の位相回路の入出力電圧とキャパシタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【図6】2つの移相回路の全体を所定の伝達関数を有する回路に置き換えたシステム図である。
【図7】図6に示すシステムをミラーの定理によって変換したシステム図である。
【図8】第1の実施形態の同調増幅器の同調特性を示す図である。
【図9】移相回路の他の例を示す回路図である。
【図10】図9に示す移相回路の入出力電圧とインダクタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【図11】移相回路の他の例を示す回路図である。
【図12】図11に示す移相回路の入出力電圧とインダクタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【図13】この発明を適用した第2の実施形態の同調増幅器の構成を示す回路図である。
【図14】図13に示した前段の移相回路の構成を抜き出して示した回路図である。
【図15】前段の移相回路の入出力電圧とインダクタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【図16】図13に示した後段の移相回路の構成を抜き出して示した回路図である。
【図17】後段の移相回路の入出力電圧とキャパシタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【図18】移相回路の他の例を示す回路図である。
【図19】図18に示す移相回路の入出力電圧とインダクタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【図20】移相回路の他の例を示す回路図である。
【図21】図20に示す移相回路の入出力電圧とインダクタ等に現れる電圧との関係を示すベクトル図である。
【図22】移相回路と位相反転回路との接続形態を示す図である。
【図23】移相回路の可変抵抗をFETに置き換えた移相回路の構成を示す図である。
【図24】移相回路のキャパシタを可変容量ダイオードに置き換えた移相回路の構成を示す図である。
【図25】移相回路のインダクタを可変インダクタに置き換えた移相回路の構成を示す図である。
【図26】可変インダクタの一例を示す図である。
【図27】図26に示した可変インダクタのインダクタ導体および制御用導体の形状をさらに詳細に示す図である。
【図28】図27のA−A線拡大断面図である。
【図29】可変インダクタの他の例を示す図である。
【図30】キャパシタが実際に有する静電容量を見かけ上大きくする静電容量変換回路の構成を示す図である。
【図31】図30に示した回路を伝達関数を用いて表した図である。
【図32】図31に示す構成をミラーの定理によって変換した図である。
【図33】インダクタが実際に有するインダクタンスを見かけ上大きくするインダクタンス変換回路の構成を示す図である。
【図34】オペアンプの構成の中でこの発明の移相回路の動作に必要な部分を抽出した回路図である。
【図35】従来の同調増幅器における同調周波数、同調周波数における利得、最大減衰量の関係の一例を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
1 同調増幅器
10C、110C 移相回路
12 FET
14、114 キャパシタ
16、116 可変抵抗
18、20、118、120 抵抗
80 位相反転回路
82、112 オペアンプ
70 帰還抵抗
74 入力抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tuning amplifier that can be easily integrated, and more particularly to a tuning amplifier that can arbitrarily adjust a tuning frequency and a maximum attenuation amount without interfering with each other.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various amplifier circuits using active elements and reactance elements as tuning amplifiers have been proposed and put into practical use.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional tuning amplifier, when the tuning frequency is adjusted, the Q and gain depending on the LC circuit are changed, and when the maximum attenuation is adjusted, the tuning frequency is changed. Also, the characteristic curves A and B in FIG. Thus, since the gain at the tuning frequency changes when the maximum attenuation is adjusted, it is extremely difficult to adjust the tuning frequency, the gain at the tuning frequency, and the maximum attenuation C1 and C2 without interfering with each other.
[0004]
Further, it has been difficult to form a tuning amplifier capable of adjusting the tuning frequency and the maximum attenuation amount by an integrated circuit.
[0005]
The present invention has been conceived to solve such problems.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a tuned amplifier according to claim 1 comprises:
An adder circuit that includes an input-side impedance element that receives an input signal at one end and a feedback-side impedance element that receives a feedback signal at one end, and adds the input signal and the feedback signal;
Conversion means for converting the input AC signal into in-phase and reverse-phase AC signals and outputting them, one AC signal converted by the conversion means through the first capacitor and the other AC signal as the first A first phase shift circuit including a synthesis means for synthesis via a resistor;
A differential input amplifier having one end of a second resistor connected to the inverting input terminal; a third resistor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the differential input amplifier; A fourth circuit connected to the other end of the resistor and a series circuit composed of a second capacitor, and a connection portion of the fourth resistor and the second capacitor is connected to a non-inverting input terminal of the differential input amplifier. A second phase shift circuit connected to
A phase inversion circuit that inverts the phase of the input AC signal, amplifies the signal with a predetermined amplification, and outputs the amplified signal;
Each of the first and second phase shift circuits and the phase inversion circuit are cascade-connected, and a signal added by the adder circuit to a first stage circuit among the plurality of cascade-connected circuits And a signal output from a circuit at the final stage is input to the one end of the feedback side impedance element as the feedback signal, and the output of any of the plurality of circuits is output as a tuning signal. To do.
[0007]
The tuned amplifier of claim 2 comprises:
An adder circuit that includes an input-side impedance element that receives an input signal at one end and a feedback-side impedance element that receives a feedback signal at one end, and adds the input signal and the feedback signal;
Conversion means for converting the input AC signal into in-phase and reverse-phase AC signals and outputting them, one AC signal converted by the conversion means through the first inductor and the other AC signal as the first A first phase shift circuit including a synthesis means for synthesis via a resistor;
A differential input amplifier having one end of a second resistor connected to the inverting input terminal; a third resistor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the differential input amplifier; A fourth circuit connected to the other end of the resistor and a series circuit including a second inductor, and a connection part of the fourth resistor and the second inductor is connected to a non-inverting input terminal of the differential input amplifier. A second phase shift circuit connected to
A phase inversion circuit that inverts the phase of the input AC signal, amplifies the signal with a predetermined amplification, and outputs the amplified signal;
Each of the first and second phase shift circuits and the phase inversion circuit are cascade-connected, and a signal added by the adder circuit to a first stage circuit among the plurality of cascade-connected circuits And a signal output from a circuit at the final stage is input to the one end of the feedback side impedance element as the feedback signal, and the output of any of the plurality of circuits is output as a tuning signal. To do.
[0008]
The tuned amplifier of claim 3 comprises:
An adder circuit that includes an input-side impedance element that receives an input signal at one end and a feedback-side impedance element that receives a feedback signal at one end, and adds the input signal and the feedback signal;
Conversion means for converting an input AC signal into in-phase and reverse-phase AC signals and outputting them, one AC signal converted by the conversion means via a capacitor, and the other AC signal via a first resistor A first phase shift circuit including combining means for combining, a differential input amplifier having one end of a second resistor connected to the inverting input terminal, an inverting input terminal and an output terminal of the differential input amplifier, And a series circuit including a fourth resistor and an inductor connected to the other end of the second resistor, and a connection portion of the fourth resistor and the inductor. A second phase shift circuit connected to a non-inverting input terminal of the differential input amplifier;
A phase inversion circuit that inverts the phase of the input AC signal, amplifies the signal with a predetermined amplification, and outputs the amplified signal;
Each of the first and second phase shift circuits and the phase inversion circuit are cascade-connected, and a signal added by the adder circuit to a first stage circuit among the plurality of cascade-connected circuits And a signal output from a circuit at the final stage is input to the one end of the feedback side impedance element as the feedback signal, and the output of any of the plurality of circuits is output as a tuning signal. To do.
[0009]
The tuned amplifier of claim 4 comprises:
An adder circuit that includes an input-side impedance element that receives an input signal at one end and a feedback-side impedance element that receives a feedback signal at one end, and adds the input signal and the feedback signal;
Conversion means for converting an input AC signal into in-phase and reverse-phase AC signals and outputting them, one AC signal converted by the conversion means via an inductor, and the other AC signal via a first resistor A first phase shift circuit including combining means for combining, a differential input amplifier having one end of a second resistor connected to the inverting input terminal, an inverting input terminal and an output terminal of the differential input amplifier, And a series circuit composed of a fourth resistor and a capacitor connected to the other end of the second resistor, and a connection portion of the fourth resistor and the capacitor. A second phase shift circuit connected to a non-inverting input terminal of the differential input amplifier;
A phase inversion circuit that inverts the phase of the input AC signal, amplifies the signal with a predetermined amplification, and outputs the amplified signal;
Each of the first and second phase shift circuits and the phase inversion circuit are cascade-connected, and a signal added by the adder circuit to a first stage circuit among the plurality of cascade-connected circuits And a signal output from a circuit at the final stage is input to the one end of the feedback side impedance element as the feedback signal, and the output of any of the plurality of circuits is output as a tuning signal. To do.
[0010]
The tuned amplifier according to claim 5 is the tuned amplifier according to any one of claims 1 to 4, wherein the first and second phase shift circuits are such that an output voltage is both in a leading phase or both in a lagging phase with respect to an input voltage. The tuning operation is performed at a frequency at which the total phase shift amount of the first and second phase shift circuits is 180 °.
[0011]
A tuning amplifier according to a sixth aspect of the present invention is the tuning amplifier according to any one of the first to fifth aspects, wherein the differential input amplifier is an operational amplifier.
[0012]
According to a seventh aspect of the present invention, in the tuning amplifier according to any one of the first to sixth aspects, each of the input side impedance element and the feedback side impedance element is a resistor.
[0013]
The tuning amplifier according to claim 8 is the tuning amplifier according to claim 7, wherein at least one of the input-side impedance element and the feedback-side impedance element is formed by a variable resistor, and a resistance ratio of the input-side impedance element and the feedback-side impedance element is changed. Thus, the maximum attenuation is changed.
[0014]
A tuning amplifier according to a ninth aspect is characterized in that, in any one of the first to sixth aspects, each of the input side impedance element and the feedback side impedance element is a capacitor.
[0015]
A tuning amplifier according to a tenth aspect is the tuning amplifier according to the ninth aspect, wherein at least one of the input-side impedance element and the feedback-side impedance element is formed by a variable capacitance element, and the capacitance of the input-side impedance element and the feedback-side impedance element. The maximum attenuation is changed by changing the ratio.
[0016]
A tuning amplifier according to an eleventh aspect is the tuning amplifier according to any one of the first to sixth aspects, wherein the first resistor included in the first phase shift circuit and the fourth resistor included in the second phase shift circuit. At least one is formed by a variable resistor, and the tuning frequency is changed by changing the resistance value.
[0017]
A tuned amplifier according to a twelfth aspect is characterized in that, in the eighth or eleventh aspect, the variable resistance is formed by a channel of the FET, and the channel resistance is changed by changing a gate voltage.
[0018]
A tuning amplifier according to a thirteenth aspect is the tuning amplifier according to the eighth or eleventh aspect, wherein the variable resistor is formed by connecting the source and drain of a p-channel type FET and an n-channel type FET in parallel. The channel resistance is changed by changing the size.
[0019]
A tuning amplifier according to a fourteenth aspect is the tuning amplifier according to any one of the first, third, and fourth aspects, wherein the capacitor included in at least one of the first and second phase shift circuits is formed by a variable capacitance element, and the capacitance It is characterized in that the tuning frequency is changed by changing.
[0020]
A tuned amplifier according to claim 15 is characterized in that in claim 10 or 14, the variable capacitance element is formed by a variable capacitance diode whose reverse bias voltage can be changed, or an FET whose gate capacitance can be changed by changing the gate voltage. To do.
[0021]
A tuning amplifier according to a sixteenth aspect is the tuning amplifier according to any one of the second to fourth aspects, wherein the tuning frequency is changed by changing an inductance of the inductor included in at least one of the first and second phase shift circuits. It is characterized by.
[0022]
A tuned amplifier according to a seventeenth aspect is the tuned amplifier according to the sixteenth aspect, wherein the inductor is formed on a semiconductor substrate and has two spiral electrodes magnetically coupled to each other through a magnetic material, The inductance of the other electrode is changed by changing the magnitude of the DC bias current flowing through the other electrode.
[0023]
The tuned amplifier of claim 18 in claim 16,
The inductor is
An inductor conductor formed in a substantially spiral shape on a substrate;
A control conductor formed on the substrate and substantially concentrically with the inductor conductor, through which a predetermined DC bias current flows;
A magnetic body formed to cover the inductor conductor and the control conductor;
And changing the DC bias current flowing through the control conductor to change the inductance appearing at both ends of the inductor conductor.
[0024]
The tuned amplifier according to claim 19 is according to claim 16,
The inductor is
An inductor conductor formed in a substantially spiral shape on a substrate;
A control conductor which is formed in a substantially flat spiral shape at a position adjacent to the inductor conductor on the substrate, and a predetermined DC bias current flows;
A magnetic body formed in an annular shape so as to pass through each of the spiral centers of the inductor conductor and the control conductor;
And changing the DC bias current flowing through the control conductor to change the inductance appearing at both ends of the inductor conductor.
[0025]
A tuned amplifier according to claim 20 is the tuning amplifier according to any one of claims 1 to 6, wherein the first resistor included in the first phase shift circuit and the fourth resistor included in the second phase shift circuit. The tuning frequency is changed by replacing at least one of the resistors with a plurality of resistors whose resistance values are fixed and selectively connecting them by switching.
[0026]
A tuning amplifier according to a twenty-first aspect is the tuning amplifier according to any one of the first, third, and fourth aspects, wherein the capacitor included in at least one of the first and second phase shift circuits is replaced with a plurality of capacitors having fixed capacitances. Instead, the tuning frequency is changed by selective connection by switching.
[0027]
A tuned amplifier according to claim 22 is the switch according to any one of claims 2 to 4, wherein the inductor included in at least one of the first and second phase shift circuits is replaced with a plurality of inductors having fixed inductances. The tuning frequency is changed by selectively connecting by switching.
[0028]
A tuned amplifier according to claim 23 is the amplifier according to any one of claims 1, 3, and 4, wherein the capacitor included in at least one of the first and second phase shift circuits includes an amplifier having a negative gain. By replacing with a capacitor element connected in parallel between the input and output of the amplifier, the capacitance viewed from the input side of the amplifier is actually made larger than the capacitance of the capacitor element.
[0029]
A tuning amplifier according to a twenty-fourth aspect is characterized in that, in the twenty-third aspect, the tuning frequency is changed by changing a gain of the amplifier and changing a capacitance viewed from an input side of the amplifier.
[0030]
A tuned amplifier according to claim 25 is the amplifier according to any one of claims 2 to 4, wherein the inductor included in at least one of the first and second phase shift circuits has a gain set between 0 and 1. The inductance viewed from the input side of the amplifier is actually made larger than the inductance of the inductor element by replacing with an inductor element connected in parallel between the input and output of the amplifier.
[0031]
A tuning amplifier according to a twenty-sixth aspect is the tuning amplifier according to the twenty-fifth aspect, wherein the tuning frequency is changed by changing a gain of the amplifier and changing an inductance viewed from an input side of the amplifier.
