JPWO2014080586A1 - 可変利得増幅器、およびこれを備えたチューナシステム - Google Patents

Abstract

可変利得増幅器は、入力信号の位相を調整する位相補正回路（２０）と、可変利得機能を有し、位相補正回路（２０）によって位相調整された信号を増幅する増幅器（１０）と、利得の変更のとき、利得を設定する利得設定信号（ＳＣ１）によって増幅器（１０）の利得を変更し、かつ設定する利得に応じた位相調整信号（ＳＣ２）によって位相補正回路（２０）による位相調整量を制御する制御回路（３０）とを備えている。

Description

本発明は、通信システムまたは放送システムで用いる受信機に関し、低雑音特性、低歪特性が求められる可変利得増幅器に関するものである。

テレビチューナなどの無線受信システムに用いられる広帯域な低雑音増幅器は、広い可変利得レンジを有しており、受信信号の電界が弱いときには、利得を上げて感度を上げる一方、受信信号の電界が強いときには、利得を下げて飽和信号の歪特性を上げるように構成されている。また、このような利得の制御には、出力レベルが一定になるように自動利得制御（Auto Gain Control: 以下ＡＧＣと称する）が用いられる。

一般的には、可変増幅器の利得の制御は、増幅器の入力または出力に挿入したアテネータの減衰量、増幅器の並列数やバイアス電流などのパラメータを変更して行われる。可変増幅器において、可変利得レンジを大きくとるためには、これらのパラメータを大きく変化させる必要がある。しかしながら、これらのパラメータを大きく変化させて、可変増幅器の利得を変更したとき、増幅器の出力の位相が大きく回転し、その増幅器を用いた受信機全体の搬送波対雑音比(Carrier to Noise Ratio：Ｃ／Ｎ比)が劣化するという問題が発生する。

日本の地上デジタルテレビ放送サービス（ＩＳＤＢ−Ｔ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ−Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ）の信号を受信する無線受信システムでは、周波数４７０ＭＨｚ−７７０ＭＨｚの帯域幅を使用し、伝送路符号化方式は直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式である。変調方式は６４ＱＡＭであり、広い可変利得レンジ、およびシームレスなゲイン変更が必要である。また、良好なＣ／Ｎ比を得るには、そのゲイン変更時の位相シフトの抑制が求められる。例えば、上記ＩＳＤＢ−Ｔの信号を受信するチューナシステムには±３°以内の位相シフトに抑える必要がある。また、電波状態が常に変化するモバイル端末においても、シームレスなゲイン変更が求められている。

特許文献１では、位相の回転を抑制する技術が開示されている。具体的には、増幅器に起因して発生する位相シフトに対して、反対の代数符号を有する振幅―位相変調変換が生じるようにトランジスタの端子のバイアスを変更している。この技術では、トランジスタの端子のバイアスを変更することによって増幅器のバイアス電流を変化させ、増幅器に起因して発生する出力信号の位相シフトを抑制している。

特開昭６０−１５７３０５号公報

しかしながら、位相調整のためにバイアス電流を変える技術（例えば、特許文献１）を用いて広い可変利得レンジを得るためには、バイアス電流を大きく変える必要がある。このバイアス電流の変化によってトランスコンダクタンスが変化するため、増幅器の利得誤差が発生し、増幅器の自動利得制御を実施するのが難しくなる。また、上記のトランスコンダクタンスの変化によって増幅器に歪みが発生し、この増幅器を用いた受信システムの妨害特性が劣化する可能性がある。さらに、バイアス電流を増やして位相調整する場合、増幅器自体の消費電力が増大してしまうという課題が発生する。

上記問題に鑑み、本発明は、広い可変利得レンジが必要な可変利得増幅器において、シームレスな利得の変更を行った場合においても、可変利得増幅器の出力信号の位相シフトを抑制することを目的とする。

本発明の第１の態様では、可変利得増幅器は、入力信号の位相を調整する位相補正回路と、可変利得機能を有し、前記位相補正回路によって位相調整された信号を増幅する増幅器と、利得の変更のとき、利得を設定する利得設定信号によって前記増幅器の利得を設定し、かつ当該設定する利得に応じた位相調整信号によって前記位相補正回路による位相調整量を制御する制御回路とを備えている。

この態様によると、増幅器の利得変更のとき、制御回路は、利得設定信号によって増幅器の利得を設定し、かつ設定する利得に応じた位相調整信号を位相補正回路に出力して、位相補正回路による位相調整を制御する。これにより、増幅器の利得を変更するとき、制御回路は、変更後の利得に応じて位相補正回路による入力信号の位相調整量の制御を行うため、利得が変化したときに生じる位相誤差（位相シフト）を位相補正回路で相殺するように制御することができる。したがって、シームレスな利得の変更を行った場合においても、可変利得増幅器の出力信号の位相シフトを小さく抑えることができる。また、位相補正回路は利得の微調整もできるため、より細かい利得設定も可能となる。

