JPH11251851A - 利得制御アンプ - Google Patents

利得制御アンプ

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JPH11251851A
JPH11251851A JP5162398A JP5162398A JPH11251851A JP H11251851 A JPH11251851 A JP H11251851A JP 5162398 A JP5162398 A JP 5162398A JP 5162398 A JP5162398 A JP 5162398A JP H11251851 A JPH11251851 A JP H11251851A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 利得制御アンプにおいて、利得を高精度で変
更できるようにする。 【解決手段】 アンプ6〜1を縦続接続する。アンプ6
〜1には、それぞれの利得を2段階に切り換える切り換
え回路S6 〜S1 を設ける。2段階の利得の一方は基準
利得とする。2段階の利得の他方は、利得制御時の制御
ステップの2の0乗倍〜5乗倍の利得に、基準利得を加
えた利得とする。アンプ6に入力信号を供給する。アン
プ3から切り換え回路S6 〜S1 の切り換えにしたがっ
た利得で増幅された出力信号を取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、利得制御アンプ
に関する。
【0002】
【従来の技術】いわゆるダイレクトコンバージョン方式
の受信機は、例えば図4に示すように構成されている。
すなわち、図4は、AM放送用の受信機の場合であり、
アンテナ同調回路11において、目的とする周波数fRX
の受信信号SRXが SRX=Asin ωRXt A :オーディオ信号(変調信号) ωRX=2πfRX が選択されて取り出される。なお、以後の信号処理にお
いては、各信号の相対的な振幅および位相が関係するだ
けなので、上式および以後の説明においては、各信号の
初期位相は省略する。
【0003】そして、この信号SRXが、高周波アンプ1
2を通じて第1および第2のミキサ回路13Iおよび1
3Qに供給される。
【0004】また、局部発振回路19がPLLにより構
成され、 SLI=Bcos ωRXt SLQ=Bsin ωRXt B:振幅(一定値) で示される局部発振信号SLI、SLQが形成され、これら
信号SLI、SLQがミキサ回路13I、13Qにそれぞれ
供給される。
【0005】したがって、ミキサ回路13I、13Qの
出力信号SII、SIQは、 SII=SRX・SLI =Asin ωRXt×Bcos ωRXt =α・sin 2ωRXt SIQ=SRX・SLQ =Asin ωRXt×Bsin ωRXt =α{1−cos 2ωRXt} α=A・B/2 となる。
【0006】そして、これら信号SII、SIQが、ローパ
スフィルタ14I、14Qに供給されて不要な周波数の
信号成分が除去されてからAGC用の利得制御アンプ1
5I、15Qを通じて移相回路16I、16Qに供給さ
れる。この場合、移相回路16Iが信号SIIを値φだけ
移相するとともに、移相回路16Qが信号SIQを値(φ
+90°)だけ移相するものであり、この移相により、必
要とする信号帯域において、信号SIQが信号SIIに対し
て90°進相され、信号SII、SIQは、 SII=α・sin 2ωRXt SIQ=α{1−cos (2ωRXt+90°)} =α(1+sin 2ωRXt) とされる。
【0007】そして、これら信号SII、SIQが減算回路
17に供給されて減算され、減算回路17からは S17=SIQ−SII =α(1+sin 2ωRXt)−α・sin 2ωRXt =α =B/2×A で示される信号S17、すなわち、信号SRXを変調してい
るオーディオ信号Aが出力され、この信号Aが端子18
に取り出される。
【0008】また、このとき、アンプ15I、15Qの
出力信号SII、SIQが、検波回路21I、21Qに供給
されて信号SII、SIQのレベルに対応してレベルの変化
する直流電圧が取り出され、これら電圧が加算回路22
に供給されて加算される。そして、この加算回路22の
出力電圧V22が利得制御アンプ15I、15Qにその利