[0032]
A tuned amplifier according to claim 27 is formed as a semiconductor integrated circuit according to any one of claims 1 to 26.
[0033]
In the invention according to each of the above-described claims, the amplitude of the input / output signal does not change in each of the first and second phase shift circuits, and only the phase is shifted by a predetermined amount according to the element constant such as the capacitor. The total phase shift amount is 180 ° by the two phase shift circuits as a whole, that is, the tuning operation is performed at a frequency such that the total phase shift amount is 360 ° by the two phase shift circuits and the phase inversion circuit as a whole. Is called.
[0034]
In particular, when the differential input amplifier included in the above-described phase shift circuit is an operational amplifier, the operation of the phase shift circuit can be stabilized.
[0035]
Also, both the input-side impedance element and the feedback-side impedance element are both formed by resistors or capacitors, and by changing at least one element constant, the tuning point is not accompanied by amplitude fluctuation at the tuning point. It is possible to arbitrarily change the maximum attenuation amount in the frequency region away from.
[0036]
Further, by changing each element constant of the capacitor or inductor included in the phase shift circuit or a resistor connected in series with these elements, the amount of phase shift in each phase shift circuit changes. As a whole, the frequency at which the total phase shift amount is 180 °, that is, the tuning frequency can be arbitrarily changed. In particular, when changing the resistance value, the resistance between the source and drain of the FET can be used, and when changing the capacitance of the capacitor, an element such as a variable capacitance diode can be used. Suitable for forming in Furthermore, with respect to the inductor, in the two magnetically coupled electrodes formed on the semiconductor substrate, the inductance of the other electrode can be directly changed by changing the magnitude of the DC bias current flowing to one electrode. This is also suitable for forming a variable inductor on a semiconductor substrate.
[0037]
Further, in order to change the tuning frequency as described above, a plurality of resistors or the like may be selectively used by switching a switch in addition to continuously changing the element constant such as a resistor.
[0038]
In addition, the capacitors and inductors included in the phase shift circuit are apparently large by replacing the capacitor element or a circuit in which the inductor element and the amplifier are connected in parallel, thereby actually increasing the capacitance of the capacitor element and the inductance of the inductor element. Can show. Therefore, in practice, capacitor elements and inductor elements can be formed with a small occupied area, and these capacitances and inductances can be converted into large values, and the occupied area of the semiconductor substrate can be reduced.
[0039]
In addition, any component of the above-described tuning amplifier can be formed on a semiconductor substrate. When integrated in this way, the entire circuit can be reduced in size and the manufacturing cost can be reduced.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a tuning amplifier according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
[0041]
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a tuning amplifier according to a first embodiment to which the present invention is applied. The tuning amplifier 1 shown in FIG. 1 includes two phase shift circuits 10C and 110C that each perform a phase shift of 180 ° in total at a predetermined frequency by shifting the phase of an input signal by a predetermined amount, and a phase shift circuit 110C. A phase inverting circuit 80 that inverts the phase of the output signal and amplifies and outputs the signal with a predetermined amplification factor, and a feedback resistor 70 and an input resistor 74 (the input resistor 74 has a resistance value n times that of the feedback resistor 70). And an adder circuit that adds a signal (feedback signal) output from the phase inverting circuit 80 and a signal (input signal) input to the input terminal 90 at a predetermined ratio. It is configured.
[0042]
FIG. 2 shows an extracted configuration of the preceding phase shift circuit 10C shown in FIG. The front phase shift circuit 10C shown in the figure includes an FET 12 whose gate is connected to the input terminal 22 via a capacitor 28, a capacitor 14 and a variable resistor 16 connected in series between the source and drain of the FET 12, The resistor 18 is connected between the drain of the FET 12 and the positive power supply, and the resistor 20 is connected between the source of the FET 12 and the ground.
[0043]
Here, the resistance values of the two resistors 20 and 18 connected to the source and drain of the FET 12 described above are set to be substantially equal, and the phase is matched when focusing on the AC component of the input voltage applied to the input terminal 22. The output signal is output from the source of the FET 12 and the inverted signal is output from the drain of the FET 12.
[0044]
The capacitor 28 inserted between the gate of the FET 12 and the input terminal 22 is for blocking a direct current, and its impedance is extremely small at the operating frequency, that is, has a large capacitance. A resistor 26 connected between the gate of the FET 12 and the ground is for applying an appropriate bias voltage to the FET 12.
[0045]
In the phase shift circuit 10C having such a configuration, when a predetermined AC signal is input to the input terminal 22, that is, when a predetermined AC voltage (input voltage) is applied to the gate of the FET 12, the source of the FET 12 is An AC voltage having the same phase as the input voltage appears, and on the other hand, an AC voltage having the same amplitude as that of the voltage appearing at the source and opposite in phase to the input voltage appears at the drain of the FET 12. The amplitude of the AC voltage appearing at the source and the drain is assumed to be Ei.
[0046]
A series circuit including a variable resistor 16 and a capacitor 14 is connected between the source and drain of the FET 12. Therefore, a signal obtained by synthesizing the voltages appearing at the source and drain of the FET 12 via the capacitor 14 or the variable resistor 16 is output from the output terminal 24.
[0047]
FIG. 3 is a vector diagram showing the relationship between the input / output voltage of the phase shift circuit 10C and the voltage appearing in the capacitor or the like.
[0048]
Since an AC voltage having the same phase and opposite phase as the input voltage and having a voltage amplitude of Ei appears at the source and drain of the FET 12, the potential difference (AC component) between the source and drain becomes 2Ei. Further, the voltage VR1 appearing at both ends of the variable resistor 16 and the voltage VC1 appearing at both ends of the capacitor 14 are out of phase with each other by 90 °, and these are synthesized (added) in vector between the source and drain of the FET 12. Is equal to the potential difference 2Ei.
[0049]
Therefore, as shown in FIG. 3, a right triangle that forms two sides where the voltage VR1 of the variable resistor 16 and the voltage VC1 of the capacitor 14 are orthogonal to each other is formed with twice the voltage Ei as the hypotenuse. For this reason, when the amplitude of the input signal is constant and only the frequency changes, the voltage VR1 across the variable resistor 16 and the voltage VC1 across the capacitor 14 change along the circumference of the semicircle shown in FIG.
[0050]
If the potential difference between the connection point of the variable resistor 16 and the capacitor 14 and the ground is taken out as the output voltage Eo, the output voltage Eo starts from the center point in the semicircle shown in FIG. It can be represented by a vector whose end point is one point on the circumference where the voltage VC1 intersects, and its magnitude is equal to the radius Ei of the semicircle. Moreover, even if the frequency of the input signal changes, the end point of this vector only moves on the circumference, so that a stable output whose output amplitude does not change according to the frequency can be obtained.
[0051]
As apparent from FIG. 3, since the voltage VR1 and the voltage VC1 intersect at right angles on the circumference, the phase difference between the input voltage applied to the gate of the FET 12 and the voltage VR1 is theoretically the frequency ω. Changes from 90 ° to 0 ° as 0 changes from 0 to ∞. The phase shift amount φ1 of the entire phase shift circuit 10C is twice that and changes from 180 ° to 0 ° according to the frequency. In addition, the phase shift amount φ1 can be changed by varying the resistance value R of the variable resistor 16.
[0052]
FIG. 4 shows an extracted configuration of the subsequent phase shift circuit 110C shown in FIG. The subsequent phase shift circuit 110C shown in the figure shifts the phase of the signal input to the input terminal 122 by a predetermined amount and inputs it to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 112, which is a kind of differential input amplifier. A capacitor 114 and a variable resistor 116, a resistor 118 inserted between the input terminal 122 and the inverting input terminal of the operational amplifier 112, and a resistor 120 inserted between the output terminal 124 of the operational amplifier 112 and the inverting input terminal. It is configured to include.
[0053]
In the phase shift circuit 110 </ b> C having such a configuration, when a predetermined AC signal is input to the input terminal 122, the voltage VR <b> 2 that appears across the variable resistor 116 is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 112.
[0054]
Further, since there is no potential difference between the two inputs (inverted input terminal and non-inverted input terminal) of the operational amplifier 112 shown in FIG. 4, the potential of the inverted input terminal of the operational amplifier 112 and the connection point between the capacitor 114 and the variable resistor 116. Is equal to the potential. Therefore, the same voltage VC2 as the voltage VC2 appearing across the capacitor 114 appears across the resistor 118.
[0055]
Here, when the resistance values of the resistor 118 and the resistor 120 are equal, the same current flows through the two resistors 118 and 120, so that the voltage VC 2 appears at both ends of the resistor 120. In addition, the voltage VC2 appearing at both ends of the two resistors 118 and 120 is vector-oriented in the same direction, and the voltage VC2 across the resistor 118 is considered based on the inverting input terminal (voltage VR2) of the operational amplifier 112. Is added to the input voltage Ei ', and the output voltage Eo is obtained by subtracting the voltage C2 across the resistor 120 in vector.
[0056]
FIG. 5 is a vector diagram showing the relationship between the input / output voltage of the subsequent phase shift circuit 110C and the voltage appearing in the capacitor or the like.
[0057]
As shown in the figure, the voltage VR2 appearing at both ends of the variable resistor 116 and the voltage VC2 appearing at both ends of the capacitor 114 are 90 ° out of phase with each other, and the vector addition of these is the input voltage Ei ′. Become. Therefore, when the amplitude of the input signal is constant and only the frequency changes, the both-ends voltage VR2 of the variable resistor 116 and the both-ends voltage VC2 of the capacitor 114 change along the circumference of the semicircle shown in FIG.
[0058]
As described above, the output voltage Eo is obtained by subtracting the voltage VC2 from the voltage VR2 in a vector manner. Considering the voltage VR2 applied to the non-inverting input terminal as a reference, the input voltage Ei ′ and the output voltage Eo differ only in the direction of synthesizing the voltage VC2, and their absolute values are equal. Therefore, the relationship between the magnitude of the input / output voltage and the phase can be expressed by an isosceles square with the input voltage Ei ′ and the output voltage Eo as the hypotenuse and the base of twice the voltage VC2, and the amplitude of the output signal is represented by the frequency. Regardless of the amplitude of the input signal, it can be seen that the phase shift amount is represented by φ2 shown in FIG.
[0059]
Further, as apparent from FIG. 5, since the voltage VR2 and the voltage VC2 intersect at right angles on the circumference, the phase difference between the input voltage Ei ′ and the voltage VR2 theoretically has a frequency ω from 0 to ∞. It changes from 90 ° to 0 ° as it changes. The shift amount φ2 of the entire phase shift circuit 110C is twice that, and changes from 180 ° to 0 ° depending on the frequency. In addition, the phase shift amount φ2 can be changed by varying the resistance value R of the variable resistor 116.
[0060]
In this way, the phase is shifted by a predetermined amount in each of the two phase shift circuits 10C and 110C. Moreover, as shown in FIGS. 3 and 5, the relative phase relationship of the input voltages in the respective phase shift circuits 10C and 110C is the same direction, and the two phase shift circuits 10C and 110C as a whole at a predetermined frequency. A signal with a phase shift amount of 180 ° is output.
[0061]
1 includes an operational amplifier 82 in which an input signal is input to an inverting input terminal via a resistor 84 and a non-inverting input terminal is grounded, and an inverting input terminal and an output of the operational amplifier 82. And a resistor 86 connected between the terminals. When an AC signal is input to the inverting input terminal of the operational amplifier 82 via the resistor 84, a reversed-phase signal whose phase is reversed is output from the output terminal of the operational amplifier 82. This reversed-phase signal is shown in FIG. It is taken out from the output terminal 92 of the tuning amplifier 1.
[0062]
The output of the phase inverting circuit 80 is fed back to the input side of the previous phase shift circuit 10C through the feedback resistor 70, and the fed back signal and the signal input through the input resistor 74 are connected. The added voltage is applied to the input terminal (input terminal 22 shown in FIG. 2) of the preceding phase shift circuit 10C.
[0063]
Further, the amplification degree of the phase inverting circuit 80 described above is determined by the resistance ratio of the resistors 84 and 86, and by adjusting this resistance ratio, the loop gain of the tuning amplifier 1 having the configuration shown in FIG. Yes. In other words, the loop gain can be set to approximately 1 by actually compensating for the amount of attenuation of the signal amplitude caused by passing through the preceding phase shift circuit 10C with the phase inversion circuit 80.
[0064]
FIG. 6 is a system diagram in which the entire two phase shift circuits 10C and 110C having the above-described configuration and the phase inversion circuit 80 are replaced with a circuit having a transfer function K1, and a resistor R0 is connected in parallel with the circuit having the transfer function K1. Is connected to an input resistor 74 having a resistance value (nR0) that is n times that of the feedback resistor 70 in series. FIG. 7 is a system diagram in which the system shown in FIG. 6 is converted by Miller's theorem, and the transfer function A of the entire system after conversion is
[Expression 1]
Figure 0003628389
Can be expressed as
[0065]
By the way, the transfer function K2 of the phase shift circuit 10C in the previous stage is such that the resistance value of the variable resistor 16 is R, the capacitance of the capacitor 14 is C, and the time constant of the CR circuit comprising the variable resistor 16 and the capacitor 14 is T. 1 Then,
[Expression 2]
Figure 0003628389
It becomes. Here, k is the attenuation ratio of the input / output signal and takes a value of 1 or less.
[0066]
Further, the transfer function K3 of the phase-shift circuit 110C at the subsequent stage is such that the resistance value of the variable resistor 116 is R, the capacitance of the capacitor 114 is C, and the time constant of the CR circuit composed of the variable resistor 116 and the capacitor 114 is T. 2 Then,
[Equation 3]
Figure 0003628389
It becomes. Therefore, the overall transfer function K1 when the phase shift circuits 10C and 110C and the phase inversion circuit 80 with a gain (−1 / k) are connected is
[Expression 4]
Figure 0003628389
It becomes. In order to simplify the calculation, the time constant T of each phase shift circuit 1 , T 2 Both are T. Substituting this equation (4) into the above equation (1),
[Equation 5]
Figure 0003628389
It becomes.
[0067]
According to the equation (5), it can be seen that when ω = 0 (DC region), A = −1 / (2n + 1), and the maximum attenuation is given. It can also be seen that the maximum attenuation is given when ω = ∞. Further, the tuning point of ω = 1 / T (when the time constants of the phase shift circuits are different, ω = 1 / √ (T 1 ・ T 2 It can be seen that A = 1 at the tuning point)) and is independent of the resistance ratio n of the feedback resistor 70 and the input resistor 74. In other words, as shown in FIG. 8, even if the value of n is changed, the tuning point is not shifted and the attenuation at the tuning point is not changed.