本発明の第２の態様では、チューナシステムは第１の態様記載の可変利得増幅器を備えている。

この態様によると、チューナシステムは第１の態様記載の可変利得増幅器を備えているため、位相誤差を小さく抑えることができ、良好な搬送波対雑音比を得ることができる。

本発明によると、広い可変利得レンジが必要な可変利得増幅器において、シームレスな利得の変更を行った場合においても、利得の切り替え前と切り替え後の位相誤差を小さく抑えることができ、また、より細かい利得設定も可能となる。これにより、この可変利得増幅器を用いたシステムにおいて良好な搬送波対雑音比を得ることができる。

第１の実施形態に係る可変利得増幅器の構成例を示す回路図である。 第１の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。 第１の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。 第１の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。 可変容量の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。 可変抵抗の一例を示す図である。 ソース接地型の増幅器を有する一般的な可変利得増幅器の構成例を示す図である。 図８の可変利得増幅器の小信号等価回路を示す図である。 図６の可変利得増幅器の小信号等価回路を示す図である。 図６の可変利得増幅器において、増幅器の利得を変更する際の可変利得増幅器の位相シフト量を位相調整の有無で比較した図である。 第１の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。 第１の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。 第１の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。 第１の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。 第１の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。 第２の実施形態に係る可変利得増幅器の構成例を示す回路図である。 第２の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。 第２の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。 図１９の可変利得増幅器において、増幅器の利得を変更する際の可変利得増幅器の位相シフト量を、位相調整の有無で比較した図である。 各実施形態に係る可変利得増幅器をチューナシステムに適用した例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の各実施形態において、同様の要素には、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１は第１の実施形態に係る可変利得増幅器の構成例を示す回路図である。図１に示すように、可変利得増幅器は、利得が可変可能に構成された増幅器１０と、位相補正回路２０と、制御回路３０とを備えている。

増幅器１０は、可変利得増幅器の入力端子ＩＮから入力された入力信号を、位相補正回路２０を介して受け、その信号を増幅して可変利得増幅器の出力端子ＯＵＴに出力する。

制御回路３０は、増幅器１０の利得を設定する利得設定信号ＳＣ１を増幅器１０に出力して、増幅器１０の利得を所望の値に設定する。また、制御回路３０は、上記の増幅器１０に設定する利得に応じて、後述する位相調整量を制御する位相調整信号ＳＣ２を位相補正回路２０に出力する。

位相補正回路２０は、制御回路３０から受けた位相調整信号ＳＣ２に基づいて、入力端子ＩＮから受けた信号の位相を調整し、位相調整した信号を増幅器１０に出力する。

なお、制御回路３０は、増幅器１０に設定する利得に応じた位相調整信号ＳＣ２を都度求めてもよいし、増幅器１０に設定する利得と位相調整信号ＳＣ２との対応関係を示すテーブルをあらかじめ保持し、このテーブルから、増幅器１０に設定する利得に応じた位相調整信号ＳＣ２を読み出すようにしてもよい。

（位相補正回路）
図２〜図４は、第１の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。より具体的には、位相補正回路２０の構成の一例を示す図である。

図２では、位相補正回路２０は、増幅器１０の入力部とグランドとの間に接続された可変容量２１を備えている。位相補正回路２０は、制御回路３０からの位相調整信号ＳＣ２に基づいて可変容量２１の容量値を変化させることによって、入力信号の位相を調整する。位相補正回路２０によって位相が調整された信号は、増幅器１０に入力され、増幅される。

図３では、位相補正回路２０は、可変利得増幅器の入力端子ＩＮと増幅器１０の入力端子との間に接続された可変容量２２を備えている。位相補正回路２０は、制御回路３０からの位相調整信号ＳＣ２を受け、位相調整信号ＳＣ２に基づいて可変容量２２の容量値を変化させることによって、入力信号の位相を調整する。

図４では、位相補正回路２０は、可変利得増幅器の入力端子ＩＮと増幅器１０の入力端子との間に接続された第１の可変容量としての可変容量２３と、増幅器１０の入力端子とグランドとの間に接続された第２の可変容量としての可変容量２４とを備えている。位相補正回路２０は、制御回路３０からの位相調整信号ＳＣ２を受け、位相調整信号ＳＣ２に基づいて可変容量２３，２４のうちの少なくともいずれか一方の容量値を変化させることによって、増幅器１０に入力される信号の位相を調整する。

図５は可変容量２１の一例を示す図である。図５に示すように、可変容量２１は、並列に接続されたｎ個の容量素子８０−１〜８０−ｎ（ｎは２以上の整数）と、各容量素子８０−１〜８０−ｎとそれぞれ直列に接続され、ゲートに位相調整信号ＳＣ２を受ける第２のスイッチとしてのトランジスタスイッチ８１−１〜８１−ｎとを備えている。位相調整信号ＳＣ２は、バス幅がｎであり、各トランジスタスイッチ８１−１〜８１−ｎに対して、対応する位相調整信号ＳＣ２（ＳＣ２＜１＞〜ＳＣ２＜ｎ＞）が入力される。そして、このトランジスタスイッチ８１−１〜８１−ｎを位相調整信号ＳＣ２に基づいてオンオフ制御することにより、可変容量２１の容量値を調整する。より具体的には、トランジスタスイッチ８１−１〜８１−ｎにおいて、オンさせるトランジスタスイッチ数を増やすことにより容量値が大きくなる一方、オンさせるトランジスタスイッチ数を減らすことにより容量値が小さくなる。可変容量２１をこのような構成とすることにより、トランジスタスイッチ８１−１〜８１−ｎのオンオフ制御によって、離散的な位相調整値が設定できる。なお、可変容量２２，２３，２４も同様の構成で実現することができる。また、可変容量２１〜２４は図５の構成に限られるものではなく、位相調整信号ＳＣ２に基づいてその容量値が可変できるものであれば他の構成であってもよい。

