JP5407542B2 - Bias adjustment circuit, amplifier, and transmission / reception circuit - Google Patents

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Description

本発明は、バイアス回路に関し、さらに詳しくは、製造上の特性ばらつきや温度変化によらずに増幅器の利得を特定の値に調整できるバイアス回路技術に関するものである。   The present invention relates to a bias circuit, and more particularly to a bias circuit technique that can adjust the gain of an amplifier to a specific value regardless of variations in manufacturing characteristics and temperature changes.

無線の送受信回路において、高周波の増幅器やミキサのDC的な動作点を決める回路としてバイアス回路がある。高周波の増幅器やミキサ(以降、代表して増幅器と記載する)の利得は、製造上の特性ばらつきや温度変化によって大きく変化する。このため、増幅器の利得が所望の値よりも大きすぎると、例えば受信回路では後段の回路が飽和してしまい、信号を正しく受信できなくなってしまう。また、逆に利得が所望の値よりも小さすぎると、信号が受信器の雑音に埋もれてしまい、やはり信号を正しく受信できなくなる。そこで、特性のばらつきや温度変化に応じて増幅器の利得が所望の値となるように調整できるバイアス回路が望ましく、その例として、トランジスタのトランスコンダクタンス(以降Gmとする)を一定にする回路「定Gm回路」という技術が既に知られている。   In a wireless transmission / reception circuit, there is a bias circuit as a circuit that determines a DC operating point of a high-frequency amplifier or mixer. The gain of high-frequency amplifiers and mixers (hereinafter referred to as “amplifiers” as a representative) changes greatly due to variations in manufacturing characteristics and temperature changes. For this reason, if the gain of the amplifier is larger than a desired value, for example, the subsequent circuit is saturated in the receiving circuit, and the signal cannot be received correctly. Conversely, if the gain is too small than the desired value, the signal is buried in the noise of the receiver, and the signal cannot be received correctly. Therefore, it is desirable to use a bias circuit that can adjust the gain of the amplifier to a desired value in accordance with variations in characteristics and changes in temperature. As an example, a circuit that makes the transistor transconductance (hereinafter referred to as Gm) constant is fixed. A technique called “Gm circuit” is already known.

しかし、今までの「定Gm回路」では、近年のサブミクロン・プロセスで製造すると、高精度に調整することができなかった。図9に従来の「定Gm回路」の例を示す(非特許文献1参照)。一般的には、「定Gm回路」においては電流誤差を少なくするために、使用するトランジスタ51、52、53、54のサイズを大きくしていた。一方、無線送受信器において高周波で動作する回路においては、良好な高周波特性を得るためにサイズを小さくすることが要求される。しかし、サイズを小さくするとチャネル長変調の効果が大きくなるため、バイアス回路と増幅器のトランジスタとで動作点が大きく異なり、Gmを一定にすることが難しいという問題があった。
この対策として、「定Gm回路」のサイズを小さくすると、抵抗55の値と抵抗による電圧降下の値を小さくしなければならず、近年のサブミクロン・プロセスにおいては製造上のばらつきによって生じるトランジスタや抵抗の特性誤差に大きな影響を受けるという問題があった。
However, the conventional “constant Gm circuit” cannot be adjusted with high accuracy when manufactured by a recent submicron process. FIG. 9 shows an example of a conventional “constant Gm circuit” (see Non-Patent Document 1). In general, in the “constant Gm circuit”, the size of the transistors 51, 52, 53, and 54 used is increased in order to reduce the current error. On the other hand, in a circuit that operates at a high frequency in a radio transceiver, it is required to reduce the size in order to obtain good high frequency characteristics. However, since the effect of channel length modulation increases when the size is reduced, there is a problem that the operating point differs greatly between the bias circuit and the transistor of the amplifier, making it difficult to keep Gm constant.
As a countermeasure, when the size of the “constant Gm circuit” is reduced, the value of the resistor 55 and the voltage drop caused by the resistor must be reduced. In recent submicron processes, There was a problem that it was greatly affected by the characteristic error of the resistor.

