(57)【要約】【課題】ＡＧＣ回路において、消費電流を変えずに、出力信号に歪みを生じさせない利得可変増幅器を提供することを目的とする。【解決手段】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。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御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が等しいことを特徴とする利得可変増幅器。
【請求項２】
請求項１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。
【請求項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。
【請求項４】
請求項３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。
【請求項５】
請求項３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器。
【請求項６】
請求項３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の差動増幅回路のゲート酸化膜容量より大きく、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。
【請求項７】
請求項３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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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が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ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路における利得可変増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の利得可変増幅器を模式的に示す図である。
図６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ＡＧＣ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。
【０００３】
図６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Ｖｉｐ及び制御基準電圧Ｖｉｎ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Ｖｉｎｐ及び入力反転信号Ｖｉｎｎが入力される。利得可変増幅器７０は、制御電圧Ｖｉｐと制御基準電圧Ｖｉｎとの電圧差ΔＶａと、入力信号Ｖｉｎｐと入力反転信号Ｖｉｎｎとの電圧差ΔＶｉ及び−ΔＶｉとが掛け合わされ、出力信号Ｖｏｕｔｎ及び出力反転信号Ｖｏｕｔｐを出力する。また、定電流源７１で生成される制御電流Ｉｓｓは、差動増幅回路７２を駆動させ、制御電流Ｉｄｄ１と制御電流Ｉｄｄ２とに分かれ、それぞれ差動増幅回路７３及び差動増幅回路７４を駆動させる。そして、利得可変増幅器７０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Ｖｉｐ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Ｖｉｐを差動増幅回路７２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Ｖｉｐを差動増幅回路７２に入力し、出力レベルを一定に保つ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の利得可変増幅器７０は、入力レベルの大きな信号が入力されると、全高調波歪率が悪化することがある。すなわち、利得可変増幅器７０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７０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）よりも大きい場合に出力信号が歪むことがある。
【０００５】
下記に示す数式１は、利得可変増幅器７０における入力電圧差｜ΔＶｉ｜（以下、ΔＶｉとする）とダイナミックレンジとの関係を示す式である。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
数式１の左辺は、入力電圧差ΔＶｉ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７０を構成するトランジスタの特性などに関する定数を、Ｉｄｄ２は、差動増幅回路７４を駆動させる制御電流を、Ｗは、利得可変増幅器７０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７０を構成するトランジスタのゲート長を示している。
【０００８】
数式１に示すように、従来の利得可変増幅器７０のダイナミックレンジは、制御電流Ｉｄｄ２に基づいて決っていた。
図７は、利得可変増幅器７０における制御電圧差ΔＶａと、入力レベル（入力電圧差）ΔＶｉと、制御電流Ｉｓｓ（Ｉｄｄ１及びＩｄｄ２）と、利得との関係を示す図である。
【０００９】
図７（ａ）に示すグラフは、横軸が制御電圧差ΔＶａを、縦軸が利得可変増幅回路７０に入力される信号の入力レベルΔＶｉを示している。また、図７（ｂ）に示すグラフは、横軸が制御電圧差ΔＶａを、縦軸が差動増幅回路７３及び７４のそれぞれの制御電流Ｉｄｄ１及びＩｄｄ２を示している。また、図７（ｃ）は、横軸が制御電圧差ΔＶａを、縦軸が利得可変増幅器７０全体の利得を示している。
【００１０】
図７（ｂ）が示すように、制御電流Ｉｄｄ２の電流量は、制御電流Ｉｄｄ１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７０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７４のダイナミックレンジと等しい大きさであった。
【００１１】
そして、従来の利得可変増幅器７０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７４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ΔＶｉ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。
【００１２】
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７１の制御電流Ｉｓｓの電流量を多くしていた。このように、制御電流Ｉｓｓの電流量を多くすることによって、差動増幅回路７４に流れる制御電流Ｉｄｄ２の電流量も増え、数式１に示すダイナミックレンジも大きくなり、出力信号の歪みの悪化を抑えることが可能となる。
