JPH10224162A - Gain variable amplifier circuit and semiconductor integrated circuit - Google Patents

Gain variable amplifier circuit and semiconductor integrated circuit

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JPH10224162A
JPH10224162A JP2112597A JP2112597A JPH10224162A JP H10224162 A JPH10224162 A JP H10224162A JP 2112597 A JP2112597 A JP 2112597A JP 2112597 A JP2112597 A JP 2112597A JP H10224162 A JPH10224162 A JP H10224162A
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JP
Japan
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differential transistor
circuit
control voltage
gain
amplifier circuit
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JP2112597A
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Japanese (ja)
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Taku Harada
卓 原田
Satoshi Ueno
聡 上野
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent peaking characteristic possessed by a gain variable amplifier circuit from depending on gain by forming the emitter area of at least the positive phase side transistor of a differential transistor for control gain on an upper stage. SOLUTION: This gain variable amplifier circuit sets a Gilbert circuit to be a basic circuit and uses a trans-impedance circuit as its load means. Then the areas of the emitters of upper-stage differential transistor Q3 to Q6 are designed to be 1.5 to 10 times, preferably 2 to 3 times larger than the area of the emitters of lower-stage differential transistor Q1 and Q2. Consequently, the cross sectional area of a current route toward an emitter area 5 from an embedded layer 3 is increased to reduce the effective current density variation of the transistors Q3 to Q6 is reduced. As a result of it, the gain dependence of peaking characteristic provided for the amplifier circuit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路技
術さらには利得可変型増幅回路に適用して有効な技術に
関し、例えばギルバート回路を用いた広帯域利得可変増
幅回路に利用して有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology effective when applied to a semiconductor integrated circuit technology and further to a variable gain type amplifier circuit, for example, to a technology effective when applied to a wide band gain variable amplifier circuit using a Gilbert circuit. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ギルバート回路を用いた利得可変
増幅回路として図5に示すような回路が知られている。
図5の増幅回路は、エミッタ結合され利得制御電圧Vc
をベースに受けるようにされた2組の差動トランジスタ
対Q3,Q4とQ5,Q6の共通エミッタ側に、エミッ
タ結合された入力用差動トランジスタ対Q1,Q2を縦
積みにして接続し、この下段の差動トランジスタ対Q
1,Q2の共通エミッタ端子に定電流源IEEを接続した
ものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a circuit as shown in FIG. 5 has been known as a variable gain amplifier circuit using a Gilbert circuit.
The amplifier circuit of FIG. 5 has an emitter-coupled gain control voltage Vc.
Are connected to the common emitter side of two pairs of differential transistors Q3, Q4 and Q5, Q6 which are made to receive at their bases. Lower stage differential transistor pair Q
The constant current source IEE is connected to the common emitter terminals of 1 and Q2.

【0003】ギルバート回路を用いた利得可変増幅器に
関しては、例えば1990年培風館発行、P.R.グレ
イ/R.G.メイヤー供著、永田穣監訳、「超LSIの
ためのアナログ集積回路設計技術」下巻P172〜P1
78に記載がある。
A variable gain amplifier using a Gilbert circuit is disclosed, for example, in Baifukan, 1990, P.S. R. Gray / R. G. FIG. Contributed by Mayer, translated by Minoru Nagata, "Analog Integrated Circuit Design Technology for Super LSIs", Vol.
78.

【0004】上記利得可変増幅回路は、上段の差動トラ
ンジスタQ3〜Q6のベースに印加される制御電圧Vc
によって利得が制御されその利得と制御電圧の関係が2
価関数となる。また、利得の周波数特性は高周波領域に
おいてピーク値を有するいわゆるピーキング特性を示
す。
The variable gain amplifier circuit includes a control voltage Vc applied to the bases of upper differential transistors Q3 to Q6.
And the relationship between the gain and the control voltage is 2
It becomes a valence function. Further, the gain frequency characteristic shows a so-called peaking characteristic having a peak value in a high frequency region.