[0068]
Thus, according to the tuning amplifier 1 of this embodiment, even if the resistance ratio n between the feedback resistor 70 and the input resistor 74 is changed, the tuning frequency and the gain at the time of tuning are constant, and only the maximum attenuation is changed. Can do. On the contrary, since the maximum attenuation is determined by the resistance ratio n described above, even when the tuning frequency is changed by changing the resistance value of the variable resistor 16 or 116 in each of the phase shift circuits 10C and 110C, The maximum attenuation is not affected, and the tuning frequency, the gain at the tuning frequency, and the maximum attenuation can be adjusted without interfering with each other.
[0069]
In addition, the tuning amplifier 1 of the first embodiment is configured by combining FETs, operational amplifiers, capacitors, and resistors, and any component can be formed on a semiconductor substrate, so that the tuning frequency and the maximum attenuation can be increased. It is easy to form an integrated circuit by forming the entire tuning amplifier 1 that can be adjusted on a semiconductor substrate.
[0070]
By the way, in the tuning amplifier of the first embodiment described above, each of the two phase shift circuits 10C and 110C includes the capacitor 14 or 114, but an inductor can be used instead of the capacitor.
[0071]
FIG. 9 is a diagram showing a modified example of the previous phase shift circuit 10C, and shows the configuration of the phase shift circuit 10L in which an LR circuit is connected between the source and drain of the FET. The phase shift circuit 10L shown in the figure has a configuration in which the CR circuit composed of the variable resistor 16 and the capacitor 14 in the phase shift circuit 10C shown in FIG. 2 is replaced with an LR circuit composed of the inductor 17 and the variable resistor 16. ing. As shown in FIG. 9, one end of the variable resistor 16 is connected to the source of the FET 12, and one end of the inductor 17 is connected to the drain of the FET 12 through a DC current blocking capacitor 19.
[0072]
Therefore, a signal obtained by synthesizing each of the voltages appearing at the source and drain of the FET 12 via the variable resistor 16 or the inductor 17 is output from the output terminal 24.
[0073]
FIG. 10 is a vector diagram showing the relationship between the input / output voltage of the phase shift circuit 10L and the voltage appearing in the inductor or the like.
[0074]
As described with respect to the phase shift circuit 10C, since an AC voltage having the same voltage amplitude and Ei as the input voltage appears at the source and drain of the FET 12, respectively, the potential difference (AC component) between the source and drain is 2Ei. In addition, the voltage VL1 appearing at both ends of the inductor 17 and the voltage VR3 appearing at both ends of the variable resistor 16 are out of phase with each other by 90 °. Is equal to the potential difference 2Ei.
[0075]
Therefore, as shown in FIG. 10, a right-angled triangle that forms two sides where the voltage VL1 across the inductor 17 and the voltage VR3 across the variable resistor 16 are orthogonal is formed with twice the voltage Ei as the hypotenuse. For this reason, when the amplitude of the input signal is constant and only the frequency changes, the both-ends voltage VL1 of the inductor 17 and the both-ends voltage VR3 of the variable resistor 16 change along the circumference of the semicircle shown in FIG.
[0076]
If the potential difference between the connection point of the inductor 17 and the variable resistor 16 and the ground is taken out as the output voltage Eo, the output voltage Eo starts from the center point in the semicircle shown in FIG. It can be represented by a vector whose end point is one point on the circumference where the voltage VR3 intersects, and its magnitude is equal to the radius Ei of the semicircle. Moreover, even if the frequency of the input signal changes, the end point of this vector only moves on the circumference, so that a stable output whose output amplitude does not change according to the frequency can be obtained.
[0077]
Further, as apparent from FIG. 10, since the voltage VL1 and the voltage VR3 intersect at right angles on the circumference, the phase difference between the input voltage applied to the gate of the FET 12 and the voltage VL1 is theoretically the frequency ω. Changes from 90 ° to 0 ° as 0 changes from 0 to ∞. The phase shift amount φ1 of the entire phase shift circuit 10L is twice that, and changes from 180 ° to 0 ° according to the frequency. In addition, the phase shift amount φ1 can be changed by varying the resistance value R of the variable resistor 16.
[0078]
Note that the transfer function of the phase shift circuit 10L is such that the resistance value of the variable resistor 16 is R, the inductance of the inductor 17 is L, and the time constant of the LR circuit composed of the variable resistor 16 and the inductor 17 is T. 1 If (= L / R), it can be expressed by the above-described equation (2). That is, when expressed using a time constant, it can be seen that the phase shift circuit 10C shown in FIG. 2 is equivalent to the phase shift circuit 10L shown in FIG.
[0079]
Accordingly, in FIG. 1, a tuned amplifier can be configured by replacing the preceding phase shift circuit 10C with the phase shift circuit 10L shown in FIG. 9, and even in this case, the maximum attenuation is not affected. The tuning frequency, the gain at the tuning frequency, and the maximum attenuation can be adjusted without interfering with each other.
[0080]
In particular, when the preceding phase shift circuit 10C is replaced with the phase shift circuit 10L shown in FIG. 9, the time constant T of the LR circuit in the previous phase shift circuit 10L is L / R, and the subsequent phase shift circuit Since the time constant T of the CR circuit in 110C is CR and the resistance value R is divided into a denominator and a numerator in each of them, for example, the entire tuning amplifier is formed on a semiconductor substrate and each variable resistor is formed by an FET. In such a case, so-called temperature compensation is possible, in which fluctuations in the tuning frequency with respect to temperature changes in the resistance values of the variable resistors are suppressed. The same applies to the case where various tuning amplifiers described later are configured by combining a phase shift circuit including a CR circuit and a phase shift circuit including an LR circuit.
[0081]
FIG. 11 is a diagram illustrating a modified example of the subsequent phase shift circuit 110C, and shows a configuration of the phase shift circuit 110L in which an LR circuit is connected to the input side of the operational amplifier. The phase shift circuit 110L shown in the figure has a configuration in which the CR circuit composed of the variable resistor 116 and the capacitor 114 in the phase shift circuit 110C shown in FIG. 4 is replaced with an LR circuit composed of the inductor 117 and the variable resistor 116. ing. As shown in FIG. 11, one end of the variable resistor 116 is connected to the input end 122, and the connection point between the variable resistor 116 and the inductor 117 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 112.
[0082]
FIG. 12 is a vector diagram showing the relationship between the input / output voltage of the phase shift circuit 110L and the voltage appearing in the inductor or the like.
[0083]
As shown in the figure, the voltage VL2 appearing at both ends of the inductor 117 and the voltage VR4 appearing at both ends of the variable resistor 116 are 90 ° out of phase with each other. Become. Therefore, when the amplitude of the input signal is constant and only the frequency changes, the both-ends voltage VL2 of the inductor 117 and the both-ends voltage VR4 of the variable resistor 116 change along the circumference of the semicircle shown in FIG.
[0084]
As described above, the output voltage Eo is obtained by subtracting the voltage VR4 from the voltage VL2 in a vector manner. Considering the voltage VL2 applied to the non-inverting input terminal as a reference, the input voltage Ei 'and the output voltage Eo differ only in the direction in which the voltage VR4 is synthesized, and their absolute values are equal. Therefore, the relationship between the magnitude and phase of the input / output voltage can be represented by an isosceles triangle with the input voltage Ei ′ and the output voltage Eo as the hypotenuse and the base of twice the voltage VR4, and the amplitude of the output signal depends on the frequency. Regardless of the amplitude of the input signal, it can be seen that the phase shift amount is represented by φ2 shown in FIG.
[0085]
Further, as apparent from FIG. 12, since the voltage VL2 and the voltage VR4 intersect at right angles on the circumference, the phase difference between the input voltage Ei ′ and the voltage VL2 theoretically has a frequency ω from 0 to ∞. It changes from 90 ° to 0 ° as it changes. The shift amount φ2 of the entire phase shift circuit 110L is twice that, and changes from 180 ° to 0 ° depending on the frequency. In addition, the phase shift amount φ2 can be changed by varying the resistance value R of the variable resistor 116.
[0086]
Note that the transfer function of the phase shift circuit 110L is that the resistance value of the variable resistor 116 is R, the inductance of the inductor 117 is L, and the time constant of the LR circuit composed of the variable resistor 116 and the inductor 117 is T. 2 If (= L / R), it can be expressed by the above-described equation (3). That is, when expressed using a time constant, it can be seen that the phase shift circuit 110C shown in FIG. 4 is equivalent to the phase shift circuit 110L shown in FIG.
[0087]
Therefore, in FIG. 1, it is possible to configure a tuning amplifier by replacing the subsequent phase shift circuit 110C with the phase shift circuit 110L shown in FIG. 11, and even in this case, the maximum attenuation is not affected. The tuning frequency, the gain at the tuning frequency, and the maximum attenuation can be adjusted without interfering with each other.
[0088]
In FIG. 1, the preceding phase shift circuit 10C may be replaced with the phase shift circuit 10L shown in FIG. 9, and the subsequent phase shift circuit 110C may be replaced with the phase shift circuit 110L shown in FIG. it can. In particular, when the two phase shift circuits constituting the tuning amplifier are both configured to include the LR circuit, when the tuning amplifier is formed as an integrated circuit, the inductance of the inductor included in each phase shift circuit is reduced and the frequency ω ( = R / L) can be easily increased, and is suitable for increasing the tuning frequency.
[0089]
Further, in the various tuning amplifiers described above, the phase shift circuit 10C or 10L is disposed in the previous stage and the phase shift circuit 110C or 110L is disposed in the subsequent stage, respectively, and the phase shift amount between the input and output signals is 180 ° as a whole. Therefore, the phase amplifier 110C or 110L may be replaced in the preceding stage and the phase shift circuit 10C or 10L may be disposed in the subsequent stage to configure the tuning amplifier.
[0090]
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a tuning amplifier according to the second embodiment to which the present invention is applied. The tuning amplifier 2 shown in FIG. 2 includes two phase shift circuits 30C and 130C that respectively shift the phase of the input signal by a predetermined amount to shift the phase by 180 ° in total at a predetermined frequency, and the phase shift circuit 130C. A phase inverting circuit 80 that inverts the phase of the output signal and amplifies and outputs the signal with a predetermined amplification factor, and a feedback resistor 70 and an input resistor 74 (the input resistor 74 has a resistance value n times that of the feedback resistor 70). And an adder circuit that adds a signal (feedback signal) output from the phase inverting circuit 80 and a signal (input signal) input to the input terminal 90 at a predetermined ratio. It is configured.
[0091]
FIG. 14 shows an extracted configuration of the previous phase shift circuit 30C shown in FIG. The phase-shift circuit 30C in the preceding stage shown in the figure includes an FET 32 whose gate is connected to the input terminal 42 via a capacitor 48, a variable resistor 36 and a capacitor 34 connected in series between the source and drain of the FET 32, The resistor 38 is connected between the drain of the FET 32 and the positive power supply, and the resistor 40 is connected between the source of the FET 32 and the ground.
[0092]
Here, the resistance values of the two resistors 40 and 38 connected to the source and drain of the FET 32 described above are set to be approximately equal, and the phase is matched when focusing on the AC component of the input voltage applied to the input terminal 42. The output signal is output from the source of the FET 32 and the inverted signal is output from the drain of the FET 32.
[0093]
The capacitor 48 inserted between the gate of the FET 32 and the input terminal 42 is for blocking a direct current, and its impedance is extremely small at the operating frequency, that is, has a large capacitance. A resistor 46 connected between the gate of the FET 32 and the ground is for applying an appropriate bias voltage to the FET 32.
[0094]
In the phase shift circuit 30C having such a configuration, when a predetermined AC signal is input to the input terminal 42, that is, when a predetermined AC voltage (input voltage) is applied to the gate of the FET 32, the source of the FET 32 is An AC voltage having the same phase as the input voltage appears. On the other hand, an AC voltage having the same amplitude as that of the voltage appearing at the source and opposite in phase to the input voltage appears at the drain of the FET 32. The amplitude of the AC voltage appearing at the source and the drain is assumed to be Ei.
[0095]
A series circuit including a capacitor 34 and a variable resistor 36 is connected between the source and drain of the FET 32. Therefore, a signal obtained by synthesizing the voltages appearing at the source and drain of the FET 32 via the variable resistor 36 or the capacitor 34 is output from the output terminal 44.
[0096]
FIG. 15 is a vector diagram showing the relationship between the input / output voltage of the phase shift circuit 30C and the voltage appearing in the capacitor or the like.
[0097]
Since an AC voltage having the same phase and opposite phase to the input voltage and having a voltage amplitude of Ei appears at the source and drain of the FET 32, the potential difference (AC component) between the source and drain becomes 2Ei. Further, the voltage VC3 appearing at both ends of the capacitor 34 and the voltage VR5 appearing at both ends of the variable resistor 36 are out of phase with each other by 90 °, and these are combined (added) in a vector manner between the source and drain of the FET 32. Is equal to the potential difference 2Ei.
[0098]
Therefore, as shown in FIG. 15, a right-angled triangle that forms two sides in which the voltage VC3 across the capacitor 34 and the voltage VR5 across the variable resistor 36 are orthogonal to each other has twice the voltage Ei as the hypotenuse. For this reason, when the amplitude of the input signal is constant and only the frequency changes, the voltage VC3 across the capacitor 34 and the voltage VR5 across the variable resistor 36 change along the circumference of the semicircle shown in FIG.
[0099]
If the potential difference between the connection point of the variable resistor 36 and the capacitor 34 and the ground is taken out as the output voltage Eo, the output voltage Eo starts from the center point in the semicircle shown in FIG. It can be expressed as a vector whose end point is one point on the circumference where the voltage VR5 intersects, and its magnitude is equal to the radius Ei of the semicircle. Moreover, even if the frequency of the input signal changes, the end point of this vector only moves on the circumference, so that a stable output whose output amplitude does not change according to the frequency can be obtained.
[0100]
Further, as apparent from FIG. 15, since the voltage VC3 and the voltage VR5 intersect at right angles on the circumference, the phase difference between the input voltage applied to the gate of the FET 32 and the voltage VC3 is theoretically the frequency ω. As 0 changes from 0 to ∞, it changes from 0 ° to 90 °. The phase shift amount φ3 of the entire phase shift circuit 30C is twice that and changes from 0 ° to 180 ° depending on the frequency. In addition, the phase shift amount φ3 can be changed by varying the resistance value R of the variable resistor 36.
[0101]
FIG. 16 shows an extracted configuration of the subsequent phase shift circuit 130C shown in FIG. The latter-stage phase shift circuit 130C shown in the figure shifts the phase of the signal input to the input terminal 142 by a predetermined amount and inputs it to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 132 as a kind of differential input amplifier. A variable resistor 136 and a capacitor 134, a resistor 138 inserted between the input terminal 142 and the inverting input terminal of the operational amplifier 132, and a resistor 140 inserted between the output terminal 144 of the operational amplifier 132 and the inverting input terminal. It is configured to include.
[0102]
In the phase shift circuit 130 </ b> C having such a configuration, when a predetermined AC signal is input to the input terminal 142, the voltage VC <b> 4 that appears across the capacitor 134 is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 132.
