JP2019068172A - Variable band amplifier - Google Patents

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Abstract

To provide a variable band amplifier having wide variable range of signal passband and hardly generating band degradation when setting a wide band.SOLUTION: The variable band amplifier comprises: voltage follower circuits Q1 and Q2 constituted of two or more emitter followers or source followers, which have a common input terminal IN; one or more filter circuits 10 one end of which is connected to the output electrode of the voltage follower circuit Q1 excluding the voltage follower circuit Q2; and a switching element 20 which is connected across the output electrode of the voltage follower circuit Q2 and an output terminal OUT or across the other end of the filter circuit 10 and the output terminal OUT.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、可変帯域増幅器に関する。   The present invention relates to variable band amplifiers.

従来の可変帯域増幅器は、例えばバラクタ素子等で構成される可変容量を備え、可変容量素子の容量値を変化させて帯域幅を可変していた（例えば特許文献１）。可変容量素子には、例えばバラクタダイオード、ＭＯＳキャパシタ、ｐｎ接合ダイオード等の半導体素子が用いられる。   A conventional variable band amplifier includes a variable capacitor configured of, for example, a varactor element, and the bandwidth is changed by changing a capacitance value of the variable capacitor (for example, Patent Document 1). As the variable capacitance element, for example, a semiconductor element such as a varactor diode, a MOS capacitor, or a pn junction diode is used.

国際公開第２０１２／１３７２９０号International Publication No. 2012/137290

可変容量素子を用いた従来の可変帯域増幅器は、可変容量素子の容量値を制御することによって通過帯域を変化させる。理論的には可変容量素子の容量値を広範囲に変化させることが出来れば信号通過帯域の可変範囲を大きくすることが可能である。しかし、容量値を広範囲に変化できる可変容量素子の実現は難しい。   A conventional variable band amplifier using a variable capacitance element changes the passband by controlling the capacitance value of the variable capacitance element. Theoretically, if the capacitance value of the variable capacitance element can be changed in a wide range, it is possible to increase the variable range of the signal passband. However, it is difficult to realize a variable capacitance element capable of changing the capacitance value in a wide range.

例えば、光通信用の増幅器は、集積回路上に作製される場合が多い。集積される可変容量素子の容量可変範囲は、最大/最小の容量値比が2程度である場合が一般的である。したがって、信号通過帯域の可変範囲の広い可変帯域増幅器の実現が困難であるという課題がある。また、信号通過帯域を最も広くした場合でも、狭帯域に設定した場合の半分程度の容量値の容量素子が増幅器の出力端子に接続されるため、帯域低下が大きくなってしまう課題もある。   For example, amplifiers for optical communication are often fabricated on integrated circuits. The variable capacity range of the integrated variable capacity element is generally such that the maximum / minimum capacity value ratio is about 2. Therefore, there is a problem that it is difficult to realize a variable band amplifier having a wide variable range of the signal pass band. Further, even when the signal pass band is the widest, there is also a problem that the band decrease becomes large because the capacitive element having a capacitance value about half that in the narrow band is connected to the output terminal of the amplifier.

本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、信号通過帯域の可変範囲が広く、且つ広帯域設定の場合に帯域劣化が生じ難い可変帯域増幅器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems, and it is an object of the present invention to provide a variable band amplifier in which the variable range of the signal pass band is wide and band deterioration is less likely to occur when setting a wide band.

本発明の可変帯域増幅器は、入力端子が共通の2個以上のエミッタフォロワ又はソースフォロワで構成される電圧フォロワ回路と、2個以上の前記電圧フォロワ回路の一つを除いた該電圧フォロワ回路の出力電極に一端が接続される１個以上のフィルタ回路と、前記電圧フォロワ回路の出力電極と出力端子との間、又は前記フィルタ回路の他端と出力端子との間のどちらかに接続されるスイッチ素子とを備えることを要旨とする。   The variable band-pass amplifier according to the present invention comprises a voltage follower circuit whose input terminal is composed of two or more common emitter followers or source followers, and one voltage follower circuit excluding one of the two or more voltage follower circuits. Connected between the one or more filter circuits whose one end is connected to the output electrode and between the output electrode and the output terminal of the voltage follower circuit or between the other end of the filter circuit and the output terminal The gist of the present invention is to provide a switch element.

本発明の可変帯域増幅器によれば、信号通過帯域の可変範囲が広く、且つ広帯域設定の場合に帯域劣化が生じ難い可変帯域増幅器を提供することができる。   According to the variable band amplifier of the present invention, it is possible to provide a variable band amplifier in which the variable range of the signal pass band is wide and band deterioration is less likely to occur in the case of wide band setting.

第１実施形態の可変帯域増幅器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the variable band amplifier of 1st Embodiment. 図１に示す可変帯域増幅器の利得−周波数特性を模式的に示す図であり、（ａ）は広帯域設定時の通過特性、（ｂ）はフィルタ回路の通過特性、（ｃ）は狭帯域設定時の通過特性である。It is a figure which shows the gain-frequency characteristic of the variable band amplifier shown in FIG. 1 typically, (a) is the pass characteristic at the time of broadband setting, (b) is the pass characteristic of a filter circuit, (c) is at the narrow band setting Passage characteristics. 図１に示す可変帯域増幅器の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the variable band amplifier shown in FIG. 図１に示す可変帯域増幅器の具体例を示す図である。It is a figure which shows the example of the variable band amplifier shown in FIG. 図４に示す可変帯域増幅器のフィルタ回路の具体例を示す図である。It is a figure which shows the example of the filter circuit of the variable band amplifier shown in FIG. 図４に示す可変帯域増幅器のフィルタ回路の他の具体例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another specific example of the filter circuit of the variable band amplifier shown in FIG. 4; 図４に示す可変帯域増幅器のフィルタ回路の他の具体例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another specific example of the filter circuit of the variable band amplifier shown in FIG. 4; 図４に示す可変帯域増幅器のフィルタ回路の他の具体例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another specific example of the filter circuit of the variable band amplifier shown in FIG. 4; 第２実施形態の可変帯域増幅器の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the variable band amplifier of 2nd Embodiment. 第２実施形態の可変帯域増幅器の他の具体例を示す図である。It is a figure which shows the other specific example of the variable band amplifier of 2nd Embodiment. 第２実施形態の可変帯域増幅器の使用例を示す図である。It is a figure which shows the usage example of the variable band amplifier of 2nd Embodiment. 第２実施形態の可変帯域増幅器の利得−周波数特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the gain-frequency characteristic of the variable band amplifier of 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものに
は同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using the drawings. The same reference numerals are given to the same components in the drawings, and the description will not be repeated.

