(57)【要約】【課題】利得Ｇ曲線の傾きを保ちつつ、広い直線性を保つことを可能にする。【解決手段】主差動増幅器Ｔｒ１，Ｔｒ２と補助差動増幅器Ｔｒ３，Ｔｒ４を備えた差動増幅器２０において、前記補助差動増幅器Ｔｒ３，Ｔｒ４にストッパ回路４０を備え、利得が最大に近い場合のみ、利得制御電圧の合成に寄与するようにして、直線性が損なわれる箇所にだけ利得制御電圧を足し込むこと、および足し込む利得制御電圧を調整することを可能にして、直線性の高い利得Ｇ曲線を得られるようにする。【選択図】図１
2005252683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの縦続接続された可変利得増幅器に利得制御電圧を印加することにより、前記可変利得増幅器の利得を制御するための回路において、
１対のトランジスタから構成される主差動増幅器と、１対のトランジスタから構成される少なくとも１つの補助差動増幅器とを備え、
外部制御入力端子を前記主差動増幅器および前記少なくとも１つの補助差動増幅器の第１のトランジスタのベースに接続し、
主基準電圧源と少なくとも１つの補助基準電圧源を備え、
前記主差動増幅器の第２のトランジスタのベースには前記主基準電圧源を接続し、前記少なくとも１つの補助差動増幅器の第２のトランジスタのベースに前記補助基準電圧源を接続し、
第１の抵抗と第２の抵抗を備え、
前記主差動増幅器および複数の補助差動増幅器の第１のトランジスタのコレクタを前記第１の抵抗に接続し、
前記主差動増幅器および複数の補助差動増幅器の第２のトランジスタのコレクタを前記第２の抵抗に接続し、
少なくとも１つの前記補助基準電圧源の出力電圧よりも外部制御電圧が低い場合は、前記補助基準電圧を出力し、高い場合はそのまま前記外部制御電圧を出力する少なくとも１つのストッパ回路を備え、
前記少なくとも１つの補助差動増幅器の第１のトランジスタのベースと前記外部制御電圧供給端子間に前記ストッパ回路を接続し、
前記外部制御入力電圧に応じて発生する前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の間の電位差を利得制御電圧として前記可変利得増幅器に印加し、利得を制御することを特徴とする可変利得増幅装置。
【請求項２】
前記主差動増幅器を構成するトランジスタのエミッタ間に主抵抗を設け、前記少なくとも１つの補助差動増幅器を構成するトランジスタのエミッタ間に補助抵抗を設けることを特徴とする請求項１記載の可変利得増幅装置。
【請求項３】
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗がほぼ同じ抵抗値であることを特徴とする請求項１または２記載の可変利得増幅装置。
【請求項４】
前記外部制御入力端子に前記第１のトランジスタの適切な入力レベルに変換する制御電圧供給手段を接続し、その出力を前記第１のトランジスタのベースに接続したことを特徴とする請求項１，２または３記載の可変利得増幅装置。
【請求項５】
前記ストッパ回路の入出力を直結したことを特徴とする請求項１，２，３または４記載の可変利得増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種ＩＣにおいて用いられる可変利得増幅装置に係り、特に可変利得増幅器の利得曲線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来の可変利得増幅器を説明するための回路構成図であり、１０は制御電圧供給手段、２０は差動増幅器、３０は可変利得増幅器、Ｖ１は主基準電圧源、Ｖ２は補助基準電圧源、Ｖｇｃは外部制御入力端子、Ｖｃｔｒｌは差動増幅器制御電圧、ΔＶは利得制御電圧、Ｖｏｕｔは出力電圧、Ｖｉｎは入力電圧、Ｔｒはトランジスタ、Ｔｒ１，Ｔｒ２は主差動増幅器を構成するトランジスタ、Ｔｒ３，Ｔｒ４は補助差動増幅器を構成するトランジスタ、Ｒは抵抗である。
【０００３】
図３に示すような従来の可変利得増幅器３０における利得Ｇは、可変利得増幅器の最大利得をＧｍａｘ，Ｖｔを熱電圧，利得制御電圧ΔＶとして、下式（数１）で表すことができる。
（数１）
Ｇ＝Ｇｍａｘ・（１／（１＋ｅｘｐ（−ΔＶ／Ｖｔ））
すなわち、利得制御電圧ΔＶを可変することにより利得Ｇを可変にすることができる。また、この増幅器において、ある限られた範囲において利得Ｇが利得制御電圧ΔＶに従って直線的に変化する。なぜなら、ｅｘｐ（−ΔＶ／Ｖｔ）の部分が支配的な動作領域においては、この項の値をデシベル表記すればΔＶにほぼ比例するからである。
【０００４】
直線領域の上部においてはＧｍａｘに漸近するように曲線となり漸近する。
【特許文献１】特開２０００−２３２３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の可変利得増幅器３０では、利得制御電圧ΔＶに対しデシベル利得が直線的に変化する領域が狭いため、必要な可変幅を得るためには、より多くの段数の可変利得増幅器３０を縦続接続する必要があり、ノイズなどの特性を満たすのが困難となったり、消費電力が増大するといった問題があった。