[0103]
Further, since there is no potential difference between the two inputs (inverted input terminal and non-inverted input terminal) of the operational amplifier 132 shown in FIG. 16, the potential of the inverted input terminal of the operational amplifier 132 and the connection point between the variable resistor 136 and the capacitor 134 are obtained. Is equal to the potential. Accordingly, the same voltage VR6 appears at both ends of the resistor 138 as the voltage VR6 that appears at both ends of the variable resistor 136.
[0104]
Here, when the resistance values of the resistor 138 and the resistor 140 are equal, the same current flows through the two resistors 138 and 140, so that the voltage VR 6 appears at both ends of the resistor 140. Moreover, the voltage VR6 appearing at both ends of the two resistors 138 and 140 is vector-oriented in the same direction, and the voltage VR6 across the resistor 138 is considered based on the inverting input terminal (voltage VC4) of the operational amplifier 132. Is added to the input voltage Ei ', and the output voltage Eo is obtained by subtracting the voltage R6 across the resistor 140 in vector.
[0105]
FIG. 17 is a vector diagram showing the relationship between the input / output voltage of the subsequent phase shift circuit 130C and the voltage appearing in the capacitor or the like.
[0106]
As shown in the figure, the voltage VC4 appearing at both ends of the capacitor 134 and the voltage VR6 appearing at both ends of the variable resistor 136 are 90 ° out of phase with each other, and the vector addition of these is the input voltage Ei ′. Become. Therefore, when the amplitude of the input signal is constant and only the frequency changes, the voltage VC4 across the capacitor 134 and the voltage VR6 across the variable resistor 136 change along the circumference of the semicircle shown in FIG.
[0107]
As described above, the output voltage Eo is obtained by subtracting the voltage VR6 from the voltage VC4 in a vector manner. Considering the voltage VC4 applied to the non-inverting input terminal as a reference, the input voltage Ei ′ and the output voltage Eo differ only in the direction in which the voltage VR6 is synthesized, and their absolute values are equal. Therefore, the relationship between the magnitude and the phase of the input / output voltage can be expressed by an isosceles square with the input voltage Ei ′ and the output voltage Eo as the hypotenuse and twice the voltage VR6 as the base, and the amplitude of the output signal depends on the frequency. Regardless of the amplitude of the input signal, it can be seen that the phase shift amount is represented by φ4 shown in FIG.
[0108]
Further, as apparent from FIG. 17, since the voltage VC4 and the voltage VR6 intersect at right angles on the circumference, the phase difference between the input voltage Ei ′ and the voltage VC4 is theoretically from 0 to ∞. It changes from 0 ° to 90 ° as it changes. The shift amount φ4 of the entire phase shift circuit 130C is twice that, and changes from 0 ° to 180 ° depending on the frequency. In addition, the phase shift amount φ4 can be changed by varying the resistance value R of the variable resistor 136.
[0109]
In this way, the phase is shifted by a predetermined amount in each of the two phase shift circuits 30C and 130C. Moreover, as shown in FIGS. 15 and 17, the relative phase relationship between the input and output voltages in the phase shift circuits 30C and 130C is the same direction, and the entire two phase shift circuits 30C and 130C at a predetermined frequency. Thus, a signal with a phase shift amount of 180 ° is output.
[0110]
The phase inverting circuit 80 shown in FIG. 13 is the same as that shown in FIG. 1 and functions as an amplifier circuit having an amplification degree determined by the resistance ratio of the resistors 84 and 86, and also outputs the signal by inverting the phase of the input signal. To do.
[0111]
The output of the phase inverting circuit 80 is taken out from the output terminal 92 as the output of the tuning amplifier 2 and is fed back to the input side of the previous phase shift circuit 30C via the feedback resistor 70. The signal input through the input resistor 74 is added, and the added voltage is applied to the input terminal (the input terminal 42 shown in FIG. 14) of the phase shift circuit 30C.
[0112]
Further, by adjusting the amplification degree of the phase inverting circuit 80 described above, the loop gain of the tuning amplifier 2 having the configuration shown in FIG. In other words, in practice, the phase inversion circuit 80 compensates for the amount of attenuation of the signal amplitude caused by passing through the preceding phase shift circuit 30C, so that the loop gain can be set to approximately 1.
[0113]
By the way, the transfer function K21 of the preceding phase shift circuit 30C has the resistance value of the variable resistor 36 as R, the capacitance of the capacitor 34 as C, and the time constant of the CR circuit composed of these variable resistor 36 and capacitor 34 as T. 1 Then,
[Formula 6]
Figure 0003628389
It becomes. Here, k is the attenuation ratio of the input / output signal and takes a value of 1 or less.
[0114]
Further, the transfer function K31 of the subsequent phase shift circuit 130C has the resistance value of the variable resistor 136 as R, the capacitance of the capacitor 134 as C, and the time constant of the CR circuit composed of these variable resistor 136 and capacitor 134 as T. 2 Then,
[Expression 7]
Figure 0003628389
It becomes. Therefore, the total transfer function K11 when the phase shift circuits 30C and 130C and the phase inversion circuit 80 having a gain (−1 / k) are connected is as follows.
[Equation 8]
Figure 0003628389
This is the same as the equation (4) calculated for the tuning amplifier 1 of the first embodiment. That is, A shown in the equation (5) can be applied as it is to the transfer function of the entire tuning amplifier 2 of the second embodiment.
[0115]
Therefore, it can be seen that when ω = 0 (DC region), A = −1 / (2n + 1), which gives the maximum attenuation. It can also be seen that the maximum attenuation is given when ω = ∞. Further, the tuning point of ω = 1 / T (when the time constants of the phase shift circuits are different, ω = 1 / √ (T 1 ・ T 2 It can be seen that A = 1 at the tuning point)) and is independent of the resistance ratio n of the feedback resistor 70 and the input resistor 74. In other words, as shown in FIG. 8, even if the value of n is changed, the tuning point is not shifted and the attenuation at the tuning point is not changed.
[0116]
Thus, according to the tuning amplifier 2 of this embodiment, even if the resistance ratio n between the feedback resistor 70 and the input resistor 74 is changed, the tuning frequency and the gain at the time of tuning are constant, and only the maximum attenuation is changed. Can do. On the contrary, since the maximum attenuation is determined by the resistance ratio n described above, even when the tuning frequency is changed by changing the resistance value of the variable resistor 36 or 136 in each of the phase shift circuits 30C and 130C, The maximum attenuation is not affected, and the tuning frequency, the gain at the tuning frequency, and the maximum attenuation can be adjusted without interfering with each other.
[0117]
In addition, the tuning amplifier 2 of the second embodiment is configured by combining FETs, operational amplifiers, capacitors, and resistors, and any component can be formed on a semiconductor substrate. Therefore, the tuning frequency and the maximum attenuation can be increased. It is easy to form an integrated circuit by forming the entire tuning amplifier 2 that can be adjusted on a semiconductor substrate.
[0118]
Incidentally, in the tuning amplifier 2 of the second embodiment described above, each of the two phase shift circuits 30C and 130C includes the capacitor 34 or 134, but an inductor may be used instead of the capacitor.
[0119]
FIG. 18 is a diagram showing a modified example of the previous phase shift circuit 30C, and shows the configuration of the phase shift circuit 30L in which an LR circuit is connected between the source and drain of the FET. The phase shift circuit 30L shown in the figure has a configuration in which the CR circuit composed of the capacitor 34 and the variable resistor 36 in the phase shift circuit 30C shown in FIG. 14 is replaced with an LR circuit composed of the variable resistor 36 and the inductor 37. ing. As shown in FIG. 18, one end of the inductor 37 is connected to the source of the FET 32 via the DC blocking capacitor 39, and one end of the variable resistor 36 is connected to the drain of the FET 32.
[0120]
Therefore, a signal obtained by synthesizing each of the voltages appearing at the source and drain of the FET 32 via the inductor 37 or the variable resistor 36 is output from the output terminal 44.
[0121]
FIG. 19 is a vector diagram showing the relationship between the input / output voltage of the phase shift circuit 30L and the voltage appearing in the inductor or the like.
[0122]
As described with respect to the phase shift circuit 30C, an AC voltage having the same phase and opposite phase as the input voltage and having a voltage amplitude of Ei appears at the source and drain of the FET 32, so that the potential difference (AC component) between the source and drain is 2Ei. Further, the voltage VR7 appearing at both ends of the variable resistor 36 and the voltage VL3 appearing at both ends of the inductor 37 are out of phase with each other by 90 °, and these are combined (added) in a vector manner between the source and drain of the FET 32. Is equal to the potential difference 2Ei.
[0123]
Accordingly, as shown in FIG. 19, a right triangle that forms two sides where the voltage VR7 of the variable resistor 36 and the voltage VL3 of the inductor 37 are orthogonal is formed with twice the voltage Ei as the hypotenuse. For this reason, when the amplitude of the input signal is constant and only the frequency changes, the both-ends voltage VR7 of the variable resistor 36 and the both-ends voltage VL3 of the inductor 37 change along the circumference of the semicircle shown in FIG.
[0124]
If the potential difference between the connection point of the variable resistor 36 and the inductor 37 and the ground is taken out as the output voltage Eo, the output voltage Eo starts from the center point in the semicircle shown in FIG. It can be represented by a vector whose end point is one point on the circumference where the voltage VL3 intersects, and its magnitude is equal to the radius Ei of the semicircle. Moreover, even if the frequency of the input signal changes, the end point of this vector only moves on the circumference, so that a stable output whose output amplitude does not change according to the frequency can be obtained.
[0125]
Further, as apparent from FIG. 19, since the voltage VR7 and the voltage VL3 intersect at right angles on the circumference, the phase difference between the input voltage applied to the gate of the FET 32 and the voltage VR7 is theoretically the frequency ω. As 0 changes from 0 to ∞, it changes from 0 ° to 90 °. The phase shift amount φ3 of the entire phase shift circuit 30L is twice that, and varies from 0 ° to 180 ° depending on the frequency. In addition, the phase shift amount φ3 can be changed by varying the resistance value R of the variable resistor 36.
[0126]
The transfer function of the phase shift circuit 30L is such that the resistance value of the variable resistor 36 is R, the inductance of the inductor 37 is L, and the time constant of the LR circuit composed of the variable resistor 36 and the inductor 37 is T. 1 If (= L / R), it can be expressed by the above-described equation (6). That is, when expressed using a time constant, it can be seen that the phase shift circuit 30C shown in FIG. 14 is equivalent to the phase shift circuit 30L shown in FIG.
[0127]
Therefore, in FIG. 13, the phase-shift circuit 30C in the previous stage can be replaced with the phase-shift circuit 30L shown in FIG. 18, so that a tuning amplifier can be configured. Even in this case, the maximum attenuation is not affected. The tuning frequency, the gain at the tuning frequency, and the maximum attenuation can be adjusted without interfering with each other.
[0128]
FIG. 20 is a diagram showing a modified example of the latter-stage phase shift circuit 130C, and shows the configuration of the phase shift circuit 130L in which an LR circuit is connected to the input side of the operational amplifier. The phase shift circuit 130L shown in the figure has a configuration in which the CR circuit formed of the variable resistor 136 and the capacitor 134 in the phase shift circuit 130C shown in FIG. 16 is replaced with an LR circuit formed of the inductor 137 and the variable resistor 136. ing. As shown in FIG. 20, one end of the inductor 137 is connected to the input terminal 142, and the connection point between the inductor 137 and the variable resistor 136 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 132.
[0129]
FIG. 21 is a vector diagram showing the relationship between the input / output voltage of the phase shift circuit 130L and the voltage appearing in the inductor or the like.
[0130]
As shown in the figure, the voltage VR8 appearing at both ends of the variable resistor 136 and the voltage VL4 appearing at both ends of the inductor 137 are out of phase with each other by 90 °, and these are added in vector to obtain the input voltage Ei ′. Become. Therefore, when the amplitude of the input signal is constant and only the frequency changes, the both-ends voltage VR8 of the variable resistor 136 and the both-ends voltage VL4 of the inductor 137 change along the circumference of the semicircle shown in FIG.
[0131]
As described above, the output voltage Eo is obtained by subtracting the voltage VL4 from the voltage VR8 in a vector manner. Considering the voltage VR8 applied to the non-inverting input terminal as a reference, the input voltage Ei 'and the output voltage Eo differ only in the direction in which the voltage VL4 is synthesized, and their absolute values are equal. Therefore, the relationship between the magnitude and phase of the input / output voltage can be represented by an isosceles triangle with the input voltage Ei ′ and the output voltage Eo as the hypotenuse and the base of twice the voltage VL4. Regardless of the amplitude of the input signal, it can be seen that the phase shift amount is represented by φ4 shown in FIG.
[0132]
Further, as apparent from FIG. 21, since the voltage VR8 and the voltage VL4 intersect at a right angle on the circumference, the phase difference between the input voltage Ei ′ and the voltage VR8 theoretically has a frequency ω from 0 to ∞. It changes from 0 ° to 90 ° as it changes. The shift amount φ4 of the entire phase shift circuit 130L is twice that, and changes from 0 ° to 180 ° depending on the frequency. In addition, the phase shift amount φ4 can be changed by varying the resistance value R of the variable resistor 136.
[0133]
The transfer function of the phase shift circuit 130L is such that the resistance value of the variable resistor 136 is R, the inductance of the inductor 137 is L, and the time constant of the LR circuit composed of the variable resistor 136 and the inductor 137 is T31 (= L / R). Then, it can be expressed by the above-described equation (7). That is, when expressed using a time constant, it can be seen that the phase shift circuit 130C shown in FIG. 16 and the phase shift circuit 130L shown in FIG. 20 are equivalent.
[0134]
Therefore, in FIG. 13, the phase-shift circuit 130C in the subsequent stage can be replaced with the phase-shift circuit 130L shown in FIG. 20, and a tuning amplifier can be configured. Even in this case, the maximum attenuation is not affected. The tuning frequency, the gain at the tuning frequency, and the maximum attenuation can be adjusted without interfering with each other.
[0135]
In FIG. 13, the phase-shift circuit 30C in the previous stage is replaced with the phase-shift circuit 30L shown in FIG. 18, and the phase-shift circuit 130C in the subsequent stage is replaced with the phase-shift circuit 130L shown in FIG. it can.
[0136]
Further, in the various tuning amplifiers described above, the phase shift circuit 30C or 30L is arranged at the front stage and the phase shift circuit 130C or 130L is arranged at the rear stage, respectively, and the phase shift amount between the input and output signals is 180 ° as a whole. Therefore, the tuned amplifier may be configured by switching these before and after and arranging the phase shift circuit 130C or 130L in the previous stage and the phase shift circuit 30C or 30L in the subsequent stage.
