JPH1070424A - 利得制御増幅器及び該増幅器を用いるカメラ - Google Patents
利得制御増幅器及び該増幅器を用いるカメラInfo
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Abstract
直接作用するようにしたディジタル利得制御増幅器を提
供することにある。 【解決手段】 本発明のディジタル利得制御増幅器は、
N個の電流出力端子の各々に、アナログ入力電圧(Vin)
を表す可変成分を有する電流(Itr) を発生する手段が設
けられた相互コンダクタンス段(20)と、相互コンダクタ
ンス段(20)のN個の電流出力端子の1つの活性化又は不
活性化をそれぞれ制御するN個のスイッチを具えるスイ
ッチング段(30)と、当該増幅器のアナログ出力端子を構
成する1つの出力端子を有し、そのN個の電流入力端子
に受信された電流を表す電圧(Vout)を出力する電流/電
圧変換段(40)とを具える。
Description
を受信するアナログ入力端子と、制御ワードという利得
制御用のNビットのワードを受信するディジタル入力端
子と、アナログ出力電圧を出力するアナログ出力端子と
を有する利得制御増幅器に関するものである。
れる増幅器の大部分は制御ワードをアナログ信号に変換
するD/A変換器を具えている。次いでこのアナログ信
号を用いてアナログ入力電圧を実際に増幅する増幅段を
バイアスする電流源の導通度を制御するか、或いはこの
アナログ信号を乗算回路のアナログ入力信号の乗数とし
て使用している。
大きな欠点、即ちこれらの増幅器が具えるD/A変換器
のために回路が大型化するとともに、制御ワードの変換
において発生する誤りが増幅器の固有の利得倍に倍増さ
れる欠点を有する。
ワードがアナログ入力電圧の増幅結果に直接作用する増
幅器を提供することによりこれらの欠点を除去すること
にある。
明の利得制御増幅器は、当該増幅器のアナログ入力端子
を構成する電圧入力端子とN個の電流出力端子を有し、
該N個の出力端子の各々にアナログ入力電圧を表す可変
成分を有する電流を発生する手段が設けられた相互コン
ダクタンス段と、N個の制御入力端子を有するとともに
N個のスイッチを具え、各スイッチが該N個の制御入力
端子の1つに受信される信号により制御され、前記相互
コンダクタンス段のN個の電流出力端子の1つの活性化
又は不活性化を制御し、該N個の制御入力端子が当該増
幅器の制御ワードを受信するディジタル入力端子を構成
するスイッチング段と、N個の電流入力端子と1つの電
圧出力端子を有し、該N個の電流入力端子が前記相互コ
ンダクタンスのN個の電流出力端子に接続され、該電圧
出力端子が当該増幅器のアナログ出力端子を構成し、そ
のN個の電流入力端子に受信された電流を表す電圧を出
力する電流/電圧変換段と、を具えることを特徴とす
る。
が制御ワードの値と無関係に相互コンダクタンス段にお
いて直接行われる。スイッチング段が制御ワードに応答
して活性化すべき相互コンダクタンス段の出力端子を直
接選択する。アナログ出力電圧は相互コンダクタンス段
の出力の線形結合の結果であり、この結合は電流/電圧
変換段により実現される。この結合の結果は相互コンダ
クタンス段の活性化された出力の数及び性質の関数、従
って制御ワードのディジタル値の関数として変化する。
した利得制御増幅器において、当該増幅器は、N個の出
力端子を有し、且つN個の電流源で構成されたバイアス
段であって、各電流源の一端が負電源端子に接続され、
他端が該N個の出力端子の一つを構成するバイアス段
と、当該増幅器のアナログ入力端子を構成する電圧入力
端子と、前記バイアス段のN個の出力端子に接続された
N個の電流入力端子と、N個の電流出力端子とを有し、
且つN個の相互コンダクタンスモジュールで構成された
相互コンダクタンス段であって、各モジュールが当該段
