WO2004012329A1

WO2004012329A1 - 利得可変増幅器

Info

Publication number: WO2004012329A1
Application number: PCT/JP2003/008770
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Katsunaga; Hiroshi Miyagi
Original assignee: Toyota Industries Corp; Nigata Semitsu Co Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; NSC Co Ltd
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2005-01-30
Also published as: JP2004064491A; TW200405655A

Abstract

入力信号が入力される差動増幅回路（１３）及び（１４）のそれぞれのダイナミックレンジが等しくなるように、差動増幅回路（１３）を構成するトランジスタのゲート幅／ゲート長を、差動増幅回路（１４）を構成するトランジスタのゲート幅／ゲート長よりも大きくしたり、また、差動増幅回路（１３）を構成するトランジスタの電子移動度を、差動増幅回路（１４）を構成するトランジスタの移動度よりも大きくしたり、また、差動増幅回路（１３）を構成するトランジスタのゲート酸化膜容量を、差動増幅回路（１４）を構成するトランジスタのゲート酸化膜容量よりも大きくしたりする。

Description

明細書利得可変増幅器技術分野

本発明は、利得可変増幅器に関し、例えば、入力信号の信号レベルの変化に応じて利得を可変し、出力信号の信号レベルを一定に保つ AG C (Au t orn a t i c Ga i n C o n t r o l) 回路における利得可変増幅器に関する _c 背景技術

図 1は、従来の利得可変増幅器を模式的に示す図である。

図 1に示す利得可変増幅器 70は、例えば、入力信号の信号レベル（以下、入力レベルとする) の大小に応じて利得を変化させ、出力信号の信号レベル (以下、出力レベルとする）を一定にする AG C回路などに適応される。なお、利得可変増幅器の最小利得は 0倍以上であって、利得の下限値は予め最大入力. レベルに対応して設定されている。

図 1に示すように、利得可変増幅器 70は、定電流源 71と、差動増幅回路 72、 73、及び 74とから構成されるギルバートセル型増幅器である。差動増幅回路 72には、制御電圧 V i p及び制御基準電圧 V i nが入力され、差動増幅回路 73及び 74には、それぞれ入力信号 V i n p及び入力反転信号 V i nnが入力される。利得可変増幅器 70は、制御電圧 V i pと制御基準電圧 V i nとの電圧差 lV aと、入力信号 V i n pと入力反転信号 V i n nとの電圧差 lV i及び一 !V iとが掛け合わされ、出力信号 V o u t n及ぴ出力反転信号 V o u t pを出力する。また、定電流源 71で生成される制御電流 I s sは、差動増幅回路 72を駆動させ、制御電流 I d d 1と制御電流 I d d 2とに分かれ、それぞれ差動増幅回路 7 3及び差動増幅回路 7 4を駆動させる。そして、利得可変増幅器 7 0は、入力レベルに応じて、出力レベルが一定になるように、制御電圧 V i pを変ィヒさせる。すなわち、入力レベルが大きい信号が入力されると、利得を小さくするような制御電圧 V i pを差動増幅回路 7 2に入力し、反対に、入力レベルが小さい信号が入力されると、利得を大きくするような制御電圧 V i pを差動増幅回路 7 2に入力し、出力レベルを一定に保つ。

しかしながら、上述の利得可変増幅器 7 0は、入力レベルの大きな信号が入力されると、全高調波歪率が悪ィヒすることがある。すなわち、利得可変増幅器 7 0に入力される信号の入力レベル（例えば、入力電圧差）が利得可変増幅器 7 0の持つ入力ダイナミックレンジ（以下、ダイナミックレンジとする）よりも大きレ、場合に出力信号が歪むことがある。

下記に示す数式 1は、利得可変増幅器 7 0における入力電圧差 I lV i I (以下、 lv iとする)' とダイナミックレンジとの関係を示す式である。

【数 1】

Ida丄

AVi≤ A

fw) 数式 1の左辺は、入力電圧差 lv iを示し、右辺は、ダイナミックレンジを示している。また、 Aは、利得可変増幅器 7 0を構成するトランジスタの特十生などに関する定数を、 I d d 2は、差動増幅回路 7 4を駆動させる制御電流を、 Wは、利得可変増幅器 7 0を構成するトランジスタのゲート幅を、 Lは、利得可変増幅器 7 0を構成するトランジスタのゲート長を示している。