【0005】今、制御電圧Vc >>0 の場合、下段差動
トランジスタQ1,Q2に流れるコレクタ電流IC1,I
c2はほとんどがトランジスタQ3,Q6に流れ、増幅回
路の増幅率は最大となる。制御電圧Vcが小さくなり0
に近づくにつれ、トランジスタQ3,Q6のみに流れて
いた信号電流の一部がQ4,Q5に流れるようになり、
増幅率が下がる。制御電圧Vcが0になった時Q3とQ
4、Q5とQ6に流れる信号電流が同じとなり、増幅率
は0となる。
Now, when the control voltage Vc >> 0, the collector currents IC1, I2 flowing through the lower differential transistors Q1, Q2
Most of c2 flows to the transistors Q3 and Q6, and the amplification factor of the amplifier circuit becomes maximum. The control voltage Vc decreases and becomes 0
, Part of the signal current flowing only through the transistors Q3 and Q6 flows into Q4 and Q5,
The amplification rate decreases. When the control voltage Vc becomes 0, Q3 and Q
4, the signal currents flowing through Q5 and Q6 become the same, and the amplification factor becomes zero.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように従来のギル
バート回路を用いた利得可変増幅回路は、増幅率を制御
電圧Vcにより制御することができるが、トランジスタ
Q3〜Q6の動作状態が増幅回路の増幅率により変動す
るため、高周波領域において増幅回路のピーキング特性
が増幅率により変動してしまうことを見い出した。光伝
送用の信号増幅器に代表されるような広帯域増幅器にお
いては、直流に近い低周波領域から伝送ビットレートに
近い高周波領域まで平坦な利得周波数特性が要求され、
この平坦性は増幅率が変動しても維持される必要があ
る。従って、この様な分野では、信号増幅器を構成する
可変利得増幅回路が上述したようなピーキング特性の増
幅率依存性を有すると、増幅率によってピーク値が変動
するため特にピーキングのかかる周波数領域の信号が入
力されたときに増幅後の信号の波形が増幅回路の増幅率
によって異なってしまい、ディジタル信号の送信では正
確な「0」「1」判定が行えないおそれがある。
As described above, in the variable gain amplifying circuit using the conventional Gilbert circuit, the gain can be controlled by the control voltage Vc. However, the operating states of the transistors Q3 to Q6 are controlled by the amplifying circuit. It has been found that the peaking characteristic of the amplifier circuit fluctuates according to the amplification factor in the high frequency region because the peaking characteristic varies according to the amplification factor. In a broadband amplifier represented by a signal amplifier for optical transmission, a flat gain frequency characteristic is required from a low frequency region close to DC to a high frequency region close to transmission bit rate,
This flatness needs to be maintained even if the amplification factor changes. Therefore, in such a field, if the variable gain amplifier circuit constituting the signal amplifier has the amplification factor dependency of the peaking characteristic as described above, the peak value fluctuates due to the amplification factor, and thus the signal in the frequency region where peaking is particularly likely to occur. When the signal is input, the waveform of the amplified signal differs depending on the amplification factor of the amplifier circuit, and there is a possibility that accurate “0” and “1” determination cannot be performed in digital signal transmission.

【0007】本発明の目的は、利得可変増幅回路の有す
るピーキング特性が利得に依存しないようにすることが
できる技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique capable of making the peaking characteristic of a variable gain amplifier circuit independent of gain.

【0008】本発明の他の目的は、低周波領域から高周
波領域まで広範囲にわたって平坦な利得周波数特性を有
する利得可変増幅回路を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a variable gain amplifier circuit having a flat gain frequency characteristic over a wide range from a low frequency region to a high frequency region.

【0009】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本願において、開示され
る発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば
下記の通りである。
Means for Solving the Problems In the present application, among the disclosed inventions, typical ones will be briefly described as follows.

【0011】すなわち、ギルバート回路からなる利得可
変増幅回路において、上段の利得制御用差動トランジス
タの少なくとも正相側(もしくは逆相側)のトランジス
タのエミッタ面積を、下段の入力用差動トランジスタの
エミッタ面積よりも大きく形成するようにしたものであ
る。
That is, in a variable gain amplifier circuit composed of a Gilbert circuit, the emitter area of at least the positive-phase (or negative-phase) transistor of the upper gain control differential transistor is reduced by the emitter area of the lower input differential transistor. It is formed to be larger than the area.