〔第１実施形態〕
図１に、第１実施形態の可変帯域増幅器の構成例を示す。 First Embodiment
FIG. 1 shows a configuration example of the variable band amplifier according to the first embodiment.

図１に示す可変帯域増幅器１は、入力端子ＩＮ、エミッタフォロワ回路Ｑ１，Ｑ２、フィルタ回路１０、スイッチ素子２０、電流源３０、及び出力端子ＯＵＴを備える。   The variable band amplifier 1 shown in FIG. 1 includes an input terminal IN, emitter follower circuits Q1 and Q2, a filter circuit 10, a switch element 20, a current source 30, and an output terminal OUT.

入力端子ＩＮは、2個のエミッタフォロワ回路Ｑ１，Ｑ２のベース電極にそれぞれ接続される。エミッタフォロワ回路Ｑ１のエミッタ電極には、フィルタ回路１０の一端が接続され、フィルタ回路１０の他端はスイッチ素子２０の接点ａに接続される。   The input terminal IN is connected to the base electrodes of two emitter follower circuits Q1 and Q2, respectively. One end of the filter circuit 10 is connected to the emitter electrode of the emitter follower circuit Q1, and the other end of the filter circuit 10 is connected to the contact a of the switch element 20.

エミッタフォロワ回路Ｑ２のエミッタ電極は、スイッチ素子２０の接点ｂに接続される。この例のスイッチ素子２０は、単極双極形のスイッチであり、フィルタ回路１０の他端、又は、エミッタフォロワ回路Ｑ２のエミッタ電極を選択して出力端子ＯＵＴに接続する。   The emitter electrode of the emitter follower circuit Q2 is connected to the contact b of the switch element 20. The switch element 20 in this example is a unipolar bipolar switch, and selects the other end of the filter circuit 10 or the emitter electrode of the emitter follower circuit Q2 and connects it to the output terminal OUT.

電流源３０は、出力端子ＯＵＴと電源との間に接続される。なお、電流源３０は例えば抵抗素子に置き代えても構わない。   The current source 30 is connected between the output terminal OUT and the power supply. The current source 30 may be replaced by, for example, a resistance element.

つまり、可変帯域増幅器１は、入力端子ＩＮが共通の2個以上のエミッタフォロワ回路Ｑ１，Ｑ２と、2個以上のエミッタフォロワ回路Ｑ１，Ｑ２の一つを除いたエミッタフォロワ回路Ｑ１のエミッタ電極に一端が接続される１個以上のフィルタ回路１０と、エミッタフォロワ回路Ｑ２のエミッタ電極と出力端子との間、又はフィルタ回路１０の他端と出力端子ＯＵＴとの間のどちらかに接続されるスイッチ素子２０とを備える。   That is, the variable band-pass amplifier 1 has the emitter electrode of the emitter follower circuit Q1 excluding one of two or more emitter follower circuits Q1 and Q2 having a common input terminal IN and two or more emitter follower circuits Q1 and Q2 A switch connected between one or more filter circuits 10 connected at one end, between the emitter electrode of the emitter follower circuit Q2 and the output terminal, or between the other end of the filter circuit 10 and the output terminal OUT And an element 20.

可変帯域増幅器１の動作を説明する。   The operation of the variable band amplifier 1 will be described.

可変帯域増幅器１の利得−周波数特性を広帯域に設定したい場合は、スイッチ素子２０はエミッタフォロワ回路Ｑ２のエミッタ電極を選択（接点ｂ）して出力端子ＯＵＴに接続させる。また、可変帯域増幅器１の利得−周波数特性を狭帯域に設定したい場合には、スイッチ素子２０はフィルタ回路１０の他端を選択（接点ａ）して出力端子ＯＵＴに接続させる。   When it is desired to set the gain-frequency characteristic of the variable band amplifier 1 to a wide band, the switch element 20 selects the emitter electrode of the emitter follower circuit Q2 (contact point b) and connects it to the output terminal OUT. When it is desired to set the gain-frequency characteristic of the variable band amplifier 1 to a narrow band, the switch element 20 selects the other end of the filter circuit 10 (contact a) and connects it to the output terminal OUT.

図２は、可変帯域増幅器１の利得−周波数特性を模式的に示す図である。図２（ａ）は可変帯域増幅器１が広帯域に設定された場合の利得−周波数特性、図２（ｂ）はフィルタ回路１０の利得−周波数特性、図２（ｃ）は広帯域と狭帯域に設定された場合の利得−周波数特性を示す。それぞれの図の横軸は周波数、縦軸は利得である。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the gain-frequency characteristic of the variable band amplifier 1. 2 (a) shows the gain-frequency characteristic when the variable band amplifier 1 is set to a wide band, FIG. 2 (b) shows the gain-frequency characteristic of the filter circuit 10, and FIG. 2 (c) shows a wide band and a narrow band. Shows the gain-frequency characteristics in the case of The horizontal axis of each figure is frequency, and the vertical axis is gain.

