(57)【要約】【課題】回路規模の増大及び消費電力の増大を招くことなく、入力電圧の急速起動が可能な入力信号増幅器を提供する。【解決手段】この入力信号増幅器は、入力信号の論理を反転させて出力する反転増幅器と、前記反転増幅器の入力を接地するか否かを切り替える第１のスイッチと、前記反転増幅器と並列に接続され、複数の異なる値の抵抗を有する帰還抵抗部と、を具備し、前記帰還抵抗部は、各抵抗を介して当該帰還抵抗部の短絡または開放を行う第２のスイッチ及び第３のスイッチを有する構成を採る。【選択図】図２
2015146545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の論理を反転させて出力する反転増幅器と、
前記反転増幅器の入力を接地するか否かを切り替える第１のスイッチと、
前記反転増幅器と並列に接続され、複数の異なる値の抵抗を有する帰還抵抗部と、
を具備し、
前記帰還抵抗部は、各抵抗を介して当該帰還抵抗部の短絡または開放を行う第２のスイッチ及び第３のスイッチを有する、
入力信号増幅器。
【請求項２】
前記第１〜３のスイッチのＯＮまたはＯＦＦを、回路の状態に応じて制御するＯＮ／ＯＦＦ制御信号部を具備する、
請求項１に記載の入力信号増幅器。
【請求項３】
前記ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部は、回路ＯＦＦからＯＮ時に、所定期間、前記第１のスイッチを開放し、前記帰還抵抗部を短絡するように前記第３のスイッチを制御する、
請求項２に記載の入力信号増幅器。
【請求項４】
前記回路の状態がＯＦＦ時、急速起動時、ＯＮ時における前記第１〜３のスイッチの一連の制御を前記ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部の一つの制御信号入力が行う、
請求項２に記載の入力信号増幅器。
【請求項５】
前記第２のスイッチは、第１の抵抗と第２の抵抗の間に直列に接続された、
請求項１に記載の入力信号増幅器。
【請求項６】
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の抵抗値は等しい、
請求項５に記載の入力信号増幅器。
【請求項７】
前記反転増幅器は、インバータ型である請求項１に記載の入力信号増幅回路。
【請求項８】
前記反転増幅器は、Ｎｃｈ定電流注入型である請求項１に記載の入力信号増幅回路。
【請求項９】
請求項１に記載の入力信号増幅器を備えた水晶発振器。
【請求項１０】
請求項１に記載の入力信号増幅器を備えた半導体集積回路。
【請求項１１】
請求項１に記載の入力信号増幅器を備えた無線通信装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の入力信号増幅器を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力信号増幅器は、ＯＦＦからＯＮ時に反転増幅器の入力のバイアス電圧を急速に起ち上げることができないという課題がある。これを解決するために、特許文献１に入力増幅回路が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示の入力信号増幅器は、図１（ａ）に示すように、反転増幅器Ａ１の入力ＩＮ１に急速起動用のバイアス電圧発生回路とプリチャージスイッチＳＷ６を付加し、入力電圧の急速起動を可能にしている。なお、図１（ａ）の入力信号増幅器では、図１（ｂ）に示すＯＮ／ＯＦＦ制御論理表に従って、回路の状態に応じて、スイッチＳＷ４〜ＳＷ６のＯＮ／ＯＦＦが制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６２５７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１の構成では、反転増幅器の入力電圧の急速起動を可能にするものの、急速起動用のバイアス電圧発生回路での消費電力の増大及び回路規模の増大を招くことになる。
【０００６】
本発明の目的は、回路規模の増大及び消費電力の増大を招くことなく、入力電圧の急速起動が可能な入力信号増幅器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の入力信号増幅器は、入力信号の論理を反転させて出力する反転増幅器と、前記反転増幅器の入力を接地するか否かを切り替える第１のスイッチと、前記反転増幅器と並列に接続され、複数の異なる値の抵抗を有する帰還抵抗部と、を具備し、前記帰還抵抗部は、各抵抗を介して当該帰還抵抗部の短絡または開放を行う第２のスイッチ及び第３のスイッチを有する構成を採る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回路規模の増大及び消費電力の増大を招くことなく、入力電圧を急速に起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】特許文献１に開示の入力信号増幅器の構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る入力信号増幅器の構成を示す図
