JP2015185892A - 可変利得増幅器 - Google Patents
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Abstract
【課題】高周波で動作させる場合でも、小電流で前段の電圧利得を得ることができる可変利得増幅器を得ることを目的とする。
【解決手段】電源端子1から入力電圧Vinに比例する電流を引き込む単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−Nが並列に接続されているトランスコンダクタンスアンプアレイ10と、単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−Nのオンオフを制御する制御部13と、電源端子1から引き込まれた電流を単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nと出力端子6,7に分流する電流分流器14−1〜14−(N−1)を備える。
【選択図】図1
【解決手段】電源端子1から入力電圧Vinに比例する電流を引き込む単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−Nが並列に接続されているトランスコンダクタンスアンプアレイ10と、単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−Nのオンオフを制御する制御部13と、電源端子1から引き込まれた電流を単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nと出力端子6,7に分流する電流分流器14−1〜14−(N−1)を備える。
【選択図】図1
Description
この発明は、利得を制御することが可能な可変利得増幅器に関するものである。
以下の特許文献1に開示されている可変利得増幅器は、複数のトランスコンダクタンスアンプが並列に接続されているトランスコンダクタンスアンプアレイの入力側に、抵抗値Rの抵抗と抵抗値2Rの抵抗とからなるノードが梯子状に接続されている抵抗ラダー回路が接続されている。
これにより、トランスコンダクタンスアンプアレイを構成している各トランスコンダクタンスアンプは、抵抗ラダー回路を構成している初段のノードから接続関係があるノードまでの抵抗によって減衰された電圧が入力され、その入力電圧に対応する電流を出力する。
また、この可変利得増幅器は、複数のトランスコンダクタンスアンプのオンオフを制御する論理制御回路を備えており、論理制御回路は、外部から与えられる制御ワードにしたがって選択的に複数のトランスコンダクタンスアンプのイネーブル状態(オン/オフ状態)を設定している。
これにより、トランスコンダクタンスアンプアレイを構成している各トランスコンダクタンスアンプは、抵抗ラダー回路を構成している初段のノードから接続関係があるノードまでの抵抗によって減衰された電圧が入力され、その入力電圧に対応する電流を出力する。
また、この可変利得増幅器は、複数のトランスコンダクタンスアンプのオンオフを制御する論理制御回路を備えており、論理制御回路は、外部から与えられる制御ワードにしたがって選択的に複数のトランスコンダクタンスアンプのイネーブル状態(オン/オフ状態)を設定している。
従来の可変利得増幅器は以上のように構成されているので、抵抗ラダー回路を構成する各ノードにおける抵抗の抵抗値R1,R2と、トランスコンダクタンスアンプの入力容量との積で決まる極周波数によって動作周波数が制限される。そのため、高周波で動作させるには、各ノードにおける抵抗の抵抗値R1,R2を小さくする必要があるが、抵抗値R1,R2を小さくすると、前段から見た負荷が小さくなるため、前段の電圧利得を得る際に電流増を招いてしまう課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高周波で動作させる場合でも、小電流で前段の電圧利得を得ることができる可変利得増幅器を得ることを目的とする。
この発明に係る可変利得増幅器は、電圧が印加される電源端子と、電源端子から入力電圧に比例する電流を引き込むトランスコンダクタンスアンプが複数並列に接続されているトランスコンダクタンスアンプアレイと、複数のトランスコンダクタンスアンプのオンオフを制御する制御部とを備え、電源端子から引き込まれた電流をトランスコンダクタンスアンプと出力端子に分流する電流分流手段を電源端子とトランスコンダクタンスアンプの間に接続するようにしたものである。
この発明によれば、電源端子から引き込まれた電流をトランスコンダクタンスアンプと出力端子に分流する電流分流手段を電源端子とトランスコンダクタンスアンプの間に接続するように構成したので、高周波で動作させる場合でも、小電流で前段の電圧利得を得ることができる効果がある。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による可変利得増幅器を示す構成図である。
図1において、電源端子1はバイアス電圧が印加される端子である。