【0012】通常、広帯域利得可変増幅回路を上述した
ギルバート回路を用いて設計する場合、上段差動トラン
ジスタ(図5のQ3〜Q6)はその高周波特性を増幅回
路の特性に合わせて最適化させるように設計が行なわ
れ、すべて必要最小限のエミッタ面積を有する同一サイ
ズのトランジスタが用いられる。ところが、上段の差動
トランジスタは利得制御電圧がベースに印加されるた
め、入力信号周波数に比べれば非常に低い周波数の信号
しか入力されず、ほぼベース接地とみなすことができ
る。このため、下段差動トランジスタから見れば上段差
動トランジスタをカスコード・トランジスタとして考え
ることができ、必ずしも必要最小限のエミッタ面積のト
ランジスタを用いることが広帯域性を維持するために必
要不可欠ではない。
Normally, when a wide-band variable gain amplifier circuit is designed using the above-mentioned Gilbert circuit, the upper-stage differential transistors (Q3 to Q6 in FIG. 5) optimize their high-frequency characteristics in accordance with the characteristics of the amplifier circuit. , And all transistors of the same size having a minimum necessary emitter area are used. However, since the gain control voltage is applied to the base of the differential transistor in the upper stage, only a signal having a frequency very low as compared with the input signal frequency is input, and it can be regarded that the base is almost grounded. For this reason, from the viewpoint of the lower differential transistor, the upper differential transistor can be considered as a cascode transistor, and it is not always necessary to use a transistor having a minimum necessary emitter area in order to maintain a wide band.

【0013】仮に、利得制御電圧Vcを0V以上と限定
して(もちろん0V以下と限定することもできる)考え
れば、ギルバート回路からなる利得可変増幅回路の制御
電圧と利得の関係は1価関数と見なせる。この時、上段
差動トランジスタ(図5のQ3,Q4またはQ5,Q
6)に流れる平均電流はIEE/4〜IEE/2、または0
〜IEE/4となる。高周波領域でのピーキング特性は、
下段の差動トランジスタ(図5のQ1,Q2)にとって
負荷となる上段差動トランジスタの動作状態に依存し、
これらのトランジスタに流れる平均電流の大きな変化に
よって電流密度が変化してピーキング特性の変動が大き
くなる。
If the gain control voltage Vc is limited to 0 V or more (of course, it can be limited to 0 V or less), the relationship between the control voltage and the gain of the variable gain amplifier circuit composed of a Gilbert circuit is represented by a monovalent function. Can be considered. At this time, the upper stage differential transistor (Q3, Q4 or Q5, Q5 in FIG. 5)
The average current flowing in 6) is IEE / 4 to IEE / 2 or 0
IIEEE / 4. Peaking characteristics in the high frequency range
Depending on the operating state of the upper differential transistor, which is a load for the lower differential transistor (Q1, Q2 in FIG. 5),
Due to a large change in the average current flowing through these transistors, the current density changes and the fluctuation in the peaking characteristics increases.

【0014】上記した手段によれば、上段差動トランジ
スタのエミッタ面積を下段差動トランジスタのエミッタ
面積よりも大きくしているため、利得制御電圧の変化に
伴う上段差動トランジスタの実効的な電流密度の変化を
低減することでき、ピーキング特性の利得依存性を低減
することができる。これにより、利得の周波数特性が安
定したダイナミックレンジの広い広帯域利得可変増幅回
路が実現される。
According to the above means, since the emitter area of the upper differential transistor is made larger than the emitter area of the lower differential transistor, the effective current density of the upper differential transistor due to the change in the gain control voltage is increased. , And the gain dependency of the peaking characteristic can be reduced. As a result, a wide-band gain variable amplifier circuit with a stable dynamic frequency characteristic and a wide dynamic range is realized.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、図面
を参照しながら詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0016】図1は、本発明を適用して好適な利得可変
増幅回路の一実施例を示す。
FIG. 1 shows an embodiment of a variable gain amplifier circuit suitable for applying the present invention.

