JPWO2009044441A1 - シングル差動変換装置およびrf受信装置 - Google Patents
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Abstract
単相の入力信号に応じた第1の電圧信号を出力する第1アンプと、第1アンプから出力される第1の電圧信号に応じた第2の電圧信号を出力する第2アンプを有する。第1アンプの負荷、第2アンプの入力トランジスタおよび第2アンプの負荷の相互コンダクタンスは、同じである。この装置において、例えば、第2アンプの入力トランジスタは、nチャネルのトランジスタであり、第1アンプの負荷および第2アンプの負荷は、ダイオード接続されたnチャネルのトランジスタであってもよいし、または、それらのトランジスタがpチャネルのトランジスタであってもよい。
Description
本発明は、シングル差動変換装置およびRF受信装置に関するものである。
差動信号の処理を行う回路に単相の信号が入力される場合、単相の信号を差動信号に変換する必要がある。そのような変換を行うものとして、シングル差動変換装置がある。
図6は、従来のシングル差動変換装置の構成を示す回路図である。図6に示すように、初段トランジスタ1において、そのゲート端子に単相の入力電圧Vinが印加され、そのドレイン端子から一方の出力電圧Voutが得られる。次段トランジスタ2においては、そのゲート端子に初段トランジスタ1の出力電圧Voutが印加され、そのドレイン端子からもう一方の出力電圧Voutxが得られる。初段トランジスタ1および次段トランジスタ2の各ソース端子と接地点との間には定電流源3が接続されており、各ドレイン端子と正の電源端子との間には負荷抵抗4,5が接続されている。
初段トランジスタ1および負荷抵抗4には、Vinに応じた電流が流れる。次段トランジスタ2および負荷抵抗5には、Voutに応じた電流が流れる。Vinが高くなると、初段トランジスタ1および負荷抵抗4に流れる電流が増え、Voutが低くなる。それによって、次段トランジスタ2および負荷抵抗5に流れる電流が減り、Voutxが高くなる。Vinが低くなると、その反対となる。このようなシングル入力の差動増幅回路は、例えば、特許文献1または特許文献2に開示されている。
図7は、従来のシングル差動変換装置の別の構成を示す回路図である。図7に示すように、一対のインダクタ6,7を有し、一端が接地された入力側インダクタ6の他端にVinが印加され、出力側インダクタ7の両端からVoutとVoutxが出力される。このような回路は、いわゆるバランと呼ばれるものであり、例えば、特許文献1に開示されている。
しかしながら、図6に示す構成では、初段および次段のトランジスタに定電流源が接続されているため、出力電圧の振幅が電源電圧Vddの振幅よりも小さくなり(最大でVddの2/3程度)、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることができないという問題点がある。そこで、定電流源をなくすことが考えられるが、その場合には次のような新たな問題が生じる。例えば、図8に示すように、無線受信回路8において、シングル差動変換装置9により単相の入力信号を差動信号に変換する場合、シングル差動変換装置9と電源10の間のボンディングワイヤ等の配線による寄生インダクタンス11に交流電流iacが流れる。それによって、シングル差動変換装置9の接地電位がゼロにならず、実効的な相互インダクタンスが低下して、利得が下がってしまう。
一方、図7に示す構成では、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることはできるが、インダクタ自体が、例えば300μm×300μm程度と大きいため、IC(Integrated Circuit)チップ内にシングル差動変換装置を集積するのには好ましくない。また、図7に示す構成のシングル差動変換装置を部品化してICチップに外付けすることも考えられるが、この場合には、外付け部品が増えることと、ICチップの端子数を増やす必要があるため、好ましくない。