[0137]
(Other embodiments)
By the way, the tuning amplifier of each embodiment described above is configured by two phase shift circuits and a phase inversion circuit, and the total phase shift amount is set to 0 ° at a predetermined frequency by the entire three connected circuits. Thus, a predetermined tuning operation is performed. Therefore, focusing only on the phase shift amount, there is a certain degree of freedom in the order in which the phase shift circuit and the phase inversion circuit are connected, and the connection order can be determined as necessary.
[0138]
FIG. 22 is a diagram illustrating a connection state in the case where a tuning amplifier is configured by combining two phase shift circuits and a phase inversion circuit. In these figures, the feedback-side impedance element 70a and the input-side impedance element 74a are for adding the output signals and input signals of the respective tuning amplifiers at a predetermined ratio, and are most commonly shown in FIG. As shown, the feedback resistor 70 is used as the feedback impedance element 70a, and the input resistor 74 is used as the input impedance element 74a.
[0139]
However, since the feedback side impedance element 70a and the input side impedance element 74a need only be added without changing the phase relationship of the signals input to the respective elements, both the feedback side impedance element 70a and the input side impedance element 74a are capacitors. Alternatively, both the feedback side impedance element 70a and the input side impedance element 74a may be formed by inductors. Alternatively, each impedance element may be formed by combining resistors, capacitors, or inductors so that the ratio of the real number and the imaginary number of impedances can be adjusted simultaneously.
[0140]
FIG. 22A shows a configuration in which a phase inverting circuit 80 is arranged after the two phase shift circuits, and corresponds to the tuning amplifier 1 shown in FIG. 1 or the tuning amplifier 2 shown in FIG. Yes. As described above, when the phase inverting circuit 80 is disposed in the subsequent stage, a large output current can be extracted by providing the phase inverting circuit 80 with the function of an output buffer.
[0141]
FIG. 22B shows a configuration in which a phase inversion circuit 80 is disposed between two phase shift circuits. In this way, when the phase inverting circuit 80 is arranged in the middle, mutual interference between the preceding phase shift circuit and the subsequent phase shift circuit can be completely prevented.
[0142]
FIG. 22C shows a configuration in which a phase inverting circuit 80 is arranged further upstream of the two phase shift circuits. As described above, when the phase inverting circuit 80 is arranged in the preceding stage, the influence of the feedback side impedance element 70a and the input side impedance element 74a on the preceding phase shift circuit can be minimized.
[0143]
The phase shift circuit shown in each embodiment described above includes a variable resistor 16 and the like. Specifically, these variable resistors can be realized by using junction type or MOS type FETs.
[0144]
FIG. 23 is a diagram showing a configuration of the phase shift circuit when the variable resistors in the two types of phase shift circuits constituting the tuning amplifier 1 shown in FIG. 1 are replaced with FETs. FIG. 2A shows a configuration in which the variable resistor 16 is replaced with an FET in the phase shift circuit 10C. FIG. 5B shows a configuration in which the variable resistor 116 is replaced with an FET in the phase shift circuit 110C.
[0145]
As described above, when the channel formed between the source and drain of the FET is used as a resistor instead of the variable resistor 16 or 116, the gate voltage is variably controlled to arbitrarily control the channel resistance within a certain range. By changing the phase shift amount, the phase shift amount in each phase shift circuit can be changed. Therefore, since the frequency at which the phase shift amount of the signal that makes a round in each tuning amplifier becomes 0 ° can be changed, the tuning frequency of the tuning amplifier can be arbitrarily changed.
[0146]
In each of the phase shift circuits shown in FIG. 23, the variable resistor is configured by one FET, that is, a p-channel or n-channel FET, but one p-channel FET and n-channel FET are connected in parallel. A variable resistor may be configured. When the resistance value is varied, the magnitude of the gate voltage may be changed. In this way, by configuring the variable resistor by combining two FETs, it is possible to improve the non-linear region of the FETs, so that distortion of the tuning signal can be reduced.
[0147]
FIG. 23 illustrates the case where the variable resistors in the two phase shift circuits 10C and 110C constituting the tuning amplifier 1 shown in FIG. 1 are replaced with FETs. However, the tuning amplifier 2 shown in FIG. The same applies to the case where the variable resistors in the two phase shift circuits 30C and 130C are replaced with FETs, and the case where variable resistors in the other phase shift circuits shown in FIG.
[0148]
In the phase shift circuit shown in each of the above-described embodiments, the overall tuning frequency is changed by changing the phase shift amount by changing the resistance value of the variable resistor connected in series with the capacitor 14 or the like. However, the overall tuning frequency may be changed by forming the capacitor 14 or the like by a variable capacitance element and changing its capacitance.
[0149]
FIG. 24 is a diagram showing a configuration of the phase shift circuit when the capacitors in the two types of phase shift circuits constituting the tuning amplifier 1 shown in FIG. 1 are replaced with variable capacitance diodes. FIG. 2A shows a configuration in which the variable resistor 16 is replaced with a fixed resistor and the capacitor 14 is replaced with a variable capacitance diode in the phase shift circuit 10C. FIG. 5B shows a configuration in which the variable resistor 116 is replaced with a fixed resistor and the capacitor 114 is replaced with a variable capacitance diode in the phase shift circuit 110C.
[0150]
In FIGS. 24A and 24B, the capacitor connected in series with the variable capacitance diode is used to block the direct current when a reverse bias voltage is applied between the anode and cathode of the variable capacitance diode. The impedance is extremely small at the operating frequency, that is, has a large capacitance. In addition, since the potential across the capacitor shown in FIGS. 24A and 24B is constant when looking at the direct current component, by applying a reverse bias voltage larger than the amplitude of the alternating current component between the anode and the cathode, Each variable capacitance diode can function as a variable capacitance capacitor.
[0151]
In this way, the capacitor 14 or 114 is formed of a variable capacitance diode, and the magnitude of the reverse bias voltage applied between its anode and cathode is variably controlled so that the capacitance of the variable capacitance diode can be arbitrarily set within a certain range. By changing the phase shift amount, the phase shift amount in each phase shift circuit can be changed. Therefore, the frequency at which the phase shift amount of the signal that makes a round in the tuning amplifier becomes 0 ° can be changed, and the tuning frequency of the tuning amplifier can be arbitrarily changed.
[0152]
By the way, in FIG. 24A and FIG. 24B described above, a variable capacitance diode is used as the variable capacitance element. However, an FET in which the source and drain are connected to a fixed potential in a DC manner and a variable voltage is applied to the gate is used. It may be. As described above, since the potentials at both ends of the variable capacitance diodes shown in FIGS. 24A and 24B are fixed in a direct current, these variable capacitance diodes need only be replaced with the above-described FET, and the gates can be used. By changing the applied voltage, the gate capacitance, that is, the capacitance of the FET can be changed.
[0153]
In FIGS. 24A and 24B described above, only the capacitance of the variable capacitance diode is varied, but the resistance value of the variable resistor may be varied at the same time. Needless to say, these variable resistors can be formed by using the channel resistance of the FET as shown in FIG. In particular, when a single variable resistor is configured by connecting a p-channel FET and an n-channel FET in parallel, the non-linear region of the FET can be improved, so that distortion of the tuning signal can be reduced. it can.
[0154]
Note that FIG. 24 illustrates the case where the capacitors in the two phase shift circuits 10C and 110C constituting the tuning amplifier 1 shown in FIG. 1 are replaced with variable capacitance elements, but the tuning amplifier 2 shown in FIG. The same applies to the case where the capacitors in the two phase shift circuits 30C and 130C are replaced with variable capacitance elements.
[0155]
In addition, the phase shift circuit shown in each of the above-described embodiments changes the overall tuning frequency by changing the phase shift amount by changing the resistance value of the variable resistor connected in series with the inductor 17 or the like. However, the overall tuning frequency may be changed by forming the inductor 17 or the like by a variable inductor and changing its inductance.
[0156]
FIG. 25 is a diagram showing a configuration when the inductors in various phase shift circuits are replaced with variable inductors. FIG. 9A shows a configuration in which the inductor 17 is replaced with a variable inductor 17a in the phase shift circuit 10L shown in FIG. FIG. 6B shows a configuration in which the inductor 117 is replaced with a variable inductor 117a in the phase shift circuit 110L shown in FIG.
[0157]
In this way, the inductor 17 or 117 is replaced with the variable inductor 17a or 117a, and the phase shift amount in each phase shift circuit can be changed by arbitrarily changing the inductance of the inductor 17 or 117 within a certain range. Accordingly, it is possible to change the frequency at which the phase shift amount of the signal that makes a round in each tuning amplifier becomes 0 °, and to arbitrarily change the tuning frequency.
[0158]
In FIGS. 25A and 25B described above, only the inductance of the variable inductor 17a or the like is varied. However, the resistance value of the variable resistor may be varied at the same time. 25 describes the case where the inductor 17 or the like in the phase shift circuit shown in FIG. 9 or FIG. 11 is replaced with a variable inductor, the inductor 37 in the phase shift circuit 30L shown in FIG. The same applies to the case where the inductor 137 in the illustrated phase shift circuit 130L is replaced with a variable inductor.
[0159]
By the way, in addition to the case of using a variable resistor, variable capacitance element, or variable inductor as described above, a plurality of resistors or capacitors having different element constants are prepared, and by switching the switches, the plurality of elements are selected. One or more may be selected. In this case, the element constants can be switched discontinuously depending on the number of elements to be connected by switching and the connection method (series connection, parallel connection, or a combination thereof). For example, instead of a variable resistor, a plurality of resistors in the n-th power series such as R, 2R, 4R,... Are prepared, and one or any plurality of resistors are selected and connected in series. The switching of resistance values at equal intervals can be easily realized with fewer elements. Similarly, a plurality of 2 n series capacitors having capacitances C, 2C, 4C,... Are prepared instead of capacitors, and one or any plurality of capacitors are selected and connected in parallel. Thus, switching of the capacitance at equal intervals can be easily realized with fewer elements. For this reason, the tuning amplifier of the present embodiment is applied to a circuit having a plurality of tuning frequencies, for example, an AM radio, and is suitable for a purpose of selecting and receiving one station from a plurality of broadcasting stations.
[0160]
FIG. 26 is a diagram showing a specific example of the variable inductor 17a and the like shown in FIG. 25, and schematically shows a planar structure formed on the semiconductor substrate. The structure of the variable inductor 17a shown in the figure can be applied to the variable inductor 137a or the like as it is.
[0161]
The variable inductor 17a shown in the figure includes a spiral inductor conductor 312 formed on a semiconductor substrate 310, a control conductor 314 formed so as to go around the outer periphery thereof, the inductor conductor 312 and the control conductor 314. Insulating magnetic body 318 formed so as to cover both of them.
[0162]
The control conductor 314 described above is connected to a variable voltage power source 316 to apply a variable bias voltage to both ends of the control conductor 314, and the DC bias voltage applied by the variable voltage power source 316 is variably controlled. The bias current flowing through the control conductor 314 can be changed.
[0163]
For the semiconductor substrate 310, for example, an n-type silicon substrate (n-Si substrate) or another semiconductor material (for example, an amorphous material such as germanium or amorphous silicon) is used. The inductor conductor 312 is formed of a metal thin film such as aluminum or gold or a semiconductor material such as polysilicon in a spiral shape.
[0164]
In addition to the variable inductor 17a, other components of the tuning amplifier including the phase shift circuit shown in FIG. 9 and the like are formed on the semiconductor substrate 310 shown in FIG.
[0165]
FIG. 27 is a diagram showing in more detail the shapes of the inductor conductor 312 and the control conductor 314 of the variable inductor 17a shown in FIG.
[0166]
As shown in the figure, the inductor conductor 312 located on the inner peripheral side is formed in a spiral shape having a predetermined number of turns (for example, about 4 turns), and two terminal electrodes 322 and 324 are connected to both ends thereof. ing. Similarly, the control conductor 314 located on the outer peripheral side is formed in a spiral shape having a predetermined number of turns (for example, about 2 turns), and two control electrodes 326 and 328 are connected to both ends thereof.
[0167]
FIG. 28 is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 27, and shows a cross section of the insulating magnetic body 318 including the inductor conductor 312 and the control conductor 314.
[0168]
As shown in the figure, an inductor conductor 312 and a control conductor 314 are formed on the surface of a semiconductor substrate 310 via an insulating magnetic film 318a, and further, an insulating magnetic film 318b is formed on the surface thereof. Has been. The insulating magnetic body 318 shown in FIG. 26 is formed by these two magnetic films 318a and 318b.
[0169]
For example, as the magnetic films 318a and 318b, various magnetic films such as gamma-ferrite and barium-ferrite can be used. Various materials and methods for forming these magnetic films are conceivable. For example, a method of forming a magnetic film by vacuum deposition of FeO or the like, other molecular beam epitaxy (MBE), chemical vapor, and the like. There is a method of forming a magnetic film using a phase growth method (CVD method), a sputtering method, or the like.
[0170]
The insulating film 330 is made of a non-magnetic material and covers between the surrounding portions of the inductor conductor 312 and the control conductor 314. By eliminating the magnetic films 318a and 318b between the respective surrounding portions in this way, the leakage magnetic flux generated between the respective surrounding portions can be minimized, so that the magnetic flux generated by the inductor conductor 312 is effectively used. Thus, the variable inductor 17a having a large inductance can be realized.
[0171]
As described above, the variable inductor 17a shown in FIG. 26 and the like has the insulating magnetic body 318 (magnetic films 318a and 318b) formed so as to cover the inductor conductor 312 and the control conductor 314, and the control conductor By variably controlling the DC bias current flowing through 314, the saturation magnetization characteristic of the inductor conductor 312 using the above-described insulating magnetic body 318 as a magnetic path changes, and the inductance of the inductor conductor 312 changes.
[0172]
Therefore, the inductance itself of the inductor conductor 312 can be directly changed, and furthermore, since it can be formed on the semiconductor substrate 310 by using a thin film forming technique or a semiconductor manufacturing technique, the manufacture becomes easy. Furthermore, other components such as the tuning amplifier 1 can be formed on the semiconductor substrate 310, which is suitable when the entire tuning amplifier of each embodiment is integrally formed by integration.
[0173]
Note that the variable inductor 17a shown in FIG. 26 and the like may be formed by alternately winding the inductor conductor 312 and the control conductor 314, or overlapping the inductor conductor 312 and the control conductor 314. In any case, the saturation magnetization characteristic of the insulating magnetic body 318 can be changed by changing the DC bias current flowing through the control conductor 314, and the inductance of the inductor conductor 312 can be changed within a certain range. Can do.
[0174]
The variable inductor 17a shown in FIG. 26 and the like has been described by taking the case where the inductor conductor 312 or the like is formed on the semiconductor substrate 310 as an example. However, the variable inductor 17a may be formed on various insulating or conductive substrates such as ceramics. May be.
