JPH06500879A - 温度に依存しないリニア対エクスポーネンシャル変換器 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 温度に依存しないリニア対エクスポーネンシャル変換器発明の背景 本発明は一般的にはリニア対エクスポーネンシャル変換器回路に関し、かつ、よ り特定的には、そこに印加された入力信号に指数関数的に（ｅｘｐｏｎｅｎｔ　 ｉａｌ　ｌｙ）関係する温度に依存しない信号を発生可能な、温度に対して独立 なリニア対エクスポーネンシャル変換器に関する。

多くの形式の回路はそこに印加される入力信号に指数関数的に関係する信号を発 生するためリニア対エクスポーネンシャル回路を使用する。例えば、通信システ ムの構成要素の一部を形成する回路はそのようなリニア対エクスポーネンシャル 回路を好適に利用する１つのそのような形式の回路を構成する。典型的には、リ ニア対エクスポーネンシャル回路がそのような通信の構成要素の一部を形成する 場合、該リニア対エクスポーネンシャル回路はリニアスケールの信号をデシベル スケールの信号に変換するために使用される。（デシベルは指数関数値に関係す る値である。）送信機および受信機は通信システムの構成要素部分となる。送信 機および受信機は送信チャネルによって相互結合され、かつ情報信号が該送信チ ャネルによって送信機により受信機に送信され、該受信機がその送信された情報 信号を受信する。

無線通信システムは前記送信チャネルが無線周波通信チャネルによって形成され る通信システムからなる。前記無線周波通信チャネルは電磁周波スペクトルの周 波数範囲によって規定される。無線周波通信チャネルによって情報信号を送信す るために、情報信号は無線周波チャネルによるその送信に適した形式に変換され なければならない。

情報信号を無線周波通信チャネルによるその送信に適した形式に変換することは 変調と称されるプロセスによって達成され、該変調においては情報信号が無線周 波電磁波に刻み込まれる。無線周波電磁波は前記無線周波通信チャネルを規定す る周波数の周波数範囲内の値のものである。情報信号が刻み込まれる無線周波電 磁波は通常「キャリア信号」と称され、かつ該無線周波電磁波は、一旦情報信号 によって変調されると、被変調または変調された信号（ｍ。

ｄｕｌａｔｅｄ　ｓｉｇｎａｌ）と称される。

前記被変調信号の情報内容は、しばしば変調スペクトルと称される、ある範囲の 周波数を占有する。変調スペクトルを含む周波数範囲は前記キャリア信号の周波 数を含む。

被変調信号は無線周波チャネルによって自由空間を介して送信できるから、それ によって前記情報信号を無線通信システムの送信機と受信機との間で送信するこ とができ、該通信システムの送信機および受信機部分は互いに近接して配置され る必要はない。その結果、無線通信システムは送信機と遠隔に位置する受信機と の間での通信を行なうために広く使用されている。

キャリア信号に対し情報信号を変調して被変調信号を形成し、それによって情報 信号を無線通信システムの送信機と受信機との間で送信できるようにするため種 々の変調技術が開発されている。そのような変調技術は、例えば、振幅変調（Ａ Ｍ）　、周波数変調（ＦＭ）、位相変調（ＰＭ）、周波数シフトキーイング変調 （ＦＳＸ）、位相シフトキーイング変調（ＰＳＫ）、および連続位相変調（ＣＰ Ｍ）を含む。連続位相変調の１つの形式は直角位相振幅変調（ＱＡＭ）である。

被変調信号を受信する無線通信システムの受信機はキャリア信号に変調された情 報信号を検出し、あるいは再生するための回路を含む。受信機の回路は通常前記 情報信号を検出するために必要な回路に加えて受信機によって受信された被変調 信号の周波数を下側に変換するための回路を含む。前記被変調信号から情報信号 を検出しあるいは再生するプロセスは復調と称され、かつ復調を行なうためのそ のような回路は復調回路と称される。

い（つかの受信機構成においては、（デジタル信号プロセッサまたはＤＳＰと称 される）プロセッサが伝統的な復調回路に代えて使用される。

無線通信システムの受信機によって実際に受信された信号は受信機による受信の 前における送信信号の反射の結果として振幅が変動している。通常、受信機によ って実際に受信された信号は異なる経路長の信号経路を形成する複数の異なる経 路に沿って進行する送信信号の和である。被変調信号が送信される送信チャネル は通常複数の異なる信号経路を含むから、送信チャネルはしばしばマルチパスチ ャネルと称される。直接経路の経路長より長い経路長の信号経路による信号の送 信は信号の遅延を生ずる結果となるが、それはマルチパスチャネルによる送信信 号の和は実際には送信機により送信されかつ受信機により時間的に異なる点にお いて受信された信号の和であるからである。

そのような信号遅延はレーリーフェーディングおよびシンボル間干渉（ｉｎｔｅ ｒｓｙｍｂｏｌ　１ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）と称される妨害を生ずる結果とな る。そのような妨害は受信機により受信された信号の信号振幅変動を生じさせる 。送信機および受信機によって形成された、通信システムが（セルラ電話システ ムのような）移動通信システムの送信機および受信機を含む場合は、受信機が６ ０ＭＰＨで走行する車両に配置されている時、送信機によって送信され、かつ実 際に受信機によって受信された、被変調信号の信号強度は５ミリセカンドの期間 の間に約２０デシベル変化し得る。

そのようなフエーデングの影響を克服するためゲイン制御回路がしばしば受信機 回路の一部を形成し交互に受信信号を増幅しかつ該受信信号の振幅を制限する。

ゲイン制御回路は通常はデシベル／ボルト（ｄｅｃｉｂｅｌｓ　ｐｅｒ　ｖｏｌ ｔ）によってスケーリングされる信号を使用する。デシベルは対数値であるから 、リニア対エクスポーネンシャル変換回路も通常受信機回路のゲイン制御回路の 一部を形成する。

現存するリニア対エクスポーネンシャル変換回路が入手可能であり、該変換回路 はそこに印加されるリニアな入力信号に応じて指数関数的な出力信号を形成する よう動作する。