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力電圧のダイナミックレンジの大きいシングル差動変換装置を提供することを目的とする。また、この発明は、ICチップ内に集積するのに適したシングル差動変換装置を提供することを目的とする。さらに、この発明は、そのようなシングル差動変換装置を有するRF受信装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この装置は、単相の入力信号に応じた第1の電圧信号を出力する第1アンプと、第1アンプから出力される第1の電圧信号に応じた第2の電圧信号を出力する第2アンプを有し、第1アンプの負荷、第2アンプの入力トランジスタおよび第2アンプの負荷の相互コンダクタンスが同じであることを要件とする。この装置において、例えば、第2アンプの入力トランジスタは、nチャネルのトランジスタであり、第1アンプの負荷および第2アンプの負荷は、ダイオード接続されたnチャネルのトランジスタであってもよい。または、それらのトランジスタがpチャネルのトランジスタであってもよい。
また、第1アンプの出力端子と第2アンプの入力端子の間に、直流に対して開放であり、交流に対して短絡とみなし得るキャパシタが接続されていてもよい。さらに、第1アンプの入力端子にインダクタが接続されているとともに、第1アンプと接地点との間にインダクタが接続されており、第1アンプの入力インピーダンスが前段の回路の出力インピーダンスに整合するように調整されていてもよい。このような構成のシングル差動変換装置から出力される差動信号を処理するRF受信ブロックを、さらに備えていてもよい。
開示の装置によれば、第1アンプを流れる電流と第2アンプを流れる電流とで、大きさは同じであるが、向きが逆になるので、交流電流がゼロとなる。また、第1の電圧信号と第2の電圧信号は、同じ大きさで、位相の反転した差動信号となる。さらに、ICチップ内に集積可能な程度の大きさである。
開示の装置は、ダイナミックレンジが大きい差動信号を出力することができるという効果を奏する。また、開示の装置は、ICチップ内に集積するのに適するという効果を奏する。
21,22,42 入力トランジスタ
24,25,44,45 負荷トランジスタ
26 キャパシタ
51,52 インダクタ
61 RFチップ
62 RF受信ブロック
63 シングル差動変換装置
24,25,44,45 負荷トランジスタ
26 キャパシタ
51,52 インダクタ
61 RFチップ
62 RF受信ブロック
63 シングル差動変換装置
以下に、本発明にかかるシングル差動変換装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明および添付図面において、同様の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
図1は、実施例1のシングル差動変換装置の構成を示す回路図である。図1に示すように、実施例1のシングル差動変換装置は、第1の入力トランジスタ21および第1の負荷24を備えた第1アンプの例としての初段アンプ(以下、初段アンプと称する)と、第2の入力トランジスタ22および第2の負荷25を備えた第2アンプの例としての次段アンプ(以下、次段アンプと称する)を備えている。第1の入力トランジスタ21、第2の入力トランジスタ22、第1の負荷24および第2の負荷25は、例えば、nチャネルのMOSトランジスタで構成されている。これ以降、第1の負荷を第1の負荷トランジスタとし、第2の負荷を第2の負荷トランジスタとする。なお、初段アンプは、受信系において最初に信号の増幅を行うアンプとすることもできるが、その後に増幅する受信系のアンプとすることもできる。次段に対して前であるという点で初段と称している。
第1の入力トランジスタ21のゲート端子、ソース端子およびドレイン端子は、それぞれ、単相の信号が入力される入力端子31、接地点および第1の負荷トランジスタ24のソース端子に接続されている。また、第1の入力トランジスタ21のドレイン端子は、第1の出力端子32に接続されている。第1の負荷トランジスタ24は、ダイオード接続された構造となっており、そのゲート端子およびドレイン端子は、電源端子34に接続されている。
第2の入力トランジスタ22のゲート端子は、キャパシタ26を介して第1の入力トランジスタ21のドレイン端子に接続されている。このキャパシタ26は、直流電圧に対して開放であり、交流電圧に対して短絡とみなし得る容量を有する。従って、第2の入力トランジスタ22のゲート端子には、第1の入力トランジスタ21から出力される交流電圧が印加される。すなわち、第2の入力トランジスタ22は、第1の入力トランジスタ21の出力電圧によって制御される。
