(57)【要約】【課題】  調整を容易化して、それにより可変利得増幅器の動作特性を容易に改善することができるインターポレータを提供すること。【解決手段】  定電流源３４と、定電流源３４に接続された複数のトランジスタ３３と、各トランジスタ３３に電流量制御用の電圧を印加する制御電圧生成回路３５と、を備え、各トランジスタ３３に印加される電流量制御用の電圧の差に応じて、定電流源３４により形成される定電流を分流させ、各トランジスタ３３に流すインターポレータ２２において、制御電圧生成回路３５は、各トランジスタ３３に印加される電流量制御用の電圧の差を増大させる回路３２を備える。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流源と、
前記定電流源に接続された複数のトランジスタと、
前記各トランジスタに電流量制御用の電圧を印加する制御電圧生成回路と、
を備え、前記各トランジスタに印加される電流量制御用の電圧の差に応じて、前記定電流源により形成される定電流を分流させ、各トランジスタに流すインターポレータにおいて、
前記制御電圧生成回路は、前記各トランジスタに印加される前記電流量制御用の電圧の差を増大させる回路を備える、
ことを特徴とするインターポレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のインターポレータにおいて、
前記制御電圧生成回路は、前記各トランジスタの電流量制御用の電圧を印加する部位に接続された複数の増幅器を備える、
ことを特徴とするインターポレータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のインターポレータにおいて、
前記複数の増幅器又は抵抗器は共通の利得を有する、
ことを特徴とするインターポレータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のインターポレータにおいて、
前記制御電圧生成回路は、前記複数のトランジスタのうち所与の制御電圧の増加に応じて所定順に選択される１つに最も高い電流制御用の電圧を印加する、
ことを特徴とするインターポレータ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載のインターポレータにおいて、
前記制御電圧生成回路は、
直列接続された複数の抵抗器と、
前記各抵抗器の各接続部位に接続された複数の第２の定電流源と、
を備え、前記直列接続された複数の抵抗器の両端には所与の制御電圧が印加され、前記各接続部位の電圧を前記各増幅器により増幅する、
ことを特徴とするインターポレータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のインターポレータを備える可変利得増幅器。
【請求項７】
共通の定電流源に接続された複数のトランジスタのそれぞれに対し、電流量制御用の電圧をそれぞれ増幅器を介して印加し、
前記各トランジスタに印加される電流量制御用の電圧の差に応じて、前記定電流源により形成される定電流から分流させ、それらを各トランジスタに流す、
ことを特徴とする電流生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインターポレータ、インターポレータを用いた可変利得増幅器及び電流生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変利得増幅器（ＶＧＡ；Variable Gain Amplifier）は、振幅差が大きな信号が入力されたり、環境変化により入力信号のレベルが変化する場合等に、後段回路がその影響を受けずに所期の信号処理ができるよう、入力信号の振幅管理を行う回路であって、通信機器、オーディオ機器、計測機器等、様々な装置に利用されている。こうした可変利得増幅器の構成例は、例えば下記特許文献１に開示されている。
【特許文献１】米国特許第５，０７７，５４１号
【０００３】
図６は、上記特許文献１に開示されている可変利得増幅器の回路構成を示す図である。同図に示すように、この可変利得増幅器は、第１差動増幅器１００−１〜１００−ｎ、第２差動増幅器１０４、ラダー抵抗１０２を含んで構成されている。各第１差動増幅器１００の一方の入力端子には、ラダー抵抗１０２の各ノードで取り出された信号が入力されており、他方の入力端子には、第２差動増幅器１０４の出力がフィードバックされて入力されている。また、各第１差動増幅器１００の出力は、第２差動増幅器１０４に並列に接続されている。各第１差動増幅器１００には制御電圧Ｖａｇｃにより制御される定電流ＩＥ１〜ＩＥｎがそれぞれ流れるようになっている。そして、各定電流ＩＥ１〜ＩＥｎの大きさを制御することにより、各第１差動増幅器１００の利得が制御されるようになっている。ここで、制御電圧Ｖａｇｃは、例えば入力信号のレベルに対応している。