特許文献1には、差動アンプにおいて、抵抗負荷差動増幅器の利得のばらつきを抑える目的で、差動対に電圧差を与えたときの電流差が、特定の値になるようにテール電流源を調整する技術が開示されている。具体的には、差動対を構成するトランジスタのゲートに、ある電圧差を与え、そのドレイン電流差が特定の値になるようにバイアス電流を調整する。このバイアス電流の変化を、差動アンプのテール電流源に比例させることで、差動アンプのGmを任意に調整することができる。
また、特許文献2には、トランジスタのばらつきによらずに増幅器の利得を調整する目的で、単一のトランジスタに特定の微小電流を与え、その電圧差が特定の値になるように調整する技術がある。図10を用いて具体的に説明する。まずスイッチ61がオフ、スイッチ62がオンの状態をあらわしたのが図11である。この状態で、トランジスタ64には電流Idが流れ、ゲート電圧はVgとなる。容量63にはVgとVcの電圧差だけ電荷がたまる。次にスイッチ61がオン、スイッチ62がオフになった状態を表したのが図12である。トランジスタ64には電流がΔIdだけ多く流れ、ゲート電圧はΔVgだけ大きくなる。また、比較器65の正の入力66には、ΔVcだけ大きな電圧が入力される。容量63にはVgとVcの電圧差に相当する電荷がたまっているから、結局ΔVgとΔVcの比較結果が比較器65の出力となる。比較器65の結果を元にコントローラ67を用い、ΔVgとΔVcが等しくなるように電流Idを調整すると、トランジスタ64のGmはΔId/ΔVcとなる。
In Patent Document 1, in a differential amplifier, a tail current source is set so that a current difference when a voltage difference is given to a differential pair becomes a specific value for the purpose of suppressing variation in gain of the resistive load differential amplifier. A technique for adjusting the above is disclosed. Specifically, a certain voltage difference is given to the gates of the transistors constituting the differential pair, and the bias current is adjusted so that the drain current difference becomes a specific value. By making this change in bias current proportional to the tail current source of the differential amplifier, the Gm of the differential amplifier can be arbitrarily adjusted.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228688 discloses a technique for applying a specific minute current to a single transistor and adjusting the voltage difference to a specific value for the purpose of adjusting the gain of the amplifier without depending on transistor variations. There is. This will be specifically described with reference to FIG. First, FIG. 11 shows a state in which the switch 61 is off and the switch 62 is on. In this state, the current Id flows through the transistor 64, and the gate voltage becomes Vg. Charge is accumulated in the capacitor 63 by the voltage difference between Vg and Vc. Next, FIG. 12 shows a state in which the switch 61 is turned on and the switch 62 is turned off. A large amount of current flows through the transistor 64 by ΔId, and the gate voltage increases by ΔVg. Further, a voltage larger by ΔVc is inputted to the positive input 66 of the comparator 65. Since the charge corresponding to the voltage difference between Vg and Vc is accumulated in the capacitor 63, the comparison result between ΔVg and ΔVc is the output of the comparator 65 after all. When the controller 67 is used based on the result of the comparator 65 and the current Id is adjusted so that ΔVg and ΔVc are equal, the Gm of the transistor 64 becomes ΔId / ΔVc.

しかし、特許文献1に開示されている従来技術は、確かに定電流差と定電圧差との比を一定にするようにバイアスを調整することで、利得を一定にする点では本発明と類似しているが、先に記載したサブミクロン・プロセスにおけるトランジスタのばらつきに起因して誤差が大きくなるという問題は解消できていない。なぜなら、差動対の電圧差はトランジスタの製造上のばらつきの影響を大きく受けてしまい、高い精度が得られないからである。
また、特許文献2に開示されている従来技術は、単一のトランジスタを用いて利得を調整することができるため、トランジスタのばらつきには依存せず、Gmを一定の値に調整できるので増幅器の利得を調整できる。しかし、電流差ΔIdと電圧差ΔVcの精度の問題により、さらに精度良く増幅器の利得を調整できないという問題があった。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、複製回路のトランジスタとバイアス回路のトランジスタを同じサイズとし、バイアス回路のトランジスタに微小電流を印加したときに、印加した電流と変化したゲート電圧との比がある決められた値になるようにバイアス電流を調整することで、サブミクロン・プロセスにおいても製造上のばらつきに影響されずに精度良く増幅器の利得を調整することが可能なバイアス回路を提供することを目的とする。
However, the prior art disclosed in Patent Document 1 is similar to the present invention in that the gain is made constant by adjusting the bias so that the ratio between the constant current difference and the constant voltage difference is certainly constant. However, the problem that the error becomes large due to the variation of the transistors in the sub-micron process described above cannot be solved. This is because the voltage difference of the differential pair is greatly affected by variations in manufacturing of the transistors, and high accuracy cannot be obtained.
In addition, since the prior art disclosed in Patent Document 2 can adjust the gain using a single transistor, Gm can be adjusted to a constant value without depending on transistor variations, so that the amplifier can be adjusted. Gain can be adjusted. However, there is a problem that the gain of the amplifier cannot be adjusted with higher accuracy due to the accuracy of the current difference ΔId and the voltage difference ΔVc.
The present invention has been made in view of such a problem, and when the transistor of the duplication circuit and the transistor of the bias circuit have the same size and a minute current is applied to the transistor of the bias circuit, the applied current and the changed gate voltage Bias circuit that can accurately adjust the gain of the amplifier without being affected by manufacturing variations even in the sub-micron process by adjusting the bias current so that the ratio to The purpose is to provide.

