(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号が供給され入出力間の影響を減少させるバッファー回路と、
前記バッファー回路の出力に接続され、該出力からの出力信号の位相を所定量シフトする第１と第２の素子で構成された位相回路と、
前記第１の素子からの出力が第１と第２の差動増幅器を構成する第１、第２、第３と第４のトランジスタのそれぞれのベースに接続され、それぞれのコレクタ出力が合成され第５と第６のベース設置トランジスタのコレクタを介して信号が取り出される第１のカスコード型増幅器と、
前記第２の素子からの出力が第３の差動増幅器を構成する第７と第８のトランジスタのベースに接続され、それぞれのコレクタ出力が第９と第１０のベース接地トランジスタのコレクタを介して出力される第２のカスコード型増幅器と、
前記第７と第８のトランジスタのコレクタと基準電位との間に接続された第１と第２の電流源と、を有し、
前記第１と第２の電流源の電流量は、前記第１、第２と第３の差動増幅器を構成する各トランジスタの動作電流が等しくなるよう設定されることを特徴とする位相シフト回路。
【請求項２】
前記第１の素子を抵抗とし、前記第２の素子を容量としたことを特徴とする請求項１に記載の位相シフト回路。
【請求項３】
前記第５と第６のベース接地トランジスタの動作電流を前記第９と第１０のベース接地トランジスタの動作電流と等しく設定したことを特徴とする請求項１に記載の位相シフト回路。
【請求項４】
前記第１と第２の出力端子に導出される前記出力信号の位相差を９０度に設定したことを特徴とする請求項１に記載の位相シフト回路。
【請求項５】
前記バッファー回路をエミッタ・フォロアーのバイポーラ・トランジスタで構成したことを特徴とする請求項１に記載の位相シフト回路。
【請求項６】
前記第１と第２の定電流源の電流値と前記第３の差動増幅器の動作電流の合計を前記第１と第２の差動増幅器の動作電流の合計と等しくしたことを特徴とする請求項１に記載の位相シフト回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相シフト回路に関し、さらに詳しくは、バイポーラ・トランジスタを用いて低電圧で相対的に任意の位相差をもつ信号を導出することが可能な位相シフト回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、抵抗や容量等を用いて位相を可変する位相シフト回路構成は色々検討されているとともに多種の製品に用いられている。ところが電源電圧が高く５V以上も有ったため、バッファー回路からの出力信号である信号電圧をわざわざレベルシフトし、その後信号の位相を変えて出力していた。
図４に位相シフト回路１００の従来例を示す。すなわち、図４に示されるように、差動入力信号＋Ｖｘと−Ｖｘとが入力端子１０１，１０２にそれぞれ入力されて第１のバッファー回路１０５、第２のバッファー回路１０６に供給される。バッファー回路の１例としてバイポーラトランジスタＩＣにおいてはエミッタ・フォロアー回路等がある。
【０００３】
バッファー回路１０５，１０６からの出力信号は、例えば電圧信号として考慮すると、基準レベルの直流電圧が高いのでレベルシフトして直流電圧を下げる必要がある。そのため各バッファー回路１０５，１０６からの出力信号は信号の基準レベルを下げて次段のレベルシフト回路１０７，１０８に供給されている。
レベルシフトされた出力信号は抵抗１０９，容量１１０と抵抗１１１の直列接続された回路で構成された位相回路１２７に供給され、各素子の端子間で位相が可変する。抵抗１０９の両端子間に発生する位相がシフトした信号は次段の増幅器１１５に入力され、容量１１０の両端子間に発生した位相がシフトした信号は次段の増幅器１１６に供給され、さらに抵抗１１１の両端子間に発生した位相がシフトした信号は次段の増幅器１１７へと供給される。
【０００４】
増幅器１１５の非反転出力信号と増幅器１１７の非反転出力信号が第１の加算器１１９に供給され加算されその結果出力信号Ｔ０が出力端子１２１へ導出される。一方増幅器１１５と１１７のそれぞれの反転出力端子からの出力信号は第２の加算器１１８に供給され、加算された結果出力信号Ｔ０が出力端子１２２へ導出される。
また増幅器１１６からの反転、非反転された出力信号Ｔ９０は出力端子１２３，１２４へ導出される。
【０００５】
出力端子１２１，１２２の両端子から取り出した一対の出力信号Ｔ０は入力信号に対して位相は変化するがここでは出力端子間に生ずる出力信号の位相差が重要であるので、入力信号との位相差については一応無視して考えることとする。
また増幅器１１６からの出力信号は出力端子１２３，１２４へ導出される。この出力端子１２３，１２４から取り出した一対の出力信号Ｔ９０は入力信号に対してではなく、上述の出力端子１２１，１２２から取り出された一対の出力信号Ｔ０に対して所定量位相がシフトしている。