【0017】図1の利得可変増幅回路は、図5に示され
ているギルバート回路を基本回路とし、その負荷手段と
してトランスインピーダンス回路を用いた構成を有す
る。すなわち、この実施例の利得可変増幅回路は、エミ
ッタ結合された2組の差動トランジスタ対Q3,Q4と
Q5,Q6の共通エミッタ側に、エミッタ結合された差
動トランジスタ対Q1,Q2を縦積みにして接続し、こ
の下段の差動トランジスタ対Q1,Q2の共通エミッタ
端子に定電流源IEEを接続するとともに、上記上段差動
トランジスタQ3とQ5およびQ4とQ6のコレクタを
互いに交差結合してなるギルバート回路10と、上段の
差動トランジスタQ3〜Q6のコレクタ側に接続された
トランスインピーダンス回路からなる負荷回路11とに
より構成されている。そして、上記上段差動トランジス
タQ3,Q4のベース端子間およびQ6,Q5のベース
端子間に利得制御電圧Vcが印加されて回路の利得がそ
の制御電圧Vcに応じて変化されるように構成されてい
る。これによって、上記下段差動トランジスタQ1,Q
2のベース端子間に入力される入力電圧Viが上記利得
に応じた増幅率に従って増幅され、Q3,Q6のコレク
タに接続された出力端子OUT,/OUTより出力され
る。
The variable gain amplifier circuit shown in FIG. 1 has a configuration using a Gilbert circuit shown in FIG. 5 as a basic circuit and using a transimpedance circuit as a load means. That is, in the variable gain amplifier circuit of this embodiment, the emitter-coupled differential transistor pairs Q1 and Q2 are vertically stacked on the common emitter side of the two emitter-coupled differential transistor pairs Q3, Q4 and Q5, Q6. And a constant current source IEE is connected to the common emitter terminal of the lower differential transistor pair Q1 and Q2, and the collectors of the upper differential transistors Q3 and Q5 and Q4 and Q6 are cross-coupled to each other. It comprises a Gilbert circuit 10 and a load circuit 11 composed of a transimpedance circuit connected to the collectors of the upper differential transistors Q3 to Q6. A gain control voltage Vc is applied between the base terminals of the upper differential transistors Q3 and Q4 and between the base terminals of Q6 and Q5 so that the gain of the circuit is changed according to the control voltage Vc. I have. As a result, the lower differential transistors Q1, Q
The input voltage Vi input between the two base terminals is amplified in accordance with the amplification factor according to the gain, and is output from the output terminals OUT and / OUT connected to the collectors of Q3 and Q6.

【0018】上記負荷回路11としてのトランスインピ
ーダンス回路は、エミッタ共通接続された一対の差動ト
ランジスタQ11,Q12と、その共通エミッタに接続
された電流源IEE2と、上記差動トランジスタQ11,
Q12のコレクタと電源電圧端子Vccとの間に接続さ
れた抵抗素子R1,R2と、上記差動トランジスタQ1
1,Q12のコレクタとベースとの間に接続された負帰
還抵抗素子R3,R4とから構成され、Q11,Q12
のベースに利得可変増幅回路の差動トランジスタQ3,
Q5のコレクタおよびQ4,Q6のコレクタがそれぞれ
接続されている。かかる回路をギルバート回路からなる
利得可変増幅回路(10)の負荷手段として使用するこ
とにより、利得可変増幅回路(10)から見た抵抗Rを
ゲイン分の1にすることができ、これによって、一般式
f=k/C・Rより明らかなように、利得可変増幅回路
の動作周波数を向上させることができる。
The transimpedance circuit as the load circuit 11 includes a pair of differential transistors Q11 and Q12 commonly connected to an emitter, a current source IEEE2 connected to the common emitter, and the differential transistors Q11 and Q12.
Resistance elements R1 and R2 connected between the collector of Q12 and the power supply voltage terminal Vcc;
Negative feedback resistance elements R3 and R4 connected between the collector and the base of Q1, Q12.
The differential transistor Q3 of the variable gain amplifier circuit
The collector of Q5 and the collectors of Q4 and Q6 are connected respectively. By using such a circuit as a load means of the variable gain amplifier circuit (10) composed of a Gilbert circuit, the resistance R seen from the variable gain amplifier circuit (10) can be reduced to one-half the gain. As is clear from the equation f = k / CR, the operating frequency of the variable gain amplifier circuit can be improved.