例えば、“ＩＣＯｐ−Ａｍｐ　Ｃｏｏｋｂｏｏｋ”　と題する、Ｈｏｗａｒｄ　 Ｗ、Ｓａｍｓによる、１９７４年コピーライト、のテキストのページ２１４〜２ １６に開示されたものは信号の印加に応じて指数関数信号を形成するための真数 （ａｎｔｉｌｏｇ）発生器である。該真数発生器はディスクリート部品からなる 。

また、集積回路、Ｉ　ＮＴＥＲ８Ｉ　Ｌ部品番号ＩＣＬ８０４９は、集積回路形 式の同様のそのような構造を開示する。

さらに、集積回路、ＩＮＴＥＲ３Ｉ　Ｌ部品番号ＩＣＬ８０４８は対数変換を行 なうための対数変換器を開示する。

入力信号の印加に応じて指数関数信号を発生するための現存の回路は温度に依存 する指数関数信号を形成する。そのような回路により発生された実際の信号は従 って温度に依存し、すなわち、そのような回路により発生される実際の指数関数 信号は回路の温度に対応して変化する値を有するものである。従って、そのよう な現存の回路により発生される信号はそこに供給される信号の値のみならず、温 度にも依存する。

真数発生器およびその集積回路の等価物は共に該回路により形成される信号の温 度への依存性を最小にするために温度補償を与えるよう試みているが、そのよう な試みは前記信号の温度依存性を完全に打消すことはできない。

Ｓａｍｓによって開示された真数発生器は個別部品のサーミスタを含む。サーミ スタの温度は必ずしも真数発生器の増幅器の温度と等しくないから、前記信号の 温度依存性を補償しようとする試みはしばしば不適切なものとなる。

集積回路に配置された真数発生器はそこから発生される信号の温度依存性を該集 積回路をハイブリッド製造プロセスによって形成することにより補償しようと試 みる。ハイブリッド製造プロセスによって形成された集積回路は少なくとも２つ の異なる形式の材料からなる。そのようなプロセスは製造コストの他に材料のコ ストを増大させ、かつ、いずれにしても、そのような集積回路の温度補償回路は 同様に温度依存性を完全に打消すことができない。従って、このようにして温度 依存性を補償しようとする試みはしばしば不適切となる。

従って、そのような伝統的なリニア対エクスポーネンシャル変換回路を使用する 無線通信シスケムの受信機構成要素のゲイン制御回路は該回路の温度レベルに対 応して変化する信号を発生する。従って、そのようなゲイン制御回路によって発 生されるゲイン制御信号は、少なくとも部分的に、温度レベルに応じて変化し得 る。そのような温度依存性は受信機のゲイン制御回路の機能に悪影響を与えるか ら、結果として得られた受信信号のゲイン制御は誤差を受ける。

従って、必要なことは温度に依存しない指数関数信号を発生するリニア対エクス ポーネンシャル変換回路である。

発明の概要 従って、本発明は入力信号に指数関数的に関係する温度に依存しない信号を発生 するための回路を好適に提供する。

本発明はさらに入力信号に指数関数的に関係する温度に依存しない信号を発生す るための方法を好適に提供する。

さらに、本発明は制御電圧に指数関数的に関係する温度に依存しないバイアス電 流を発生する無線受信機のゲイン制御回路のためのリニア対エクスポーネンシャ ル変換器を好適に提供する。

さらに、本発明は入力信号に対数的に関係する信号を発生するための回路を好適 に提供する。

本発明はさらに他の利点および特徴を提供し、それらの詳細は以下の好ましい実 施例の詳細な説明を参照することにより一層明らかになるであろう。

本発明によれば、従って、入力信号に指数関数的に関係する温度に依存しない信 号を発生するための回路が開示される。該回路は入力信号を所望の温度依存性を 有する温度依存信号に変換する。指数乗算器が前記温度依存信号を該温度依存信 号の印加に応じて増幅する。指数乗算器は前記温度依存信号の温度依存性に対応 する、かつ該温度依存性の逆の、温度依存性を有し、それによって形成された増 幅信号は入力信号に指数関数的に関係する温度に依存しない信号を形成する。

図面の簡単な説明 本発明は添付の図面を参照することによりさらによく理解でき、該図面において は、 第１図は、バイポーラ接合トランジスタのコレクタ電極に発生する電流をそのベ ース・エミッタ間電圧の関数として３つの異なる周囲温度レベルにおいてプロッ トしたグラフ表現であり、 第２図は、本発明の第１の好ましい実施例の回路の単純化したブロック図であり 、 第３図は、第２図のものと同様であるが、本発明の別の好ましい実施例を示すブ ロック図であり、第４図は、本発明の方法の好ましい実施例の方法の方法ステッ プを示すフロー図であり、 第５図は、第３図の好ましい実施例の構成の単純化した回路図であり、 第６図は、セルラ通信システムの一部を示す概略図であり、 第７図は、周波数の関数としてプロットした被変調信号のグラフ表現であり、 第８図は、本発明のリニア対エクスポーネンシャル回路がその一部を形成する受 信機部分を有する無線送受信機のブロック図であり、 第９図は、温度に依存しない、対数信号を形成する本発明の他の別の、好ましい 実施例を示すブロック図であり、第１０図は、温度に依存しない、対数信号を形 成する本発明のさらに他の別の好ましい実施例を示すブロック図であり、そして 第１１図は、第１０図の好ましい実施例の単純化した回路図である。

好ましい実施例の説明 まず、第１図のグラフ表現を参照すると、バイポーラ接合トランジスタのコレク タ電極で発生した電流が該バイポーラ接合トランジスタのベースとエミッタ電極 との間の電位差の関数としてプロットされている。ミリアンペアによってスケー リングされる、コレクタ電流、Ｉ　１は縦軸２Ｏ上に横軸２４上のミリボルトに 関してスケーリングされた、ベース・エミッタ間電圧、ｖ　１の関数としてプロ Ｅ ツトされている。

プロット２８．３２および３６はバイポーラ接合トランジスタのコレクタ電極に おける電流と該バイポーラ接合トランジスタのベース・エミッタ間電極の間の電 圧との関係を、それぞれ、３つの異なる温度Ｔ　２　、Ｔ　ｉおよびＴｏにおけ る場合につき示し、ここでＴ２〉Ｔ１〉Ｔｏである。