広帯域設定の場合、入力端子ＩＮに入力される入力信号は、エミッタフォロワ回路Ｑ２とスイッチ素子２０を信号通過経路（図１に示す破線の経路）として増幅され出力端子ＯＵＴから出力される。この場合の周波数特性は、エミッタフォロワ回路Ｑ２とスイッチ素子２０の周波数特性の合成によって決定される（図２（ｃ）に破線で示す特性）。   In the case of the wide band setting, the input signal input to the input terminal IN is amplified by using the emitter follower circuit Q2 and the switch element 20 as a signal passing path (a path of a broken line shown in FIG. 1) and output from the output terminal OUT. The frequency characteristics in this case are determined by combining the frequency characteristics of the emitter follower circuit Q2 and the switch element 20 (characteristics indicated by a broken line in FIG. 2C).

狭帯域設定の場合、入力端子ＩＮに入力される入力信号は、エミッタフォロワ回路Ｑ１、フィルタ回路１０、及びスイッチ素子２０を信号通過経路（図１に示す一点鎖線の経路）として増幅され、出力端子ＯＵＴから出力される。この場合、入力信号はフィルタ回路１０の帯域制約を受ける（図２（ｃ）に示す実線で示す特性）。   In the case of narrow band setting, the input signal input to the input terminal IN is amplified with the emitter follower circuit Q1, the filter circuit 10, and the switch element 20 as a signal passing path (the path of the dashed dotted line shown in FIG. 1). It is output from OUT. In this case, the input signal is subject to the band restriction of the filter circuit 10 (characteristic shown by the solid line shown in FIG. 2C).

本実施形態に係る可変帯域増幅器１が狭帯域に設定された場合の信号通過帯域は、概ねフィルタ回路１０の信号通過帯域（図２（ｂ））と等しくなる、よって、フィルタ回路１０を任意の信号通過帯域に設定することで、可変できる帯域幅の広い可変帯域増幅器１を実現することが可能である。   The signal passband when the variable band amplifier 1 according to the present embodiment is set to a narrow band is substantially equal to the signal passband of the filter circuit 10 (FIG. 2 (b)). By setting to the signal pass band, it is possible to realize a variable band width amplifier 1 having a wide variable bandwidth.

また、本実施形態に係る可変帯域増幅器１は、広帯域に設定された場合、狭帯域信号経路を形成するエミッタフォロワ回路Ｑ１に電流が流れない構成であるため、狭帯域信号経路で電力を消費しない。また、入力端子ＩＮに接続される寄生容量はオフ状態のエミッタフォロワ回路Ｑ１のベース電極一つ分であり、出力端子ＯＵＴに接続される寄生容量は接点ａ側の容量である。   Further, the variable band amplifier 1 according to the present embodiment does not consume power in the narrow band signal path because the current does not flow to the emitter follower circuit Q1 forming the narrow band signal path when it is set to the wide band. . The parasitic capacitance connected to the input terminal IN corresponds to one base electrode of the emitter follower circuit Q1 in the off state, and the parasitic capacitance connected to the output terminal OUT is the capacitance on the contact a side.

したがって、広帯域に設定された場合の可変帯域増幅器１の入力インピーダンスは大きく（エミッタフォロワ回路の入力インピーダンスは大のため）、且つ寄生容量もベース電極一つ分で小さいので、信号通過帯域を広く設定することができる。   Therefore, the input impedance of the variable band amplifier 1 in the case of being set to a wide band is large (because the input impedance of the emitter follower circuit is large), and the parasitic capacitance is also small by one base electrode. can do.

以上述べたように本実施形態に係る可変帯域増幅器１によれば、信号通過帯域の可変範囲が広く、且つ広帯域設定の場合に帯域劣化が生じ難い可変帯域増幅器を実現することができる。   As described above, according to the variable band amplifier 1 according to the present embodiment, it is possible to realize a variable band amplifier in which the variable range of the signal pass band is wide and band deterioration does not easily occur in the case of wide band setting.

（変形例１）
図３は、可変帯域増幅器１の変形例を示す図である。図３に示す可変帯域増幅器１は、エミッタフォロワ回路Ｑ３とフィルタ回路１１を増設し、スイッチ素子２０を単極三投形に変更した点で、図１に示す可変帯域増幅器１と異なる。 (Modification 1)
FIG. 3 is a view showing a modified example of the variable band amplifier 1. The variable band amplifier 1 shown in FIG. 3 differs from the variable band amplifier 1 shown in FIG. 1 in that the emitter follower circuit Q3 and the filter circuit 11 are added and the switch element 20 is changed to a single pole triple throw type.

エミッタフォロワ回路Ｑ３のエミッタ電極はフィルタ回路１１の一端に接続され、フィルタ回路１１の他端はスイッチ素子２０の接点ｃに接続される。フィルタ回路１１の信号通過帯域を、フィルタ回路１０の信号通過帯域よりも広く、また、エミッタフォロワ回路Ｑ２とスイッチ素子２０で決まる信号通過帯域よりも狭く設定する。そうすることで、可変帯域の数を増加させることができる。   The emitter electrode of the emitter follower circuit Q3 is connected to one end of the filter circuit 11, and the other end of the filter circuit 11 is connected to the contact c of the switch element 20. The signal passband of the filter circuit 11 is set wider than the signal passband of the filter circuit 10 and narrower than the signal passband determined by the emitter follower circuit Q 2 and the switch element 20. By doing so, the number of variable bands can be increased.

