JP2009027364A - 自動利得増幅回路 - Google Patents

Abstract

【課題】利得制御端子に印加する制御電圧に応じて自動利得増幅回路を迂回する経路と迂回しない経路とを切り替えることを可能とする。
【解決手段】出力信号に応じて変化する制御信号、に基づいて設定される利得により入力信号を増幅して出力信号として出力する可変利得増幅器を含むアンプ部１０と、アンプ部１０の入力信号と出力信号とを、制御信号に基づいて切り替えて出力する切替スイッチ部１２と、を備えることにより上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動で信号の増幅率を調整する自動利得増幅回路に関する。

テレビジョン放送（ＴＶ）の復調用回路等では、入力信号となる映像信号の信号強度を自動的に調整するための自動利得増幅回路が用いられる。例えば、映像信号に含まれるペデスタルレベルに基づいて出力される信号の強度を調整する等の処理が行われている。

特許文献１には、映像信号中の最大ピークレベルを検出するレベル検出回路を備え、レベル検出回路で得られた最大ピークレベルを予め設定された目標レベルと比較し、比較結果に応じた制御電圧を可変利得増幅器の利得制御端子に印加することによって、出力される映像信号のレベルを目標レベルに近づける自動利得増幅回路が開示されている。

一般的に、自動利得増幅回路は、利得制御端子にコンデンサ等を接続し、制御電圧を平滑化（積分）して供給することによって、利得が時間的に急激に変化することを防いでいる。

特開２００３−３０９７８５号公報

ところで、信号を処理する際に、自動利得増幅回路によるレベル調整を行うことなく信号を出力したい場合がある。このとき、定電圧電源や抵抗等で構成された固定電圧発生回路から利得制御端子に電圧を印加することによって利得を一定に保つ方法が採られる。

しかしながら、定電圧電源や抵抗等で構成された固定電圧発生回路を使った場合、電源や回路を構成する部品のバラツキなどによって製品間の利得が安定しない等の問題が発生する場合がある。

また、例えば、図４に示すように、アンプ部６０及び切替スイッチ部６２を含んで構成される自動利得増幅回路において、利得制御端子を介して外部からＡＧＣ信号を入力してアンプ部６０の利得を制御すると共に、スイッチコントロール端子（ＳＷコントロール端子）を介して外部からスイッチの切り替えを制御することによって、アンプ部６０を通って利得調整された出力とアンプ部６０を通らずに利得調整されていない出力とを切り替えて出力する方法が用いられている。

しかしながら、図４に示す自動利得増幅回路ではスイッチコントロール端子（ＳＷコントロール端子）を別途設ける必要があり、回路構成が複雑となる、端子を設ける分だけ実装面積が大きくなる等の問題がある。

本発明の１つの態様は、出力信号に応じて変化する制御信号、に基づいて設定される利得により入力信号を増幅して前記出力信号として出力する可変利得増幅器を含むアンプ部と、前記入力信号と前記出力信号とを、前記制御信号に基づいて切り替えて出力する切替スイッチ部と、を備えることを特徴とする自動利得増幅回路である。

ここで、前記制御信号を前記アンプ部及び前記切替スイッチ部へ供給するための利得制御端子が共通に設けられていることが好適である。回路に設けられる端子を共通化することによって回路構成を簡素化し、回路に設けられる端子の数を低減することができる。

また、前記切替スイッチ部は、前記制御信号が所定電圧範囲内にあれば前記出力信号を選択して出力し、前記制御信号が前記所定電圧範囲外にあれば前記入力信号を選択して出力することが好適である。

具体例としては、前記切替スイッチ部は、前記制御信号と基準電圧との差動増幅を行う第１の差動増幅回路と、前記第１の差動増幅回路において前記制御信号が基準電圧以上である場合にアクティブにされ、アクティブになった場合には前記入力信号及び前記出力信号のいずれか一方を出力する第２の差動増幅回路と、前記第１の差動増幅回路において前記制御信号が基準電圧より小さい場合にアクティブにされ、アクティブになった場合には前記入力信号及び前記出力信号の他方を出力する第３の差動増幅回路と、を備えることが好適である。

本発明によれば、利得制御端子に印加する制御電圧に応じて自動利得増幅回路を迂回する経路と迂回しない経路とを切り替えることができる。

本発明の実施の形態における自動利得増幅回路１００は、図１に示すように、アンプ部１０及び切替スイッチ部１２を含んで構成される。

アンプ部１０は、可変利得増幅回路を含んで構成される。可変利得増幅器は、例えば、図２に示すように、トランジスタ２０，２２、インピーダンス素子２４及びコンデンサ２６を含んで構成することができる。

トランジスタ２０は、増幅用のトランジスタである。トランジスタ２０のゲートから入力信号（映像信号等）が入力される。トランジスタ２２は、自動利得制御のためのトランジスタである。トランジスタ２２は、トランジスタ２０とカスケード接続される。すなわち、トランジスタ２０のドレインがトランジスタ２２のエミッタに接続され、トランジスタ２２のコレクタから増幅された信号が出力される。