【０００６】
しかしながら、従来の位相シフト回路は電源電圧が＋５Ｖ等と高かったため、わざわざレベルシフト回路１０７，１０８が必要であった。例えばバッファー回路１０５，１０６をエミッタ・フォロアー回路とし、更にレベルシフト回路１０７，１０８にエミッタ・フォロアー回路を少なくとも１段設けた場合、電源電圧は３×ＶBE（ここで、ＶBEはトランジスタのベース・エミッタ間の順方向のバイアス電圧である。）は必要であり、信号振幅の大きさや電流源用電圧の変動を考慮すると、電源電圧は少なくとも２．７V以上は必要である。
更にレベルシフト回路での消費電力も余分に必要である。この様にレベルシフト回路が存在するとそのため、現在主流である消費電力の削減とそれに係る電源電圧を低下する要求に対しては従来の回路では対処出来なくなってきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、従来の電圧レベルシフト回路をもちいた位相シフト回路に於いて、低電圧では動作出来ないという問題や、高周波領域では正確な位相差信号を取り出すことが出来ない等の問題を解消した低電圧で動作する位相シフト回路と、この位相シフト回路を用いた変調ならびに復調装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の課題を解決するため本願の第１の発明に関し、入力信号が供給され入出力間の影響を減少させるバッファー回路と、前記バッファー回路の出力に接続され、該出力からの出力信号の位相を所定量シフトする第１と第２の素子で構成された位相回路と、前記第１の素子からの出力が第１と第２の差動増幅器を構成する第１、第２、第３と第４のトランジスタのそれぞれのベースに接続され、それぞれのコレクタ出力が合成され第５と第６のベース設置トランジスタのコレクタを介して信号が取り出される第１のカスコード型増幅器と、前記第２の素子からの出力が第３の差動増幅器を構成する第７と第８のトランジスタのベースに接続され、それぞれのコレクタ出力が第９と第１０のベース接地トランジスタのコレクタを介して出力される第２のカスコード型増幅器と、前記第７と第８のトランジスタのコレクタと基準電位との間に接続された第１と第２の電流源と、を有し、前記第１と第２の電流源の電流量は、前記第１、第２と第３の差動増幅器を構成する各トランジスタの動作電流が等しくなるよう設定されることを特徴とする位相シフト回路。
【００１３】
以上述べたことから、本発明によれば、バッファー回路を直接次段の位相回路に接続することにより、位相シフト回路全体の回路構成の電圧動作範囲を低くできる。また位相回路からの出力信号を増幅する回路をカスコード構成の増幅器としたため低周波数領域から高周波領域まで動作可能とした。
さらに位相回路からの位相差信号を増幅する増幅器の回路構成や動作条件を規定することにより位相差出力信号のレベルを合わせることができ、他の回路との接続が容易にできる。
また、本発明の位相シフト回路を変調装置や復調装置に用いると低電圧の回路やシステムを実現でき、低消費化が要求される携帯端末器等に有用である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態につき添付図面を参照して説明する。
【００１５】
実施の形態例１
まず、図１を参照して本発明の低電圧で動作する位相シフト回路の実施の形態例１を説明する。図１は実施の形態例１の低電圧で動作する位相シフト回路を示す回路図である。なお以下に述べる実施の形態例では低電圧で動作する位相シフト回路の例としてバイポーラ・トランジスタで構成した回路で説明を行うが、ＭＯＳ ＦＥＴで構成した回路でもよく、更にはＢｉＣＭＯＳ回路でも構成できるので、本発明はこれらの実施の形態例に限定されるものではない。
【００１６】
入力端子１，２はそれぞれバッファー回路用トランジスタ１１，１２のベースに接続され、トランジスタ１１のコレクタは電源端子＋ＶBに、エミッタは定電流源２０の一方の端子に接続されている。他方のトランジスタ１２のコレクタは電源端子＋ＶBにまたエミッタは定電流源２７の一方の端子にそれぞれ接続されている。これらの定電流源２０，２７の他方の端子はそれぞれグランドに接地されている。
【００１７】
トランジスタ１１のエミッタと定電流源２０の共通接続点と、トランジスタ１２のエミッタと定電流源２７の共通接続点との間にトランジスタ１１側から、抵抗１３，容量１４と抵抗１５とが直列に接続されている。この抵抗１３，１５と容量１４は位相回路４７を構成している。差動増幅器用トランジスタ３１とトランジスタ３２は差動型に構成され第１の差動増幅器（ａｍｐ１）を形成し、トランジスタ３１のベースはトランジスタ１１のエミッタに接続されエミッタは定電流源２１の一方の端子に、コレクタは負荷抵抗４０の一方の端子にそれぞれ接続されている。また定電流源２１の他方の端子はグランドに接地され、抵抗４０の他方の端子は電源端子＋ＶBに接続されている。