第2の入力トランジスタ22のソース端子およびドレイン端子は、それぞれ、接地点および第2の負荷トランジスタ25のソース端子に接続されている。また、第2の入力トランジスタ22のドレイン端子は、第2の出力端子33に接続されている。第2の負荷トランジスタ25は、第1の負荷トランジスタ24と同様に、そのゲート端子およびドレイン端子が電源端子34に接続されたダイオード接続構造となっている。第1の負荷トランジスタ24、第2の入力トランジスタ22および第2の負荷トランジスタ25の相互コンダクタンスは同じである。
次に、図1に示す構成のシングル差動変換装置の動作について説明する。第1の入力トランジスタ21の相互コンダクタンスをGmとし、第1の負荷トランジスタ24、第2の入力トランジスタ22および第2の負荷トランジスタ25の相互コンダクタンスをgmnとする。また、図1に示す構成のシングル差動変換装置が、図8に示すシングル差動変換装置9のように寄生インダクタンス11を介して電源10に接続されている場合に、この寄生インダクタンス11に流れる交流電流をiacとし、第1の入力トランジスタ21および第1の負荷トランジスタ24を流れる交流電流をiとし、第2の入力トランジスタ22および第2の負荷トランジスタ25を流れる交流電流をixとする。
入力端子31への入力電圧、第1の出力端子32からの出力電圧および第2の出力端子33からの出力電圧を、それぞれ、Vin、VoutおよびVoutxとする。第1の入力トランジスタ21について、次の(1)式が成り立つ。また、第1の負荷トランジスタ24による負荷インピーダンスが1/gmnとなるので、(1)式を代入すると、次の(2)式が成り立つ。
第2の入力トランジスタ22への入力電圧がVoutなので、第2の入力トランジスタ22について、(2)式を代入すると、次の(3)式が成り立つ。また、第2の負荷トランジスタ25による負荷インピーダンスが1/gmnとなるので、(3)式を代入すると、次の(4)式が成り立つ。
iacは、iとixを足したものであるから、上記(1)式および上記(3)式より、次の(5)式が得られる。従って、図8の寄生インダクタンス11には交流電流iacが流れない。また、上記(2)式および上記(4)式より、次の(6)式が得られる。従って、第1の出力端子32と第2の出力端子33からは、同じ大きさで、位相の反転した差動信号が出力される。
図2は、実施例2のシングル差動変換装置の構成を示す回路図である。図2に示すように、実施例2のシングル差動変換装置は、第1の負荷トランジスタ、第2の入力トランジスタおよび第2の負荷トランジスタをpチャネルのMOSトランジスタで構成したものである。
第1の入力トランジスタ21のゲート端子およびソース端子は、それぞれ、入力端子31および接地点に接続されており、そのドレイン端子は、第1の負荷トランジスタ44のドレイン端子と第1の出力端子32に接続されている。第1の負荷トランジスタ44は、そのゲート端子がドレイン端子に接続されたダイオード接続構造となっている。第1の負荷トランジスタ44のソース端子は、電源端子34に接続されている。
第2の入力トランジスタ42のゲート端子は、キャパシタ26を介して第1の入力トランジスタ21のドレイン端子に接続されている。第2の入力トランジスタ42のソース端子およびドレイン端子は、それぞれ、電源端子34および第2の負荷トランジスタ45のソース端子に接続されている。また、第2の入力トランジスタ42のドレイン端子は、第2の出力端子33に接続されている。第2の負荷トランジスタ45は、そのゲート端子およびドレイン端子が接地点に接続されたダイオード接続構造となっている。第1の負荷トランジスタ44、第2の入力トランジスタ42および第2の負荷トランジスタ45の相互コンダクタンスは同じである。
図2に示す構成のシングル差動変換装置の動作については、実施例1で説明した通りである。ただし、第1の負荷トランジスタ44、第2の入力トランジスタ42および第2の負荷トランジスタ45の相互コンダクタンスをgmpとし、前記(2)〜(4)式においてgmnをgmpとする。従って、実施例2においても、図8の寄生インダクタンス11には交流電流iacが流れない。また、第1の出力端子32と第2の出力端子33からは、同じ大きさで、位相の反転した差動信号が出力される。