[0175]
Further, although the insulating material is used as the magnetic films 318a and 318b, a conductive material such as metal powder (MP) may be used. However, if such a conductive magnetic film is used in place of the above-described insulating magnetic film 318a or the like, the surrounding portions of the inductor conductor 312 and the like are short-circuited and do not function as inductor conductors. It is necessary to electrically insulate between the conductor and the conductive magnetic film. As this insulating method, there are a method of oxidizing the inductor conductor 312 and the like to form an insulating oxide film, a method of forming a silicon oxide film or a nitride film by a chemical vapor deposition method, and the like.
[0176]
In particular, a conductive material such as metal powder has an advantage that a large inductance can be secured since it has a higher magnetic permeability than an insulating material such as gamma and ferrite.
[0177]
In the variable inductor 17a shown in FIG. 26 and the like, both the inductor conductor 312 and the control conductor 314 are entirely covered with the insulating magnetic body 318, but only a part is covered so as to form a magnetic path. It may be. In this way, when an insulating magnetic material (or a conductive magnetic material) that becomes a magnetic path is partially formed, the magnetic flux generated by the inductor conductor 312 and the control conductor 314 is saturated by narrowing the magnetic path. It becomes easy to do. Therefore, even when a small bias current is passed through the control conductor 314, the magnetic flux is saturated, and the inductance of the inductor conductor 312 can be changed by variably controlling the small bias current. For this reason, the structure of the control system can be simplified.
[0178]
In addition, the variable inductor 17a shown in FIG. 26 and the like is formed by concentrically winding the inductor conductor 312 and the control conductor 314. These conductors are formed at adjacent positions on the surface of the semiconductor substrate 310, and they are formed. The gaps may be magnetically coupled by a magnetic path formed of an insulating or conductive magnetic material.
[0179]
FIG. 29 is a plan view schematically showing the variable inductor 17b when the inductor conductor and the control conductor are formed side by side at adjacent positions.
[0180]
The variable inductor 17b shown in the figure includes a spiral inductor conductor 312a formed on a semiconductor substrate 310, a spiral control conductor 314a formed at a position adjacent to the inductor conductor 312a, and an inductor conductor 312a. And an insulating magnetic body (or conductive magnetic body) 319 formed so as to cover each spiral center of the control conductor 314a.
[0181]
Similarly to the variable inductor 17a shown in FIG. 26 and the like, a variable voltage power source 316 is connected to the control conductor 314a in order to apply a variable bias voltage to both ends thereof, and a bias applied by the variable voltage power source 316 is applied. By controlling the voltage variably, a predetermined bias current flowing through the control conductor 314a can be changed.
[0182]
In the variable inductor 17b described above, an annular insulating magnetic body 319 (magnetic films 319a and 319b) is formed so as to pass through the spiral centers of the inductor conductor 312a and the control conductor 314a. Therefore, by variably controlling the DC bias current flowing through the control conductor 314a, the saturation magnetization characteristic of the inductor conductor 312a using the magnetic body 319 as a magnetic path changes, and the inductance of the inductor conductor 312a also changes.
[0183]
Further, when the tuning amplifier 1 or the like of each of the above-described embodiments is formed on a semiconductor substrate, a very large capacitance cannot be set as the capacitor 14 or the like. Accordingly, when the circuit is designed to have a small capacitance of a capacitor actually formed on a semiconductor substrate, if the apparent capacitance can be increased, the time constant T is set to a large value to lower the tuning frequency. Convenient to.
[0184]
FIG. 30 is a diagram showing a modification in which the capacitor 14 and the like used in the phase shift circuit 10C and the like shown in FIG. It functions as a capacitance conversion circuit that makes the capacitance appear larger. 30 corresponds to the capacitor 14 and the like included in the phase shift circuit 10C and the like.
[0185]
The capacitance conversion circuit 14a shown in FIG. 30 includes a capacitor 210 having a predetermined capacitance C0, two operational amplifiers 212 and 214, and four resistors 216, 218, 220, and 222. .
[0186]
In the operational amplifier 212 at the first stage, a resistor 218 (this resistance value is R18) is connected between the output terminal and the inverting input terminal, and this inverting input terminal is a resistor 216 (this resistance value is R16). To be grounded via).
[0187]
Between the voltage E1 applied to the non-inverting input terminal of the first stage operational amplifier 212 and the voltage E2 appearing at the output terminal,
[Equation 9]
Figure 0003628389
There is a relationship. The first-stage operational amplifier 212 functions mainly as a buffer for performing impedance conversion, and the gain may be unity. In the case of gain 1, when R18 / R16 = 0, that is, R16 is set to infinity (the resistor 216 may be removed), or R18 is set to 0Ω (directly connected).
[0188]
In the operational amplifier 214 at the second stage, a resistor 222 (this resistance value is R22) is connected between the output terminal and the inverting input terminal, and between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 212 described above. A resistor 220 (this resistance value is R20) is connected between them, and the non-inverting input terminal is grounded.
[0189]
If the voltage appearing at the output terminal of the second stage operational amplifier 214 is E3, the voltage E3 and the voltage E2 appearing at the output terminal of the first stage operational amplifier 212 are:
[Expression 10]
Figure 0003628389
There is a relationship. Thus, the second-stage operational amplifier 214 functions as an inverting amplifier, and the first-stage operational amplifier 212 is used to set the input side to a high impedance.
[0190]
Further, as described above, the capacitor 210 having a predetermined capacitance is interposed between the non-inverting input terminal of the first-stage operational amplifier 212 and the output terminal of the second-stage operational amplifier 214 thus connected. It is connected.
[0191]
In the capacitance conversion circuit 14a shown in FIG. 30, if the transfer function of the entire circuit excluding the capacitor 210 is K4, the capacitance conversion circuit 14a can be represented by the system diagram shown in FIG. FIG. 32 is a system diagram in which this is converted by the mirror theorem.
[0192]
When the impedance Z1 shown in FIG. 32 is expressed using the impedance Z0 shown in FIG. 31,
[Expression 11]
Figure 0003628389
It becomes. Here, in the case of the capacitance conversion circuit 14a shown in FIG. 30, the impedance is Z0 = 1 / (jωC0), and this is substituted into the equation (11),
[Expression 12]
Figure 0003628389
[Formula 13]
Figure 0003628389
It becomes. This equation (13) indicates that the capacitance C0 of the capacitor 210 in the capacitance conversion circuit 14a is apparently (1−K4) times. Therefore, when the gain K4 of the amplifier is negative, (1−K4) is always larger than 1, so that the capacitance C0 can be changed to a larger value.
[0193]
By the way, the gain of the amplifier in the capacitance conversion circuit 14a shown in FIG. 30, that is, the gain K4 of the amplifier constituted by the whole of the operational amplifiers 212 and 214, is obtained from the equations (9) and (10):
[Expression 14]
Figure 0003628389
It becomes. Substituting this equation (14) into equation (13),
[Expression 15]
Figure 0003628389
It becomes. Therefore, the apparent capacitance C between the two terminals 224 and 226 can be increased by setting the resistance values of the four resistors 216, 218, 220 and 222 to predetermined values.
[0194]
Further, when the gain of the amplifier by the first operational amplifier 212 is 1, that is, as described above, when R16 is infinite (resistor 216 is removed), or when R18 is set to 0Ω, R18 / R16 = 0. In this case, the above equation (15) is simplified,
[Expression 16]
Figure 0003628389
It becomes.
[0195]
As described above, the capacitance conversion circuit 14a described above is actually formed on the semiconductor substrate by changing the resistance ratio R22 / R20 of the resistor 220 and the resistor 222 or the resistance ratio R18 / R16 of the resistor 216 and the resistor 218. The capacitance C0 of the capacitor 210 to be formed can be converted to an apparently larger one. Therefore, when the entire tuning amplifier 1 shown in FIG. 1 or the like is formed on a semiconductor substrate, a capacitor 210 having a small capacitance C0 is formed on the semiconductor substrate, and FIG. The circuit shown can be converted to a large capacitance C, which is advantageous for integration. In particular, if a large capacitance can be ensured in this way, the overall mounting area of the tuning amplifier 1 and the like shown in FIG. 1 can be reduced, and the material cost and the like can be reduced.
[0196]
Further, by forming at least one of the resistors 216, 218, 220, and 222 by a variable resistor, specifically, a junction type or MOS type FET or a p-channel FET and an n-channel FET are connected in parallel. By forming the variable resistor, it is possible to easily form a capacitor having a variable capacitance. Therefore, by using this capacitor instead of the variable capacitance diode shown in FIG. 24, the phase shift amount can be arbitrarily changed within a certain range. Therefore, the frequency at which the phase shift amount of the signal that makes a round in the tuning amplifier becomes 0 ° can be changed, and the tuning frequency of the above-described tuning amplifier can be arbitrarily changed.
[0197]
As described above, since the first stage operational amplifier 212 is used as a buffer for increasing the input impedance, the operational amplifier 212 may be replaced with an emitter follower circuit or a source follower circuit.
[0198]
Incidentally, in FIG. 30 described above, a case has been described in which the apparent capacitance is actually made larger than the capacitance of the capacitor element by combining an amplifier having a predetermined gain and a capacitor. An inductor can be used for the inductor, and the inductance of the inductor can be apparently increased.
[0199]
That is, when the impedance Z1 shown in FIG. 32 is expressed using the impedance Z0 shown in FIG. 31 as described above, the equation (11) is obtained. Here, in the case of an inductor having an inductance L0, impedance Z0 = jωL0, which is substituted into the equation (11),
[Expression 17]
Figure 0003628389
[Expression 18]
Figure 0003628389
It becomes. This equation (18) indicates that the inductance of the inductor element is actually 1 / (1-K4) times, and it appears when the gain K4 is set between 0 and 1. It can be seen that the inductance increases.
[0200]
FIG. 33 is a diagram showing a modified example in which the inductor 17 or the like used in the phase shift circuit 10L or the like shown in FIG. 9 or the like is configured by a circuit instead of a single element, and an inductor element (actually formed on a semiconductor substrate ( It functions as an inductance conversion circuit that makes the inductance of the inductor conductor) appear larger. 33 corresponds to the inductor 17 and the like included in the phase shift circuit 10L.
[0201]
The inductance conversion circuit 17c illustrated in FIG. 33 includes an inductor 260 having a predetermined inductance L0, two operational amplifiers 262 and 264, and two resistors 266 and 268.
[0202]
The first-stage operational amplifier 262 is a non-inverting amplifier with a gain of 1 whose output terminal is connected to the inverting input terminal, and mainly functions as a buffer for impedance conversion. Similarly, the operational amplifier 264 in the second stage has an output terminal connected to the inverting input terminal, and functions as a non-inverting amplifier with a gain of 1. Further, a voltage dividing circuit by resistors 266 and 268 is inserted between these two non-inverting amplifiers.
[0203]
Thus, by inserting the voltage dividing circuit between the two, the gain of the entire amplifier including the two non-inverting amplifiers can be freely set between 0 and 1.
[0204]
In the inductance conversion circuit 17c shown in FIG. 33, if the transfer function of the entire circuit (amplifier) excluding the inductor 260 is K4, the gain K4 is determined by the voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit formed by the resistors 266 and 268, respectively. When the resistance value of R66 and R68 is
[Equation 19]
Figure 0003628389
It becomes. Substituting this gain K4 into equation (18) to calculate the apparent inductance L,
[Expression 20]
Figure 0003628389
It becomes. Therefore, the apparent inductance L between the two terminals 254 and 256 can be increased by increasing the resistance ratio R68 / R66 of the resistors 266 and 268. For example, when R68 = R66, the inductance L can be doubled from L0 from the equation (20).
[0205]
Thus, the inductance conversion circuit 17c described above apparently increases the inductance L0 of the inductor 260 that is actually connected by changing the voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit inserted between the two non-inverting amplifiers. be able to. Therefore, when the entire tuning amplifier including the phase shift circuit shown in FIG. 9 or the like is formed on the semiconductor substrate, an inductor 260 having a small inductance L0 is formed on the semiconductor substrate by a spiral conductor or the like. Therefore, it can be converted into a large inductance L by the inductance conversion circuit shown in FIG. 33, which is convenient for integration. In particular, if a large inductance can be ensured in this way, it is easy to lower the tuning frequency of the tuning amplifier to a relatively low frequency region. Further, by integrating, the mounting area of the entire tuning amplifier can be reduced, and the material cost and the like can be reduced.
[0206]
In addition to the case where the voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit by the resistors 266 and 268 is fixed, at least one of these two resistors 266 and 268 is formed by a variable resistor, specifically, a junction type or MOS type FET. Alternatively, the voltage dividing ratio may be continuously changed by connecting a p-channel FET and an n-channel FET in parallel to form a variable resistor. In this case, the gain of the entire amplifier including the operational amplifiers 262 and 264 shown in FIG. 33 changes, and the inductance L between the terminals 254 and 256 also changes continuously. Therefore, by using this inductance conversion circuit 17c instead of the variable inductor 17a shown in FIG. 25, the phase shift amount in each phase shift circuit can be arbitrarily changed within a certain range. Therefore, the frequency at which the phase shift amount of the signal that makes a round in the tuning amplifier becomes 0 ° can be changed, and the tuning frequency of the above-described tuning amplifier can be arbitrarily changed.
[0207]
In addition, since the gain of the entire amplifier including the two operational amplifiers 262 and 264 is set to 1 or less in the inductance conversion circuit 17c shown in FIG. 33, the whole may be replaced with an emitter follower circuit or a source follower circuit.
[0208]
The present invention is not limited to the various embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
[0209]
For example, in each tuning amplifier shown in FIG. 1 and the like, the feedback resistor 70 having a fixed resistance value is used as the feedback side impedance element, and the input resistance 74 having a fixed resistance value is used as the input side impedance element. At least one of the resistors may be configured by a variable resistor so that the maximum attenuation can be arbitrarily changed. In this case, it goes without saying that the variable resistor can be formed by utilizing the channel resistance of the FET as shown in FIG. In particular, when a single variable resistor is configured by connecting a p-channel FET and an n-channel FET in parallel, the non-linear region of the FET can be improved, so that distortion of the tuning signal can be reduced. it can.
[0210]
Similarly, when the feedback side impedance element and the input side impedance element are capacitors, at least one of them may be constituted by a variable capacitance diode or a gate capacitance variable FET so that the maximum attenuation can be arbitrarily changed.
[0211]
In addition, the tuning amplifier 1 and the like of the above-described embodiment include two phase shift circuits. When the tuning frequency is varied, a CR circuit or an LR circuit included in both phase shift circuits is configured. In addition to changing at least one element constant of the resistor and the capacitor or inductor, there may be a case of changing at least one element constant of the resistor, capacitor or inductor included in the CR circuit or LR circuit included in one phase shift circuit. . It is also possible to configure a tuning amplifier with a fixed tuning frequency by fixing all the element constants of all resistors, capacitors or inductors.