（増幅器の利得変更に係る位相の調整）
図６はソース接地型の増幅器１０を有する可変利得増幅器の構成例を示す図である。図６において、増幅器１０は、位相補正回路２０によって位相調整された信号をゲートに受けるソース接地のトランジスタ１１と、電源とトランジスタ１１のドレインとの間に接続された可変抵抗としての可変負荷抵抗１２とを備えており、トランジスタ１１と可変負荷抵抗１２との間のノードが出力端子ＯＵＴに接続されている。そして、増幅器１０は、制御回路３０からの利得設定信号ＳＣ１を受け、利得設定信号ＳＣ１に基づいて可変負荷抵抗１２の抵抗値を調整する。換言すると、制御回路３０は、利得設定信号ＳＣ１によって増幅器１０の可変負荷抵抗１２の抵抗値を変更することによって、増幅器１０の利得を変更する。なお、可変負荷抵抗１２は、例えば図７に示すように、並列に接続されたｍ個の抵抗素子８２−１〜８２−ｍ（ｍは２以上の整数）と、各抵抗素子８２−１〜８２−ｍとそれぞれ直列に接続され、ゲートに利得設定信号ＳＣ１を受ける第１のスイッチとしてのトランジスタスイッチ８３−１〜８３−ｍとによって実現することができる。ここで、利得設定信号ＳＣ１はバス幅がｍであり、各トランジスタスイッチ８３−１〜８３−ｍに対して、対応する利得設定信号ＳＣ１（ＳＣ１＜１＞〜ＳＣ１＜ｍ＞）が入力される。そして、このトランジスタスイッチ８３−１〜８３−ｍを利得設定信号ＳＣ１に基づいてオンオフ制御することにより、可変負荷抵抗１２の抵抗値を調整する。より具体的には、トランジスタスイッチ８３−１〜８３−ｍにおいて、オンさせるトランジスタスイッチ数を増やすことにより抵抗値が小さくなる一方、オンさせるトランジスタスイッチ数を減らすことにより抵抗値が大きくなる。可変負荷抵抗１２をこのような構成とすることにより、トランジスタスイッチ８３−１〜８３−ｍのオンオフ制御によって、増幅器１０の利得を離散的に設定することができる。

まず、図６に示すような増幅器において、可変負荷抵抗を調整することによる位相の変動（位相シフト）について説明する。

図８は可変負荷抵抗を有する、ソース接地増幅器の一例を示す図である。ソース接地増幅器６０は、ソースがグランドに接続され、ドレインが出力端子ＯＵＴに接続されており、入力端子ＩＮからの入力信号をゲートに受けるトランジスタ６１と、電源とトランジスタ６１のドレインとの間に接続された可変負荷抵抗６２（抵抗値はＲ_Ｌ）と、出力端子ＯＵＴとグランドとの間に接続された容量６３（容量値はＣ_Ｌ）とを備えている。

図９は、図８に示したソース接地増幅器６０の小信号等価回路を示す図である。図９の小信号等価回路において、ソース接地増幅器６０の利得は式（１）、位相は式（２）でそれぞれ求めることができる。

ここで、Ｒｓは信号源インピーダンス、Ｃｇｓはトランジスタ６１のゲート−ソース間容量、Ｃｇｄはトランジスタ６１のゲート−ドレイン間容量、ｇｍはトランジスタ６１のトランスコンダクタンスである。式（２）より、可変負荷抵抗６２の抵抗値Ｒ_Ｌの変化によってソース接地増幅器６０の出力の位相が変動し、抵抗値Ｒ_Ｌの変化量が大きいと位相の変動も大きくなることがわかる。

次に、図６に示す可変利得増幅器の増幅器１０の利得を変えたときの位相調整の動作について、図１０に示す小信号等価回路を用いて説明する。図１０は位相補正回路２０が対接地の可変容量を有する容量回路で実現された場合（例えば、図２や図４）における小信号等価回路を示しており、図６の可変利得増幅器の利得は式（３）、位相は式（４）でそれぞれ求めることができる。なお、図６には図示していないが、出力端子ＯＵＴとグランドとの間に容量負荷（容量値はＣ_Ｌ）が接続されているものとする。

ここで、Ｃｖａｒは位相補正回路２０の対接地の可変容量の容量値を示している。

制御回路３０が利得設定信号ＳＣ１によって可変負荷抵抗１２の抵抗値を小さくして増幅器１０の利得を下げた場合、式（４）右辺の第１項は小さくなり、結果として位相が小さくなる。そこで、制御回路３０は、この利得設定信号ＳＣ１によって増幅器１０の利得を下げたとき、位相調整信号ＳＣ２によって位相補正回路２０の対接地の可変容量の容量値Ｃｖａｒを大きくする。これにより、式（４）右辺の第２項が大きくなり、可変負荷抵抗１２の抵抗値を小さくしたときの位相シフトと逆方向に位相をシフトさせることができる。これにより、図６に示す可変利得増幅器は、可変負荷抵抗１２の抵抗値を小さくした場合においても、可変利得増幅器の位相シフトを抑えることができる。また、利得設定信号ＳＣ１によって利得を下げたときに位相調整信号ＳＣ２によって位相補正回路２０の調整をしているため、可変利得増幅器は、シームレスな増幅器の利得の変更においても、出力信号の位相シフトを抑制することができる。また、このとき消費電力の増大、および利得誤差の発生や歪み劣化の発生の問題は生じない。