の電圧入力端子に接続された電圧入力端子と、当該段の
N個の電流入力端子の1つを構成する電流入力端子と、
当該段のN個の電流出力端子の一つを構成し、アナログ
入力電圧を表す可変成分を有する電流を出力する電流出
力端子とを有している相互コンダクタンス段と、N個の
制御入力端子と、N個の電流入力端子と、N個の電流出
力端子とを有するとともに、N個のスイッチを具えるス
イッチング段であって、各スイッチが該N個の制御入力
端子の1つに受信された信号により制御され、各スイッ
チの一端が当該段のN個の電流入力端子の一つを構成
し、各スイッチの他端が当該段のN個の電流出力端子の
一つを構成し、当該段のN個の電流入力端子が前記相互
コンダクタンス段のN個の出力端子に接続され、当該段
のN個の制御入力端子が当該増幅器の制御ワードを受信
するディジタル入力端子を構成するスイッチング段と、
N個の電流入力端子と一つの電圧出力端子とを有し、該
N個の電流入力端子が前記スイッチング段のN個の電流
出力端子に接続され、該電圧出力端子が当該増幅器のア
ナログ出力端子を構成し、該N個の電流入力端子に受信
された電流を表す電圧を出力する電流/ 電圧変換段と、
を具えることを特徴とする。
利得制御増幅器において、前記電流/電圧変換段はR/
2R回路網を具え、該回路網内において2つの連続する
電流入力端子がRに等しい公称値を有する抵抗を経て相
互接続され、制御ワードの最上位ビットにより制御され
る相互コンダクタンス段の出力端子に接続された電流出
力端子がRに等しい公称値を有する抵抗を経て当該増幅
器のアナログ出力端子に接続され、制御ワードの最下位
ビットにより制御される相互コンダクタンスの出力端子
に接続された電流入力端子がRに等しい公称値を有する
抵抗を経て負電源端子に接続され、他の電流入力端子の
各々が2Rに等しい公称値を有する抵抗を経て負電源端
子に接続されていることを特徴とする。
圧変換段によれば、各電流入力端子に受信される電流を
各電流入力端子が占める位の関数として加重結合するこ
とができる。従って、このような構成は、出力の値が種
々の重みのビットを有するディジタル制御ワードに依存
する用途に良好に適合する。
この変形例では、上述した利得制御増幅器において、前
記バイアス段のすべての電流源を同一の構成にするとと
もに、各電流源に制御入力端子を設け、該電流源により
供給される電流値を制御ワードの値の関数として制御す
るよう構成したことを特徴とする。
R回路網のみにより増幅器の利得を制御ワードの値の関
数として制御するために必要な重み付けが達成される。
御増幅器において、各相互コンダクタンスモジュール
に、該モジュールに接続された電流源により供給される
電流の値に無関係の可変成分を有する電流をその電流出
力端子に発生する手段を設けたことを特徴とする。
の電流源により供給される電流の値を変更することによ
り、アナログ入力電流に与えられる利得の値を変更する
必要なしに、アナログ出力電圧のDCレベルを調整する
ことができる。
る本発明の有利な実施例では、上述した利得制御増幅器
において、当該増幅器は、1つの出力端子と2つの入力
端子を有する比較器を具え、該比較器の一方の入力端子
が基準電圧を受信し、他方の入力端子が当該増幅器の出
力電圧を受信し、該比較器の出力端子が前記バイアス段
の各電流源の制御入力端子に接続されていることを特徴
とする。
る本発明の他の有利な実施例では、上述した利得制御増
幅器において、当該増幅器は、制御ワードの少なくとも
一部分によりアドレスされ、制御ワードの前記部分の組
合せに対応する予め計算されたディジタル値をその出力
端子に供給する連想メモリを具え、当該増幅器は更に前
記連想メモリの出力端子に接続されたディジタル入力端
子と前記バイアス段の各電流源の制御入力端子に接続さ
