WO2003028210A1 - Amplificateur a gain variable a faible consommation d'energie - Google Patents

Amplificateur a gain variable a faible consommation d'energie Download PDF

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WO2003028210A1
WO2003028210A1 PCT/JP2001/008216 JP0108216W WO03028210A1 WO 2003028210 A1 WO2003028210 A1 WO 2003028210A1 JP 0108216 W JP0108216 W JP 0108216W WO 03028210 A1 WO03028210 A1 WO 03028210A1
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variable
voltage
gain
variable gain
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PCT/JP2001/008216
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French (fr)
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Yoshinori Takahashi
Hiroyuki Joba
Hideyuki Nakamizo
Original Assignee
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/0005Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
    • H03G1/0017Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier
    • H03G1/0023Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier in emitter-coupled or cascode amplifiers

Definitions

  • the present invention relates to a variable gain amplifier, and more particularly to a configuration of a variable gain amplifier used for controlling transmission power in a wireless communication device.
  • VGAs Variable gain amplifiers
  • a variable gain amplifier is used to adjust the power of such a transmission signal.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a transmission system of a general wireless communication device.
  • a wireless communication device 1 includes a signal processing unit 2 that performs predetermined processing on an input signal IN such as an audio signal or a video signal, a power amplifier 3 that amplifies a signal generated by the signal processing unit 2, and a power And a transmission unit 4 that generates a transmission signal according to the signal from the amplifier 3 and transmits the generated signal via an antenna (not shown).
  • a signal processing unit 2 that performs predetermined processing on an input signal IN such as an audio signal or a video signal
  • a power amplifier 3 that amplifies a signal generated by the signal processing unit 2
  • a transmission unit 4 that generates a transmission signal according to the signal from the amplifier 3 and transmits the generated signal via an antenna (not shown).
  • the signal processing unit 2 performs a predetermined encoding process or the like on an input signal to generate a transmission signal.
  • the power amplifier 3 amplifies the power of a signal to be transmitted in order to transmit a signal from the wireless communication device 1 via an antenna (not shown).
  • Transmission section 4 includes a transmission control circuit, and transmits via an antenna according to a transmission signal from power amplifier 3.
  • variable gain amplifier In the wireless communication device 1 as shown in FIG. 1, it is necessary to adjust the transmission power according to the transmission situation.
  • a variable gain amplifier is used as the power amplifier 3, and the transmission power is controlled in the power amplifier 3.
  • the current source control type controls the gain by controlling the current flowing through the entire circuit of the variable gain amplifier.
  • the gain is controlled by adjusting the voltage level applied to the control node (base) of the reference transistor of the transistors that make up the differential pair, thereby adjusting the amount of change in output current that occurs in response to the input signal. .
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a conventional differential pair control type variable gain amplifier.
  • the variable gain amplifier includes a gain control unit 10 that amplifies a signal given to a signal input terminal 13 and transmits the amplified signal to a signal output terminal 14, and an operation of the variable gain control unit 10. Includes constant current source 12 for determining current.
  • the signal applied to the signal input terminal 13 is applied to the variable gain control unit 10 via the DC component blocking capacitive element 16.
  • the signal output from the gain control unit 10 is transmitted to the signal output terminal 14 via the DC component blocking capacitor 17.
  • the gain controller 10 adjusts the ratio between the amplitude of the signal OUT appearing at the signal output terminal 14 and the amplitude of the input signal IN supplied to the signal input terminal 13.
  • the variable gain control unit 10 includes a resistor 22 connected between the power supply node 15 and the node N1, and a resistor 16 connected between the node N1 and the node N2 and having a base connected to the resistor 16.
  • NPN bipolar transistor 20 that receives input signal IN
  • NPN bipolar transistor 21 that is connected between power supply node 15 and node N2 and receives the output voltage of variable voltage source 25 at its base. .
  • a voltage source 66 is connected to the base of bipolar transistor 20 via a resistance element.
  • a resistance element for generating a base current is connected to bipolar transistors 20 and 21.
  • the voltage source 66 supplies the voltage V X, and the variable voltage source 25 supplies the voltage V x earth ⁇ V.
  • the output signal of the variable gain controller 10 is output from the node N 1 to the output terminal 14 via the capacitor 17.
  • Transistors 20 and 21 constitute a differential stage, and flow currents according to the difference between the output voltage of voltage source 66 and the output voltage of variable voltage source 25, respectively.
  • the resistance element 22 By the resistance element 22, a voltage signal is generated at the node N 1 according to the drive current (collector current) la of the transistor 20, and the signal is transmitted to the signal output terminal 14 via the capacitance element 17.
  • Constant current source 12 allows a constant current to flow from node N2 to the ground node.
  • the driving current of the constant current source 12 flows through the bipolar transistors 20 and 21 respectively. It is equal to the sum of the currents Ia and Ib.
  • the voltage level of the signal appearing at node Nl is represented by VCC-Ia'R22.
  • VCC indicates a power supply voltage
  • R 22 indicates a resistance value of the resistance element 22.
  • the current Ia changes according to the difference between the sum of the voltage level of the input signal and the output voltage of the voltage source 66 and the output voltage of the variable voltage source 25. If the voltage level of the input signal is higher than the output voltage of variable voltage source 2.5 and the voltage difference is large, drive current Ia of bipolar transistor 20 increases.
  • the drive current (collector current) Ia of bipolar transistor 22 can be adjusted, and accordingly, the amplitude of the signal appearing at node N1 is adjusted.
  • the gain of the output signal OUT with respect to the input signal IN can be adjusted.
  • the degree of the power width depends on the collector current Ia flowing through the bipolar transistor 20 receiving the input signal at the base.
  • the collector current la can be changed by the voltage of the variable voltage source 25. That is, when the amplitude of the input signal IN is the same, when the output voltage of the variable voltage source 25 is increased, the base voltage of the bipolar transistor 21 is increased, and the collector current Ib is increased. The collector current Ia of the transistor 2 ⁇ can be relatively reduced. Conversely, when the output voltage level of the variable voltage source 25 is reduced, the collector current Ib of the bipolar transistor 21 is reduced, so that the collector current Ia of the bipolar transistor 20 can be increased. Therefore, in this differential pair control type variable gain amplifier, the degree of power amplification (gain) can be controlled by the output voltage of the variable voltage source 25.
  • variable gain control section 10 inverts and outputs input signal IN.
  • This input signal IN is biased by the output voltage of the voltage source 66 to a voltage level higher than the voltage generated by the variable voltage source 25, and the voltage level of the input signal IN and the voltage of the variable voltage source 25 are
  • the drive current of bipolar transistor 20 is determined according to the difference from the output voltage. Therefore, if the output voltage of the variable voltage source 25 is made higher than the output voltage Vx of the voltage source 66, the sum of the input signal IN and the output voltage of the voltage source 6 and the output voltage of the variable voltage source 25 ( V x + AV), the drive current of the bipolar transistor 20 is reduced, the signal amplitude at the node N1 is reduced, and the gain is reduced.
  • variable amplifier when the gain of a single-stage variable gain control unit is small and a signal cannot be sufficiently amplified, an amplifier is configured by cascading the variable gain control units 10 in a plurality of stages.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a variable gain amplifier having a two-stage configuration.
  • the variable gain amplifiers determine the cascaded variable gain controllers 10a and 10b and the drive currents of the variable gain controllers 10a and 10b, respectively. Includes current sources 12a and 12b.
  • the signal input node 13a is coupled to the first-stage gain control unit 10a, and the output-stage gain control unit 10b is coupled to the signal output node 14a.
  • These nodes 13a and 14a are coupled to signal input terminal 13 and signal output terminal 14 via a DC component removing capacitive element.
  • the output of the variable gain control unit 1a is coupled to the input of the variable gain control unit 10b via a capacitive element C for removing a DC component.
  • variable gain control sections 10a and 10b have the same configuration as variable gain control section 10 shown in FIG.
  • the output voltage level of the variable voltage source included in each of variable gain control sections 10 a and 10 b is adjusted by a signal applied to control terminal 29.
  • the first-stage variable gain controller 10a amplifies the signal given to the signal input node 13a, and converts the amplified signal into Communicates to internal output node 24.
  • the next-stage variable gain control section 10b receives the signal generated at the output node 24 of the first-stage variable gain control section 10a at its input node 23, amplifies the signal, and generates a signal output node 1b. 4 Output from a.
  • variable gain control sections 10a and 10b By adjusting the gains of these variable gain control sections 10a and 10b in accordance with the signals from the control terminals 29, respectively, the gain G in each of the variable gain control sections 10a and 10b is small. Even in this case, the gain of the signal appearing at the signal output node 14a is G'G, and a signal having a sufficiently large gain can be generated.
  • the variable gain amplifiers (10a, 10b) at each stage reduce distortion of the output signal even when the gain is maximized. It must be avoided. Therefore, in each stage of the variable gain control section, the current required for operation at the maximum gain is constantly driven by the corresponding constant current sources (12a, 12b).
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the gain current of the variable gain control unit and the control voltage (output voltage of the variable voltage source) in the differential pair control type variable gain amplifier.
  • the horizontal axis shows the output voltage (control voltage) of the variable voltage source
  • the vertical axis shows the gain and the current flowing into the circuit.
  • Curve CR 1 Force Indicates the gain of the variable gain control unit
  • straight line CR 2 indicates the current flowing through the circuit, that is, the drive current of the constant current source.
  • Curve CR 3 Force No signal distortion, that is, signal linearity Indicates the current required to generate an output signal while maintaining
  • the differential pair control type variable gain amplifier is required at the maximum output signal level (maximum gain) even when the gain is small and the required current is small.
  • a current of the same magnitude as the current is driven by the constant current source. Therefore, unnecessary current is consumed during low-gain operation.
  • a battery is used as a power source in a portable terminal device having a communication function. From the viewpoint of the life of the battery, it is desired to reduce power consumption as much as possible. You. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide a differential pair controlled variable gain amplifier with low power consumption.
  • Another object of the present invention is to provide a differential pair control type variable gain amplifier having a multi-stage configuration with low power consumption.
  • a variable gain amplifier includes a differential stage whose gain can be adjusted, and a current source that determines a current flowing through the differential stage. The drive current of this current source is adjusted according to the gain of the differential stage.
  • these differential stages and current sources are arranged in variable gain control units of the second and subsequent stages in a variable gain amplifier having a multi-stage configuration.
  • a multi-stage variable gain amplifier by adjusting the amount of drive current of the second and subsequent variable gain control sections according to the gain, the signal amplitude is large even at the same gain, and the first-stage variable gain
  • the drive current in the second and subsequent differential stages that consumes a larger current than the control unit can be reduced, and the power consumption can be reliably reduced.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a transmission system of a wireless communication device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a conventional variable gain amplifier.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional multistage differential pair control type variable gain amplifier.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a gain, a circuit operating current, and a control voltage in a conventional variable gain amplifier.