【０００４】
図７は、制御電圧Ｖａｇｃと各第１差動増幅器１００を流れる定電流量ＩＥ１〜ＩＥｎとの関係を示す図である。同図において、定電流量ＩＥ１〜ＩＥｎの合計は一定となっており、制御電圧Ｖａｇｃに応じて、その一定量のうち、どの第１差動増幅器１００に多くの定電流が分流するかが変わるようになっている。具体的には、制御電圧Ｖａｇｃが小さくなるにつれて、第１差動増幅器１００−１、第１差動増幅器１００−２、…、第１差動増幅器１００−ｎの順に、最も多くの電流が流れる第１差動増幅器１００が交代するようになっている。このとき、各第１差動増幅器１００には、制御電圧Ｖａｇｃが所定値に近づくにつれてピークに近づき、そこから離れるにつれて零に近づく、ガウス関数型の変化を示す電流が流れるようになっている。
【０００５】
図８は、図７に示す電流を生成するためのインターポレータ（挿入器）の構成を示す図である。同図に示すように、インターポレータでは、複数のｎｐｎ型トランジスタ１０６のベースが抵抗を介して順に接続されており、各ベースには共通の大きさの電流を供給する定電流源１１０が接続されている。また、コレクタはそれぞれ第１差動増幅器１００に接続されている。さらに各エミッタは定電流源１０８に接続され、特に両端のトランジスタのベースは、制御電圧Ｖａｇｃ及びその反転電圧を印加するための端子として用いられるようになっている。同図に示すインターポレータによれば、各トランジスタ１０６のベースに印加された電圧に応じて、いわば差動増幅器のように、定電流源１０８により引かれる電流Ｉｇｍが、１又は複数のトランジスタ１０６を集中的に流れるようになっている。
【０００６】
すなわち、最も高い電圧が印加されたトランジスタ１０６、及びそれと同等の電圧が印加されたトランジスタ１０６（もしそのようなものがあれば）について、コレクタ電流が大きく流れ、その他のトランジスタ１０６については、コレクタ電流が少量しか流れず、或いは無視しうる程のコレクタ電流しか流れないようになっている。そして、制御電圧Ｖａｇｃが大きな値（正値）をとる場合には、図８において最も左のトランジスタ１０６−１のベース電圧が高くなり、制御電圧Ｖａｇｃが０に近づくにつれて、定電流源から供給される電流が抵抗を流れることによる電圧降下が支配的となり、それ故、中央部分のトランジスタ１０６のベース電圧が最も高くなる。また、制御電圧Ｖａｇｃが小さな値（負値）をとる場合には、図８において最も右のトランジスタ１０６−ｎのベース電圧が高くなる。こうして、定電流源１０８により引かれる電流Ｉｇｍのうち大部分が流れるトランジスタ１０６が、図８において、制御電圧Ｖａｇｃに応じてシフトするようになっている。
【０００７】
上記可変利得増幅器では、各第１差動増幅器１００に異なる減衰量だけ減衰された入力信号が入力されており、それら第１差動増幅器１００のうち１又は複数が選択的に増幅信号を生成するので、制御電圧Ｖａｇｃを設定することにより、様々な利得にて信号増幅することができる。また、各第１差動増幅器１００は、択一的に動作するのではなく、隣り合う第１差動増幅器１００が常に協動している。すなわち、図７に斜線で示したように、第１差動増幅器１００−１〜１００−ｎのうち、常に２〜３個の第１差動増幅器１００に相当量の定電流が流れており、常に２〜３個の第１差動増幅器１００がオーバーラップして動作している。このため、上記可変利得制御器では、制御電圧Ｖａｇｃに応じて利得を滑らかに変化させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の可変利得増幅器では、インターポレータの各種回路定数を調整することによって、各第１差動増幅器１００に流す定電流を調整し、それにより可変利得増幅器の各種動作特性の改善が期待されるものの、従来の構成では調整要素が乏しく、十分な動作特性の改善を図ることができなかった。例えば、図７に斜線で示される部分を変化させることにより、同時に電流を流す第１差動増幅器１００の数、それら電流の大きさ等を制御することができ、それにより各種動作特性の改善が期待されるが、従来の構成ではそうした改善を容易に行うことができなかった。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、定電流の調整を容易化して、それにより可変利得増幅器の動作特性を容易に改善することができるインターポレータ、電流生成方法、及びそれを用いた可変利得増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係るインターポレータは、定電流源と、前記定電流源に接続された複数のトランジスタと、前記各トランジスタに電流量制御用の電圧を印加する制御電圧生成回路と、を備え、前記各トランジスタに印加される電流量制御用の電圧の差に応じて、前記定電流源により形成される定電流を分流させ、各トランジスタに流すインターポレータにおいて、前記制御電圧生成回路は、前記各トランジスタに印加される前記電流量制御用の電圧の差を増大させる回路を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る可変利得増幅器は、上記インターポレータを備えるものである。