【０００６】
そこで可変利得増幅器３０の段数を増やすことなく、利得Ｇが直線的に変化する領域を広くする必要がある。例えば特許文献１では、図３に示すように、可変利得増幅器３０への利得制御電圧ΔＶの発生手段として、異なる基準電圧源Ｖ１，Ｖ２、および差動増幅器制御電圧Ｖｃｔｒｌが接続された複数の差動増幅器２０を備えた回路を開示している。
【０００７】
この手法は、複数の差動増幅器２０からの電流を共通の負荷で適切な合成をすることにより、外部制御入力端子Ｖｇｃの電圧に対するデシベル利得が直線的に変化することを目的としている。
【０００８】
しかし、この手法では、複数の利得制御電圧ΔＶを合成することで直線性を向上することは可能であるが、合成する制御電圧が増大すれば、図４（ｂ），（ｃ）に示すデシベル利得の直線部分の傾き自体が増大する可能性がある。
【０００９】
前記傾きは、通常の場合、制御系マイコンなどの制御能力などの制約を受け、上限が定められている。
【００１０】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決し、利得制御電圧に対するデシベル利得の直線性を向上しつつも、直線領域における傾き自体を変化させない可変利得増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明は、少なくとも１つの縦続接続された可変利得増幅器に利得制御電圧を印加することにより、前記可変利得増幅器の利得を制御するための回路において、１対のトランジスタから構成される主差動増幅器と１対のトランジスタから構成される少なくとも１つの補助差動増幅器を備え、外部制御入力端子を前記主差動増幅器および前記少なくとも１つの補助差動増幅器の第１のトランジスタのベースに接続し、主基準電圧源と少なくとも１つの補助基準電圧源を備え、前記主差動増幅器の第２のトランジスタのベースには前記主基準電圧源を接続し、前記少なくとも１つの補助差動増幅器の第２のトランジスタのベースに前記補助基準電圧源を接続し、第１の抵抗と第２の抵抗を備え、前記主差動増幅器および複数の補助差動増幅器の第１のトランジスタのコレクタは前記第１の抵抗Ｒに接続し、前記主差動増幅器および複数の補助差動増幅器の第２のトランジスタのコレクタは前記第２の抵抗Ｒに接続し、少なくとも１つの前記補助基準電圧源の出力電圧よりも外部制御電圧が低い場合は、前記補助基準電圧を出力し、高い場合はそのまま前記外部制御電圧を出力する少なくとも１つのストッパ回路を備え、前記少なくとも１つの補助差動増幅器の第１のトランジスタのベースと前記外部制御電圧供給端子間に前記ストッパ回路を接続し、前記外部制御入力電圧に応じて発生する前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の間の電位差を利得制御電圧として前記可変利得増幅器に印加し、利得を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、適切な補助差動増幅器の数と、補助基準電圧と、エミッタ抵抗を設定することにより、広い範囲で直線性を持つ利得Ｇ曲線を備えた可変利得増幅装置の実現を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
既述したように、図３に示すような従来の可変利得増幅装置において、直線性が損なわれるのはＧｍａｘに利得Ｇが数ｄＢ程度と比較的近い場合、数学的にデシベル利得が直線近似できなくなるからである。従来の回路における不具合は、本来、直線的である範囲に利得Ｇがある場合にも、利得Ｇ曲線に影響を及ぼす手法を採用していることが、図４（ａ）より分る。
【００１４】
そこで、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、利得Ｇ曲線が直線性を損ない始める範囲にのみ、利得Ｇ曲線を加工する手法を採用する。すなわち、利得ＧがＧｍａｘに近い場合のみ、利得制御電圧ΔＶの合成に寄与するように、補助差動増幅器にストッパ回路（後述する）を設ける。
【００１５】
また、合成していく利得制御電圧ΔＶ自体の傾き、すなわち差動増幅器のコンダクタンスが可変であれば、様々な利得Ｇ曲線の合成が可能となる。従来の可変利得増幅器においては、Ｉ１，Ｉ２を任意に調整して、所望の曲線を合成する手法を採っているが、本実施形態では、差動増幅器のエミッタに抵抗を挿入して、抵抗値の調整によっても、それぞれの差動増幅器の供給する利得制御電圧ΔＶを調整可能としている。
【００１６】
この際、前記複数の差動増幅器の出力は、前記外部からの利得制御電圧ΔＶの可変範囲全域において一様に合成されるものではなく、前記利得Ｇ曲線が直線的に変化する領域から外れる際、すなわち利得Ｇのデシベル利得がＧｍａｘに漸近し始める際に、直線性を保つ方向に合成される。