図3は、実施例3のシングル差動変換装置の構成を示す回路図である。図3に示すように、実施例3のシングル差動変換装置は、実施例1のシングル差動変換装置において、第1の入力トランジスタ21のゲート端子と入力端子31の間、およびソース端子と接地点の間に、それぞれ、第1のインダクタ51および第2のインダクタ52を接続したものである。これら2個のインダクタ51,52のインダクタンスを調整することによって、第1の入力トランジスタ21の入力インピーダンスをその直前の回路の出力インピーダンス、例えば50Ωに整合させることができる。従って、実施例3のシングル差動変換装置は、LNA(Low Noise Amplifier)としての機能も有する。すなわち、実施例3のシングル差動変換装置は、LNAとしても用いられ得る。
図4は、実施例4のシングル差動変換装置の構成を示す回路図である。図4に示すように、実施例4のシングル差動変換装置は、実施例2のシングル差動変換装置において、第1の入力トランジスタ21のゲート端子と入力端子31の間、およびソース端子と接地点の間に、それぞれ、第1のインダクタ51および第2のインダクタ52を接続したものである。このようにすることによって、実施例3と同様に、実施例4のシングル差動変換装置をLNAとして用いることができる。
図5は、実施例5のRF受信装置の構成を示す回路図である。図5に示すように、RF受信装置を構成するRF(無線周波数)チップ61は、複数の機能ブロックの領域に分割されており、その一つにRF受信ブロック62を有する。また、RFチップ61には、上述した実施例1〜4のいずれかのシングル差動変換装置63が含まれている。図示例では、シングル差動変換装置63は、RF受信ブロック62に含まれているが、RF受信ブロック62の外に設けられていてもよい。シングル差動変換装置63の入力端子は、RFチップ61の外に設けられたアンテナ66に接続されている。従って、シングル差動変換装置63は、アンテナ66から入力する単相の受信信号を、RF受信ブロック62での処理に適した差動信号に変換する。
実施例1〜4によれば、定電流源がなくても、シングル差動変換装置の全体において交流電流iacがゼロとなる。従って、シングル差動変換装置に定電流源を設けずに済むので、出力電圧のダイナミックレンジを電源電圧Vddと同じ程度に広げることができる。また、図7に示す従来構成のような大きなインダクタが不要となり、シングル差動変換装置自体の大きさが、例えば40μm×40μm程度になるので、ICチップ内に集積するのに適している。従って、実施例5のように、シングル差動変換装置を内蔵するRFチップ等のICチップが得られる。
本発明は、シングル差動変換装置およびRF受信装置に関するものである。
差動信号の処理を行う回路に単相の信号が入力される場合、単相の信号を差動信号に変換する必要がある。そのような変換を行うものとして、シングル差動変換装置がある。
図6は、従来のシングル差動変換装置の構成を示す回路図である。図6に示すように、初段トランジスタ1において、そのゲート端子に単相の入力電圧Vinが印加され、そのドレイン端子から一方の出力電圧Voutが得られる。次段トランジスタ2においては、そのゲート端子に初段トランジスタ1の出力電圧Voutが印加され、そのドレイン端子からもう一方の出力電圧Voutxが得られる。初段トランジスタ1および次段トランジスタ2の各ソース端子と接地点との間には定電流源3が接続されており、各ドレイン端子と正の電源端子との間には負荷抵抗4,5が接続されている。
初段トランジスタ1および負荷抵抗4には、Vinに応じた電流が流れる。次段トランジスタ2および負荷抵抗5には、Voutに応じた電流が流れる。Vinが高くなると、初段トランジスタ1および負荷抵抗4に流れる電流が増え、Voutが低くなる。それによって、次段トランジスタ2および負荷抵抗5に流れる電流が減り、Voutxが高くなる。Vinが低くなると、その反対となる。このようなシングル入力の差動増幅回路は、例えば、特許文献1または特許文献2に開示されている。
図7は、従来のシングル差動変換装置の別の構成を示す回路図である。図7に示すように、一対のインダクタ6,7を有し、一端が接地された入力側インダクタ6の他端にVinが印加され、出力側インダクタ7の両端からVoutとVoutxが出力される。このような回路は、いわゆるバランと呼ばれるものであり、例えば、特許文献1に開示されている。