【００１８】
差動型に構成された他方のトランジスタ３２のベースは抵抗１３と容量１４の共通接続点に接続され、エミッタは定電流源２２の一方の端子と、エミッタ抵抗３７を介してトランジスタ３１のエミッタへそれぞれ接続されている。さらに、コレクタは負荷抵抗４１を介して電源端子＋ＶBに接続され、定電流源２２の他方の端子はグランドに接地されている。ここで定電流源２１，２２は同じ電流値Ｉｏに設定してある。
【００１９】
また、差動増幅器用トランジスタ３３とトランジスタ３４は差動型に構成されて第２の差動増幅器（ａｍｐ２）を形成し、トランジスタ３３のベースはトランジスタ３２のベースと、抵抗１３と容量１４の共通接続点とに接続され、エミッタは定電流源２３の一方の端子に、コレクタは出力端子６と負荷抵抗４２を介して電源端子＋ＶBにそれぞれ接続されている。また定電流源２３の他方の端子はグランドに接地されている。
【００２０】
差動型に構成された他方のトランジスタ３４のベースは容量１４と抵抗１５の共通接続点に接続され、エミッタは定電流源２４の一方の端子と、エミッタ抵抗３８を介してトランジスタ３３のエミッタへそれぞれ接続されている。さらに、コレクタは出力端子５と負荷抵抗４３を介して電源端子＋ＶBに接続され、定電流源２４の他方の端子はグランドに接地されている。ここで定電流源２３，２４は同じ電流値２Ｉｏに設定してある。
【００２１】
さらに、差動増幅器用トランジスタ３５とトランジスタ３６は差動型に構成され第３の差動増幅器（ａｍｐ３）を形成し、トランジスタ３５のベースはトランジスタ３４のベースと、容量１４と抵抗１５の共通接続点とに接続され、エミッタは定電流源２５の一方の端子に、コレクタはトランジスタ３１のコレクタと出力端子４にそれぞれ接続されている。また定電流源２５の他方の端子はグランドに接地されている。
【００２２】
差動型に構成された他方のトランジスタ３６のベースはバッファー回路用トランジスタ１２のエミッタに接続され、エミッタは定電流源２６の一方の端子とエミッタ抵抗３９を介してトランジスタ３５のエミッタへそれぞれ接続されている。さらに、コレクタはトランジスタ３２のコレクタと出力端子３に接続され、定電流源２６の他方の端子はグランドに接地されている。ここで定電流源２５，２６は同じ電流値Ｉoに設定してある。
【００２３】
次に実施の形態例１の低電圧で動作する位相シフト回路の回路動作を説明する。
入力信号＋Ｖｘと−Ｖｘ信号が入力端子１，２を介してバッファー回路用トランジスタ１１，１２のベースにそれぞれ入力され、バッファー回路の出力である上述のトランジスタ１１，１２の各エミッタからの出力信号が第１と第３の差動増幅器を構成する一方のトランジスタ３１，３６の各ベースに供給される。
【００２４】
上記入力信号＋Ｖｘと−Ｖｘは位相回路４７を構成する直列接続された抵抗１３，１５と容量１４との両端に供給され、各抵抗と容量の端子間に入力信号に対してそれぞれ位相が所定量シフトした信号が発生する。
位相回路４７の位相シフト用抵抗１３の両端に発生した信号を上述の差動増幅器用トランジスタ３１，３２のベースに供給し、また位相回路４７の位相シフト用抵抗１５の両端に発生した信号を上述の差動増幅器用トランジスタ３５，３６のベースに供給する。
【００２５】
差動増幅器用トランジスタ３１，３２と３５，３６に入力された入力信号は、それぞれの差動増幅器のエミッタ抵抗３７，３９と負荷抵抗４０，４１の比で決まる値で増幅される。増幅されたトランジスタ３１のコレクタからの出力信号とトランジスタ３５のコレクタから取り出された増幅された信号とが互いに加算され、その結果が出力端子４から導出される。またこの信号とは逆位相で、トランジスタ３２のコレクタからの増幅された出力信号とトランジスタ３６のコレクタから取り出された増幅された信号とが互いに加算され、その結果が出力端子３から導出される。
【００２６】
この出力端子３，４から取り出される一対の出力信号Ｔ０は入力信号に対して次の式で求められる。
±２× ( j× 2SCR / ( 2SCR× j+1))× Vx・・・（１）
ここで  Ｖｘは入力信号、Rは位相シフト用抵抗１３，１５
Cは位相シフト用容量１４、Sは複素角周波数である。
【００２７】
次に、位相回路４７の位相シフト用容量１４の両端で発生した入力信号に対して位相が所定量シフトした信号は差動増幅器用トランジスタ３３，３４のベースに供給され、エミッタ抵抗３８と負荷抵抗４２，４３の比で決まる利得で増幅されコレクタから出力信号として取り出され、その結果出力端子５，６から導出される。
【００２８】
この端子から、入力信号Ｖｘにたいして位相を所定量シフトされて導出された一対の出力信号Ｔ９０は次の式で求められる。