【００１７】
補助差動増幅器の第１のトランジスタのベース入力部にストッパ回路を備えた本実施形態の回路においては、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、直線性を保つ領域を広げることができる。言い換えると、得られた利得Ｇは、さらにＧｍａｘに漸近した箇所まで直線性を損ない始める箇所を移動させることができる。
【００１８】
ここからさらに広い直線性を確保するためには、この移動した直線的な変化から外れる箇所から、正の領域にのみ変化する別の利得制御電圧ΔＶ２を合成すればよい。また、この変化を始める箇所は、それぞれの差動増幅器の基準電圧Ｖ１，Ｖ２・・・の値を変化させることで調節される。
【００１９】
このように、ΔＶ１，ΔＶ２，・・・，ΔＶｎと合成していくことによって、直線性の高い状態を保ったまま、Ｇｍａｘに達する利得曲線を合成することができる。
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施形態の可変利得増幅器を説明するための回路構成図である。なお、図３にて説明した部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２２】
本実施形態では、差動増幅器２０の補助差動増幅器Ｔｒ３，Ｔｒ４にストッパ回路４０を備え、利得Ｇが最大（Ｇｍａｘ）に近い場合のみ、利得制御電圧ΔＶの合成に寄与するようにする。
【００２３】
外部制御入力端子Ｖｇｃに外部からある範囲で変動する直流電圧が印加されると、差動増幅器２０のトランジスタの入力Ｄレンジに合わせた範囲に変換され、差動増幅器制御電圧Ｖｃｔｒｌとして、Ｔｒ１およびＴｒ３のベースに印加される。
【００２４】
外部制御入力端子Ｖｇｃの電圧が十分低い場合、ある程度高めに設定された補助基準電圧Ｖ２と差動増幅器制御電圧Ｖｃｔｒｌの比較を行い、ストッパ回路４０はＴｒ３の直流電位をＶ２に保つ。この状態では合成される利得制御電圧ΔＶは、Ｔｒ１，Ｔｒ２のトランジスタ対から構成される主差動増幅器のみから合成される。利得Ｇ曲線は直線性を保っている。
【００２５】
外部制御入力端子Ｖｇｃの電圧がある程度高く、利得ＧもＧｍａｘに数ｄＢ程度になる場合、差動増幅器制御電圧Ｖｃｔｒｌが補助基準電圧Ｖ２より大きくなり、ストッパ回路４０はＯＦＦし、Ｔｒ３のベースには差動増幅器制御電圧Ｖｃｔｒｌが印加される。この状態では主差動増幅器Ｔｒ１，Ｔｒ２のみから合成されていた利得Ｇ曲線は、直線性を損ない始めているが、補助差動増幅器Ｔｒ３，Ｔｒ４も利得制御電圧ΔＶの合成に寄与し、直線性を損なわない程度に利得制御電圧ΔＶの電圧値を持ち上げる。
【００２６】
さらに外部制御入力端子Ｖｇｃの電圧が高くなった場合、主差動増幅器Ｔｒ１，Ｔｒ２と補助差動増幅器Ｔｒ３，Ｔｒ４とから合成される利得Ｇ曲線も直線性を損ない始めるが、この状態からストッパ回路４０がＯＦＦとなり、利得制御電圧ΔＶの合成に寄与し始める他の補助差動増幅器を備えていれば直線性を損なうことはない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、各種ＩＣにおいて用いられる可変利得増幅装置に適用され、無線通信機器をはじめとして各種ＩＣで用いられる可変利得増幅器の利得曲線に係り、利得曲線の直線性を高める効果があり、外部からの制御を容易にすること、あるいは広い有効可変範囲を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態の可変利得増幅器を説明するための回路構成図
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本実施形態の可変利得増幅装置における利得制御電圧ΔＶおよび利得Ｇ曲線
【図３】従来の可変利得増幅器を説明するための回路構成図
【図４】（ａ）〜（ｃ）は従来の可変利得増幅装置における利得制御電圧ΔＶおよび利得Ｇ曲線
【符号の説明】
【００２９】
１０  制御電圧供給手段
２０  差動増幅器
３０  可変利得増幅器
４０  ストッパ回路
Ｖ１  主基準電圧源
Ｖ２  補助基準電圧源
Ｖｇｃ  外部制御入力端子
Ｖｃｔｒｌ  差動増幅器制御電圧
ΔＶ  利得制御電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧
Ｖｉｎ  入力電圧
Ｔｒ  トランジスタ
Ｔｒ１，Ｔｒ２  主差動増幅器を構成するトランジスタ
Ｔｒ３，Ｔｒ４  補助差動増幅器を構成するトランジスタ
Ｒ  抵抗
【図１】
2005252683.tif 000003
【図２】
2005252683.tif 000004
【図３】
2005252683.tif 000005
【図４】
2005252683.tif 000006