本発明はかかる課題を解決するために、請求項1は、増幅器の利得を特定の値に調整可能としたバイアス調整回路において、バイアス電流を設定する第1のバイアス電流設定回路と、前記第1のバイアス電流設定回路と同一構成の第2のバイアス電流設定回路と、前記第1のバイアス電流設定回路を構成するトランジスタのゲート電圧と前記第2のバイアス電流設定回路を構成するトランジスタのゲート電圧との差分を定数倍する定数倍回路と、前記定数倍回路により算出された値を基準電圧と比較する比較器と、前記比較器により比較された結果を積分する積分器と、を備え、前記積分器により積分された値を前記第1のバイアス電流設定回路と前記第2のバイアス電流設定回路にフィードバックすると共に、前記第2のバイアス電流設定回路を構成するトランジスタのゲート電圧をバイアス電圧として前記増幅器に供給することを特徴とする。
請求項2は、増幅器の利得を特定の値に調整可能としたバイアス調整回路において、バイアス電流を設定する第1のバイアス電流設定回路と、前記第1のバイアス電流設定回路と同一構成の第2のバイアス電流設定回路と、前記第1のバイアス電流設定回路を構成するトランジスタのゲート電圧と前記第2のバイアス電流設定回路を構成するトランジスタのゲート電圧との差分を定数倍する定数倍回路と、前記定数倍回路により算出された値を基準電圧と比較する比較器と、前記比較器により比較された結果を積分する積分器と、を備え、前記積分器により積分された値を前記第1のバイアス電流設定回路と前記第2のバイアス電流設定回路にフィードバックすると共に、前記積分された値に基づいて設定された前記第1のバイアス電流設定回路の電流の定数倍、又は前記積分された値に基づいて設定された前記第2のバイアス電流設定回路の電流を、バイアス電流として前記増幅器に供給することを特徴とする。
請求項は、前記比較器は、該比較器による比較結果を保持する機能を備えたことを特徴とする。
請求項は、前記定数倍回路は、該定数倍回路に係る倍数を変更可能とする機能を備えたことを特徴とする。
請求項は、増幅器は、請求項1乃至の何れか一項に記載のバイアス調整回路を備えたことを特徴とする。
請求項は、送受信回路は、請求項に記載の増幅器を備えたことを特徴とする。
In order to solve such a problem, the present invention provides a bias adjustment circuit capable of adjusting the gain of an amplifier to a specific value, a first bias current setting circuit for setting a bias current, and the first A second bias current setting circuit having the same configuration as that of the first bias current setting circuit , a gate voltage of the transistor constituting the first bias current setting circuit, and a gate voltage of the transistor constituting the second bias current setting circuit. comprising of a constant multiplication circuit to a constant multiple of the difference, a comparator for comparing the reference voltage calculated value by the constant multiplication circuit, an integrator for integrating the result of comparison by the comparator, wherein the integrator The value integrated by the detector is fed back to the first bias current setting circuit and the second bias current setting circuit, and the second bias current setting circuit Characterized in that supplied to the amplifier gate voltage of the transistor constituting the road as a bias voltage.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a bias adjustment circuit capable of adjusting the gain of the amplifier to a specific value, a first bias current setting circuit for setting a bias current, and a second bias having the same configuration as the first bias current setting circuit. A bias current setting circuit, a constant multiplication circuit for multiplying a difference between a gate voltage of a transistor constituting the first bias current setting circuit and a gate voltage of a transistor constituting the second bias current setting circuit by a constant, A comparator that compares the value calculated by the constant multiplier circuit with a reference voltage; and an integrator that integrates the result of comparison by the comparator; and the value integrated by the integrator is the first integrated value. Feedback to the bias current setting circuit and the second bias current setting circuit, and the first bias current setting set based on the integrated value Multiple of the path of current, or the current of the second bias current setting circuit which is set based on the integrated value, and supplying to said amplifier as the bias current.
According to a third aspect of the present invention, the comparator has a function of holding a comparison result by the comparator.
According to a fourth aspect of the present invention, the constant multiplication circuit includes a function that allows a multiple of the constant multiplication circuit to be changed.
According to a fifth aspect of the present invention, an amplifier includes the bias adjustment circuit according to any one of the first to fourth aspects.
According to a sixth aspect of the present invention, a transmission / reception circuit includes the amplifier according to the fifth aspect.

