(57)【要約】特定の実施の形態によれば、本発明は異なる電流入力信号をスティア即ち仕向けるするように配置された、第一及び第二の電流ステアリング区分の形態で実施される。各第一及び第二の電流ステアリング区分は、異なる電流通路を介して電流駆動される。第一の電流ステアリング区分は、ソース電流に構成且つ配置されているので、第二の電流ステアリング区分を駆動する。本発明の他の観点によれば、前述のように、電力消費量が比較的僅かで、大きなダイナミックレンジ、広域周波数応答且つ改善された直線性を達成できる可変利得増幅回路（“ＶＧＡ”）を形成する積重ねられたギルバートセル（Ｇｉｌｂｅｒｔｃｅｌｌ）を採用している。
2004512724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる電流入力信号を増幅するよう構成且つ配置された第一と第二の回路区分と、
異なる電流入力信号に応答し、前記第一と第二の回路区分をそれぞれ横切るバランスされた第一と第二の電流通路を有する異なる電流通路とを具備し、
前記第一と第二の回路区分は、前記第一の回路区分によって電流駆動第二回路区分を構成且つ配置されていることを特徴とする電流ステアリング回路。
【請求項２】
各第一と第二の回路区分が異なる電流入力信号を増幅するため構成且つ配置されている積重ねられた第一と第二の回路区分と、
前記第一の回路区分を電流駆動する異なる電流源通路及び、前記第二の回路区分を電流駆動する第一の回路区分と、
を具備することを特徴とする電流ステアリング回路。
【請求項３】
前記第一と第二の電流区分の少なくとも一つは、一対のギルバートセルを含むことを特徴とする請求項１と２の一つに記載の電流ステアリング回路。
【請求項４】
前記第一と第二の電流区分はそれぞれの共通のトランジスタバイアスを分担することを特徴とする請求項１、２と３の一つに記載の電流ステアリング回路。
【請求項５】
前記第一と第二の電流区分は、ＶＨＦ周波数においてダイナミックレンジを有する可変利得増幅器として構成且つ配置されていることを特徴とする請求項１、２と３の一つに記載の電流ステアリング回路。
【請求項６】
前記可変利得増幅器は、ＶＨＦ周波数において直線性のダイナミックレンジを提供することを特徴とする請求項５に記載の電流ステアリング回路。
【請求項７】
異なる電流入力信号を増幅するため構成且つ配置された第一と第二の電流ステアリング区分を備え、該第一と第二の電流ステアリング区分の各々は、異なる電流通路を介して電流駆動され、前記第一の電流ステアリング区分はソース電流に向けて構成且つ配置されているので、前記第二の電流ステアリング区分は駆動されることを特徴とする電流ステアリング可変利得増幅回路配置。
【請求項８】
前記第一と第二の電流ステアリング区分の各々は、それぞれの共通トランジスタバイアスを分担することを特徴とする請求項７に記載の電流ステアリング可変利得増幅回路配置。
【請求項９】
異なる電流入力信号を前記第一の電流ステアリング区分に送るよう配置された電圧対電流コンバータを更に備えることを特徴とする請求項７に記載の電流ステアリング可変利得増幅回路配置。
【請求項１０】
ＶＨＦレンジの信号を前記電圧対電流コンバータに送り、該コンバータは更にＶＨＦレンジの信号を前記異なる電流入力信号にコンバートするＶＨＦレンジの信号源を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の電流ステアリング可変利得増幅回路配置。
【請求項１１】
前記第一と第二の電流ステアリング区分は、ＶＨＦ周波数において更に直線性のダイナミックレンジを提供するように構成且つ配置されていることを特徴とする請求項９に記載の電流ステアリング可変利得増幅回路配置。
【請求項１２】
前記第一と第二の電流ステアリング区分の各々は、バランスされた電流ステアリングを提供する一対のギルバートセルで更に構成且つ配置されていることを特徴とする請求項７に記載の電流ステアリング可変利得増幅回路配置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、全般的に高周波増幅器に関する。特に本発明は、その入力端子の電圧の暴走に対し敏感な増幅環境の回路において特に利点がある用途に応用できる。本発明の特定の用途の実施例は、電力消費量が比較的僅かで、大きなダイナミックレンジ、広範囲の周波数応答且つ改善された直線性を達成できる利点があると理解されている可変利得増幅回路（“ＶＧＡ”）を意図している。
【０００２】
電子工業は、引き続き大電力で、高度な機能を達成できる回路に向けて進展している。この観点における顕著な成果は、シリコンウェーハの小面積に非常に大規模な集積回路を構築することによって実現された。高周波通信の用途では、かかるデバイスの設計や製造の主目的は、通常実用的に小さな面積を占め且つ最小の電力量であり、また同時に信号により伝達されるデータの完全性を保持する回路を得ることである。