数式 1に示すように、従来の利得可変増幅器 7 0のダイナミックレンジは、制御電流 I d d 2に基づいて決っていた。

図 2は、利得可変増幅器 7 0における制御電圧差 V aと、入力レベル（入力電圧差） lV iと、制御電流 I s s ( I d d 1及び I d d 2 ) と、利得との関係を示す図である。

図 2 Aに示すグラフは、横軸が制御電圧差 aを、縦軸が利得可変増幅回路 7 0に入力される信号の入力レベル iを示している。また、図 2 Bに示すグラフは、横軸が制御電圧差 lV aを、縦軸が差動増幅回路 7 3及ぴ 7 4のそれぞれの制御電流 I d d 1及び I d d 2を示している。また、図 2 Cは、横軸が制御電圧差 aを、縦軸が利得可変増幅器 7 0全体の利得を示している。図 2 Bが示すように、制御電流 I d d 2の電流量は、制御電流 I d d 1の電流量よりも小さい。これより、上記数式 1が示すように、利得可変増幅器 7 0 の全体のダイナミックレンジは、制御電流の小さい差動増幅回路 7 4のダイナミックレンジと等しい大きさであった。

そして、従来の利得可変増幅器 7 0のダイナミックレンジは、常にダイナミックレンジが小さい方の差動増幅回路 7 4に基づいて決っていたので、ダイナミックレンジより入力電圧差 v iが大きい場合は、ダイナミックレンジの範囲外にある入力電圧差分の入力信号がカットされ、出力信号に歪みが生じる場合が少なくなかった。

そして、このように、出力信号の歪率を悪化させないために、ダイナミックレンジを大きくする必要がある。従来では、ダイナミックレンジを大きくするために、定電流源 7 1の制御電流 I s sの電流量を多くしていた。このように、制御電流 I s sの電流量を多くすることによって、差動増幅回路 7 4に流れる制御電流 I d d 2の電流量を増やし、数式 1に示すダイナミックレンジも大きくさせ、出力信号の歪みの悪化を抑えていた。

また、従来では、制御電流 I s sの電流量を増やす他に、上記数式 1に示す W/ Lを小さくすることで、ダイナミックレンジを大きくし、出力信号の歪率の悪化を抑えていた。このように、従来では、定電流源 I s sの電流量を増やしたり、利得可変増 Φ畐器 7 0を構成するトランジスタの W/ Lを小さくしたりすることによって、ダイナミックレンジを大きくし、出力信号の歪みを抑えていた。

しかしながら、定電流源 I s sの電流量を増やすことや利得可変増幅器 7 0 の構成を変えることで、回路全体の消費電流が増大したり、低電圧動作が困難になったりしていた。低電圧動作が困難になるとは、例えば、可変利得増幅器 7 0を構成するトランジスタの W/ Lを小さくすることによって、ゲート電圧 V g sが大きくなり、低い電圧での動作が難しくなつてしまうことがある。また、消費電流が増大することによつても、ゲート電圧 V g sを増大させ、低い電圧での動作を困難にさせる。

このように、従来の利得可変増幅器 7 0では、定電流源 I s sの電流量を増やしたり、トランジスタの WZ Lを小さくしたりすることによって、差動増幅回路 7 4のダイナミックレンジを大きくし、出力信号の歪率の悪化を抑えることができたが、新たに、消費電力の増大や低電圧動作が困難になるという問題を発生させていた。

そこで、本発明では、上記問題点を考慮し、出力レベルを一定にする AG C 回路において、消費電流の増大を抑えつつ、低電圧動作が可能で出力信号に歪みが少ない利得可変増幅器を提供することを目的とする。発明の開示

上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。すなわち、本発明の利得可変増幅器は、入力信号に基づいて利得を可変し、出力信号の出力レベルを一定に保つ利得可変増幅器であって、上記入力信号が入力される 2つの差動増幅回路のそれぞれのダイナミックレンジを等しくしている。 ' また、上記利得可変増幅回路は、利得が 0以外の最小利得において、一方の差動増幅回路の制御電流が他方の差動増幅回路の制御電流に対して相対的に多くすることによって、上記入力信号が入力される 2つの差動増幅回路のそれぞれのダイナミックレンジが等しくなるように設定されることが望ましい。これより、本発明の利得可変増幅器のダイナミックレンジを、ダイナミックレンジの小さい方の差動増幅回路に基づいて全体のダイナミックレンジが決つていた従来の利得可変増幅器のダイナミックレンジよりも大きくすることができるので、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。

