JPH03201609A - 自動利得制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路の分野に関し、特に、自動利得制御（
ＡＧＣ）増幅器に対する温度補償指数利得制御電圧に関
する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕

自動利得制御回路は、入力信号のレベルにかかわらず、
信号出力レベルの振幅を一定に維持するために使用され
る。すなわち、入力信号レベルの振幅が変化したとして
も、ＡＧＣ回路の出力は一定振幅である。通常の電子増
幅器は入力電子信号を受信し、その信号を一定の量だけ
増幅するのでらるが、ＡＧＣでは、所望の振幅レベルに
到達するのに十分な増幅を実行するだけである。すなわ
ち、その分の「利得」を与えるのみである。

ＡＧＣ回路の用途の１つは、ディスクドライブ又はそれ
に類する適用用途で見られるようなレッドチャネルにお
ける使用である。磁気媒体から取出された、振幅の変動
を伴なう信号は、前置増幅器によ力増幅された後、ＡＧ
Ｃ回路に供給される。増幅後の処理及び復号に備えて、
入力信号を一定のレベルに増幅することが望筐れるため
、ＡＧＣは入力信号を一定の出力レベルに増幅する。

動作中、ＡＧＣ回路の増幅器段の利得は入力信号レベル
の振幅に反比例して変化する。入力信号の振幅が大きく
なるにつれて、利得の量は減少する。

ＡＧＣは、それが維持しようとしている所定の基準レベ
ルに初期設定され、振幅信号がこの所定の閾値レベルよ
り下がると、ＡＧＣ回路は増幅器の出力端子における振
幅の減少を感知する。そこで、ＡＧＣ回路は、出力信号
の振幅が基準レベルに達するほどに大きくなる１で、増
幅器段の利得を増加させる。入力信号の振幅が公称基準
レベルを越えている場合には、ＡＧＣ回路は、増幅器段
の出力端子に訃ける振幅の増加を感知して、出力信号の
振幅が基準レベルに減少する筐で、増幅器段の利得を減
少させる。

代表的なＡＧＣ回路は、入力信号を受信する入力段から
構成される。入力信号は増幅段に供給され、そこで、入
力信号の振幅を増加させるために、利得係数と乗算され
る。この増幅段はＡＧＣ回路の出力信号を発生する。検
出段は出力信号の振幅を検出し、それを基準レベル又は
基準範囲と比較する。

入力信号の振幅が所望のレベルにない場合には、修正段
に誤差信号が供給され、修正段は、出力信号の振幅が所
望の範囲にあるか又はその中に入るように、増幅段の利
得を調整する。従来の構成の中には、本発明の譲受人に
譲渡された米国特許第４．６９１　、１７２号に記載さ
れている構成のように、可変利得を提供するためにスイ
ッチキャパシタアレイを利用するものもある。

通常のＡＧＣ増幅器の場合、利得と入力制御電圧との関
係は、帰還ループ特性において急速な利得設定時間を得
るために必要とされる指数関数によって決筐るのが普通
である。従来、この指数関数は、ギルバートマルチプラ
イヤのような構成における１対のエミッタ結合トランジ
スタを使用して実現されていた。そのような構成の欠点
の１つは、指数関数が温度変化の影響をきわめて大きく
受けることである。この電圧をデジタル／アナログ変換
器（ＤＡＣ）によって駆動したい場合、ＤＡＣも全く同
じ温度変化をし、それを補償されなければならないであ
ろう。１つの電圧が補償されないと、温度依存性がある
ために、ある温度範囲にわたって特定の利得を得るのに
複数の異なる電圧を供給することが必要になる。これは
、回路の構成と、ソフトウェアとをさらに複雑にする。

従って、本発明の目的は、利得と入力制御電圧との関係
が温度の影響を受けないような自動利得制御回路を提供
することである。

本発明のさらに別の目的は、回路構成及びソフトウェア
に課される必要条件を軽減した自動利得制御回路を提供
することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ＡＧＣ増幅器に温度補償指数利得電圧を供給
する装置を提供するものである。本発明は、複数対のエ
ミッタ結合トランジスタを使用して、指数利得制御関数
を実現する。本発明では、それらのトランジスタ対のペ
ースを駆動するために、付加回路を追加する。付加回路
は、制御経路内に、バイアス電流が温度に比例する第１
の利得段と、温度変化に対して一定であるバイアス電流
を伴なう第２の利得段とを追加する。それらの利得段は
、トランジスタ対と組合されて、温度依存性をもたない
構成となジ、指数利得関数を保持する。本発明のこの回
路においては、温度とは無関係である利得を提供する外
部電圧源によシ、増幅器の利得を提供することができる
。