負荷2は例えば抵抗やインダクタンスなどから構成されており、正相側の線路4と接続されている。
負荷3は例えば抵抗やインダクタンスなどから構成されており、逆相側の線路5と接続されている。
正相側の線路4は正相側の出力端子6と接続され、逆相側の線路5は逆相側の出力端子7と接続されている。
図1はこの発明の実施の形態1による可変利得増幅器を示す構成図である。
図1において、電源端子1はバイアス電圧が印加される端子である。
負荷2は例えば抵抗やインダクタンスなどから構成されており、正相側の線路4と接続されている。
負荷3は例えば抵抗やインダクタンスなどから構成されており、逆相側の線路5と接続されている。
正相側の線路4は正相側の出力端子6と接続され、逆相側の線路5は逆相側の出力端子7と接続されている。
電圧入力端子8,9は電圧Vinを入力する端子である。
トランスコンダクタンスアンプアレイ10はN個の単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−Nと、単位トランスコンダクタンスアンプ11−n(n=1,2,・・・,N)と同一の単位トランスコンダクタンスアンプが2m(m=1,2,・・・,M)個まとめられているサブアンプアレイ12−1〜12−Mとが並列に接続されている。
因みに、サブアンプアレイ12−1は2個の単位トランスコンダクタンスアンプがまとめられており、サブアンプアレイ12−Mは2M個の単位トランスコンダクタンスアンプがまとめられている。
トランスコンダクタンスアンプアレイ10はN個の単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−Nと、単位トランスコンダクタンスアンプ11−n(n=1,2,・・・,N)と同一の単位トランスコンダクタンスアンプが2m(m=1,2,・・・,M)個まとめられているサブアンプアレイ12−1〜12−Mとが並列に接続されている。
因みに、サブアンプアレイ12−1は2個の単位トランスコンダクタンスアンプがまとめられており、サブアンプアレイ12−Mは2M個の単位トランスコンダクタンスアンプがまとめられている。
単位トランスコンダクタンスアンプ11−nは相互コンダクタンスがGm(=出力電流/入力電圧)のアンプであり、制御部13によってオン状態に制御されているとき、電源端子1から入力電圧Vinに比例する電流を引き込む動作を行う。
サブアンプアレイ12−m(m=1,2,・・・,M)は、制御部13によってオン状態に制御されているとき、まとめられている2m個の単位トランスコンダクタンスアンプが同時に電源端子1から入力電圧Vinに比例する電流を引き込む動作を行う。
サブアンプアレイ12−m(m=1,2,・・・,M)は、制御部13によってオン状態に制御されているとき、まとめられている2m個の単位トランスコンダクタンスアンプが同時に電源端子1から入力電圧Vinに比例する電流を引き込む動作を行う。
制御部13は外部から与えられる制御ワードWcにしたがってトランスコンダクタンスアンプアレイ10を構成している単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−N及びサブアンプアレイ12−1〜12−Mのオンオフを制御する。
なお、サブアンプアレイ12−mに対する制御は、まとめられている2m個の単位トランスコンダクタンスアンプが同時にオンまたはオフになるように行う。
なお、サブアンプアレイ12−mに対する制御は、まとめられている2m個の単位トランスコンダクタンスアンプが同時にオンまたはオフになるように行う。
電流分流器14−1〜14−(N−1)は電源端子1と単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nの間に接続されており、電源端子1から引き込まれた電流を単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nと出力端子6,7に分流する電流分流手段を構成している。
電流分流器14−n(n=1,2,・・・,N−1)は、寸法比が1:2n−1であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が2n−1:1であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されている。
電流分流器14−n(n=1,2,・・・,N−1)は、寸法比が1:2n−1であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が2n−1:1であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されている。
第1のトランジスタであるトランジスタTr1のドレインは正相側の線路4と接続され、第2のトランジスタであるトランジスタTr2のドレインは第1のバイアスであるバイアス15と接続されている。
第3のトランジスタであるトランジスタTr3のドレインはバイアス15と接続され、第4のトランジスタであるトランジスタTr4のドレインは逆相側の線路5と接続されている。