また、一方の差動増幅回路の制御電流のみを増加させて、 2つの差動増幅回路のそれぞれのダイナミックレンジが等しくなるように設定しているので、低電圧動作を可能にさせる。

また、本発明の利得可変増幅器は、 2つのトランジスタを備え、利得を可変するための制御信号が入力される第 1の差動増幅回路と、該第 1の差動増幅回路を駆動するための電流を生成する第 1の定電流源と、 2つのトランジスタを備え、上記第 1の定電流源が生成する電流を所定の比で分けた内の大きい比の電流により駆動し、入力信号を上記制御信号に基づいて増幅する第 2の差動增幅回路と、 2つのトランジスタを備え、上記所定の比で分けた内の小さい比の電流により駆動し、入力信号を上記制御信号に基づいて増幅する第 3の差動増幅回路とを備え、上記第 2の差動増幅回路のダイナミックレンジと上記第 3の差動増幅回路のダイナミックレンジとが等しいことを特徴とする。

本発明の利得可変増幅器は、例えば、上記第 1の差動増幅回路は、 2つのトランジスタから構成され、それぞれのドレインが共通接続されると共に、上記定電流源と接続される。また、上記第 2の差動増幅回路は、 2つのトランジスタから構成され、それぞれのドレインが共通接続されると共に、上記第 1の差動増幅回路の一方のトランジスタのソースに接続される。また、上記第 3の差動増幅回路は、 2つのトランジスタから構成され、それぞれのドレインが共通接続されると共に、上記第 1の差動増幅回路の他方のトランジスタのソースに接続される。また、上記第 2の差動増幅回路の一方のトランジスタのゲートと上記第 3の差動増幅回路の一方のトランジスタのゲートとが共通接続される。また、上記第 1の差動増幅回路、上記第 2の差動増幅回路、及び上記第 3の差動増幅回路の接続方法は、上述の接続方法の他にも力レントミラー接続ゃフォールテツドカスコード接続などを利用する様々な接続方法がある。

このような利得可変増幅器の第 2の差動増幅回路のダイナミックレンジと第 3の差動増幅回路のダイナミックレンジとを等しくすることによって、第 2の差動増幅回路のダイナミックレンジは、従来における第 2の差動増幅回路のダイナミックレンジより小さくなり、第 3の差動増幅回路のダイナミックレンジは、従来における第 3の差動増幅回路のダイナミックレンジより大きくすることができるので、本発明の利得可変増幅器全体のダイナミックレンジを、従来の利得可変増幅器全体のダイナミックレンジよりも大きくすることができる。これより、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。 .

また、

ト幅と^^ト長との]:!^を、

¾ )タナミックレンジと |應 3 タナミックレンジと縛しくするようにしてもよレヽ。

このように、定電流源の電流量を変えずに、第 2の差動増幅回路のゲートとゲート長との比率のみを大きくして、それぞれの差動増幅回路のダイナミックレンジの大きさを等しくしているので、低電圧動作を困難にさせずに、本発明の利得可変増幅器全体のダイナミックレンジを従来の利得可変増幅器全体のダイナミックレンジよりも大きくすることができ、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。また、上記利得可変増幅器は、上記第 2の差動増幅回路の電子移動度を、上記第 3の差動増幅回路の電子移動度より大きくし、上記第 2の差動増幅回路のダイナミックレンジと上記第 3の差動増幅回路のダイナミックレンジとを等しくするようにしてもよい。

このように、定電流源の電流量を変えずに、第 2の差動増幅回路の電子移動度のみを大きくして、それぞれの差動増幅回路のダイナミックレンジの大きさを等しくしているので、低電圧動作を困難にさせずに、本発明の利得可変増幅器全体のダイナミックレンジを従来の利得可変増幅器全体のダイナミックレンジよりも大きくすることができ、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。

また、上記利得可変増幅器は、上記第 2の差動増幅回路のゲート酸化膜容量を、上記第 3の差動増幅回路のゲート酸化膜容量より大きくし、上記第 2の差動増幅回路のダイナミックレンジと上記第 3の差動増幅回路のダイナミックレンジとを等しくするようにしてもよレ、。