本発明の利点の１つは、温度感知素子を使用せずに温度
依存性を除去できることである。さらに、本発明の回路
はどのようなバイポーラプロセスによっても使用可能で
ある。

本発明の別の利点は、抵抗器の比を慎重に設定すること
により１利得クランプを実現でき、その結果、ギルバー
トマルチプライヤの寄生非指数領域外に増幅器を保持で
きることである。

〔実施例〕

本発明は、ＡＧＣ増幅器に温度補償指数利得制御電圧を
供給する装置を提供するものである。以下の説明中、本
発明の理解をさらに完壁にするために、電圧、導電型な
どの数多くの事項を特定して詳細に挙げるが、そのよう
な特定の詳細な事項を含１なくとも本発明を実施しうろ
ことは当業者には明白であろう。筐た、周知の特徴につ
いては、本発明をあい１いにしないために、詳細には説
明しない場合もある。

本発明は、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）又はそ
の他の電圧源を介して外部からＡＧＣ増幅器の利得を設
定することを可能にする回路を提供する。本発明によれ
ば、電圧制御回路のために特別の温度感知素子を設ける
必要はない。

従来のＡＧＣの利得は、指数が比の値から構成されるよ
うな指数関数によって与えられる。比の分母は温度変化
の影響を受けるので、利得は温度依存性をもつことにな
る。本発明は、指数比の分子も同様に温度依存性をもつ
ような結果をもたらす電圧制御回路を提供する。これに
よシ、温度変化に起因する電圧の変動はなくなう、利得
は温度とは無関係になる。

従来の構成では、指数関数は、ギルバートマルチプライ
ヤのように１対のエミッタ結合トランジスタを使用する
ことによシ与えられる。これは、入力端子ＩＮＰＬＵＳ
及びＩＮＭＩＮＵＳと、出力端子ＯＵＴ　ＰＬＵＳ及び
ＯＵＴ　ＭＩＮＵＳとを有する差動増幅器として動作す
る。利得制御電圧は、本願の説明では、便宜上、ＢＹＰ
　　と呼ぶ入力端子から、トランジスタ対に印加される
。従来の回路が閉ループ環境で動作している限すにおい
ては、ループは温度によって誘起される利得の変化をい
ずれも補償する。しかしながら、ＤＡＣ又は他の制御電
圧源から得られる電圧のような外部制御電圧によって回
路を駆動したい場合には、制御電圧と利得段との温度変
化の差異によって、利得係数は温度依存性をもつことに
なる。本発明は、ギルバート利得セルトランジスタ対の
ベースを駆動するために、付加回路を追加する。新たな
回路は、バイアス電流が温度に比例する利得段と、温度
変化に対して一定であるバイアス電流を伴なう利得段と
を追加する。これによυ、回路は、温度とは無関係であ
ると共に、指数利得関数を保持することができる。

従来の技術 従来のＡＧＣ増幅器を示す回路図は第１図に示されてい
る。従来のＡＧＣ回路は、第１の対のエミッタ結合トラ
ンジスタから成る第１の利得段と、第２の対のエミッタ
結合トランジスタから成る第２の利得段とから構成され
る。第１図に示すように、エミッタ結合トランジスタＱ
７及びＱ８が第１の利得段を形威し、エミッタ結合トラ
ンジスタＱ９及びＱＩＯは第２の利得段を形成する。供
給電圧ＶＣＣは抵抗器Ｒ９を介してトランジスタＱ１１
のコレクタと、増幅器１０の反転入力端子とに結合され
ている。ＶＣＣは、さらに、抵抗器Ｒ１Ｇを介してトラ
ンジスタＱ１２のコレクタと、増幅器１０の非反転入力
端子とに結合されている。トランジスタＱ１１（７）エ
ミッタはトランジスタＱ７のコレクタに結合されている
。トランジスタＱ７はトランジスタＱ８にエミッタ結合
され、そのトランジスタＱ８のコレクタは供給電圧ｖＣ
Ｃに結合している。

トランジスタＱ１２のエミッタはトランジスタＱ９に結
合され、そのトランジスタＱ９は　トランジスタＱＩＯ
に二□ツタ結合されている。トランジスタＱＩＯのコレ
クタは供給電圧に結合している。