【００１３】
また、従来では、制御電流Ｉｓｓ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Ｉｓｓの電流量を増やしたり、利得可変増幅器７０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るようにしていた。
【００１４】
しかしながら、定電流源Ｉｓｓの電流量を増やすことや利得可変増幅器７０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７０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Ｖｇｓが大きくなり、低い電圧での動作が難しくなってしまうことがある。また、消費電流が増大することによっても、ゲート電圧Ｖｇｓを増大させ、低い電圧での動作を困難にさせる。
【００１５】
このように、従来の利得可変増幅器７０では、定電流源Ｉｓｓの電流量を増やしたり、トランジスタのＷ／Ｌを小さくしたりすることによって、差動増幅回路７４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。
【００１６】
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ＡＧＣ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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
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、制御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。
【００１８】
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。
【００１９】
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っ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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カレントミラー接続やフォールテッ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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幅とゲート長との比率を、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。
【００２４】
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幅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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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い。
【００２８】
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。
【００２９】
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の差動増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化を抑えることが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１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１に示す利得可変増幅器１０は、従来の利得可変増幅器７０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ＡＧＣ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。
【００３１】
図１に示すように、利得可変増幅器１０は、定電流源１１と、差動増幅回路１２、１３、及び１４とから構成される増幅器である。差動増幅回路１２には、制御電圧Ｖｉｐ及び制御基準電圧Ｖｉｎが入力され、差動増幅回路１３及び１４には、それぞれ入力信号Ｖｉｎｐ及び入力反転信号Ｖｉｎｎが入力される。利得可変増幅器１０は、制御電圧Ｖｉｐと制御基準電圧Ｖｉｎとの電圧差ΔＶａと、入力信号Ｖｉｎｐと入力反転信号Ｖｉｎｎとの電圧差ΔＶｉ及び−ΔＶｉとが掛け合わされ、出力信号Ｖｏｕｔｎ及び出力反転信号Ｖｏｕｔｐを出力する。また、定電流源１１で生成される制御電流Ｉｓｓは、差動増幅回路１２を駆動させ、制御電流Ｉｄｄ１と制御電流Ｉｄｄ２とに分かれ、それぞれ差動増幅回路１３及び差動増幅回路１４を駆動させる。そして、利得可変増幅器１０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Ｖｉｐ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Ｖｉｐを差動増幅回路１２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Ｖｉｐを差動増幅回路１２に入力し、出力レベルを一定に保つ。
【００３２】
そして、本実施形態の利得可変増幅器１０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１３及び１４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及び１４のそれぞれのダイナミックレンジを個々に調整する点である。
【００３３】
また、定電流源１１の電流量を変えずに、差動増幅回路１３及び１４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１３における制御電流を流れやすくして、差動増幅回路１３及び１４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。
【００３４】
すなわち、差動増幅回路１３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。
【００３５】
次に、定電流源１１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２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２に示すように、利得可変増幅器１０は、定電流源１１（第１の定電流源）と、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ。以下、トランジスタという）３０及び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及び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。
