JP7042992B2 - Variable gain amplifier - Google Patents
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Description
本開示は、可変利得増幅器に関するものである。 The present disclosure relates to variable gain amplifiers.
Wi-Fi(登録商標)等の無線LAN(Local Area Network)通信、携帯電話通信、テレビジョン放送等の放送信号受信、又は、車載用レーダ若しくは気象レーダ等のレーダ信号受信等の無線通信において、可変利得増幅器が広く用いられている。
無線通信の電波は、到来距離に応じて指数関数的に信号強度が変化する。そのため、可変利得増幅器は、指数関数的に利得を変化させる利得制御特性を有する必要がある。In wireless communication such as wireless LAN (Local Area Network) communication such as Wi-Fi (registered trademark), mobile phone communication, broadcast signal reception such as television broadcasting, or radar signal reception such as in-vehicle radar or meteorological radar. Variable gain amplifiers are widely used.
The signal strength of radio waves for wireless communication changes exponentially according to the arrival distance. Therefore, the variable gain amplifier needs to have a gain control characteristic that changes the gain exponentially.
例えば、特許文献1には、入力電流信号を電流ステアリング回路の出力に向けるための差分結合された相互コンダンスデバイスから成る第一の電流ステアリングペアに加えて、線形化回路を備え、線形化回路は、第一の電流ステアリングペアと電気的に並列に結合された第二のペアの差分結合されたデバイスを備え、第一のペアは、第二のペア内で起こる電流ステアリング(動作)を追従し、線形化回路は、第二の差分ペアを制御し、第二の差分ペアのデバイスを流れる電流は、第一の電流ステアリングペアに結合され、第一のペアの出力デバイスの出力電流は、差分入力電圧に指数関数的に依存するように構成した電流ステアリング回路を備えた可変利得増幅器が開示されている。
特許文献1に記載の可変利得増幅器(以下「従来の可変利得増幅器」という。)は、線形化回路を備えることにより、入力された信号の強度に応じて、デシベル(dB)スケールにおいて線形となるように利得を変化させる利得制御を可能にしている。For example, Patent Document 1 comprises a linearization circuit, in addition to a first current steering pair consisting of differentially coupled interconducting devices for directing an input current signal to the output of the current steering circuit. Equipped with a differentially coupled device of a second pair electrically coupled in parallel with the first current steering pair, the first pair following the current steering (operation) occurring within the second pair. However, the linearization circuit controls the second difference pair, the current flowing through the device of the second difference pair is coupled to the first current steering pair, and the output current of the output device of the first pair is A variable gain amplifier with a current steering circuit configured to be exponentially dependent on the differential input voltage is disclosed.
The variable gain amplifier described in Patent Document 1 (hereinafter referred to as “conventional variable gain amplifier”) is provided with a linearization circuit so as to be linear on a decibel (dB) scale according to the strength of the input signal. It enables gain control that changes the gain.
可変利得増幅器は、無線通信における受信信号の信号対雑音比を最大化させるために、到来する信号強度に応じて高精度且つ高速な利得制御を行うことが望ましい。
従来の可変利得増幅器が備える線形化回路は、閉ループ回路により構成されるフィードバックループを有するものである。一般に、閉ループ回路は、閉ループの発振に対する安定性を確保すためにローパスフィルタ又はミラー積分回路等により構成する積分器を用いて、閉ループ回路のループ帯域を抑える必要がある。そのため、従来の可変利得増幅器は、入力された信号の強度に対する利得制御の応答性が低下するという問題点があった。In order to maximize the signal-to-noise ratio of the received signal in wireless communication, it is desirable that the variable gain amplifier performs high-precision and high-speed gain control according to the incoming signal strength.
The linearization circuit provided in the conventional variable gain amplifier has a feedback loop composed of a closed loop circuit. Generally, in a closed-loop circuit, it is necessary to suppress the loop band of the closed-loop circuit by using an integrator configured by a low-pass filter, a mirror integrator circuit, or the like in order to ensure stability against closed-loop oscillation. Therefore, the conventional variable gain amplifier has a problem that the responsiveness of the gain control to the strength of the input signal is lowered.
本開示は、上述の問題点を解決するためのもので、入力された信号の強度に対して応答性に優れた利得制御を可能にする可変利得増幅器を提供することを目的としている。 The present disclosure is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a variable gain amplifier capable of gain control having excellent responsiveness to the strength of an input signal.