しかしながら、図6に示す構成では、初段および次段のトランジスタに定電流源が接続されているため、出力電圧の振幅が電源電圧Vddの振幅よりも小さくなり(最大でVddの2/3程度)、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることができないという問題点がある。そこで、定電流源をなくすことが考えられるが、その場合には次のような新たな問題が生じる。例えば、図8に示すように、無線受信回路8において、シングル差動変換装置9により単相の入力信号を差動信号に変換する場合、シングル差動変換装置9と電源10の間のボンディングワイヤ等の配線による寄生インダクタンス11に交流電流iacが流れる。それによって、シングル差動変換装置9の接地電位がゼロにならず、実効的な相互インダクタンスが低下して、利得が下がってしまう。
一方、図7に示す構成では、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることはできるが、インダクタ自体が、例えば300μm×300μm程度と大きいため、IC(Integrated Circuit)チップ内にシングル差動変換装置を集積するのには好ましくない。また、図7に示す構成のシングル差動変換装置を部品化してICチップに外付けすることも考えられるが、この場合には、外付け部品が増えることと、ICチップの端子数を増やす必要があるため、好ましくない。
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力電圧のダイナミックレンジの大きいシングル差動変換装置を提供することを目的とする。また、この発明は、ICチップ内に集積するのに適したシングル差動変換装置を提供することを目的とする。さらに、この発明は、そのようなシングル差動変換装置を有するRF受信装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この装置は、単相の入力信号に応じた第1の電圧信号を出力する第1アンプと、第1アンプから出力される第1の電圧信号に応じた第2の電圧信号を出力する第2アンプを有し、第1アンプの負荷、第2アンプの入力トランジスタおよび第2アンプの負荷の相互コンダクタンスが同じであることを要件とする。この装置において、例えば、第2アンプの入力トランジスタは、nチャネルのトランジスタであり、第1アンプの負荷および第2アンプの負荷は、ダイオード接続されたnチャネルのトランジスタであってもよい。または、それらのトランジスタがpチャネルのトランジスタであってもよい。
また、第1アンプの出力端子と第2アンプの入力端子の間に、直流に対して開放であり、交流に対して短絡とみなし得るキャパシタが接続されていてもよい。さらに、第1アンプの入力端子にインダクタが接続されているとともに、第1アンプと接地点との間にインダクタが接続されており、第1アンプの入力インピーダンスが前段の回路の出力インピーダンスに整合するように調整されていてもよい。このような構成のシングル差動変換装置から出力される差動信号を処理するRF受信ブロックを、さらに備えていてもよい。
開示の装置によれば、第1アンプを流れる電流と第2アンプを流れる電流とで、大きさは同じであるが、向きが逆になるので、交流電流がゼロとなる。また、第1の電圧信号と第2の電圧信号は、同じ大きさで、位相の反転した差動信号となる。さらに、ICチップ内に集積可能な程度の大きさである。
開示の装置は、ダイナミックレンジが大きい差動信号を出力することができるという効果を奏する。また、開示の装置は、ICチップ内に集積するのに適するという効果を奏する。
以下に、本発明にかかるシングル差動変換装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明および添付図面において、同様の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
図1は、実施例1のシングル差動変換装置の構成を示す回路図である。図1に示すように、実施例1のシングル差動変換装置は、第1の入力トランジスタ21および第1の負荷24を備えた第1アンプの例としての初段アンプ(以下、初段アンプと称する)と、第2の入力トランジスタ22および第2の負荷25を備えた第2アンプの例としての次段アンプ(以下、次段アンプと称する)を備えている。第1の入力トランジスタ21、第2の入力トランジスタ22、第1の負荷24および第2の負荷25は、例えば、nチャネルのMOSトランジスタで構成されている。これ以降、第1の負荷を第1の負荷トランジスタとし、第2の負荷を第2の負荷トランジスタとする。なお、初段アンプは、受信系において最初に信号の増幅を行うアンプとすることもできるが、その後に増幅する受信系のアンプとすることもできる。次段に対して前であるという点で初段と称している。