【００１２】
さらに、本発明に係る電流生成方法は、共通の定電流源に接続された複数のトランジスタのそれぞれに対し、電流量制御用の電圧をそれぞれ増幅器を介して印加し、前記各トランジスタに印加される電流量制御用の電圧の差に応じて、前記定電流源により形成される定電流から分流させ、それらを各トランジスタに流すことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、各トランジスタに印加される電流量制御用の電圧の差に応じて、それらトランジスタに接続された定電流源により形成される定電流を分流させ、それらを各トランジスタに流すインターポレータにおいて、各トランジスタに印加される電流量制御用の電圧の差を増大させる回路を備えるようにしたので、同時に電流が流れるトランジスタの数を少なくしたり、或いはそれらの電流量を抑制したりすることができる。
【００１４】
本発明の一態様では、前記制御電圧生成回路は、前記各トランジスタの電流量制御用の電圧を印加する部位に接続された複数の増幅器を備える。こうすれば、簡易な構成で各トランジスタに印加される電流量抑制用の電圧の差を増大させることができる。この場合、前記複数の増幅器又は抵抗器は共通の利得を有するようにしてもよい。
【００１５】
また、本発明の一態様では、前記制御電圧生成回路は、前記複数のトランジスタのうち所与の制御電圧の増加に応じて所定順に選択される１つに最も高い電流制御用の電圧を印加する。こうすれば、可変利得増幅器に好適なインターポレータとすることができる。
【００１６】
また、本発明の一態様では、前記制御電圧生成回路は、直列接続された複数の抵抗器と、前記各抵抗器の各接続部位に接続された複数の第２の定電流源と、を備え、前記直列接続された複数の抵抗器の両端には所与の制御電圧が印加され、前記各接続部位の電圧を前記各増幅器により増幅する。こうすれば、簡易な構成で、所与の制御電圧の増加に応じて、所定順に選択される１つに最も高い電流量制御用の電圧を印加できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る可変利得増幅器の回路構成を示す図である。同図に示すように、この可変利得増幅器は、第１差動増幅器１０−１〜１０−ｎ、減衰器１２−２〜１２−ｎ、インターポレータ２２及び第２差動増幅器１６を中心に構成されている。同図に示す回路では、第１差動増幅器１０−１〜１０−ｎからインターポレータ２２に向かう配線以外は、本来２本線で描くべきところ、簡単のため１本線で描いている。すなわち、第１差動増幅器１０−１〜１０−ｎからインターポレータ２２に向かう配線以外は、互いに位相反転した関係にある２信号を流すようになっている。
【００１９】
第１差動増幅器１０−１には、減衰器１２−２〜１２−ｎを介さずに入力端子２０から入力される信号（入力信号自体とその反転信号から構成される。）が直接入力されており、該信号をインターポレータ２２から引かれる定電流ＩＥ１に応じた利得にて、それを増幅している。
【００２０】
一方、第１差動増幅器１０−２〜１０−ｎには、減衰器１２−２〜１２−ｎにより減衰された入力信号がそれぞれ入力されており、インターポレータ２２から引かれる定電流ＩＥ２〜ＩＥｎに応じた利得にて、それら信号を増幅している。
【００２１】
図２は、第１差動増幅器１０−ｎ（ｎ＝１，２，…）の回路構成を示している。同図に示すように、第１差動増幅器１０−ｎは、ｎｐｎ型のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４、及び電流増幅回路２４を含んで構成されている。電流増幅回路２４は、インターポレータ２２から引かれる電流ＩＥｎに応じた３つの定電流を生成し、それらをトランジスタＴｒ３とトランジスタＴｒ４により構成される差動増幅器、トランジスタＴｒ１のエミッタ、及びＴｒ２のエミッタから、それぞれ引き込むようになっている。
【００２２】