図３に示す例は、単極三投形のスイッチ素子２０の接点を切り替えることで、信号通過経路を一点鎖線、二点鎖線、及び破線で示す３つの経路に切り替える。つまり、信号通過帯域を３段階に切り替えることができる。なお、可変帯域の段数は、2以上の整数分だけ増やすことが可能である。   In the example illustrated in FIG. 3, the signal passage path is switched to three paths indicated by an alternate long and short dash line, an alternate long and two short dash line, and a broken line by switching the contacts of the single pole triple throw switch element 20. That is, the signal passband can be switched in three stages. Note that the number of stages of the variable band can be increased by an integer of 2 or more.

（具体例１）
図４は、可変帯域増幅器１の具体例を示す図である。図４は、スイッチ素子２０をＭＯＳスイッチで構成した例である。図１に示したスイッチ素子２０の接点ａはＭＯＳスイッチ２０ａ、スイッチ素子２０の接点ｂはＭＯＳスイッチ２０ｂで、それぞれ構成される。 (Specific example 1)
FIG. 4 is a view showing a specific example of the variable band amplifier 1. FIG. 4 is an example in which the switch element 20 is configured by a MOS switch. The contact a of the switch element 20 shown in FIG. 1 is constituted by the MOS switch 20a, and the contact b of the switch element 20 is constituted by the MOS switch 20b.

ＭＯＳスイッチ２０ａのゲート電極は、帯域制御信号が入力されるドライバ４０の非反転出力に接続される。ＭＯＳスイッチ２０ｂのゲート電極は、該ドライバ４０の反転出力に接続される。   The gate electrode of the MOS switch 20a is connected to the non-inverted output of the driver 40 to which the band control signal is input. The gate electrode of the MOS switch 20 b is connected to the inverted output of the driver 40.

ドライバ４０は、例えば2個のＣＭＯＳインバータの縦続接続で構成される。ドライバ４０の反転出力は、1個目のＣＭＯＳインバータの出力である。ドライバ４０の非反転出力は、2個目のＣＭＯＳインバータの出力である。   The driver 40 is configured by, for example, a cascade connection of two CMOS inverters. The inverted output of the driver 40 is the output of the first CMOS inverter. The non-inverted output of the driver 40 is the output of the second CMOS inverter.

帯域制御信号がHigh状態の場合、ＭＯＳスイッチ２０ａがオン状態となり、可変帯域増幅器１は狭帯域に設定される。帯域制御信号がLow状態の場合、ＭＯＳスイッチ２０ｂがオン状態となり、可変帯域増幅器１は広帯域に設定される。   When the band control signal is in the high state, the MOS switch 20a is turned on, and the variable band amplifier 1 is set to the narrow band. When the band control signal is in the low state, the MOS switch 20b is turned on, and the variable band amplifier 1 is set to the wide band.

ＭＯＳスイッチ２０ａ，２０ｂを構成するＭＯＳＦＥＴは、ソース電極がバックゲート（半導体基板）と短絡される。図４に示すＭＯＳスイッチ２０ａ，２０ｂは、ｎ形のＭＯＳスイッチの例である。一般的に、ｎ形のＭＯＳスイッチのソース電極は、ドレイン電極の電圧に対して低電位にバイアスする必要がある。しかし、本実施形態に係る可変帯域増幅器１においてはＭＯＳスイッチ２０ａ，２０ｂのソース電極を、エミッタフォロワ回路Ｑ１，Ｑ２側に接続しても構わない。   The source electrodes of the MOSFETs constituting the MOS switches 20a and 20b are short-circuited with the back gate (semiconductor substrate). The MOS switches 20a and 20b shown in FIG. 4 are examples of n-type MOS switches. Generally, the source electrode of the n-type MOS switch needs to be biased to a low potential with respect to the voltage of the drain electrode. However, in the variable band amplifier 1 according to the present embodiment, the source electrodes of the MOS switches 20a and 20b may be connected to the emitter follower circuits Q1 and Q2 side.

その理由は、ＭＯＳスイッチ２０ａ，２０ｂの一方は必ずオン状態であり、且つベース電極が共通に接続されることにより、オフ状態のエミッタフォロワ回路Ｑ１，Ｑ２のエミッタ電極の電位が、ｐｎ接合の順方向電圧を超える電圧まで上昇しないためである。   The reason is that one of the MOS switches 20a and 20b is always in the on state, and the base electrodes are commonly connected, whereby the potentials of the emitter electrodes of the emitter follower circuits Q1 and Q2 in the off state are in the order of the pn junctions. This is because the voltage does not rise above the directional voltage.

このように本実施形態に係る可変帯域増幅器１においては、エミッタフォロワ回路Ｑ１，Ｑ２のエミッタ電極に、ＭＯＳスイッチ２０ａ，２０ｂのソース電極又はドレイン電極のどちらを接続してもよい。したがって、ソース電極とドレイン電極の電極面積の小さい方の電極を出力端子ＯＵＴに接続することで、出力端子ＯＵＴに寄生する容量を小さくできるので好ましい。   As described above, in the variable band amplifier 1 according to the present embodiment, either the source electrode or the drain electrode of the MOS switches 20a and 20b may be connected to the emitter electrodes of the emitter follower circuits Q1 and Q2. Therefore, it is preferable to connect the electrode having the smaller electrode area of the source electrode and the drain electrode to the output terminal OUT, since the parasitic capacitance on the output terminal OUT can be reduced.

