(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
演算増幅器の非反転入力端子を信号入力端子に接続し、前記演算増幅器の出力端子を信号出力端子に接続し、前記演算増幅器の前記出力端子と反転入力端子の間に帰還回路を接続してなる利得可変増幅器において、前記帰還回路は、
前記演算増幅器の前記出力端子に直列接続された第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の減衰部と、
該第１〜第Ｎ個の減衰部の各々の出力側に一端が接続された１個のスイッチと１個の抵抗からなるＮ個の直列回路、および該Ｎ個の直列回路の他端と接地間に接続された１個のスイッチと１個の抵抗からなる１個の直列回路により構成される切替部と、
該切替部の前記Ｎ個の直列回路と前記１個の直列回路の共通接続点に接続された第Ｎ＋１の減衰部と、
該第Ｎ＋１の減衰部の減衰量を選択するＭ個のスイッチとを備え、
該Ｍ個のスイッチにおける前記第Ｎ＋１の減衰部と反対側の端子を前記演算増幅器の前記反転入力端子に接続し、
前記Ｎ個の直列回路の各スイッチと前記１個の直列回路のスイッチを同じオン抵抗とし、且つ前記Ｎ個の直列回路の各抵抗と前記１個の直列回路の抵抗を同じ抵抗値とした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器において、
前記演算増幅器の出力端子に接続された第Ｎ＋２の減衰部と、
該第Ｎ＋２の減衰部の減衰量を選択するＬ（＝Ｍ）個のスイッチとを備え、
該Ｌ個のスイッチにおける前記第Ｎ＋２の減衰部と反対側の端子を前記演算増幅器の前記反転入力端子に接続したことを特徴とする利得可変増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利得の種類に比較してスイッチの数を大幅に削減し、さらにスイッチのもつオン抵抗による誤差成分をキャンセルして精度の高い利得量を実現することができるようにした利得可変増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の利得可変増幅器として、演算増幅器の帰還回路の減衰量を調整するタイプの図５に示す構成の回路がある。図５において、１は信号入力端子、９は演算増幅器、１０は出力端子である。スイッチ群Ｓ５０〜Ｓ７０と減衰部１１〜１３は帰還回路を構成する。スイッチ群Ｓ５０はスイッチＳ５１〜Ｓ５８からなり、減衰部１１は抵抗Ｒ１１１〜Ｒ１１９からなる。また、スイッチ群Ｓ６０はスイッチＳ６１〜Ｓ６８からなり、減衰部１２は抵抗Ｒ１２１〜Ｒ１２９からなる。さらに、スイッチ群Ｓ７０はスイッチＳ７１〜Ｓ７８からなり、減衰部１３は抵抗Ｒ１３１〜Ｒ１３９からなる。
【０００３】
この利得可変増幅器の帰還回路では、抵抗Ｒ１１１〜Ｒ１１９、Ｒ１２１〜Ｒ１２９、Ｒ１３１〜Ｒ１３９の値を適宜設定しておき、スイッチＳ５１〜Ｓ５８のいずれか１つのみを選択してオンさせることにより１ｄＢステップで０ｄＢ〜７ｄＢの減衰量を、Ｓ６１〜Ｓ６８のいずれか１つのみを選択してオンさせることにより１ｄＢステップで８ｄＢ〜１５ｄＢの減衰量を、Ｓ７１〜Ｓ７８のいずれか１つのみを選択してオンさせることにより１ｄＢステップで１６ｄＢ〜２３ｄＢの減衰量を、ぞれぞれ実現することができ、従って利得可変増幅器の利得を複数段階に渡って調整することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、図５の利得可変増幅器では、Ｋ段階の利得調整を行うには、Ｋ個のスイッチが必要となって、回路規模が増大するという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、多段階の利得調整を少ない数のスイッチで実現でき、且つその設定利得がスイッチのオン抵抗の影響を受けず、精度の高い利得量を得ることができるようにした利得可変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】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１にかかる発明は、演算増幅器の非反転入力端子を信号入力端子に接続し、前記演算増幅器の出力端子を信号出力端子に接続し、前記演算増幅器の前記出力端子と反転入力端子の間に帰還回路を接続してなる利得可変増幅器において、前記帰還回路は、前記演算増幅器の前記出力端子に直列接続された第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の減衰部と、該第１〜第Ｎ個の減衰部の各々の出力側に一端が接続された１個のスイッチと１個の抵抗からなるＮ個の直列回路、および該Ｎ個の直列回路の他端と接地間に接続された１