トランジスタＴｒ１のベースは非反転入力端子２３ｐに接続されており、入力端子２０から入力される信号、又は減衰器１２−ｎで減衰された信号のうち、非反転信号が印加されるようになっている。トランジスタＴｒ１のコレクタは電源Ｖｃｃに接続されており、エミッタは電流増幅回路２４内の定電流源に接続されており、非反転入力端子２３ｐに入力された信号を増幅して、それをｎｐｎ型のトランジスタＴｒ３に印加するようになっている。同様に、トランジスタＴｒ２のベースは反転入力端子２３ｍに接続されており、入力端子２０から入力される信号、又は減衰器１２−ｎで減衰された信号のうち、反転信号が印加されるようになっている。トランジスタＴｒ２のコレクタは電源Ｖｃｃに接続されており、エミッタは電流増幅回路２４内の定電流源（トランジスタＴｒ１のエミッタに接続されているものとは別のもの）に接続されており、反転入力端子２３ｍに入力された信号を増幅して、それをｎｐｎ型のトランジスタＴｒ４に印加するようになっている。トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４は差動増幅器を構成しており、各エミッタは電流増幅回路２４内の定電流源（トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のエミッタに接続されたものとは別のもの）に接続されている。トランジスタＴｒ３のコレクタは、非反転端子２５ｐを介して第２差動増幅器１６の非反転入力に接続されている。また、トランジスタＴｒ４のコレクタは、反転端子２５ｍを介して第２差動増幅器１６の反転入力に接続されている。第２差動増幅器１６の各入力には、図１に示すように、抵抗を介して電源Ｖｃｃが接続されており、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４のコレクタ電流が電圧変換され、第２差動増幅器１６に入力されるようになっている。
【００２３】
図１に戻り、減衰器１２−２〜１２−ｎは、この順で減衰量が大きくなるように設定されたものであり、入力端子２０から入力される信号を減衰し、減衰後の信号を、それぞれ対応する第１差動増幅器１０−２〜１０−ｎに入力している。減衰器１２−２〜１２−ｎは、具体的には図３に示すようにラダー抵抗として構成されている。すなわち、減衰器１２−ｎ（ｎ＝２，３，…）は、入力端子２０及び第１差動増幅器１０−ｎの間に設けられるものであり、ｎ−１個のラダー要素２６−１〜２６−（ｎ−１）を直列に連接した構成を有している。このため、減衰器１２−ｎの減衰量は、減衰器１２−２の減衰量のｎ−１倍となっている。
【００２４】
ラダー要素２６−１に設けられた非反転端子２８ｐからは入力信号自体が入力され、ラダー要素２６−１に設けられた反転端子２８ｍからは入力信号の反転信号が入力されている。また、ラダー要素２６−（ｎ−１）に設けられた非反転端子３０ｐは第１差動増幅器１０−ｎの非反転端子２３ｐに接続され、ラダー要素２６−（ｎ−１）に設けられた反転端子３０ｍは第１差動増幅器１０−ｎの反転入力端子２３ｍに接続されている。ラダー要素２６−１〜２６−（ｎ−１）は、それぞれ、非反転端子２８ｐと非反転端子３０ｐを結ぶ配線上に設けられた非反転信号抵抗器Ｒと、反転端子２８ｍと反転端子３０ｍを結ぶ配線上に設けられた反転信号抵抗器Ｒと、各抵抗器Ｒの端部を連結するブリッジ抵抗２Ｒと、から構成されている。
【００２５】
再び図１に戻り、第２差動増幅器１６は例えば公知の演算増幅回路を含んで構成されており、反転入力及び非反転入力を有し、増幅信号を出力端子１８から出力するようになった回路である。第２差動増幅器１６の各入力には第１差動増幅器１０−１〜１０−ｎが並列に接続されており、それらの出力信号が合成され、第２差動増幅器１６に入力されている。インターポレータ２２は、制御端子１４に印加される制御電圧Ｖａｇｃに応じた割合にて、第１差動増幅器１０−１〜１０−ｎから定電流ＩＥ１〜ＩＥｎを引っ張るようになっている。このとき、定電流ＩＥ１〜ＩＥｎの合計はＩｇｍに固定されている。
【００２６】
インターポレータ２２には、図４に示す回路構成を有するものが用いられる。同図に示されるインターポレータ２２は、直列接続され共通の抵抗値を有するｎ＋１個の抵抗器を備えており、各接続部分に共通の大きさの定電流を形成する定電流源３１が接続されている。また、これら抵抗器群の両端には、制御電圧Ｖａｇｃ及びその反転電圧を印加するための端子１４が設けられている。
【００２７】
また、抵抗器群の各接続部分には共通の利得を有する増幅器３２（の入力）もさらに接続されている。これら増幅器３２は、例えば公知の演算増幅器を用いて実装される。各増幅器３２の出力は、トランジスタ３３−１〜３３−ｎのベースが接続されている。トランジスタ３３−１〜３３−ｎのコレクタには、第１差動増幅器１０−１〜１０−ｎに備えられた電流増幅回路２４がそれぞれ接続されている。また、エミッタは定電流源３４に接続されている。
【００２８】
直列接続されたｎ＋１個の抵抗器、定電流源３１及び増幅器３２は、各トランジスタ３３のベースに、定電流ＩＥ１〜ＩＥｎの大きさを制御するための電圧を印加する回路であり、ここでは制御電圧生成回路３５と呼ぶこととする。
【００２９】
図４に示されるインターポレータ２２の回路構成は、図８に示すインターポレータと類似しており、トランジスタ３３−１〜３３−ｎのベースに増幅器３２が接続されており、直列接続された抵抗器Ｒの各接続部分が増幅器３２を介してトランジスタ３３−１〜３３−ｎのベースに接続されている点が特徴的である。図４に示すインターポレータ２２も、各トランジスタ３３のベースに印加された電圧に応じて、いわば差動増幅器のように、定電流源３４により引かれる電流Ｉｇｍが、１又は複数のトランジスタ３３を集中的に流れるようになっている。