【0019】図2には、上記利得可変アンプを構成する
トランジスタQ1〜Q6の構造の一例(いわゆる縦型バ
イポーラトランジスタ)を示す。同図において、1は半
導体基板、2は半導体基板1内に設けられたN型埋込み
層、3は半導体基板1上に形成されたエピタキシャル
層、4はこのエピタキシャル層3の表面に形成されたP
型ベース領域、5はこのベース領域4の一部に形成され
たN型エミッタ領域、6は上記埋込み層2に達するよう
に形成されたN型コレクタ引出し領域、7はエピタキシ
ャル層3の表面に熱酸化により形成され隣接するバイポ
ーラトランジスタ間を電気的に絶縁するフィールド絶縁
膜である。
FIG. 2 shows an example (a so-called vertical bipolar transistor) of the structure of the transistors Q1 to Q6 constituting the variable gain amplifier. 1, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate, 2 denotes an N-type buried layer provided in the semiconductor substrate 1, 3 denotes an epitaxial layer formed on the semiconductor substrate 1, and 4 denotes a P layer formed on the surface of the epitaxial layer 3.
The base region 5 is an N-type emitter region formed in a part of the base region 4, the N-type collector leading region 6 is formed so as to reach the buried layer 2, and the heat is applied to the surface of the epitaxial layer 3. A field insulating film formed by oxidation to electrically insulate between adjacent bipolar transistors.

【0020】図1の実施例の利得可変アンプにおいて
は、下段差動トランジスタQ1,Q2のエミッタよりも
上段差動トランジスタQ3〜Q6のエミッタが面積にし
て1.5〜10倍、より好ましくは2〜3倍の大きさに
なるように設計されている。
In the variable gain amplifier of the embodiment of FIG. 1, the emitters of the upper differential transistors Q3 to Q6 are 1.5 to 10 times, more preferably 2 times, the area of the emitters of the lower differential transistors Q1 and Q2. It is designed to be up to three times as large.

【0021】このように、上段差動トランジスタQ3〜
Q6のエミッタ面積を下段差動トランジスタQ1,Q2
のエミッタ面積よりも大きくすることで、図2からも明
らかなように、埋込み層3からエミッタ領域5へ向かう
電流経路の断面積が広くなり、Q3〜Q6の実効的な電
流密度変化を低減することができる。その結果、増幅回
路の有するピーキング特性の利得依存性を低減すること
ができる。エミッタ面積を大きくするのはトランジスタ
Q3〜Q6のすべてではなく、正の制御電圧が印加され
るQ4,Q5のまたは負の制御電圧が印加されるQ3,
Q6のいずれか一方であればよい。上段差動トランジス
タQ3〜Q6のエミッタ面積を下段差動トランジスタQ
1,Q2のエミッタ面積の1.5〜10倍としたのは、
Q3〜Q6のエミッタ面積が1.5倍未満では利得が変
化したときの電流密度の変化を充分に低減できないとと
もに、10倍以上にするとQ3〜Q6の寄生容量が大き
くなりすぎて回路動作上望ましくないためである。
As described above, the upper-stage differential transistors Q3 to Q3
The emitter area of Q6 is reduced by lower differential transistors Q1 and Q2.
2, the cross-sectional area of the current path from the buried layer 3 to the emitter region 5 is increased, and the effective current density change of Q3 to Q6 is reduced. be able to. As a result, the gain dependency of the peaking characteristics of the amplifier circuit can be reduced. It is not all of the transistors Q3 to Q6 that increase the emitter area, but rather the transistors Q4 and Q5 to which a positive control voltage is applied or the transistors Q3 and Q3 to which a negative control voltage is applied.
Any one of Q6 may be used. The emitter area of the upper-stage differential transistors Q3 to Q6 is
1.5 to 10 times the emitter area of Q2
If the emitter area of Q3 to Q6 is less than 1.5 times, the change in current density when the gain changes cannot be sufficiently reduced, and if it is 10 times or more, the parasitic capacitance of Q3 to Q6 becomes too large, which is desirable in circuit operation. Because there is no.