本開示に係る可変利得増幅器は、線形制御信号を受けて、線形制御信号の信号値の双曲線正接関数により示される双曲線正接項を含む第1演算式を用いて算出される信号値を示す第1制御信号を生成して出力し、線形制御信号の信号値の双曲線正接関数により示される双曲線正接項を含む第2演算式であって、第1演算式における双曲線正接項の符号の正負を反転させた第2演算式を用いて算出される信号値を示す第2制御信号を生成して出力する双曲線正接関数生成部と、双曲線正接関数生成部が出力する第1制御信号及び第2制御信号を受けて、第1制御信号の信号値を第2制御信号の信号値で除することにより導かれる線形制御信号の信号値の指数関数により示される項を含む第3演算式を用いて算出される信号値を示す第3制御信号を生成して出力する除算部と、を有する線形化回路と、線形化回路が出力する第3制御信号を受けて、第3制御信号に基づいて通過利得を制御するカレントステアリング回路と、を備えたものである。 The variable gain amplifier according to the present disclosure receives a linear control signal, and shows a signal value calculated by using a first arithmetic expression including a bicurve tangential term represented by a bicurve tangent function of the signal value of the linear control signal. It is a second arithmetic expression that generates and outputs a control signal and includes a bicurve positive tangent term indicated by a bicurve positive tangent function of the signal value of the linear control signal, and inverts the sign of the bicurve positive tangent term in the first arithmetic expression. A bicurve tangential function generator that generates and outputs a second control signal indicating a signal value calculated using the second arithmetic expression, and a first control signal and a second control signal that are output by the bicurve tangent function generator. Then, it is calculated using the third arithmetic expression including the term indicated by the exponential function of the signal value of the linear control signal derived by dividing the signal value of the first control signal by the signal value of the second control signal. A linearization circuit having a division unit that generates and outputs a third control signal indicating a signal value, and a third control signal output by the linearization circuit are received, and the passing gain is controlled based on the third control signal. It is equipped with a current steering circuit.
本開示によれば、入力された信号の強度に対して応答性に優れた利得制御を行うことができる。 According to the present disclosure, it is possible to perform gain control having excellent responsiveness to the strength of the input signal.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1から図2を参照して実施の形態1に係る可変利得増幅器100について説明する。Embodiment 1.
The
図1を参照して、実施の形態1に係る可変利得増幅器100の要部の構成について説明する。
図1は、実施の形態1に係る可変利得増幅器100の要部の構成の一例を示すブロック図である。
可変利得増幅器100は、線形化回路110及びカレントステアリング回路160を備える。
線形化回路110は、双曲線正接関数生成部120及び除算部140を備える。The configuration of the main part of the
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a main part of the
The
The
双曲線正接関数生成部120は、線形制御信号を受けて、当該線形制御信号に基づいて、第1制御信号及び第2制御信号を生成する。双曲線正接関数生成部120は、生成した第1制御信号及び第2制御信号を出力する。
具体的には、双曲線正接関数生成部120は、線形制御信号の信号値の双曲線正接関数により示される双曲線正接項を含む第1演算式を用いて算出される信号値を示す第1制御信号を生成する。また、双曲線正接関数生成部120は、線形制御信号の信号値の双曲線正接関数により示される双曲線正接項を含む第2演算式であって、第1演算式における双曲線正接項の符号の正負を反転させた第2演算式を用いて算出される信号値を示す第2制御信号を生成する。The hyperbolic tangent
Specifically, the hyperbolic tangent
除算部140は、双曲線正接関数生成部120が出力する第1制御信号及び第2制御信号を受けて、当該第1制御信号及び当該第2制御信号に基づいて、第3制御信号を生成する。除算部140は、生成した第3制御信号を出力する。
具体的には、除算部140は、第1制御信号の信号値を第2制御信号の信号値で除することにより導かれる線形制御信号の信号値の指数関数により示される項を含む第3演算式を用いて算出される信号値を示す第3制御信号を生成する。The
Specifically, the
カレントステアリング回路160は、線形化回路110が出力する第3制御信号を受けて、当該第3制御信号に基づいて通過利得を制御する。
カレントステアリング回路160は、線形制御信号に基づく利得制御後の増幅後電流信号を出力する。The
The
図2を参照して、実施の形態1に係る可変利得増幅器100が備える線形化回路110及びカレントステアリング回路160の回路構成について説明する。
図2は、実施の形態1に係る可変利得増幅器100が備える線形化回路110及びカレントステアリング回路160の回路構成の一例を示す回路図である。
図2に示すように、例えば、線形化回路110が備える双曲線正接関数生成部120は、第1入力端子121、第2入力端子122、第1トランジスタ123、第2トランジスタ124、及び、第1電流源125を備える。With reference to FIG. 2, the circuit configurations of the
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the
As shown in FIG. 2, for example, the hyperbolic
第1トランジスタ123及び第2トランジスタ124は、それぞれ、バイポーラトランジスタにより構成される。
第1トランジスタ123のベース端子は、第2入力端子122に接続され、第1トランジスタ123のエミッタ端子は、第1電流源125の一端に接続され、第1トランジスタ123のコレクタ端子は、除算部140に接続される。
第2トランジスタ124のベース端子は、第1入力端子121に接続され、第2トランジスタ124のエミッタ端子は、第1電流源125の一端に接続され、第2トランジスタ124のコレクタ端子は、除算部140に接続される。
第1電流源125の他端は、接地されている。The
The base terminal of the
The base terminal of the
The other end of the first current source 125 is grounded.
線形制御信号は、第1入力端子121及び第2入力端子122に入力される。具体的には、線形制御信号は、第1入力端子121と第2入力端子122との間の電圧(以下「利得制御電圧VIN」という。)として入力される。
以下、利得制御電圧VINの電圧値をX[ボルト(以下「V」と表記する。)]と表記して説明する。The linear control signal is input to the
Hereinafter, the voltage value of the gain control voltage VIN will be described as X [volt (hereinafter referred to as “V”)].