個のスイッチと１個の抵抗からなる１個の直列回路により構成される切替部と、該切替部の前記Ｎ個の直列回路と前記１個の直列回路の共通接続点に接続された第Ｎ＋１の減衰部と、該第Ｎ＋１の減衰部の減衰量を選択するＭ個のスイッチとを備え、該Ｍ個のスイッチにおける前記第Ｎ＋１の減衰部と反対側の端子を前記演算増幅器の前記反転入力端子に接続し、前記Ｎ個の直列回路の各スイッチと前記１個の直列回路のスイッチを同じオン抵抗とし、且つ前記Ｎ個の直列回路の各抵抗と前記１個の直列回路の抵抗を同じ抵抗値としたことを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の利得可変増幅器において、前記演算増幅器の出力端子に接続された第Ｎ＋２の減衰部と、該第Ｎ＋２の減衰部の減衰量を選択するＬ（＝Ｍ）個のスイッチとを備え、該Ｌ個のスイッチにおける前記第Ｎ＋２の減衰部と反対側の端子を前記演算増幅器の前記反転入力端子に接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１にかかる発明によれば、帰還回路における減衰量を少ない数のスイッチで多段階に渡って得ることができる。また、スイッチのオン抵抗がキャンセルされるので、精度の高い利得量を実現することができるばかりか、そのスイッチを構成するＭＯＳトランジスタのサイズを大きくする必要もないので利得可変増幅器全体を小型化することができる。また、請求項２にかかる発明によれば、第Ｎ＋１の減衰部のＭ個のスイッチと第Ｎ＋２の減衰部のＬ（＝Ｍ）個のスイッチをそれぞれＭＯＳトランジスタで構成するとき、第Ｎ＋１の減衰部の１個のスイッチと第Ｎ＋２の減衰部の１個のスイッチを共通の駆動回路で駆動できるので、第Ｎ＋１および第Ｎ＋２の減衰部をＭ（＝Ｌ）個の駆動回路で駆動することができ、駆動回路が半減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明の利得可変増幅器の原理を説明するためのブロック図である。１は信号入力端子、２〜７は減衰量Ａ１〜Ａ６の減衰部、８は減衰量Ａ７の切替部、９は演算増幅器、１０は信号出力端子である。Ｓ１〜Ｓ７はスイッチであり、特に切替部８のスイッチＳ３〜Ｓ６はオン抵抗が同一値である。また切替部８の抵抗Ｒ１〜Ｒ５は同一値の抵抗である。なお、請求項との関係では、減衰部４〜７が第１〜第Ｎの減衰部、減衰部３が第Ｎ＋１の減衰部、減衰部２が第Ｎ＋２の減衰部に相当する。
【０００９】
この利得可変増幅器では、スイッチＳ１のみをオンさせたときは、帰還回路において、減衰部２による減衰量Ａ１が実現できる。このとき演算増幅器９は入力インピーダンスが大きいのでスイッチＳ１には電流が流れず、そのスイッチＳ１のオン抵抗は回路に影響を与えない。
【００１０】
次に、スイッチＳ１，Ｓ４〜Ｓ６をオフさせ、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ７をオンさせたときは、減衰部３の減衰量Ａ２と減衰部４の減衰量Ａ３に加えて、切替部８の抵抗Ｒ１とＲ５による減衰量Ａ７が加算された減衰量を、帰還回路において実現できる。このとき、抵抗Ｒ１とＲ５は同一抵抗値であり、スイッチＳ３とＳ７も同一のオン抵抗であるので、この減衰量Ａ７は１／２（＝−６ｄＢ）となる。したがって、この場合の減衰量は、「Ａ２＋Ａ３＋Ａ７」となる。このとき、スイッチＳ３，Ｓ７のオン抵抗がどのような値（但し同一値）であっても、減衰量Ａ７は−６ｄＢから変化しない。演算増幅器９は入力インピーダンスが大きいのでスイッチＳ２には電流が流れず、そのスイッチＳ２のオン抵抗は回路に影響を与えない。
【００１１】
次に、スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６をオフさせ、スイッチＳ２，Ｓ４，Ｓ７をオンさせたときは、減衰部３の減衰量Ａ２と減衰部４の減衰量Ａ３と減衰部５の減衰量Ａ４に加えて、切替部８の抵抗Ｒ２とＲ５による減衰量Ａ７が加算された減衰量を、帰還回路において実現できる。このとき、抵抗Ｒ２とＲ５は同一抵抗値であり、スイッチＳ４とＳ７も同一のオン抵抗であるので、この減衰量Ａ７は１／２（＝−６ｄＢ）となる。したがって、この場合の減衰量は、「Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ａ７」となる。このとき、スイッチＳ４，Ｓ７のオン抵抗がどのような値（但し同一値）であっても、減衰量Ａ７は−６ｄＢから変化しない。
【００１２】