プロット２８．３２および３６を見るとバイポーラ接合トランジスタのコレクタ 電極の電流、Ｉ　Ｎはベース・エミッタ間電圧、■　、に依存するのみならず、 該トランジＥ スタの温度にも依存することが分かる。例えば、図面において点線で示された縦 方向に延びるライン４０によって示される、特定のベース・エミッタ間電圧にお いて、トランジスタのコレクタ電極の電流は該トランジスタの温度に依存する。

温度Ｔ２においては、示されたベース・エミッタ間電圧における電流Ｉ　は該カ ーブ上にポイント２８Ａによって示されている。温度Ｔ１においては、示された ベース・エミッタ間電圧における電流Ｉ　はポイント３２Ａによって示され、か つ温度Ｔｏにおいては、示されたベース・エミッタ間電圧、■　、における電流 ■　はポイントＢＥ　ｃ ３６Ａによって示される。

同様に、図面に点線で示された縦方向に延びるライン４４により示されたより大 きなベース・エミッタ間電圧に対しては、温度Ｔ２では、示されたベース・エミ ッタ間電圧における電流Ｉ　は該カーブ上にポイント２８Ｂによって示される。

温度Ｔ１においては、示されたベース・エミッタ間電圧における電流Ｉ　は該カ ーブ上にポイント３２Ｂによって示され、かつ温度Ｔｏにおいては、示されたベ ース・エミッタ間電圧における電流■　はポイント３６Ｂによって示される。

プロット２８．３２および３６は数学的に次の式によって記述することができる 。

この場合、 ■　はバイポーラ接合トランジスタのコレクタ電極における電流の電流レベルで あり、 ■　は該バイポーラ接合トランジスタの飽和電流時ａｔ 性であり、 ｅは値２．７１であり（この場合、Ｉｎ　（ｅ）＝１である）、 ｖＢＥはバイポーラ接合トランジスタのベース・エミッタ電極間の電圧レベルで あり、 ｑは電子の電荷であり、 ｋはボルツマン定数であり、そして Ｔは（絶対温度でスケーリングした）バイポーラ接合トランジスタの温度である 。

上の式は数学的に、かつ第１図のプロット２８〜３６は図式的に、バイポーラ接 合トランジスタのコレクタ電極の電流と該トランジスタのベース・エミッタ間電 圧、■ＢＥ’の指数関数的関係を示す。上の式はまた数学的に、かつ第１゜図の プロット２８〜３６は図式的に、前記トランジスタのコレクタ電極の電流の温度 による温度依存性を示す。

この温度依存性のため、伝統的なリニア対エクスポーネンシャル回路によって発 生される信号は温度補償が必要である。

次に第２図に移ると、一般的に参照数字７０で表わされる、本発明の好ましい実 施例の回路が示されている。回路７０は入力信号に指数関数的に関係する温度に 依存しない信号を発生する。

ライン７４上に形成される入力信号は温度補償回路７８に供給される。温度補償 回路７８はライン７４によってそこに供給される前記入力信号を所望の温度依存 性を有する温度依存信号に変換する。コレクタ電極の電流、■　、を記述するた めに使用した前掲の数学的方程式を参照すると、回路７８はライン７４上に供給 された信号に対し前に挙げた方程式の温度依存性と逆の温度依存性を導入するよ う動作する。

温度補償回路７８はライン８２上に温度依存信号を発生し、該ライン８２は指数 乗算回路８６に結合されて前記温度依存信号をそこに供給する。指数乗算回路８ ６は指数増幅回路を形成する少なくとも１つのバイポーラ接合トランジスタを具 備する。前に述べたように、該少なくとも１つのバイポーラ接合トランジスタの コレクタ電極の電流はそのベース・エミッタ間電圧に指数関数的に関係するから 、該コレクタ電極の電流はそのベース電極をバイアスするために印加された信号 （ここではライン８２上に供給される信号）に応じて指数関数的に増幅された信 号を形成する。

乗算器８６のバイポーラ接合トランジスタのコレクタ電極に適切に結合された、 ライン９０上に発生される信号はライン８２に供給される入力信号と指数関数的 に関係する。

ライン８２上に発生する温度依存信号は前記少なくとも１つのバイポーラ接合ト ランジスタの温度依存性と逆の温度依存性を有するから、回路８６によってライ ン９０上に発生される信号は温度に依存しない。

次に、第３図のブロック図に移ると、一般的に参照数字１００で示された、本発 明の別の好ましい実施例の回路が機能ブロック図形式で示されている。第２図の 回路７０と同様に、回路１００はそこに供給される入力信号に指数関数的に関係 する温度に依存しない信号を発生する。より特定的には、第３図の回路１００は 入力信号を形成する電圧信号を受信しかつ該入力信号を形成する電圧信号の電圧 レベルに指数関数的に関係する温度に依存しない電流信号を発生するよう動作す る。

次に、東３図のブロック図を参照すると、前記電圧信号により形成された入力信 号がライン１０４上に発生され、かつ電圧−電流コンバータ回路１０８に供給さ れる。電圧−電流コンバータ回路１０８はライン１０４によってそこに供給され た電圧信号を入力信号を形成する電圧信号の電圧のレベルに応じて変化するレベ ルの電流の信号に変換する。コンバータ】０８によって形成された電流信号はラ イン１１４上に発生され、該ライン１１４は温度補償回路１１８に結合されてそ こに電流信号を供給する。温度補償回路１１８は、第２図の温度補償回路７８と 同様に、ライン１１４によってそこに供給された電流信号に対し所望の温度依存 性を導入し、かつライン１５６上に温度依存電流信号を発生するよう動作する。

ライン１５６は指数乗算回路１６０に結合されている。

指数乗算回路１６０は、第２図の指数乗算回路８６と同様に、ここではライン１ ７０上に、信号を発生するよう動作し、該信号はライン１５６によってそこに供 給される信号と指数関数的に関係する。