【図３】図２に示した反転増幅器の内部構成を示す図
【図４】図２に示した反転増幅器の内部構成を示す図
【図５】ＯＮ／ＯＦＦ制御論理表を示す図
【図６】ＯＮ／ＯＦＦ制御論理表を示す図
【図７】図２に示した入力信号増幅器を搭載した無線通信機の間欠受信時における消費電流の変化を示す図
【図８】本発明の実施の形態２に係る水晶発振器の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には、同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る入力信号増幅器１０の構成を示す図である。以下、入力信号増幅器１０の構成について図２を用いて説明する。
【００１２】
反転増幅器１１は、その内部回路の一例として、図３に示すインバータ型、図４に示すＮｃｈ定電流注入型が挙げられるが、入力と出力が反転論理となる増幅器であれば何でもよい。例えば、反転増幅器１１のＶＤＤ端子からＶＤＤが供給される電源までと、反転増幅器１１のＶＳＳ端子とＧＮＤまでの間に、定電流源または間欠動作のためのＳＷが付加されていてもよい。
【００１３】
反転増幅器１１の出力ＯＵＴ１と入力ＩＮ１との間には、帰還抵抗部１２が接続され、帰還抵抗部１２は、抵抗Ｒ１（第１の抵抗に相当）、スイッチＳＷ２及び抵抗Ｒ２（第２の抵抗に相当）が直列接続された高抵抗値と、スイッチＳＷ３のみ接続された低抵抗値との複数の抵抗値を有している。
【００１４】
スイッチＳＷ１は、反転増幅器１１の回路ＯＦＦ時の待機電力を低減させる目的で付加されており、反転増幅器１１の入力ＩＮ１を回路ＯＦＦ時にＧＮＤにプルダウンさせる、または、ＶＤＤにプルアップさせる（図２では、ＶＳＳにプルダウンする構成を示している）。
【００１５】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、通常、ＭＯＳトランジスタ型スイッチまたはトランスファーゲート型スイッチを用いている。スイッチＳＷ２を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の間に接続しているのは、入力信号増幅器１０がＡＣ動作をしている際に、スイッチＳＷ２の両端子の電位変化が少ないほうが、スイッチＳＷ２の内部ＯＮ抵抗の変化が少なく、ＡＣ信号の位相雑音劣化を軽減できるためである。従って、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値は等しいことが望ましい。
【００１６】
入力信号源１３は、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）に代表される基準信号源を指し、ＡＣ結合容量Ｃ３を介して反転増幅器１１の入力ＩＮ１へ接続される。
【００１７】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のＯＮ／ＯＦＦ制御は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部１４で生成された信号により行われる。ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部１４は、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２、Ｄｅｌａｙ回路Ｄ１、ＡＮＤ１、及び、ＮＡＮＤ１からなる。
【００１８】
Ｄｅｌａｙ回路Ｄ１は、遅延時間が入力信号増幅器１０の急速起動期間と同義となり、遅延時間が設けられればどのような構成でもよい。Ｄｅｌａｙ回路Ｄ１は、通常、抵抗と容量のＲＣ遅延、インバータ多段接続による遅延、または、これらの組合せなどが用いられる。
【００１９】
ここでは、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部１４は、制御信号入力が“Ｈ”でＯＮ、“Ｌ”でＯＦＦの回路にしており、また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、各々の制御信号ノードａ、ｂ、ｃが“Ｈ”でスイッチがＯＮ、“Ｌ”でスイッチがＯＦＦになる設定としている。
【００２０】
次に、図２に示した入力信号増幅器１０の動作について、図５のＯＮ／ＯＦＦ制御論理表を用いて説明する。
【００２１】