±( 2 / ( 2SCR × j +1 ) )× Vx・・・（２）
【００２９】
一例として上述の式（１），（２）で2SCR = １となるときの周波数帯域を取り扱うとすれば、それぞれの式は
±  2 j /( j + 1)             ・・・（３）
±   2 / ( j + 1 )            ・・・（４）
となる。
【００３０】
ここで上記式（３）と（４）を比較してみると明らかに、式（３）は式（４）に対して位相がそれぞれ９０度進んでいることを示している。また出力端子３，４は各差動増幅器用トランジスタ３１，３２と３５，３６からの出力信号であり、そのトランジスタ３１，３２と３５，３６のコレクタ出力は位相が互いに１８０度異なっているから、式（３）からも明らかなように一対の出力信号Ｔ０の出力端子３，４間の位相差は１８０度である。
【００３１】
さらに、出力端子５，６からの一対の出力信号Ｔ９０は、差動増幅器の各トランジスタ３３，３４のコレクタから導出されていて互いに逆相信号である。このことは、式（４）をみると、明らかに出力端子５，６間の位相は互いに１８０度異なっていることを示している。
【００３２】
またトランジスタ３１のコレクタ出力信号の位相とトランジスタ３３のコレクタ出力信号の位相は、位相回路４７により９０度異なるよう設定されている。
【００３３】
従って、各出力端子３，４，５，６の位相に関して、例えば出力端子３を基準に０度とすると、位相シフト量がそれぞれ０度、１８０度、９０度、２７０度となる出力信号が取り出される。
【００３４】
この実施の形態例１で例えば、第２の差動増幅器（ａｍｐ２）用トランジスタ３３，３４に流れる電流量をＩoと、第１と第３の差動増幅器（ａｍｐ１，ａｍｐ３）用トランジスタ３１，３２，３５，３６に流れる電流をＩoと設定すると、各差動増幅器間の電流配分が異なり、その結果入力、出力インピーダンスが異なる。そのためそれぞれの差動増幅器間の利得の関係は、正確に
第１の差動増幅器の利得＋第３の差動増幅器の利得＝第２の差動増幅器の利得            ・・・（５）
とはならない。
【００３５】
そこで、第２の差動増幅器（ａｍｐ２）用トランジスタ３３，３４の定電流源２３，２４の電流量をそれぞれ２Ｉｏに設定することにより、上述の第（５）式はかなりの精度で成立する。
【００３６】
完全に一致しない理由は下記の通りである。即ち、特に高周波領域、例えば１００ＭＨｚ以上になるとトランジスタの入力インピーダンスの虚数部に相当する容量成分がトランジスタのサイズと動作電流に依存することと、出力インピーダンスの虚数成分であるコレクタ容量の影響が現れることである。
この結果、異なる出力インピーダンスと負荷抵抗４０，４１，４２，４３とが並列に接続された総合負荷インピーダンスも増幅器間で違ってくる。一般に周波数が増加するに従い増幅器の利得は低下し、トランジスタのサイズに依存する出力容量の違いによる各差動増幅器の利得が減少し、利得のアンバランスの原因になる。コレクタ容量は各トランジスタの形状に関係した構造的なものと不純物濃度のプロファイル等にも依存するため厳密には同じものは作れない。
従って上述の式（５）は厳密に成立しない。
【００３７】
しかしながら、低周波領域においてはトランジスタのコレクタ容量の影響が極めて少ないので、正確に式（５）が成立する。
【００３８】
そこで、位相シフト回路１０の出力端子３，４，５，６から導出される出力信号Ｔ０，Ｔ９０の位相差を正確に０度、１８０度、９０度、２７０度と設定するために、高周波領域においては特に、各トランジスタの平面的形状や縦構造に関係する不純物濃度を微調整する必要がある。
【００３９】
以上述べたように、本実施の形態例１において、本位相シフト回路はバッファー回路を必要とせず低電圧で動作出来る。さらに差動増幅器の電流配分を規定することにより、位相差の異なる信号で、かつレベルの等しい信号を出力端子に導出でき、次段の回路との接続が容易となる。また位相シフトに影響する差動増幅器用トランジスタのサイズを調整できるので正確な位相差の出力信号を得ることもでき、特に高周波領域においては有用である。
【００４０】
実施の形態例２
次に、図２を参照して本発明の低電圧で動作する位相シフト回路の実施の形態例２を説明する。図２は実施の形態例２の低電圧で動作する位相シフト回路を示す回路図である。本回路構成において、前述した実施の形態例１と同じ回路を構成する部分は同じ番号を付すこととする。
【００４１】
この実施の形態例２の位相シフト回路５０は、実施の形態例１の位相シフト回路を更に改善したものであり、特に増幅器の回路構成を変えている。以下具体的に説明する。
【００４２】
入力端子１，２はそれぞれバッファー回路用トランジスタ１１，１２のベースに接続されトランジスタ１１のコレクタは電源端子＋ＶBに、エミッタは定電流源２０の一方の端子に接続されている。他方のトランジスタ１２のコレクタは電源端子＋ＶBに、またエミッタは定電流源２７の一方の端子にそれぞれ接続されている。これらの定電流源２０，２７の他方の端子はグランドに接地されている。