  • FIG. 5 schematically shows a configuration of the variable gain amplifier according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a relationship between a gain and a drive current of the variable gain amplifier according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a configuration of a variable gain control unit and a variable current source in a second stage of the variable gain control unit illustrated in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of the variable voltage source shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing another configuration example of the variable voltage source shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of the control voltage generation circuit shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another configuration example of the control voltage generation circuit illustrated in FIG.
  • FIG. 12 shows a configuration of the variable gain amplifying stage according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 schematically shows a configuration of the variable gain amplifier according to the third embodiment of the present invention. '
  • FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the second and subsequent amplification stages of the variable gain amplifier shown in FIG.
  • FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a modification of the variable gain amplifier according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of the differential pair control type variable gain amplifier according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the variable gain amplifier includes a variable gain control unit 10a for amplifying the signal of the input node 13a and a variable gain control unit 10 for further amplifying the output signal of the variable gain control unit 10a.
  • a capacitive element C for removing a DC component coupled between an output of the variable gain control unit 10a and an input of the variable gain control unit 10b, and a variable gain control unit 10a.
  • Operating current of the variable gain control unit 10a And a variable current source 3 provided for the variable gain control unit 10b, the driving current amount of which is adjusted according to the gain of the variable gain control unit 10b.
  • the operating current of the variable gain control unit 10b is determined by the variable current source 30.
  • “operating current” indicates the sum of currents flowing through both transistors in the differential stage.
  • the gains of the variable gain control sections 10 a and 10 b are adjusted according to the control signal supplied to the control terminal 29, and the amount of drive current of the variable current source 30 is also controlled by the control signal supplied to the control terminal 29. Is determined according to.
  • the amount of current required for each gain value is calculated in advance. This is because, when the transistor parameters are determined in the configuration of the variable gain control unit 10b, based on the drive current amount of the transistor of the signal input unit and the control voltage (output voltage of the variable voltage source) according to the gain.
  • the driving current of the transistor to be received can be calculated. According to this calculation result, the gain of the variable gain control unit 10b and the amount of drive current of the variable current source 30 are commonly adjusted by a control signal supplied to the control terminal 29.
  • Variable gain control sections 10a and 10b have the same configuration as variable gain control section 10 shown in FIG. 2, and amplify a given signal using differential transistors 20 and 21 and output the amplified signal. I do.
  • variable current source 30 is controlled according to the change in the gain. Driving of the variable current source 30 so that the output signal is not distorted according to the gain of the variable gain control unit 10b and is driven by the amount of current necessary to maintain the linearity of the input / output signal Adjust the amount of current.
  • the gain is reduced in the variable gain control unit 10b, by setting the drive current amount of the variable current source 30 to the minimum necessary current amount, it is unnecessary in the variable gain control unit 10b. Prevents current from flowing through
  • the input node 13a is coupled to the signal input terminal 13 shown in FIG. 2 via a DC power capacitive element 16 and the output node 14a is connected to the DC cutoff terminal shown in FIG. Is coupled to the signal output terminal 14 via the capacitive element 17 for connection.
  • variable amplifier having the two-stage configuration
  • the gain of each of the variable gain controllers 10a and 10b is small
  • the gain of the final output signal is increased by multiplying the gains. Therefore, the second-stage variable gain controller that generates this final output signal In 10b, the signal amplitude needs to be large, and a large amount of current is required to maintain a linear output signal compared to the first-stage variable gain control unit 10a.
  • the operating current drive current of the variable current source 30
  • the current set according to the conventional maximum gain can be reduced.
  • the current consumption can be greatly reduced, and the current consumption can be further reduced.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the gain, the operating current, and the control voltage (corresponding to the output voltage of the variable voltage source 25) of the variable gain control unit 10b shown in FIG.
  • the vertical axis shows the gain and operating current
  • the horizontal axis shows the control voltage.
  • a curve CR 4 indicates the gain of the gain control unit 10b
  • a curve CR 5 indicates an amount of operating current required to maintain signal linearity according to the gain
  • a curve CR 6 indicates It shows the amount of drive current of the variable current source 30.
  • the minimum necessary current can be adjusted in the variable gain control unit 10b. It is only consumed, and the current set according to the maximum gain does not need to be supplied regardless of the gain value, and the current consumption can be reduced.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of the variable gain control unit 10b and the variable current source 30 shown in FIG.
  • the variable gain control unit 10b is connected to the resistor 22 connected between the power supply node 15 and the node N1 and the resistance element 22 connected between the node N1 and the node N2.
  • NPN bipolar transistor 20 having its base connected to input node 23a, and NPN bipolar transistor 21 connected between power supply node 15 and node N2 and receiving a variable voltage VCR at its gate.
  • a variable voltage source 25 that generates a variable control voltage VCR in accordance with a control signal SC provided to a control terminal 29.
  • Variable voltage source 2 5 is coupled to the base of the bipolar transistor 2 1 via a resistor element.
  • Voltage source 66 is coupled to node 23a via a resistive element.
  • Node N1 is connected to node 14a.
  • the input node 23 a is connected to the signal input node 23 via the DC blocking capacitor 16.
  • Output node 1 4a is It is connected to the signal output terminal 14 via a DC blocking capacitor 17.
  • variable gain control unit 10b shown in FIG. 7 is the same as that of the conventional one, and is provided via NPN bipolar transistors 20 and 21 according to the control voltage VCR output from the variable voltage source 25 and the voltage of the input node 23a. And the currents I a and ⁇ ⁇ ⁇ lb change.
  • the voltage of the input node 23a is given by the sum of the output voltage of the voltage source 66 and the signal given from the signal input node 23 to the input node 23a via the capacitor 16.
  • the signal voltage at input node 23a is biased to a voltage level higher than control voltage VCR, that is, if the output voltage of voltage source 66 is higher than the output voltage of variable
  • the collector current Ia of the transistor 20 becomes larger than the collector current Ib, and the collector current Ib of the bipolar transistor 21 becomes larger.
  • the control voltage VCR increases, the difference between the input signal and the control voltage VCR decreases, the current Ia flowing through the bipolar transistor 20 decreases, and the gain of the variable gain control unit 1 Ob decreases.
  • the control voltage VCR decreases, the difference between the input signal and the control voltage VCR increases, the current Ia flowing through the bipolar transistor 20 increases, and the gain of the variable gain control unit 10b increases.
  • the sum of these collector currents Ia and Ib is determined by the drive current of variable current source 30.
  • the variable current source 3 ⁇ includes an NPN bipolar transistor Q2 coupled between the node N2 and the ground node, a control voltage generation circuit 32 for generating a voltage inversely proportional to the control voltage VCR, and a control voltage generation circuit It includes an NPN bipolar transistor 33 for driving a current in accordance with a voltage VCT generated by 32, and a current mirror circuit 34 for supplying a driving current to the bipolar transistor 33.
  • the current mirror circuit 34 is connected between a power supply node 15 and a node N 3, and has a gate connected to a P-channel MOS transistor (insulated gate field effect transistor) T 1 for supplying a current to the bipolar transistor 33. And a P-channel MOS transistor T2 connected to the gate of transistor T1.
  • the MOS transistor T1 has its gate and drain connected to the collector of the bipolar transistor 33.
  • the MOS transistor T 1 A master stage is formed, and a current having the same magnitude as the current flowing through the MOS transistor T1 flows through the MOS transistor T2 (when the sizes of the MOS transistors T1 and T2 are the same). That is, a mirror current of the collector current of bipolar transistor 33 flows to node N3 via MOS transistor T2.
  • the variable current source 30 further includes an NPN bipolar transistor 35 that supplies a collector current from the power supply node 15 to the node N4 according to the voltage of the node N3, and is coupled between the node N3 and the ground node, and has a base connected to a resistor element.
  • NPN bipolar transistor Q1 coupled to node N4 via RZ1
  • NPN bipolar transistor Q coupled between node N2 and the ground node and having its base coupled to node N4 via resistive element RZ2 Including 2.
  • This bipolar transistor Q2 functions as a current source transistor for the differential stage transistors 20 and 21.
  • Resistors RZ 1 and RZ 2 satisfy the following relationship, where the sizes (emitter areas) of bipolar transistors Q 1 and Q 2 are Q 1 and Q 2, respectively.
  • R Z1 and R Z2 indicate the resistance values of the resistance elements R Z1 and R Z2. Therefore, resistance elements RZ1 and RZ2 have the same resistance value when bipolar transistors Q1 and Q2 have the same size.
  • the bipolar transistors Q 1 and Q 2 are commonly coupled to an emitter, and these bipolar transistors ⁇ 31 and 02 constitute a current mirror circuit (because the base-emitter voltage is the same). Therefore, the operating current for differential stage transistors 20 and 21 is determined by the mirror current of the driving current (collector current) of bipolar transistor 33.
  • the control voltage generation circuit 32 generates a voltage that changes in inverse proportion to the control voltage VCR output from the variable voltage source 25. That is, the control voltage VCT generated by the control voltage generation circuit 32 changes reciprocally with respect to the control voltage VCR. That is, when the control voltage VCR output from the variable voltage source 25 increases, the voltage level of the control voltage VCT generated by the control voltage generation circuit 32 decreases. The output of this control voltage generation circuit 32 When the voltage level of the applied control voltage VCT decreases, the voltage between the base and the emitter of the bipolar transistor 33 decreases, and the collector current of the bipolar transistor 33 decreases. Accordingly, the current supplied from current mirror circuit 34 to node N 3 decreases. The current supplied to node N3 is used as the collector current of bipolar transistor Q1.
  • Bipolar transistor 35 functions as an emitter follower transistor that always keeps its base-emitter voltage constant, and adjusts the voltage level of node N3, and thus the voltage level of node N4, and accordingly bipolar transistor Q Adjust the collector current of 1.
  • Resistor elements RZ 1 and RZ 2 are shunt resistors for the emitter current of bipolar transistor 35, Supply the same amount of base current to bipolar transistors Q1 and Q2 and bias the bases of these bipolar transistors Q1 and Q2 to the same voltage level. Further, these bipolar transistors Q 1 and Q 2 have the same base-emitter voltage, and these bipolar transistors Q 1 and Q 2 constitute a current mirror circuit 36.
  • Bipolar transistor Q 2 is a current source transistor of differential stage transistors 20 and 21. Therefore, the operating current (current Ia + Ib) of variable gain control section 10b can be adjusted according to control voltage VCR of variable voltage source 25.
  • control voltage VCR increases, the voltage level of the control voltage VCT generated by the control voltage generation circuit 32 decreases, the collector current of the bipolar transistor 33 decreases, and accordingly, the collector current driven by the current source transistor Q2 Is reduced.
  • the control voltage VCR generated by the variable voltage source 25 decreases, the voltage level of the control voltage VCT generated by the control voltage generation circuit 32 increases, and the current mirror circuits 34 and 36 control the current source bipolar transistor Q The collector current of 2 increases. Therefore, as shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of the variable voltage source 25 shown in FIG. In FIG.
  • a variable voltage source 25 is connected between a power supply node 15 and a node N5 and a PNP bipolar transistor 40 receiving a control signal SC at its base, and connected between a node N5 and a ground node. Including the resistance element 41. At node N5, a control voltage VCR is generated.