入力信号増幅器１０の回路ＯＦＦ時は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部１４のａよりスイッチＳＷ１のＯＮ信号を出力し、ｂよりスイッチＳＷ２のＯＦＦ信号を出力し、ｃよりスイッチＳＷ３のＯＦＦ信号を出力する。この結果、スイッチＳＷ２とＳＷ３がＯＦＦになり、帰還抵抗部１２が開放となり、反転増幅器１１はインバータ動作をする。ここで、スイッチＳＷ１がＯＮし、ＧＮＤにプルダウンされるため、回路を生成するトランジスタのＯＦＦ時リーク電流が発生しない限り、消費電流は発生しない。
【００２２】
次に、入力信号増幅器１０の回路ＯＦＦ時から急速起動時に切り替わる時は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部１４のａよりスイッチＳＷ１のＯＦＦ信号を出力し、ｂよりスイッチＳＷ２のＯＮ信号を出力し、ｃよりスイッチＳＷ３のＯＮ信号を出力する。この結果、スイッチＳＷ２とＳＷ３がＯＮになり、帰還抵抗部１２の抵抗値が低抵抗値となり、さらに、スイッチＳＷ１が開放になるため、反転増幅器１１は、帰還抵抗部１２の抵抗が低抵抗値で帰還され、入力ＩＮ１の電圧の急速起動を行う。ここでは、急速起動用のバイアス電圧回路等を用いないため、余計な消費電流を使うことなく、入力電圧の急速起動が可能となる。この急速起動期間は、Ｄｅｌａｙ回路Ｄ１の遅延時間にて決定される。
【００２３】
次に、入力信号増幅器１０の回路ＯＮ時は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部１４のａよりスイッチＳＷ１のＯＦＦ信号を出力し、ｂよりスイッチＳＷ２のＯＮ信号を出力し、ｃよりスイッチＳＷ３のＯＦＦ信号を出力する。この結果、急速起動時よりスイッチＳＷ３がＯＦＦとなり、帰還抵抗部１２の抵抗が高抵抗値となり、高利得な入力信号増幅器１０の動作状態となる。入力信号増幅器１０の回路ＯＦＦ時、急速起動時、回路ＯＮ時を繰り返すことにより、高速起動が可能な低消費電力の間欠動作に適した入力信号増幅器が実現可能になる。
【００２４】
ここで、図２に示した入力信号増幅器１０を無線通信機に搭載し、この無線通信機の間欠受信時における消費電流の変化について図７を用いて説明する。図７（ａ）は図１に示した従来の入力信号増幅器を用いた場合の消費電流の変化を示し、図７（ｂ）は図２に示した入力信号増幅器１０を用いた場合の消費電流の変化を示している。図７から分かるように、図７（ｂ）では図７（ａ）に比べて、起動用のバイアス電圧発生回路の電流を削減できる。
【００２５】
このように、実施の形態１の入力信号増幅器では、反転増幅器の入力を接地するか否かを切り替えるスイッチＳＷ１と、反転増幅器と並列に接続され、複数の異なる抵抗値を有する帰還抵抗部と、を備え、帰還抵抗部は、それぞれの抵抗を介して帰還抵抗部の短絡または開放を行うスイッチＳＷ２、ＳＷ３を有し、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部ＣＯＮＴ１がこれらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を回路の状態に応じて適宜ＯＮ／ＯＦＦを切り替える。これにより、急速起動時には、帰還抵抗部の抵抗値を低抵抗値とし、また、スイッチＳＷ１を開放すれば、回路規模の増大及び消費電力の増大を招くことなく、反転増幅器の入力電圧の急速起動を行うことができる。
【００２６】
なお、本実施の形態の帰還抵抗部１２は、複数の抵抗値を並列に備えていればよく、さらにＯＮ／ＯＦＦ制御信号部１４は、図５または図６に示すＯＮ／ＯＦＦ制御論理表に応じる論理回路が成り立てば、図２に示した回路でなくてもよい。
【００２７】
また、図５及び図６のＯＮ／ＯＦＦ制御論理表における相違点は、急速起動時におけるスイッチＳＷ２がＯＮまたはＯＦＦとなっている点であるが、急速起動時はスイッチＳＷ３がＯＮしているため、反転増幅器Ａ１の入力ＩＮ１と出力ＯＵＴ１間の抵抗値が十分小さいため、スイッチＳＷ２の状態はＯＮでもＯＦＦでもよいことを示している。
【００２８】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る水晶発振器２０の構成を示す図ある。以下、水晶発振器２０の構成について図８を用いて説明する。
【００２９】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、通常、ＭＯＳトランジスタ型スイッチまたはトランスファーゲート型スイッチを用いている。スイッチＳＷ２を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の間に接続しているのは、水晶発振器２０が発振している際に、スイッチＳＷ２の両端子の電位変化が少ないほうが、スイッチＳＷ２の内部ＯＮ抵抗の変化が少なく、発振信号の位相雑音劣化を軽減できるためである。従って、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値は等しいことが望ましい。