得の制御信号として供給され、アンプ15I、15Qか
ら出力される信号SII、SIQは、そのレベルが一定とな
るように制御され、したがって、AGCが行われる。
【0009】そして、この受信機によれば、受信周波数
fRXから音声周波数だけ離れた周波数位置の信号は、ミ
キサ回路13I、13Qによりローパスフィルタ14
I、14Qの通過帯域外に周波数変換されるので、受信
帯域外にイメージ妨害を生じることがない。
【0010】また、選択度特性はローパスフィルタ14
I、14Qで決定されるとともに、ベースバンドの処理
となるので、セラミックフィルタのような選択素子が不
要であり、比較的Qの低い素子で必要な特性を得ること
ができる。したがって、小型化、低消費電力化、IC化
にとって有利である。
【0011】なお、図4の受信機が、例えばデジタルオ
ーディオ放送の受信機の場合には、アンプ15I、15
Qの出力信号SII、SIQが、A/Dコンバータに供給さ
れてデジタル信号にA/D変換され、そのデジタル信号
を処理することにより目的とするデジタルデータが取り
出される。また、そのとき、そのデジタル信号から電圧
V22が形成されてアンプ15I、15Qの利得が制御さ
れ、アンプ15I、15QからA/Dコンバータに供給
される信号SII、SIQの振幅が、A/Dコンバータのダ
イナミックレンジ(許容入力レベル)に適合するよう
に、AGCが行われる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところで、利得制御ア
ンプとして、例えば図5あるいは図6に示すような回路
が知られている。すなわち、図5の回路においては、制
御電圧にしたがってトランジスタQ3 のコレクタ電流が
変化してトランジスタQ1 、Q2 のコレクタ電流が変化
し、これにより利得が変化する。また、図6の回路にお
いては、トランジスタQ1 、Q2 からの信号電流が、ト
ランジスタQ4 、Q7 と、トランジスタQ5 、Q6 と分
流するとともに、その分流比が制御電圧にしたがって変
化するので、利得が変化する。
【0013】したがって、これらの回路を、図4により
説明した受信機の利得制御アンプ15I、15Qとして
使用することが考えられる。
【0014】ところが、図4の受信機においては、上述
の数式からも明らかなように、信号SII、SIQのレベル
のバランスが取れている必要があり、このためには、ア
ンプ15I、15Qの利得が、小さい利得から大きい利
得まで揃っている必要がある。また、AGCを行うので
あるから、大きな利得を必要とするとともに、ダイナミ
ックレンジの広いことも要求される。
【0015】しかし、上記のような可変利得アンプにお
いては、その利得を設定値に対して1%以下の誤差で実
現したり、80〜100dB といった大きな利得を得ることは
困難である。
【0016】また、図5および図6の回路は、アンプと
しての直線性がトランジスタQ1 、Q2 の特性そのもの
となり、入力レベルが大きいときには、歪みが大きくな
ってしまう。また、トランジスタQ1 、Q2 の利得が温
度により変化してしまう。
【0017】さらに、図5および図6の回路は、図7に
示すような入出力特性であり、利得を小さくするほど、
取り出すことのできる最大出力が低下してしまう。ま
た、利得制御により取り扱える入力信号のレベルを大き
くすることもできない。この場合、図6の回路において
は、抵抗器R1 、R2 により電流負帰還がかかっている
ので、諸特性が改善はされるが、図7に示す入出力特性
は改善されない。
【0018】この発明は、このような問題点を解決しよ
うとするものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】このため、この発明にお
いては、第1〜第n(nは2以上の整数)のアンプが縦
続接続され、上記第1〜第nのアンプは、それぞれの利
得を2段階に切り換える切り換え回路を有し、上記2段
階の利得の一方は基準利得とされ、上記2段階の利得の
他方は、利得制御時の制御ステップの2の0乗倍〜(n
−1)乗倍の利得に、上記基準利得を加えた利得とさ
れ、上記第1のアンプに入力信号が供給され、上記第n
のアンプから上記切り換え回路の切り換えにしたがった
利得で増幅された出力信号の取り出されるようにした利