なお、制御回路３０が利得設定信号ＳＣ１によって増幅器１０の利得を上げたときは、位相調整信号ＳＣ２によって位相補正回路２０の対接地の可変容量の容量値Ｃｖａｒを小さくすることにより、可変利得増幅器の位相シフトを抑えることができる。

ここで、「利得を下げたとき」、または「利得を上げたとき」の「とき」とは、例えば、同時が好ましい。また、例えば、増幅器１０の利得を切り替えた後、±３°の位相シフトが発生するまでの期間内であることが好ましい。換言すると、上記の例の場合、利得設定信号ＳＣ１によって利得を下げた後、±３°の位相シフトが発生するまでの期間内に位相調整信号ＳＣ２によって位相補正回路２０の調整をするのが好ましい。ただし、この「とき」の期間は、上記に限られるものではなく、位相シフトが抑制できる範囲で設定すればよい。

なお、位相補正回路２０の対接地に設けられた可変容量の容量値Ｃｖａｒが変更された場合、式（３）で算出される可変利得増幅器の利得も変化するが、容量値Ｃｖａｒの変化による利得への影響は小さい。したがって、容量値Ｃｖａｒの変更による可変利得増幅器の利得への影響は小さい。

図１１は、図６に示す可変利得増幅器において、増幅器１０の利得を変更する際に、可変負荷抵抗１２のみを制御して利得を変更したときの位相シフト量（without cal）と、可変負荷抵抗１２および位相補正回路２０の両方を制御して利得を変更したときの位相シフト量（with cal）とを比較した結果を示している。図１１において、横軸（図ではＡＧＣＭＯＤＥと表記）はオートゲインコントローラのモード（利得制御の設定モード）を示しており、縦軸（図ではΔＰｈａｓｅと表記）は位相シフト量を示している。例えば、ＡＧＣＭＯＤＥ５の時の位相シフト量は、ＡＧＣＭＯＤＥ４からＡＧＣＭＯＤＥ５へ切り替えた時の位相シフト量を表している。図１１に示すように、可変負荷抵抗１２のみを制御して利得を変更したときの位相シフト量（without cal）は、オートゲインコントローラのモードが大きくなるにしたがって（特に、ＡＧＣＭＯＤＥ８〜１０において）、大きくなっている。一方で、可変負荷抵抗１２と位相補正回路２０との両方を制御して利得を変更したときの位相シフト量（with cal）は、可変負荷抵抗１２のみを制御した場合と比較して、利得が大きくなっても出力信号の位相シフト量を小さく抑えることができており、位相シフトは±３°以内になっている。また、位相補正回路は利得の微調整ができるため、より細かい利得設定も可能である。

（その他の構成例）
図１２，１３は、第１の実施形態に係る可変利得増幅器の他の構成例を示す回路図である。より具体的には、図１２，１３は、増幅器１０の他の構成例を示す図である。

図１２は、図６における増幅器１０のトランジスタ１１に代えて、可変トランスコンダクタンス機能を有するソース接地のトランジスタ１３を備えており、可変負荷抵抗１２に代えて負荷１４を備えている。制御回路３０は、利得設定信号ＳＣ１によって、トランジスタ１３のトランスコンダクタンスを切り替えることにより、利得の変更を行う。そして、制御回路３０は、利得設定信号ＳＣ１によって増幅器１０の利得を変更するとき、位相調整信号ＳＣ２によって位相補正回路２０による位相の調整を行う。これにより、図１２に示す可変利得増幅器は、シームレスな増幅器１０の利得の変更においても、増幅器１０の利得の変更による位相シフト量を小さく抑えることができる。また、位相補正回路は利得の微調整ができるため、より細かい利得設定も可能となる。

なお、トランジスタ１３のトランスコンダクタンスの切り替えは、例えば、トランジスタ１３の並列数の切り替えや、トランジスタ１３に流れる電流量の制御によって行うことができるし、例えばトランジスタ１３のソースとグランドとの間に接続した可変ソース抵抗（図示しない）の抵抗値を制御することによって行うこともできる。

図１３は、増幅器１０として、ソースデジェネレーション型の増幅器を用いた例を示している。図１２と比較すると、増幅器１０は、可変トランスコンダクタンス機能を有するトランジスタ１３に代えて、トランジスタ１５を備えている。また、増幅器１０はトランジスタ１５のソースとグランドとの間に、可変ソース抵抗１６を備えている。