【００３６】
図２に示す利得可変増幅器１０は、差動増幅回路１３及び１４に入力される入力信号ｉｎ及び＊ｉｎ（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Ｖｉｐ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Ｖｉｎに相当）との電圧差ΔＶａ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。
【００３７】
下記の数式２は、差動増幅回路１３の持つダイナミックレンジと入力電圧差ΔＶｉ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１４におけるダイナミックレンジと入力電圧差ΔＶｉとの関係を示す式である。
【００３８】
【数２】
2004064491.tif 000004
【００３９】
【数３】
2004064491.tif 000005
【００４０】
なお、Ｗ２は、トランジスタ３２及び３３のゲート幅を示し、Ｗ３は、トランジスタ３４及び３５のゲート幅を示し、Ｌ２は、トランジスタ３２及び３３のゲート長を示し、Ｌ３は、トランジスタ３４及び３５のゲート長を示し、μ２は、トランジスタ３２及び３３の電子移動度を示し、μ３は、トランジスタ３４及び３５の電子移動度を示し、Ｃｏｘ２は、トランジスタ３２及び３３のゲート酸化膜容量を示し、Ｃｏｘ３は、トランジスタ３４及び３５のゲート酸化膜容量を示している。
【００４１】
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を等しくする場合、数式２及び数式３より下記の数式４となる。
【００４２】
【数４】
2004064491.tif 000006
【００４３】
そして、数式４より下記の数式５が得られる。
【００４４】
【数５】
2004064491.tif 000007
【００４５】
そして、数式５において、制御電流Ｉｄｄ１が常に制御電流Ｉｄｄ２よりも大きいことより、下記の数式６を得る（図７（ｂ）参照）。なお、数式６を満たす場合、数式５において、（μ２Ｃｏｘ２）／（μ３Ｃｏｘ３）がほぼ１になるように、各μや各Ｃｏｘを設定する。すなわち、例えば、μ２＝μ３、且つ、Ｃｏｘ２＝Ｃｏｘ３となるように、各μや各Ｃｏｘを設定する。
【００４６】
そして、数式５及び数式６を満たすように、Ｗ２、Ｗ３、Ｌ２、及びＬ３を設定する。例えば、Ｉｄｄ１／Ｉｄｄ２＝２、（Ｗ２／Ｌ２）／（Ｗ３／Ｌ３）＝２、及びＩｄｄ１＞Ｉｄｄ２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。
【００４７】
このように、数式５及び数式６を満たすように、トランジスタ３２〜３５の各ゲート幅と各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Ｉｓｓ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３２及び３３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１３の制御電流を差動増幅回路１４に対して相対的に増やすように構成することによって、制御電流Ｉｓｓの電流量を増大させないので、ゲート電圧Ｖｇｓ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。
【００４８】
なお、利得可変増幅器１０において、差動増幅回路１３を構成するトランジスタ３２及び３３のそれぞれのＷ／Ｌは等しく、また、差動増幅回路１４を構成するトランジスタ３４及び３５のそれぞれのＷ／Ｌも等しく構成される。また、Ｗ２／Ｌ２及びＷ３／Ｌ３の値が小さいと、差動増幅回路１３又は１４のゲート電圧Ｖｇｓが大きくなり、低い電圧での動作が難しくなってしまうので、Ｗ２／Ｌ２及びＷ３／Ｌ３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Ｗ２／Ｌ２を大きくする場合は、差動増幅回路１３のゲート電圧Ｖｇｓも差動増幅回路１４のゲート電圧Ｖｇｓ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。
【００４９】
【数６】
2004064491.tif 000008
【００５０】
また、上記数式５において、制御電流Ｉｄｄ１が制御電流Ｉｄｄ２よりも大きいことより下記の数式７を得る（図７（ｂ）参照）。なお、数式７を満たす場合、数式５において、（Ｃｏｘ２（Ｗ２／Ｌ２））／（Ｃｏｘ３（Ｗ３／Ｌ３））がほぼ１になるように、各Ｗ／Ｌや各Ｃｏｘを設定する。すなわち、例えば、（Ｗ２／Ｌ２）＝（Ｗ３／Ｌ３）、且つ、Ｃｏｘ２＝Ｃｏｘ３となるように、各Ｗ／Ｌや各Ｃｏｘを設定する。
【００５１】
そして、数式５及び数式７を満たすように、μ２及びμ３を設定する。例えば、Ｉｄｄ１／Ｉｄｄ２＝２、μ２／μ３＝２、及びＩｄｄ１＞Ｉｄｄ２という条件のもとでμ２及びμ３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。
【００５２】
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Ｉｓｓ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１２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。
【００５３】
【数７】
2004064491.tif 000009
【００５４】
また、上記数式５において、制御電流Ｉｄｄ１が制御電流Ｉｄｄ２よりも大きいことより下記の数式８を得る（図７（ｂ）参照）。なお、数式８を満たす場合、数式５において、（μ２（Ｗ２／Ｌ２））／（μ３（Ｗ３／Ｌ３））がほぼ１になるように、各Ｗ／Ｌや各μを設定する。すなわち、例えば、（Ｗ２／Ｌ２）＝（Ｗ３／Ｌ３）、且つ、μ２＝μ３となるように、各Ｗ／Ｌや各μを設定する。
【００５５】
そして、数式５及び数式８を満たすように、Ｃｏｘ２及びＣｏｘ３を設定する。例えば、Ｉｄｄ１／Ｉｄｄ２＝２、Ｃｏｘ２／Ｃｏｘ３＝２、及びＩｄｄ１＞Ｉｄｄ２という条件のもとでＣｏｘ２及びＣｏｘ３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。
【００５６】
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３２及び３３の各ゲ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Ｉｓｓ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３２及び３３の各ゲート酸化膜容量のみを調整し、差動増幅回路１３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。