【００４３】
トランジスタ１１のエミッタと定電流源２０の共通接続点と、トランジスタ１２のエミッタと定電流源２７の共通接続点との間にトランジスタ１１側から、抵抗１３，容量１４と抵抗１５とが直列に接続されている。この抵抗１３，１５と容量１４は位相回路４７を構成している。差動増幅器用トランジスタ３１とトランジスタ３２は差動型に構成され第４の差動増幅器（ａｍｐ１Ａ）を形成し、トランジスタ３１のベースはトランジスタ１１のエミッタに接続され、エミッタは定電流源２１の一方の端子に、コレクタはベース接地トランジスタ５１のエミッタにそれぞれ接続されている。また定電流源２１の他方の端子はグランドに接地されている。ベース接地トランジスタ５１のベースは電源５５に接続され、コレクタは出力端子４と負荷抵抗４０を介して電源端子＋ＶBへ接続されている。
【００４４】
差動型に構成された他方のトランジスタ３２のベースは抵抗１３と容量１４の共通接続点に接続され、エミッタは定電流源２２の一方の端子と、エミッタ抵抗３７を介してトランジスタ３１のエミッタへそれぞれ接続されている。さらに、コレクタはベース接地トランジスタ５２のエミッタに接続されている。ベース接地トランジスタ５２のベースは電源５５に接続されており、コレクタは出力端子３と負荷抵抗４１を介して電源端子＋ＶBにそれぞれ接続されている。定電流源２２の他方の端子はグランドに接地されている。ここで定電流源２１，２２は同じ電流値Ｉｏに設定してある。
【００４５】
また、差動増幅器用トランジスタ３３とトランジスタ３４は差動型に構成されて第５の差動増幅器（ａｍｐ２Ａ）を形成し、トランジスタ３３のベースはトランジスタ３２のベースと、抵抗１３と容量１４の共通接続点とに接続され、エミッタは定電流源２３Ａの一方の端子に、コレクタはベース接地トランジスタ５３のエミッタと定電流源５６の一方の端子に接続されている。また定電流源２３Ａと定電流源５６の他方の端子はグランドに接地されている。ベース接地トランジスタ５３のベースは電源５５に接続されて、コレクタは出力端子６と負荷抵抗４２を介して電源端子＋ＶBに接続されている。
【００４６】
差動型に構成された他方のトランジスタ３４のベースは抵抗１５と容量１４の共通接続点に接続され、エミッタは定電流源２４Ａの一方の端子と、エミッタ抵抗３８を介してトランジスタ３３のエミッタへそれぞれ接続されている。さらに、コレクタは定電流源５７の一方の端子とベース接地トランジスタ５４のエミッタに接続されている。定電流源２４Ａ，５７の他方の端子はグランドに接地されている。ここで定電流源２３Ａ，２４Ａ，５６，５７は同じ電流値Ｉｏに設定してある。ベース接地トランジスタ５４のベースは電源５５に接続され、コレクタは出力端子５と負荷抵抗４３を介して電源端子＋ＶBにそれぞれ接続されている。
【００４７】
さらに、差動増幅器用トランジスタ３５とトランジスタ３６は差動型に構成され第６の差動増幅器（ａｍｐ３Ａ）を形成し、トランジスタ３５のベースはトランジスタ３４のベースと、抵抗１５と容量１４の共通接続点とに接続され、エミッタは定電流源２５の一方の端子に、コレクタはトランジスタ３１のコレクタにそれぞれ接続されている。また定電流源２５の他方の端子はグランドに接地されている。
【００４８】
差動型に構成された他方のトランジスタ３６のベースはトランジスタ１２のエミッタに接続され、エミッタは定電流源２６の一方の端子と、エミッタ抵抗３９を介してトランジスタ３５のエミッタへそれぞれ接続されている。さらに、コレクタはトランジスタ３２のコレクタに接続され、定電流源２６の他方の端子はグランドに接地されている。ここで定電流源２５，２６は同じ電流値Ｉｏに設定してある。
【００４９】
次に実施の形態例２の低電圧で動作する位相シフト回路の回路動作を説明する。
入力信号＋Ｖｘと−Ｖｘ信号が入力端子１，２を介してバッファー回路用トランジスタ１１，１２のベースにそれぞれ入力され、バッファー出力である上述のトランジスタ１１，１２の各エミッタからの出力信号がカスコード型の差動増幅器を構成する一方のトランジスタ３１，３６の各ベースに供給される。
【００５０】
上記入力信号＋Ｖｘと−Ｖｘは位相回路４７を構成する直列接続された抵抗１３，１５と容量１４とに供給され、各抵抗と容量の端子間に入力信号に対して位相が所定量シフトした信号が発生する。
位相シフト用抵抗１３の両端に発生した信号を上述の第４の差動増幅器（ａｍｐ１Ａ）を構成するトランジスタの他方のトランジスタ３２のベースに供給し、また位相シフト用抵抗１５に発生した信号を上述の差動増幅器を構成するトランジスタの他方のトランジスタ３５のベースに供給する。
【００５１】