【０００３】
通信回路にしばしば使用される一つの回路は、通常可変利得増幅器（“ＶＧＡ”）といわれている。ＶＧＡは、例えばグローバル位置決め（ＧＰＳ）受信器、無線ローカル・エリア・ネットワーク並びにコードレスや携帯電話のような移動通信デバイスのような数多くの電子製品に使用されている。特にＶＧＡは、かかるデバイスの各種部品、例えばこれらのデバイスのベースバンドの信号処理に関連して、無線周波数（ＲＦ）、中間周波数（ＩＦ）並びに低周波数において使用される。通常のＶＧＡは、入力電流信号の一部分を出力端子にスティア即ち仕向け、その間入力電流信号の使用しない他の部分を接地に仕向ける異なる対のトランジスタを備えている。出力端子に仕向けられる信号電流の量は、異なる一対のトランジスタのそれぞれのベースに印加される異なる制御電圧に依存している。全般的には、他のトランジスタのベースに比べて、トランジスタの一つのベースに印加されるより高い制御電圧は、どの程度の入力信号電流が、出力端子に有効かによって決定される。かかるＶＧＡ回路の利得制御特性の計算式は、特定の回路配置によって規定されるトランスリニア（ｔｒａｎｓｌｉｎｅａｒ）方程式の関数として決定される。この解析の詳細は、例えばトランスリニアの観点から電流モード回路と命名されたビー・ギルバート（Ｂ．Ｇｉｌｂｅｒｔ）著、チュートリアル（Ｔｕｔｏｒｉａｌ）第二章（英国１９９０年）、並びに米国特許第５，９９９，０５３号，第６，０２８，４７８号並びに第５，９９４，９６１号を含む各種の参考文献に開示されている。
【０００４】
特定の用途にＶＧＡを設計するには、通常のＶＧＡ回路配置で数々の周知の制限値が加えられていることを考慮すべきである。用途のカテゴリの一例として無線通信を使用する場合、これらの制限値はしばしば機能ブロックの入出力における信号レベルを制御するために用いられる。信号レベルの制御は、制御電圧を介して回路の利得又は減衰を変化させることにより行われることが知られている。しかしながら、ＶＧＡ回路においてかかる制御電圧調整は、例えば、ダイナミックレンジを制限したり、電力消費を顕著に増加させるという重大な動作上の欠陥をもたらすことになる。制御電圧調整を伴う信号レベルの変化は、即ちノイズや非直線特性というＶＧＡの特徴に使用される重要な動作の観点から、後退を来すことになる。
【０００５】
したがって拡大したダイナミックレンジで、広い周波数応答、並びに改善された直線性を有し、しかも電力消費量が比較的少ない可変利得増幅器を得ることが望まれている。
【０００６】
本発明は、前述の用途向けに各種の実施の形態で実施され、他の利点に関しては、以下の記載の詳細な説明で明瞭にする。例えば本発明のある観点によれば、積重ねられた電流ステアリング回路に送られた信号から電圧の暴走を除去した積重ねられた電流ステアリング回路に関して発見した利点を得ようとするものである。適切な実施により、この試みはダイナミックレンジ、直線性や電力消費の条件を改善する数々の利点を得ることになる。
【０００７】
特定の実施の形態によれば、本発明は、異なる電流入力信号の利得調整（または正並びに負の利得調整ともに含む“増幅”）をするために配列された第一並びに第二の電流ステアリング区分の形態で実施される。各第一並びに第二の電流ステアリング区分は、異なる電流通路を介して電流駆動される。第一の電流ステアリング区分は、ソース電流に構成且つ配置されるので、第二の電流ステアリング区分を駆動することになる。
【０００８】
本発明の他の観点によれば、大きなダイナミックレンジ、広い周波数応答且つ、改善された直線性を達し、また電力消費量が比較的僅かな、可変利得増幅器（“ＶＧＡ”）回路を形成するため、前述したバックグラウンドに関連して積重ねられたギルバートセル（Ｇｉｌｂｅｒｔ　ｃｅｌｌ）を採用するものである。このような関係においてはギルバートセルは、入力端子の電流が、トランジスタを基礎とした増幅器設計により少なくとも二つの出力に分割（又は分離）されるトランジスタを基礎とした増幅器の形態をしている。
【０００９】
本発明の更に他の実施の形態においては、増幅回路配置は、前述のＶＧＡ回路に供給する電流について、電圧対電流コンバータを含んでいる。
【００１０】
前述の概要は、本発明のすべての観点の概要を提供することを意図したものではない。本発明の他の観点は、詳細な説明で例示し且つ記載する。
【００１１】
本発明は、図面に基づく本発明の各種実施の形態で詳細に説明する。
【００１２】
本発明は各種の変形や改良形態に従うが、特定のものは図示する実施の形態で示され且つ詳細に記載されている。しかしながら、本発明は特定の記載された実施の形態に限定されるものではない。逆に本発明は、請求の範囲に記載の精神や範囲に含まれるすべての変形，均等物、及び変更をカバーするものである。