第２図の指数乗算回路８６と同様に、第３図の回路１６０は指数増幅回路を形成 する少なくとも１つのバイポーラ接合トランジスタを具備する。そのコレクタ電 極の電流はそのベース電極をバイアスするために印加された信号（ここでは、ラ イン１５６に供給される信号）に応答して指数関数的増幅信号を形成する。ライ ン１７０は該トランジスタのコレクタ電極に適切に接続されかつ該トランジスタ のコレクタ電極の電流はライン１７０上にライン１５６上に供給された入力信号 に指数関数的に関係する出力信号を形成する。第２図の温度補償回路７８と指数 乗算器回路８６との間の関係と同様に、第３図の温度補償回路１１８と指数乗算 器回路１６０はライン１１４によって回路１１８に供給される信号に導入される 温度依存性が指数乗算器１６０の前記少なくとも１つのバイポーラ接合トランジ スタのコレクタ電極に発生する電流に導入される温度依存性とは逆になるような 相互関係を有する。ライン１５６上に発生される温度依存信号は回路１６０の前 記少なくとも１つのバイポーラ接合トランジスタの温度依存性とは逆の温度依存 性をもつから、回路１６０によりライン１７０上に発生される信号は温度に依存 しない。このように温度に依存しないため、ライン１７０上に発生される信号は 周囲温度の変化に応じて変化しない。

次に第４図のフロー図に移ると、入力信号に指数関数的に関係する温度に依存し ない信号を発生するための、本発明の好ましい実施例に係わる方法の各ステップ が示されている。

まず、ブロック１７８によって示されるように、入力信号が所望の温度依存性を 有する温度依存信号に変換される。

第２図および第３図の好ましい実施例の機能ブロック図に関して、それぞれの図 の温度補償回路７８および１１８はそのようなステップを行なうよう動作する。

次に、ブロック１８２に示されるように、前記温度依存信号が前記温度依存信号 の温度依存性に対応し、かつ該温度依存性と逆の、温度依存性を有する指数乗算 器によって増幅され、それによって形成された増幅信号が入力信号に指数関数的 に関係する温度と独立の信号を形成するようにされる。第２図および第３図の好 ましい実施例に関してはそのようなステップは、それぞれ、第２図および第３図 の指数乗算器回路８６および１６０によって行なわれる。

本発明の方法の好ましい実施例においては、入力信号を温度依存信号に変換する ステップは、ブロック１８６で示される、入力信号を該入力信号の値に応じて変 化する電流レベルを有する信号に変換するステップを有する。

第５図は、前に第３図において機能ブロック形式で示した、回路１００の回路図 である。第３図の機能ブロック図に示された電圧−電流コンバータ１０８、温度 補償回路１１８、および指数乗算回路１６０は第５図においては、点線で示され た、同じ番号のブロックによって示されている。

第５図のライン２０４は第３図のライン１０４に対応し、かつ入力信号を電圧− 電流コンバータ１０８に供給する。

ライン２０４は抵抗２０８を介して増幅器２０６の負入力に結合されている。電 圧発生器２１０によって発生されるＤＣ電圧は増幅器２０６の正入力に供給され る。金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）２１２は増幅器２ ０６の出力とその負入力を相互接続する。より詳細には、かつ図示されているよ うに、ＭＯＳＦＥＴ２１２のゲート電極は増幅器２０６の出力に接続され、ＭＯ ＳＦＥＴの２１２のソース電極は増幅器２０６の負入力に接続され、かつＭＯＳ ＦＥＴ２１２のドレイン電極はライン２１４に接続されている。ライン２１４上 に発生する信号はライン２０４に供給される入力信号の電圧レベルの値の変動に 対応して値が変動する電流レベルを有するものである。

第５図のライン２１４は第３図の機能ブロック図のライン１１４に対応する。

第５図の好ましい実施例において、温度補償回路１１８はブリディストーション ／ポストディストーション増幅器およびバンドギャップ電流発生器からなる。ブ リディストーション／ポストディストーション増幅器は温度補償回路１１８の一 部を形成しバイポーラ接合トランジスタ２１６゜２１８．２２０および２２２を 具備する。それぞれのトランジスタ２１６〜２２２のコレクタ電極はＭＯＳＦＥ Ｔ２２４．２２６，２２８および２２９の対応するそれぞれの１つのドレイン電 極に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２２４および２２６はさらに一緒に接続され てカレントミラーを形成している。同様に、ＭＯＳＦＥＴ２２８はＭＯＳＦＥＴ ２３０に結合されてカレントミラーを形成し、かつＭＯＳＦＥＴ２２９はＭＯＳ ＦＥＴ２３１に結合されてカレントミラーを形成している。

電圧源２３２はトランジスタ２１８および２２０のベース電極をバイアスしてい る。

トランジスタ２１６および２１８のエミッタ電極はライン２３３によって一緒に 接続されている。ライン２３３はまた増幅器２３４からなる増幅回路に接続され ており、該増幅器２３４においては電圧源２３６によって発生される電圧がその 正入力に供給されている。トランジスタ２３８のエミッタ電極は増幅器２３４の 負入力に接続されている。

トランジスタ２３８のエミッタ電極、および増幅器２３４の負入力は抵抗２４０ を介してグランドに接続されている。

トランジスタ２２０および２２２のエミッタ電極はライン２４１によって一緒に 接続されている。ライン２４１はまたトランジスタ２４２．２４４および２４６ からなるバンドギャップ電流発生器に接続されている。ＭＯ３ＦＥＴ２４８およ び２５０も該バンドギャップ電流発生器の一部を構成し、そこにカレントミラー 構成で一緒に接続されている。それぞれのＭＯ３ＦＥＴ２４８および２５０のド レイン電極は、それぞれ、トランジスタ２４２および２４４のコレクタ電極に接 続されている。トランジスタ２４４および２４６のエミッタ電極は、それぞれ、 抵抗２５１および２５２を介してグランドに接続されている。トランジスタ２３ ０のドレイン電極はトランジスタ２５３のコレクタ電極に接続されており、該ト ランジスタ２５３は、トランジスタ２５４と共に、カレントミラーを形成する。

湿炭補償回路１】８のブリディストーション／ポストディストーション増幅器の ライン２４１および２３３上の電流レベルによって形成される比率は増幅器のゲ インを形成する。しかしながら、ライン２４１上の電流レベルはトランジスタ２ ４６のコレクタ電極へのライン２４１の接続のためバンドギャップ電流発生器の 電流レベルに依存する。

従って、ブリディストーション／ポストディストーション増幅器の最終的なゲイ ンはバンドギャップ電流発生器の電流レベルに依存する。そして、バンドギャッ プ形電流発生器は温度に依存するトランジスタ２４６のコレクタ１［における出 力電流を形成するから、ブリディストーション／ポストディストーション増幅器 のゲインもまた温度に依存する。