第１のカスコード型差動増幅器を構成する第４と第６の差動増幅器（ａｍｐ１Ａ，ａｍｐ３Ａ）用トランジスタ３１，３２と３５，３６に供給された入力信号は、それぞれの差動増幅器のエミッタ抵抗３７，３９と負荷抵抗４０，４１の比で決まる利得で増幅される。増幅されたトランジスタ３１のコレクタからの出力信号とトランジスタ３５のコレクタから取り出された出力信号とが互いに加算され、ベース接地トランジスタ５１でさらに増幅され、その結果が出力端子４から導出される。またトランジスタ３２のコレクタから取り出された増幅された出力信号とトランジスタ３６のコレクタから取り出された増幅された出力信号とが互いに加算され、その加算信号がベース接地トランジスタ５２へ供給され、増幅された信号がコレクタから取り出され出力端子３へと導出される
【００５２】
次に、位相シフト用容量１４の両端で発生した入力信号に対して所定量位相がシフトした信号は第２のカスコード増幅器を構成する差動増幅器（ａｍｐ２Ａ）用トランジスタ３３，３４のベースに供給され、エミッタ抵抗３８と負荷抵抗４２，４３の比で決まる利得で増幅され各ベース接地トランジスタ５３，５４のコレクタから出力信号として取り出され、その結果所定量の位相がシフトした信号が出力端子５，６から導出される。
【００５３】
出力端子３，４はカスコード型の差動増幅器用トランジスタ３１，３２、３５，３６とベース接地トランジスタ５１，５２からの出力信号であり、これらの差動増幅器の一部を構成するベース接地トランジスタ５１，５２の入出力特性の位相はそれぞれ同相で、コレクタ出力は位相が互いに１８０度異なっているから、出力端子の３，４から取り出される信号Ｔ０の位相差は１８０度である。
【００５４】
さらに、出力端子５，６からの出力信号Ｔ９０は、差動増幅器用トランジスタ３３，３４の各コレクタから導出されていて互いに反転信号が取り出されかつベース接地トランジスタ５３，５４の入力と出力間の信号の位相は同相であることから、互いに位相は１８０度異なっている。
【００５５】
ここで用いた増幅器はカスコード構成になっていて、各差動増幅器用トランジスタ３１，３２，３５，３６と３３，３４の出力はベース接地トランジスタ５１，５２と５３，５４のエミッタにそれぞれ接続されている。そのため各トランジスタ３１，３２，３５，３６，３３，３４の出力インピーダンスは低くなり利得が小さくなる。その結果ミラー効果である帰還容量が減り、周波数特性が改善される。
【００５６】
従って、各出力端子３，４，５，６の位相に関して、例えば出力端子３を基準にして０度とすれば、位相シフト量がそれぞれ０度、１８０度、９０度、２７０度となる出力信号が取り出されることになる。
【００５７】
この実施の形態例２で、各増幅器間の利得を合わせるため、例えば第５の差動増幅器（ａｍｐ２Ａ）用トランジスタ３３，３４に流れる電流量を２×Ｉｏとし、第４と第６の差動増幅器（ａｍｐ１Ａ，ａｍｐ３Ａ）用トランジスタ３１，３２，３５，３６に流れる電流をＩｏと設定したとする。すると第５の増幅器（ａｍｐ２Ａ）用トランジスタ３３，３４の入力、出力インピーダンスは第４と第６差動増幅器（ａｍｐ１Ａ，ａｍｐ３Ａ）の出力インピーダンスを合計したものと異なってくる。そのためそれぞれの差動増幅器間の利得の関係は、正確に
第４の差動増幅器の利得＋第６の差動増幅器の利得＝第５の差動増幅器の利得            ・・・（６）
とはならない。
【００５８】
そこで、本実施の形態例２では、第５の差動増幅器（ａｍｐ２Ａ）用トランジスタ３３，３４の定電流源２３Ａ，２４Ａの電流量をそれぞれＩｏに設定し、さらにトランジスタ３３，３４のコレクタに側路用定電流源５６，５７を設け、各差動増幅器を構成するトランジスタのサイズと動作電流を等しくすることにより、入力インピーダンスを全て同じにした。それぞれの出力インピーダンスはカスコード型の増幅器を構成するベース接地トランジスタ５１，５２，５３，５４のエミッタに接続されていて、そのインピーダンスが低いため利得には直接影響しない。従って、各増幅器の利得は上述の第（６）式にかなりの精度で近づく。
【００５９】
上述した利得以外の位相について、位相シフト回路５０の出力端子３，４，５，６から導出される出力信号Ｔ０，Ｔ９０の位相差を正確に０度、１８０度、９０度、２７０度と設定するために、高周波領域においては，特に各トランジスタの縦構造、面積や不純物濃度を微調整する必要がある。
【００６０】
この調整方法を具体的に説明する。上記出力端子３，４，５，６から取り出す信号の位相調整方法として、差動増幅器用トランジスタ３１，３２，３３，３４，３５，３６のトランジスタ面積を変えて、ベースとエミッタ間の入力インピーダンスの虚数部分に相当する成分の容量を調整すればよい。一つの方法として、トランジスタ３１，３６のサイズとトランジスタ３３，３４のサイズとを変えることが考えられる。
【００６１】