本発明によれば、単一のトランジスタにおける電流差と電圧差の比が特定の値になるようにバイアス電流を調整し、バイアス回路と同じ構成の複製回路との電圧差を定数倍回路によって増幅することで、比較器の誤差や雑音と基準電圧の誤差の影響を低減し、積分器によって雑音の影響を低減し、積分器の出力結果をバイアス電流にフィードバックすることで定常誤差を小さくすることができ、サブミクロン・プロセスにおいてもトランジスタのばらつきに影響されずに精度良く増幅器の利得を所望の値に調整することができる。さらに、積分器出力をバイアス電流に常にフィードバックしているため、急激な温度変化に対しても追従してバイアスを変化させ、増幅器の利得を一定に保つことができる。
また、ディジタル回路にて積分機能を実装することで、バイアス状態を保持することができ、低消費電力で利得を一定にできるバイアス回路を動作させることができる。
また、定数倍回路の定数を可変とすることで、容易に増幅器の利得を変化させることができる。定数倍回路の定数を変更するには抵抗の値を変更すればよいが、これは一般的に基準となる定電流や定電圧を変更する場合に比べて、容易に精度良く実装することができる。
また、増幅器は、サブミクロン・プロセスでもバイアス電流を高精度に調整することで、利得を任意の値に調節することができる。
また送受信回路は、高周波回路において利得を一定にすることができ、ダイナミックレンジを広くする高性能な送受信が可能となる。
According to the present invention, the bias current is adjusted so that the ratio between the current difference and the voltage difference in a single transistor becomes a specific value, and the voltage difference between the bias circuit and the replica circuit having the same configuration is amplified by the constant multiplier circuit. By reducing the effects of comparator errors and noise and reference voltage errors, the effect of noise is reduced by the integrator, and the steady state error is reduced by feeding back the output result of the integrator to the bias current. Even in the submicron process, the gain of the amplifier can be adjusted to a desired value with high accuracy without being affected by variations in transistors. Further, since the integrator output is always fed back to the bias current, the bias can be changed following a sudden temperature change, and the gain of the amplifier can be kept constant.
In addition, by implementing an integration function with a digital circuit, a bias state can be maintained, and a bias circuit capable of maintaining a constant gain with low power consumption can be operated.
Further, the gain of the amplifier can be easily changed by making the constant of the constant multiplier circuit variable. In order to change the constant of the constant multiplier circuit, it is only necessary to change the value of the resistor, but this can generally be implemented more easily and accurately than in the case of changing the reference constant current or constant voltage. .
The amplifier can adjust the gain to an arbitrary value by adjusting the bias current with high accuracy even in the sub-micron process.
Further, the transmission / reception circuit can make the gain constant in the high-frequency circuit and can perform high-performance transmission / reception with a wide dynamic range.

本発明のバイアス回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the bias circuit of this invention. バイアス回路と複製回路、及び差分定数倍回路の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of a bias circuit, a duplication circuit, and a difference constant multiplication circuit. 基準となる電圧差ΔVcを作る回路の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the circuit which produces the voltage difference (DELTA) Vc used as a reference | standard. 積分回路10の例として、スイッチトキャパシタ積分回路の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a switched capacitor integrating circuit as an example of the integrating circuit 10; 積分回路10の例として、アナログ積分回路の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an analog integration circuit as an example of the integration circuit 10. 積分回路の例として、ディジタル積分回路を用いた例を示す図である。It is a figure which shows the example using a digital integration circuit as an example of an integration circuit. 本発明のバイアス回路によって、増幅器28のトランジスタ29をバイアスする例を示す図である。It is a figure which shows the example which biases the transistor 29 of the amplifier 28 by the bias circuit of this invention. 本発明のバイアス回路のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the bias circuit of this invention. 従来の定Gm回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional constant Gm circuit. 従来の単一トランジスタでGmを調整する回路例の図である。It is a figure of the example of a circuit which adjusts Gm with the conventional single transistor. 図10のうち電荷をチャージする期間の簡略図である。FIG. 11 is a simplified diagram of a period during which charges are charged in FIG. 10. 図10のうち電圧差を比較する期間の簡略図である。FIG. 11 is a simplified diagram of a period for comparing voltage differences in FIG. 10.