  • variable voltage source 25 when the control signal SC goes high, the base-emitter voltage of the bipolar transistor 40 decreases, The collector current of bipolar transistor 40 decreases, the amount of voltage drop in resistance element 41 decreases, and the voltage level of control voltage VCR decreases.
  • the voltage level of the control signal SC decreases, the base-emitter voltage of the bipolar transistor 40 increases, the collector current supplied by the bipolar transistor 40 increases, and the voltage drop in the resistance element 41 increases. Increases, and the voltage level of the control voltage VCR rises.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing another configuration of the variable voltage source 25 shown in FIG.
  • a variable voltage source 25 includes a variable resistance element 42 connected between a power supply node 15 and a node N 6 and a resistance element 43 connected between a node N 6 and a ground node. Including. At node N6, a control voltage VCR is generated.
  • the variable resistance element 42 is formed of, for example, a sliding resistance, and this resistance value can be changed. Therefore, by adjusting the resistance value of variable resistance element 42, the voltage level of control voltage VCR from node N6 can be adjusted. When the resistance value of the variable resistance element 42 decreases, the voltage level of the control voltage VCR increases. On the other hand, when the resistance value of the variable resistance element 42 increases, the voltage level of the control voltage VCR increases. Decrease.
  • the variable voltage source 25 may be configured by combining the configurations shown in FIGS. 8 and 9. That is, a configuration may be used in which control signal SC is generated by the variable resistance element shown in FIG. 9 and applied to the base of bipolar transistor 40 shown in FIG. FIG.
  • the control voltage generation circuit 32 shown in FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of the control voltage generation circuit 32 shown in FIG. 7.
  • the control voltage generation circuit 32 shown in FIG. 10 includes power supply nodes 15 and 7 is connected and between including the [rho New [rho bipolar transistor 4 5 receiving the base to the control voltage VCR, the resistance element 4 6 connected between the nodes New 7 and the ground node. to node New 7, control The voltage VCT is generated.
  • the resistance value of the resistance element 46 and the collector current driven by the bipolar transistor 45 are appropriately adjusted to minimize the necessary value according to the gain G according to the correspondence between the control voltages VCR and VCT.
  • the control voltage VCT can be generated so that the current of VCT can be supplied.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing another configuration of the control voltage generation circuit 32 shown in FIG.
  • the control voltage generation circuit 32 is configured to convert the control voltage VCR into a digital signal by using an analog Z-digital converter (A / D converter) 50 and the output signal of the AZD converter 50 as an address.
  • a / D converter analog Z-digital converter
  • DZA converter digital / analog converter
  • the table memory 51 is composed of, for example, a ROM (read “only” memory), and stores the relationship between the control voltages VCR and VCT in a table form in a list. Therefore, by reading the corresponding data from table memory 51 in accordance with the voltage level of control voltage VCR, control voltage VCT for adjusting the operating current of the gain control unit can be accurately generated.
  • ROM read “only” memory
  • the configuration shown in FIG. 11 requires an A / D converter 50, a D / A converter 52, and a table memory 51.
  • portable terminal devices having a communication function
  • a signal processing device for coding a transmission signal at the time of transmission is provided.
  • a memory A / D converter and a DZA converter are arranged. Therefore, the signal processing unit may be configured to perform control voltage conversion.
  • the operating current of the differential stage is changed according to the control voltage for adjusting the gain. Therefore, only the minimum necessary current is consumed, and the current consumption can be reduced without deteriorating the linearity of the signal. In particular, the current consumption can be significantly reduced and the battery life can be prolonged in battery-powered portable terminal applications.
  • the drive current in a multistage variable amplifier, if the signal amplitude is large even if the gain of the second and subsequent stages is small, the drive current must be minimized to reduce the current consumption. (In the second and subsequent amplifiers, the output signal amplitude is larger than the output signal amplitude of the input differential stage). Note that although the gain is reduced when the control voltage VCR is increased, the gain is increased when the control voltage VCR is increased. In this case, by controlling the drive current in a direction opposite to the above-described control, an optimum operation current can be supplied according to the gain.
  • FIG. 12 shows a configuration of the variable gain amplifier according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows the configuration of the output stage of a multi-stage variable gain amplifier.
  • the current source transistor Q2 in the variable current source 30 for the gain control unit 10b, the current source transistor Q2 is connected to the base node 62 via the DC power capacitive element 16 A signal from input node 23 is provided.
  • the base node 62 of the current source transistor Q2 is coupled to the current controller 60.
  • the current controller 6 0 controls the base voltage of the current source transistor Q 2 in accordance with the control voltage VCR generated by the variable voltage source 2 5, according to the gain G of the variable gain control unit 1 0 b, a current source transistor Adjust the base current of Q2.
  • This current control section 60 has a configuration shown in FIG. It corresponds to a configuration including a control voltage generation circuit 32, a bipolar transistor 33, a current mirror circuit 34, and a bipolar transistor Q1.
  • the input signal IN is further applied to the base node 62 of the current source transistor Q2 via the DC cut capacitor element 16.
  • the base of the bipolar transistor 20 that has conventionally received an input signal is coupled to a voltage source 66 through a resistor and to a ground node through a capacitor 55. You.
  • the base node of bipolar transistor 20 is biased by voltage source 66.
  • the voltage of the base node 62 of the bipolar transistor Q2 becomes a voltage level in which the base voltage generated by the current control section 60 and the input signal IN are superimposed, and the amount of drive current of the current source transistor Q2 is Further changing according to IN, the current source bipolar transistor Q2 amplifies the input signal IN.
  • the collector current of bipolar transistor 20 also changes, and accordingly, the voltage level of node N1 also changes.
  • the current control section 60 adjusts the amount of drive current of the bipolar transistor Q2 in the direction opposite to the change in the control voltage VCR generated by the variable voltage source 25.
  • base node 62 is coupled to node N 4 shown in FIG. 7 via a resistance element. Therefore, the influence of the input signal IN on the current mirror operation of the current mirror circuits 34 and 36 shown in FIG. 7 is suppressed.
  • the drive current amount of the bipolar transistor Q2 can be accurately adjusted according to the control voltage VCR generated by the variable voltage source 25 without being affected by the input signal IN.
  • the input signal is provided to the base of the current source transistor in the differential stage, and the current source transistor has the function of amplifying the input signal.
  • the amount of drive current of this current source transistor is adjusted according to the gain, and it is possible to generate the output signal by performing the amplification operation while maintaining the linearity of the input signal IN by consuming only the minimum necessary current. it can.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of a differential pair controlled variable gain amplifier according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the differential pair control type variable gain amplifier is provided for a plurality of cascade-connected variable gain control units 10 a to 10 n and a first stage variable gain control unit 10 a. It includes a constant current source 12 a and variable current sources 30 b-30 n arranged corresponding to the gain control units 10 b-10 n, respectively.
  • Each of the input sections of the variable gain control sections 10b-10n is coupled to the output section of the preceding variable gain control section via a capacitive element C for removing a DC component.
  • variable gain control unit 10 a — 10 n The configuration of these variable gain control sections 10a-10n is the same as the configuration of variable gain control section 10b shown in FIG. 7 or FIG.
  • a control signal SC from the control terminal 29 is also commonly supplied to the variable current sources 3 0 b — 3 0 ⁇ , and the drive current amount of these variable current sources 30 b — 3 On is It is adjusted according to this control signal SC (adjusted according to the corresponding control voltage VCR).
  • the specific configuration of these variable current sources 30 b-30 n is the same as the configuration of variable current source 30 shown in FIG.
  • the drive current amount of each of the variable current sources 30 b-30 n is adjusted according to the control voltage for the corresponding variable gain control section 10 b-10 n.
  • the variable current sources 30b-30n have their voltage levels adjusted according to the control voltage for the corresponding variable gain control section, and accordingly their voltage levels are adjusted according to the control signal SC.
  • the constant current source 12a arranged for the first-stage variable gain control unit 10a always supplies a constant current.
  • variable current sources 30 b-30 n By using and adjusting according to the gain of the corresponding variable gain control unit, current consumption can be reduced without causing signal distortion.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating another example of the configuration of the variable current source 30 (30b ⁇ 30 ⁇ ) and the variable voltage source 25 in the gain control unit 10b ⁇ 10 ⁇ .
  • the configurations of the gain control unit 10 i and the variable current source 30 i are representatively shown. Where i is one of b to n.
  • a variable voltage source 25 is coupled between power supply node 15a and node N10 and has a PNP bipolar transistor 70 receiving a control signal SC at its base, and is coupled between node N10 and a ground node. Including the resistance element 71.
  • a control voltage VCR is generated and applied to the base of the transistor (21) of the differential stage of the corresponding variable gain control.
  • the current control unit 60 includes a resistance element 72 connected between the power supply node 15b and the node N11, and a control signal coupled between the node Nl1 and the ground node and the base thereof.
  • An NPN bipolar transistor 73 receiving SC; a PNP bipolar transistor 74 connected between power supply node 15c and node N12 and having its base coupled to node N11; coupled between node N12 and a ground node; It includes an NPN bipolar transistor 75 whose base is connected to node N12.
  • Control voltage VCT is generated at base collector node N12 of NPN bipolar transistor 75. This control voltage VCT is applied to the base of bipolar transistor 33 in the next stage.
  • the amount of drive current for bipolar transistor 73 increases, and accordingly, the voltage drop of resistor 72 increases, and the voltage level of node Nl1 decreases.
  • the amount of drive current of bipolar transistor 74 increases, and accordingly the voltage level of node N12 increases, and the voltage level of control voltage VCT increases.
  • the bipolar transistor 75 forms a current mirror circuit with the next-stage bipolar transistor 33.
  • the bipolar transistor 73 is driven.
  • the amount of current decreases, and accordingly, the amount of voltage drop of resistive element 72 also decreases, and the voltage level of node Nl1 increases.
  • the amount of drive current of bipolar transistor 74 decreases, and the voltage level of node N 12 decreases. Accordingly, the drive current amount of variable current source 30i decreases as the voltage level of control voltage VCT decreases.
  • variable current source 30i shown in FIG. 14 the drive current amount of the variable current source can be adjusted according to the control signal SC.
  • variable voltage source 25 and the control voltage generation circuit 32 may be interchanged.
  • the circuit configuration of these variable current sources and variable voltage sources may be determined depending on whether the gain is increased or the power is decreased when the control signal SC is at a high level.
  • FIG. 15 schematically shows a configuration of a modification of the third embodiment of the present invention.
  • a variable gain control section 10a-10n is arranged between the signal input terminal 13 and the signal output terminal 65.
  • a capacitive element C for removing a direct current component is arranged between the variable gain control sections 10a-10n.
  • a constant current source 12 a is arranged for the first-stage variable gain control section 10 a, and a variable current source 30 b ⁇ 30 is provided for the variable gain control section 10 b ⁇ 10 ⁇ . n are arranged respectively.
  • These variable current sources 3 0 b to 30 n are also supplied with output signals of the preceding variable gain control unit.
  • the current source transistor performs an amplifying operation according to the output signal of the preceding stage gain control unit.