例えば、トランジスタ３１，３６のサイズを小さくすると、ベース・エミッタの入力容量が変更前より減少し、その結果位相回路４７を構成する抵抗１３，１５と、グランド間に等価的に接続される容量値が減少する。これに対して、位相回路４７を構成する容量１４の両端とグランド間に等価的に接続されている容量は一定である。
【００６２】
従って、位相回路用容量１４の両端に発生する信号電圧に対して、抵抗１３，１５の両端に発生する信号電圧は位相が進むことになり、その結果各増幅器を介して出力される出力端子３，４，５，６からの出力信号間の位相に関して、Ｔ０がＴ９０ に対して進むことになる。
【００６３】
逆にトランジスタ３１，３６のサイズを大きくすると、ベース・エミッタの入力容量が変更前より増加しその結果、位相回路４７を構成する抵抗１３，１５と、グランド間に等価的に接続される容量値が増加する。これに対して、位相回路４７を構成する容量１４の両端とグランド間に等価的に接続されている容量は一定である。
【００６４】
従って、位相回路用の容量１４の両端に発生する信号電圧に対して、抵抗１３，１５の両端に発生する信号電圧は位相が遅れることになり、その結果各増幅器を介して出力される出力端子３，４，５，６からの出力信号の位相に関して、Ｔ０がＴ９０に対して遅れることになる。
【００６５】
上記実施の形態例では、トランジスタ３１，３６のみのサイズを変えたが、この他にトランジスタ３３，３４のみのサイズを変えても位相の微調整ができる。
即ち、トランジスタ３３，３４の面積を小さくすると、位相回路４７を構成する容量１４の両端とグランド間に等価的に接続されているベース・エミッタ間の入力容量が減少する。その結果抵抗１３，１５に発生する信号電圧に対して、容量１４の両端に発生する信号電圧は位相が進むことになる。
【００６６】
更に他の位相調整方法として、差動増幅器用トランジスタ３１，３６対と３３，３４対のサイズを同時に変えて位相を微調整して、理想的な位相関係、上記例では０度、９０度、１８０度、２７０度を導出することが出来る。
この他、トランジスタ３２，３５のサイズを変えて位相を変える方法もあるが、この場合、位相回路４７を構成する抵抗１３，１５と容量１４の各端子間で位相が変化するので、調整が上述の２例と比較して難しい。従って、トランジスタ３２，３５以外のトランジスタ３１，３３，３４，３６のサイズを可変する方が調整し易く現実的である。
【００６７】
上記本発明の実施の形態例１または２においては、位相差出力を４つの場合について説明したが、更に位相回路４７の位相可変素子を構成する、抵抗や容量の数を増やすことにより任意に位相差を設定できそれに伴い出力端子も増加できることから、出力端子を８個、１６個、３２個等当然増やせる。
従って本発明の技術思想は４個の位相差出力を導出する位相シフト回路に限定するものでなく、それ以上の位相差信号を出力する回路に応用できることは勿論である。
更に本実施の形態例１または２で示した回路構成は低電圧で動作すると共に、周波数特性も改善してあるので、特に半導体集積回路で構成するのに適している。
【００６８】
実施の形態例３
本実施の形態例３は上述した実施の形態例１または２の位相シフト回路を用いて通信機器の変調装置を構成した例である。ただし本実施の形態例においては位相シフト回路の基本的な回路動作については説明が重複するため省略する。
図３は実施の形態例３のデジタル電話用変調装置の例であり、図面を参照しながら本発明を説明する。
【００６９】
このＩ，Ｑ変調装置７０の例において、入力信号が供給される入力端子７４，７５が第１と第２の乗算器７６，７７に接続され、この乗算器７６，７７はさらに位相が異なる信号がそれぞれ供給される位相シフト回路７３（１０，５０）の出力に接続されている。ここで掛け算された信号がそれぞれ加算器７８へ供給されている。この加算器の出力は出力端子７９へ接続されている。
乗算器７６，７７の具体的回路構成は、例えばバイポーラ・トランジスタのダブル・バランス・ミキサーであっても良い。この場合、乗算器７６，７７は低電圧で十分動作でき実施の形態例１，２で例示した位相シフト回路１０，５０と容易に合成できる。その結果位相シフト回路と乗算器、さらに変調装置または復調装置は低電圧で動作可能となる。
【００７０】
一方上記乗算器７６，７７へ基準信号を供給するためローカル周波数発振器７１が必要であり、このローカル周波数発振器７１の出力は例えばＩＣ外部に設けた外部バッファー回路（Ｂｕｆｆ）７２の反転端子と非反転端子に接続されている。この外部バッファー回路（Ｂｕｆｆ）７２は入力信号と出力信号間の干渉が無いようにインピーダンス変換機能等を備えた増幅器等で構成されている。
外部バッファー回路７２の出力端子は本発明の実施の形態例１，２で説明した位相シフト回路７３（１０，５０）の入力端子１，２に接続される。この回路で、位相をシフトして信号処理された出力信号は出力端子３，４，５，６を介して次段の乗算器７６，７７へ接続されている。