【００１３】
本発明は、各種高周波数信号増幅回路やその応用に適用できるものである。本発明は、増幅器の入力端子において制御電圧の暴走があれば、例えばダイナミックレンジの制限や電力消費量の不当な増加を含む動作上の欠点となる高周波信号回路増幅環境に特に利点があることを見出した。本発明はかかる回路や応用に限定する必要はないが、本発明の各種の観点は、かかる環境で動作する実施の形態の説明から最善の評価が得られる。
【００１４】
第一の実施の形態によれば、電流ステアリング増幅回路は、第一と第二の積重ねられた電流ステアリング回路区分を備えている。これらの回路区分の各々は、異なる電流入力信号を増幅するよう構成且つ配置されている。第一の電流ステアリング区分は、第一区分の入力端子に供給する制御された異なる電流源に応答する。第一の電流ステアリング区分の増幅された出力は、駆動するために使用されるので、第二の電流ステアリング区分についての電流源として働く。第一の電流ステアリング区分に供給された電流の大きさを制御することにより、電圧の暴走があった場合、電流ステアリング増幅回路の動作を制御することは不必要になり、且つ前述の問題に対する感受性は軽減される。結果として、電力消費の不当な増加を来すことなく、ダイナミックレンジを増加し、改善された直線性を得ることが理解できる。
【００１５】
以下図面について説明すると、図１は本発明の実施の形態による増幅回路配置１００のブロック線図である。増幅回路配置１００は、本発明の要部でないが、設計上、用途特定の観点から重要な信号源回路１１０を含んでいる。例えば各実施例においては、信号源回路１１０は、無線周波数（ＲＦ）、中間周波数（ＩＦ）、変調された信号の低周波数段におけるブロックである。他の実施例においては、信号源回路１１０は、無線トランシーバのベースバンド信号のブロックである。
【００１６】
前述の多くの用途の実施例では通常のように、信号源回路１１０は、次段の増幅回路配置１００に高周波電圧制御信号を送るように接続されている。
【００１７】
この高周波電圧制御信号は、次いで電圧対電流コンバータ１１２で受信され、該コンバータは、信号内の暴走電圧により運ばれた情報を、電流通路１１８を介して異なる電流信号にコンバートする。本発明により発見した顕著な利点は、一対の積重ねられた電流ステアリング回路に送られる信号から暴走電圧を除去することにより、ダイナミックレンジ、直線性且つ、電力消費に関する前述の利点を含む数多くの長所を提供できることである。
【００１８】
従って、電流通路１１８は、異なる電流信号を第一の２個の積重ねられた電流ステアリング回路１１４と１１６に送る。各電流ステアリング回路１１４と１１６は、入力端子で受信した電流を２個の出力に分割する。かかる観点から第一の電流ステアリング回路１１４は、電流通路１１８により運ばれた異なる電流特定信号を受信し且つ増幅し、そしてこの信号を、第二の電流ステアリング回路１１６に異なる電流通路１２０の異なる電流特定信号として送る。この第二の電流ステアリング回路１１６は、第二の増幅段を完成するために使用される。追加の積重ねられた電流ステアリング回路（図示せず）は、選択的に追加の増幅段に使用される。更に図１に示すように、選択的な電圧シフト回路１２２が、一列に配置したキャパシタ１２４と１２６を用いた通常の高域通過フィルタにより実施される。
【００１９】
図２に、本発明による特定の用途の実施の形態として図１のブロック１１２、１１４と１１６に関する減衰回路２００の実施例を示す。減衰回路２００は、入力端子２１２に送られる入力バイアス信号に応答し、また選択的に制御端子２１４に送られる制御信号に応答する電流源回路２１０を備えている。入力端子２１２から入力バイアス信号は、トランジスタ２２２とそのエミッタ接続抵抗２２４により設定されたバイアス電圧を用いて、トランジスタ２２０のベースを駆動するために使用される。トランジスタ２２０は、ノード２１８におけるソース電流に応答し、次いでトランジスタ２３４と２３６を用いて、ノード２３０と２３２におけるバランスした異なる電流通路に変換される。ノード２３０と２３２は、図１のブロック１１２に提供される異なる電流駆動信号の対抗する（正と負）入力にそれぞれ対応する。ある実施の形態では、ミラートランジスタ２２２、２３４及び２３６（同様に抵抗２３８と２４０も）は、異なる電流駆動信号における最善のバランスを得るように整合される。
【００２０】
制御入力端子２１４に送られる選択的な制御信号は、異なる目的のために使用される。ある用途においては、選択的な制御信号は、スイッチとしてＭＯＳトランジスタ２１６を用いることにより、効果的にノード２１８における電圧を接地したり、且つ不作動モードの漏洩電流を軽減するために、入力バイアス信号の更なる処理を不動作にするのにも有用である。更にまたこのスイッチング動作と組合さって、ＭＯＳトランジスタ２１６は、バイアス目的でノード２１８における電圧を調整するために使用される。