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
本発明の実施の形態を説明する。具体的には、一定の電流を与えたときのバイアス回路のトランジスタのゲート電圧上昇と、基準電圧との比較に際して、以下の特徴を有する。即ち、図1に示すように、バイアス回路1(第1のバイアス電流設定回路)の複製回路2(第2のバイアス電流設定回路)を用意しておき、バイアス回路1のトランジスタ11のゲート電圧と、複製回路2のトランジスタ12のゲート電圧との差を定数倍回路5で定数倍してから比較器13で基準電圧9と比較することで、基準電圧9の誤差や比較器13の誤差、雑音の影響を小さくすることと、比較器13の結果を積分器10で積分してフィードバックすることで、比較器13の雑音の影響を低減し、また定常誤差をなくすことが特徴になっている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
An embodiment of the present invention will be described. Specifically, it has the following characteristics when comparing the increase in the gate voltage of the transistor of the bias circuit when a constant current is applied and the reference voltage. That is, as shown in FIG. 1, a replica circuit 2 (second bias current setting circuit) of the bias circuit 1 (first bias current setting circuit) is prepared, and the gate voltage of the transistor 11 of the bias circuit 1 is Then, the difference between the gate voltage of the transistor 12 of the replica circuit 2 is multiplied by a constant by the constant multiplier circuit 5 and then compared with the reference voltage 9 by the comparator 13, so that the error of the reference voltage 9, the error of the comparator 13, noise This is characterized in that the influence of the noise of the comparator 13 is integrated, and the result of the comparator 13 is integrated by the integrator 10 and fed back, thereby reducing the influence of the noise of the comparator 13 and eliminating the stationary error.

図1は本発明のバイアス回路の構成を示す回路図である。このバイアス回路100は、図示しない増幅器にバイアス電流を供給するバイアス回路1と、バイアス回路1と同一サイズのトランジスタ12により構成された複製回路2と、バイアス回路1を構成するトランジスタ11のゲート電圧と複製回路2を構成するトランジスタ12のゲート電圧との差分を演算する引き算回路4と、引き算回路4の出力を定数倍する定数倍回路5と、定数倍回路5により定数倍されたゲート電圧差を基準電圧9と比較する比較器13と、比較器13により比較された結果を積分する積分器10と、を備えて構成されている。そして、積分器10により積分された値をバイアス回路1及び複製回路2にフィードバックし、複製回路2のバイアス電流を増幅器に供給することにより増幅器の利得を調整する。
即ち、バイアス回路1と複製回路2は同じサイズのトランジスタで構成されるものとする。バイアス回路1には、スイッチ7を介して定電流3を加えることができる。バイアス回路1のトランジスタ11のゲート電圧と、複製回路2のトランジスタ12のゲート電圧は、差分をとって定数N倍される。比較器13と容量6、スイッチ8、基準電圧9の構成は図10に示す技術と同様である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of the bias circuit of the present invention. The bias circuit 100 includes a bias circuit 1 that supplies a bias current to an amplifier (not shown), a duplication circuit 2 that includes a transistor 12 having the same size as the bias circuit 1, and a gate voltage of the transistor 11 that constitutes the bias circuit 1. A subtracting circuit 4 for calculating a difference from the gate voltage of the transistor 12 constituting the replica circuit 2, a constant multiplying circuit 5 for multiplying the output of the subtracting circuit 4 by a constant, and a gate voltage difference multiplied by a constant by the constant multiplying circuit 5. A comparator 13 that compares with the reference voltage 9 and an integrator 10 that integrates the result of comparison by the comparator 13 are provided. Then, the value integrated by the integrator 10 is fed back to the bias circuit 1 and the replica circuit 2, and the bias current of the replica circuit 2 is supplied to the amplifier to adjust the gain of the amplifier.
That is, it is assumed that the bias circuit 1 and the duplicating circuit 2 are composed of transistors of the same size. A constant current 3 can be applied to the bias circuit 1 via the switch 7. The gate voltage of the transistor 11 of the bias circuit 1 and the gate voltage of the transistor 12 of the replication circuit 2 are multiplied by a constant N by taking the difference. The configuration of the comparator 13, the capacitor 6, the switch 8, and the reference voltage 9 is the same as the technique shown in FIG.