れたアナログ出力端子を有するD/A変換器を具えるこ
とを特徴とする。
発明は、光を検出し、アナログ電子信号に変換する装置
と、前記アナログ電子信号を受信するアナログ信号入力
端子と、制御ワードという利得制御用のディジタルワー
ドを受信するディジタル入力端子と、アナログ信号出力
端子とを有する増幅器と、前記増幅器の出力端子に接続
されたアナログ入力端子とディジタル出力端子とを有す
るA/D変換器と、前記A/D変換器の出力端子に接続
された入力端子を有し、制御ワードを前記増幅器に供給
するディジタル処理装置と、を具えるカメラにおいて、
前記増幅器が上述した構成の増幅器であることを特徴と
する。
徴は以下に記載する実施例の説明から明らかになる。
器AGCは、N個の出力端子を有し、N個の電流源IO
からなるバイアス段であって、各電流源の一端が負電源
端子GNDに接続され、他端が前記N個の出力端子の一
つを構成するバイアス段10と、当該増幅器のアナログ
入力端子を構成する電圧入力端子と、バイアス段のN個
の出力端子に接続されたN個の電流入力端子と、N個の
電流出力端子とを有し、N個の相互コンダクタンスモジ
ュールV/Iからなる相互コンダクタンス段であって、
各モジュールが当該段の電圧入力端子に接続された電圧
入力端子と、当該段のN個の電流入力端子の1つを構成
する電流入力端子と、当該段のN個の電流出力端子の一
つを構成し、アナログ入力電圧Vinを表す可変成分を有
する電流Itrを出力する電流出力端子とを有している相
互コンダクタンス段20と、N個の制御入力端子と、N
個の電流入力端子と、N個の電流出力端子とを有すると
ともに、N個のスイッチを具えるスイッチング段であっ
て、各スイッチがN個の制御入力端子の1つに受信され
た信号C(0),..C(N−1)により制御され、各
スイッチの一端が当該段のN個の電流入力端子の一つを
構成し、各スイッチの他端が当該段のN個の電流出力端
子の一つを構成し、当該段のN個の電流入力端子が相互
コンダクタンス段のN個の出力端子に接続され、当該段
のN個の制御入力端子が当該増幅器の制御ワードC
(0:N−1)受信用ディジタル入力端子を構成するス
イッチング段30と、N個の電流入力端子と1つの電圧
出力端子を有し、N個の電流入力端子がスイッチング段
のN個の電流出力端子に接続され、電圧出力端子が当該
増幅器のアナログ出力端子を構成し、そのN個の電流入
力端子に受信された電流を表す電圧Vout を出力する電
流/ 電圧変換段40とを具える。この電流/電圧変換段
40は本例ではR/2R回路網である。
流ItrはIO/2+K・Vin・IO/2又は(1+K・
Vin)IO/2と書き表すことができる。スイッチング
段の性質及びR/2R回路網の特性のために、この増幅
器の出力電圧Vout はItr・R・CODE/2N にな
り、従って(1+K・Vin)・R・IO・CODE/2
N+1 と書き表せる。ここで、CODEは制御ワードの1
0進値である。この場合、出力電圧と入力電圧の可変成
分の比として定義されるダイナミック利得Gd はGd =
K・IO・R・CODE/2N+1 と書き表すことがで
き、制御ワードの値CODEにより有効に決まる。
対称である。これらの出力を対称にする場合には、スイ
ッチング段のスイッチを二重にするとともに、電流/電
圧変換段を例えば2重R/2R回路網により構成すれ
ば、この2重R/2R回路網が対称アナログ出力電圧を
出力する。
幅器AGC内に配置された相互コンダクタンスモジュー
ルV/Iを図式的に示す。このモジュールは差動対とし
て配置された2つのトランジスタT1,T2を具え、こ
れらのトランジスタのエミッタは負帰還抵抗R1を経て
バイアス段内の電流源IOに接続する。T1のコレクタ
は相互コンダクタンスモジュールV/Iの出力端子を構
成し、T2のコレクタは抵抗R2を経て正電源端子VC