以下、同様に、スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６をオフさせ、スイッチＳ２，Ｓ５，Ｓ７をオンさせたときの減衰量は「Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ａ５＋Ａ７」となり、スイッチＳ１、Ｓ３〜Ｓ５をオフさせ、スイッチＳ２，Ｓ６，Ｓ７をオンさせたときの減衰量は「Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ａ５＋Ａ６＋Ａ７」となる。
【００１３】
以上により、スイッチＳ３〜Ｓ７のオン抵抗はキャンセルされたことになり、そのオン抵抗が回路に影響を与えることはない。また、そのオン抵抗を特別小さくする必要もないので、それを構成するＭＯＳトランジスタのサイズを特別小さくする必要もない。
【００１４】
図２は図１の減衰部４〜７と切替部８の部分を具体的に表した回路であり、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１８によりその減衰部４〜７が構成されている。また、図３は減衰部４〜７と切替部８の部分を具体的に表した別の例の回路であり、抵抗Ｒ２１〜Ｒ３３によりその減衰部４〜７が構成されている。図３に示す減衰部４〜７では、抵抗Ｒ２１〜Ｒ３３の抵抗値を適宜設定することにより、スイッチＳ３〜Ｓ６のいずれがオンとなった場合でも、入力インピーダンスをほぼ一定の値にすることができる。
【００１５】
図４は利得可変増幅器の具体的な構成を示す回路図である。減衰部２の部分は抵抗Ｒ２０１〜Ｒ２０８からなり、スイッチＳ１の部分はスイッチＳ１１〜Ｓ１８からなり、そのスイッチＳ１１のみをオンさせれば０ｄＢ、スイッチＳ１２のみをオンさせれば−１ｄＢ、Ｓ１３のみをオンさせれば−２ｄＢ、・・・・・、Ｓ１８のみをオンさせれば−７ｄＢの減衰量を実現できる。
【００１６】
減衰部３の部分は抵抗Ｒ３０１〜Ｒ３０８からなり、スイッチＳ２の部分はスイッチＳ２１〜Ｓ２８からなり、そのスイッチＳ２１のみをオンさせれば０ｄＢ、スイッチＳ２２のみをオンさせれば−１ｄＢ、Ｓ２３のみをオンさせれば−２ｄＢ、・・・・・、Ｓ２８のみをオンさせれば−７ｄＢの減衰量を実現できる。つまり、減衰部３とスイッチＳ２の部分は、減衰部２とスイッチＳ１の部分と同一構成である。
【００１７】
減衰部４〜７は図３に示した構成を採用していて、例えば減衰部４で−１０ｄＢ、減衰部５で−８ｄＢ、減衰部６で−６ｄＢ、減衰部７で−４ｄＢの減衰量を実現できる。切替部８では、スイッチＳ７とスイッチＳ３〜Ｓ６のいずれの組み合わせでも前記したように−６ｄＢの減衰量を実現できる。
【００１８】
以上から、図４の利得可変増幅器では、減衰部２はスイッチＳ１１〜Ｓ１８により８種類の減衰量が実現でき、減衰部３〜７と切替部８ではスイッチＳ２１〜Ｓ２８と切替部８のスイッチＳ３〜Ｓ６の組み合わせにより８×４＝３２種類の減衰量が実現できるので、合計で４０種類の減衰量を実現できる。このために必要はスイッチの数は２１個である。つまり、スイッチ数の２倍の種類の減衰量（利得可変増幅器でみれば増幅度）を実現できる。これに対して、従来の図５では２４種類の減衰量を実現するために２４個のスイッチが必要であり、スイッチ数と減衰量の種類が同値に留まる。
【００１９】
また、図４の利得可変増幅器では、演算増幅器９の入力側でない部分に使用しているスイッチＳ３〜Ｓ７については、前記したように、それらを同一抵抗値のオン抵抗とし、且つ抵抗Ｒ１〜Ｒ５を同一抵抗値とすることにより、そのオン抵抗をキャンセルすることができる。スイッチにオン抵抗が存在すると、減衰量が設計値からずれて精度が低下するので、そのオン抵抗を低減すべく、そのスイッチを構成するＭＯＳトランジスタのサイズを大きくする必要があり、利得可変増幅器の回路規模が大きくなるが、本実施例ではこの問題が解消できる。
【００２０】
また、スイッチＳ１１〜Ｓ１８とスイッチＳ２１〜Ｓ２８はいずれか一方のみがオンするように制御できるので、それらのスイッチをＭＯＳトランジスタで構成して、スイッチＳ１１とＳ２１、Ｓ１２とＳ２２、・・・、Ｓ１８とＳ２８を同一の駆動回路で駆動することができ、駆動回路の数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の利得可変増幅器の基本的なブロック図である。
【図２】図１の減衰部４〜７と切替部８の具体的回路の回路図である。
【図３】図１の減衰部４〜７と切替部８の別の例の具体的回路の回路図である。
【図４】本発明の具体的な利得可変増幅器の回路図である。
【図５】従来の利得可変増幅器の回路図である。
【符号の説明】
【００２２】
１：信号入力端子
２〜７：減衰部
８：切替部
９：演算増幅器
１０：信号出力端子
１１〜１３：減衰部
【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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