  • the gain of each of the gain controllers 10a-1On is controlled in accordance with the control signal SC of the control terminal 29.
  • the drive current amount is adjusted according to the control signal SC or the control voltage in the corresponding gain control unit 10b-10n.
  • the operating current is adjusted in accordance with the gain in the second and subsequent variable gain control sections 10b-10n. By doing so, the current consumption can be reduced without impairing the linearity of the signal.
  • the gain control section (differential pair transistor For example, a constant current source 12a is arranged.
  • the driving current of the constant current source 12a for the first-stage gain control unit may be adjusted in accordance with the gain of the corresponding variable gain control unit, similarly to the variable current sources of the subsequent stages.
  • a MOS transistor may be used instead of the bipolar transistor.
  • the operating currents of the gain control units in the second and subsequent stages are adjusted according to the gain.
  • the current consumption can be reduced without deteriorating the linearity of the signal.
  • the operating current of the differential stage control type variable gain amplifier is adjusted in accordance with the gain, so that signal distortion can be suppressed and current consumption can be reduced.
  • the current consumption of the amplification stage having a large operation current can be reduced.
  • a high-gain, low-current-consumption, differential-stage-controlled variable amplifier can be realized.
  • the differential pair control type variable gain amplifier of the present invention is applicable to a wireless communication device.
  • the present invention is effective when applied to a portable terminal device having a communication function, such as a mobile phone, because its current consumption is reduced.

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  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)

Description

低消費電力の可変利得増幅器 技術分野
この発明は、 可変利得増幅器に関し、 特に、 無線通信機において送信電力の制 御のために用いられる可変利得増幅器の構成に関する。 背景技術
可変利得器 (V G A: Variable Gain Amplifier) は、 その利得を変更するこ とができるため、 さまざまな用途において用いられている。 例えば、 無線通信機 においては、 使用環境に応じて送信電力を制御する必要があり、 このような送信 信号の電力を調整するために可変利得増幅器が用いられる。
図 1は、 一般的な無線通信機の送信系統の構成を概略的に示す図である。 図 1 において、 無線通信機 1は、 音声信号または映像信号などの入力信号 I Nに所定 の処理を行なう信号処理部 2と、 信号処理部 2により生成された信号を増幅する 電力増幅器 3と、 電力増幅器 3からの信号に従って送信信号を生成し、 図示しな いアンテナを介して送信する送信部 4とを含む。
この信号処理部 2は、 入力信号に所定の符号化処理などを行なって送信信号を 生成する。 電力増幅器 3は、 無線通信機 1からアンテナ (図示せず) を介して信 号を送信するために、 送信すべき信号の電力増幅を行なう。
送信部 4は、 送信制御回路を含み、 電力増幅器 3からの送信信号に従って、 ァ ンテナを介して送信する。
この図 1に示すような無線通信機 1においては、 送信状況に応じて送信電力を 調整する必要がある。 このような送信電力の制御を行なうために、 電力増幅器 3 として、 可変利得増幅器を用い、 この電力増幅器 3において送信電力の制御を行 なう。 このような可変利得増幅器の構成としては、 差動対制御型および電流源制 御型の 2種類がある。 電流源制御型は、 この可変利得増幅器の回路全体に流れる 電流を制御することにより、 利得を制御する。 一方、 差動対制御型においては、 差動対を構成するトランジスタの基準トランジスタの制御ノード (ベース) に印 加される電圧レベルを調整することにより、 入力信号に応じて生じる出力電流の 変化量を調整することにより、 利得を制御する。
図 2は、 従来の差動対制御型可変利得増幅器の構成の一例を示す図である。 図 2において、 可変利得増幅器は、 信号入力端子 1 3に与えられる信号を増幅して 信号出力端子 1 4に伝達する利得が可変な利得制御部 1 0と、 この可変利得制御 部 1 0の動作電流を決定する定電流源 1 2を含む。 信号入力端子 1 3へ与えられ る信号は、 直流成分遮断用の容量素子 1 6を介して可変利得制御部 1 0へ与えら れる。 利得制御部 1 0から出力される信号は、 また、 直流成分遮断用の容量素子 1 7を介して信号出力端子 1 4に伝達される。
信号出力端子 1 4に現われる信号 OU Tと信号入力端子 1 3に与えられる入力 信号 I Nの振幅の比を、 この利得制御部 1 0において調整する。 可変利得制御部 1 0は、 電源ノード 1 5とノード N 1の間に接続される抵抗素子 2 2と、 ノード N 1とノード N 2の間に接続されかつそのベースに容量素子 1 6を介して入力信 号 I Nを受ける N P Nバイポーラトランジスタ 2 0と、 電源ノード 1 5とノード N 2の間に接続され、 かつベースに可変電圧源 2 5の出力電圧を受ける N P Nバ ィポーラトランジスタ 2 1を含む。
バイポーラトランジスタ 2 0のベースには、 抵抗素子を介して電圧源 6 6が接 続される。 パイポーラトランジスタ 2 0および 2 1にはベース電流を生成するた めの抵抗素子が接続される。 電圧源 6 6は電圧 V Xを供給し、 可変電圧源 2 5は、 電圧 V x土 Δ Vを供給する。
ノード N 1から容量素子 1 7を介して出力端子 1 4に、 可変利得制御部 1 0の 出力信号が出力される。 トランジスタ 2 0および 2 1が差動段を構成し、 電圧源 6 6の出力電圧と可変電圧源 2 5の出力電圧との差に応じた電流をそれぞれ流す。 抵抗素子 2 2により、 このトランジスタ 2 0の駆動電流 (コレクタ電流) l aに 従ってノード N 1に電圧信号が生成され、 容量素子 1 7を介して信号出力端子 1 4に信号が伝達される。
定電流源 1 2は、 一定の電流をノード N 2から接地ノードへ流す。 この定電流 源 1 2の駆動電流は、 バイポーラトランジスタ 2 0および 2 1をそれぞれ流れる 電流 I aおよび I bの和に等しい。 ノード N lに現れる信号の電圧レベルは、 V C C - I a ' R 2 2で表される。 ここで、 V C Cは電源電圧を示し、 R 2 2は、 抵抗素子 2 2の抵抗値を示す。 電流 I aは、 入力信号の電圧レベルと電圧源 6 6 の出力電圧の和と可変電圧源 2 5の出力電圧との差に応じて変化する。 入力信号 の電圧レベルが、 可変電圧源 2 .5の出力電圧よりも高くかつその電圧差が大きけ れば、 バイポーラトランジスタ 2 0の駆動電流 I aが大きくなる。 したがって、 この可変電圧源 2 5の出力電圧を調整することにより、 バイポーラトランジスタ 2 2の駆動電流 (コレクタ電流) I aを調整することができ、 応じて、 ノード N 1に現れる信号の振幅を調整することができ、 入力信号 I Nに対する出力信号 O U Tの利得を調整することができる。
すなわち、 この図 2に示すような差動対制御型可変利得増幅器においては、 電 カ增幅の程度は、 入力信号をベースに受けるバイポーラトランジスタ 2 0を流れ るコレクタ電流 I aに依存する。 このコレクタ電流 l aは、 可変電圧源 2 5の電 圧により変化させることができる。 すなわち、 入力信号 I Nの振幅が同じ場合、 可変電圧源 2 5の出力電圧を高くした場合、 バイポーラトランジスタ 2 1のべ一 ス電圧が高くなり、 そのコレクタ電流 I bが大きくなり、 応じてバイポーラトラ ンジスタ 2◦のコレクタ電流 I aを相対的に小さくすることができる。 逆に、 可 変電圧源 2 5の出力電圧レベルを低下させた場合、 バイポーラトランジスタ 2 1 のコレクタ電流 I bが小さくなるため、 バイポーラトランジスタ 2 0のコレクタ 電流 I aを大きくすることができる。 したがって、 この差動対制御型可変利得増 幅器において、 電力増幅の度合い (利得) は、 可変電圧源 2 5の出力電圧により 制御することができる。