[0212]
Further, in each of the above-described embodiments, one phase shift circuit 10C, 10L, etc. constituting the tuning amplifier is configured using a junction type FET. However, the phase shift circuit is configured using a MOS type FET or a bipolar transistor. You may make it comprise.
[0213]
In a phase shift circuit in which an FET is replaced with a bipolar transistor, a current flows between the base and emitter when an input signal is input to the base, so that the voltage appearing at the emitter (AC voltage) and the voltage appearing at the collector (AC voltage) Is not exactly the same. However, when the current amplification is about several tens to one hundred times, the difference is 1% to several%, and can be ignored in practice. Alternatively, this difference may be corrected by setting the collector resistance slightly larger than the emitter resistance.
[0214]
In particular, when a phase shift circuit is configured using bipolar transistors, the upper limit of the operating frequency can be increased and the potential difference between the base and emitter is smaller than the potential difference between the gate and source of the FET. Attenuation of the signal amplitude input / output to / from the phase circuit can be reduced. Therefore, a phase shift circuit configured using bipolar transistors is suitable for use in a stage preceding a tuning amplifier.
[0215]
Further, in each of the above-described embodiments, the stability can be improved by configuring one of the phase shift circuits 110C, 110L, etc. constituting the tuning amplifier using an operational amplifier. In this case, since the offset voltage and the voltage gain are not required to be so high performance, a differential input amplifier having a predetermined amplification degree may be used instead of the operational amplifier in each phase shift circuit.
[0216]
FIG. 34 is a circuit diagram in which a part necessary for the operation of the phase shift circuit of each embodiment is extracted from the configuration of the operational amplifier, and the whole operates as a differential input amplifier having a predetermined amplification degree. The differential input amplifier shown in FIG. 1 includes a differential input stage 300 composed of FETs, a constant current circuit 302 that supplies a constant current to the differential input stage 300, and a predetermined bias voltage applied to the constant current circuit 302. A bias circuit 304 and an output amplifier 306 connected to the differential input stage 300 are included. As shown in the figure, the configuration of the differential input amplifier can be simplified and the bandwidth can be increased by omitting the multi-stage amplifier circuit for increasing the voltage gain included in the actual operational amplifier. Thus, by simplifying the circuit, the upper limit of the operating frequency can be increased, and accordingly, the upper limit of the operating frequency of the tuning amplifier 1 and the like configured using this differential input amplifier is increased accordingly. Can do.
[0217]
【The invention's effect】
As described above, in the invention according to each claim, the amplitude of the input / output signal does not change in each of the first and second phase shift circuits, and only the phase is shifted by a predetermined amount according to the element constant of the capacitor or the like. The tuning operation is performed at a frequency such that the total amount of phase shift is 180 ° by the two phase shift circuits as a whole.
[0218]
In particular, when the differential input amplifier included in the above-described phase shift circuit is an operational amplifier, the operation of the phase shift circuit can be stabilized.
[0219]
Also, both the input-side impedance element and the feedback-side impedance element are both formed by resistors or capacitors, and by changing at least one element constant, the tuning point is not accompanied by amplitude fluctuation at the tuning point. It is possible to arbitrarily change the maximum attenuation amount in the frequency region away from.
[0220]
Further, by changing each element constant of the capacitor or inductor included in the phase shift circuit or a resistor connected in series with these elements, the amount of phase shift in each phase shift circuit changes. As a whole, the frequency at which the total phase shift amount is 180 °, that is, the tuning frequency can be arbitrarily changed. In particular, when changing the resistance value, the resistance between the source and drain of the FET can be used, and when changing the capacitance of the capacitor, an element such as a variable capacitance diode can be used. Suitable for forming in Furthermore, with respect to the inductor, in the two magnetically coupled electrodes formed on the semiconductor substrate, the inductance of the other electrode can be directly changed by changing the magnitude of the DC bias current flowing to one electrode. This is also suitable for forming a variable inductor on a semiconductor substrate.
[0221]
Further, in order to change the tuning frequency as described above, a plurality of resistors or the like may be selectively used by switching a switch in addition to continuously changing the element constant such as a resistor.
[0222]
In addition, the capacitors and inductors included in the phase shift circuit are apparently large by replacing the capacitor element or a circuit in which the inductor element and the amplifier are connected in parallel, thereby actually increasing the capacitance of the capacitor element and the inductance of the inductor element. Can show. Therefore, in practice, capacitor elements and inductor elements can be formed with a small occupied area, and these capacitances and inductances can be converted into large values, and the occupied area of the semiconductor substrate can be reduced.
[0223]
In addition, since each element constituting the tuning amplifier of each claim can be formed by an integrated circuit manufacturing method, the tuning amplifier can be formed in a small size as an integrated circuit on a semiconductor wafer, and can be made inexpensively by mass production. Can do.
[0224]
In particular, if the channel between the source and drain of the FET is used as the variable resistance of the CR circuit in each phase shift circuit, and the control voltage applied to the gate of this FET is changed to change the resistance of the channel, the control The influence of the inductance and capacitance of the wiring to which the voltage is applied can be avoided, and a tuning amplifier having ideal characteristics almost as designed can be obtained.
[0225]
In the tuning amplifier of the present invention, the maximum attenuation is determined by the resistance ratio of the input side impedance element and the feedback side impedance element, and the tuning frequency is determined by the time constant of the CR circuit and the LR circuit in each phase shift circuit. The attenuation, tuning frequency, and gain at the tuning frequency can be set without interfering with each other.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a tuning amplifier according to a first embodiment to which the present invention is applied.
2 is a circuit diagram showing an extracted configuration of the previous phase shift circuit shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a vector diagram showing a relationship between an input / output voltage of a preceding phase shift circuit and a voltage appearing in a capacitor or the like.
4 is a circuit diagram showing an extracted configuration of a subsequent phase shift circuit shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a vector diagram showing a relationship between an input / output voltage of a phase circuit in the subsequent stage and a voltage appearing in a capacitor or the like.
FIG. 6 is a system diagram in which the entire two phase shift circuits are replaced with a circuit having a predetermined transfer function.
7 is a system diagram obtained by converting the system shown in FIG. 6 by the mirror theorem. FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating tuning characteristics of the tuning amplifier according to the first embodiment.
FIG. 9 is a circuit diagram showing another example of a phase shift circuit.
10 is a vector diagram showing a relationship between input / output voltages of the phase shift circuit shown in FIG. 9 and voltages appearing in an inductor or the like.
FIG. 11 is a circuit diagram showing another example of the phase shift circuit.
12 is a vector diagram showing a relationship between input / output voltages of the phase shift circuit shown in FIG. 11 and voltages appearing in an inductor or the like.
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a tuning amplifier according to a second embodiment to which the present invention is applied.
14 is a circuit diagram showing an extracted configuration of the preceding phase shift circuit shown in FIG. 13; FIG.
FIG. 15 is a vector diagram showing the relationship between the input / output voltage of the preceding phase shift circuit and the voltage appearing in the inductor or the like.
16 is a circuit diagram showing an extracted configuration of the latter-stage phase shift circuit shown in FIG.
FIG. 17 is a vector diagram showing the relationship between the input / output voltage of the subsequent phase shift circuit and the voltage appearing in a capacitor or the like.
FIG. 18 is a circuit diagram showing another example of the phase shift circuit.
19 is a vector diagram showing a relationship between input / output voltages of the phase shift circuit shown in FIG. 18 and voltages appearing in an inductor or the like.
FIG. 20 is a circuit diagram showing another example of the phase shift circuit.
21 is a vector diagram showing a relationship between input / output voltages of the phase shift circuit shown in FIG. 20 and voltages appearing in an inductor or the like.
FIG. 22 is a diagram illustrating a connection form between a phase shift circuit and a phase inversion circuit.
FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration of a phase shift circuit in which a variable resistor of the phase shift circuit is replaced with an FET.
FIG. 24 is a diagram showing a configuration of a phase shift circuit in which a capacitor of the phase shift circuit is replaced with a variable capacitance diode.
FIG. 25 is a diagram illustrating a configuration of a phase shift circuit in which the inductor of the phase shift circuit is replaced with a variable inductor.
FIG. 26 is a diagram illustrating an example of a variable inductor.
27 is a diagram showing in more detail the shapes of the inductor conductor and control conductor of the variable inductor shown in FIG. 26. FIG.
28 is an enlarged sectional view taken along line AA in FIG. 27. FIG.
FIG. 29 is a diagram illustrating another example of a variable inductor.
FIG. 30 is a diagram showing a configuration of a capacitance conversion circuit that apparently increases the capacitance actually possessed by a capacitor;
31 is a diagram showing the circuit shown in FIG. 30 using a transfer function.
32 is a diagram obtained by converting the configuration shown in FIG. 31 by the mirror theorem.
FIG. 33 is a diagram showing a configuration of an inductance conversion circuit that apparently increases the inductance that the inductor actually has.
FIG. 34 is a circuit diagram in which a portion necessary for the operation of the phase shift circuit of the present invention is extracted from the configuration of the operational amplifier.
FIG. 35 is a characteristic curve diagram showing an example of the relationship between the tuning frequency, the gain at the tuning frequency, and the maximum attenuation in the conventional tuning amplifier.
[Explanation of symbols]
1 Tuning amplifier
10C, 110C phase shift circuit
12 FET
14, 114 capacitors
16, 116 Variable resistance
18, 20, 118, 120 Resistance
80 Phase inversion circuit
82, 112 operational amplifier
70 Feedback resistance
74 Input resistance

Claims (27)

入力信号が一方端に入力される入力側インピーダンス素子と、帰還信号が一方端に入力される帰還側インピーダンス素子とを含んでおり、前記入力信号と前記帰還信号とを加算する加算回路と、
入力される交流信号を同相および逆相の交流信号に変換して出力する変換手段と、前記変換手段によって変換された一方の交流信号を第1のキャパシタを介して他方の交流信号を第1の抵抗を介して合成する合成手段とを含む第1の移相回路と、
反転入力端子に第2の抵抗の一方端が接続された差動入力増幅器と、前記差動入力増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された第3の抵抗と、前記第2の抵抗の他方端に接続された第4の抵抗および第2のキャパシタからなる直列回路とを含み、前記第4の抵抗および前記第2のキャパシタの接続部を前記差動入力増幅器の非反転入力端子に接続した第2の移相回路と、
入力される交流信号の位相を反転して所定の増幅度で増幅して出力する位相反転回路と、
を備え、前記第1および第2の移相回路と前記位相反転回路のそれぞれを縦続接続し、これら縦続接続された複数の回路の中の初段の回路に対して前記加算回路によって加算された信号を入力するとともに、最終段の回路から出力される信号を前記帰還信号として前記帰還側インピーダンス素子の一方端に入力し、これら複数の回路のいずれかの出力を同調信号として出力することを特徴とする同調増幅器。
An adder circuit that includes an input-side impedance element that receives an input signal at one end and a feedback-side impedance element that receives a feedback signal at one end, and adds the input signal and the feedback signal;
Conversion means for converting the input AC signal into in-phase and reverse-phase AC signals and outputting them, one AC signal converted by the conversion means through the first capacitor and the other AC signal as the first A first phase shift circuit including a synthesis means for synthesis via a resistor;
A differential input amplifier having one end of a second resistor connected to the inverting input terminal; a third resistor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the differential input amplifier; A fourth circuit connected to the other end of the resistor and a series circuit composed of a second capacitor, and a connection portion of the fourth resistor and the second capacitor is connected to a non-inverting input terminal of the differential input amplifier. A second phase shift circuit connected to
A phase inversion circuit that inverts the phase of the input AC signal, amplifies the signal with a predetermined amplification, and outputs the amplified signal;
Each of the first and second phase shift circuits and the phase inversion circuit are cascade-connected, and a signal added by the adder circuit to a first stage circuit among the plurality of cascade-connected circuits And a signal output from a circuit at the final stage is input to the one end of the feedback-side impedance element as the feedback signal, and the output of any of the plurality of circuits is output as a tuning signal. Tuning amplifier.
入力信号が一方端に入力される入力側インピーダンス素子と、帰還信号が一方端に入力される帰還側インピーダンス素子とを含んでおり、前記入力信号と前記帰還信号とを加算する加算回路と、
入力される交流信号を同相および逆相の交流信号に変換して出力する変換手段と、前記変換手段によって変換された一方の交流信号を第1のインダクタを介して他方の交流信号を第1の抵抗を介して合成する合成手段とを含む第1の移相回路と、
反転入力端子に第2の抵抗の一方端が接続された差動入力増幅器と、前記差動入力増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された第3の抵抗と、前記第2の抵抗の他方端に接続された第4の抵抗および第2のインダクタからなる直列回路とを含み、前記第4の抵抗および前記第2のインダクタの接続部を前記差動入力増幅器の非反転入力端子に接続した第2の移相回路と、
入力される交流信号の位相を反転して所定の増幅度で増幅して出力する位相反転回路と、
を備え、前記第1および第2の移相回路と前記位相反転回路のそれぞれを縦続接続し、これら縦続接続された複数の回路の中の初段の回路に対して前記加算回路によって加算された信号を入力するとともに、最終段の回路から出力される信号を前記帰還信号として前記帰還側インピーダンス素子の一方端に入力し、これら複数の回路のいずれかの出力を同調信号として出力することを特徴とする同調増幅器。
An adder circuit that includes an input-side impedance element that receives an input signal at one end and a feedback-side impedance element that receives a feedback signal at one end, and adds the input signal and the feedback signal;
Conversion means for converting the input AC signal into in-phase and reverse-phase AC signals and outputting them, one AC signal converted by the conversion means through the first inductor and the other AC signal as the first A first phase shift circuit including a synthesis means for synthesis via a resistor;
A differential input amplifier having one end of a second resistor connected to the inverting input terminal; a third resistor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the differential input amplifier; A fourth circuit connected to the other end of the resistor and a series circuit including a second inductor, and a connection part of the fourth resistor and the second inductor is connected to a non-inverting input terminal of the differential input amplifier. A second phase shift circuit connected to
A phase inversion circuit that inverts the phase of the input AC signal, amplifies the signal with a predetermined amplification, and outputs the amplified signal;
Each of the first and second phase shift circuits and the phase inversion circuit are cascade-connected, and a signal added by the adder circuit to a first stage circuit among the plurality of cascade-connected circuits And a signal output from a circuit at the final stage is input to the one end of the feedback-side impedance element as the feedback signal, and the output of any of the plurality of circuits is output as a tuning signal. Tuning amplifier.