また、トランジスタTr1,Tr2,Tr3,Tr4のソースは単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nと接続され、トランジスタTr1,Tr2,Tr3,Tr4のゲートは、第2のバイアスが印加されているバイアス端子16と接続されている。
第3のトランジスタであるトランジスタTr3のドレインはバイアス15と接続され、第4のトランジスタであるトランジスタTr4のドレインは逆相側の線路5と接続されている。
また、トランジスタTr1,Tr2,Tr3,Tr4のソースは単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nと接続され、トランジスタTr1,Tr2,Tr3,Tr4のゲートは、第2のバイアスが印加されているバイアス端子16と接続されている。
次に動作について説明する。
制御部13は、外部から与えられる制御ワードWcと、単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−N及びサブアンプアレイ12−1〜12−Mのオン/オフ状態との対応関係を示す制御テーブルを記憶している。
図2はこの発明の実施の形態1による可変利得増幅器の制御部13により記憶されている制御テーブルの一例を示す説明図である。
図2において、“1”はオン状態に制御することを示し、空白はオフ状態に制御することを示している。
制御部13は、外部から与えられる制御ワードWcと、単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−N及びサブアンプアレイ12−1〜12−Mのオン/オフ状態との対応関係を示す制御テーブルを記憶している。
図2はこの発明の実施の形態1による可変利得増幅器の制御部13により記憶されている制御テーブルの一例を示す説明図である。
図2において、“1”はオン状態に制御することを示し、空白はオフ状態に制御することを示している。
制御部13は、例えば、外部から与えられる制御ワードWcが“16”である場合、C(−1)とC(−2)だけが“1”であるため、C(−1),C(−2)に対応する単位トランスコンダクタンスアンプ11−2,11−3だけをオンに制御して、その他のトランスコンダクタンスアンプをオフに制御する。
因みに、外部から与えられる制御ワードWcが、C(M)が“1”である旨を示していれば、サブアンプアレイ12−Mを構成しているM個の単位トランスコンダクタンスアンプの全てをオンに制御する。
因みに、外部から与えられる制御ワードWcが、C(M)が“1”である旨を示していれば、サブアンプアレイ12−Mを構成しているM個の単位トランスコンダクタンスアンプの全てをオンに制御する。
トランスコンダクタンスアンプアレイ10を構成しているN個の単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−NとM個のサブアンプアレイ12−1〜12−Mのうち、電流分流器14が接続されていない単位トランスコンダクタンスアンプ11−1とサブアンプアレイ12−1〜12−Mは、主に利得を増幅する際に用いられ、電流分流器14が接続されている単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nは、主に利得を微調整する際に用いられる。
例えば、電流分流器14が接続されていない単位トランスコンダクタンスアンプ11−1とサブアンプアレイ12−Mだけがオン状態である場合には、下記に示すような電流が出力端子6,7に出力される。
まず、単位トランスコンダクタンスアンプ11−1がオン状態に制御されると、相互コンダクタンスがGmであるため、電源端子1から入力電圧Vin×Gmの出力電流を引き込む動作を行う。
これにより、Vin×Gmの電流が正相側の線路4及び逆相側の線路5を介して出力端子6,7に出力される。
まず、単位トランスコンダクタンスアンプ11−1がオン状態に制御されると、相互コンダクタンスがGmであるため、電源端子1から入力電圧Vin×Gmの出力電流を引き込む動作を行う。
これにより、Vin×Gmの電流が正相側の線路4及び逆相側の線路5を介して出力端子6,7に出力される。
また、サブアンプアレイ12−Mがオン状態に制御されると、サブアンプアレイ12−Mを構成している2M個の単位トランスコンダクタンスアンプが、電源端子1から入力電圧Vin×Gmの出力電流を引き込む動作を行う。
これにより、Vin×Gm×2Mの電流が正相側の線路4及び逆相側の線路5を介して出力端子6,7に出力される。
したがって、合計Vin×Gm×(2M+1)の電流が出力端子6,7に出力される。
これにより、Vin×Gm×2Mの電流が正相側の線路4及び逆相側の線路5を介して出力端子6,7に出力される。
したがって、合計Vin×Gm×(2M+1)の電流が出力端子6,7に出力される。
また、例えば、電流分流器14−1が接続されている単位トランスコンダクタンスアンプ11−2と電流分流器14−2が接続されている単位トランスコンダクタンスアンプ11−3だけがオン状態である場合には、下記に示すような電流が出力端子6,7に出力される。