ＭＯＳスイッチ２０ａ，２０ｂを、ゲート長を短く分割したマルチフィンガで構成した場合、フィンガ数を2以上の偶数個とするとソース電極の数は、ドレイン電極の数より増加する。よって、ＭＯＳスイッチ２０ａ，２０ｂをマルチフィンガで構成した場合は、ソース電極をエミッタフォロワ回路Ｑ１，Ｑ２側に接続するとよい。   When the MOS switches 20a and 20b are configured by multi-fingers whose gate lengths are divided short, if the number of fingers is an even number of 2 or more, the number of source electrodes increases more than the number of drain electrodes. Therefore, when the MOS switches 20a and 20b are configured by multi fingers, the source electrode may be connected to the emitter follower circuits Q1 and Q2 side.

つまり、ＭＯＳスイッチ２０ａ，２０ｂのゲート電極を除く電極の電極面積の大きい方の電極がエミッタフォロワ回路Ｑ１，Ｑ２の出力電極に、ＭＯＳスイッチ２０ａ，２０ｂのゲート電極を除く電極の電極面積の小さい方の電極が出力端子ＯＵＴに接続される。これにより、可変帯域増幅器１の出力端子ＯＵＴに寄生する容量を小さくすることができるので、信号通過帯域の幅を広くすることができる。   That is, the electrode with the larger electrode area of the electrodes excluding the gate electrodes of the MOS switches 20a and 20b is the output electrode of the emitter follower circuits Q1 and Q2, and the electrode with the smaller electrode area is the gate electrodes of the MOS switches 20a and 20b. The electrode of is connected to the output terminal OUT. As a result, since the parasitic capacitance at the output terminal OUT of the variable band amplifier 1 can be reduced, the width of the signal pass band can be widened.

なお、上記の実施形態では、エミッタフォロワ回路を用いた例で説明を行ったが、エミッタフォロワ回路はＦＥＴで構成したソースフォロワ回路に置き換えても同じ作用効果が得られる。以降で説明する例についても同様である。   Although the above embodiment has been described by using the emitter follower circuit, the same effect can be obtained even if the emitter follower circuit is replaced with a source follower circuit formed of an FET. The same applies to the examples described below.

つまり、本実施形態に係る可変帯域増幅器１は、入力端子ＩＮが共通の2個以上のエミッタフォロワＱ１，Ｑ２又はソースフォロワ（図示せず）で構成される電圧フォロワ回路と、2個以上の電圧フォロワ回路Ｑ１，Ｑ２の一つを除いた電圧フォロワ回路Ｑ１の出力電極に一端が接続される１個以上のフィルタ回路１０と、電圧フォロワ回路Ｑ２の出力電極と出力端子ＯＵＴとの間、又はフィルタ回路１０の他端と出力端子ＯＵＴとの間のどちらかに接続されるスイッチ素子２０とを備える。   That is, the variable band amplifier 1 according to this embodiment includes a voltage follower circuit having two or more emitter followers Q1 and Q2 or source followers (not shown) having a common input terminal IN, and two or more voltages. At least one filter circuit 10 whose one end is connected to the output electrode of the voltage follower circuit Q1 excluding one of the follower circuits Q1 and Q2, between the output electrode of the voltage follower circuit Q2 and the output terminal OUT, or A switch element 20 is connected to either of the other end of the circuit 10 and the output terminal OUT.

これにより、信号通過帯域の可変範囲が広く、且つ広帯域設定の場合に帯域劣化が生じ難い可変帯域増幅器を実現することができる。   As a result, it is possible to realize a variable band amplifier in which the variable range of the signal pass band is wide and band deterioration is less likely to occur in the case of wide band setting.

（具体例２）
図５は、フィルタ回路１０をコンデンサＣ１で構成した例を示す図である。また、図６は、フィルタ回路１０をインダクタンスＬ１で構成した例を示す図である。 (Specific example 2)
FIG. 5 is a diagram showing an example in which the filter circuit 10 is configured by the capacitor C1. Moreover, FIG. 6 is a figure which shows the example which comprised the filter circuit 10 by the inductance L1.

可変帯域増幅器１では、帯域制御時に帯域幅のみが変化することが望ましい。つまり、帯域制御した場合に低周波数帯での利得が変化しないことが望ましい。図５と図６に示すように電源間容量素子（コンデンサＣ１、対グランド端子間容量）や信号通過経路に直列に挿入されるインダクタンス素子（インダクタンスＬ１）によってフィルタ回路１０が構成される。   In the variable band amplifier 1, it is desirable that only the bandwidth changes during band control. That is, it is desirable that the gain in the low frequency band does not change when band control is performed. As shown in FIGS. 5 and 6, the filter circuit 10 is configured by a capacitive element between the power supplies (capacitor C1, capacitance between the ground terminal) and an inductance element (inductance L1) inserted in series in the signal passage.

低周波数帯では、容量素子はオープン、インダクタンス素子はショートとみなすことが出来るため、狭帯域設定の場合に低周波数帯の利得変化が生じない可変帯域増幅器を実現することができる。   In the low frequency band, the capacitive element can be regarded as open and the inductance element can be regarded as short, so that it is possible to realize a variable band amplifier in which gain change in the low frequency band does not occur in narrow band setting.

（具体例３）
図７は、フィルタ回路１０をコンデンサＣ２とインダクタンスＬ２の直列ＬＣ共振回路で構成した例を示す図である。図８は、フィルタ回路１０をコンデンサＣ２とインダクタンスＬ２の並列ＬＣ共振回路で構成した例を示す図である。 (Specific example 3)
FIG. 7 is a diagram showing an example in which the filter circuit 10 is configured by a series LC resonance circuit of a capacitor C2 and an inductance L2. FIG. 8 is a diagram showing an example in which the filter circuit 10 is configured by a parallel LC resonance circuit of a capacitor C2 and an inductance L2.