トランジスタＱ７及びＱ８のエミッタはトランジスタＱ
５のコレクタに結合され、トランジスタＱ９及びＱ１０
のエミッタはトランジスタＱ６のコレクタに結合されて
いる。トランジスタＱ５はＩＮ　　ＰＬＵＳ信号１１に
ベース結合され、トランジスタＱ６はＩＮ　ＭＩＮＯ８
信号１２にペース結合されている。トランジスタＱ５及
びＱ６のエミッタは、抵抗器Ｒ７及びＲ８をそれぞれ介
して、電流Ｉ２を発生する接続点１３に結合されている
。

基準電圧ｖ８は、抵抗器Ｒ５を介して、接続点１４でト
ランジスタＱ１１及びＱｌ２のベースに結合される。こ
の接続点１４は、抵抗器Ｒ６と、ダイオードＤ１とを介
して、接続点１５でトランジスタＱ１及びＱ９のベース
に結合されている。接続点１５から電流ＩＲが取出され
る。

基準電圧ｖＲは抵抗器Ｒ４を介してトランジスタＱ４の
ベースと、トランジスタＱ３のコレクタとに結合される
。トランジスタＱ４のエミッタは接続点１６でトランジ
スタＱ８及びＱＩＯのベースに結合されている。接続点
１６は抵抗器１７を介して接地点に結合されている。

トランジスタＱ３のベースは接続点１５に結合され、ｖ
ＲはトランジスタＱ２のコレクタにも結合されている。

トランジスタＱ２及びＱ３のエミッタは抵抗器Ｒ２及び
Ｒ３をそれぞれ介して、電流出力ｈ　を発生する接続点
１８に結合されている。

ＢＹＰ入力はトランジスタＱ１のベースに結合される。

このトランジスタＱ１のエミッタはトランジスタＱ２の
ベースに結合されると共に、抵抗器Ｒ１を介してトラン
ジスタＱ２のエミッタに結合される。

動作中、２対のエミッタ結合トランジスタＱ７゜ＱＢ、
Ｑ９及びＱ１０は信号を負荷抵抗器Ｒ９及びＲ１０から
分路して、回路の利得を変化させる。

しかしながら、利得係数は温度変化の影響を受けるので
、外部電圧源を使用するときには、特定の利得を得るた
めに、温度変化電圧関数が必要である。第１図の回路に
トランジスタＱ１〜Ｑ１Ｇがなければ、利得は抵抗器Ｒ
９と抵抗器Ｒ７との比により次のように表わせるであろ
う。

抵抗器の比の値は、本願の説明の便宜上、１例として挙
げる値であるにすぎない。他の抵抗器比を同様に採用し
て良いことは明白であろう。

トランジスタＱ７〜Ｑ１０は、第１の利得段の利得を減
少させる効果を有する。Ｑｌ又はＱｌを介して流れる電
流と、トランジスタＱ５及びＱ６において利用可能な電
流との比に、最大利得（Ｒ９／Ｒ７）を乗じたものが第
１の利得段の利得である。従つをｖｂｙ、の関数として
求める。

初め、ｖｂｙｐ２ｖｂｅ　　Ｉｃｅ２”Ｒ２”Ｖｎ　　
Ｉｔ”（Ｒｓ＋Ｒｓ　）　　２”ｂｅ　−■（！Ｑ３Ｒ
３とする。

実際に適用した場合、ｂｅは非常に小さいので、式から
除くことができる。従って＝ ｖｂｅの変化が小さいと仮定すれば、 ｖ、ｙｐ−［ｃ、２ａＲ，＝ｖＲＩｔ”（Ｒ５”Ｒ６’
）　　’ｅＱ３Ｒ３ｖｃＱ３＋ＩｃＱ３＝１１−＞■ｃ
Ｑ□＝Ｉｌ−■。、３ｒ　ｅＱ３に関して書き直すと、 ”ｂ）’Ｐ　　＜　Ｉｔ　　Ｉｃｑ３）Ｒｚ　＝　ＶＲ
Ｉｔ　（Ｒ５＋Ｒ６）　　Ｉ。、３Ｒ３”ｂｙｐ−１，
Ｒ２＋Ｉｃｏ３Ｒ２＝ＶＲ−１，Ｒ５−Ｉ、Ｒ，−Ｉ、
、３Ｒ。