ここで示した外部バッファー回路（Ｂｕｆｆ）７２はIC化する場合、位相シフト回路７３に有るバッファー回路とをまとめて構成しても良い。
【００７１】
次にＩ，Ｑ変調装置の動作について説明する。乗算器７６，７７の入力にＩ，Ｑ信号が供給され、一方０度、１８０度、９０度、２７０度位相シフトされた基準信号も同時に供給される。
ローカル周波数発振器７１から出力された位相が互いに１８０度異なる２つの基準信号は、外部バッファー回路（Ｂｕｆｆ）７２の入力に供給される。入力と出力間の干渉がないように構成されたアンプを設けてあり、その出力信号が位相シフト回路７３の入力端子１，２に入力信号＋Ｖｘ  ，−Ｖｘとして供給される。
位相シフト回路７３の入力端子は本発明の実施の形態例１，２においては、図１または図２に示した入力端子１，２に対応する。その結果出力端子（３，４，５，６）から上述の乗算器７６，７７へ所定量位相がシフトされた信号が供給され、そこでＩ，Ｑ信号と基準信号とが掛け算処理される。
【００７２】
具体的に、乗算器７６，７７のＩ，Ｑ入力信号をそれぞれ、
Ｉ＝Ａ×Ｃｏｓ（ωnｔ）   ・・・（７）
Ｑ＝Ａ×Ｓｉｎ（ωnｔ）   ・・・（８）
とする。
ここで、ωnはＩ，Ｑの角周波数とする。
また位相シフト回路７３からの入力信号をそれぞれ
Ｔ０＝Ｂ×Ｃｏｓ（ωc t  )    ・・・（９）
Ｔ９０ ＝Ｂ×Ｓｉｎ（ωcｔ）・・・（１０）
ここで、ωcはローカル周波数発振器の発振信号の角周波数である。
とすると、加算器７８からの出力信号は、
0004075127.tif 000002
となり、加算器７８から出力端子７９へ式（１１）で得られる変調信号が導出される。
【００７３】
ここでは変調装置の動作を説明したが、復調装置も同様に説明される。例えば、位相比較器に変調信号と更に１８０度位相の異なる２つの基準信号が供給され、かつこの基準信号は変調信号のキャリヤから再生され変調信号と位相の同期をとっている。その結果、位相比較器の出力から２つの出力信号（Ｉ信号とＱ信号）が復調信号として取り出される。この位相の異なる２つの基準信号を発生する回路に本発明の実施の形態例１と２で示した位相シフト回路を用いることは好適である。
このように本実施の形態例１と２で示した位相シフト回路を変調または復調装置、特にＰＳＫ（位相シフトキー）に用いると、低電圧化できるとともに、高周波でも正確に動作するので、更に他の周辺回路も取り込んで半導体集積回路とすることも出来る。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の位相シフト回路は電圧レベルシフト回路を削除した回路構成となっているため、電圧レベルシフト回路の動作に必要な余分なバイアス電圧や動作電圧が不要になり、低電圧動作が可能である。
さらに位相シフト回路を構成する増幅器をカスコード回路構成とすることにより、差動増幅器出力から入力に関する帰還容量等を減らしたので動作周波数が可変しても、特に高周波になっても位相量が変わらないようにすることができる。
また位相シフト回路の入力の差動回路の電流配分を全て同じ電流値に設定することにより、位相回路の位相シフト回路出力に対する差動増幅器を構成するトランジスタの影響を等しくすることにより、出力信号のレベルを合わせると共に位相シフト量が所定量に正確に設定できるようになる。
【００７５】
また、本位相シフト回路を用いてデジタル直交変調、復調装置に適用すると、低電圧化で動作可能でかつ低消費電力化が実現できると共に高周波まで動作することが可能となる。これらの利点は特に、携帯電話等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例１に係る位相シフト回路を示した回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態例２に係る位相シフト回路を示した回路構成図である。
【図３】本発明の実施の形態例３に係る変調装置の構成を示したブロック図である。
【図４】従来例の位相シフト回路に係るブロック構成を示した図である。
【符号の説明】
１，２…入力端子、１１，１２…バッファー回路用トランジスタ、１３，１５…抵抗、１４…容量、３１，３２，３３，３４，３５，３６…差動増幅器用トランジスタ、３，４，５，６…出力端子、４０，４１，４２，４３…負荷抵抗、４７，１２７…位相回路，５１，５２，５３，５４…ベース接地トランジスタ、７０…Ｉ，Ｑ変調装置、７１…ローカル周波数発振器、７２…外部バッファー回路、７３…位相シフト回路、７６，７７…乗算器、７８…加算器
【図１】
0004075127.tif 000003
【図２】
0004075127.tif 000004
【図３】
0004075127.tif 000005
【図４】
0004075127.tif 000006