ブリディストーション／ポストディストーション増幅器はＭＯ３ＦＥＴ２３１の ドレイン電極の電流とトランジスタ２５４のコレクタ電極の電流の和で形成され る、増幅された信号を、ライン２１４によってそこに供給される入力信号の印加 に応じて発生する。該増幅器のゲインは温度に依存するから、該増幅器によって 発生される増幅された信号は温度に依存する。この信号はノード２５６に結合さ れ、第３図のライン１５６に発生される信号に対応する。

トランジスタ２２０のコレクタ電極における電流はＭＯ３ＦＥＴ２３０のドレイ ン電極において反映され（ｍｉｒｒｏｒｅｄ）、かつ、次に、トランジスタ２５ ４のコレクタ電極に反映される。同様に、トランジスタ２２２のコレクタ電極に 発生する電流はＭＯ８ＦＥＴ２３１のドレイン電極に反映される。

ノード２５６はまたバイポーラ接合トランジスタ２６４のベース電極に接続され ている。トランジスタ２６４は指数乗算回路１６０を形成する。ライン２７０は トランジスタ２６４のコレクタ電極に接続されている。第５図の好ましい実施例 の指数乗算回路はさらに電流源２６８および２７２、バイポーラ接合トランジス タ２７６、ＭＯ８ＦＥＴ２８０、および抵抗２８４を具備する。ライン２８６は 電流源２６８とトランジスタ２７６のコレクタ電極とを相互接続する。

トランジスタ２６４はバイポーラ接合トランジスタからなるから、そのコレクタ 電極で発生される電流は前に説明した指数関数的、温度依存関係によって支配さ れる。同様に、トランジスタ２７６のコレクタ電極に発生する電流も同じ関係で 支配される。

回路１６０の動作の数学的記述は次のようになる。

トランジスタ２７６および２６４のコレクタ電極の電流は次のように表される。

この場合、 Ｉｃ２７６はトランジスタ２７６のコレクタ電極の電流であり、 Ｉｃ２６４はトランジスタ２６４のコレクタ電極の電流であり、 ｌ５２７６およびｌ　はトランジスタ２７６および２６４の飽和電流特性であり 、 ｖＢＥ２７６および”ＢＥ２６４は、それぞれ、トランジスタ２７６および２６ ４のベース・エミッタ間電圧であり、 ｑは電子の電荷であり、 ｋはボルツマン定数であり、そして Ｔは（絶対温度でスケーリングした）バイポーラ接合トランジスタの温度である 。

トランジスタ２６４および２７６が同様に構成された場合、それら２つのトラン ジスタの飽和電流は本質的に同じである。

トランジスタ２６４のコレクタ電極の電流”　ｃ２６４、のトランジスタ２７６ のコレクタ電極の電流、１ｃ２７６、に対する比率を形成し、かつ代数的単純化 により、次の方程式を得ることができる。

Ｉｃ２６４”　ｃ２７６＝ｅｘｐ［（ｖＢＥ２６４Ｖ　ｓ　Ｅ　２７６　）　ｑ ／　ｋ　Ｔ　］０′）場合・ＶＢＥ２６４　ＢＥ２７６”単（：抵抗２８−■ ４の電圧降下、またはＩ２５６　２８４に過ぎず、Ｒ２×Ｒ ８４は抵抗２８４の抵抗であり、かつＩ　はＭＯ８ＦＥＴ２３１のドレイン電極 の電流とトランジスタ２５４のコレクタ電極の電流との和である。

代入によって、次の式が得られる。

Ｉｃ２６４／Ｉｃ２７６＝ｅｘｐ［Ｉ　Ｒ２５６２８４ｑ ／ｋＴコ ノード２５６の電流、すなわち、Ｉ２５６、は温度、Ｔ１に正比例するから、温 度依存性はコレクタ電極では打消され、かつトランジスタ２６４のコレクタ電極 の電流およびトランジスタ２７４のコレクタ電極の電流の比率は温度によって変 化しない。従って、ライン２７０および２８６の電流の電流レベルから形成され る比率は第３図のライン１７０に対応する。

第２図または第３図および第５図に示される、本発明のリニア対エクスポーネン シャル回路は、セルラ通信システムのセルラ無線電話の受信機部分のような、受 信機の自動ゲイン制御回路の一部を構成するために好適に利用することができる 。リニア対エクスポーネンシャル回路は温度に依存しないから、無線電話によっ て受信された信号のゲイン制御は温度の変動に応じて変化しない。

アメリカ合衆国においては８００メガヘルツおよび９００メガヘルツの間に広が る１００メガヘルツの周波数帯域の部分が、セルラ通信システムの無線電話通信 のような、無線電話通信のために割当てられている。伝統的には、無線電話は変 調された信号の同時的な発生および受信を可能にし、それによって無線電話と遠 隔に位置する送受信機との間の２方向通信を可能にする回路を含む。

次に第６図を参照すると、セルラ通信システムが図式的に示されている。該セル ラ通信システムはある地理的領域にわたり離れた位置に数多くのベースステーシ ョンを配置することにより形成される。第６図においてはベースステーションは ポイント３０４，３０６，３０８，３１０，３１２．３１４および３１６によっ て示されている。第６図は６個の別々のベースステーションを示しているが、も ちろん、実際のセルラ通信システムは伝統的に多数のベースステーションからな ることが理解されるべきである。各ベースステーション３０４〜３１６は１つの 、または多くの、無線電話によって送信された変調された信号を受信し、かつ変 調された信号を１つの、または多くの、無線電話に送信するための回路を含む。

各ベースステーション３０４〜３１６は伝統的な有線、電話ネットワークに接続 されている。そのような接続は図面では、点線で示された、ライン３２０によっ て表されており、ベースステーション３１６と有線ネットワーク３２４とを相互 接続している。有線ネットワーク３２４およびベースステーション３０４〜３１ ４の他のものの間の接続も同様に示すことができる。

セルラ通信システムを形成するベースステーション３０４〜３１６の各々の位置 は注意深く選択されて少なくとも１つのベースステーションが前記地理的領域に わたる任意の位置に配置された無線電話によって送信される変調信号を確実に受 信できるようにする。言い替えれば、少なくとも１つのベースステーション３０ ６〜３１６は前記地理的領域にわたる任意のそのような位置に配置された無線電 話の送信範囲内になければならない。（ベースステーションによって送信される 信号の最大信号強度、および従って、最大送信範囲、は通常無線電話によって発 生される信号の最大信号強度、かつ対応する最大送信範囲、よりも大きいから、 無線電話によって発生される信号の最大送信範囲はセルラ通信システムのベース ステーションを位置決めする場合に考慮しなければならない主要な要因である。