得制御アンプとするものである。したがって、切り換え
回路の切り換えに対応して、総合利得が制御ステップの
大きさを単位として変更される。
【0020】
【発明の実施の形態】図1は、この発明による利得制御
アンプの一形態を示し、ここでは利得を0〜63dBの範囲
で1dBステップで変更できるようにした場合である。
【0021】すなわち、オペアンプA6 が設けられ、そ
の反転入力端が抵抗器R61を通じて入力端子Ti に接続
され、その出力端が、利得切り換え用のスイッチ回路S
6 の親接点に接続されるとともに、各子接点が負帰還用
の抵抗器R62、R63を通じて反転入力端に接続される。
また、オペアンプA6 の非反転入力端は、バイアス電源
VB に接続される。こうして、初段のアンプ6が構成さ
れる。
【0022】また、オペアンプA5 、抵抗器R51〜R5
3、スイッチ回路S5 が、初段のアンプ6と同様に接続
されて第2段目のアンプ5が構成され、オペアンプA4
、抵抗器R41〜R43、スイッチ回路S4 が、初段のア
ンプ6と同様に接続されて第3段目のアンプ4が構成さ
れる。なお、このとき、抵抗器R51の入力側はオペアン
プA6 の出力端に接続され、抵抗器R41の入力側はオペ
アンプA5 の出力端に接続される。
【0023】さらに、以下同様に、オペアンプA1 〜A
3 、抵抗器(R11〜R13)〜(R31〜R33)、スイッチ
回路S1 〜S3 が、初段のアンプ6と同様に接続されて
第4段目〜第6段目のアンプ1〜3がそれぞれ構成され
る。そして、アンプ1〜3は、この順番に縦続接続され
るとともに、抵抗器R11の入力側がオペアンプ4の出力
端に接続され、オペアンプ3の出力端が出力端子To に
接続される。
【0024】そして、このとき、 R62=39.81 ×R61 R63=R61 R52= 6.310×R51 R53=R51 R42= 2.512×R41 R43=R41 R32= 1.585×R31 R33=R31 R22= 1.259×R21 R23=R21 R12= 1.122×R11 R13=R11 とされる。また、オペアンプA6 〜A1 の裸利得は充分
に大きいものとされる。こうして、利得制御アンプ10
が構成される。なお、この利得制御アンプ10は、全体
が1チップIC化される。
【0025】このような構成によれば、端子Ti に信号
が供給されると、その信号は、アンプ6〜4、1〜3に
より順に増幅されて端子To に出力される。
【0026】そして、その場合、例えばアンプ6におい
て、スイッチ回路S6 を図のように抵抗器R63側に切り
換えたときには、オペアンプA6 には、抵抗器R63を通
じて負帰還がかかるので、このときの利得A6Lは、 A6L=R63/R61 =1〔倍〕 =0〔dB〕 となる。
【0027】また、スイッチ回路S6 を図とは逆に抵抗
器R62側に切り換えたときには、オペアンプA6 には、
抵抗器R62を通じて負帰還がかかるので、このときの利
得A6Hは、 A6H=R62/R61 =39.81 〔倍〕 =32〔dB〕 となる。つまり、アンプ6の利得は、スイッチ回路S6
の切り換えにしたがって、0dBと32dBとの2段階に切り
換わることになる。
【0028】そして、抵抗器R52〜R11の値が上記のよ
うに設定されているので、スイッチ回路S5 〜S1 の切
り換えにしたがって、同様に、 アンプ5の利得は、0dBあるいは16dB アンプ4の利得は、0dBあるいは8dB アンプ3の利得は、0dBあるいは4dB アンプ2の利得は、0dBあるいは2dB アンプ1の利得は、0dBあるいは1dB に、それぞれ切り換わる。つまり、アンプ6〜1の利得
は、0dBと、1dBを単位利得とした2のn乗倍(n=
0〜5)の利得との間でそれぞれ切り換わる。
【0029】したがって、スイッチ回路S6 〜S1 の切
り換え状態を組み合わせることにより、入力端子Ti と
出力端子To との間の利得は、0dB〜63dBとの間を、1
dBステップで変化することになる。
【0030】こうして、上述の回路10は利得制御アン
プとして動作するが、この場合、アンプ6〜1の利得
は、抵抗器R62〜R12、R63〜R13と、抵抗器R61〜R
11との抵抗比で決まるので、目的とする利得を容易に高
い精度で得ることができる。例えば、抵抗比の誤差が1
%以下であれば、利得の誤差も1%以下、すなわち、0.