増幅器１０は、制御回路３０からの利得設定信号ＳＣ１を受け、利得設定信号ＳＣ１に基づいて可変ソース抵抗１６の抵抗値を変更することにより、利得を変更する。また、制御回路３０は、利得設定信号ＳＣ１によって増幅器１０の利得を変更するとき、位相調整信号ＳＣ２によって位相補正回路２０による位相の調整を行う。これにより、図１３に示す可変利得増幅器は、シームレスな増幅器１０の利得の変更においても、増幅器１０の利得の変更による出力信号の位相シフト量を小さく抑えることができる。また、位相補正回路は利得の微調整ができるため、より細かい利得設定も可能となる。

図１４に示す可変利得増幅器は、図１における可変利得増幅器に加えて、入力端子ＩＮと位相補正回路２０との間に減衰量の可変機能を有する可変減衰器４０（図１４ではＡＴＴと表記）を備えている。制御回路３０は、減衰量を調整する減衰量調整信号としての制御信号ＳＣ３によって可変減衰器４０を制御する。

図１４の可変利得増幅器において、制御回路３０は、利得設定信号ＳＣ１によって増幅器１０の利得を変更するとき、制御信号ＳＣ３によって可変減衰器４０による減衰量の調整を行い、かつ位相調整信号ＳＣ２によって位相補正回路２０による位相の調整を行う。これにより、図１４に示す可変利得増幅器は、上述の実施形態と同様に、シームレスな増幅器１０の利得の変更においても、増幅器１０の利得の変更による出力信号の位相シフト量を小さく抑えることができる。また、位相補正回路は利得の微調整ができるため、より細かい利得設定も可能となる。

なお、図１４では、可変減衰器４０は、入力端子ＩＮと位相補正回路２０との間に接続されるものとしたが、位相補正回路２０の出力部と増幅器１０の入力部との間に接続されてもよい。この場合においても、制御回路３０は、利得設定信号ＳＣ１によって増幅器１０の利得を変更するとき、制御信号ＳＣ３によって可変減衰器４０による減衰量の調整を行い、かつ位相調整信号ＳＣ２によって位相補正回路２０による位相の調整を行う。

図１５に示す可変利得増幅器は、図１における可変利得増幅器に加えて、増幅器１０の入出力端子間（入出力部間）に可変フィードバック回路５０を備えている。制御回路３０は、制御信号ＳＣ４によって可変フィードバック回路５０を制御する。

図１５の可変利得増幅器において、制御回路３０は、利得設定信号ＳＣ１によって増幅器１０の利得を変更するとき、制御信号ＳＣ４によって可変フィードバック回路５０の制御を行い、かつ位相調整信号ＳＣ２によって位相補正回路２０による位相の調整を行う。これにより、図１５に示す可変利得増幅器は、上述の実施形態と同様に、シームレスな増幅器１０の利得の変更においても、増幅器１０の利得の変更による出力信号の位相シフト量を小さく抑えることができる。また、位相補正回路は利得の微調整ができるため、より細かい利得設定も可能となる。

図１６に示す可変利得増幅器は、図１における可変利得増幅器に加えて、増幅器１０の出力信号を受けて、その出力信号のレベルを検出する検波回路５１を備えている。検波回路５１は、検出した出力信号のレベルを示す検波信号ＳＤ１を制御回路３０に出力する。制御回路３０は、検波信号ＳＤ１に基づいて、利得設定信号ＳＣ１による増幅器１０の利得の設定、および位相調整信号ＳＣ２による位相補正回路２０の制御を行う。これにより、制御回路３０は、増幅器１０の出力信号レベルに応じた利得の変更および位相の調整が可能になる。

＜第２の実施形態＞
図１７は第２の実施形態に係る可変利得増幅器の構成例を示す回路図である。図１７に示す可変利得増幅器は、図１と比較して、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に接続された第２の増幅器としての増幅器５２をさらに備えている。すなわち、増幅器５２と、位相補正回路２０および増幅器１０とが入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に並列に接続されている。制御回路３０は、制御信号ＳＣ５によって増幅器５２の動作をオンオフ制御する。なお、本実施形態では、増幅器５２は利得の変更ができないものとし、可変利得増幅器は、動作させる回路を増幅器５２から増幅器１０に切り替えること、および利得設定信号ＳＣ１による増幅器１０の利得の変更によって、可変利得増幅器の利得の変更を行うものとする。動作させる回路の切り替えは、例えば制御信号ＳＣ５と利得設定信号ＳＣ１とによって行うことができる。なお、増幅器５２は利得の変更ができないものとしたがこれに限定されず、利得が可変可能に構成された増幅器を用いてもかまわない。

図１８に示す可変利得増幅器は、図１７に示す可変利得増幅器に加えて、入力端子ＩＮと位相補正回路２０との間に可変減衰器４０（図１８ではＡＴＴと表記）を備えている。したがって、増幅器５２と、可変減衰器４０、位相補正回路２０および増幅器１０とが入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に並列に接続されている。

図１８の可変利得増幅器において、動作させる回路を増幅器５２から増幅器１０に切り替えて利得を変更するとき、制御回路３０は、制御信号ＳＣ３によって可変減衰器４０の制御を行い、かつ位相調整信号ＳＣ２によって位相補正回路２０による位相の調整を行う。これにより、図１８に示す可変利得増幅器は、図１７に示す可変利得増幅器と同様に、シームレスな利得の変更においても、増幅器１０の利得の変更による出力信号の位相シフト量を小さく抑えることができる。動作させる回路の切り替えは、例えば制御信号ＳＣ５と利得設定信号ＳＣ１とによって行うことができる。なお、増幅器５２は利得の変更ができないものとしたがこれに限定されず、利得が可変可能に構成された増幅器を用いてもかまわない。