まず、単位トランスコンダクタンスアンプ11−2がオン状態に制御されると、相互コンダクタンスがGmであるため、電源端子1から入力電圧Vin×Gmの出力電流を引き込む動作を行う。
しかし、単位トランスコンダクタンスアンプ11−2に接続されている電流分流器14−1は、寸法比が1:1(=21−1)であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が1(=21−1):1であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されている。
このため、電源端子1からVin×Gmの電流が引き込まれるが、電流分流器14−1によって、Vin×Gmの電流が1:1の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−2と出力端子6,7に分流される。
その結果、Vin×Gm/2の電流が正相側の線路4及び逆相側の線路5を介して出力端子6,7に出力される。
まず、単位トランスコンダクタンスアンプ11−2がオン状態に制御されると、相互コンダクタンスがGmであるため、電源端子1から入力電圧Vin×Gmの出力電流を引き込む動作を行う。
しかし、単位トランスコンダクタンスアンプ11−2に接続されている電流分流器14−1は、寸法比が1:1(=21−1)であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が1(=21−1):1であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されている。
このため、電源端子1からVin×Gmの電流が引き込まれるが、電流分流器14−1によって、Vin×Gmの電流が1:1の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−2と出力端子6,7に分流される。
その結果、Vin×Gm/2の電流が正相側の線路4及び逆相側の線路5を介して出力端子6,7に出力される。
また、単位トランスコンダクタンスアンプ11−3がオン状態に制御されると、相互コンダクタンスがGmであるため、電源端子1から入力電圧Vin×Gmの出力電流を引き込む動作を行う。
しかし、単位トランスコンダクタンスアンプ11−3に接続されている電流分流器14−2は、寸法比が1:3(=22−1)であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が3(=22−1):1であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されている。
このため、電源端子1からVin×Gmの電流が引き込まれるが、電流分流器14−2によって、正相側では、Vin×Gmの電流が1:3の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子6に分流される。
また、逆相側では、Vin×Gmの電流が3:1の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子7に分流される。
その結果、Vin×Gm/4の電流が正相側の線路4を介して出力端子6に出力され、3×Vin×Gm/4の電流が逆相側の線路5を介して出力端子7に出力される。
したがって、正相側には、合計3×Vin×Gm/4(=Vin×Gm/2+Vin×Gm/4)の電流が出力端子6に出力され、逆相側には、合計5×Vin×Gm/4(=Vin×Gm/2+3×Vin×Gm/4)の電流が出力端子7に出力される。
しかし、単位トランスコンダクタンスアンプ11−3に接続されている電流分流器14−2は、寸法比が1:3(=22−1)であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が3(=22−1):1であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されている。
このため、電源端子1からVin×Gmの電流が引き込まれるが、電流分流器14−2によって、正相側では、Vin×Gmの電流が1:3の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子6に分流される。
また、逆相側では、Vin×Gmの電流が3:1の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子7に分流される。
その結果、Vin×Gm/4の電流が正相側の線路4を介して出力端子6に出力され、3×Vin×Gm/4の電流が逆相側の線路5を介して出力端子7に出力される。
したがって、正相側には、合計3×Vin×Gm/4(=Vin×Gm/2+Vin×Gm/4)の電流が出力端子6に出力され、逆相側には、合計5×Vin×Gm/4(=Vin×Gm/2+3×Vin×Gm/4)の電流が出力端子7に出力される。
ここで、図3は外部から与えられる制御ワードWcと可変利得増幅器で得られる利得の関係を示す説明図である。