.このように、定電流源の電流量を変えずに、第 2の差動増幅回路のゲート酸化膜容量のみを大きくして、それぞれの差動増幅回路のダイナミックレンジの大きさを等しくしているので、低電圧動作を困難にさせずに、本発明の利得可変増幅器全体のダイナミックレンジを利得可変増幅器全体のダイナミックレンジょりも大きくすることができ、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。

また、上記利得可変増幅器は、上記第 2の差動増幅回路を駆動させる電流比と、上記第 3の差動増幅回路を駆動させる電流比とを等しくさせる電流を生成する第 2の定電流源を上記第 3の差動增幅回路に接続して構成してもよい。これより、それぞれの差動増幅回路に流れる電流の比が等しくなり、それぞれのダイナミックレンジの大きさも等しくなるので、本発明の利得可変増幅器全体のダイナミックレンジを従来の利得可変増幅器全体のダイナミックレンジよりも大きくすることができ、出力信号の歪率の悪ィ匕を抑えることが可能となる。図面の簡単な説明

本発明は、後述する詳細な説明を、下記の添付図面と共に参照すればより明らかになるであろう。

図 1は、従来の利得可変増幅器を模式的に示す図である。

図 2は、利得可変増幅器における制御電圧差 lV aと、入力レベル lV iと、制御電流 I s sと、利得との関係を示す図である。

図 3は、本発明の実施形態における利得可変増幅器を模式的に示す図である。図 4は、利得可変増幅器の具体的な回路構成の一例を示す図である。

図 5は、他の実施形態である利得可変増幅器を示す図である。

図 6は、利得可変増幅器における各差動増幅回路の他の接続構成を示す図である。. .

図 7は、利得可変増幅器における各差動増幅回路の他の接続構成を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図 3は、本発明の実施形態における利得可変増幅器を模式的に示す図である。図 3に示す利得可変増幅器 1 0は、従来の利得可変増幅器 7 0と同様に、例えば、入力信号レベルの大小に応じて利得を変化させ、出力信号レベルを一定にする A G C回路などに適応される。また、利得可変増幅器の最小利得は、 0 よりも大きく、想定される最大入力レベルに基づいて設定される。図 3に示すように、利得可変増幅器 1 0は、定電流源 1 1と、差動増幅回路 1 2、 1 3、及び 1 4とから構成される増幅器である。差動増幅回路 1 2には、制御電圧 V i p及び制御基準電圧 V i nが入力され、差動増幅回路 1 3及び 1 4には、それぞれ入力信号 V i n p及び入力反転信号 V i n nが入力される。利得可変増幅器 1 0は、制御電圧 V i pと制御基準電圧 V i nとの電圧差 lV aと、入力信号 V i n pと入力反転信号 V i n nとの電圧差 i及ぴー lV iとが掛け合わされ、出力信号 V o u t n及ぴ出力反転信号 V o u t pを出力する。また、定電流源 1 1で生成される制御電流 I s sは、差動増幅回路 1 2 を駆動させ、制御電流 I d d 1と制御電流 I d d 2とに分かれ、それぞれ差動増幅回路 1 3及び差動増幅回路 1 4を駆動させる。そして、利得可変増幅器 1 0は、入力レベルに応じて、出力レベルが一定になるように、制御電圧 V i p を変化させる。すなわち、入力レベルが大きい信号が入力されると、利得を小さくするような制御電圧 V i pを差動増幅回路 1 2に入力し、反対に、入力レベルが小さい信号が入力されると、利得を大きくするような制御電圧 V i pを差動増幅回路 1 2に入力し、出力レベルを一定に保つ。

そして、本実施形態の利得可変増幅器 1 0の特徴とする点は、利得が 0以外の最小利得時において、差動増幅回路 1 3及ぴ 1 4のダイナミ

しくなるように、差動増幅回路 1 3及び 1 4のそれぞれのダイナミックを個々に調整する点である。

また、定電流源 1 1の電流量を変えずに、差動増幅回路 1 3及び 1 4のダイナミックレンジを等しくするので、消費電流の増大を抑えることができる。また、差動増幅回路 1 3における制御電流を流れやすくして、差動増幅回路 1 3及ぴ 1 4のダイナミックレンジを等しくするので、低電圧動作を困難にさせることを防止することができる。

すなわち、差動増幅回路 1 3のダイナミックレンジは、従来の差動増幅回路 73のダイナミックレンジより小さくなるが、差動増幅回路 14のダイナミックレンジは、従来の差動増幅回路 74のダイナミックレンジより大きくなるので、利得可変増幅器 10全体のダイナミックレンジは、差動増幅回路 73に基づいて全体のダイナミックレンジが決っていた従来の利得可変増幅器 70よりもダイナミックレンジを大きくすることができる。そして、このように、従来の利得可変増幅器 70よりダイナミックレンジを大きくすることができるので、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。