ここで、 バイポーラトランジスタのベースへ与えられる入力信号 I Nがハイレ ベルのときには、 バイポーラトランジスタ 2 0の駆動するコレクタ電流 I aが増 大し、 .ノード N 1の電圧降下量が応じて多くなり、 出力信号 O U Tはローレベル となる。 一方、 入力信号 I Nが、 ローレベルのときには、 バイポーラトランジス タ 2 0のコレクタ電流が減少し、 このノード N 1の電圧降下量が低減され、 ノー ド N 1の電圧レベルはハイレべノレとなる。 したがつて、 この可変利得制御部 1 0 は、 入力信号 I Nを反転して出力する。 この入力信号 I Nは電圧源 6 6の出力電圧により、 可変電圧源 2 5の生成する 電圧よりも高い電圧レベルにバイアスされており、 この入力信号 I Nの電圧レべ ノレと可変電圧源 2 5の出力電圧との差に応じて、 バイポーラトランジスタ 2 0の 駆動電流が決定される。 したがって、 可変電圧源 2 5の出力電圧が電圧源 6 6の 出力電圧 V xよりも高くされれば、 入力信号 I Nと電圧源 6の出力電圧の和と可 変電圧源 2 5の出力電圧 (V x + A V) との差が小さくなり、 バイポーラトラン ジスタ 2 0の駆動電流量が小さくなり、 ノード N 1の信号振幅が小さくなり、 利 得が低減される。 逆に、 可変電圧源 2 5の出力電圧が低くされると、 可変電圧源 2 5の出力電圧 (V x— Δ ν) と入力信号 I Νと電圧源 6 6の出力電圧の和との 差が大きくなり、 バイポーラトランジスタ 2 0の駆動電流が大きくなり、 ノード Ν 1の信号振幅が大きくなり、 利得が大きくなる。
このような可変増幅器において、 1段の可変利得制御部の利得が小さく、 十分 に信号を増幅することができない場合、 可変利得制御部 1 0を複数段カスケード 接続して、 増幅器が構成される。
図 3は、 2段構成の可変利得増幅器の構成を概略的に示す図である。 図 3にお いて、 この可変利得増幅器は、 カスケード接続される可変利得制御部 1 0 aおよ び 1 0 bと、 可変利得制御部 1 0 aおよび 1 0 bの駆動電流をそれぞれ決定する 定電流源 1 2 aおよび 1 2 bを含む。 信号入力ノード 1 3 a力 初段の利得制御 部 1 0 aに結合され、 出力段の利得制御部 1 0 bが信号出力ノード 1 4 aに結合 される。 これらのノード 1 3 aおよび 1 4 aが、 直流成分除去用の容量素子を介 して信号入力端子 1 3および信号出力端子 1 4に結合される。 また、 可変利得制 御部 1◦ aの出力は、 直流成分を除去するための容量素子 Cを介して可変利得制 御部 1 0 bの入力に結合される。
これらの可変利得制御部 1 0 aおよび 1 0 bは、 図 2に示す可変利得制御部 1 0と同様の構成を有する。 可変利得制御部 1 0 aおよび 1 0 bそれぞれに含まれ る可変電圧源は、 制御端子 2 9に与えられる信号によりその出力電圧レベルが調 ' 整される。
この図 3に示す 2段構成の可変利得増幅器においては、 初段の可変利得制御部 1 0 aは、 信号入力ノード 1 3 aに与えられた信号を増幅し、 その増幅信号を、 内部出力ノード 2 4に伝達する。 次段の可変利得制御部 1 0 bは、 この初段の可 変利得制御部 1 0 aの出力ノード 2 4に生成された信号をその入力ノード 2 3に 受けて増幅して、 信号出力ノード 1 4 aから出力する。
これらの可変利得制御部 1 0 aおよび 1 0 bの利得を、 それぞれ制御端子 2 9 カ らの信号に従って調整することにより、 個々の可変利得制御部 1 0 aおよび 1 0 bにおける利得 Gが小さい場合においても、 信号出力ノード 1 4 aに現れる信 号の利得は、 G ' Gとなり、 十分大きな利得の信号を生成することができる。 このような多段構成の差動対制御型可変利得増幅器において、 各段の可変利得 増幅器 ( 1 0 a , 1 0 b ) においては、 その利得が最大となった場合においても、 出力信号の歪を生じさせないようにする必要がある。 したがって可変利得制御部 各段においては、 最大の利得での動作に必要とされる電流が、 対応の定電流源 ( 1 2 a , 1 2 b ) により常時駆動される。
図 4は、 差動対制御型可変利得増幅器における可変利得制御部の利得おょぴ電 流と制御電圧 (可変電圧源の出力電圧) との関係を示す図である。 図 4において 横軸に可変電圧源の出力電圧 (制御電圧) を示し、 縦軸に利得および回路に梳れ る電流を示す。 曲線 C R 1力 可変利得制御部の利得を示し、 直線 C R 2が回路 を流れる電流、 すなわち定電流源の駆動電流を示し、 曲線 C R 3力 信号の歪を 生じさせることなく、 すなわち信号の線形性を維持して出力信号を生成するのに 必要な電流を示す。
図 4において示すように、 利得が小さい場合には、 出力信号の振幅が小さいた め、 必要とされる電流は小さい。 一方、 利得が大きい場合には、 出力信号の振幅 が大きくなるため、 必要とされる電流量が大きくなる。 したがって、 利得に応じ て線形性を維持して出力信号を生成するために必要な電流量は異なる。
しかしながら、 差動対制御型可変利得増幅器においては、 図 4に示すように、 利得が小さく、 必要な電流量が小さい場合においても、 出力信号レベルの最大時 (利得最大時) に必要とされる電流と同じ大きさの電流が定電流源により駆動さ れる。 したがって、 低利得動作時においては、 不必要に電流が消費されている。 特に、 通信機能を有する携帯端末機器においては、 電源として電池が用いられて おり、 この電池の寿命の観点から、 できるだけ消費電力を低減することが望まれ る。 発明の開示
この発明の目的は、 低消費電力の差動対制御可変型利得増幅器を提供すること である。 '
この発明の他の目的は、 低消費電力の多段構成の差動対制御型可変利得増幅器 を提供することである。
この発明に係る可変利得増幅器は、 利得が調整可能な差動段と、 この差動段を 流れる電流を決定する電流源とを有する。 この電流源は、 差動段の利得に応じて、 その駆動電流量が調整される。
好ましくは、 これらの差動段および電流源は、 多段構成の可変利得増幅器にお いて 2段目以降の可変利得制御部に配置される。
電流源の駆動電流量を利得に応じて調整することにより、 利得に応じた最適な 電流を供給することができ、 その出力信号の線形性を損なうことなく消費電流を 低減することができる。 これにより、 最大利得に応じた電流を常時供給する必要 がなく、 消費電力を低減することができる。
また、 多段構成の可変利得増幅器において、 2段目以降の後段の可変利得制御 部の駆動電流量を、 その利得に応じて調整することにより、 同一利得でも信号振 幅が大きく、 初段の可変利得制御部に比べて大きな電流を消費する 2段目以降の 差動段における駆動電流を低減することができ、 確実に消費電力を低減すること ができる。
この発明の目的と他の目的および特徴は、 以下に添付の図面を参照して行う、 好ましい実施の形態の詳細な説明からより一層明らかとなろう。 図面の簡単な説明
図 1は、 無線通信機の送信系統の構成を概略的に示す図である。
図 2は、 従来の可変利得増幅器の構成の一例を示す図である。
図 3は、 従来の多段構成の差動対制御型可変利得増幅器の構成を概略的に示す 図である。 図 4は、 従来の可変利得増幅器における利得およぴ回路動作電流と制御電圧と の関係を示す図である。
図 5は、 この発明の実施の形態 1に従う可変利得増幅器の構成を概略的に示す 図である。
図 6は、 この発明の実施の形態 1に従う可変利得増幅器の利得と駆動電流の関 係を示す図である。
図 7は、 図 6に示す可変利得制御部の 2段目の可変利得制御部および可変電流 源の構成の一例を示す図である。
図 8は、 図 7に示す可変電圧源の構成の一例を示す図である。
図 9は、 図 7に示す可変電圧源の他の構成例を示す図である。
図 1 0は、 図 7に示す制御電圧生成回路の構成の一例を示す図である。
図 1 1は、 図 7に示す制御電圧生成回路の他の構成例を示す図である。
図 1 2は、 この発明の実施の形態 2に従う可変利得増幅段の構成を示す図であ る。
図 1 3は、 この発明の実施の形態 3に従う可変利得増幅器の構成を概略的に示 す図である。 '
図 1 4は、 図 1 3に示す可変利得増幅器の 2段目以降の増幅段の構成を示す図 である。
図 1 5は、 この発明の実施の形態 3に従う可変利得増幅器の変更例の構成を概 略的に示す図である。 発明を実施するための最良の形態
[実施の形態 1 ]
図 5は、 この発明の実施の形態 1に従う差動対制御型可変利得増幅器の構成を 概略的に示す図である。 図 5において、 可変利得増幅器は、 入力ノード 1 3 aの 信号を増幅する可変利得制御部 1 0 aと、 可変利得制御部 1 0 aの出力信号をさ らに増幅する可変利得制御部 1 0 bと、 可変利得制御部 1 0 aの出力と可変利得 制御部 1 0 bの入力の間に結合される直流成分を除去するための容量素子 Cと、 可変利得制御部 1 0 aに対して設けられ、 この可変利得制御部 1 0 aの動作電流 を決定する定電流源 1 2 aと、 可変利得制御部 1 0 bに対して設けられ、 この可 変利得制御部 1 0 bの利得に応じてその駆動電流量が調整される可変電流源 3 0 を含む。 可変電流源 3 0により可変利得制御部 1 0 bの動作電流が決定される。 ここで、 「動作電流」は、 差動段のトランジスタ両者を流れる電流の和を示す。 可変利得制御部 1 0 aおよび 1 0 bの利得は、 制御端子 2 9に与えられる制御 信号に従って調整され、 また、 この可変電流源 3 0の駆動電流量も制御端子 2 9 に与えられる制御信号に応じて決定される。 可変利得制御部 1 0 bに対して、 各 利得の値に対応して必要とされる電流量を予め算出する。 これは、 可変利得制御 部 1 0 bの構成において、 トランジスタパラメータが決定されれば、 利得に応じ て、 信号入力部のトランジスタの駆動電流量および制御電圧 (可変電圧源の出力 電圧) をベースに受けるトランジスタの駆動電流を算出することができる。 この 算出結果に従って、 可変利得制御部 1 0 bの利得と、 可変電流源 3 0の駆動電流 量を、 制御端子 2 9に与えられる制御信号により共通に調整する。
可変利得制御部 1 0 aおよび 1 0 bは、 図 2に示す可変利得制御部 1 0と同様 の構成を有し、 差動トランジスタ 2 0および 2 1により、 与えられた信号を増幅 して出力する。
この 2段目の可変利得制御部 1 0 bにおいて、 その利得の変化に対応して、 可 変電流源 3 0を制御する。 可変利得制御部 1 0 bの利得に応じて、 出力信号に歪 が生じず、 入出力信号の線形性が維持されるのに必要な電流量だけ駆動するよう に、 可変電流源 3 0の駆動電流量を調整する。 可変利得制御部 1 0 bにおいて利 得が小さくなった場合に、 この可変電流源 3 0の駆動電流量を必要最小限の電流 量に設定することにより、 可変利得制御部 1 0 bにおいて不必要に電流が流れる のを防止する。
なお、 入力ノード 1 3 aは、 図 2に示す信号入力端子 1 3に、 直流力ット用の 容量素子 1 6を介して結合され、 また出力ノード 1 4 aは、 図 2に示す直流カツ ト用の容量素子 1 7を介して信号出力端子 1 4に結合される。
2段構成の可変増幅器においては、 可変利得制御部 1 0 aおよび 1 0 b個々の 利得が小さいものの、 その利得の掛け合わせにより、 最終的な出力信号の利得を 大きくする。 したがって、 この最終出力信号を生成する 2段目の可変利得制御部 1 0 bにおいては、 信号振幅を大きくとる必要があり、 初段の可変利得制御部 1 0 aに比べて、 大きな電流量を出力信号の線形 1生を維持するために必要とする。 この最終の出力信号を生成する可変利得制御部 1 0 bにおいて利得に応じてその 動作電流 (可変電流源 3 0の駆動電流) を調整することにより、 従来最大利得に 応じて設定される電流を大幅に低減することができ、 消費電流をより低減するこ とができる。