図3から明らかなように、適正な制御ワードWcが与えられると、一定ステップの可変利得増幅器として動作することが分かる。
なお、電流分流器14−n(n=1,2,・・・,N−1)は、上述したように、寸法比が1:2n−1であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が2n−1:1であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されており、nの値が図中左側から昇順で増えていくので、各トランスコンダクタンスアンプの入力側から線路4,5に至る利得は2の等比級数になる。
図3から明らかなように、適正な制御ワードWcが与えられると、一定ステップの可変利得増幅器として動作することが分かる。
なお、電流分流器14−n(n=1,2,・・・,N−1)は、上述したように、寸法比が1:2n−1であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が2n−1:1であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されており、nの値が図中左側から昇順で増えていくので、各トランスコンダクタンスアンプの入力側から線路4,5に至る利得は2の等比級数になる。
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、電源端子1から引き込まれた電流を単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nと出力端子6,7に分流する電流分流器14−1〜14−(N−1)を、電源端子1と単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nの間に接続するように構成したので、単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nの入力側に、抵抗値R1,R2が小さな抵抗ラダー回路を接続することなく、極周波数を高くすることができるようになり、その結果、高周波で動作させる場合でも、小電流で前段の電圧利得を得ることができる効果を奏する。
実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2による可変利得増幅器を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
電流相殺器21−1〜21−(N−1)は電源端子1と単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nの間に接続されており、電源端子1から引き込まれた電流を単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nと出力端子6,7に分流する電流分流手段を構成している。
電流相殺器21−n(n=1,2,・・・,N−1)は、寸法比が2n+1:2n−1であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が2n−1:2n+1であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されている。
図4はこの発明の実施の形態2による可変利得増幅器を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
電流相殺器21−1〜21−(N−1)は電源端子1と単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nの間に接続されており、電源端子1から引き込まれた電流を単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nと出力端子6,7に分流する電流分流手段を構成している。
電流相殺器21−n(n=1,2,・・・,N−1)は、寸法比が2n+1:2n−1であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が2n−1:2n+1であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されている。
第1のトランジスタであるトランジスタTr1のドレインは正相側の線路4と接続され、第2のトランジスタであるトランジスタTr2のドレインは逆相側の線路5と接続されている。
第3のトランジスタであるトランジスタTr3のドレインは正相側の線路4と接続され、第4のトランジスタであるトランジスタTr4のドレインは逆相側の線路5と接続されている。
また、トランジスタTr1,Tr2,Tr3,Tr4のソースは単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nと接続され、トランジスタTr1,Tr2,Tr3,Tr4のゲートは、バイアスが印加されているバイアス端子16と接続されている。
第3のトランジスタであるトランジスタTr3のドレインは正相側の線路4と接続され、第4のトランジスタであるトランジスタTr4のドレインは逆相側の線路5と接続されている。