次に、定電流源 1 1の電流量を変えずに、差動増幅回路 13及び 14のそれぞれのダイナミックレンジの大きさを等しくさせるための方法を説明する。図 4は、利得可変増幅器 10の具体的な回路構成の一例を示す図である。図 4に示すように、利得可変増幅器 1 0は、定電流源 1 1 (第 1の定電流源）と、 MOSFET (Me t a l—Ox i d e S em i c o n d u c t o r F i e l d E f f e c t T r a n s i s t o r。以下、トランジスタという） 30及ぴ 31からなる差動増幅回路 12 (第 1の差動増幅回路）と、トラ.ンジスタ 32及ぴ 33から構成され、トランジスタ 30のソースに接続される差動増幅回路 13 (第 2の差動増幅回路）と、トランジスタ 34及び 35 から構成され、トランジスタ 31のソースに接続される差動増幅回路 14 (第 3の差動増幅回路）と、抵抗 36とから構成される。

図 4に示す利得可変増幅器 10は、差動増幅回路 1 3及び 14に入力される入力信号 i n及ぴ * i n (入力反転信号）は、トランジスタ 30に入力される制御電圧（例えば、上記制御電圧 V i pに相当）とトランジスタ 31に入力される制御基準電圧（例えば、上記制御電圧 V i nに相当）との電圧差 lVaに基づいて増幅され、出力信号として OUT及び * OUT (出力反転信号）が出力される。

下記の数式 2は、差動増幅回路 1 3の持つダイナミックレンジと入力電圧差 ZlV iとの関係を示す式であり、下記の数式 3は、上記差動増幅回路 1 4におけるダイナミックレンジと入力電圧差 V iとの関係を示す式である。

【数 2】

【数 3】

なお、 W 2は、トランジスタ 3 2及び 3 3のゲート幅を示し、 W 3は、トランジスタ 3 4及び 3 5のゲート幅を示し、 L 2は、トランジスタ 3 2及び 3 3 のゲート長を示し、 L 3は、トランジスタ 3 4及ぴ 3 5のゲート長を示し、 μ 2は、トランジスタ 3 2及び 3 3の電子移動度を示し、 /ζ 3は、トランジスタ 3 4及ぴ？ 5の電子移動度を示し、 C o x 2は、トランジスタ 3 2及ぴ 3 3のゲート酸化膜容量を示し、 C o x 3は、トランジスタ 3 4及び 3 5のゲート酸化膜容量を示している。

差動増幅回路 1 3及び 1 4のそれぞれのダイナミックレンジを等しくする場合、数式 2及ぴ数式 3より下記の数式 4となる。

【数 4】

そして、数式 4より下記の数式 5が得られる。

【数 5】

そして、数式 5において、制御電流 I d d 'lが常に制御電流 I d d 2よりも大きいことより、下記の数式 6を得る（図 2 (b) 参照）。なお、数式 6を満たす場合、数式 5において、（； u 2 C o x 2) / (μ 3 C o X 3) がほぼ 1になるように、各 μや各 C ο Xを設定する。すなわち、例えば、 μ 2 = μ 3、且つ、 C ο X 2 =C ο X 3となるように、各や各 C o Xを設定する。

そして、数式 5及ぴ数式 6を満たすように、 W2、 W3、 L 2、及ぴ L 3を設定する。例えば、 I d d l / I d d 2 = 2、 (W 2 / L 2 ) / (W3 L 3 ) = 2、及ぴ I d d l〉 I d d 2という条件のもとで各 W、 Lを設定すれば、数式 4が満たされるので、ダイナミックレンジを等しくすることができる。

このように、数式 5及ぴ数式 6を満たすように、トランジスタ 3 2〜3 5の各グート幅と ^ゲート長を調整することによって、数式 4を満たすことができるので、制御電流 I s sの電流量を変えずに、従来の利得可変増幅器 7 0のダイナミックレンジよりもダイナミックレンジを大きくすることができる。これより、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。また、トランジスタ 3 2及ぴ 3 3の各ゲート幅又は各ゲート長のみを調整し、差動増幅回路 1 3の制御電流を差動増幅回路 1 4に対して相対的に増やすように構成することによつて、制御電流 I s sの電流量を増大させないので、ゲート電圧 V g sが増大し、低電圧動作を困難にさせることを抑えることができる。