図 6は、 図 5に示す可変利得制御部 1 0 bの利得と動作電流と制御電圧 (可変 電圧源 2 5の出力電圧に相当) の関係を示す図である。 図 6において、 縦軸に利 得および動作電流を示し、 横軸に制御電圧を示す。 曲線 C R 4は、 この利得制御 部 1 0 bの利得を示し、 曲線 C R 5は、 その利得に応じて信号の線形性を維持す るに必要とされる動作電流量を示し、 曲線 C R 6は可変電流源 3 0の駆動電流量 を示す。
この図 6に示すように、 可変電流源 3 0の駆動電流量を、 この各利得において 必要とされる電流に従って調整することにより、 必要最小限の電流が、 この可変 利得制御部 1 0 bにおいて消費されるだけであり、 最大利得に応じて設定される 電流を利得の値にかかわらず供給する必要なく、 消費電流を低減することができ る。
図 7は、 図 5に示す可変利得制御部 1 0 bおよび可変電流源 3 0の構成の一例 を示す図である。 図 7において、 可変利得制御部 1 0 bは、 従来と同様、 電源ノ ード 1 5とノード N 1の間に接続される抵抗素子 2 2と、 ノード N 1とノード N 2の間に接続されかつそのベースが入力ノード 2 3 aに接続される N P Nバイポ ーラトランジスタ 2 0と、 電源ノード 1 5とノード N 2の間に接続されかつその ゲートに可変電圧 V C Rを受ける N P Nバイポーラトランジスタ 2 1と、 制御端 子 2 9に与えられる制御信号 S Cに従って可変制御電圧 V C Rを生成する可変電 圧源 2 5とを含む。
可変電圧源 2 5は、 抵抗素子を介してバイポーラトランジスタ2 1のベースに 結合される。 電圧源 6 6が、 抵抗素子を介してノード 2 3 aに結合される。 ノード N 1がノード 1 4 aに接続される。 入力ノード 2 3 aが、 直流遮断用の 容量素子 1 6を介して信号入力ノード 2 3に接続される。 出力ノード 1 4 aが、 直流遮断用の容量素子 17を介して信号出力端子 14に接続される。
この図 7に示す可変利得制御部 10bの構成は、 従来と同じであり、 可変電圧 源 25の出力する制御電圧 VCRと入力ノード 23 aの電圧とに従って、 NPN バイポーラトランジスタ 20および 21それぞれをを介して流れる電流 I aおよ ぴ l bが変化する。 入力ノード 23 aの電圧は、 電圧源 66の出力電圧と信号入 力ノード 23から容量素子 16を介して入力ノード 23 aに与えられる信号の和 で与えられる。 入力ノード 23 aの信号電圧が、 制御電圧 VCRよりも高い電圧 レベルにバイアスされている場合には、 すなわち、 電圧源 66の出力電圧が可変 電圧源 25の出力電圧よりも高い場合には、 バイポーラトランジスタ 20のコレ クタ電流 I a力 S、 バイポーラトランジスタ 21のコレクタ電流 I bよりも大きく なる。 この状態において、 制御電圧 VCRが高くなると、 入力信号と制御電圧 V CRとの差が小さくなり、 バイポーラトランジスタ 20を介して流れる電流 I a が小さくなり、 この可変利得制御部 1 Obの利得が小さくなる。 一方、 制御電圧 VCRが低くなると、 入力信号と制御電圧 VCRとの差が大きくなり、 バイポー ラトランジスタ 20を介して流れる電流 I aが増大し、 この可変利得制御部 10 bの利得が大きくなる。 これらのコレクタ電流 I aおよび I bの和が、 可変電流 源 30の駆動電流により決定される。
.可変電流源 3◦は、 ノード N 2と接地ノードの間に結合される NPNバイポー ラトランジスタ Q 2と、 制御電圧 V C Rに反比例した電圧を生成する制御電圧生 成回路 32と、 制御電圧生成回路 32の生成する電圧 VCTに従って電流を駆動 する NPNバイポーラトランジスタ 33と、 バイポーラトランジスタ 33へ駆動 電流を供給するカレントミラー回路 34とを含む。
このカレントミラー回路 34は、 バイポーラトランジスタ 33に電流を供給す る Pチヤネノレ MO Sトランジスタ (絶縁ゲート型電界効果トランジスタ) T 1と、 電源ノード 15とノード N 3の間に接続されかつそのゲートが MOSトランジス タ T 1のゲートに接続される Pチャネル MOSトランジスタ T 2とを含む。 MO Sトランジスタ T 1は、 そのゲートおよびドレインがバイポーラトランジスタ 3 3のコレクタに接続される。
したがって、 このカレントミラー回路 34においては、 MOSトランジスタ T 1力 マスタ段を構成し、 この MOSトランジスタ T 1を流れる電流と同じ大き さの電流が、 MOSトランジスタ T 2を介して流れる (MOSトランジスタ T 1 および T 2のサイズが同じ場合) 。 すなわち、 この MOSトランジスタ T 2を介 して、 バイポーラトランジスタ 33のコレクタ電流のミラー電流がノード N 3に 流れる。
可変電流源 30は、 さらに、 ノード N3の電圧に従って、 電源ノード 15から コレクタ電流をノード N4に供給する NPNバイポーラトランジスタ 35と、 ノ ード N3と接地ノードの間に結合されかつそのベースが抵抗素子 RZ 1を介して ノード N4に結合される NPNバイポーラトランジスタ Q1と、 ノード N2と接 地ノードの間に結合されかつそのベースが抵抗素子 RZ 2を介してノード N 4に 結合される NPNバイポーラトランジスタ Q 2を含む。 このバイポーラトランジ スタ Q 2力 差動段トランジスタ 20および 21に対する電流源トランジスタと して機能する。
抵抗素子 RZ 1および RZ 2は、 バイポーラトランジスタ Q 1および Q 2のサ ィズ (ェミッタ面積) をそれぞれ Q 1および Q2とすると、 以下の関係を満たす。
Q 1 : Q2= 1 RZ 1 : 1/RZ 2.
ここで、 R Z 1および R Z 2は抵抗素子 R Z 1および R Z 2の抵抗値を示す。 従って、 抵抗素子 RZ 1および RZ 2は、 バイポーラトランジスタ Q 1および Q 2が同じサイズの場合、 同じ抵抗値を有する。 バイポーラトランジスタ Q 1お よび Q 2はェミッタが共通に結合されており、 これらのバイポーラトランジスタ <31ぉょび02は、 カレントミラー回路を構成する (ベース一ェミッタ間電圧が 同じとなるため) 。 したがって、 この差動段トランジスタ 20および 21に対す る.動作電流は、 バイポーラトランジスタ 33の駆動電流 (コレクタ電流) のミラ 一電流により決定される。
制御電圧生成回路 32は、 可変電圧源 25の出力する制御電圧 VCRと反比例 的に変化する電圧を生成する。 すなわち制御電圧 VCRに対して、 この制御電圧 生成回路 32が生成する制御電圧 VCTは、 相反的に変化する。 すなわち、 可変 電圧源 25の出力する制御電圧 VCRが上昇すると、 制御電圧生成回路 32の生 成する制御電圧 VCTの電圧レベルは低下する。 この制御電圧生成回路 32の出 力する制御電圧 V C Tの電圧レベルが低下した場合、 バイポーラトランジスタ 3 3のベース一ェミッタ間電圧が小さくなり、 このバイポーラトランジスタ 3 3の コレクタ電流が減少する。 応じて、 カレントミラー回路 3 4がノード N 3に供給 する電流が低下する。 このノード N 3へ供給される電流は、 バイポーラトランジ スタ Q 1のコレクタ電流として用いられる。
バイポーラトランジスタ Q 1のベース電圧が上昇し、 このバイポーラトランジ スタ Q 1力 カレントミラー回路 3 4が供給する電流をすベて放電することがで き、 ノード N 3の電圧レベルが低下した場合、 バイポーラトランジスタ 3 5のべ 一スーェミッタ間電圧が低下し、 このバイポーラトランジスタ Q 1のベース電圧 を低下させる。 このとき、 また、 バイポーラトランジスタ 3 5は、 そのェミッタ 電流が低減され、 応じて抵抗素子 R Z 1を介してバイポーラトランジスタ Q 1へ 供給されるベース電流が低下する。 これにより、 バイポーラトランジスタ Q 1の コレクタ電流が低減され、 応じて、 バイポーラトランジスタ Q 2のコレクタ電流 が低下する。
一方、 逆に、 バイポーラトランジスタ Q 1のベース電圧が低く、 このカレント ミラー回路 3 4の MO Sトランジスタ T 2が供給する電流をすベて放電できず、 ノード N 3の電圧レベルが上昇した場合、 バイポーラトランジスタ 3 5のベース ーェミッタ間電圧が上昇し、 応じて、 このノード N 3の電圧レベルが上昇する。 このとき、 またバイポーラトランジスタ 3 5のェミッタ電流が増大し、 応じてバ イポーラトランジスタ 3 6へのベース電流が増大し、 バイポーラトランジスタ 3 6のコレクタ電流が増大する。 これにより、 ノード N 3の電圧レベルが低下する。 バイポーラトランジスタ 3 5は、 そのベースーェミッタ間電圧を常に一定とす るェミッタフォロワトランジスタとして機能し、 ノード N 3の電圧レべ こ従つ てノード N 4の電圧レベルを調整し、 応じてバイポーラトランジスタ Q 1のコレ クタ電流を調整する。
したがって、 このバイポーラトランジスタ 3 5の負帰還により、 バイポーラト ランジスタ Q 1には、 常にカレントミラー回路 3 4の MO Sトランジスタ T 2が 供給する電流と同じ大きさのコレクタ電流が流れる。 抵抗素子 R Z 1および R Z 2は、 このバイポーラトランジスタ 3 5のエミッタ電流のシャント抵抗であり、 バイポーラトランジスタ Q 1および Q 2へは、 同じ大きさのベース電流を供給す るとともに、 これらのバイポーラトランジスタ Q 1および Q 2のベースを同じ電 圧レベルにバイアスする。 また、 これらのバイポーラトランジスタ Q 1および Q 2は、 そのベースーェミッタ間電圧が同じとなり、 これらのバイポーラトランジ スタ Q1および Q2が、 カレントミラー回路 36を構成する。
バイポーラトランジスタ Q 2は、 差動段トランジスタ 20および 21の電流源 トランジスタである。 したがつて、 この可変利得制御部 10 bの動作電流 (電流 I a+ I b) は、 可変電圧源 25の制御電圧 VCRに従って調整することができ る。 制御電圧 VCRが上昇した場合には、 制御電圧生成回路 32が生成する制御 電圧 VCTの電圧レベルが低下し、 バイポーラトランジスタ 33のコレクタ電流 が低下し、 応じて電流源トランジスタ Q 2の駆動するコレクタ電流が低減する。 一方、 可変電圧源 25の生成する制御電圧 VCRが低下した場合には、 制御電圧 生成回路 32の生成する制御電圧 VCTの電圧レベルが上昇し、 カレントミラー 回路 34および 36により、 電流源バイポーラトランジスタ Q 2のコレクタ電流 が増大する。 . したがって、 図 6に示すように、 制御電圧 VCRが上昇し、 可変利得制御部 1 0 bの利得が小さくなつた場合には、 この電流源バイポーラトランジスタ Q 2の コレクタ電流が低下し、 一方、 逆に、 可変電圧源 25の生成する制御電圧 VCR の電圧レベルが低下し、 利得 Gが大きくなつた場合には、 電流源バイポーラトラ ンジスタ Q 2の駆動するコレクタ電流が増大する。 したがって、 この利得に応じ て、 可変増幅段の動作電流を調整することができ、 信号の線形性を維持するのに 必要な電流量だけを常に供給することができ、 消費電流を低減することができる。 図 8は、 図 7に示す可変電圧源 25の構成の一例を示す図である。 図 8におい て、 可変電圧源 25は、 電源ノード 15とノード N5の間に接続されかつそのべ ースに制御信号 SCを受ける PNPバイポーラトランジスタ 40と、 ノード N5 と接地ノードの間に接続される抵抗素子 41を含む。 ノード N 5に、 制御電圧 V CRが生成される。