（可変利得増幅器の利得変更に係る位相の調整）
第２の実施形態に係る位相調整の動作について、図１９および図２０を用いて説明する。

図１９は、図１８の可変利得増幅器において、位相補正回路２０および可変減衰器４０の構成例を詳細に示した図である。図１９に示すように、可変減衰器４０は可変抵抗アテネータ２７を有している。位相補正回路２０は、可変減衰器４０の出力端子と増幅器１０の入力端子との間に接続された第１の可変容量としての可変容量２５と、増幅器１０の入力端子とグランドとの間に接続された第２の可変容量としての可変容量２６とを備えている。それ以外の構成については図１７の可変利得増幅器と同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。なお、可変容量２５および可変容量２６は、位相補正回路２０としての動作と、可変減衰器４０の可変容量アテネータとしての動作とをかねることができる。

図２０は、図１９において、動作させる回路を増幅器５２から増幅器１０に切り替えることによって利得を変更する場合における回路の切り替え前後の可変利得増幅器の位相シフト量を示している。図２０は入力周波数が６００ＭＨｚのときの例を示している。図２０において、“ＡＧＣＭＯＤＥ”はオートゲインコントローラのモード（利得制御の設定モード）を示しており、“with cal”は動作させる回路を切り替えるときに位相補正回路２０による位相の調整を行ったときの位相シフト量を示しており、“without cal”は動作させる回路を切り替えるときに位相補正回路２０による位相の調整を行なわなかった場合の位相シフト量を示している。

まず、図２０の期間Ａは、動作させる回路が増幅器５２であり、増幅器１０は動作していない。具体的には、期間Ａでは増幅器５２の可変負荷抵抗のスイッチを制御して利得を切り替えている。この期間Ａにおいて、可変負荷抵抗のみを制御して利得を変更したときの位相シフト量（without cal）は、図２０の様にＡＧＣＭＯＤＥが大きくなるにしたがって（とくにＡＧＣＭＯＤＥ６〜７）、大きくなっている。一方、増幅器５２の可変負荷抵抗と位相補正回路２０との両方を制御して利得を変更したときの位相シフト量（with cal）は、図１１での説明と同様に、位相シフトは±３°以内になっている。

次に、ＡＧＣＭＯＤＥ８において、制御回路３０は、動作させる回路を増幅器５２から増幅器１０に切り替える。したがって、図２０の期間Ｂは、動作させる回路が増幅器１０であり、増幅器５２は動作していない。この期間Ｂでは、位相補正回路２０による位相の調整を行わなかった場合（without cal）、増幅器５２から増幅器１０への切り替え時（ＡＧＣＭＯＤＥ７から８への切り替え時）において、可変利得増幅器の位相シフト量が大きくなっている。一方で、位相補正回路２０による位相の調整を行った場合（with cal）、この切り替え時における可変利得増幅器の位相シフト量の増大を抑制することができる。具体的には、位相シフトを±３°以内に小さく抑えることができる。

以上のように、並列に接続された増幅器を切り替えることによって可変利得増幅器の利得を変更する場合においても、切り替え後の増幅器１０に入力される信号に対して位相補正回路２０による位相の調整を行うことにより、利得の変更による出力信号の位相シフト量を小さく抑えることができる。また、動作させる回路を増幅器５２から増幅器１０に切り替えたときに位相調整信号ＳＣ２によって位相補正回路２０の調整をしているため、シームレスな増幅器の利得の変更においても、出力信号の位相シフトを小さく抑えることができる。また、このとき消費電力の増大、および利得誤差の発生や歪み劣化の発生の問題は生じない。また、位相補正回路は利得の微調整ができるため、より細かい利得設定も可能となる。

なお、増幅器１０，５２の周波数帯域は、特に４０ＭＨｚ以上であり、かつ１ＧＨｚ以下である場合において、出力信号の位相シフトを有効に小さく抑えることができる。ただし、上記の周波数帯域は４０ＭＨｚ以上であり、かつ１ＧＨｚ以下に限定されない。

また、第２の実施形態では、２個の増幅器１０，５２が並列に接続される例について説明したが、増幅器が３個以上並列に接続された場合においても、同様の構成により可変利得増幅器の利得の変更による出力信号の位相シフト量を小さく抑えることができる。より具体的には、並列に接続する各増幅器の前段に位相補正回路を設けて、動作させる回路を切り替えるときに、制御回路から増幅器の前段に設けた位相補正回路に位相調整信号を送信して位相を調整すればよい。

また、第２の実施形態では、増幅器５２の動作の制御は制御信号ＳＣ５によって行うものとしたが、利得設定信号ＳＣ１を用いて、増幅器１０と増幅器５２の両方を制御するようにしてもよい。

また、第１および第２の実施形態において、制御回路３０から出力される信号はまとめることが可能であり、制御回路３０が１つの信号を用いて各回路を制御するようにしてもかまわない。