まず、スイッチ7がオフ、スイッチ8がオンの状態を考える。バイアス回路1と複製回路2は同じ構成であるため、トランジスタ11、12のゲート電圧差は製造上のばらつきによって生じる誤差のみとなる。その後、スイッチ7がオン、スイッチ8がオフになった状態を考える。バイアス回路1のトランジスタ11には、定電流源3より電流ΔIdが加えられる。トランジスタ11のゲート電圧はΔVgだけ上昇するものとする。複製回路との差分をとって定数N倍された出力は、さきほどと比べてN*ΔVgだけ上昇する。また、これと同時に基準電圧9の電圧をΔVcだけ上昇させておく。スイッチ8がオフになっているので、容量6に蓄積されている電荷を考慮すると、比較器13はN*ΔVgとΔVcの大小を比較する。そして積分器10により、N*ΔVgとΔVcの差を積分する。
即ち、単一のトランジスタにおける電流差と電圧差の比が特定の値になるようにバイアス電流を調整し、バイアス回路1と同じ構成の複製回路2との電圧差を定数倍回路5によって増幅することで、比較器13の誤差や雑音と基準電圧9の誤差の影響を低減し、積分器10によって雑音の影響を低減し、積分器10の出力結果をバイアス電流にフィードバックすることで定常誤差を小さくすることができ、サブミクロン・プロセスにおいてもトランジスタのばらつきに影響されずに精度良く増幅器の利得を所望の値に調整することができる。さらに、積分器10の出力をバイアス電流に常にフィードバックしているため、急激な温度変化に対しても追従してバイアスを変化させ、増幅器の利得を一定に保つことができる。
First, consider a state in which the switch 7 is off and the switch 8 is on. Since the bias circuit 1 and the replica circuit 2 have the same configuration, the gate voltage difference between the transistors 11 and 12 is only an error caused by manufacturing variations. Then, consider a state in which the switch 7 is turned on and the switch 8 is turned off. A current ΔId is applied from the constant current source 3 to the transistor 11 of the bias circuit 1. It is assumed that the gate voltage of the transistor 11 increases by ΔVg. The output obtained by taking the difference from the replica circuit and multiplying by a constant N is increased by N * ΔVg as compared with the previous case. At the same time, the reference voltage 9 is raised by ΔVc. Since the switch 8 is off, the comparator 13 compares the magnitudes of N * ΔVg and ΔVc in consideration of the electric charge accumulated in the capacitor 6. Then, the integrator 10 integrates the difference between N * ΔVg and ΔVc.
That is, the bias current is adjusted so that the ratio between the current difference and the voltage difference in a single transistor becomes a specific value, and the voltage difference between the bias circuit 1 and the replica circuit 2 having the same configuration is amplified by the constant multiplier circuit 5. Thus, the error of the comparator 13 and the influence of the noise and the error of the reference voltage 9 are reduced, the influence of the noise is reduced by the integrator 10, and the output result of the integrator 10 is fed back to the bias current to reduce the steady-state error. In the submicron process, the gain of the amplifier can be adjusted to a desired value with high accuracy without being affected by variations in transistors. Further, since the output of the integrator 10 is always fed back to the bias current, the bias can be changed following a sudden temperature change, and the gain of the amplifier can be kept constant.

図2はバイアス回路1と複製回路2、及び定数倍回路5の具体例を示す図である。同じ構成要素には図1と同じ参照番号を付して説明する。定数倍回路5は抵抗21、22とアンプ23によって構成する。倍数は抵抗21、22の比によって決まる。
図3は基準となる電圧差ΔVcを作る回路の具体例を示す図である。抵抗に電流を流すことで、電圧差を作り出す(ノード34とノード35の電圧差を用いる)が、一般的に抵抗の値はばらつきが大きいため、調整が必要である。すなわち、抵抗31に流れる電流による電圧降下が定電圧33に等しくなるように電流調整し、その電流を抵抗32に流して電圧差を得るようにする。
図4は積分回路10の例として、スイッチトキャパシタ積分回路の例を示す図である。スイッチ14、16と、容量15、17及びアンプ18で積分回路10を構成する。スイッチ8、16がオンのときスイッチ14はオフとなり、スイッチ8、16がオフのときスイッチ14はオンとなる。
FIG. 2 is a diagram showing a specific example of the bias circuit 1, the duplication circuit 2, and the constant multiplication circuit 5. The same components will be described with the same reference numerals as in FIG. The constant multiplier circuit 5 includes resistors 21 and 22 and an amplifier 23. The multiple is determined by the ratio of the resistors 21 and 22.
FIG. 3 is a diagram showing a specific example of a circuit for generating a reference voltage difference ΔVc. Although a voltage difference is created by passing a current through the resistor (the voltage difference between the node 34 and the node 35 is used), the resistance value generally varies greatly, and adjustment is necessary. That is, the current is adjusted so that the voltage drop due to the current flowing through the resistor 31 is equal to the constant voltage 33, and the current is passed through the resistor 32 to obtain a voltage difference.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a switched capacitor integrating circuit as an example of the integrating circuit 10. The integration circuit 10 is configured by the switches 14 and 16, the capacitors 15 and 17, and the amplifier 18. When the switches 8 and 16 are on, the switch 14 is off, and when the switches 8 and 16 are off, the switch 14 is on.