なお、利得可変増幅器 1 0において、差動増幅回路 1 3を構成するトランジスタ 3 2及び 3 3のそれぞれの WZLは等しく、また、差動増幅回路 1 4を構成するトランジスタ 3 4及び 3 5のそれぞれの W/Lも等しく構成される。また、 W2ZL 2及び W3/L 3の値が小さいと、差動増幅回路 13又は 14のグート電圧 V g sが大きくなり、低い電圧での動作が難しくなつてしまうので、 W2/L 2及び W3/L 3の値は、できるだけ大きくすることが望ましい。そして、差動増幅回路 13の方の W 2 ZL 2を大きくする場合は、差動増幅回路 13のゲート電圧 Vg sも差動増幅回路 14のゲート電圧 Vg sも小さくならないので、低電圧動作を困難にさせることを抑えることができる。

【数 6】

W2 W3

L2 L3

また、上記数式 5において、制御電流 I d d 1が制御電流 I d d 2よりも大きいことより下記の数式 7を得る（図 2 (b) 参照）。なお、数式 7を満たす場合、数式 5において、（C o X 2 (W 2 / L 2 ) ) / (C o x 3 (W3/L 3)) がほぼ 1になるように、各 W/Lや各 C o Xを設定する。すなわち、例えば、（W2/L2) = (W3/L3)、且つ、 Co x 2 = Co x 3となるように、各 WZLや各 C o Xを設定する。

そして、数式 5及び数式 7を満たすように、 μ 2及び μ 3を設定する。例えば、 I d d lZl d d 2 = 2、 μ 2/ ιχ 3 = 2, 及ぴ I d d l > I d d 2という条件のもとで μ 2及び ^ 3を設定すれば、数式 4が満たされるので、ダイナミックレンジを等しくすることができる。

このように、数式 5及び数式 7を満たすように、トランジスタ 32及び 33 の各電子移動度を調整することによって、数式 4を満たすことができるので、制御電流 I s sの電流量を変えずに、従来の利得可変増幅器 70のダイナミツクレンジよりもダイナミックレンジを大きくすることができる。これより、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。また、トランジスタ 32及び 33の各電子移動度のみを調整し、差動増幅回路 13の制御電流を差動増幅回路 1 2の制御電流に対して、相対的に増やすように構成することによって、低電圧動作を困難にさせることを抑えることができる。

【数 7】

μ2 > μ3

また、上記数式 5において、制御電流 I d d 1が制御電流 I d d 2よりも大きいことより下記の数式 8を得る（図 2 (b) 参照）。なお、数式 8を満たす場合、数式 5において、（μ 2 (W 2 / L 2 ) ) / (μ 3 (W3/L 3)) がほぼ 1になるように、各 W/Lや各 / を設定する。すなわち、例えば、（W2

L 2) = (W 3 / L 3 )、且つ、 μ 2 = μ 3となるように、各 W/Lや各 μを設定する。 ' そして、数式 5及び数式 8を満たすように、 C ο X 2及ぴ C ο X 3を設定する。例えば、 I d d l/ I d d 2 = 2、 C o x 2/C o x 3 = 2、及ぴ I d d 1 > I d d 2という条件のもとで C o x 2及び C o x 3を設定すれば、数式 4 が満たされるので、ダイナミックレンジを等しくすることができる。

このように、数.式 5及び数式 8を満たすように、トランジスタ 3 2及ぴ 3 3 の各グート酸化膜容量を調整することによって、数式 4を満たすことができるので、制御電流 I s sの電流量を変えずに、従来の利得可変増幅器 7 0のダイナミックレンジよりもダイナミックレンジを大きくすることができる。これより、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。また、トランジスタ 3 2及び 3 3の各グート酸化膜容量のみを調整し、差動増幅回路 1 3の制御電流を相対的に増やすように構成することによって、低電圧動作を困難にさせることを抑えることができる。