【００３０】
すなわち、最も高い電圧が印加されたトランジスタ３３、及びそれと同等の電圧が印加されたトランジスタ３３（もしそのようなものがあれば）について、コレクタ電流である定電流ＩＥ１〜ＩＥｎが大きく流れ、その他のトランジスタ３３については、コレクタ電流が少量しか流れず、或いは無視しうる程のコレクタ電流しか流れないようになっている。そして、制御電圧Ｖａｇｃが大きな値（正値）をとる場合には、図４において最も左のトランジスタ３３−１のベース電圧が高くなり、制御電圧Ｖａｇｃが０に近づくにつれて、定電流源から供給される電流が抵抗を流れることによる電圧降下が支配的となり、それ故、中央部分のトランジスタ３３のベース電圧が最も高くなる。また、制御電圧Ｖａｇｃが小さな値（負値）をとる場合には、図４において最も右のトランジスタ３３−ｎのベース電圧が高くなる。こうして、定電流源３４により引かれる電流Ｉｇｍのうち大部分が流れるトランジスタ３３が、図４において、制御電圧Ｖａｇｃに応じてシフトするようになっている。
【００３１】
このとき、図４に示されるインターポレータ２２の制御電圧生成回路３５では、各トランジスタ３３のベースに増幅器３２が接続されており、抵抗器Ｒの接続部分の電圧を所定倍してからトランジスタ３３のベースに印加するようにしている。各トランジスタ３３のベースに接続された増幅器３２の利得は同一であり、抵抗器群の各接続部分に現れる電圧差を拡大するように、増幅器３２は作用する。このため、増幅器３２が無い場合に比して、複数のトランジスタ３３のコレクタに同等の大きさの電流が流れ難くなる。図５は、この様子を示している。同図は、図７に対応するものであり、制御電圧Ｖａｇｃと、隣り合うトランジスタ３３−（ｎ−１）、トランジスタ３３−ｎ及びトランジスタ３３−（ｎ＋１）のコレクタを流れる定電流ＩＥｎ−１、ＩＥｎ及びＩＥｎ＋１と、の関係を示している。同図において、破線は増幅器３２が無い場合（或いは増幅器３２の利得が１の場合）を示しており、実線は増幅器３２の利得が１以上の場合を示している。同図に示すように、増幅器３２の存在により、制御電圧Ｖａｇｃの変化に対して、各定電流ＩＥｎ−１、ＩＥｎ、ＩＥｎ＋１等が急激に零からピークに立ち上がり、そこから再び零に戻るようになる。この結果、あるトランジスタ３３のコレクタに大部分の電流が流れている場合に、その他のトランジスタ３３に流れる電流の量を下げることができる。また、増幅器３２の利得をさらに上げることにより、コレクタに同時に電流が流れているトランジスタ３３の最大数を３から、最小で２に減らすこともできるようになる。
【００３２】
本実施形態によれば、インターポレータ２２の制御電圧生成回路３５に、複数の増幅器３２を備えるようにしたので、その利得を調整することにより、各第１差動増幅器１０に流す定電流ＩＥ１〜ＩＥｎを調整し、それにより可変利得増幅器の各種動作特性の改善を図ることができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、以上の説明ではｎｐｎ型トランジスタを中心に回路を構成したが、他のタイプの半導体素子を用いて回路を構成してもよい。また、増幅器についても差動増幅器だけでなく、他の形式の増幅器を用いてよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る可変利得増幅器の回路構成を示す図である。
【図２】第１差動増幅器の回路構成を示す図である。
【図３】減衰器の回路構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るインターポレータの回路構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るインターポレータの動作を示す図である。
【図６】従来の可変利得増幅器の回路構成を示す図である。
【図７】各第１差動増幅器に流される定電流量と制御電圧との関係を示す図である。
【図８】従来の可変利得増幅器に用いられるインターポレータの回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  第１差動増幅回路、１２  減衰器、１４  制御端子、１６  第２差動増幅器、２２  インターポレータ、２４  電流増幅回路、３１，３４  定電流源、３２  増幅器、３３  トランジスタ、３５  制御電圧生成回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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