＜適用例＞
図２１は上記の各実施形態に係る可変利得増幅器をチューナシステムに適用した例を示す図である。

図２１に示すように、アンテナ９０はＲＦ信号を受信し、受信した信号を上述の各実施形態に係る可変利得増幅器を有するＲＦ信号処理回路９１に出力する。ＲＦ信号処理回路９１は、アンテナ９０から受けたＲＦ信号の信号強度を調整する。ミキサ９２は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）９３から受けた局部発振信号と、ＲＦ信号処理回路９１によって信号強度が調整されたＲＦ信号とを受け、このＲＦ信号をベースバンド信号に変換して、出力する。ローパスフィルタ（以下ＬＰＦと称する）は、ミキサ９２から出力されたベースバンド信号の不要な高周波成分を取り除く。アナログデジタル変換器（以下ＡＤＣと称する）９５は、ＬＰＦ９４の出力信号を受け、デジタル信号に変換して、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）９６に出力する。ＤＳＰ９６は、ＡＤＣ９５から受けたデジタル信号に基づいて、復調処理などを行う。

例えば、ＲＦ信号処理回路９１が図１４の可変利得増幅器を有する場合、アンテナ９０からＲＦ信号処理回路９１に入力された信号を可変減衰器４０が受け、増幅器１０から出力された信号がＲＦ信号処理回路９１からミキサ９２に出力される。なお、上記のＲＦ信号処理回路９１が図１４の可変利得増幅器を有する例において、アンテナ９０と可変減衰器４０との間や増幅器１０とミキサ９２との間に別の回路を有していてもよい。また、ＲＦ信号処理回路９１は、図１４以外の可変利得増幅器を有していてもよい。

なお、各実施形態に係る可変利得増幅器において、制御回路３０に代えて、ＤＳＰ９６が増幅器１０の利得の変更および位相補正回路２０の制御を行うようにしてもかまわない。また、ＤＳＰ９６では、ＡＤＣ９５から受けたデジタル信号に基づいてＲＦ信号の入力信号レベルを検出することが可能であり、ＤＳＰ９６または各実施形態に係る可変利得増幅器の制御回路３０がＤＳＰ９６によって検出された入力信号レベルに基づいて、増幅器１０の利得を制御するようにしてもよい。

また、上記の各実施形態は組み合わせて使用することが可能である。例えば、図１６の検波回路５１を図１４や図１７に示す可変利得増幅器に適用してもよい。

本発明では、広い可変利得レンジが必要な可変利得増幅器において、シームレスな利得の変更を行った場合においても、利得の切り替え前と切り替え後の位相誤差を小さく抑えることができ、良好な搬送波対雑音比を得ることができる。したがって、例えば無線通信の受信システム、ＴＶチューナ、携帯電話の端末等として有用である。

１０ 増幅器
１１ トランジスタ
１２ 可変負荷抵抗（可変抵抗）
１３ トランジスタ
１５ トランジスタ
１６ 可変ソース抵抗（可変抵抗）
２０ 位相補正回路
２１，２２ 可変容量
２３ 可変容量（第１の可変容量）
２４ 可変容量（第２の可変容量）
２５ 可変容量（第１の可変容量）
２６ 可変容量（第２の可変容量）
２７ 可変抵抗アテネータ
３０ 制御回路
４０ 可変減衰器
５０ 可変フィードバック回路
５１ 検波回路
５２ 増幅器（第２の増幅器）
８１−１〜８１−ｎ トランジスタスイッチ（第２のスイッチ）
８３−１〜８３−ｍ トランジスタスイッチ（第１のスイッチ）
９０ アンテナ
９１ ＲＦ信号処理回路
９２ ミキサ
９５ ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）
ＳＣ１ 利得設定信号
ＳＣ２ 位相調整信号
ＳＣ３ 制御信号（減衰量調整信号）
ＳＣ５ 制御信号（利得設定信号）

Claims (18)