Ｉｅ＠５（Ｒｚ＋Ｒ３）＝Ｖ＊　　”ｂｙｐ＋１１（Ｒ
ｚ　　Ｒｓ　　Ｒｓ）ＩＢ７　＋　’ｃｔ２８　＝　Ｉ
ｅＱ５ＩＣｄ　＝　’ｃ（Ｉｓ−ＩＣｔ２７ める。

次に、トランジスタのベース電圧を外部電圧の関数とし
て求めると、次のようになる。

ｖｂＱｙ　＝”ｔｔ　　Ｉ　１　（Ｒ５＋　Ｒｅ）　　
Ｖ５ｅｖｂｑ８　＝　ｖＲＩ　Ｃ’Ｑ３　Ｒ４−ｖｂ＠
ｖｂＱｒ−ｖｂｅＢ　＝　ＩＣＱ３　Ｒ４−ｆ　ｔ　（
Ｒ５＋　Ｒ６）４ ”ｂＱ７　　ｖｂ、８＝、、、、、（ｖ、−ｖｂ、、　
十ｆｔ　（Ｒ２−Ｒｓ−Ｒｓ））Ｉｔ（Ｒｓ十Ｒ６） この例では、便宜上、公称値として次の値を使用する：
　Ｒ，＝　１４００；Ｒ３＝１４００；Ｒ，＝５００；
Ｒ５＝２００；Ｒ６＝２００．及び■１＝１ミリアンヘ
ア 利得はほぼ４００　”　Ｉ　ｃ　（１７／Ｉ　ｃＱ　５
に等しい。　様々な温度におけるｖｔの変化を以下の表
に示す。異なる温度でのｖｂｙｐに対する利得を示す。

ＶＲ＝５．４の場合 １５　　　　　　１９　　　　　　　２８　　　　　　
４４３０　　　　　　３６　　　　　　　４８　　　　
　　６６５９　　　　　　６６　　　　　　　７９−　
　　　　９７１０７　　　　　１１３　　　　　　１２
４　　　　　１３７表かられかるように、電圧ｖＲア、
が高くなると、利得は、温度の変化に対して３倍に壕で
大きくなるほど激しく変化する。

利得を温度とは無関係にするには、ｖｔ及び利得式の分
母の温度依存性を相殺するために、ｖＢＱ７からｖＢｏ
を減じた量にも温度依存性をもたせ、それによって、利
得を温度変化の影響から解放しなければならない。たと
えば、 であるならば： Ｋ、とＣが一定であるならば： となるが、これは温度とは無関係であるので、利得であ
る も、同様に温度とは無関係になる。

本発明 本発明は、制御経路の中に、トランジスタＱ１及びＱ８
のベースを駆動する新たな回路を設ける。

本発明の回路はＡＧＣに付加的利得段を追加するもので
あって、それらの利得段の一方は温度とは無関係である
が、第２の利得段は温度依存性を有する。この温度依存
性をもつ利得段は、ＡＧＣ回路の指数関数の分子と分母
の温度依存環が互いに相殺し合って、回路全体を温度と
は無関係にするように、分子に作用する。本発明の付加
回路は、第２図に示されている。基準電圧ｖＲは、抵抗
器Ｒ４及びダイオードＤ４を介して、接続点１９でトラ
ンジスタＱ７のベースに結合される。基準電圧ｖＲは、
抵抗器Ｒ３を介して、接続点２ｏでトランジスタＱ３の
ベースにも結合される。トランジスタＱ３のエミッタは
接続点２１でＱ８のベースに結合されている。

接続点２０はトランジスタＱ４のコレクタにさらに結合
されている。基準電圧ｖＲはトランジスタＱ３のコレク
タに結合され、トランジスタＱ３は接続点２２でトラン
ジスタＱ４にエミッタ結合すれている。電流■２は接続
点２２．２１及び１９から取出され、各接続点で同等で
ある。

基準電圧は、ダイオードＤ２を介して、接続点２３でト
ランジスタＱ３のベースに結合される。

ｖＲは、ダイオードＤ１を介して、接続点２４でトラン
ジスタＱ４のベースにも結合される。接続点２４及び２
３はトランジスタＱ１及びＱ２のコ。

レクタにそれぞれ結合されている。トランジスタＱ１の
ベースはＶＢＹＰに結合され、トランジスタＱ２のベー
スはｖＲＩＦに結合されている。トランジスタＱ１及び
Ｑ２のエミッタは、抵抗器Ｒ１及びＲ２をそれぞれ介し
て接続点２５に結合されている。電流１１は接続点２５
から取出される。