【００３０】
反転増幅器１１の入力ＩＮ１と出力ＯＵＴ１との間には水晶振動子Ｘ１が接続され、入力ＩＮ１とＧＮＤ間、出力ＯＵＴ１とＧＮＤ間には、水晶発振器２０の発振周波数に応じた負荷容量Ｃ１が接続される。なお、一般的には、図８の破線内部は集積化回路とされ、集積化回路の入力端子ＩＮ１、出力端子ＯＵＴ１の間に水晶振動子Ｘ１が外部接続される。
【００３１】
次に、図８に示した水晶発振器２０の動作について、図５のＯＮ／ＯＦＦ制御論理表を用いて説明する。
【００３２】
水晶発振器２０の回路ＯＦＦ時は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部１４のａよりスイッチＳＷ１のＯＮ信号を出力し、ｂよりスイッチＳＷ２のＯＦＦ信号を出力し、ｃよりスイッチＳＷ３のＯＦＦ信号を出力する。この結果、スイッチＳＷ２とＳＷ３がＯＦＦになり、帰還抵抗部１２が開放となり、反転増幅器１１はインバータ動作をする。ここで、スイッチＳＷ１がＯＮし、ＧＮＤにプルダウンされるため、回路を生成するトランジスタのＯＦＦ時リーク電流が発生しない限り、消費電流は発生しない。
【００３３】
次に、水晶発振器２０の回路ＯＦＦ時から急速起動時に切り替わる時は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部１４のａよりスイッチＳＷ１のＯＦＦ信号を出力し、ｂよりスイッチＳＷ２のＯＮ信号を出力し、ｃよりスイッチＳＷ３のＯＮ信号を出力する。この結果、スイッチＳＷ２とＳＷ３がＯＮになり、帰還抵抗部１２の抵抗値が低抵抗値となり、さらに、スイッチＳＷ１が開放になるため、反転増幅器１１は、帰還抵抗部１２の抵抗が低抵抗値で帰還され、入力ＩＮ１の電圧の急速起動を行う。ここでは、急速起動用のバイアス電圧回路等を用いないため、余計な消費電流を使うことなく、反転増幅器１１の入力電圧の急速起動が可能となる。この急速起動期間は、Ｄｅｌａｙ回路Ｄ１の遅延時間にて決定される。
【００３４】
次に、水晶発振器２０の回路ＯＮ時は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部１４のａよりスイッチＳＷ１のＯＦＦ信号を出力し、ｂよりスイッチＳＷ２のＯＮ信号を出力し、ｃよりスイッチＳＷ３のＯＦＦ信号を出力する。この結果、急速起動時よりスイッチＳＷ３がＯＦＦとなり、帰還抵抗部１２の抵抗が高抵抗値となり、高利得な水晶発振器２０の動作状態となる。水晶発振器２０の回路ＯＦＦ時、急速起動時、回路ＯＮ時を繰り返すことにより、高速起動が可能な低消費電力の間欠動作に適した水晶発振器が実現可能になる。
【００３５】
このように、実施の形態２の水晶発振器では、反転増幅器の入力を接地するか否かを切り替えるスイッチＳＷ１と、反転増幅器と並列に接続され、複数の異なる抵抗値を有する帰還抵抗部と、を備え、帰還抵抗部は、それぞれの抵抗を介して帰還抵抗部の短絡または開放を行うスイッチＳＷ２、ＳＷ３を有し、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部ＣＯＮＴ１がこれらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を回路の状態に応じて適宜ＯＮ／ＯＦＦを切り替える。これにより、急速起動時には、帰還抵抗部の抵抗値を低抵抗値とし、また、スイッチＳＷ１を開放すれば、回路規模の増大及び消費電力の増大を招くことなく、反転増幅器の入力電圧の急速起動を行うことができる。
【００３６】
なお、本実施の形態の帰還抵抗部１２は、複数の抵抗値を並列に備えていればよく、さらにＯＮ／ＯＦＦ制御信号部１４は、図５または図６に示すＯＮ／ＯＦＦ制御論理表に応じる論理回路が成り立てば、図８に示した回路でなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明にかかる入力信号増幅器は、水晶発振器、半導体集積回路、無線通信装置、及び、電子機器等に適用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１１  反転増幅器
１２  帰還抵抗部
１３  入力信号源
１４  ＯＮ／ＯＦＦ制御信号部
【図１】
2015146545.tif 000003
【図２】
2015146545.tif 000004
【図３】
2015146545.tif 000005
【図４】
2015146545.tif 000006
【図５】
2015146545.tif 000007
【図６】
2015146545.tif 000008
【図７】
2015146545.tif 000009
【図８】
2015146545.tif 000010