図5は積分回路10の例として、アナログ積分回路の例を示す図である。抵抗24と容量25とアンプ26によって積分回路を構成する。
図6は積分回路の例として、ディジタル積分回路を用いた例を示す図である。比較器13の出力をディジタル化し、論理回路27によって積分を実現する。
図7は本発明のバイアス回路によって、増幅器28のトランジスタ29をバイアスする例を示す図である。増幅器28の増幅段トランジスタ29は、バイアス回路1および複製回路2のトランジスタ11、12とトランジスタ長が等しく、トランジスタ12のゲート電圧を用いることができる。
図8は本発明のバイアス回路のシミュレーション結果を示す図である。図8は積分回路10の出力結果で、時間の経過とともに所望のバイアス点に安定して収束することが示されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an analog integration circuit as an example of the integration circuit 10. The resistor 24, the capacitor 25, and the amplifier 26 constitute an integrating circuit.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which a digital integration circuit is used as an example of the integration circuit. The output of the comparator 13 is digitized and integration is realized by the logic circuit 27.
FIG. 7 is a diagram showing an example in which the transistor 29 of the amplifier 28 is biased by the bias circuit of the present invention. The amplifier stage transistor 29 of the amplifier 28 has the same transistor length as the transistors 11 and 12 of the bias circuit 1 and the replica circuit 2, and the gate voltage of the transistor 12 can be used.
FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of the bias circuit of the present invention. FIG. 8 shows the output result of the integration circuit 10, which shows that it converges stably to a desired bias point as time passes.

以上の通り、本発明によれば、単一のトランジスタにおける電流差と電圧差の比が特定の値になるようにバイアス電流を調整し、バイアス回路1と同じ構成の複製回路2との電圧差を定数倍回路5によって増幅することで、比較器13の誤差や雑音と基準電圧9の誤差の影響を低減し、積分器10によって雑音の影響を低減し、積分器10の出力結果をバイアス電流にフィードバックすることで定常誤差を小さくすることができ、サブミクロン・プロセスにおいてもトランジスタのばらつきに影響されずに精度良く増幅器28の利得を所望の値に調整することができる。さらに、積分器10の出力をバイアス電流に常にフィードバックしているため、急激な温度変化に対しても追従してバイアスを変化させ、増幅器28の利得を一定に保つことができる。   As described above, according to the present invention, the bias current is adjusted so that the ratio between the current difference and the voltage difference in a single transistor becomes a specific value, and the voltage difference from the duplicate circuit 2 having the same configuration as the bias circuit 1 is achieved. Is amplified by the constant multiplier circuit 5 to reduce the influence of errors of the comparator 13 and noise and the error of the reference voltage 9, the influence of noise is reduced by the integrator 10, and the output result of the integrator 10 is bias current. Therefore, the steady-state error can be reduced, and the gain of the amplifier 28 can be accurately adjusted to a desired value without being affected by transistor variations even in the sub-micron process. Furthermore, since the output of the integrator 10 is always fed back to the bias current, the bias can be changed following a sudden temperature change, and the gain of the amplifier 28 can be kept constant.

また、ディジタル回路27にて積分機能を実装することで、バイアス状態を保持することができ、低消費電力で利得を一定にできるバイアス回路を動作させることができる。
また、定数倍回路5の定数を可変とすることで、容易に増幅器28の利得を変化させることができる。定数倍回路5の定数を変更するには抵抗の値を変更すればよいが、これは一般的に基準となる定電流や定電圧を変更する場合に比べて、容易に精度良く実装することができる。
また、増幅器28は、サブミクロン・プロセスでもバイアス電流を高精度に調整することで、利得を任意の値に調節することができる。
また、本発明のバイアス調整回路を送受信回路に使用することにより、高周波回路において利得を一定にすることができ、ダイナミックレンジを広くする高性能な送受信が可能となる。
In addition, by implementing an integration function in the digital circuit 27, a bias state can be maintained, and a bias circuit that can maintain a constant gain with low power consumption can be operated.
Further, by making the constant of the constant multiplication circuit 5 variable, the gain of the amplifier 28 can be easily changed. In order to change the constant of the constant multiplication circuit 5, it is sufficient to change the value of the resistor. However, this is generally easier and more accurate than when changing the reference constant current or constant voltage. it can.
The amplifier 28 can adjust the gain to an arbitrary value by adjusting the bias current with high accuracy even in the sub-micron process.
Further, by using the bias adjustment circuit of the present invention for the transmission / reception circuit, the gain can be made constant in the high-frequency circuit, and high-performance transmission / reception with a wide dynamic range is possible.