第1トランジスタ123、第2トランジスタ124、及び、第1電流源125により差動対が構成される。
第1トランジスタ123は、第2入力端子122に入力された線形制御信号を受けて、第1制御信号SC1を発生させる。具体的には、第1制御信号SC1は、コレクタ電流による電流信号である。以下、第1制御信号SC1の信号値である電流値を、Y1[アンペア(以下「A」と表記する。)]と表記して説明する。
同様に、第2トランジスタ124は、第1入力端子121に入力された線形制御信号を受けて、第2制御信号SC2を発生させる。具体的には、第2制御信号SC2は、コレクタ電流による電流信号である。以下、第2制御信号SC2の信号値である電流値を、Y2[A]と表記して説明する。A differential pair is configured by the
The
Similarly, the
図2に示す双曲線正接関数生成部120において、Y1及びY2は、次式(1)及び式(2)により算出できる。
Y1=a(1+tanh(X/Vt)) ・・・ 式(1)
Y2=a(1-tanh(X/Vt)) ・・・ 式(2)
ここで、aは定数であり、Vtは熱電圧[V]である。In the hyperbolic tangent
Y 1 = a (1 + tanh (X / V t )) ・ ・ ・ Equation (1)
Y 2 = a (1-tanh (X / V t )) ・ ・ ・ Equation (2)
Here, a is a constant and V t is a thermal voltage [V].
以上のように、図2に示す双曲線正接関数生成部120は、線形制御信号の信号値、すなわち、利得制御電圧VINの電圧値であるX[V]の双曲線正接関数により示されるtanh(X/Vt)を含む式(1)を用いて演算される信号値、すなわち、電流値であるY1を示す第1制御信号SC1を生成する。
同様に、図2に示す双曲線正接関数生成部120は、線形制御信号の信号値、すなわち、利得制御電圧VINの電圧値であるX[V]の双曲線正接関数により示されるtanh(X/Vt)を含む式(2)であって、式(1)におけるtanh(X/Vt)の符号の正負を反転させた式(2)を用いて演算される信号値、すなわち、電流値であるY2を示す第2制御信号SC2を生成する。
双曲線正接関数生成部120は、生成した第1制御信号SC1及び第2制御信号SC2を、線形化回路110が備える除算部140に出力する。As described above, the hyperbolic tangential
Similarly, the hyperbolic
The hyperbolic tangent
図2に示すように、例えば、線形化回路110が備える除算部140は、第3トランジスタ141、第4トランジスタ142、第5トランジスタ143、第6トランジスタ144、第7トランジスタ145、第8トランジスタ146、第2電流源147、及び、第3電流源148を備える。
As shown in FIG. 2, for example, the dividing
第3トランジスタ141、第4トランジスタ142、第5トランジスタ143、第6トランジスタ144、第7トランジスタ145、及び、第8トランジスタ146は、それぞれ、バイポーラトランジスタにより構成される。
図2に示す除算部140は、第3トランジスタ141、第4トランジスタ142、及び、第5トランジスタ143のベースエミッタ間電圧の合計と、第6トランジスタ144、第7トランジスタ145、及び、第8トランジスタ146のベースエミッタ間電圧の合計とが等しくなることを利用した、周知の除算回路である。
図2に示す除算部140は、第8トランジスタ146のコレクタ端子に接続される信号線190から第3制御信号SC3を出力する。The
The dividing
The
第3トランジスタ141、第4トランジスタ142、第5トランジスタ143、第6トランジスタ144、第7トランジスタ145、及び、第8トランジスタ146のコレクタ電流をそれぞれ、Ic3[A]、Ic4[A]、Ic5[A]、Ic6[A]、Ic7[A]、及び、Ic8[A]と表記すると、次式(3)が成立する。なお、式(3)は、以降の説明を簡単にするために、第3トランジスタ141、第4トランジスタ142、第5トランジスタ143、第6トランジスタ144、第7トランジスタ145、及び、第8トランジスタ146のそれぞれの電流増幅率βが十分に大きいものとして、それぞれのベース電流を無視したものである。The collector currents of the
Ic3・Ic4・Ic5=Ic6・Ic7・Ic8 ・・・ 式(3)
また、Ic5=Ic6であることから、式(3)は、次式(5)となる。
Ic3・Ic4=Ic7・Ic8 ・・・ 式(5)I c3 , I c4 , I c5 = I c6 , I c7 , I c8 ... Equation (3)
Further, since I c5 = I c6 , the equation (3) becomes the following equation (5).