トランジスタ２２のコレクタにはインピーダンス素子２４を介して電源電圧Ｖｃｃが印加される。トランジスタ２２のベースにはコンデンサ２６が接続される。トランジスタ２２のベースは、自動利得制御のための制御信号（ＡＧＣ信号）を入力するための利得制御端子とされる。

トランジスタ２０のゲートに信号が入力されると、その信号はトランジスタ２０で増幅され、トランジスタ２２のコレクタから引き出された出力端から出力される。このとき、出力信号のレベルに応じた制御信号をトランジスタ２２のベースにフィードバックすることによって、トランジスタ２２のエミッタの電圧が変更され、それによりトランジスタ２０のドレイン−ソース間の電圧も変化する。トランジスタ２０のドレイン−ソース間の電圧の変化に伴って、トランジスタ２０の動作点も変化し、トランジスタ２０の増幅率（利得）が調整される。

なお、アンプ部１０に含まれる可変利得増幅回路は上記回路に限定されるものではなく、他の回路構成であってもよい。

切替スイッチ部１２は、アンプ部１０の入力信号及び出力信号を受けて、アンプ部１０の可変利得増幅回路へ供給される制御信号に応じてアンプ部１０の入力信号及び出力信号のいずれか一方を選択して出力する。すなわち、制御電圧が所定の電圧範囲内にあればアンプ部１０の出力信号を選択して出力し、制御電圧が所定の電圧範囲外にあればアンプ部１０の入力信号を選択して出力する。

例えば、一般的な可変利得増幅回路の制御電圧は０〜３．５Ｖ程度の範囲であるので、制御電圧が０〜３．５Ｖの範囲内にあればアンプ部１０の出力信号を選択して出力し、４Ｖ以上の電圧であればアンプ部１０の入力信号を選択して出力する構成とする。

図３は、切替スイッチ部１２の具体的な回路構成の例を示す図である。入力端子Ｔ１にはアンプ部１０の入力側の信号が入力され、入力端子Ｔ２にはアンプ部１０の出力側の信号が入力される。端子Ｔ３には制御電圧との比較対象となる基準電圧Ｒｅｆが入力され、端子Ｔ４にはアンプ部１０の利得を制御するための制御信号（ＡＧＣ信号）が入力される。端子Ｔ５には所定のバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は差動増幅回路や出力回路の電流を調整するトランジスタのベースに印加される。

トランジスタ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４２ａ，４４ａは第１の差動増幅回路を構成している。トランジスタ４０ｃのベースにはバイアス電圧が印加され、トランジスタ４０ｃは電流源として機能している。トランジスタ４０ａのベースには制御電圧が印加され、トランジスタ４０ｂのベースには基準電圧Ｒｅｆが印加されている。制御電圧が基準電圧Ｒｅｆ以上となるとトランジスタ４０ａのコレクタに接続されているトランジスタ４２ａのコレクタ−エミッタ間に流れる電流が大きくなり、制御電圧が基準電圧Ｒｅｆより小さくなるとトランジスタ４０ｂのコレクタに接続されているトランジスタ４４ａのコレクタ−エミッタ間に流れる電流が大きくなる。

一般的に、アンプ部１０に含まれる可変利得増幅回路の制御電圧は０〜３．５Ｖ程度の電圧範囲であることが多い。そこで、本例では、基準電圧Ｒｅｆを４Ｖとすることが好適である。これによって、制御信号が可変利得増幅回路の利得制御では利用されていない電圧範囲である４Ｖ以上の電圧となった場合にトランジスタ４２ａの電流が増大し、可変利得増幅回路の利得制御で利用されている０〜３．５Ｖ程度の電圧範囲となった場合にトランジスタ４４ａの電流が増大する。

トランジスタ４２ａ，４２ｂはカレントミラー回路を構成しており、トランジスタ４２ａのコレクタ−エミッタ間を流れる電流の増減に合わせて、トランジスタ４２ｂのコレクタ−エミッタ間を流れる電流も増減する。トランジスタ４２ｂを流れる電流が増大すると、それに合わせてトランジスタ４６ａのコレクタ−エミッタ間を流れる電流が増大する。さらに、トランジスタ４６ａ，４６ｂ，４６ｃもカレントミラー回路を構成しており、トランジスタ４６ａのコレクタ−エミッタ間の電流の増減に合わせて、トランジスタ４６ｂ，４６ｃのコレクタ−エミッタ間を流れる電流も増減する。

トランジスタ４６ｃ，５０ａ，５０ｂは第２の差動増幅回路を構成している。トランジスタ４６ｃのコレクタ−エミッタ間を流れる電流が増加することによって、この第２の差動増幅回路がアクティブな状態となる。トランジスタ５０ａのベースには入力端子Ｔ１が接続されており、トランジスタ５０ｂのベースには出力端子Ｔ６が接続されている。第２の差動増幅回路がアクティブになると、入力端子Ｔ１に入力されているアンプ部１０の入力信号が選択されて出力端子Ｔ６から出力される。