また、トランジスタTr1,Tr2,Tr3,Tr4のソースは単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nと接続され、トランジスタTr1,Tr2,Tr3,Tr4のゲートは、バイアスが印加されているバイアス端子16と接続されている。
上記実施の形態1では、電流分流器14−nにおける各トランジスタの直流ドレイン電位が違っているため、トランジスタのチャネル長変調効果によって理論値からずれた電流減衰量となる傾向にある。その結果、得られる利得ステップが理論値からずれる傾向にある。
そこで、この実施の形態2では、各トランジスタの直流ドレイン電位を一定にして、上記実施の形態1よりも、高精度な利得ステップが得られるようにするため、電流分流器14−1〜14−(N−1)の代わりに、電流相殺器21−1〜21−(N−1)を実装している。
そこで、この実施の形態2では、各トランジスタの直流ドレイン電位を一定にして、上記実施の形態1よりも、高精度な利得ステップが得られるようにするため、電流分流器14−1〜14−(N−1)の代わりに、電流相殺器21−1〜21−(N−1)を実装している。
次に動作について説明する。
ただし、電流相殺器21−1〜21−(N−1)以外は、上記実施の形態1と同様であるため、ここでは電流相殺器21−1〜21−(N−1)の動作を主に説明する。
ただし、電流相殺器21−1〜21−(N−1)以外は、上記実施の形態1と同様であるため、ここでは電流相殺器21−1〜21−(N−1)の動作を主に説明する。
例えば、電流相殺器21−1が接続されている単位トランスコンダクタンスアンプ11−2と電流相殺器21−2が接続されている単位トランスコンダクタンスアンプ11−3だけがオン状態である場合には、下記に示すような電流が出力端子6,7に出力される。
まず、単位トランスコンダクタンスアンプ11−2がオン状態に制御されると、相互コンダクタンスがGmであるため、電源端子1から入力電圧Vin×Gmの出力電流を引き込む動作を行う。
まず、単位トランスコンダクタンスアンプ11−2がオン状態に制御されると、相互コンダクタンスがGmであるため、電源端子1から入力電圧Vin×Gmの出力電流を引き込む動作を行う。
しかし、単位トランスコンダクタンスアンプ11−2に接続されている電流相殺器21−1は、寸法比が3(=21+1):1(=21−1)であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が1(=21−1):3(=21+1)であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されている。
このため、電源端子1からVin×Gmの電流が引き込まれるが、電流相殺器21−1によって、正相側では、Vin×Gmの電流が3:1の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子6に分流される。
また、逆相側では、Vin×Gmの電流が1:3の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子7に分流される。
その結果、Vin×Gm/4の電流が正相側の線路4を介して出力端子6に出力され、3×Vin×Gm/4の電流が逆相側の線路5を介して出力端子7に出力される。
このため、電源端子1からVin×Gmの電流が引き込まれるが、電流相殺器21−1によって、正相側では、Vin×Gmの電流が3:1の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子6に分流される。
また、逆相側では、Vin×Gmの電流が1:3の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子7に分流される。
その結果、Vin×Gm/4の電流が正相側の線路4を介して出力端子6に出力され、3×Vin×Gm/4の電流が逆相側の線路5を介して出力端子7に出力される。
また、単位トランスコンダクタンスアンプ11−3がオン状態に制御されると、相互コンダクタンスがGmであるため、電源端子1から入力電圧Vin×Gmの出力電流を引き込む動作を行う。
しかし、単位トランスコンダクタンスアンプ11−3に接続されている電流相殺器21−2は、寸法比が5(=22+1):3(=22−1)であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が3(=22−1):5(=22+1)であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されている。
このため、電源端子1からVin×Gmの電流が引き込まれるが、電流相殺器21−2によって、正相側では、Vin×Gmの電流が5:3の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子6に分流される。
また、逆相側では、Vin×Gmの電流が3:5の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子7に分流される。