【００５７】
【数８】
2004064491.tif 000010
【００５８】
このように、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／ゲート長の値を、差動増幅回路１４を構成するトランジスタのゲート幅／ゲート長の値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。
【００５９】
また、Ｉｄｄ１＞Ｉｄｄ２という条件を満たしつつ、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制御電流Ｉｄｄ２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Ｉｄｄ２に電流Ｉαを加えることによって、その制御電流Ｉｄｄ２＋電流Ｉαの電流量が制御電流Ｉｄｄ１の電流量と等しくなるように、差動増幅回路１４に流す電流の量を増加させてもよい。
【００６０】
【数９】
2004064491.tif 000011
【００６１】
図３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４０を示す図である。
図３に示す利得可変増幅器４０の差動増幅回路１４には、制御電流Ｉｄｄ２の他に電流Ｉαを流すための定電流源４１（第２の定電流源）が接続されている。
【００６２】
このように、差動増幅回路１４に定電流源４１を設けることによって、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することができるので、従来の利得可変増幅器７０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４０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。
【００６３】
また、図４は、図２の利得可変増幅器１０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４に示すように、利得可変増幅器５０は、差動増幅回路１２の出力部に、トランジスタ５１から構成するカレントミラー回路５２（破線部Ｄ）を設け、差動増幅回路１３及び１４を電源側に折り返している。
【００６４】
このように、カレントミラー回路５２で差動増幅回路１３及び１４を電源側に折り返すことによって、電源〜グラウンド（ｇｎｄ）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１０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。
【００６５】
また、他に電源〜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構成として、図５のように構成することができる。
図５は、図２の利得可変増幅器１０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。
【００６６】
図５に示すように、利得可変増幅器６０は、差動増幅回路１２の出力部に、トランジスタ６１から構成されるフォールテッドカスコード回路６２（破線部Ｅ）を設け、差動増幅回路１３及び１４を電源側に折り返している。
このように、フォールテッドカスコード回路６２で差動増幅回路１３及び１４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１０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。
【００６７】
なお、本実施形態の利得可変増幅器１０では、差動増幅回路１３を構成するトランジスタ３２及び３３のそれぞれのＷ／Ｌや差動増幅回路１４を構成するトランジスタ３４及び３５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１３のダイナミックレンジと差動増幅回路１４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３２〜３５の個々のＷ／Ｌの比率は特に限定されない。すなわち、差動増幅回路１３及び差動増幅回路１４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３２のＷ／Ｌとトランジスタ３３のＷ／Ｌとを異なる大きさに設定してもよい。
【００６８】
しかしながら、トランジスタ３２〜３５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３２及び３３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１４を構成し、トランジスタ３４及び３５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１４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。
【００６９】
また、本実施形態の利得可変増幅器１０では、差動増幅回路１２、１３及び１４をＭＯＳＦＥＴ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１２、１３、及び１４を構成してもよく、この場合、差動増幅回路１３及び１４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１３及び差動増幅回路１４のそれぞれのダイナミックレンジを等しくさせる。
【００７０】
【発明の効果】
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。
【００７１】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】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３】他の実施形態である利得可変増幅器４０を示す図である。
【図４】利得可変増幅器１０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５】利得可変増幅器１０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】従来の利得可変増幅器を模式的に示す図である。
【図７】上記利得可変増幅器１０における制御電圧差ΔＶａと、入力レベルΔＶｉと、制御電流Ｉｓｓと、利得との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０　利得可変増幅器
１１　定電流源
１２〜１４　差動増幅回路
３０〜３５　ＭＯＳＦＥＴ
３６　抵抗
４０　利得可変増幅器
４１　定電流源
５０　利得可変増幅器
６０　利得可変増幅器
７０　利得可変増幅器
７１　定電流源
７２〜７４　差動増幅回路
【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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