に接続する。T1のベースはT1のエミッタに接続され
た反転入力端子を有する演算増幅器A1の出力端子に接
続する。T2のベースはT2のエミッタに接続された反
転入力端子を有する演算増幅器A2の出力端子に接続す
る。アナログ入力電圧Vinは2つの演算増幅器A1及び
A2の2つの非反転入力端子間に供給する。この構成は
相互コンダクタンスモジュールの一例であって、その出
力電流Itrは電流源により供給される電流IOと無関係
の可変成分を有する。確かに、IOの変化によるトラン
ジスタのベース−エミッタ電圧の変調は演算増幅器の高
利得分の一に減少する。この利得は100以上であるの
で、この変調は無視しうる。itr を相互コンダクタンス
モジュールの出力電流の可変成分とし、ic2 をT2のコ
レクタを流れる電流の可変成分とすると、その差itr-ic
2 はVin/(2・R2)になる。itr=-ic2であるので、
itr=Vin/(4・R2)である。従って、この相互コン
ダクタンスモジュールの出力電流は:Itr=IO/2+
Vin/(4・R2)、又はItr=IO/2+K’・Vin
と書き表すことができる。従って、図2に示す相互コン
ダクタンスモジュールV/Iを含む図1に示す利得制御
増幅器の出力電圧Vout はVout =Itr・R・CODE
/2N 、即ち Vout =IO・R・CODE/2N+1 +K’・Vin・C
ODE/2N になる。従って、このような相互コンダクタンスモジュ
ールは増幅器のアナログ出力電圧のDC成分を、この増
幅器のダイナミック利得を変更することなくセットする
ことができる。これはビデオ信号の処理に極めて有用で
あり、その信号をそのDCレベルを変更する必要なく可
変式に増幅することができる(このDCレベルは基準レ
ベルを構成し、増幅信号の次の処理のために使用され
る)。
ベルを設定する装置を図式的に示す。この装置は、1つ
の入力端子と2つの出力端子を有し、一方の入力端子が
基準電圧Vref を受信し、他方の入力端子が増幅器の出
力電圧Vout を受信する比較器AOを具える。図3はバ
イアス段の電流源の一つも示し、本例ではこの電流源は
エミッタが抵抗R0を経て負電源端子GNDに接続され
たトランジスタTOからなる。トランジスタTOのベー
スがこの電流源により供給される電流値IOを制御する
入力端子を構成する。比較器AOの出力端子をバイアス
段の各電流源の制御入力端子に接続する。制御ワードの
値CODEがVout の高すぎる増大を導き、そのDCレ
ベルの増大を導くとき、比較器AOの出力電圧が減少
し、トランジスタTOの導通の低下を導く。このときI
Oが減少し、上記の式: Vout =IO・R・CODE/2N+1 +K’・Vin・C
ODE/2N で表されるアナログ出力電圧Vout のDC成分のCOD
Eによる増大を補償する。ダイナミック利得は不変のま
まである。
ベルを設定する他の装置を図式的に示す。この装置は、
制御ワードの少なくとも一部分C(P:N−1)により
アドレスされ、制御ワードの前記部分の組合せに対応す
る予め計算されたディジタル値を出力端子に供給する連
想メモリAMを具える。この設定装置は連想メモリAM
の出力端子に接続された入力端子を有するD/A変換器
DACも具える。図4はバイアス段の電流源の一つも示
し、本例ではこの電流源はエミッタが抵抗R0を経て負
電源端子GNDに接続されたトランジスタTOからな
る。トランジスタTOのベースがこの電流源により供給
される電流値IOを制御する入力端子を構成する。D/
A変換器DACの出力端子をバイアス段の各電流源の制
御入力端子に接続する。連想メモリにより電流IOの値
を急速に調整することができる。実際上、連想メモリA
Mをアドレスする制御ワードの部分C(P:N−1)の
各別の組合せが、このメモリ内に記憶されている、アナ
ログ出力電圧のDC成分の値を与える式に基づいて予め