【0022】図4には、下段差動トランジスタQ1,Q
2のエミッタ面積を1とした場合にトランジスタQ3〜
Q6のエミッタ面積を1、2、3と変化させた場合の利
得周波数特性のシミュレーション結果を示す。最大利得
から利得を下げて行った場合に、相対周波数10付近の
ピーキング特性が変化しており、Q3〜Q6のエミッタ
面積を大きく取って行くほど、利得が低くなった場合に
もピーキング特性はあまり変化しないようになり、最大
利得時の周波数特性に近い特性を得ることができること
が分かる。
FIG. 4 shows lower stage differential transistors Q1, Q
When the emitter area of the transistor 2 is 1, the transistors Q3 to Q3
The simulation result of the gain frequency characteristic when the emitter area of Q6 is changed to 1, 2, and 3 is shown. When the gain is lowered from the maximum gain, the peaking characteristic near the relative frequency 10 changes. As the emitter area of Q3 to Q6 increases, the peaking characteristic becomes less even when the gain decreases. It can be seen that the characteristics do not change, and characteristics close to the frequency characteristics at the maximum gain can be obtained.

【0023】次表に、相対周波数1の利得と相対周波数
10付近のピーキングの掛かったところの利得との差Δ
Gを表す。なお、相対周波数とは、例えばビットレート
に相当する周波数を基準周波数「1」としたときの周波
数である。
The following table shows the difference Δ between the gain at the relative frequency 1 and the gain near the relative frequency 10 where the peaking is applied.
Represents G. The relative frequency is, for example, a frequency when a frequency corresponding to a bit rate is set to a reference frequency “1”.

【0024】[0024]

【表1】 同表より、最大利得時のΔGはエミッタ面積比を変えて
も4.32〜4.35dBの範囲であってほととんど変
化しないのに対し、最小利得時のΔGはエミッタ面積比
を1,2,3と変えるとΔGは−0.2dBから1.8
2dBまで約2dB近くも変化することが分かる。ま
た、エミッタ面積比を大きくすることにより、最大利得
時と最小利得時のΔGの差A−Bを小さくできること、
つまりピーキング特性の利得依存性を低減できることが
分かる。
[Table 1] According to the table, ΔG at the maximum gain is in the range of 4.32 to 4.35 dB even when the emitter area ratio is changed, and hardly changes, whereas ΔG at the minimum gain is the emitter area ratio. When changing to 1, 2, and 3, ΔG is changed from −0.2 dB to 1.8.
It can be seen that it changes by about 2 dB up to 2 dB. Also, by increasing the emitter area ratio, the difference AB between ΔG at the time of maximum gain and at the time of minimum gain can be reduced,
That is, it can be seen that the gain dependency of the peaking characteristic can be reduced.

【0025】図3に、ギルバート回路を用い負荷にトラ
ンスインピーダンス回路を用いた図1の利得可変増幅回
路を用いた光通信用の信号増幅器の構成例を示す。
FIG. 3 shows a configuration example of a signal amplifier for optical communication using the variable gain amplifier circuit of FIG. 1 using a Gilbert circuit and a transimpedance circuit as a load.

【0026】この実施例の信号増幅器は、利得可変増幅
回路が2段接続され、その後段に差動増幅回路が接続さ
れており、入力された信号Viはその振幅に応じた利得
で増幅、つまり小さい振幅の入力信号は大きな利得でま
た大きい振幅の入力信号は小さな利得でそれぞれ増幅さ
れて、所定の振幅を有する信号Voutとして出力され
る。縦続接続される利得可変増幅回路の数は2段に限定
されず、3段以上であっても良い。
In the signal amplifier of this embodiment, a variable gain amplifier circuit is connected in two stages, and a differential amplifier circuit is connected in the subsequent stage, and the input signal Vi is amplified with a gain corresponding to the amplitude, that is, the signal Vi is amplified. The input signal having a small amplitude is amplified with a large gain and the input signal having a large amplitude is amplified with a small gain, and is output as a signal Vout having a predetermined amplitude. The number of cascaded variable gain amplifier circuits is not limited to two, and may be three or more.