第1の入力トランジスタ21のゲート端子、ソース端子およびドレイン端子は、それぞれ、単相の信号が入力される入力端子31、接地点および第1の負荷トランジスタ24のソース端子に接続されている。また、第1の入力トランジスタ21のドレイン端子は、第1の出力端子32に接続されている。第1の負荷トランジスタ24は、ダイオード接続された構造となっており、そのゲート端子およびドレイン端子は、電源端子34に接続されている。
第2の入力トランジスタ22のゲート端子は、キャパシタ26を介して第1の入力トランジスタ21のドレイン端子に接続されている。このキャパシタ26は、直流電圧に対して開放であり、交流電圧に対して短絡とみなし得る容量を有する。従って、第2の入力トランジスタ22のゲート端子には、第1の入力トランジスタ21から出力される交流電圧が印加される。すなわち、第2の入力トランジスタ22は、第1の入力トランジスタ21の出力電圧によって制御される。
第2の入力トランジスタ22のソース端子およびドレイン端子は、それぞれ、接地点および第2の負荷トランジスタ25のソース端子に接続されている。また、第2の入力トランジスタ22のドレイン端子は、第2の出力端子33に接続されている。第2の負荷トランジスタ25は、第1の負荷トランジスタ24と同様に、そのゲート端子およびドレイン端子が電源端子34に接続されたダイオード接続構造となっている。第1の負荷トランジスタ24、第2の入力トランジスタ22および第2の負荷トランジスタ25の相互コンダクタンスは同じである。
次に、図1に示す構成のシングル差動変換装置の動作について説明する。第1の入力トランジスタ21の相互コンダクタンスをGmとし、第1の負荷トランジスタ24、第2の入力トランジスタ22および第2の負荷トランジスタ25の相互コンダクタンスをgmnとする。また、図1に示す構成のシングル差動変換装置が、図8に示すシングル差動変換装置9のように寄生インダクタンス11を介して電源10に接続されている場合に、この寄生インダクタンス11に流れる交流電流をiacとし、第1の入力トランジスタ21および第1の負荷トランジスタ24を流れる交流電流をiとし、第2の入力トランジスタ22および第2の負荷トランジスタ25を流れる交流電流をixとする。
入力端子31への入力電圧、第1の出力端子32からの出力電圧および第2の出力端子33からの出力電圧を、それぞれ、Vin、VoutおよびVoutxとする。第1の入力トランジスタ21について、次の(1)式が成り立つ。また、第1の負荷トランジスタ24による負荷インピーダンスが1/gmnとなるので、(1)式を代入すると、次の(2)式が成り立つ。
第2の入力トランジスタ22への入力電圧がVoutなので、第2の入力トランジスタ22について、(2)式を代入すると、次の(3)式が成り立つ。また、第2の負荷トランジスタ25による負荷インピーダンスが1/gmnとなるので、(3)式を代入すると、次の(4)式が成り立つ。
iacは、iとixを足したものであるから、上記(1)式および上記(3)式より、次の(5)式が得られる。従って、図8の寄生インダクタンス11には交流電流iacが流れない。また、上記(2)式および上記(4)式より、次の(6)式が得られる。従って、第1の出力端子32と第2の出力端子33からは、同じ大きさで、位相の反転した差動信号が出力される。
図2は、実施例2のシングル差動変換装置の構成を示す回路図である。図2に示すように、実施例2のシングル差動変換装置は、第1の負荷トランジスタ、第2の入力トランジスタおよび第2の負荷トランジスタをpチャネルのMOSトランジスタで構成したものである。
第1の入力トランジスタ21のゲート端子およびソース端子は、それぞれ、入力端子31および接地点に接続されており、そのドレイン端子は、第1の負荷トランジスタ44のドレイン端子と第1の出力端子32に接続されている。第1の負荷トランジスタ44は、そのゲート端子がドレイン端子に接続されたダイオード接続構造となっている。第1の負荷トランジスタ44のソース端子は、電源端子34に接続されている。