1. 入力信号の位相を調整する位相補正回路と、
   可変利得機能を有し、前記位相補正回路によって位相調整された信号を増幅する増幅器と、
   利得の変更のとき、利得を設定する利得設定信号によって前記増幅器の利得を設定し、かつ当該設定する利得に応じた位相調整信号によって前記位相補正回路による位相調整量を制御する制御回路とを備えている
   ことを特徴とする可変利得増幅器。
2. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
   前記位相補正回路は、前記増幅器の入力部と、グランドとの間に接続された可変容量を有しており、
   前記制御回路は、前記位相調整信号によって前記可変容量の容量値を変えることによって、前記位相補正回路による位相調整量を制御する
   ことを特徴とする可変利得増幅器。
3. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
   前記位相補正回路は、一端に前記入力信号を受け、他端が前記増幅器の入力部に接続された可変容量を有しており、
   前記制御回路は、前記位相調整信号によって前記可変容量の容量値を変えることによって、前記位相補正回路による位相調整量を制御する
   ことを特徴とする可変利得増幅器。
4. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
   前記位相補正回路は、
   一端に前記入力信号を受け、他端が前記増幅器の入力部に接続された第１の可変容量と、
   前記増幅器の入力部と、グランドとの間に接続された第２の可変容量とを有しており、
   前記制御回路は、前記位相調整信号によって前記第１および第２の可変容量のうちの少なくともいずれか一方の容量値を変えて、前記位相補正回路による位相調整を制御する
   ことを特徴とする可変利得増幅器。
5. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
   前記増幅器は、前記位相調整された信号を受けるトランジスタと、当該トランジスタの出力に設けられた可変負荷抵抗を有しており、
   前記制御回路は、前記利得設定信号によって前記可変負荷抵抗の抵抗値を変えることによって、前記増幅器の利得を変更する
   ことを特徴とする可変利得増幅器。
6. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
   前記増幅器は、前記位相調整された信号を受け、トランスコンダクタンスを可変可能に構成されたトランジスタを有しており、
   前記制御回路は、前記利得設定信号によって前記トランジスタのトランスコンダクタンスを変えることによって、前記増幅器の利得を変更する
   ことを特徴とする可変利得増幅器。
7. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
   前記増幅器は、前記位相調整された信号を受けるトランジスタと、当該トランジスタのソースに設けられた可変抵抗を有しており、
   前記制御回路は、前記利得設定信号によって前記可変抵抗の抵抗値を変えることによって、前記増幅器の利得を変更する
   ことを特徴とする可変利得増幅器。
8. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
   減衰量の可変機能を有し、前記入力信号を減衰する可変減衰器を備えており、
   前記位相補正回路は、前記可変減衰器の入力又は出力信号の位相を調整するものであり、
   前記制御回路は、利得の変更のとき、前記増幅器の利得の設定、および前記位相補正回路による位相調整量の制御に加えて、減衰量を調整する減衰量調整信号によって前記可変減衰器の減衰量を制御する
   ことを特徴とする可変利得増幅器。
9. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
   前記増幅器の出力部と前記増幅器の入力部との間に接続されたフィードバック回路を備えており、
   前記制御回路は、前記利得の変更のとき、前記増幅器の利得の設定、および前記位相補正回路による位相調整量の制御に加えて、前記フィードバック回路の制御を行う
   ことを特徴とする可変利得増幅器。
10. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
    前記位相補正回路の入力部と、前記増幅器の出力部との間に、１つの、または並列に接続されたｋ個（ｋは２以上の整数）の第２の増幅器又は可変増幅器を備えており、
    前記制御回路は、利得の変更のとき、前記増幅器と前記第２の増幅器の中のいずれかを動作させるかを制御可能に構成されている
    ことを特徴とする可変利得増幅器。
11. 請求項８記載の可変利得増幅器において、
    前記可変減衰器の入力部と、前記増幅器の出力部との間に、１つの、または並列に接続されたｋ個（ｋは２以上の整数）の第２の増幅器又は可変増幅器を備えており、
    前記制御回路は、前記利得の変更のとき、前記増幅器と前記第２の増幅器の中のいずれかを動作させるかを制御可能に構成されている
    ことを特徴とする可変利得増幅器。
12. 請求項８記載の可変利得増幅器において、
    前記可変減衰器は、可変抵抗アテネータおよび可変容量アテネータのうちの少なくともいずれか一方を備えている
    ことを特徴とする可変利得増幅器。
13. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
    前記増幅器は、離散的に利得が設定できるように構成されており、かつ当該離散的な利得をオンオフ制御により切り替える第１のスイッチを備えており、
    前記位相補正回路は、離散的な位相調整値が設定できるように構成されており、かつ当該離散的な位相調整値をオンオフ制御により切り替える第２のスイッチを備えており、
    前記制御回路は、前記利得の変更のとき、前記利得設定信号によって前記第１のスイッチをオンオフ制御して前記増幅器の利得を変更し、かつ前記位相調整信号によって前記第２のスイッチをオンオフ制御して、前記位相補正回路による位相調整を制御する
    ことを特徴とする可変利得増幅器。
14. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
    前記増幅器の入力信号はデジタルテレビ放送サービスの信号であり、ＯＦＤＭ変調方式で多値化され、周波数帯域は、４０ＭＨｚ以上であり、かつ１ＧＨｚ以下である
    ことを特徴とする可変利得増幅器。
15. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
    ＭＯＳトランジスタによって構成されている
    ことを特徴とする可変利得増幅器。
16. 請求項１記載の可変利得増幅器において、
    前記可変利得増幅器の出力信号レベルを検出する検波回路を備えており、
    前記制御回路は、前記検波回路によって検出された出力信号レベルに応じて、前記増幅器の利得を設定する
    ことを特徴とする可変利得増幅器。
17. 請求項１記載の可変利得増幅器を備えている
    ことを特徴とするチューナシステム。
18. 請求項１７記載のチューナシステムにおいて、
    ＲＦ信号を受けるアンテナと、
    請求項１記載の可変利得増幅器を有しており、前記アンテナから受けたＲＦ信号の信号強度を調整するＲＦ信号処理回路と、
    前記ＲＦ信号処理回路から出力されたＲＦ出力信号を受け、当該ＲＦ出力信号をベースバンド信号に変換するミキサと、
    前記ミキサから出力されたベースバンド信号を受け、デジタル変換するアナログデジタル変換器とを備えており、
    前記制御回路は、前記アナログデジタル変換器のデジタル変換後の信号に基づいて、前記可変利得増幅器の利得を変更する
    ことを特徴とするチューナシステム。
    
    
    
    
    

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