）ベースステーションの配置の間隔をあけた性質のため、ベースステーション３ ０４〜３１６が配置される地理的領域の部分はベースステーションの個々の１つ に関連している。間隔をあけたベースステーション３０４〜３１６の各々に近接 した地理的領域の部分は「セル」を規定し、該セルは図面ではそれぞれのベース ステーション３０４〜３１６を囲む領域３０４Ａ、３０６Ａ、３０８Ａ、３１０ Ａ。

３１２Ａ、３１４Ａおよび３１６Ａによって表されている。

セル３０４Ａ〜３１６Ａは共にセルラ通信システムによって包含される前記地理 的領域を形成する。セルラ通信システムの任意のセルの境界内に配置された無線 電話は少なくとも１つのベースステーション３０４〜３１６に変調された信号を 送信し、かつ該受なくとも１つのベースステーション３０４〜３１６から変調さ れた信号を受信することができる。

次に第７図のグラフ表現を参照すると、無線電話通信に割当てられた周波数帯域 の一部として規定される送信チャネルのような、送信チャネルによって送信され 、かつ、無線電話のような、受信機によって受信される信号が周波数の関数とし てプロットされている。縦軸３５０上にボルトでスケーリングされた、信号の振 幅は横軸上にヘルツによってスケーリングされた、周波数の関数としてグラフ化 されている。図面において波形３５８によって示される、受信信号のエネルギは 典型的にはある特定の周波数の中心周波数、ｆ　１を中心としており、かつ通常 、図示のごとく１、　Ｃ 点線で示された、ライン、ここではライン３６２、の回りに対称である。

受信機によって受信された信号は所望の範囲内に維持され、かつそのような範囲 は第４図において、点線で示される、ライン３６６および３７０によって表され る。信号レベルをそのような範囲内に維持するためには、受信機は通常ゲイン制 御回路を含む。ゲイン制御回路は受信された信号が信号レベルがあまりにも小さ い場合に該信号を増幅し、かつ該信号のレベルがあまりにも大きすぎる場合に該 信号を減衰して受信信号を所望の範囲内に維持する。前に述べたように、ゲイン 制御信号は通常ｄＢ／ボルトによってスケーリングされるから、リニア対エクス ポーネンシャル変換回路はしばしばゲイン制御回路の一部を形成する。

第８図は、包括的に参照数字４００で参照される、本発明の無線電話のブロック 図を示す。無線電話４００は第５図のリニア対エクスポーネンシャル変換回路２ ００を含む。

無線電話に送信される信号はアンテナ４０４によって受信される。アンテナ４０ ４は受信信号を示す信号をライン４０８上に発生する。ライン４０８はライン４ １６上にろ波された信号を発生するフィルタ回路４１２に結合されている。フィ ルタ４１２によってライン４１６上に発生されるる波された信号は入力としてミ キサ回路４２０に供給される。ミキサ回路４２０にはまた、そこへの入力として 、発振器４２８によりライン４２４上に発生される発振周波数が供給される。

ミキサ４２０はフィルタ４３６に供給される（しばしば第１のダウンコンバート された信号と称される）混合された信号をライン４３２上に発生する。フィルタ ４３６はライン４４０上にろ波された信号を発生し、該信号は増幅器４４１に供 給される。増幅器４４１は増幅された信号をライン４４２上に発生し、該増幅さ れた信号はミキサ４４４に供給される。

ミキサ４４４はさらに、そこへの入力として、発振器４５２によってライン４４ ８上に発生された発振信号を受ける。図示のごとく、発振器４２８および４５２ は、それぞれ、ライン４５６および４６０によって基準発振器４６４に接続され 発振器４２８および４５２の周波数を発振器４６４と所望の関係にロックする。

ミキサ４４４はライン４６８上に（しばしば第２のダウンコンバートされた信号 と称される）混合された信号を発生し、該信号はフィルタ４７２に供給される。

フィルタ４７２はライン４７３上にろ波された信号を発生し、該信号は増幅器４ ７４に供給される。増幅器４７４は増幅された信号をライン４８２上に発生し、 該増幅された信号はアナログ−デジタル変換器４８６に供給される。Ａ／Ｄ変換 器４８６はライン４９２上に信号を発生し、この信号はデジタル信号プロセッサ （ＤＳＰ）５００に供給される。

ライン４８２上に発生される信号はさらに振幅検出器５２０に供給され、該振幅 検出器５２０は前記信号の振幅を検出する。振幅検出器５２０はライン５３０上 に信号を発生し、該信号は、第５図の回路１００と同様の構造の、リニア対エク スポーネンシャル変換器５５０に供給される。

変換器５５０はライン５６０上に温度に依存しない信号を発生し、該信号はライ ン４８２上に発生されるる波された信号の大きさを示す。ライン５６０は増幅器 ４７４に結合され、該増幅器４７４はライン５６０上の該信号の値に応じてライ ン４７２上に受信された信号の振幅を変更する。

無線電話４００の受信機回路のゲイン制御はこれによって行われる。

リニア対エクスポーネンシャル回路５５０は温度に依存しない信号を発生するか ら、ＤＳＰ５００　（または復調器５１０）により発生される信号の振幅変化は 温度に依存しない。

ＤＳＰ５００はライン５６２上に信号を発生し、該信号はデジタル−アナログ変 換器（Ｄ／Ａ）５６４に供給される。Ｄ／Ａ変換器５６４はライン５６６上に信 号を発生し、該信号はスピーカ５８０のような変換器に供給される。幾つかの無 線電話においては、図面ではブロック５１０で表され、点線で示された、伝統的 な復調器がＡ／Ｄ変換器４８６、ＤＳＰ５００およびＤ／Ａ変換器５６４に置換 えられる。