計算された値にそれぞれ対応する。この構成はバイアス
電流IOに対する値をCODEの値に反比例して発生
し、DCレベルの値を一定にする。従って、CODEの
この値と関連するディジタルワードは、アナログ形態に
変換された後にトランジスタTOのベースをこのトラン
ジスタが予め計算された電流IOを供給するように制御
するワードである。連想メモリAMをアドレスする制御
ワードの部分C(P:N−1)のビット数(N−P−
1)を多くすればするほど、メモリは多数の予め計算さ
れた値を含み、IOの設定が一層精密になる。従って、
アナログ出力電圧のDCレベルの設定が精密になる。
メラを部分的に示す図である。このカメラは、光を検出
し、アナログ電子信号ESに変換する装置LDと、前記
アナログ電子信号ESを受信するアナログ信号入力端子
と、制御ワードという利得制御用のディジタルワードC
(0:N−1)を受信するディジタル入力端子と、アナ
ログ信号出力端子とを有する上述の増幅器AGCと、増
幅器AGCの出力端子に接続されたアナログ入力端子と
ディジタル出力端子とを有するA/D変換器ADCと、
A/D変換器ADCの出力端子に接続された入力端子を
有し、ディジタル制御ワードC(0:N−1)を増幅器
AGCに送出するディジタル処理ユニットDPUとを具
える。
である。
た相互コンダクタンスモジュールを示す構成図である。
Cレベル設定装置を示す構成図である。
のDCレベル設定装置を示す構成図である。
分的に示す構成図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 アナログ入力電圧を受信するアナログ入
力端子と、制御ワードという利得制御用のNビットのワ
ードを受信するディジタル入力端子と、アナログ出力電
圧を出力するアナログ出力端子とを有する利得制御増幅
器において、当該増幅器は、 当該増幅器のアナログ入力端子を構成する電圧入力端子
とN個の電流出力端子を有し、且つ該N個の出力端子の
各々にアナログ入力電圧を表す可変成分を有する電流を
発生する手段が設けられた相互コンダクタンス段と、 N個の制御入力端子を有するとともにN個のスイッチを
具え、各スイッチが該N個の制御入力端子の1つに受信
される信号により制御され、前記相互コンダクタンス段
のN個の電流出力端子の1つの活性化又は不活性化を制
御し、該N個の制御入力端子が当該増幅器の制御ワード
を受信するディジタル入力端子を構成するスイッチング
段と、 N個の電流入力端子と1つの電圧出力端子を有し、該N
個の電流入力端子が前記相互コンダクタンスのN個の電
流出力端子に接続され、該電圧出力端子が当該増幅器の
アナログ出力端子を構成し、そのN個の電流入力端子に
受信された電流を表す電圧を供給する電流/電圧変換段
と、を具えたことを特徴とする利得制御増幅器。 - 【請求項2】 アナログ入力電圧を受信するアナログ入
力端子と、制御ワードという利得制御用のNビットのワ
ードを受信するディジタル入力端子と、アナログ出力電
圧を出力するアナログ出力端子とを有する利得制御増幅
器において、当該増幅器は、 N個の出力端子を有し、且つN個の電流源で構成された
バイアス段であって、各電流源の一端が負電源端子に接
続され、他端が該N個の出力端子の一つを構成するバイ
アス段と、 当該増幅器のアナログ入力端子を構成する電圧入力端子
と、前記バイアス段のN個の出力端子に接続されたN個
の電流入力端子と、N個の電流出力端子とを有し、且つ
N個の相互コンダクタンスモジュールで構成された相互
コンダクタンス段であって、各モジュールが当該段の電
圧入力端子に接続された電圧入力端子と、当該段の電流
入力端子を構成する電流入力端子と、当該段のN個の電
流出力端子の一つを構成し、アナログ入力電圧を表す可
変成分を有する電流を出力する電流出力端子とを有して