この図 8に示す可変電圧源 25の構成において、 制御信号 S Cがハイレベルと なると、 バイポーラトランジスタ 40のベース一エミッタ間電圧が小さくなり、 このバイポーラトランジスタ 4 0のコレクタ電流が低下し、 抵抗素子 4 1におけ る電圧降下量が小さくなり、 制御電圧 V C Rの電圧レベルが低下する。 一方、 制 御信号 S Cの電圧レベルが低下すると、 バイポーラトランジスタ 4 0のベース一 エミッタ間電圧が大きくなり、 このバイポーラトランジスタ 4 0の供給するコレ クタ電流が大きくなり、 抵抗素子 4 1における電圧降下量が大きくなり、 制御電 圧 V C Rの電圧レベルが上昇する。
すなわち、 利得 Gを高くする場合には、 制御信号 S Cの電圧レベルを上昇させ て、 抵抗素子 4 1における電圧降下量を小さくして、 制御電圧 V C Rの電圧レべ ルを低下させる。 利得 Gに応じて制御信号 S Cの電圧レベルを調整することによ り、 制御電圧 V C Rを目標利得を実現する電圧レベルに設定することができる。 図 9は、 図 7に示す可変電圧源 2 5の他の構成を概略的に示す図である。 図 9 において、 可変電圧源 2 5は、 電源ノード 1 5とノード N 6の間に接続される可 変抵抗素子 4 2と、 ノード N 6と接地ノードの間に接続される抵抗素子 4 3を含 む。 ノード N 6に、 制御電圧 V C Rが生成される。
可変抵抗素子 4 2は、 たとえば摺動抵抗で構成され、 この抵抗値が、 変更可能 である。 したがって、 この可変抵抗素子 4 2の抵抗値を調整することにより、 ノ 一ド N 6からの制御電圧 V C Rの電圧レべノレを調整することができる。 可変抵抗 素子 4 2の抵抗値が小さくなつた場合には、 制御電圧 V C Rの電圧レベルが上昇 し、 一方、 可変抵抗素子 4 2の抵抗値が大きくなつた場合には、 制御電圧 V C R の電圧レベルが低下する。 また、 可変電圧源 2 5としては、 この図 8および図 9 に示す構成を組合せて構成されてもよい。 すなわち、 図 9に示す可変抵抗素子に より、 制御信号 S Cを生成し、 図 8に示すバイポーラトランジスタ 4 0のベース に与える構成が用いられてもよい。 . " 図 1 0は、 図 7に示す制御電圧生成回路 3 2の構成の一例を示す図である。 こ の図 1 0に示す制御電圧生成回路 3 2は、 電 ϋノード 1 5とノード Ν 7の間に接 続されかつそのベースに制御電圧 V C Rを受ける Ρ Ν Ρバイポーラトランジスタ 4 5と、 ノード Ν 7と接地ノードの間に接続される抵抗素子 4 6を含む。 ノード Ν 7に、 制御電圧 V C Tが生成される。
この図 1 0に示す構成においては、 制御電圧 V C Rの電圧レベルが上昇すると、 バイポーラトランジスタ 45の供給するコレクタ電流が低減され、 応じて抵抗素 子 46における電圧降下量が小さくなり、 ノード N 7の電圧レベルが低下する。 一方、 制御電圧 VCRの電圧レベルが低下した場合、 バイポーラトランジスタ 4 5の供給するコレクタ電流が増大し、 応じて抵抗素子 46における電圧降下量が 大きくなり、 ノード N 7の制御電圧 VCTの電圧レベルが上昇する。 したがって、 制御電圧 VCRが上昇し、 利得 Gが小さくなつた場合には、 この制御電圧 VCT の電圧レベルが低下し、 電流源トランジスタ Q 2の駆動電流を低減する。
一方、 制御電圧 VCRが低下し、 利獰 Gを大きくする場合には、 このバイポー ラトランジスタ 45のコレクタ電流が増大し、 制御電圧 VCTが増大する。 制御 電圧 VCTの電圧レベルの上昇により、 電流源トランジスタ Q 2のコレクタ電流 が大きくなり、 可変利得制御部 10 bの動作電流が大きくなる。
この図 10において、 抵抗素子 46の抵抗値おょぴパイポーラトランジスタ 4 5の駆動するコレクタ電流を適当に調整することにより、 制御電圧 V C Rおよび V C Tの対応関係に従って、 利得 Gに応じて必要最小限の電流を供給することが できるように、 制御電圧 VCTを生成することができる。
図 11は、 図 7に示す制御電圧生成回路 32の他の構成を概略的に示す図であ る。 図 11において、 制御電圧生成回路' 32は、 制御電圧 VCRをデジタル信号 に変換するアナログ Zデジタル変換器 (A/D変換器) 50と、 AZD変換器 5 0の出力信号をァドレスとしてその記憶内容を読出すテーブルメモリ 51と、 テ 一ブルメモリ 51から読出された信号をアナ口グ信号に変換するデジタル/ァナ ログ変換器 (DZA変換器) 52とを含む。 この D/A変換器 52から、 制御電 圧 VCTが生成される。
テーブルメモリ 51は、 たとえば ROM (リード 'オンリ 'メモリ) で構成さ れ、 制御電圧 VCRおよび VCTの関係を一覧にしてテーブル形式で格納する。 したがって、 制御電圧 VCRの電圧レベルに応じてテーフ レメモリ 51から、 対 応のデータを読出すことにより、 正確に、 利得制御部の動作電流を調整するため の制御電圧 V C Tを生成することができる。
この図 11に示す構成では、 A/D変換器 50および D/A変換器 52とテー ブルメモリ 51が必要とされる。 しかしながら、 通信機能を有する携帯端末機器 においては、 送信時に送信信号をコード化するための信号処理装置が設けられて おり、 この信号処理部においては、 メモリおょぴ A/D変換器および DZ A変換 器が配置される。 したがって、 この信号処理部において制御電圧変換を行なうよ うに構成してもよい。
以上のように、 この発明の実施の形態 1に従えば、 差動対制御型可変増幅器に おいて、 その利得を調整する制御電圧に応じて、 差動段の動作電流を変更するよ うに構成しており、 必要最小限の電流が消費されるだけであり、 消費電流をその 信号の線形性を損なうことなく低減することができる。 特に、 電池駆動型の携帯 端末機器用途において、 消費電流を大幅に低減でき、 電池寿命を長くすることが できる。
特に、 多段構成の可変増幅器において、 2段目以降の利得が小さい場合でも信 号振幅が大きくされる構成の場合、 その駆動電流を必要最小限とすることにより、 大きく、 消費電流を低減することができる (2段目以降の増幅器においては、 そ の出力信号の振幅は、 入力段の差動段の出力信号振幅よりも大きくなるため) 。 なお、 制御電圧 V C Rが高くされると利得が小さくされているものの、 逆に制 御電圧 V C Rが高くされると利得が大きくされる構成の差動段制御型可変利"得増 幅器が用いられてもよい。 この場合においては、 駆動電流の制御を上述の制御と 逆の方向に行うことにより、 利得に応じて最適な動作電流を供給することができ る。
[実施の形態 2 ]
図 1 2は、 この発明の実施の形態 2に従う可変利得増幅器の構成を示す図であ る。 図 1 2においては、 多段構成の可変利得増幅器の出力段の構成を示す。 図 1 2に示す構成においては、 利得制御部 1 0 bに対する可変電流源 3 0におい.て、 電流源トランジスタ Q 2のベースノード 6 2に、 直流力ット用容量素子 1 6を介 して入力ノード 2 3からの信号が与えられる。 電流源トランジスタ Q 2のベース ノード 6 2が電流制御部 6 0に結合される。 この電流制御部 6 0は、 可変電圧源 2 5の生成する制御電圧 V C Rに従って電流源トランジスタ Q 2のベース電圧を 制御し、 この可変利得制御部 1 0 bの利得 Gに応じて、 電流源トランジスタ Q 2 のベース電流を調整する。 この電流制御部 6 0は、 図 7に示す構成において、 制 御電圧生成回路 3 2、 バイポーラトランジスタ 3 3、 カレントミラー回路 3 4、 およびバイポーラトランジスタ Q 1を含む構成に対応する。
この電流源トランジスタ Q 2のベースノード 6 2に、 さらに、 直流カット用の 容量素子 1 6を介して入力信号 I Nが与えられる。 利得制御部 1 O bにおいては、 従来、 入力信号を受けていたバイポーラトランジスタ 2 0のベースは、 抵抗素子 を介して電圧源 6 6に結合されかつ容量素子 5 5を介して接地ノードに結合され る。 このバイポーラトランジスタ 2 0のベースノードは、 電圧源 6 6によりパイ ァスされる。
このバイポーラトランジスタ Q 2のベースノード 6 2の電圧は、 電流制御部 6 0の生成するベース電圧と入力信号 I Nとが重畳された電圧レベルとなり、 電流 源トランジスタ Q 2の駆動電流量が、 入力信号 I Nに従ってさらに変化し、 電流 源バイポーラトランジスタ Q 2が、 入力信号 I Nを増幅する。
このバイポーラトランジスタ Q 2のコレクタ電流の変化に従って、 バイポーラ トランジスタ 2 0のコレクタ電流も変化し、 応じて、 ノード N 1の電圧レベルも 変化する。 この増幅動作において、 電流制御部 6 0は、 可変電圧源 2 5の生成す る制御電圧 V C Rの変化と反対方向にバイポーラトランジスタ Q 2の駆動電流量 を調整する。
この図 1 2に示す構成において、 ベースノード 6 2は、 抵抗素子を介して、 図 7に示すノード N 4に結合されている。 したがって、 この入力信号 I Nは、 図 7 に示すカレントミラー回路 3 4および 3 6のカレントミラー動作に対する影響は 抑制される。 電流制御部 6 0において、 正確に、 可変電圧源 2 5の生成する制御 電圧 V C Rに従って、 入力信号 I Nの影響を受けることなく、 バイポーラトラン ジスタ Q 2の駆動電流量を調整することができる。
以上のように、 この発明の実施の形態 2に従えば、 差動段の電流源トランジス タのベースに入力信号を与え、 電流源トランジスタに入力信号を増幅する機能を 持たせており、 また、 この電流源トランジスタの駆動電流量を利得に応じて調整 しており、 必要最小限の電流を消費するだけで入力信号 I Nの線形性を維持して 増幅動作を行なって出力信号を生成することができる。
[実施の形態 3 ] 図 1 3は、 この発明の実施の形態 3に従う差動対制御型可変利得増幅器の構成 を概略的に示す図である。 図 1 3において、 差動対制御型可変利得増幅器は、 縦 続接続される複数段の可変利得制御部 1 0 a— 1 0 nと、 初段の可変利得制御部 1 0 aに対して設けられる定電流源 1 2 aと、 利得制御部 1 0 b— 1 0 nそれぞ れに対応して配置される可変電流源 3 0 b - 3 0 nを含む。 可変利得制御部 1 0 b— 1 0 nの入力部はそれぞれ、 直流成分を除去する容量素子 Cを介して前段の 可変利得制御部の出力部に結合される。