【0027】以上説明したように、上記実施例は、ギル
バート回路からなる利得可変増幅回路において、上段の
利得制御用差動トランジスタの少なくとも正の制御電圧
をベース受ける側(もしくは負の制御電圧を受ける側)
のトランジスタのエミッタ面積を、下段の入力用差動ト
ランジスタのエミッタ面積よりも大きく形成するように
したので、利得制御電圧の変化に伴う上段差動トランジ
スタの実効的な電流密度の変化を低減することでき、ピ
ーキング特性の利得依存性を低減することができるとい
う効果がある。
As described above, in the above-described embodiment, in the variable gain amplifying circuit composed of a Gilbert circuit, at least the side of the upper gain control differential transistor that receives the base of the positive control voltage (or receives the negative control voltage). side)
The emitter area of the upper transistor is made larger than the emitter area of the lower input differential transistor, so that the change in the effective current density of the upper differential transistor due to the change of the gain control voltage can be reduced. Thus, there is an effect that the gain dependency of the peaking characteristic can be reduced.

【0028】またこれにより、利得の周波数特性が安定
したダイナミックレンジの広い広帯域利得可変増幅回路
が得られるという効果がある。
This also provides an effect that a wide-band gain variable amplifier circuit with a stable dynamic frequency characteristic and a wide dynamic range can be obtained.

【0029】さらに、利得可変増幅回路の負荷手段し
て、エミッタ共通接続されたの差動トランジスタ対と、
その共通エミッタに接続された電流源と、上記差動トラ
ンジスタ対の各コレクタと電源電圧端子との間に接続さ
れた抵抗素子と、上記差動トランジスタ対の各コレクタ
とベースとの間に接続された負帰還抵抗素子とからなる
トランスインピーダンス回路により構成したので、利得
可変増幅回路の動作周波数を向上させ、高周波領域まで
フラットな利得周波数特性を有する利得可変増幅回路を
得ることができるという効果がある。
Further, as a load means of the variable gain amplifier circuit, a differential transistor pair commonly connected to an emitter,
A current source connected to the common emitter; a resistor connected between each collector of the differential transistor pair and a power supply voltage terminal; and a resistor connected between each collector and the base of the differential transistor pair. Since it is configured by a transimpedance circuit including a negative feedback resistor element, the operating frequency of the variable gain amplifier circuit can be improved, and a variable gain amplifier circuit having a flat gain frequency characteristic up to a high frequency region can be obtained. .

【0030】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前
記実施例においては、利得可変増幅回路の負荷手段とし
てトランスインピーダンス回路を用いたが、単に抵抗等
の負荷に置き換えることも可能である。
Although the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say. For example, in the above embodiment, a transimpedance circuit is used as a load means of the variable gain amplifier circuit, but it is also possible to simply replace the load with a resistor or the like.

【0031】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるギルバ
ート回路を用いた利得可変増幅回路に適用した場合につ
いて説明したが、この発明はそれに限定されるものでな
く、ギルバート回路を応用した回路一般に利用すること
ができる。
In the above description, mainly the case where the invention made by the present inventor is applied to a variable gain amplifying circuit using a Gilbert circuit, which is an application field as the background, has been described, but the present invention is not limited thereto. Instead, it can be used in general circuits that apply Gilbert circuits.

【0032】[0032]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0033】すなわち、ピーキング特性が利得に依存し
て変化しない利得可変増幅回路を実現することができ
る。また、低周波領域から高周波領域まで広範囲にわた
って平坦な利得周波数特性を持つ利得可変増幅回路を実
現することができる。
That is, it is possible to realize a variable gain amplifier circuit whose peaking characteristic does not change depending on the gain. Further, a variable gain amplifier circuit having a flat gain frequency characteristic over a wide range from a low frequency region to a high frequency region can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用して好適な利得可変増幅回路の一
実施例を示す回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a variable gain amplifier circuit suitable for applying the present invention.

【図2】本発明に係る利得可変増幅回路を構成するバイ
ポーラトランジスタの構造例を示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structural example of a bipolar transistor constituting the variable gain amplifier circuit according to the present invention.

【図3】本発明に係る利得可変増幅回路を使用した信号
増幅回路の一構成例を示す回路構成図。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a configuration example of a signal amplification circuit using a variable gain amplification circuit according to the present invention.

【図4】利得可変増幅回路の利得の周波数特性を示すグ
ラフ。
FIG. 4 is a graph showing a frequency characteristic of a gain of the variable gain amplifier circuit.