第２図の回路の付加利得段はトランジスタＱ１゜Ｑ２と
、抵抗器Ｒ１、Ｒ２と、ダイオードＤＩ　、Ｄ２とから
構成される。この第１の利得段は温度とは無関係である
。第２の利得段はトランジスタＱ３及びＱ４と、抵抗器
Ｒ３とから構成される。　トランジスタＱ３及びＱ４の
ベースは第１の利得段により駆動される。

本発明の回路について、ｖＩＱ？−ｖＢＱ８　　を解く
ＩｅＱｌ　＋’　ｅＱ２　”　Ｉ　Ｉ Ｉ（！Ｑ２　＝Ｉｌ−■（！Ｊ 同様に： ｖｂ　Ｑ　３　　’　ｂｅ　Ｑ　３°”ｂ　Ｑ　４　　
”ｂ　ｅ　Ｑ　４ＩｅＱ４　＋■ｅＱ３　”　■２ と： Ｉ−＝Ｉ−Ｉ ｃＱ３　　　　２　　　　　ｅＱ４ ■ｂ）’ｐ”ｂｅＱｌ−ＩｅＱＩＲｌ”ｖＲｅｆ　　”
ｂｅＱ２−■ＣＱ２Ｒ’’　”ｂｅが小さいと仮定すれ
ば： ｖｂｙｐ”ｉｅｆ　＝　Ｒ１（Ｉｃｑ　　’ｅＱ２　）
従って： 代入すると： すなわち： 指数項の分母は温度とは無関係である。

ｖｌＱ３について解くと： Ｖｂｑ３　ｊ−ＶＲ−ＶＯ２ ’ｅＱ１及び■。、２に代入すると： 工２ ”ＢＱ４について解くと： Ｖｂ９４“ ■Ｒ−ｖＤ１ ｖｌＱ７及びｖｌ、８について解くと：ｖＩＩ９７”’
　ｖＲ’２Ｒ４”’−ｖｂｅｆ＋４ＶＢＱ８　””　ｖ
Ｒ−工ｅＱ４”　ｎ３−　ｖｂｅＤａｖｂＱ、　　”ｔ
ｌＱＢ”■ＣＱ４″Ｒ３”２Ｒ４Ｉ２かに３ｖｔに等し
くなるようなＰＴＡＴ電流源であれば、以下のように求
められる。尚、Ｒ３は１／オームを単位とする値である
。

Ｖｉ項は相殺され、その結果： となる。

すなわち、Ｉｆが温度変化に対して一定であるならば、
温度依存性は存在しない。従って、温度とは無関係であ
る指数利得制御電圧を有する自動利得制御回路を説明し
たことになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のＡＧＣ増幅器回路を示す回路図、 第２図は、本発明の利得段を示す回路図である。 ＤＩ、Ｄ２．Ｄ４　・・・・ダイオード、Ｑｌ　、Ｑ２
　。 Ｑ３．Ｑ４・・・・トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２１Ｒ３ｔ
Ｒ４・・・・抵抗器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の利得段と、第２の利得段とを有する自動利
   得制御（ＡＧＣ）回路において、温度変化に対して一定
   であるバイアス電流を供給する第３の利得段と； 温度に比例するバイアス電流を供給する第４の利得段と
   を具備し、前記第３の利得段及び第４の利得段を前記第
   １の利得段及び第２の利得段に結合して成ることを特徴
   とする自動利得制御回路。
2. （２）第１の利得段と、第２の利得段とを有し、前記第
   １の利得段は第１及び第２のエミッタ結合トランジスタ
   から構成され、前記第２の利得段は第３及び第４のエミ
   ッタ結合トランジスタから構成される自動利得制御（Ａ
   ＧＣ）回路において、第１の抵抗器と、第２の抵抗器と
   をそれぞれ介してエミッタが結合されている第５及び第
   ６のトランジスタから構成され、温度変化に対して一定
   であるバイアス電流を供給する第３の利得段と；第７及
   び第８のエミッタ結合トランジスタから構成され、温度
   に比例するバイアス電流を供給する第４の利得段とを具
   備し、前記第３の利得段及び第４の利得段を前記第１の
   利得段及び第２の利得段に結合して成ることを特徴とす
   る自動利得制御回路。