I c3・ I c4 = I c7・ I c8・ ・ ・ Equation (5)
図2に示す双曲線正接関数生成部120が備える第1トランジスタ123のコレクタ端子は、第4トランジスタ142のエミッタ端子、及び、第5トランジスタ143のベース端子に接続されている。
また、図2に示す双曲線正接関数生成部120が備える第2トランジスタ124のコレクタ端子は、第7トランジスタ145のエミッタ端子、及び、第8トランジスタ146のベース端子に接続されている。The collector terminal of the
Further, the collector terminal of the
そのため、式(1)により算出される第1制御信号SC1の電流値であるY1は、式(5)におけるIc4に相当する。また、式(2)により算出される第2制御信号SC2の電流値であるY2は、式(5)におけるIc7に相当する。
したがって、式(5)は、次式(6)に変形できる。
Ic8=Ic3・Y1/Y2 ・・・ 式(6)Therefore, Y 1 , which is the current value of the first control signal SC1 calculated by the equation (1), corresponds to I c4 in the equation (5). Further, Y 2 , which is the current value of the second control signal SC2 calculated by the equation (2), corresponds to I c7 in the equation (5).
Therefore, the equation (5) can be transformed into the following equation (6).
I c8 = I c3 · Y 1 / Y 2 ... Equation (6)
図2に示すとおり、線形化回路110が備える除算部140は、第8トランジスタ146のコレクタ電流であるIc8による電流信号を第3制御信号SC3として出力する。以下、第3制御信号SC3の信号値である電流値を、Y3[A]と表記して説明する。
すなわち、式(6)は、Ic8が、第3制御信号SC3の電流値であるY3に相当し、Y3が、第1制御信号SC1の電流値であるY1を第2制御信号SC2の電流値であるY2で除した値に、Ic3を乗じたものに相当することを示している。As shown in FIG. 2, the
That is, in the equation (6), I c8 corresponds to Y 3 which is the current value of the third control signal SC 3, and Y 3 secondly controls Y 1 which is the current value of the first control signal SC 1. It is shown that it corresponds to the value divided by Y 2 , which is the current value of the signal SC 2, multiplied by I c 3 .
式(6)に式(1)及び式(2)を代入することにより、次式(7)が得られる。
Y3=Ic8=Ic3・exp(X/2Vt) ・・・ 式(7)By substituting the equations (1) and (2) into the equation (6), the following equation (7) can be obtained.
Y 3 = I c8 = I c3・ exp (X / 2V t ) ・ ・ ・ Equation (7)
以上のように、図2に示す除算部140は、第1制御信号SC1の信号値、すなわち、電流値であるY1を、第2制御信号SC2の信号値、すなわち、電流値であるY2で除することにより導かれる線形制御信号の信号値、すなわち、電圧値であるXの指数関数により示される項を含む式(7)を用いて算出される信号値、すなわち、電流値であるY3を示す第3制御信号SC3を生成する。
除算部140は、生成した第3制御信号SC3をカレントステアリング回路160に出力する。As described above, the dividing
The
図2に示すように、例えば、カレントステアリング回路160は、第9トランジスタ171、第10トランジスタ172、第1PMOSトランジスタ173、第2PMOSトランジスタ174、第4電流源175、電圧源176、第3入力端子181、出力端子182、第11トランジスタ183、第12トランジスタ184、及び、第5電流源185を備える。
第9トランジスタ171、第10トランジスタ172、第1PMOSトランジスタ173、第2PMOSトランジスタ174、第4電流源175、及び、電圧源176により、電流ミラー回路170が構成される。
第3入力端子181、出力端子182、第11トランジスタ183、第12トランジスタ184、及び、第5電流源185により、コア部180が構成される。As shown in FIG. 2, for example, the
The
The
第9トランジスタ171、第10トランジスタ172、第11トランジスタ183、及び、第12トランジスタ184は、それぞれ、バイポーラトランジスタにより構成される。
第1PMOSトランジスタ173及び第2PMOSトランジスタ174は、それぞれ、P型MOS(metal-oxide-semiconductor)トランジスタにより構成される。The
The
第3入力端子181には、電流信号が入力される。
出力端子182からは、第3入力端子181に入力される電流信号のうちの一部が、増幅後電流信号として出力される。
具体的には、カレントステアリング回路160は、除算部140が出力する第3制御信号SC3に基づいて、第3入力端子181に電流信号として入力される電流量のうち、出力端子182に導通する電流量を制限する。カレントステアリング回路160は、出力端子182に導通する電流量を制限することにより利得制御を行い、利得制御後の増幅後電流信号を出力端子182から出力する。A current signal is input to the
From the
Specifically, the
第5電流源185が出力する電流をIo1[A]とし、第12トランジスタ184のバイアス電流をY4[A]としたとき、カレントステアリング回路160の利得であるG[真数]は、次式(8)となる。
G=Y4/Io1 ・・・ 式(8)When the current output by the fifth
G = Y 4 / I o1 ... Equation (8)
式(8)のとおり、カレントステアリング回路160の利得であるG[真数]は、第12トランジスタ184のバイアス電流であるY4[A]に比例する。