1 バイアス回路、2 複製回路、3 定電流、4 引き算回路、5 定数倍回路、6 定常誤差をためる容量、7 スイッチ、8 比較器のフィードバックスイッチ、9 比較器への基準電圧入力、10 積分回路、11 バイアス回路のトランジスタ、12 複製回路のトランジスタ   1 bias circuit, 2 replication circuit, 3 constant current, 4 subtraction circuit, 5 constant multiplication circuit, 6 capacity for storing steady state error, 7 switch, 8 comparator feedback switch, 9 reference voltage input to comparator, 10 integration circuit , 11 Bias circuit transistor, 12 Duplicate circuit transistor

特開2007−184688公報JP 2007-184688 A 特願2009−001014公報Japanese Patent Application No. 2009-001014 Thomas H. Lee著「The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits Second Edition」Cambridge University Press出版、第325頁から第328頁Thomas H. Lee, “The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits Second Edition”, Cambridge University Press, pp. 325-328

Claims (6)

増幅器の利得を特定の値に調整可能としたバイアス調整回路において、
バイアス電流を設定する第1のバイアス電流設定回路と
前記第1のバイアス電流設定回路と同一構成の第2のバイアス電流設定回路と、
前記第1のバイアス電流設定回路を構成するトランジスタのゲート電圧と前記第2のバイアス電流設定回路を構成するトランジスタのゲート電圧との差分を定数倍する定数倍回路と、
前記定数倍回路により算出された値を基準電圧と比較する比較器と、
前記比較器により比較された結果を積分する積分器と、を備え、
前記積分器により積分された値を前記第1のバイアス電流設定回路と前記第2のバイアス電流設定回路にフィードバックすると共に、前記第2のバイアス電流設定回路を構成するトランジスタのゲート電圧をバイアス電圧として前記増幅器に供給することを特徴とするバイアス調整回路。
In the bias adjustment circuit that can adjust the gain of the amplifier to a specific value,
A first bias current setting circuit for setting a bias current ;
A second bias current setting circuit having the same configuration as the first bias current setting circuit ;
A constant multiplication circuit for multiplying a difference between a gate voltage of a transistor constituting the first bias current setting circuit and a gate voltage of a transistor constituting the second bias current setting circuit by a constant;
A comparator that compares the value calculated by the constant multiplication circuit with a reference voltage;
And a integrator for integrating the result of comparison by the comparator,
The value integrated by the integrator is fed back to the first bias current setting circuit and the second bias current setting circuit, and the gate voltage of the transistors constituting the second bias current setting circuit is used as a bias voltage. A bias adjustment circuit which is supplied to the amplifier .
増幅器の利得を特定の値に調整可能としたバイアス調整回路において、  In the bias adjustment circuit that can adjust the gain of the amplifier to a specific value,
バイアス電流を設定する第1のバイアス電流設定回路と、  A first bias current setting circuit for setting a bias current;
前記第1のバイアス電流設定回路と同一構成の第2のバイアス電流設定回路と、  A second bias current setting circuit having the same configuration as the first bias current setting circuit;
前記第1のバイアス電流設定回路を構成するトランジスタのゲート電圧と前記第2のバイアス電流設定回路を構成するトランジスタのゲート電圧との差分を定数倍する定数倍回路と、  A constant multiplication circuit for multiplying a difference between a gate voltage of a transistor constituting the first bias current setting circuit and a gate voltage of a transistor constituting the second bias current setting circuit by a constant;
前記定数倍回路により算出された値を基準電圧と比較する比較器と、  A comparator that compares the value calculated by the constant multiplication circuit with a reference voltage;
前記比較器により比較された結果を積分する積分器と、を備え、  An integrator for integrating the results compared by the comparator,
前記積分器により積分された値を前記第1のバイアス電流設定回路と前記第2のバイアス電流設定回路にフィードバックすると共に、前記積分された値に基づいて設定された前記第1のバイアス電流設定回路の電流の定数倍、又は前記積分された値に基づいて設定された前記第2のバイアス電流設定回路の電流を、バイアス電流として前記増幅器に供給することを特徴とするバイアス調整回路。  The value integrated by the integrator is fed back to the first bias current setting circuit and the second bias current setting circuit, and the first bias current setting circuit is set based on the integrated value. A bias adjustment circuit, wherein a current of the second bias current setting circuit set based on a constant multiple of the current or the integrated value is supplied to the amplifier as a bias current.
前記比較器は、該比較器による比較結果を保持する機能を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のバイアス調整回路。 The comparator bias adjustment circuit according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a function of holding the comparison result by the comparator. 前記定数倍回路は、該定数倍回路に係る倍数を変更可能とする機能を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のバイアス調整回路。 3. The bias adjustment circuit according to claim 1, wherein the constant multiplication circuit has a function of changing a multiple of the constant multiplication circuit. 請求項1乃至の何れか一項に記載のバイアス調整回路を備えたことを特徴とする増幅器。 An amplifier comprising the bias adjustment circuit according to any one of claims 1 to 4 . 請求項に記載の増幅器を備えたことを特徴とする送受信回路。 A transmission / reception circuit comprising the amplifier according to claim 5 .
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