【００２１】
ノード２３０と２３２から、異なる電流駆動信号が第一のバランスした電流ステアリング回路区分２５０に送られる。電流ステアリング回路区分２５０は、整合した電流分割トランジスタの２組のセットを備えている。トランジスタ組２５２と２５４は、それぞれのベースにおいて第一（例えば負）の共通バイアスを分担するトランジスタ２５２ａと２５４ａを含み、そしてそれぞれのベースにおいて対抗する（または正）の共通バイアスを分担するトランジスタ２５２ｂと２５４ｂを含む。使用されるこれらのバイアスは、増幅回路の動作を調整するためのＶＧＡ電流ステアリング回路に普通使用されるものである。各トランジスタ２５２ｂと２５４ｂのコレクタに、第二のバランスした電流ステアリング回路区分２７０についての電流供給ノード２６０と２６２を規定するために使用される。
【００２２】
第二のバランスされた電流ステアリング回路区分２７０は、第一のバランスされた電流ステアリング回路区分２５０に関して示した実施の形態や動作と同様に、ノード２６０と２６２に送られた減衰された異なる電流駆動信号を更に減衰するため実施される。従って、異なる電流駆動信号は、整合された二組の電流分割トランジスタ２７２と２７４の各々の結合されたエミッタに送られる。トランジスタ組２７２と２７４の各々は、第一のバランスされた電流ステアリング回路区分２５０に関連して例示し且つ記載された各ベースにおいて共通のバイアスを備えている。これらのトランジスタ・ベース・バイアスはまた、減衰回路２００の有効な調整をするため、第一のバランスした電流ステアリング回路区分２５０のトランジスタ・ベース・バイアスに関連して使用される。
【００２３】
一つの特定のＶＧＡ用途の実施の形態において、前述の一つ以上の実施の形態では、通常受け入れがたい電力消費が増加することなく、約２．３ボルトの制御電圧の変化に応じて−７０ｄｂから０ｄｂに延びる直線のダイナミックレンジを実証するため行われた。このことは、通常のＶＧＡ回路の動作についての顕著な改善である。
【００２４】
従って本発明によれば、ダイナミックレンジ、直線性且つ電力消費の条件について顕著な利点を実証する電流ステアリング回路配置や信号処理方法を提供することができる。前述の各種実施の形態では、単に例示のためであって、本発明を限定することを意図するものではない。ここで記載し例示した実施の形態や応用に厳密に従うことなく、各種の変形や変更して本発明を実施できることは当業者において明瞭である。例えば図２に関する特定の電流ステアリング回路は、例えばここで参考例として組み入れられた前述の背景技術、そしてギルバートセルの各種他の形態の電流ステアリング回路配置の各種観点に一致することを含む複数の方法で変更できる。本発明の範囲を、請求の範囲に記載する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施の形態の増幅回路配置のブロック線図である。
【図２】
本発明による更に他の増幅回路配置のブロック線図である。
【符号の説明】
１００　増幅回路配置
１１０　信号源回路
１１２　電圧対電流コンバータ
１１４，１１６　電流ステアリング回路
１１８　電流通路
１２０　電流通路
１２２　電圧シフト回路
１２４，１２６　キャパシタ
２００　減衰回路
２１２　入力端子
２１４　制御端子
２２０，２２２，２３４，２３６　トランジスタ
２５０，２７０　電流ステアリング回路区分
２５２，２５４　トランジスタ組
２６０，２６２　電流供給ノード
２７２，２７４　電流分割トランジスタ
【図１】
2004512724.tif 000003
【図２】
2004512724.tif 000004
【国際公開パンフレット】
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2004512724.tif 000008
2004512724.tif 000009
2004512724.tif 000010
2004512724.tif 000011
2004512724.tif 000012
2004512724.tif 000013
2004512724.tif 000014
2004512724.tif 000015
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004512724.tif 000017
【国際調査報告】
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2004512724.tif 000019