その結果、5×Vin×Gm/8の電流が正相側の線路4を介して出力端子6に出力され、3×Vin×Gm/8の電流が逆相側の線路5を介して出力端子7に出力される。
したがって、正相側には、合計7×Vin×Gm/8(=Vin×Gm/4+5×Vin×Gm/8)の電流が出力端子6に出力され、逆相側には、合計9×Vin×Gm/8(=3×Vin×Gm/4+3×Vin×Gm/8)の電流が出力端子7に出力される。
しかし、単位トランスコンダクタンスアンプ11−3に接続されている電流相殺器21−2は、寸法比が5(=22+1):3(=22−1)であるトランジスタTr1とトランジスタTr2が対をなしている第1のトランジスタ対と、寸法比が3(=22−1):5(=22+1)であるトランジスタTr3とトランジスタTr4が対をなしている第2のトランジスタ対から構成されている。
このため、電源端子1からVin×Gmの電流が引き込まれるが、電流相殺器21−2によって、正相側では、Vin×Gmの電流が5:3の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子6に分流される。
また、逆相側では、Vin×Gmの電流が3:5の割合で単位トランスコンダクタンスアンプ11−3と出力端子7に分流される。
その結果、5×Vin×Gm/8の電流が正相側の線路4を介して出力端子6に出力され、3×Vin×Gm/8の電流が逆相側の線路5を介して出力端子7に出力される。
したがって、正相側には、合計7×Vin×Gm/8(=Vin×Gm/4+5×Vin×Gm/8)の電流が出力端子6に出力され、逆相側には、合計9×Vin×Gm/8(=3×Vin×Gm/4+3×Vin×Gm/8)の電流が出力端子7に出力される。
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、上記実施の形態1と同様の効果を奏する他、各トランジスタの直流ドレイン電位が一定になる電流相殺器21−1〜21−(N−1)を実装しているので、上記実施の形態1よりも、高精度な利得ステップが得られる効果を奏する。
この実施の形態2の場合も、各トランスコンダクタンスアンプの入力側から線路4,5に至る利得は2の等比級数になる。
この実施の形態2の場合も、各トランスコンダクタンスアンプの入力側から線路4,5に至る利得は2の等比級数になる。
実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3による可変利得増幅器を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
抵抗ラダー回路22は抵抗値R(第1の抵抗値)を有する第1の抵抗と、抵抗値が第1の抵抗値の2倍である抵抗値2R(第2の抵抗値)を有する第2の抵抗とからなるノードが梯子状に接続されている回路であり、抵抗ラダー回路22を構成する各ノードが単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−Nと接続されている。
なお、抵抗ラダー回路22は電流分流手段を構成している。
図5はこの発明の実施の形態3による可変利得増幅器を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
抵抗ラダー回路22は抵抗値R(第1の抵抗値)を有する第1の抵抗と、抵抗値が第1の抵抗値の2倍である抵抗値2R(第2の抵抗値)を有する第2の抵抗とからなるノードが梯子状に接続されている回路であり、抵抗ラダー回路22を構成する各ノードが単位トランスコンダクタンスアンプ11−1〜11−Nと接続されている。
なお、抵抗ラダー回路22は電流分流手段を構成している。
電流分流器14−1〜14−(N−1)の代わりに、抵抗ラダー回路22を実装しても、電流分流器14−1〜14−(N−1)と同様に、電源端子1から引き込まれた電流が単位トランスコンダクタンスアンプ11−2〜11−Nと出力端子6,7に分流される。
この実施の形態3の場合も、各トランスコンダクタンスアンプの入力側から線路4,5に至る利得は2の等比級数になる。
このため、この実施の形態3の場合も、上記実施の形態1と同様に、高周波で動作させる場合でも、小電流で前段の電圧利得を得ることができる効果を奏する。
この実施の形態3の場合も、各トランスコンダクタンスアンプの入力側から線路4,5に至る利得は2の等比級数になる。
このため、この実施の形態3の場合も、上記実施の形態1と同様に、高周波で動作させる場合でも、小電流で前段の電圧利得を得ることができる効果を奏する。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
1 電源端子、2,3 負荷、4 正相側の線路、5 逆相側の線路、6 正相側の出力端子、7 逆相側の出力端子、8,9 電圧入力端子、10 トランスコンダクタンスアンプアレイ、11−1〜11−N 単位トランスコンダクタンスアンプ、12−1〜12−M サブアンプアレイ、13 制御部、14−1〜14−(N−1) 電流分流器(電流分流手段)、Tr1 トランジスタ(第1のトランジスタ)、Tr2 トランジスタ(第2のトランジスタ)、Tr3 トランジスタ(第3のトランジスタ)、Tr4 トランジスタ(第4のトランジスタ)、15 バイアス(第1のバイアス)、16 バイアス端子、