入力信号が一方端に入力される入力側インピーダンス素子と、帰還信号が一方端に入力される帰還側インピーダンス素子とを含んでおり、前記入力信号と前記帰還信号とを加算する加算回路と、
入力される交流信号を同相および逆相の交流信号に変換して出力する変換手段と、前記変換手段によって変換された一方の交流信号をキャパシタを介して他方の交流信号を第1の抵抗を介して合成する合成手段とを含む第1の移相回路と、反転入力端子に第2の抵抗の一方端が接続された差動入力増幅器と、前記差動入力増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された第3の抵抗と、前記第2の抵抗の他方端に接続された第4の抵抗およびインダクタからなる直列回路とを含み、前記第4の抵抗および前記インダクタの接続部を前記差動入力増幅器の非反転入力端子に接続した第2の移相回路と、
入力される交流信号の位相を反転して所定の増幅度で増幅して出力する位相反転回路と、
を備え、前記第1および第2の移相回路と前記位相反転回路のそれぞれを縦続接続し、これら縦続接続された複数の回路の中の初段の回路に対して前記加算回路によって加算された信号を入力するとともに、最終段の回路から出力される信号を前記帰還信号として前記帰還側インピーダンス素子の一方端に入力し、これら複数の回路のいずれかの出力を同調信号として出力することを特徴とする同調増幅器。
An adder circuit that includes an input-side impedance element that receives an input signal at one end and a feedback-side impedance element that receives a feedback signal at one end, and adds the input signal and the feedback signal;
Conversion means for converting an input AC signal into in-phase and reverse-phase AC signals and outputting them, one AC signal converted by the conversion means via a capacitor, and the other AC signal via a first resistor A first phase shift circuit including combining means for combining, a differential input amplifier having one end of a second resistor connected to the inverting input terminal, an inverting input terminal and an output terminal of the differential input amplifier, And a series circuit including a fourth resistor and an inductor connected to the other end of the second resistor, and a connection portion of the fourth resistor and the inductor. A second phase shift circuit connected to a non-inverting input terminal of the differential input amplifier;
A phase inversion circuit that inverts the phase of the input AC signal, amplifies the signal with a predetermined amplification, and outputs the amplified signal;
Each of the first and second phase shift circuits and the phase inversion circuit are cascade-connected, and a signal added by the adder circuit to a first stage circuit among the plurality of cascade-connected circuits And a signal output from a circuit at the final stage is input to the one end of the feedback-side impedance element as the feedback signal, and the output of any of the plurality of circuits is output as a tuning signal. Tuning amplifier.
入力信号が一方端に入力される入力側インピーダンス素子と、帰還信号が一方端に入力される帰還側インピーダンス素子とを含んでおり、前記入力信号と前記帰還信号とを加算する加算回路と、
入力される交流信号を同相および逆相の交流信号に変換して出力する変換手段と、前記変換手段によって変換された一方の交流信号をインダクタを介して他方の交流信号を第1の抵抗を介して合成する合成手段とを含む第1の移相回路と、反転入力端子に第2の抵抗の一方端が接続された差動入力増幅器と、前記差動入力増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された第3の抵抗と、前記第2の抵抗の他方端に接続された第4の抵抗およびキャパシタからなる直列回路とを含み、前記第4の抵抗および前記キャパシタの接続部を前記差動入力増幅器の非反転入力端子に接続した第2の移相回路と、
入力される交流信号の位相を反転して所定の増幅度で増幅して出力する位相反転回路と、
を備え、前記第1および第2の移相回路と前記位相反転回路のそれぞれを縦続接続し、これら縦続接続された複数の回路の中の初段の回路に対して前記加算回路によって加算された信号を入力するとともに、最終段の回路から出力される信号を前記帰還信号として前記帰還側インピーダンス素子の一方端に入力し、これら複数の回路のいずれかの出力を同調信号として出力することを特徴とする同調増幅器。
An adder circuit that includes an input-side impedance element that receives an input signal at one end and a feedback-side impedance element that receives a feedback signal at one end, and adds the input signal and the feedback signal;
Conversion means for converting an input AC signal into in-phase and reverse-phase AC signals and outputting them, one AC signal converted by the conversion means via an inductor, and the other AC signal via a first resistor A first phase shift circuit including combining means for combining, a differential input amplifier having one end of a second resistor connected to the inverting input terminal, an inverting input terminal and an output terminal of the differential input amplifier, And a series circuit composed of a fourth resistor and a capacitor connected to the other end of the second resistor, and a connection portion of the fourth resistor and the capacitor. A second phase shift circuit connected to a non-inverting input terminal of the differential input amplifier;
A phase inversion circuit that inverts the phase of the input AC signal, amplifies the signal with a predetermined amplification, and outputs the amplified signal;
Each of the first and second phase shift circuits and the phase inversion circuit are cascade-connected, and a signal added by the adder circuit to a first stage circuit among the plurality of cascade-connected circuits And a signal output from a circuit at the final stage is input to the one end of the feedback-side impedance element as the feedback signal, and the output of any of the plurality of circuits is output as a tuning signal. Tuning amplifier.
請求項1〜4のいずれかにおいて、
前記第1および第2の移相回路は、入力電圧に対して出力電圧がともに進み位相、あるいはともに遅れ位相であり、前記第1および第2の移相回路の合計の移相量が180°となる周波数で同調動作を行うことを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 1-4,
In the first and second phase shift circuits, the output voltage is both advanced or delayed in phase with respect to the input voltage, and the total phase shift amount of the first and second phase shift circuits is 180 °. A tuning amplifier characterized by performing a tuning operation at a frequency of
請求項1〜5のいずれかにおいて、
前記差動入力増幅器は演算増幅器であることを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 1-5,
The differential amplifier is an operational amplifier.
請求項1〜6のいずれかにおいて、
前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子のそれぞれは抵抗であることを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 1-6,
Each of the input side impedance element and the feedback side impedance element is a resistor.
請求項7において、
前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子の少なくとも一方を可変抵抗により形成し、前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子の抵抗比を変えることにより、最大減衰量を変化させることを特徴とする同調増幅器。
In claim 7,
Forming at least one of the input-side impedance element and the feedback-side impedance element by a variable resistor, and changing a resistance ratio of the input-side impedance element and the feedback-side impedance element to change a maximum attenuation amount; Tuning amplifier.
請求項1〜6のいずれかにおいて、
前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子のそれぞれはキャパシタであることを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 1-6,
Each of the input side impedance element and the feedback side impedance element is a capacitor.
請求項9において、
前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子の少なくとも一方を可変容量素子により形成し、前記入力側インピーダンス素子および前記帰還側インピーダンス素子の静電容量比を変化させることにより、最大減衰量を変えることを特徴とする同調増幅器。
In claim 9,
At least one of the input side impedance element and the feedback side impedance element is formed by a variable capacitance element, and the maximum attenuation is changed by changing a capacitance ratio of the input side impedance element and the feedback side impedance element. A tuned amplifier.
請求項1〜6のいずれかにおいて、
前記第1の移相回路に含まれる前記第1の抵抗および前記第2の移相回路に含まれる前記第4の抵抗の少なくとも一方を可変抵抗により形成し、この抵抗値を変えることにより、同調周波数を変化させることを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 1-6,
Tuning is achieved by forming at least one of the first resistor included in the first phase shift circuit and the fourth resistor included in the second phase shift circuit by a variable resistor, and changing the resistance value. A tuning amplifier characterized by changing a frequency.
請求項8または11において、
前記可変抵抗をFETのチャネルによって形成し、ゲート電圧を変えてチャネル抵抗を変えることを特徴とする同調増幅器。
In claim 8 or 11,
A tuning amplifier, wherein the variable resistance is formed by a channel of an FET, and the channel resistance is changed by changing a gate voltage.
請求項8または11において、
前記可変抵抗をpチャネル型のFETとnチャネル型のFETとの各ソース・ドレイン間を並列接続することにより形成し、各ゲート電圧の大きさを変えてチャネル抵抗を変えることを特徴とする同調増幅器。
In claim 8 or 11,
The variable resistor is formed by connecting the source and drain of a p-channel FET and an n-channel FET in parallel, and the channel resistance is changed by changing the magnitude of each gate voltage. amplifier.
請求項1、3、4のいずれかにおいて、
前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記キャパシタを可変容量素子により形成し、この静電容量を変えることにより、同調周波数を変化させることを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 1, 3, and 4,
A tuning amplifier, wherein the capacitor included in at least one of the first and second phase shift circuits is formed by a variable capacitance element, and the tuning frequency is changed by changing the capacitance.
請求項10または14において、
前記可変容量素子を逆バイアス電圧が変更可能な可変容量ダイオード、あるいはゲート電圧可変によってゲート容量が変更可能なFETによって形成することを特徴とする同調増幅器。
In claim 10 or 14,
A tuning amplifier, wherein the variable capacitance element is formed of a variable capacitance diode whose reverse bias voltage can be changed, or an FET whose gate capacitance can be changed by changing the gate voltage.
請求項2〜4のいずれかにおいて、
前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記インダクタが有するインダクタンスを変えることにより、同調周波数を変化させることを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 2-4,
A tuning amplifier, wherein a tuning frequency is changed by changing an inductance of the inductor included in at least one of the first and second phase shift circuits.
請求項16において、
前記インダクタは、半導体基板上に形成されており、磁性体を介して相互に磁気結合した2本の渦巻き形状の電極を有しており、一方の電極に流す直流バイアス電流の大きさを変えることにより、他方の電極が有するインダクタンスを変化させることを特徴とする同調増幅器。
In claim 16,
The inductor is formed on a semiconductor substrate and has two spiral electrodes magnetically coupled to each other via a magnetic material, and changes the magnitude of a DC bias current flowing through one of the electrodes. The tuning amplifier characterized by changing the inductance of the other electrode.
請求項16において、
前記インダクタは、
基板上にほぼ平面状に渦巻き形状に形成されたインダクタ導体と、
前記基板上であって前記インダクタ導体とほぼ同心状に形成されており、所定の直流バイアス電流が流される制御用導体と、
前記インダクタ導体と前記制御用導体とを覆うように形成された磁性体と、
を備え、前記制御用導体に流す直流バイアス電流を変えて前記インダクタ導体の両端に現れるインダクタンスを変化させることを特徴とする同調増幅器。
In claim 16,
The inductor is
An inductor conductor formed in a substantially spiral shape on a substrate;
A control conductor formed on the substrate and substantially concentrically with the inductor conductor, through which a predetermined DC bias current flows;
A magnetic body formed to cover the inductor conductor and the control conductor;
The tuning amplifier is characterized in that the inductance that appears at both ends of the inductor conductor is changed by changing a DC bias current that flows through the control conductor.
請求項16において、
前記インダクタは、
基板上にほぼ平面状に渦巻き形状に形成されたインダクタ導体と、
前記基板上であって前記インダクタ導体に隣接する位置にほぼ平面状で渦巻き形状に形成されており、所定の直流バイアス電流が流される制御用導体と、
前記インダクタ導体と前記制御用導体の各渦巻き中心を貫通するように環状に形成された磁性体と、
を備え、前記制御用導体に流す直流バイアス電流を変えて前記インダクタ導体の両端に現れるインダクタンスを変化させることを特徴とする同調増幅器。
In claim 16,
The inductor is
An inductor conductor formed in a substantially spiral shape on a substrate;
A control conductor which is formed in a substantially flat spiral shape at a position adjacent to the inductor conductor on the substrate, and a predetermined DC bias current flows;
A magnetic body formed in an annular shape so as to pass through each of the spiral centers of the inductor conductor and the control conductor;
The tuning amplifier is characterized in that the inductance that appears at both ends of the inductor conductor is changed by changing a DC bias current that flows through the control conductor.
請求項1〜6のいずれかにおいて、
前記第1の移相回路に含まれる前記第1の抵抗と前記第2の移相回路に含まれる前記第4の抵抗の少なくとも一方を、抵抗値が固定の複数の抵抗に置き換えて、スイッチ切り換えにより選択的に接続することにより、同調周波数を変化させることを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 1-6,
Switch at least one of the first resistor included in the first phase shift circuit and the fourth resistor included in the second phase shift circuit with a plurality of resistors having a fixed resistance value. A tuning amplifier characterized in that the tuning frequency is changed by selectively connecting to the tuning amplifier.
請求項1、3、4のいずれかにおいて、
前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記キャパシタを、静電容量が固定の複数のキャパシタに置き換えて、スイッチ切り換えにより選択的に接続することにより、同調周波数を変化させることを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 1, 3, and 4,
The capacitor included in at least one of the first and second phase shift circuits is replaced with a plurality of capacitors having a fixed capacitance, and the tuning frequency is changed by selectively connecting the capacitors by switching. A tuned amplifier.
請求項2〜4のいずれかにおいて、
前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記インダクタを、インダクタンスが固定の複数のインダクタに置き換えて、スイッチ切り換えにより選択的に接続することにより、同調周波数を変化させることを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 2-4,
The inductor included in at least one of the first and second phase shift circuits is replaced with a plurality of inductors having fixed inductances, and the tuning frequency is changed by selectively connecting the switches by switching. Tuning amplifier.
請求項1、3、4のいずれかにおいて、
前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記キャパシタを、利得が負の値を有する増幅器と、前記増幅器の入出力間に並列接続されたキャパシタ素子に置き換えることにより、前記増幅器の入力側からみた静電容量を実際に前記キャパシタ素子が有する静電容量よりも大きくすることを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 1, 3, and 4,
Replacing the capacitor included in at least one of the first and second phase shift circuits with an amplifier having a negative gain and a capacitor element connected in parallel between the input and output of the amplifier, the amplifier A tuning amplifier characterized in that the capacitance seen from the input side of the capacitor is actually larger than the capacitance of the capacitor element.
請求項23において、
前記増幅器の利得を可変して前記増幅器の入力側からみた静電容量を変えることにより、同調周波数を変化させることを特徴とする同調増幅器。
In claim 23,
A tuning amplifier characterized in that a tuning frequency is changed by changing a gain viewed from the input side of the amplifier by changing a gain of the amplifier.
請求項2〜4のいずれかにおいて、
前記第1および第2の移相回路の少なくとも一方に含まれる前記インダクタを、利得を0から1の間に設定した増幅器と、前記増幅器の入出力間に並列接続されたインダクタ素子に置き換えることにより、前記増幅器の入力側からみたインダクタンスを実際に前記インダクタ素子が有するインダクタンスよりも大きくすることを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 2-4,
By replacing the inductor included in at least one of the first and second phase shift circuits with an amplifier having a gain set between 0 and 1 and an inductor element connected in parallel between the input and output of the amplifier A tuning amplifier characterized in that the inductance viewed from the input side of the amplifier is actually made larger than the inductance of the inductor element.
請求項25において、
前記増幅器の利得を可変して前記増幅器の入力側からみたインダクタンスを変えることにより、同調周波数を変化させることを特徴とする同調増幅器。
In claim 25,
A tuning amplifier, wherein a tuning frequency is changed by changing a gain of the amplifier and changing an inductance viewed from an input side of the amplifier.
請求項1〜26のいずれかにおいて、
半導体集積回路として形成することを特徴とする同調増幅器。
In any one of Claims 1-26.
A tuning amplifier formed as a semiconductor integrated circuit.
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