第2の入力トランジスタ42のゲート端子は、キャパシタ26を介して第1の入力トランジスタ21のドレイン端子に接続されている。第2の入力トランジスタ42のソース端子およびドレイン端子は、それぞれ、電源端子34および第2の負荷トランジスタ45のソース端子に接続されている。また、第2の入力トランジスタ42のドレイン端子は、第2の出力端子33に接続されている。第2の負荷トランジスタ45は、そのゲート端子およびドレイン端子が接地点に接続されたダイオード接続構造となっている。第1の負荷トランジスタ44、第2の入力トランジスタ42および第2の負荷トランジスタ45の相互コンダクタンスは同じである。
図2に示す構成のシングル差動変換装置の動作については、実施例1で説明した通りである。ただし、第1の負荷トランジスタ44、第2の入力トランジスタ42および第2の負荷トランジスタ45の相互コンダクタンスをgmpとし、前記(2)〜(4)式においてgmnをgmpとする。従って、実施例2においても、図8の寄生インダクタンス11には交流電流iacが流れない。また、第1の出力端子32と第2の出力端子33からは、同じ大きさで、位相の反転した差動信号が出力される。
図3は、実施例3のシングル差動変換装置の構成を示す回路図である。図3に示すように、実施例3のシングル差動変換装置は、実施例1のシングル差動変換装置において、第1の入力トランジスタ21のゲート端子と入力端子31の間、およびソース端子と接地点の間に、それぞれ、第1のインダクタ51および第2のインダクタ52を接続したものである。これら2個のインダクタ51,52のインダクタンスを調整することによって、第1の入力トランジスタ21の入力インピーダンスをその直前の回路の出力インピーダンス、例えば50Ωに整合させることができる。従って、実施例3のシングル差動変換装置は、LNA(Low Noise Amplifier)としての機能も有する。すなわち、実施例3のシングル差動変換装置は、LNAとしても用いられ得る。
図4は、実施例4のシングル差動変換装置の構成を示す回路図である。図4に示すように、実施例4のシングル差動変換装置は、実施例2のシングル差動変換装置において、第1の入力トランジスタ21のゲート端子と入力端子31の間、およびソース端子と接地点の間に、それぞれ、第1のインダクタ51および第2のインダクタ52を接続したものである。このようにすることによって、実施例3と同様に、実施例4のシングル差動変換装置をLNAとして用いることができる。
図5は、実施例5のRF受信装置の構成を示す回路図である。図5に示すように、RF受信装置を構成するRF(無線周波数)チップ61は、複数の機能ブロックの領域に分割されており、その一つにRF受信ブロック62を有する。また、RFチップ61には、上述した実施例1〜4のいずれかのシングル差動変換装置63が含まれている。図示例では、シングル差動変換装置63は、RF受信ブロック62に含まれているが、RF受信ブロック62の外に設けられていてもよい。シングル差動変換装置63の入力端子は、RFチップ61の外に設けられたアンテナ66に接続されている。従って、シングル差動変換装置63は、アンテナ66から入力する単相の受信信号を、RF受信ブロック62での処理に適した差動信号に変換する。
実施例1〜4によれば、定電流源がなくても、シングル差動変換装置の全体において交流電流iacがゼロとなる。従って、シングル差動変換装置に定電流源を設けずに済むので、出力電圧のダイナミックレンジを電源電圧Vddと同じ程度に広げることができる。また、図7に示す従来構成のような大きなインダクタが不要となり、シングル差動変換装置自体の大きさが、例えば40μm×40μm程度になるので、ICチップ内に集積するのに適している。従って、実施例5のように、シングル差動変換装置を内蔵するRFチップ等のICチップが得られる。
上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)単相の入力信号に応じた第1の電圧信号を出力する第1アンプと、
前記第1アンプから出力される前記第1の電圧信号に応じた第2の電圧信号を出力する第2アンプと、
を備え、前記第1アンプの第1の負荷、前記第2アンプの入力トランジスタおよび前記第2アンプの第2の負荷の相互コンダクタンスが同じであることを特徴とするシングル差動変換装置。