1dB 以下とすることができる。また、その抵抗比は、I
C化したときでも、高い精度で実現できるので、利得制
御アンプ10のIC化が容易である。
【0031】さらに、利得を変更しても、利得の精度が
高いので、利得制御アンプ10を例えば図4の受信機の
AGCアンプ15I、15Qに適用した場合、利得の相
対精度が高く、したがって、信号SII、SIQを適切に処
理することができる。
【0032】また、負帰還アンプを組み合わせて利得制
御アンプ10を構成しているので、基本的に低歪みであ
り、出力電力もオペアンプA6 〜A1 本来の出力電力で
決まり、最大出力が利得制御により変化することがな
い。したがって、ダイナミックレンジが広くて安定な利
得制御アンプとすることができる。
【0033】さらに、利得の最も大きいアンプ6を初段
としているので、オペアンプA6 の負荷は大きくなり、
したがって、消費電力を抑えることができるとともに、
低ノイズとすることができる。また、利得が中程度のア
ンプ3を最終段としているので、その負荷の値はやや小
さくなり、したがって、端子To に接続される負荷の影
響を受けにくくなる。
【0034】ところで、上述の利得制御アンプ10にお
いては、スイッチ回路S6 〜S1 がオペアンプA6 〜A
1 の負帰還ラインに設けられているので、スイッチ回路
S6〜S1 の直線性や親接点と子接点との間のオン抵抗
の影響を受けることがある。
【0035】そこで、図2に示す利得制御アンプ10に
おいては、各段において、並列接続された2つのアンプ
の動作・不動作を切り換えることにより利得を制御する
ようにした場合である。なお、各段はやはり同様の構成
とされるので、図2においては、初段のアンプ6を代表
して示す。
【0036】そして、図2において、トランジスタQ6
1、Q62のエミッタが、定電流源用のトランジスタP62
のコレクタに接続されて第1の差動アンプ61が構成さ
れるとともに、トランジスタQ63、Q64のエミッタが定
電流源用のトランジスタP65のコレクタに接続されて第
2の差動アンプ62が構成される。
【0037】そして、入力信号電圧ei が、抵抗器R6
1、R64を通じてトランジスタQ61、Q64のベースに供
給されるとともに、トランジスタQ61、Q64のコレクタ
がトランジスタQ65のコレクタに接続され、トランジス
タQ62、Q63のコレクタがトランジスタQ66のコレクタ
に接続される。この場合、トランジスタQ65、Q66は、
トランジスタQ65を入力側とし、かつ、電源ラインを基
準電位点としてカレントミラー回路63を構成している
ものである。また、例えば、 R64=R61 とされる。したがって、差動アンプ61、62は、入力
信号および出力信号に対して並列接続されたことにな
る。
【0038】さらに、トランジスタQ62、Q63、Q66の
コレクタ出力が、ドライブ回路64を通じて出力用のト
ランジスタQ67、Q68のベースに供給されるとともに、
トランジスタQ67、Q68はプッシュプル接続されて出力
電圧eo が取り出される。また、この出力端とトランジ
スタQ61、Q64のベースとの間に、負帰還用の抵抗器R
63、R62が接続される。
【0039】さらに、差動アンプ61、62の動作・不
動作を切り換え制御するための切り換え回路が、カレン
トミラー回路65、66により構成される。すなわち、
トランジスタP61〜P63により、トランジスタP61を入
力側とし、かつ、接地を基準電位点としてカレントミラ
ー回路65が構成され、トランジスタP61のベースが制
御端子T6 に接続される。また、トランジスタP64、P
65により、トランジスタP64を入力側とし、かつ、接地
を基準電位点とするカレントミラー回路66が構成さ
れ、トランジスタQ64に抵抗器R65を通じて所定の大き
さの電流が供給されるとともに、トランジスタP63のコ
レクタが、トランジスタP64のコレクタに接続される。
【0040】そして、アンプ5〜1も、このアンプ6と
同様に構成されるとともに、アンプ6〜1が、図1の場
合と同様、アンプ6、5、4、1、2、3の順に縦続接
続されて利得制御アンプ10が構成される。また、例え
ば図3に示すように、6ビットのA/Dコンバータ21
が設けられ、これに利得の制御信号、例えば図4におけ
る制御電圧V22が入力電圧として供給され、そのデジタ
ル出力が利得制御アンプ10に制御信号として供給され
る。なお、このとき、A/Dコンバータ21の出力ビッ
トb5 〜b0 は電流出力とされるとともに、ビットb5
〜b0 がアンプ6〜1の制御端子T6 〜T1 に供給され
る。
【0041】このような構成によれば、図2において、
端子T6 が“H”レベルのときには、トランジスタP61
がオンになるので、トランジスタP62がオン(能動状
態)になり、トランジスタQ61、Q62がトランジスタP
62を定電流源とする差動アンプ61として動作する。し
かし、トランジスタP61がオンのときには、トランジス
タP63もオンになるので、トランジスタP65はオフとな
り、トランジスタQ63、Q64は差動アンプ62として動
作しない。
【0042】したがって、入力信号電圧ei は、差動ア
ンプ61により増幅された後、カレントミラー回路63
およびドライブ回路64を通じてトランジスタQ67、Q
68に供給される。したがって、このときの利得A6Lは、
抵抗器R61、R63により決まり、例えば0dBとなる。
【0043】一方、端子T6 が“L”レベルのときに