第12トランジスタ184のバイアス電流であるY4[A]は、第12トランジスタ184のベース端子に入力される電圧値に応じて変化する。As shown in the equation (8), G [antilogarithm], which is the gain of the
Y 4 [A], which is the bias current of the
電流ミラー回路170は、第3制御信号SC3を第1PMOSトランジスタ173及び第2PMOSトランジスタ174により構成される電流ミラーにより折り返す。電流ミラー回路170は、ベース端子とコレクタ端子とがダイオード接続された第10トランジスタ172のコレクタ端子に、第2PMOSトランジスタ174が出力する信号を入力する。The
第11トランジスタ183のベース端子は、第9トランジスタ171のベース端子、及び、陰極端子が接地された電圧源176の陽極端子に接続されている。
第12トランジスタ184のベース端子は、第10トランジスタ172のベース端子に接続されている。
このように構成することにより、カレントステアリング回路160は、第9トランジスタ171及び第10トランジスタ172のそれぞれのコレクタ電流を、第11トランジスタ183及び第12トランジスタ184のそれぞれのコレクタ電流に電流ミラーする。The base terminal of the
The base terminal of the
With this configuration, the
ここで、第9トランジスタ171と第11トランジスタ183とのトランジスタサイズ比率、第10トランジスタ172と第12トランジスタ184とのトランジスタサイズ比率、及び、第4電流源175と第5電流源185との電流比率が、全て1:N(Nは任意の正の実数)になるように設計すると、第10トランジスタ172のコレクタ電流と、第12トランジスタ184のコレクタ電流との電流比率は、1:Nになる。
以下、第9トランジスタ171と第11トランジスタ183とのトランジスタサイズ比率、第10トランジスタ172と第12トランジスタ184とのトランジスタサイズ比率、及び、第4電流源175と第5電流源185との電流比率は、全て1:Nになるように設計されているものとして説明する。Here, the transistor size ratio between the
Hereinafter, the transistor size ratio between the
当該設計において、第10トランジスタ172と第12トランジスタ184のコレクタ電流との電流比率は、1:Nであるため、当該電流比率及び式(7)を用いると、式(8)は、次式(9)のように表すことができる。
G=(N・Ic3/Io1)・exp(X/2Vt) ・・・ 式(9)
式(9)に示すカレントステアリング回路160の利得であるG[真数]をデシベル(dB)スケールに変換すると、式(9)は、次式(10)のようになる。
20log10G[dB]
=(X/2Vt)・20log10e+20log10(N・Ic3/Io1)
=(X/2Vt)・c+d ・・・ 式(10)
ここで、eはネイピア数、c及びdは定数である。In the design, the current ratio between the 10th transistor 172 and the collector current of the
G = (N ・ I c3 / I o1 ) ・ exp (X / 2V t ) ・ ・ ・ Equation (9)
When G [antilogarithm], which is the gain of the
20log 10 G [dB]
= (X / 2V t ) ・ 20log 10 e + 20log 10 (NI c3 / I o1 )
= (X / 2V t ) ・ c + d ・ ・ ・ Equation (10)
Here, e is the number of Napiers, and c and d are constants.
式(10)に示すとおり、カレントステアリング回路160の利得であるGは、dBスケールにおいて、線形制御信号の信号値、すなわち、電圧値であるX[V]に比例していることがわかる。
As shown in the equation (10), it can be seen that G, which is the gain of the
図2に示す可変利得増幅器100は、閉ループ回路を有していない。そのため、可変利得増幅器100は、閉ループの発振に対する安定性を確保すためにローパスフィルタ又はミラー積分回路等により構成する積分器を備える必要がない。したがって、可変利得増幅器100は、入力された信号の強度に対して応答性に優れた利得制御を行うことができる。
The
なお、ここまでの説明において、バイポーラトランジスタ特性の製造バラツキ等のバラツキについて無視してきた。実際、半導体又はディスクリート部品等の組み合わせにより、実施の形態1に係る可変利得増幅器100の構成を実現する場合、バイポーラトランジスタ特性のバラツキの影響により、所望の指数関数特性に対して誤差が生じる可能性がある。
しかしながら実施の形態1に係る可変利得増幅器100の構成が、半導体内におけるICとして構成される場合、バイポーラトランジスタに構成した各トランジスタのエミッタ面積又は電流密度等を一定にすることにより、バイポーラトランジスタ特性のバラツキにより生じる上述の誤差低減できる。In the above description, variations such as manufacturing variations in bipolar transistor characteristics have been ignored. In fact, when the configuration of the
However, when the configuration of the
例えば、図2に示す可変利得増幅器100における除算部140の構成において、バイポーラトランジスタにより構成した第3トランジスタ141、第4トランジスタ142、第5トランジスタ143、第6トランジスタ144、第7トランジスタ145、及び、第8トランジスタ146のそれぞれのエミッタ面積を同一とし、さらに、第2電流源147及び第3電流源148の電流比率を1:2となるように構成する。このように構成することにより、線形制御信号の電圧値が0[V]のバイアス状態において、第3トランジスタ141、第4トランジスタ142、第5トランジスタ143、第6トランジスタ144、第7トランジスタ145、及び、第8トランジスタ146のそれぞれの電流密度が全て等しくなり、バイポーラトランジスタ特性のバラツキに対してロバストな可変利得増幅器100を実現することができる。
For example, in the configuration of the