すなわち、制御信号が基準電圧Ｒｅｆ以上となると、トランジスタ４６ｃ，５０ａ，５０ｂから構成される第２の差動増幅回路が選択的にアクティブとなり、入力端子Ｔ１に入力されているアンプ部１０の入力信号が出力端子Ｔ６から出力される。

同様に、トランジスタ４４ａ，４４ｂはカレントミラー回路を構成しており、トランジスタ４４ａのコレクタ−エミッタ間を流れる電流が増減に合わせて、トランジスタ４４ｂのコレクタ−エミッタ間を流れる電流も増減する。トランジスタ４４ｂを流れる電流が増大すると、それに合わせてトランジスタ４８ａのコレクタ−エミッタ間を流れる電流が増大する。さらに、トランジスタ４８ａ，４８ｂ，４８ｃもカレントミラー回路を構成しており、トランジスタ４８ａのコレクタ−エミッタ間の電流の増減に合わせて、トランジスタ４８ｂ，４８ｃのコレクタ−エミッタ間を流れる電流も増減する。

トランジスタ４８ｃ，５２ａ，５２ｂは第３の差動増幅回路を構成している。トランジスタ４８ｃのコレクタ−エミッタ間を流れる電流が増加することによって、この第３の差動増幅回路がアクティブな状態となる。トランジスタ５２ａのベースには入力端子Ｔ２が接続されており、トランジスタ５２ｂのベースには出力端子Ｔ６が接続されている。第３の差動増幅回路がアクティブになると、入力端子Ｔ２に入力されているアンプ部１０の出力信号が選択されて出力端子Ｔ６から出力される。

すなわち、制御信号が基準電圧Ｒｅｆより小さくとなると、トランジスタ４８ｃ，５２ａ，５２ｂから構成される第３の差動増幅回路が選択的にアクティブとなり、入力端子Ｔ２に入力されているアンプ部１０の出力信号が出力端子Ｔ６から出力される。

このような切替スイッチ部１２により、制御信号（ＡＧＣ信号）に基づいてアンプ部１０の入力信号と出力信号を選択的に切り替えて出力することができる。すなわち、アンプ部１０の利得制御端子に印加する制御電圧に応じてアンプ部１０（自動利得増幅回路）を迂回する経路と迂回しない経路とを切り替えることができる。これにより、切替スイッチ部１２にＳＷコントロール端子を別途設ける必要がなくなる。

なお、切替スイッチ部１２の構成は図３の例に限定されるものではない。制御信号に基づいてアンプ部１０の入力信号と出力信号を選択的に切り替えて出力することができる構成であればよい。また、基準電圧Ｒｅｆの設定値も限定されるものではなく、可変利得増幅回路の利得制御では利用されていない制御信号の電圧範囲においてアンプ部１０の入力信号が選択され、可変利得増幅回路の利得制御で利用されている制御信号の電圧範囲においてアンプ部１０の出力信号が選択されるものであればよい。

本発明の実施の形態における自動利得増幅回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における可変利得増幅回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における切替スイッチの構成を示す図である。 従来の自動利得増幅回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ アンプ部、１２ 切替スイッチ部、２０，２２ トランジスタ、２４ インピーダンス素子、２６ コンデンサ、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４８ａ，４８ｂ，５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ トランジスタ、６０ アンプ部、６２ 切替スイッチ部、１００ 自動利得増幅回路。

Claims (4)

1. 出力信号に応じて変化する制御信号、に基づいて設定される利得により入力信号を増幅して前記出力信号として出力する可変利得増幅器を含むアンプ部と、
   前記入力信号と前記出力信号とを、前記制御信号に基づいて切り替えて出力する切替スイッチ部と、
   を備えることを特徴とする自動利得増幅回路。
2. 請求項１に記載の自動利得増幅回路であって、
   前記制御信号を前記アンプ部及び前記切替スイッチ部へ供給するための利得制御端子が共通に設けられていることを特徴とする自動利得増幅回路。
3. 請求項１又は２に記載の自動利得増幅回路であって、
   前記切替スイッチ部は、前記制御信号が所定電圧範囲内にあれば前記出力信号を選択して出力し、前記制御信号が前記所定電圧範囲外にあれば前記入力信号を選択して出力することを特徴とする自動利得増幅回路。
4. 請求項１又は２に記載の自動利得増幅回路であって、
   前記切替スイッチ部は、
   前記制御信号と基準電圧との差動増幅を行う第１の差動増幅回路と、
   前記第１の差動増幅回路において前記制御信号が基準電圧以上である場合にアクティブにされ、アクティブになった場合には前記入力信号及び前記出力信号のいずれか一方を出力する第２の差動増幅回路と、
   前記第１の差動増幅回路において前記制御信号が基準電圧より小さい場合にアクティブにされ、アクティブになった場合には前記入力信号及び前記出力信号の他方を出力する第３の差動増幅回路と、
   を備えることを特徴とする自動利得増幅回路。

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