前述したように、可変帯域増幅器１では、帯域制御時に帯域幅のみが変化することが望ましい。図７及び図８に示すようにフィルタ回路１０を、直列ＬＣ共振回路、並列ＬＣ共振回路で構成することで、低周波数帯では並列ＬＣ共振回路はショート、同じく直列ＬＣ共振回路はオープンとみなすことが出来るため、狭帯域設定の場合に低周波数帯の利得変化が生じない可変帯域増幅器を実現することができる。   As described above, in the variable band amplifier 1, it is desirable that only the bandwidth changes at the time of band control. As shown in FIGS. 7 and 8, by configuring the filter circuit 10 with a series LC resonance circuit and a parallel LC resonance circuit, the parallel LC resonance circuit is considered to be short in the low frequency band, and the series LC resonance circuit is regarded as open. Thus, it is possible to realize a variable band amplifier in which gain change in a low frequency band does not occur in the case of narrow band setting.

更に、並列ＬＣ共振回路のインピーダンスは共振時に極めて小さく、直列ＬＣ共振回路のインピーダンスは共振時に極めて大きくなるため、インダクタンス素子、容量素子をそれぞれ単独で用いる場合よりもロールオフが急峻なフィルタを構成することができる。   Furthermore, since the impedance of the parallel LC resonant circuit is extremely small at resonance, and the impedance of the series LC resonant circuit becomes extremely large at resonance, the filter having a sharper roll-off than when using the inductance element and the capacitance element alone is configured. be able to.

なお、図７と図８に示すＬＣ共振回路のフィルタ特性は、共振周波数よりも高い周波数帯で再び信号が通過するバンドエリミネイト特性を示すが、この特性は他のフィルタ（例えばローパスフィルタ）を組み合わせることによって抑制することが可能である。このように、複数のＬＣ共振回路を組み合わせてフィルタ回路１０を構成してもよい。   Although the filter characteristics of the LC resonant circuit shown in FIGS. 7 and 8 show band eliminate characteristics in which the signal passes again in a frequency band higher than the resonance frequency, this characteristic is different from that of the other filters (for example, low pass filters). It is possible to suppress by combining. As described above, the filter circuit 10 may be configured by combining a plurality of LC resonant circuits.

〔第２実施形態〕
図９に、第２実施形態の可変帯域増幅器の構成例を示す。 Second Embodiment
FIG. 9 shows a configuration example of the variable band amplifier of the second embodiment.

図９に示す可変帯域増幅器２は、増幅器を差動増幅化した点で、可変帯域増幅器１（図４）と異なる。可変帯域増幅器２は、上記の可変帯域増幅器１の構成に加えて次の構成を備える。   The variable band amplifier 2 shown in FIG. 9 differs from the variable band amplifier 1 (FIG. 4) in that the amplifiers are differentially amplified. The variable band amplifier 2 has the following configuration in addition to the configuration of the variable band amplifier 1 described above.

可変帯域増幅器２は、第２入力端子ＩＮＰが共通に接続される2個以上のエミッタフォロワ又はソースフォロワで構成される第２電圧フォロワ回路Ｑ３，Ｑ４と、2個以上の第２電圧フォロワ回路Ｑ３，Ｑ４の一つを除いた該第２電圧フォロワ回路Ｑ３の出力電極に一端が接続される１個以上の第２フィルタ回路１１と、第２電圧フォロワ回路Ｑ４の出力電極と第２出力端子ＯＵＴＰとの間、又は第２フィルタ回路１２の他端と第２出力端子ＯＵＴＰとの間のどちらかに接続される第２スイッチ素子２０ｃ，２０ｄとを備える。図９において上記の入力端子ＩＮは、入力端子ＩＮＮと表記している。参照符号は異なるが同じものである。   The variable band amplifier 2 includes second voltage follower circuits Q3 and Q4 configured by two or more emitter followers or source followers whose second input terminals INP are connected in common, and two or more second voltage follower circuits Q3. , One of Q2 and one or more second filter circuit 11 whose one end is connected to the output electrode of the second voltage follower circuit Q3 and the output electrode of the second voltage follower circuit Q4 and the second output terminal OUTP And a second switch element 20c, 20d connected to either the other end of the second filter circuit 12 and the second output terminal OUTP. The above-mentioned input terminal IN is described as an input terminal INN in FIG. The reference signs are different but identical.

そして、入力端子ＩＮＮと第２入力端子ＩＮＰには差動信号が入力される。帯域制御信号がHigh状態の場合、スイッチ素子２０ｂと２０ｄがオン状態となり、可変帯域増幅器１は広帯域に設定される。帯域制御信号がLow状態の場合、第２スイッチ素子２０ａと２０ｃがオン状態となり、可変帯域増幅器１は狭帯域に設定される。なお、第２フィルタ回路１２の遮断周波数は、フィルタ回路１０と同じである。   Then, differential signals are input to the input terminal INN and the second input terminal INP. When the band control signal is in the high state, the switch elements 20b and 20d are turned on, and the variable band amplifier 1 is set to the wide band. When the band control signal is in the low state, the second switch elements 20a and 20c are turned on, and the variable band amplifier 1 is set to the narrow band. The cutoff frequency of the second filter circuit 12 is the same as that of the filter circuit 10.

差動信号は、２つの信号で１つの信号を表す。入力信号が＋に変化した場合、第２入力端子ＩＮＰに入力される信号は＋に変化する。入力端子ＩＮＮに入力される信号は−に変化する。このように逆方向に変化する信号で１つの信号を表す。   The differential signal represents one signal by two signals. When the input signal changes to +, the signal input to the second input terminal INP changes to +. The signal input to the input terminal INN changes to-. Thus, the signal changing in the reverse direction represents one signal.