【図5】ギルバート回路を用いた利得可変増幅回路の基
本構成例を示す回路図。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a basic configuration example of a variable gain amplifier circuit using a Gilbert circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ギルバート回路からなる利得可変増幅段 11 負荷手段(トランスインピーダンス回路) Q1,Q2 入力用差動トランジスタ Q3〜Q6 利得制御用差動トランジスタ Reference Signs List 10 Variable gain amplifier stage composed of Gilbert circuit 11 Load means (transimpedance circuit) Q1, Q2 Differential transistors for input Q3 to Q6 Differential transistors for gain control

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エミッタ結合もしくはソース結合された
第1および第2の差動トランジスタ対と、その共通エミ
ッタもしくはソース側に接続された第3の差動トランジ
スタ対と、前記第3差動トランジスタ対の共通エミッタ
もしくはソース端子に接続された電流源と、上記第1お
よび第2の差動トランジスタ対のコレクタもしくはドレ
イン側に接続された負荷手段とを備え、上記第1および
第2差動トランジスタ対の各トランジスタは互にコレク
タが結合されているとともに、上記第1および第2差動
トランジスタ対の各ベースもしくはゲート端子に制御電
圧が印加されて利得が前記制御電圧に応じて制御される
ように構成されてなる利得可変型増幅回路において、上
記第1および第2差動トランジスタ対のうち少なくとも
正の制御電圧または負の制御電圧をベース端子もしくは
ゲート端子に受ける一方のトランジスタのサイズを上記
第3差動トランジスタ対を構成するトランジスタのサイ
ズよりも大きく形成したことを特徴とする利得可変増幅
回路。
1. An emitter-coupled or source-coupled first and second differential transistor pair, a third differential transistor pair connected to a common emitter or source side, and the third differential transistor pair A current source connected to a common emitter or source terminal of the first and second differential transistor pairs, and a load means connected to the collector or drain side of the first and second differential transistor pairs. Are connected to each other, and a control voltage is applied to each base or gate terminal of the first and second differential transistor pairs so that the gain is controlled according to the control voltage. In the variable gain type amplifying circuit thus configured, at least a positive control voltage or a positive control voltage of the first and second differential transistor pairs is used. A variable gain amplifier circuit, wherein the size of one of the transistors receiving the negative control voltage at the base terminal or the gate terminal is larger than the size of the transistor forming the third differential transistor pair.
【請求項2】 上記第1、第2および第3差動トランジ
スタ対を構成するトランジスタはバイポーラ・トランジ
スタであって、上記第1および第2差動トランジスタ対
のうち少なくとも正の制御電圧または負の制御電圧をベ
ースに受けるトランジスタのエミッタ面積は上記第3差
動トランジスタ対を構成するトランジスタのエミッタ面
積よりも1.5倍以上10倍以下の大きさに形成されて
いることを特徴とする請求項1に記載の利得可変増幅回
路。
2. A transistor constituting the first, second and third differential transistor pairs is a bipolar transistor, and at least a positive control voltage or a negative control voltage of the first and second differential transistor pairs is provided. An emitter area of a transistor receiving a control voltage at a base is formed to be 1.5 times or more and 10 times or less than an emitter area of a transistor constituting the third differential transistor pair. 2. The variable gain amplifier circuit according to 1.
【請求項3】 上記負荷手段は、エミッタ共通接続され
た第4の差動トランジスタ対と、その共通エミッタに接
続された電流源と、上記第4差動トランジスタ対の各コ
レクタと電源電圧端子との間に接続された抵抗素子と、
上記第4差動トランジスタ対の各コレクタとベースとの
間に接続された抵抗素子とからなるトランスインピーダ
ンス回路により構成されていることを特徴とする請求項
1または2に記載の利得可変増幅回路。
3. The load means includes a fourth differential transistor pair commonly connected to an emitter, a current source connected to the common emitter, each collector of the fourth differential transistor pair and a power supply voltage terminal. A resistance element connected between
3. The variable gain amplifying circuit according to claim 1, further comprising a transimpedance circuit including a resistance element connected between each collector and the base of said fourth differential transistor pair.
【請求項4】 請求項1、請求項2または請求項3に記
載の可変利得増幅回路が複数個縦続接続された信号増幅
回路を備えてなることを特徴とする半導体集積回路。
4. A semiconductor integrated circuit comprising a plurality of variable gain amplifier circuits according to claim 1, 2 or 3, which are connected in cascade.
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