21−1〜21−(N−1) 電流相殺器(電流分流手段)、22 抵抗ラダー回路(電流分流手段)。
21−1〜21−(N−1) 電流相殺器(電流分流手段)、22 抵抗ラダー回路(電流分流手段)。
Claims (5)
- 電圧が印加される電源端子と、
前記電源端子から入力電圧に比例する電流を引き込むトランスコンダクタンスアンプが複数並列に接続されているトランスコンダクタンスアンプアレイと、
前記複数のトランスコンダクタンスアンプのオンオフを制御する制御部とを備えた可変利得増幅器において、
前記電源端子と前記トランスコンダクタンスアンプの間に接続され、前記電源端子から引き込まれた電流を前記トランスコンダクタンスアンプと出力端子に分流する電流分流手段を設けたことを特徴とする可変利得増幅器。 - 前記トランスコンダクタンスアンプアレイは、前記複数のトランスコンダクタンスアンプの他に、前記トランスコンダクタンスアンプと同一のトランスコンダクタンスアンプが2のべき乗個まとめられているサブアンプアレイが複数並列に接続されており、
前記制御部は、前記サブアンプアレイを構成している2のべき乗個のトランスコンダクタンスアンプを同時にオン又はオフに制御することを特徴とする請求項1記載の可変利得増幅器。 - 前記電流分流手段は、
第1のトランジスタと第2のトランジスタが対をなしている第1のトランジスタ対と、
第3のトランジスタと第4のトランジスタが対をなしている第2のトランジスタ対とからなる電流分流器で構成されており、
前記第1のトランジスタのドレインが、負荷を介して前記電源端子と前記出力端子を結ぶ正相側の線路と接続されて、前記第2のトランジスタのドレインが、第1のバイアスと接続されており、
前記第3のトランジスタのドレインが、前記第1のバイアスと接続されて、前記第4のトランジスタのドレインが、負荷を介して前記電源端子と前記出力端子を結ぶ逆相側の線路と接続されており、
前記第1から第4のトランジスタのソースが、前記トランスコンダクタンスアンプと接続され、前記第1から第4のトランジスタのゲートが、第2のバイアスと接続されていることを特徴とする請求項1記載の可変利得増幅器。 - 前記電流分流手段は、
第1のトランジスタと第2のトランジスタが対をなしている第1のトランジスタ対と、
第3のトランジスタと第4のトランジスタが対をなしている第2のトランジスタ対とからなる電流相殺器で構成されており、
前記第1及び第3のトランジスタのドレインが、負荷を介して前記電源端子と前記出力端子を結ぶ正相側の線路と接続されて、
前記第2及び第4のトランジスタのドレインが、負荷を介して前記電源端子と前記出力端子を結ぶ逆相側の線路と接続されており、
前記第1から第4のトランジスタのソースが、前記トランスコンダクタンスアンプと接続され、前記第1から第4のトランジスタのゲートが、バイアスと接続されていることを特徴とする請求項1記載の可変利得増幅器。 - 前記電流分流手段は、第1の抵抗値を有する第1の抵抗と、抵抗値が前記第1の抵抗値の2倍である第2の抵抗値を有する第2の抵抗とからなるノードが梯子状に接続されている抵抗ラダー回路で構成されており、
前記抵抗ラダー回路を構成する各ノードが前記トランスコンダクタンスアンプと接続されていることを特徴とする請求項1記載の可変利得増幅器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014058262A JP2015185892A (ja) | 2014-03-20 | 2014-03-20 | 可変利得増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JP2015185892A true JP2015185892A (ja) | 2015-10-22 |
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ID=54352037
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017072911A1 (ja) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | 三菱電機株式会社 | トランスコンダクタンス増幅器及び移相器 |
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Citations (5)
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-
2014
- 2014-03-20 JP JP2014058262A patent/JP2015185892A/ja active Pending
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