また、図2に示す可変利得増幅器100の構成において、バイポーラトランジスタにより構成した第1トランジスタ123、第2トランジスタ124、第3トランジスタ141、第4トランジスタ142、第5トランジスタ143、第6トランジスタ144、第7トランジスタ145、及び、第8トランジスタ146のそれぞれのエミッタ面積を同一とし、さらに、第1電流源125、第2電流源147、及び、第3電流源148の電流比率を2:1:2となるように構成してもよい。このように構成することにより、線形制御信号の電圧値が0[V]のバイアス状態において、第1トランジスタ123、第2トランジスタ124、第3トランジスタ141、第4トランジスタ142、第5トランジスタ143、第6トランジスタ144、第7トランジスタ145、及び、第8トランジスタ146のそれぞれの電流密度が全て等しくなり、バイポーラトランジスタ特性のバラツキに対してロバストな可変利得増幅器100を実現することができる。
Further, in the configuration of the
以上のように、可変利得増幅器100は、線形制御信号を受けて、線形制御信号の信号値の双曲線正接関数により示される双曲線正接項を含む第1演算式を用いて算出される信号値を示す第1制御信号を生成して出力し、線形制御信号の信号値の双曲線正接関数により示される双曲線正接項を含む第2演算式であって、第1演算式における双曲線正接項の符号の正負を反転させた第2演算式を用いて算出される信号値を示す第2制御信号を生成して出力する双曲線正接関数生成部120と、双曲線正接関数生成部120が出力する第1制御信号及び第2制御信号を受けて、第1制御信号の信号値を第2制御信号の信号値で除することにより導かれる線形制御信号の信号値の指数関数により示される項を含む第3演算式を用いて算出される信号値を示す第3制御信号を生成して出力する除算部140と、を有する線形化回路110と、線形化回路110が出力する第3制御信号を受けて、第3制御信号に基づいて通過利得を制御するカレントステアリング回路160と、を備えた。
このように構成することにより、可変利得増幅器100は、入力された信号の強度に対して応答性に優れた利得制御を行うことができる。As described above, the
With this configuration, the
また、可変利得増幅器100は、上述の構成において、線形化回路110が有する双曲線正接関数生成部120は、2個のバイポーラトランジスタにより構成される差動対を含むように構成した。
このように構成することにより、可変利得増幅器100は、入力された信号の強度に対して応答性に優れた利得制御を行うことができる。Further, in the above configuration, the
With this configuration, the
また、可変利得増幅器100は、上述の構成において、線形化回路110が有する除算部140は、1個以上のバイポーラトランジスタを含み、除算部140に含まれる全てのバイポーラトランジスタの電流密度が等しくなるようにバイアスされるように構成した。
このように構成することにより、可変利得増幅器100は、バイポーラトランジスタ特性のバラツキに対してロバストなものとなる。そのため、可変利得増幅器100は、入力された信号の強度に対して高精度且つ高速な利得制御を行うことができる。Further, in the
With this configuration, the
実施の形態2.
図3を参照して実施の形態2に係る可変利得増幅器100aの要部の回路構成の一例について説明する。
図3は、実施の形態2に係る可変利得増幅器100aが備えるカレントステアリング回路160aの回路構成の一例を示す回路図である。
可変利得増幅器100aは、線形化回路110及びカレントステアリング回路160aを備える。
線形化回路110は、双曲線正接関数生成部120及び除算部140を備える。
実施の形態2に係る可変利得増幅器100aは、図2に示す実施の形態1に係る可変利得増幅器100におけるカレントステアリング回路160が、カレントステアリング回路160aに変更されたものである。
実施の形態2に係る可変利得増幅器100aの構成において、図2に示す実施の形態1に係る可変利得増幅器100と同様の構成については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。すなわち、図2に記載した符号と同じ符号を付した図3の構成については、説明を省略する。Embodiment 2.
An example of the circuit configuration of the main part of the
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the
The
The
In the
In the configuration of the
カレントステアリング回路160aは、第9トランジスタ171a、第10トランジスタ172a、第1PMOSトランジスタ173、第2PMOSトランジスタ174、第4電流源175、電圧源176、第3入力端子181、出力端子182、第11トランジスタ183a、第12トランジスタ184a、及び、第5電流源185を備える。
実施の形態2に係るカレントステアリング回路160aは、図2に示す実施の形態1に係るカレントステアリング回路160における第9トランジスタ171、第10トランジスタ172、第11トランジスタ183、及び、第12トランジスタ184が、第9トランジスタ171a、第10トランジスタ172a、第11トランジスタ183a、及び、第12トランジスタ184aに変更されたものである。The
In the
第9トランジスタ171a、第10トランジスタ172a、第1PMOSトランジスタ173、第2PMOSトランジスタ174、第4電流源175、及び、電圧源176により、電流ミラー回路170aが構成される。
第3入力端子181、出力端子182、第11トランジスタ183a、第12トランジスタ184a、及び、第5電流源185により、コア部180aが構成される。
第9トランジスタ171a、第10トランジスタ172a、第11トランジスタ183a、及び、第12トランジスタ184aは、それぞれ、N型MOSトランジスタ(以下「NMOSトランジスタ」という。)により構成される。The
The
The
第11トランジスタ183aのゲート端子は、第9トランジスタ171aのゲート端子、及び、陰極端子が接地された電圧源176の陽極端子に接続されている。
第12トランジスタ184aのゲート端子は、第10トランジスタ172aのゲート端子に接続されている。
このように構成することにより、カレントステアリング回路160aは、図2に示すカレントステアリング回路160と同様の動作が可能である。The gate terminal of the
The gate terminal of the
With this configuration, the
実施の形態3.