前記第1アンプから出力される前記第1の電圧信号に応じた第2の電圧信号を出力する第2アンプと、
を備え、前記第1アンプの第1の負荷、前記第2アンプの入力トランジスタおよび前記第2アンプの第2の負荷の相互コンダクタンスが同じであることを特徴とするシングル差動変換装置。
(付記2)前記入力トランジスタは、nチャネルのトランジスタであり、前記第1の負荷および前記第2の負荷は、ダイオード接続されたnチャネルのトランジスタであることを特徴とする付記1に記載のシングル差動変換装置。
(付記3)前記入力トランジスタは、pチャネルのトランジスタであり、前記第1の負荷および前記第2の負荷は、ダイオード接続されたpチャネルのトランジスタであることを特徴とする付記1に記載のシングル差動変換装置。
(付記4)前記第1アンプの出力端子と前記第2アンプの入力端子の間に、直流に対して開放であり、交流に対して短絡とみなし得るキャパシタが接続されていることを特徴とする付記1に記載のシングル差動変換装置。
(付記5)前記第1アンプの入力端子、および前記第1アンプと接地点との間に、それぞれ、インダクタが接続されていることを特徴とする付記1に記載のシングル差動変換装置。
(付記6)前記第1アンプの入力インピーダンスが前段の回路の出力インピーダンスに整合していることを特徴とする付記5に記載のシングル差動変換装置。
(付記7)単相の入力信号に応じた第1の電圧信号を出力する第1アンプと、前記第1アンプから出力される前記第1の電圧信号に応じた第2の電圧信号を出力する第2アンプと、を備え、前記第1アンプの負荷、前記第2アンプの入力トランジスタおよび前記第2アンプの負荷の相互コンダクタンスが同じであるシングル差動変換装置と、
前記シングル差動変換装置から出力される差動信号を処理するRF受信ブロックと、
を備えることを特徴とするRF受信装置。
前記シングル差動変換装置から出力される差動信号を処理するRF受信ブロックと、
を備えることを特徴とするRF受信装置。
21,22,42 入力トランジスタ
24,25,44,45 負荷トランジスタ
26 キャパシタ
51,52 インダクタ
61 RFチップ
62 RF受信ブロック
63 シングル差動変換装置
24,25,44,45 負荷トランジスタ
26 キャパシタ
51,52 インダクタ
61 RFチップ
62 RF受信ブロック
63 シングル差動変換装置
Claims (7)
- 単相の入力信号に応じた第1の電圧信号を出力する第1アンプと、
前記第1アンプから出力される前記第1の電圧信号に応じた第2の電圧信号を出力する第2アンプと、
を備え、前記第1アンプの第1の負荷、前記第2アンプの入力トランジスタおよび前記第2アンプの第2の負荷の相互コンダクタンスが同じであることを特徴とするシングル差動変換装置。 - 前記入力トランジスタは、nチャネルのトランジスタであり、前記第1の負荷および前記第2の負荷は、ダイオード接続されたnチャネルのトランジスタであることを特徴とする請求項1に記載のシングル差動変換装置。
- 前記入力トランジスタは、pチャネルのトランジスタであり、前記第1の負荷および前記第2の負荷は、ダイオード接続されたpチャネルのトランジスタであることを特徴とする請求項1に記載のシングル差動変換装置。
- 前記第1アンプの出力端子と前記第2アンプの入力端子の間に、直流に対して開放であり、交流に対して短絡とみなし得るキャパシタが接続されていることを特徴とする請求項1に記載のシングル差動変換装置。
- 前記第1アンプの入力端子、および前記第1アンプと接地点との間に、それぞれ、インダクタが接続されていることを特徴とする請求項1に記載のシングル差動変換装置。
- 前記第1アンプの入力インピーダンスが前段の回路の出力インピーダンスに整合していることを特徴とする請求項5に記載のシングル差動変換装置。
- 単相の入力信号に応じた第1の電圧信号を出力する第1アンプと、前記第1アンプから出力される前記第1の電圧信号に応じた第2の電圧信号を出力する第2アンプと、を備え、前記第1アンプの負荷、前記第2アンプの入力トランジスタおよび前記第2アンプの負荷の相互コンダクタンスが同じであるシングル差動変換装置と、
前記シングル差動変換装置から出力される差動信号を処理するRF受信ブロックと、
を備えることを特徴とするRF受信装置。
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