いる相互コンダクタンス段と、 N個の制御入力端子と、N個の電流入力端子と、N個の
電流出力端子とを有するとともに、N個のスイッチを具
えるスイッチング段であって、各スイッチが該N個の制
御入力端子の1つに受信された信号により制御され、各
スイッチの一端が当該段のN個の電流入力端子の一つを
構成し、各スイッチの他端が当該段のN個の電流出力端
子の一つを構成し、当該段のN個の電流入力端子が前記
相互コンダクタンス段のN個の出力端子に接続され、当
該段のN個の制御入力端子が当該増幅器の制御ワードを
受信するディジタル入力端子を構成するスイッチング段
と、 N個の電流入力端子と一つの電圧出力端子を有し、該N
個の電流入力端子が前記スイッチング段のN個の電流出
力端子に接続され、該電圧出力端子が当該増幅器のアナ
ログ出力端子を構成し、該N個の電流入力端子に受信さ
れた電流を表す電圧を出力する電流/電圧変換段と、を
具えたことを特徴とする利得制御増幅器。 - 【請求項3】 前記電流/電圧変換段はR/2R回路網
を具え、該回路網内において2つの連続する電流入力端
子がRに等しい公称値を有する抵抗を経て相互接続さ
れ、制御ワードの最上位ビットにより制御される相互コ
ンダクタンス段の出力端子に接続された電流出力端子が
Rに等しい公称値を有する抵抗を経て当該増幅器のアナ
ログ出力端子に接続され、制御ワードの最下位ビットに
より制御される相互コンダクタンスの出力端子に接続さ
れた電流入力端子がRに等しい公称値を有する抵抗を経
て負電源端子に接続され、他の電流入力端子の各々が2
Rに等しい公称値を有する抵抗を経て負電源端子に接続
されていることを特徴とする請求項1又は2記載の利得
制御増幅器。 - 【請求項4】 前記バイアス段のすべての電流源が同一
の構成を有し、各電流源に、該電流源により供給される
電流値を制御ワードの値の関数として制御する制御入力
端子が設けられていることを特徴とする請求項2又は3
記載の利得制御増幅器。 - 【請求項5】 各相互コンダクタンスモジュールに、該
モジュールに接続された電流源により供給される電流の
値に無関係の可変成分を有する電流をその電流出力端子
に発生する手段が設けられていることを特徴とする請求
項4記載の利得制御増幅器。 - 【請求項6】 当該増幅器は、1つの出力端子と2つの
入力端子を有する比較器を具え、該比較器の一方の入力
端子が基準電圧を受信し、他方の入力端子が当該増幅器
の出力電圧を受信し、該比較器の出力端子が前記バイア
ス段の各電流源の制御入力端子に接続されていることを
特徴とする請求項5記載の利得制御増幅器。 - 【請求項7】 当該増幅器は、制御ワードの少なくとも
一部分によりアドレスされ、制御ワードの前記部分の組
合せに対応する予め計算されたディジタル値をその出力
端子に供給する連想メモリを具え、当該増幅器は更に前
記連想メモリの出力端子に接続されたディジタル入力端
子と前記バイアス段の各電流源の制御入力端子に接続さ
れたアナログ出力端子を有するD/A変換器を具えるこ
とを特徴とする請求項5記載の利得制御増幅器。 - 【請求項8】 光を検出し、アナログ電子信号に変換す
る装置と、 前記アナログ電子信号を受信するアナログ信号入力端子
と、制御ワードという利得制御用のディジタルワードを
受信するディジタル入力端子と、アナログ信号出力端子
とを有する増幅器と、 前記増幅器の出力端子に接続されたアナログ入力端子と
ディジタル出力端子とを有するA/D変換器と、 前記A/D変換器の出力端子に接続された入力端子を有
し、制御ワードを前記増幅器に供給するディジタル処理
装置とを具えたカメラにおいて、 前記増幅器が請求項1〜7の何れかに記載された増幅器
であることを特徴とするカメラ。
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