可変利得制御部 1 0 a _ 1 0 nに対しては、 制御端子 2 9からの制御信号 S C が共通に与えられる。 これらの可変利得制御部 1 0 a— 1 0 nの構成は、 図 7ま たは図 1 2に示す可変利得制御部 1 0 bの構成と同じである。
可変電流源 3 0 b— 3 0 ηに対してまた、 この制御端子 2 9力 らの制御信号 S Cが共通に与えられ、 これらの可変電流源 3 0 b— 3 O nの駆動電流量が、 この 制御信号 S Cに従って調整される (対応の制御電圧 V C Rに従って調整される) 。 これらの可変電流源 3 0 b— 3 0 nの具体的構成は、 図 7に示す可変電流源 3 0 の構成と同じである。 可変電流源 3 0 b— 3 0 nは、 それぞれ対応の可変利得制 御部 1 0 b— 1 0 nに対する制御電圧に従ってその駆動電流量がそれぞれ調整さ れる。 ここで、 可変電流源 3 0 b— 3 0 nは、 対応の可変利得制御部に対する制 御電圧に従ってその電圧レベルが調整され、 応じて、 制御信号 S Cに従ってその 電圧レベルが調整される。
初段の可変利得制御部 1 0 aに対して配置される定電流源 1 2 aは、 常時一定 の電流を供給する。
したがって、 この図 1 3に示すような多段構成の差動対制御型可変利得増幅器 の構成においても、 第 2段以降の可変利得制御部の動作電流を、 可変電流源 3 0 b - 3 0 nを用いて、 対応の可変利得制御部の利得に応じて調整することにより、 信号歪を生じさせることなく消費電流を低減することができる。
図 1 4は、 可変電流源 3 0 ( 3 0 b— 3 0 η ) と利得制御部 1 0 b— 1 0 ηに おける可変電圧源 2 5の構成の他の一例を示す図である。 図 1 4においては、 利 得制御部 1 0 iおよび可変電流源 3 0 iの構成を代表的に示す。 ここで、 iは b から nのいずれかである。 図 14において、 可変電圧、源 25は、 電源ノード 15 aとノード N 10の間に 接続されかつそのベースに制御信号 S Cを受ける P N Pバイポーラトランジスタ 70と、 ノード N10と接地ノードの間に結合される抵抗素子 71を含む。 ノー ド N10に、 制御電圧 VCRが生成されて、 対応の可変利得制御部の差動段のト ランジスタ (21) のベースへ与えられる。
可変電流源 30 iにおいて、 電流制御部 60は、 電源ノード 15 bとノード N 11の間に接続される抵抗素子 72と、 ノード Nl 1と接地ノードの間に結合さ れかつそのベースに制御信号 S Cを受ける N P Nバイポーラトランジスタ 73と、 電源ノード 15 cとノード N12の間に接続されかつそのベースがノード N 11 に結合される PNPバイポーラトランジスタ 74と、 ノード N 12と接地ノード の間に結合されかつそのベースがノード N 12に接続される NPNバイポーラト ランジスタ 75を含む。 この NPNバイポーラトランジスタ 75のベース コレ クタノード N12に、 制御電圧 VCTが生成される。 この制御電圧 VCTが次段 のバイポーラトランジスタ 33のベースに与えられる。
制御信号 S Cがハイレベルとなった場合には、 可変電圧源 25においては、 ノ ィポーラトランジスタ 70の駆動電流量が低下し、 応じて抵抗素子 71の鼂圧降 下量が低下し、 制御電圧 V C Rの電圧レベルが低下する。
一方、 電流駆動部 60においては、 、 バイポーラトランジスタ 73の駆動電流 量が増大し、 応じて、 抵抗素子 72の電圧降下量が大きくなり、 ノード Nl 1の 電圧レベルが低下する。 このノード N 1 1の電圧レベルが低下すると、 バイポー ラトランジスタ 74の駆動電流量が増大し、 応じてノード N 12の電圧レべ が 上昇し、 制御電圧 VCTの電圧レベルが高くなる。 このバイポーラトランジスタ 75は、 次段のバイポーラトランジスタ 33とカレントミラー回路を構成レてお り、 この制御電圧 V C Τが高くなると、 可変電流源 30 iの駆動電流量が増大す る。
一方、 制御信号 SCがローレベルとなると、 可変電圧源 25においてバイポー ラ.トランジスタ 70の駆動電流量が増大し、 応じて抵抗素子 71の電圧降下量が 増大し、 制御電圧 VCRの電圧レベルが上昇する。
—方、 制御電圧生成回路 32においては、 バイポーラトランジスタ 73の駆動 電流量が低下し、 応じて抵抗素子 7 2の電圧降下量も低下し、 ノード N l 1の電 圧レベルが上昇する。 このノード N 1 1の電圧レベル上昇に従ってバイポーラト ランジスタ 7 4の駆動電流量が低下し、 ノード N 1 2の電圧レベルが低下する。 応じて、 可変電流源 3 0 iの駆動電流量が、 この制御電圧 V C Tの電圧レベルの 低下に伴って低下する。
したがつて、 この図 1 4に示す可変電流源 3 0 iを利用することにより、 制御 信号 S Cに従って可変電流源の駆動電流量を調整することができる。
なお、 可変電圧源 2 5と制御電圧生成回路 3 2の構成は入れ替えられてもよい。 制御信号 S Cがハイレベルとなるときに、 利得が高くされるの力低くされるのか に応じて、 これらの可変電流源および可変電圧源の回路構成が定められればよい。
[変更例]
図 1 5は、 この発明の実施の形態 3の変更例の構成を概略的に示す図である。 この図 1 5においては、 信号入力端子 1 3と信号出力端子 6 5の間に、 可変利得 制御部 1 0 a— 1 0 nが配置される。 可変利得制御部 1 0 a— 1 0 nの間には直 流成分除去のための容量素子 Cが配置される。 初段の可変利得制御部 1 0 aに対 しては定電流源 1 2 aが配置され、 また、 可変利得制御部 1 0 b— 1 0 ηに対し ては可変電流源 3 0 b— 3 0 nがそれぞれ配置される。 これらの可変電流源 3 0 b— 3 0 nには、 また前段の可変利得制御部の出力信号が与えられる。 したがつ て、 可変電流源 3 0 b - 3 0 nにおいて電流源トランジスタが、 その前段の利得 制御部の出力信号に従って増幅動作を行なう。 この利得制御部 1 0 a— 1 O nは、 それぞれ制御端子 2 9の制御信号 S Cに従ってその利得がそれぞれ制御される。 可変電流源 3 0 b - 3 0 nそれぞれにおいても、 同様、 この制御信号 S Cまたは 対応の利得制御部 1 0 b— 1 0 nにおける制御電圧に従って駆動電流量が調整さ れる。
この図 1 5に示す多段構成の差動対制御型可変利得増幅器の構成においても、 その第 2段目以降の可変利得制御部 1 0 b— 1 0 nにおいて、 利得に応じて動作 電流を調整することにより、 信号の線形性を損なうことなく、 消費電流を低減す ることができる。
なお、 この実施の形態 1から 3において、 初段の利得制御部 (差動対トランジ スタ) に対しては、 定電流源 1 2 aが配置されている。 しかしながら、 この初段 の利得制御部に対する定電流源 1 2 aも、 次段以降の可変電流源と同様、 対応の 可変利得制御部の利得に応じて、 その駆動電流が調整されてもよい。
また、 実施例 1から 3において、 バイポーラトランジスタに代えて、 MO Sト ランジスタが用いられてもよい。
以上のように、 この発明の実施の形態 3に従えば、 多段構成の差動対制御型可 変利得増幅器においても、 2段目以降の利得制御部の動作電流は、 その利得に応 じて調整するように構成しており、 信号の線形性を損なうことなく消費電流を低 減することができる。
以上のように、 この発明に従えば、 差動段制御型可変利得増幅器の動作電流を 利得に応じて調整しており、 信号の歪を抑制して消費電流を低減することができ る。 特に、 多段構成の差動段制御型可変利得増幅器において第 2段以降の増幅段 の動作電流を利得に応じて調整することにより、 動作電流が大きな増幅段の消費 電流を低減することができ、 高利得かつ低消費電流の差動段制御型可変増幅器を 実現することができる。
以上、 この発明の種々の実施の形態が説明されてきた。 し力 しながら、 これら の実施の形態は限定的なものではなく例示的なものと考えられるべきである。 こ の発明の範囲を逸脱することなく種々の変形が可能である。 従って、 この発明の 範囲は、 請求の範囲の記載に従って決定されるべきである。 産業上の利用可能性
本発明の差動対制御型可変利得増幅器は、 無線通信機において適用可能である。 特に、 携帯電話などの通信機能を有する携帯端末機器に対して適用すること よ り、 その消費電流が低減されるため、 効果的である。'

Claims

請求の範囲
1. 利得制御信号を制御ノードに受ける第 1のトランジスタ (21) と前記第 1のトランジスタと差動対をなす第 2のトランジスタ (20) とを含み、 前記利 得制御信号に基づく利得を入力信号に与えて出力信号を生成する差動段、 . 前記差動段に結合され、 前記利得に応じて前記差動段の駆動電流を可変する可 変電流源回路 (30) を備える、 可変利得増幅器。
2. 前記可変電流源回路 (30) は、 前記差動段の利得が小さいとき前記駆動 電流を小さくする、 請求の範囲 1記載の可変利得増幅器。
3. 前記可変電流源、回路 (30) は、 前記駆動電流を決定する電流源トランジ スタ (Q 2) と、 前記電流源トランジスタの駆動電流を制御する電流制御信号を 前記利得制御信号から生成する制御信号生成回路 (3 2) とを含む、 請求の範囲 1記載の可変利得増幅器。
4. 前記可変電流源回路 (30) は、 前記電流制御信号に基づいて電流を駆動 する入力トランジスタ (33) と、 前記入力トランジスタの駆動電流によりその 駆動電流が決定される第 1のカレントミラー回路 (34) と、 前記第 1のカレン トミラー回路の駆動電流によりその駆動電流が決定され、 前記電流源トランジス タ (Q 2) と第 2のカレントミラー回路を構成する出力トランジスタ (Q 1) と を含む、 請求の範囲 3記載の可変利得増幅器。
5. 前記入力信号は、 前記第 2のトランジスタの制御ノードに伝達される、 請 求の範囲 1記載の可変利得増幅器。
6. 前記可変電流源回路 (30) は、 前記駆動電流を決定する電流源トランジ スタ (Q2) を含み、
前記入力信号は、 前記電流源トランジスタの制御ノードに伝達される、 請求の 範囲 1記載の可変利得増幅器。
7. 信号の入力側 (1 3) から出力側 (65) の間に結合される複数段の可変 利得増幅回路 ( 10 a— 10 n) を含む可変利得増幅器であって、
前記可変利得増幅回路は、
利得制御信号を制御ノードに受ける第 1のトランジスタ (2 1) と、 前記第 1 のトランジスタと差動対を構成する第 2のトランジスタ( 2 0 )とを含み、 前記利 得制御信号に基づく利得を入力信号に与えて出力信号を生成する差動段と、 前記差動段に結合され、 前記差動段の駆動電流を決定する電流源回路(1 2 a )、 3 0 b— 3 0ん) とを備え、
前記複数段の可変増幅回路の初段の可変利得増幅回路を除く可変利得増幅回路 の少なくとも 1つの可変利得増幅回路は、 対応の電流源回路( 3 0 b— 3 0 n )が、 該可変利得増幅回路の利得に応じてその駆動電流が変化する、 可変利得増幅器。
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