は、トランジスタP61がオフになるので、トランジスタ
P62がオフになり、トランジスタQ61、Q62は差動アン
プ61として動作しない。しかし、トランジスタP61が
オフのときには、トランジスタP63もオフになるので、
トランジスタP65がオンとなり、これによりトランジス
タQ63、Q64はトランジスタP65を定電流源とする差動
アンプ62として動作する。
【0044】したがって、入力信号電圧ei は、差動ア
ンプ62により増幅された後、カレントミラー回路63
およびドライブ回路64を通じてトランジスタQ67、Q
68に供給される。したがって、このときの利得A6Hは、
抵抗器R64、R62により決まり、例えば32dBとなる。
【0045】そして、アンプ5〜1においても、端子T
5 〜T1 のレベルに対応して利得が、0dBと、16、8、
4、2、1dBとの2段階に切り換えられる。また、端子
T6〜T1 には、制御電圧V22からA/D変換された出
力電流のビットb5 〜b0 が供給される。したがって、
アンプ6〜1の利得は、ビットb5 〜b0 にそれぞれ対
応して2段階に切り換えられるので、利得制御アンプ1
0の利得は、制御電圧V22に対応して0〜63dBの間を1
dBステップで変化する。
【0046】そして、この場合、図2および図3の利得
制御アンプ10によれば、アンプ6〜1における利得の
切り換えは、差動アンプ61、62の動作・不動作で実
現され、各利得は抵抗比で決まるので、利得の精度を高
くすることができるとともに、直線性を損なうこともな
い。また、利得の切り換えが簡単である。
【0047】なお、上述において、例えば、アンプ6〜
1の利得をG〔dB〕と、(32+G)〜(1+G)〔dB〕
との間で切り換えるようにすれば、利得の制御範囲を6
G〜(6G+63)dBとすることができる。あるいは、例
えば、利得が0dBと0.5dB との間で切り換わるアンプを
追加すれば、利得を0.5dB ステップで変更することがで
きる。すなわち、利得の可変範囲およびステップは必要
に応じて変更することができ、その場合には、アンプの
段数およびそれぞれの利得を対応して変更すればよい。
【0048】
【発明の効果】この発明によれば、目的とする利得を容
易に高い精度で得ることができる。また、IC化が容易
である。さらに、複数の信号ラインのそれぞれに設けた
場合、利得の相対精度を高くすることができる。また、
基本的に低歪みであり、ダイナミックレンジが広くて安
定な利得制御アンプとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一形態を示す接続図である。
【図2】この発明の他の形態の一部を示す接続図であ
る。
【図3】この発明の使用状態を示す接続図である。
【図4】受信機の一形態を示す系統図である。
【図5】この発明を説明するための接続図である。
【図6】この発明を説明するための接続図である。
【図7】この発明を説明するための特性図である。
【符号の説明】
1〜6…アンプ、10…利得制御アンプ、61および6
2…差動アンプ、63、65および66…カレントミラ
ー回路、64…ドライブ回路、A1 〜A6 …オペアン
プ、S1 〜S6 …スイッチ回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1〜第n(nは2以上の整数)のアンプ
    が縦続接続され、 上記第1〜第nのアンプは、それぞれの利得を2段階に
    切り換える切り換え回路を有し、 上記2段階の利得の一方は基準利得とされ、 上記2段階の利得の他方は、利得制御時の制御ステップ
    の2の0乗倍〜(n−1)乗倍の利得に、上記基準利得
    を加えた利得とされ、 上記第1のアンプに入力信号が供給され、 上記第nのアンプから上記切り換え回路の切り換えにし
    たがった利得で増幅された出力信号の取り出されるよう
    にした利得制御アンプ。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の利得制御アンプにおい
    て、 上記基準利得が0dBであるようにした利得制御アンプ。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の利得制御アンプにおい
    て、 上記第1〜第nのアンプは負帰還アンプとされ、 上記切り換え回路は、上記第1〜第nのアンプにおいて
    負帰還を行うための抵抗器の抵抗比を切り換えるように
    した利得制御アンプ。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の利得制御アンプにおい
    て、 上記第1〜第nのアンプのそれぞれは、第1および第2
    のアンプが並列接続されて構成され、 上記切り換え回路は、上記並列接続された第1および第
    2のアンプの動作・不動作を切り換えるようにした利得
    制御アンプ。
  5. 【請求項5】請求項1に記載の利得制御アンプにおい
    て、 nビットのA/Dコンバータを有し、 このA/Dコンバータに利得の制御信号が供給され、 このA/Dコンバータの各出力ビットが上記切り換え回
    路のそれぞれに制御信号として供給されるようにした利
    得制御アンプ。
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