第８図の無線電話４００はさらにマイクロホン５９０のような変換器を具備する 送信機部分を含み、該マイクロホン５９０は変調器５９８に供給される信号をラ イン５９４上に発生する。変調器５９８はライン６０２上に変調された信号を発 生し、該変調された信号はミキサ６０６に供給される。ミキサ６０６にはまた、 そこへの入力として、発振器６１６によってライン６１０上に発生される発振信 号が与えられる。

ミキサ６０６はライン６１２上に（しばしば第１のアップコンバートされた信号 と称される）混合された信号を発生し、該混合された信号はフィルタ６１４に供 給される。

フィルタ６１４はライン６１８上にろ波された信号を発生し、該ろ波された信号 は第２のミキサ回路６２２に供給される。第２のミキサ回路６２２にはまた、そ こへの入力として、発振器６３０によりライン６２６上に発生される発振信号が 与えられる。発振器６１６および６３０は、発振器４２８および４５２と同様に 、基準発振器４６４に結合されて発振器６１６および６３０によって発生される 信号の発振周波数を発振器４６４の周波数と所望の周波数関係に維持する。ミキ サ６２２はライン６３６上に（しばしば第２のアップコンバートされた信号と称 される）混合された信号を発生し、該混合された信号はフィルタ６４２に供給さ れる。フィルタ６４２はライン６４８上にろ波された信号を発生し、該ろ波され た信号はアンテナ４０４に結合されて変調された、かつアップコンバートされた 信号をそこから送信する。

対数関数は単に指数関数の逆であるから、本発明の動作を適切に反転することに よってそこに印加される入力信号に対し対数的に関係する温度に依存しない信号 を発生可能である。

例えば、次に第９図を参照すると、包括的に参照数字９００で参照される、本発 明の他の実施例の回路が示されている。回路９００は入力信号に対数的に関係す る温度に依存しない信号を発生する。

ライン９０４上に形成された入力信号が対数乗算回路９０８に印加される。対数 乗算回路９０８は少なくとも１つのバイポーラ接合トランジスタを具備し、かつ そこに印加される入力信号に対数的に関係する信号を形成するよう動作する。バ イポーラ接合トランジスタは回路９０８の一部を構成するから、それによって発 生される対数信号は温度に依存する信号である。

回路９０８によって形成される温度に依存する信号はライン９１６上に発生され 、該信号は温度補償回路９２２に結合される。回路９２２はライン９１６によっ てそこに印加された温度に依存する、対数信号を前記入力信号に対数的に関係す る温度に依存しない信号に変換する。回路９２２はライン９１６によってそこに 印加される温度に依存する、対数信号の温度依存性に対応し、かつ該温度依存性 の逆の、温度依存性を有する。回路９２２はライン９２８上に、前記入力信号に 対数的に関係する温度に依存しない信号を発生する。

東１０図は、包括的に参照数字１０００によって参照される、本発明の別の実施 例のブロック図である。回路１０００は入力電流信号に対数的に関係する温度に 依存しない電圧信号を発生する。

ライン１００４上に形成される入力電流信号は対数乗算器１００８に印加される 。対数乗算回路１００８は少なくとも１つのバイポーラ接合トランジスタを具備 し、かつそこに印加される入力信号に対数的に関係する信号を形成するよう動作 する。バイポーラ接合トランジスタは回路１００８の一部を構成するから、それ によって発生される対数信号は温度に依存する信号である。

回路１００８によって形成される温度に依存する信号はライン１０１０上に発生 し、該信号は電圧−電流コンバータ１０１２に結合される。電圧−電流コンバー タ１０１２はライン１０１０によってそこに印加される信号をライン１０１０上 に印加される信号のレベルに従って変化する電流レベルを有する電流信号に変換 する。

コンバータ１０１２によって発生される電流信号は温度補償回路１０２２に結合 されたライン１０１６上に発生される。回路１０２２はライン１０１６によって そこに印加された温度に依存する、対数信号を入力信号に対数的に関係する温度 に依存しない信号に変換する。回路１０２２はライン１０１６によってそこに印 加された温度に依存する、対数信号の温度依存性に対応し、かつ該温度依存性の 逆の、温度依存性を有する。

回路１０２２は、ライン１０２８上に、電流信号を発生し、該電流信号は電流− 電圧コンバータ１０３４に印加される。コンバータ１０３４はライン１０２８に よってそこに印加される信号をライン１０２８によってそこに供給される電流信 号の電流レベルに従って変化する電圧レベルを有する電圧信号に変換する。コン バータ１０３４はライン１０４０上に温度に依存せず、かつ対数的にライン１０ ０４によって供給される入力信号に関係する電圧信号を発生する。

第１１図は、前に第１０図において機能ブロック図形式で示された、回路１００ ００回路図である。第１０図の機能ブロック図で示された対数乗算器１００８、 電圧−電流コンバータ１０１２、温度補償回路１０２２、および電流−電圧コン バータ１０３４は第１１図においては、点線で示された、同じ番号のブロックで 表示されている。

増幅器１．１１２の正入力に結合された、ライン１１０４は第１０図のライン１ ００４に対応する。ダイオード１１１４がさらに増幅器１１１２の正入力とグラ ンドとの間に結合されている。トランジスタ１１１６のベース電極は増幅器１１ １２の出力に結合されており、かつトランジスタ１１１６のエミッタ電極は抵抗 １１１８を介してグランドに結合され、さらに増幅器１１１．２の負入力に結合 されている。

基準電流発生器１１２２は増幅器１１２６の正入力に結合され、さらに、ダイオ ード１１２８が増幅器１１２６の正入力とグランドとの間に接続されている。ト ランジスタ１１３０のベース電極は増幅器１１２６の出力に接続され、かつトラ ンジスタ１１３０のエミッタ電極は抵抗１１３２を介してグランドに接続されて いる。トランジスタ１１３０のエミッタ電極はさらに増幅器１１２６の負入力に 接続されている。

トランジスタ１１３０のコレクタ電極に発生する電流はＭＯＳＦＥＴ１１３６お よび１１３８からなるカレントミラーによってライン１１３４上に反映される。

ライン１１３４は一端でトランジスタ１１３８のドレイン電極に接続され、かつ 、その第２端で、トランジスタ１１１６のコレクタ電極に接続されている。ライ ン１１３４は第１０図の機能ブロック図のライン１０１６に対応する。ライン１ １３４はトランジスタ１１４４のベース電極、ならびにトランジスタ１１５００ ベース電極、トランジスタ１１４４のコレクタ電極、およびＭＯＳＦＥＴ１１５ ２のドレイン電極に接続されている。