【数 8】

Cox2 > Cox3

このように、差動増幅回路 1 3及ぴ 1 4のそれぞれのダイナミックレンジが等しくなるように、差動増幅回路 1 3を構成するトランジスタのゲート幅ゲート長の値を、差動増幅回路 1 4を構成するトランジスタのゲート幅 Zゲート長の値よりも大きくしたり、また、差動増幅回路 1 3を構成するトランジスタの電子移動度を、差動増幅回路 1 4を構成するトランジスタの移動度よりも大きくしたり、また、差動増幅回路 1 3を構成するトランジスタのゲート酸化膜容量を、差動増幅回路 1 4を構成するトランジスタのゲート酸化膜容量よりも大きくしたりすることによって、消費電流を変えずに、且つ、低電圧動作を困難にさせずに、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。

また、 I d d 1 > I d d 2という条件を満たしつつ、差動増幅回路 1 3及ぴ 1 4のそれぞれのダイナミックレンジが等しくなるように制御電流 I d d 2を増加させてもよい。すなわち、下記の数式 9が示すように、制御電流 I d d 2 に電流 I αを加えることによって、その制御電流 I (1 (1 2 +電流1 αの電流量が制御電流 I d d 1の電流量と等しくなるように、差動増幅回路 1 4に流す電流の量を増加させてもよい。

【数 9】 .

Iddl = Iddl + la (但し、腿 > Iddl)

図 5は、上記数式 9を満たすための他の実施形態である利得可変増幅器 4 0 を示す図である。

図 5に示す利得可変増幅器 4 0の差動増幅回路 1 4には、制御電流 I d d 2 の他に電流 I ο;を流すための定電流源 4 1 (第 2の定電流源）が接続されている。

このように、差動増幅回路 1 4に定電流原4 1を設け、差動増幅回路 1 3及び 1 4のそれぞれのダイナミックレンジを等しくさせることにより、従来の利得可変増幅器 7 0全体のダイナミックレンジよりも本実施形態の利得可変増幅器 4 0全体のダイナミックレンジを大きくすることができ、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。

また、図 6は、図 4の利得可変増幅器 1 0における各差動増幅回路の他の接続構成を示す図である。

図 6に示すように、利得可変増幅器 5 0は、差動増幅回路 1 2の出力部に、トランジスタ 5 1から構成するカレントミラー回路 5 2 (破線部 D) を設け、差動増幅回路 1 3及び 1 4を電源側に折り返している。

このように、カレントミラー回路 5 2で差動増幅回路 1 3及び 1 4を電源側に折り返すことによって、電源〜グラウンド（g n d ) 間に縦につながるトランジスタの段数を少なくすることができるので、利得可変増幅器 1 0のダイナミックレンジを更に大きくすることが可能となる。

また、他に電¾1〜グラウンド間に縦につながるトランジスタの段数を少なくする構成として、図 7のように構成することができる。

図 7は、図 4の利得可変増幅器 1 0における各差動増幅回路の他の接続構成を示す図である。

図 7に示すように、利得可変増幅器 6 0は、差動増幅回路 1 2の出力部に、トランジスタ 6 1から構成されるフォールテツドカスコード回路 6 2 (破線部 E ) を設け、差動増幅回路 1 3及び 1 4を電源側に折り返している。

このように、フォールテツドカスコード回路 6 2で差動増幅回路 1 3及ぴ 1 4を電源側に折り返すことによって、電源〜グラウンド間に縦につながるトランジスタの段数を少なくすることができるので、利得可変増幅器 1 0のダイナミックレンジを更に大きくすることが可能となる。

なお、本実施形態の利得可変増幅器 1 0では、差動増幅回路 1 3を構成するトランジスタ 3 2及び 3 3のそれぞれの W/ Lや差動増幅回路 1 4を構成するトランジスタ 3 4及び 3 5のそれぞれの W/ Lを等しい比率で構成しているが、上記数式 4のように、差動増幅回路 1 3のダイナミックレンジと差動増幅回路 1 4のダイナミックレンジとが等しく構成できれば、トランジスタ 3 2〜3 5 の個々の WZ Lの比率は特に限定されない。すなわち、差動増幅回路 1 3及ぴ差動増幅回路 1 4のそれぞれのダイナミックレンジを等しくなるように構成することができれば、例えば、トランジスタ 3 2の W/ Lとトランジスタ 3 3の W/ Lとを異なる大きさに設定してもよい。

しかしながら、トランジスタ 3 2〜3 5のそれぞれの W/ Lの大きさを異なる大きさで構成するよりも、上述の本実施形態の利得可変増幅器のように、トランジスタ 3 2及び 3 3のそれぞれの WZ Lの比率が等しくなるように差動增幅回路 1 4を構成し、トランジスタ 3 4及び 3 5のそれぞれの W/ Lの比率が等しくなるように差動増幅回路 1 4を構成する方が、各トランジスタを製造する際の半導体製造工程を簡単にすることができる。