したがって、雑音等は、両方の入力信号（ＩＮＰとＩＮＮ）に同極性で重畳するので、その影響を打ち消すことができる。つまり、本実施形態に係る可変帯域増幅器２によれば、増幅器のＳＮ比を向上させることができる。   Therefore, noise and the like are superimposed on both input signals (INP and INN) with the same polarity, so that the influence can be cancelled. That is, according to the variable band amplifier 2 according to the present embodiment, the SN ratio of the amplifier can be improved.

（具体例４）
図１０は、可変帯域増幅器２におけるフィルタ回路１０と第２フィルタ回路１１の具体例を示す図である。フィルタ回路を例えば差動ローパスフィルタで構成する場合は、図１０に示すように狭帯域の場合の信号通過経路の間を、コンデンサＣ３で接続すればよい。このように簡単に、ＳＮ比の良い可変帯域増幅器を構成することが可能である。 (Specific example 4)
FIG. 10 is a diagram showing a specific example of the filter circuit 10 and the second filter circuit 11 in the variable band amplifier 2. When the filter circuit is constituted by, for example, a differential low pass filter, as shown in FIG. 10, the signal passing paths in the case of narrow bands may be connected by a capacitor C3. Thus, it is possible to easily configure a variable band amplifier with a good S / N ratio.

（具体例５）
一般的に電圧フォロワ回路は、入力される入力信号の信号振幅をほぼ一定に維持したまま電流駆動力を増幅させる（出力インピーダンスを低くする）作用をすると共に、入力信号の直流動作点を低下させる、いわゆるレベルシフタとして機能する。 (Specific example 5)
In general, the voltage follower circuit amplifies current driving power (lowers the output impedance) while maintaining the signal amplitude of the input signal substantially constant, and lowers the DC operating point of the input signal. Functions as a so-called level shifter.

したがって、本実施形態の可変帯域増幅器１，２をモノリシック化する場合は、可変帯域増幅器１，２の前段と後段に増幅器が設けられる。図１１は、その具体例を示す図である。   Therefore, when the variable band amplifiers 1 and 2 of the present embodiment are monolithicized, amplifiers are provided at the front and rear stages of the variable band amplifiers 1 and 2. FIG. 11 is a diagram showing a specific example thereof.

図１１に示すように、可変帯域増幅器２（図１０）の入力端子ＩＮＮ，ＩＮＰ側に差動増幅器６０が配置され、可変帯域増幅器２の出力端子ＯＵＴＮ，ＯＵＴＰ側に差動増幅器７０が配置される。差動増幅器６０，７０は、一般的なものでよい。よって図１１に、接続関係を表記することで説明は省略する。   As shown in FIG. 11, the differential amplifier 60 is disposed on the input terminals INN and INP of the variable band amplifier 2 (FIG. 10), and the differential amplifier 70 is disposed on the output terminals OUTN and OUTP of the variable band amplifier 2. Ru. The differential amplifiers 60 and 70 may be general ones. Therefore, the description is omitted by describing the connection relationship in FIG.

なお、可変帯域増幅器１をモノリシック化する場合は、可変帯域増幅器１の前段と後段に配置する増幅器はシングルエンド増幅器で構成される。シングルエンド増幅器で構成した場合でも、可変帯域増幅器としての作用効果は同じである。   When making the variable band amplifier 1 monolithic, the amplifiers disposed at the front stage and the rear stage of the variable band amplifier 1 are configured by single end amplifiers. Even when configured as a single-ended amplifier, the operation and effect as the variable band amplifier are the same.

図１２は、具体例４の利得−周波数特性を示す。図１２の横軸は周波数（Hz）、縦軸は利得（dB）である。破線で示す特性が広帯域の特性であり、一点鎖線で示す特性が狭帯域の特性である。   FIG. 12 shows the gain-frequency characteristic of the fourth example. The horizontal axis in FIG. 12 is frequency (Hz), and the vertical axis is gain (dB). The characteristic shown by the broken line is the characteristic of the wide band, and the characteristic shown by the alternate long and short dash line is the characteristic of the narrow band.

狭帯域の特性に対して広帯域は、信号通過帯域が10倍以上の広いレンジで可変できていることが分かる。また、低周波数帯での利得変動が無い状態で信号通過帯域のみを変化できていることが分かる。   It can be seen that, with respect to the narrow band characteristic, the wide band allows the signal pass band to be varied over a wide range of 10 times or more. Also, it can be seen that only the signal passband can be changed without gain fluctuation in the low frequency band.

以上説明したように本実施形態の可変帯域増幅器１，２によれば、信号通過帯域の可変範囲が広く、且つ広帯域設定の場合に帯域劣化が生じ難い可変帯域増幅器を提供することができる。   As described above, according to the variable band amplifiers 1 and 2 of the present embodiment, it is possible to provide a variable band amplifier in which the variable range of the signal pass band is wide and band deterioration does not easily occur in the case of wide band setting.

なお、上述した可変帯域増幅器１，２は、広い可変帯域レンジが求められるアクセス用途の光通信分野に好適である。その分野では、信号通過帯域が10倍程度変化できる可変帯域増幅器が求められる。図１２に示したように、本発明に係る可変帯域増幅器は、10倍以上の広いレンジの可変帯域幅を容易に実現することができる。   The variable band amplifiers 1 and 2 described above are suitable for the optical communication field of access applications where a wide variable band range is required. In the field, a variable band amplifier capable of changing the signal passband by about 10 times is required. As shown in FIG. 12, the variable bandwidth amplifier according to the present invention can easily realize a variable bandwidth of a wide range of 10 times or more.

また、本発明に係る可変帯域増幅器は、可変帯域の数を2個の例で説明を行ったが、上記の何れの例においても電圧フォロワ回路とフィルタ回路の数を増やすことで、可変帯域の数を増やすことができる。   In the variable band amplifier according to the present invention, the number of variable bands has been described using two examples, but in any of the above examples, the number of voltage follower circuits and filter circuits can be increased to obtain variable bands. You can increase the number.