図4を参照して実施の形態3に係る可変利得増幅器100bの要部の回路構成の一例について説明する。
図4は、実施の形態3に係る可変利得増幅器100bが備える除算部140b及びカレントステアリング回路160bの回路構成の一例を示す回路図である。
可変利得増幅器100bは、線形化回路110b及びカレントステアリング回路160bを備える。
線形化回路110bは、双曲線正接関数生成部120及び除算部140bを備える。
実施の形態3に係る可変利得増幅器100bは、図2に示す実施の形態1に係る可変利得増幅器100(以下、単に「図2に示す可変利得増幅器100」という。)における除算部140(以下、単に「図2に示す除算部140」という。)及びカレントステアリング回路160(以下、単に「図2に示すカレントステアリング回路160」という。)が、除算部140b及びカレントステアリング回路160bに変更されたものである。
実施の形態3に係る可変利得増幅器100bの構成において、図2に示す可変利得増幅器100と同様の構成については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。すなわち、図2に記載した符号と同じ符号を付した図4の構成については、説明を省略する。Embodiment 3.
An example of the circuit configuration of the main part of the
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the
The
The
The
In the configuration of the
除算部140bは、第3トランジスタ141、第4トランジスタ142、第5トランジスタ143、第6トランジスタ144、第7トランジスタ145、第8トランジスタ146、第2電流源147、及び、第3電流源148を備える。
除算部140bの回路構成は、図2に示す除算部140の回路構成と同様である。
除算部140bは、第3制御信号SC3を、第8トランジスタ146のベース端子に接続される信号線191における電位と、第5トランジスタ143のベース端子に接続される信号線192における電位との電位差である差動電圧として出力する。The dividing
The circuit configuration of the
The dividing
カレントステアリング回路160bは、第3入力端子181、出力端子182、第11トランジスタ183、第12トランジスタ184、及び、第5電流源185を備える。すなわち、カレントステアリング回路160bは、図2に示すカレントステアリング回路160から電流ミラー回路170を削除してコア部180のみを備えた回路構成と同様である。
カレントステアリング回路160bが備える第11トランジスタ183のベース端子には、一端が第5トランジスタ143のベース端子に接続された信号線192の他端が接続される。
カレントステアリング回路160bが備える第12トランジスタ184のベース端子には、一端が第8トランジスタ146のベース端子に接続された信号線191の他端が接続される。The
The other end of the
The other end of the
除算部140bと図2に示す除算部140とは回路構成が同様であるため、除算部140bが備える第8トランジスタ146のコレクタ電流の電流値であるIc8[A]は、式(7)に示したように、線形制御信号の電圧値であるX[V]の指数関数である。
ここで、第5トランジスタ143と第11トランジスタ183とのトランジスタサイズ比率、第8トランジスタ146と第12トランジスタ184とのトランジスタサイズ比率、及び、第3電流源148と第5電流源185との電流比率が、全て1:Nになるように設計すると、第8トランジスタ146のコレクタ電流と、第12トランジスタ184のコレクタ電流との電流比率は、1:Nになる。Since the
Here, the transistor size ratio between the
当該設計において、除算部140bが第3制御信号SC3を上述の差動電圧として出力することにより、第5トランジスタ143及び第8トランジスタ146は、図2に示す電流ミラー回路170と同様に、第10トランジスタ172のコレクタ電流と、第12トランジスタ184のコレクタ電流との電流比率をN倍にする電流ミラー回路として動作する。
このように構成することにより、可変利得増幅器100bは、図2に示す可変利得増幅器100と比較して、回路規模を小さくすることができる。In the design, the dividing
With this configuration, the
なお、本開示はその開示の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 It should be noted that, within the scope of the disclosure, any combination of embodiments can be freely combined, any component of each embodiment can be modified, or any component can be omitted in each embodiment. ..
本開示に係る可変利得増幅器は、無線通信機器に適用することができる。 The variable gain amplifier according to the present disclosure can be applied to wireless communication equipment.