また、本実施形態の利得可変増幅器 1 0では、差動増幅回路 1 2、 1 3及ぴ 1 4を MO S F E Tで構成しているが、バイポーラトランジスタで差動増幅回路 1 2、 1 3、及び 1 4を構成してもよく、この場合、差動増幅回路 1 3及ぴ 1 4を構成す.るそれぞれのバイポーラトランジスタのエミッタサイズ比を変更することによって、差動増幅回路 1 3及ぴ差動増幅回路 1 4のそれぞれのダイナミックレンジを等しくさせる。

本発明の利得可変増幅器によれば、利得が 0以外の最小利得時において、入力信号が入力される 2つの差動増幅回路のそれぞれのダイナミックレンジを等しくすることで、利得可変増幅器全体のダイナミックレンジを従来の利得可変増幅器全体のダイナミックレンジよりも大きくすることができるので、出力信号の歪率の悪化を抑えることが可能となる。

また、 2つの差動増幅回路の内の一方の差動増幅回路の制御電流を他方の差動増幅回路の制御電流よりも相対的に増やすことによって、 2つの差動増幅回路のそれぞれのダイナミックレンジを等しくさせるので、消費電流の増大を抑えつつ、低電圧動作を困難にさせることを抑えることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 入力信号に基づいて利得を可変し、出力信号の出力レベルを一定に保つ利得可変増幅器であって、

上記入力信号が入力される 2つの差動增幅回路のそれぞれのダイナミックレンジが等しいことを特徴とする利得可変増幅器。

2. 請求の範囲第 1項に記載の利得可変増幅回路であって、

当該利得可変増幅器の利得が 0以外の最小利得において、一方の差動増幅回路の制御電流を他方の差動増幅回路の制御電流に対して相対的に増加させて、上記 2つの差動増幅回路のそれぞれのダイナミックレンジが等しくなるように設定されることを特徴とする利得可変増幅器。

3 . 2つのトランジスタを備え、利得を可変するための制御信号が入力される第 1の差動増幅回路と、 . . 上記第 1の差動増幅回路を駆動するための電流を生成する第 1の定電流源と、 2つのトランジスタを備え、上記第 1の定電流源が生成する電流を所定の比で分けた内の大きい比の電流により駆動し、入力信号を上記制御信号に基づいて増幅する第 2の差動増幅回路と、

2つのトランジスタを備え、上記所定の比で分けた電流の内の小さい電流により駆動し、入力信号を上記制御信号に基づいて増幅する第 3の差動増幅回路と、

を備え、

上記第 2の差動増幅回路のダイナミックレンジと上記第 3の差動増幅回路のダイナミックレンジとが等しいことを特徴とする利得可変増幅器。

4 . 請求の範囲第 3項に記載の利得可変増幅器であって、上記第 2の差動増幅回路のゲート幅とゲート長との比率が、上記第 3の差動増幅回路のゲート幅とゲート長との比率より大きく、上記第 2の差動増幅回路のダイナミックレンジと上記第 3の差動増幅回路のダイナミックレンジとが等しいことを特徴とする利得可変増幅器。

5 . 請求の範囲第 3項に記載の利得可変増幅器であって、

上記第 2の差動増幅回路の電子移動度が、上記第 3の差動増幅回路の電子移動度より大きく、上記第 2の差動増幅回路のダイナミックレンジと上記第 3の差動増幅回路のダイナミックレンジとが等しいことを特徴とする利得可変増幅

6 . 請求の範囲第 3項に記載の利得可変増幅器であって、

上記第 2の差動増幅回路のゲート酸化膜容量が、上記第 3の差動増幅回路のグート酸化 S莫容量より大きく、上記第 2の差動増幅回路のダイナミックレンジと上記第 3の差動増幅回路のダイナミックレンジとが等しいことを特徴とする利得可変増幅器。 7 · 請求の範囲第 3項に記載の利得可変増幅器であって、

上記第 2の差動増幅回路を駆動させる電流比と、上記第 3の差動増幅回路を駆動させる電流比とを等しくさせる電流を生成する第 2の定電流源を上記第 3 の差動増幅回路に接続することを特徴とする利得可変増幅器。