第５図の温度補償回路と同様に、第１１図の温度補償回路１０２２はブリディス トーション／ボストディストーション増幅器、およびバンドギャップ電流発生器 を含む。

ブリディストーション／′ポストディストーション増幅器はトランジスタ１１４ ４．１１４６．１１４８および１１５０、およびＭＯＳＦＥＴ１１５２および１ １５４．１１５６および１】５８．１１６０および１１６２からなるカレントミ ラー、およびバイポーラ接合トランジスタ１１６４および１１６６からなるカレ ントミラーによって構成される。ライン１１６７はＭＯＳＦＥＴ１１６２のドレ イン電極をトランジスタ１１６６のコレクタ電極と接続する。

トランジスタ１１４６および１１４８のベース電極は電圧源１１６８によってバ イアスされている。トランジスタ】。

１４８および１１５０のエミッタ電極はその正入力が電圧源１１７２によってバ イアスされ、その出力がトランジスタ１．１７４に結合された増幅器１１７０を 含む増幅回路に結合されており、前記トランジスタ１１７４のエミッタ電極は前 記増幅器の負入力に結合されかつ抵抗１１７６を介してグランドに接続されてい る。ライン１１７７はトランジスタ１１４８および１１５８のエミッタ電極をト ランジスタ１１７４のコレクタ電極と接続する。

バンドギャップ形電流発生器はバイポーラ接合トランジスタ１１７８．１１８０ および１１８２、およびＭＯ３ＦＥＴ１１８４および１１８６からなるカレント ミラーによって構成される。トランジスタ１１８０および１１８２のエミッタ電 極は抵抗１１８３および１１８４を介してグランドに接続されている。ライン１ １８８はその一端でトランジスタ１１８２のコレクタ電極に接続され、かつその 第２端でトランジスタ１１４４および１１４６のエミッタ電極に接続されている 。第５図の温度補償回路と同様に、ライン１１７７および１１８８上の電流によ って形成される比率は温度補償回路１０２２のブリディストーション／ポストデ ィストーション増幅器のゲインを形成する。

電流−電圧コンバータ１０３４は増幅器１１９０から形成され、該増幅器１１９ ０はその正入力が電圧源１１９２に接続され、かつその負入力がライン１１６７ に結合されている。抵抗１１９４は増幅器１１９０の負入力端子および出力端子 を相互接続する。ライン１１９６上に発生された信号はライン１１０４によって ダイオード１１１２に供給された入力信号に対数的に関係する電圧信号を形成す る。

本発明が種々の図面に示された好ましい実施例に関して説明されたが、他の同様 の実施例を用いることができかつ本発明と同じ機能を達成するために本発明から 離れることなく説明された実施例に対し変更および付加を行うことが可能なこと が理解されるべきである。従って、本発明はいずれかの単一の実施例に限定され るべきではなく、むしろ添付の請求の範囲に従った広さおよび範囲で理解される べきである。

ＦＩＣ：、ｉθ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．入力信号に指数関数的に関係する温度に依存しない信号を発生するための回 路であって、該回路は、前記入力信号を所望の温度依存性を有する温度依存信号 に変換するための手段、そして 前記変換手段によって発生される温度依存信号を該温度依存信号の印加に応じて 増幅するための指数乗算器を形成する手段であって、前記乗算手段は前記変換手 段によって発生される温度依存信号の温度依存性に対応し、かつ該温度依存性と 逆の、温度依存性を有し、それによって形成された増幅信号が前記入力信号に指 数関数的に関係する温度に依存しない信号を形成するもの、 を具備する入力信号に指数関数的に関係する温度に依存しない信号を発生するた めの回路。
2. ２．前記変換手段により形成される温度依存信号は温度に正比例する、請求の範 囲第１項に記載の回路。
3. ３．前記変換手段は増幅回路を具備する、請求の範囲第１項の回路。
4. ４．前記指数乗算器を形成する手段は入力および出力を有するトランジスタ回路 を具備し、該トランジスタ回路はその入力に印加された入力信号に指数関数的に 関係する出力信号を出力に発生する、請求の範囲第１項に記載の回路。
5. ５．前記トランジスタ回路はコレクタ電極、ベース電極およびエミッタ電極を有 する少なくとも１つのバイポーラ接合トランジスタを含み、前記コレクタ電極に 発生される電流は前記バイポーラ接合トランジスタの、それぞれ、ベースおよび エミッタ電極の間の電位差に指数関数的に関係する、請求の範囲第４項に記載の 回路。
6. ６．前記少なくとも１つのバイポーラ接合トランジスタのコレクタの電流はね Ｉｃ＝Ｉｓａｔｅ（ＶＢＥｑ／ｋＴ） によって規定され、この場合、 Ｉｃは前記少なくとも１つのバイポーラ接合トランジスタのコレクタの電流であ り、 Ｉｓａｔは前記少なくとも１つのバイポーラ接合トランジスタの飽和電流特性で あり、 ＶＢＥは前記バイポーラ接合トランジスタの、それぞれ、ベースおよびエミッタ 電極の間の電位差であり、ｑは電子の電荷の値であり、 ｋはボルツマン定数であり、そして Ｔは絶対温度で計った温度である、 請求の範囲第５項に記載の回路。
7. ７．前記変換手段により発生される温度依存信号は前記バイポーラ接合トランジ スタのベース電極に印加される、請求の範囲第６項に記載の回路。
8. ８．入力信号を温度依存信号に変換する前記手段はさらに該入力信号を該入力信 号の値に応じて変化する電流レベルを有する信号に変換する手段を具備し、かつ それにより形成された前記信号は前記所望の温度依存性を有する前記温度依存信 号に変換される、請求の範囲第７項に記載の回路。
9. ９．前記入力信号を前記入力信号の値に応じて変化する電流レベルを有する信号 に変換するための前記手段は前記入力信号を電流信号に変換するための電圧−電 流コンバータを具備する、請求の範囲第８項に記載の回路。
10. １０．前記電圧−電流コンバータにより形成される電流信号は電流増幅器に供給 され、該電流増幅器はそこに供給された電流信号を所望の温度依存性を有する温 度依存信号に変換する、請求の範囲第９項に記載の回路。