また、本実施形態の帯域可変増幅器は、ＮＰＮトランジスタを例に説明したが他の一般的な回路と同様に、極性の異なるＰＮＰトランジスタで構成することも可能である。ＦＥＴの場合も同様である。このように本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。   Also, although the variable-bandwidth amplifier according to the present embodiment has been described by taking an NPN transistor as an example, it is also possible to configure it with PNP transistors having different polarities, as in other general circuits. The same applies to the case of FET. Thus, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention.

１，２：可変帯域増幅器
１０、１１：フィルタ回路
１２：第２フィルタ回路
２０：スイッチ素子
２０ｂ、２０ｄ：ＭＯＳスイッチ（スイッチ素子）
２０ａ、２０ｃ：ＭＯＳスイッチ（第２スイッチ素子）
２０，３０，３１：電流源
４０：ドライバ
６０，７０：差動増幅器
Ｑ１〜Ｑ４：電圧フォロワ回路 1, 2: Variable band amplifier 10, 11: Filter circuit 12: Second filter circuit 20: Switch element 20b, 20d: MOS switch (switch element)
20a, 20c: MOS switches (second switch elements)
20, 30, 31: Current source 40: Driver 60, 70: Differential amplifier Q1 to Q4: Voltage follower circuit

Claims (6)

入力端子が共通の2個以上のエミッタフォロワ又はソースフォロワで構成される電圧フォロワ回路と、
2個以上の前記電圧フォロワ回路の一つを除いた該電圧フォロワ回路の出力電極に一端が接続される１個以上のフィルタ回路と、
前記電圧フォロワ回路の出力電極と出力端子との間、又は前記フィルタ回路の他端と出力端子との間のどちらかに接続されるスイッチ素子と
を備えることを特徴とする可変帯域増幅器。 A voltage follower circuit whose input terminal is constituted by two or more emitter followers or source followers in common;
One or more filter circuits whose one end is connected to the output electrode of the voltage follower circuit excluding one of the two or more voltage follower circuits;
A variable band amplifier comprising: a switch element connected either between the output electrode and the output terminal of the voltage follower circuit or between the other end of the filter circuit and the output terminal. 請求項１に記載の可変帯域増幅器において、
前記スイッチ素子は、
外部から入力される帯域制御信号に応じて、前記電圧フォロワ回路の出力電極及び前記フィルタ回路の他端の何れか一つを選択して出力する
ことを特徴とする可変帯域増幅器。 The variable band amplifier according to claim 1
The switch element is
A variable band amplifier, which selects and outputs any one of an output electrode of the voltage follower circuit and the other end of the filter circuit according to a band control signal input from the outside. 請求項１又は２に記載の可変帯域増幅器において、
前記フィルタ回路は、
インダクタンス素子又は容量素子、或いはインダクタンス素子と容量素子の両方を備える
ことを特徴とする可変帯域増幅器。 The variable band amplifier according to claim 1 or 2
The filter circuit is
A variable band amplifier comprising an inductance element or a capacitance element, or both of an inductance element and a capacitance element. 請求項１乃至３の何れかに記載の可変帯域増幅器において、
前記スイッチ素子は、
ＭＯＳスイッチで構成され、該ＭＯＳスイッチのゲート電極を除く電極の電極面積の大きい方の電極が前記電圧フォロワ回路の出力電極に、該ＭＯＳスイッチのゲート電極を除く電極の電極面積の小さい方の電極が前記出力端子に接続される
ことを特徴とする可変帯域増幅器。 The variable band-pass amplifier according to any one of claims 1 to 3.
The switch element is
The electrode having the larger electrode area of the electrode excluding the gate electrode of the MOS switch and the electrode having the smaller electrode area of the electrode excluding the gate electrode of the MOS switch as the output electrode of the voltage follower circuit. The variable band amplifier is connected to the output terminal. 請求項３又は４に記載の可変帯域増幅器において、
前記フィルタ回路は、
他端が電源に接続される直列ＬＣ共振回路、又は、他端が前記スイッチ素子に接続される並列ＬＣ共振回路である
ことを特徴とする可変帯域増幅器。 The variable band amplifier according to claim 3 or 4
The filter circuit is
A variable band amplifier characterized in that it is a series LC resonance circuit whose other end is connected to a power supply or a parallel LC resonance circuit whose other end is connected to the switch element. 請求項１乃至５の何れかに記載の可変帯域増幅器において、
第２入力端子が共通に接続される2個以上のエミッタフォロワ又はソースフォロワで構成される第２電圧フォロワ回路と、
2個以上の前記第２電圧フォロワ回路の一つを除いた該第２電圧フォロワ回路の出力電極に一端が接続される１個以上の第２フィルタ回路と、
前記第２電圧フォロワ回路の出力電極と前記出力端子との間、又は前記第２フィルタ回路の他端と第２出力端子との間のどちらかに接続される第２スイッチ素子とを備え、
前記入力端子と前記第２入力端子には差動信号が入力される
ことを特徴とする可変帯域増幅器。 The variable band amplifier according to any one of claims 1 to 5.
A second voltage follower circuit composed of two or more emitter followers or source followers whose second input terminals are connected in common;
One or more second filter circuits whose one end is connected to the output electrode of the second voltage follower circuit excluding one of the two or more second voltage follower circuits;
A second switch element connected between the output electrode of the second voltage follower circuit and the output terminal or between the other end of the second filter circuit and the second output terminal;
A variable band amplifier, wherein a differential signal is input to the input terminal and the second input terminal.
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