100,100a,100b 可変利得増幅器、110,110b 線形化回路、120 双曲線正接関数生成部、121 第1入力端子、122 第2入力端子、123 第1トランジスタ、124 第2トランジスタ、125 第1電流源、140,140b 除算部、141 第3トランジスタ、142 第4トランジスタ、143 第5トランジスタ、144 第6トランジスタ、145 第7トランジスタ、146 第8トランジスタ、147 第2電流源、148 第3電流源、160,160a,160b カレントステアリング回路、170,170a 電流ミラー回路、171,171a 第9トランジスタ、172,172a 第10トランジスタ、173 第1PMOSトランジスタ、
174 第2PMOSトランジスタ、175 第4電流源、176 電圧源、180,180a コア部、181 第3入力端子、182 出力端子、183,183a 第11トランジスタ、184,184a 第12トランジスタ、185 第5電流源、190 信号線、191 信号線、192 信号線、SC1 第1制御信号、SC2 第2制御信号、SC3 第3制御信号、VIN 利得制御電圧。100, 100a, 100b variable gain amplifier, 110, 110b linearization circuit, 120 bicurve tangent function generator, 121 1st input terminal, 122 2nd input terminal, 123 1st transistor, 124 2nd transistor, 125 1st current source , 140, 140b Divider, 141 3rd transistor, 142 4th transistor, 143 5th transistor, 144 6th transistor, 145 7th transistor, 146 8th transistor, 147 2nd current source, 148 3rd current source, 160 , 160a, 160b Current steering circuit, 170, 170a Current mirror circuit, 171, 171a 9th transistor, 172, 172a 10th transistor, 173 1st polyclonal transistor,
174 2nd polyclonal transistor, 175 4th current source, 176 voltage source, 180, 180a core part, 181 3rd input terminal, 182 output terminal, 183, 183a 11th transistor, 184, 184a 12th transistor, 185 5th current source , 190 signal line, 191 signal line, 192 signal line, SC1 first control signal, SC2 second control signal, SC3 third control signal, VIN gain control voltage.
Claims (3)
前記双曲線正接関数生成部が出力する前記第1制御信号及び前記第2制御信号を受けて、前記第1制御信号の信号値を前記第2制御信号の信号値で除することにより導かれる前記線形制御信号の信号値の指数関数により示される項を含む第3演算式を用いて算出される信号値を示す第3制御信号を生成して出力する除算部と、
を有する線形化回路と、
前記線形化回路が出力する前記第3制御信号を受けて、前記第3制御信号に基づいて通過利得を制御するカレントステアリング回路と、
を備えたこと
を特徴する可変利得増幅器。In response to the linear control signal, the first control signal indicating the signal value calculated using the first arithmetic expression including the hyperbolic tangential term indicated by the hyperbolic tangential function of the signal value of the linear control signal is generated and output. , The second arithmetic expression including the hyperbolic tangential term indicated by the hyperbolic tangent function of the signal value of the linear control signal, and the sign of the hyperbolic tangent term in the first arithmetic expression is inverted. A hyperbolic tangent function generator that generates and outputs a second control signal that indicates the signal value calculated using
The linearity derived by receiving the first control signal and the second control signal output by the hyperbolic tangent function generation unit and dividing the signal value of the first control signal by the signal value of the second control signal. A division unit that generates and outputs a third control signal indicating a signal value calculated using a third arithmetic expression including a term indicated by an exponential function of the signal value of the control signal.
With a linearization circuit,
A current steering circuit that receives the third control signal output by the linearization circuit and controls the passing gain based on the third control signal, and a current steering circuit.
It features a variable gain amplifier.
を特徴とする請求項1記載の可変利得増幅器。The variable gain amplifier according to claim 1, wherein the hyperbolic tangent function generator included in the linearization circuit includes a differential pair composed of two bipolar transistors.
を特徴とする請求項1記載の可変利得増幅器。The division unit included in the linearization circuit includes two or more bipolar transistors, and is biased so that the current densities of all the bipolar transistors included in the division unit are equal to each other. The variable gain amplifier described.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6172636B1 (en) | 1999-07-13 | 2001-01-09 | Analog Devices, Inc. | Linearizing structures and methods for adjustable-gain folding amplifiers |
JP2002520894A (en) | 1998-07-02 | 2002-07-09 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Current steering variable gain amplifier with linearization circuit |
US20030067345A1 (en) | 2001-09-28 | 2003-04-10 | Winbond Electronics Corporation America, Ltd. | Current steering circuit for amplifier |
JP2010514281A (en) | 2006-12-21 | 2010-04-30 | イセラ・カナダ・ユーエルシー | Current controlled biasing for high frequency variable gain amplifiers based on current manipulation |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI106413B (en) * | 1996-07-11 | 2001-01-31 | Nokia Mobile Phones Ltd | Linear power amplifier power control circuit |
US6229374B1 (en) * | 2000-03-23 | 2001-05-08 | International Business Machines Corporation | Variable gain amplifiers and methods having a logarithmic gain control function |
-
2020
- 2020-02-10 JP JP2021564106A patent/JP7042992B2/en active Active
- 2020-02-10 GB GB2208526.0A patent/GB2605527B/en active Active
- 2020-02-10 WO PCT/JP2020/005097 patent/WO2021161373A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002520894A (en) | 1998-07-02 | 2002-07-09 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Current steering variable gain amplifier with linearization circuit |
US6172636B1 (en) | 1999-07-13 | 2001-01-09 | Analog Devices, Inc. | Linearizing structures and methods for adjustable-gain folding amplifiers |
US20030067345A1 (en) | 2001-09-28 | 2003-04-10 | Winbond Electronics Corporation America, Ltd. | Current steering circuit for amplifier |
JP2010514281A (en) | 2006-12-21 | 2010-04-30 | イセラ・カナダ・ユーエルシー | Current controlled biasing for high frequency variable gain amplifiers based on current manipulation |
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