JP4708604B2 - 可変利得増幅器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変利得増幅器の改良に関し、特に、動作周波数帯域が広い上に利得調整範囲が広い可変利得増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、演算増幅器(オペアンプ)を用いた反転増幅器または非反転増幅器は、直線性が良い上に設計が容易であることから広く利用されている。
図3は、従来の非反転増幅器を利用した可変利得増幅器の一例であり、例えば演算増幅器1と2つの可変抵抗器2、3とから構成されている。
【0003】
この可変利得増幅器の利得−周波数特性は、図4に示すように、利得と周波数帯域の積が、使用する演算増幅器の利得帯域幅積に制限されるという特徴を持っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、図3に示す可変利得増幅器では、図4に示すように利得と周波数帯域幅の積は、使用する演算増幅器の利得帯域幅積に制限される。このため、例えば40dBの利得を得るには、必要な利得帯域幅積の100倍の周波数帯域幅を持つ演算増幅器が必要であり、演算増幅器の消費電力を増加させる原因になる。
【0005】
また、例えば40dBの利得制御範囲を持たせた場合に、利得を変化させると、図3の可変利得増幅器の周波数帯域幅は100倍に変化するので、利得を小さくしたときには、無駄に広い周波数帯域を持つことになる。
また、図3に示す可変利得増幅器の利得の上限は、演算増幅器の直流電圧利得によって制限されるため、動作周波数帯域が広く利得調整範囲の広い可変利得増幅器を実現することは難しい。
【0006】
さらに、演算増幅器の出力から入力への帰還量は利得により大きく変化するので、広帯域の場合に特に安定性に十分に注意する必要がある。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、動作周波数が広く利得調整範囲が広い上に、低消費電力である可変利得増幅器を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して本発明の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、以下のように構成した。
すなわち、請求項1に記載の発明は、入力信号電圧に応じた出力電流を生成して出力するgmセルと、前記gmセルの出力電流を電圧に変換するとともに、この変換利得を調整する電流電圧変換回路とを備え、前記電流電圧変換回路は、演算増幅器と、前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続されて複数のタップを有する抵抗アレイと、前記gmセルの出力端子と前記複数のタップとの間に接続されて前記gmセルの出力端子と前記複数のタップのうちの1つと選択的な接続を行うMOSスイッチアレイとを有し、かつ、前記演算増幅器の非反転入力端子には基準電圧が印加されるようになっていることを特徴とする。
【0009】
このように本発明によれば、入力信号電圧に応じて出力電流が変化するgmセルと、電流電圧変換回路とを組み合わせるようにしたので、広帯域でかつ高利得の増幅器を実現できる。
また、本発明において、電流電圧変換回路を演算増幅器や可変抵抗器で構成する場合には、その電流電圧変換回路の閉ループの利得は可変抵抗器の抵抗値によらずに一定となる。従って、可変抵抗器の抵抗値を調整して全体の利得を調整しても、ループ利得の変化がなくて周波数帯域の変化がない。このため、演算増幅器は、可変利得増幅器として必要な周波数帯域と同程度の利得帯域幅積を持つものを使用すれば良い。
【0010】
また、本発明において、電流電圧変換回路を演算増幅器や可変抵抗器で構成する場合には、全体の利得の上限は、演算増幅器の直流電圧利得により直接影響を受けないので、特に、動作周波数帯域が広く利得調整範囲の広い可変利得増幅器を低消費電力で実現するのに適している。
さらに、本発明において、電流電圧変換回路を演算増幅器と、抵抗アレイと、スイッチアレイとで構成するような場合には、利得調整を高精度で行うことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の可変利得増幅器はの第1実施形態について、図1を参照して説明する。
本発明の可変利得増幅器の第1実施形態は、図1に示すように、gmセル(トランスコンダクタ回路)11と、電流電圧変換回路12とを備えている。
【0012】
gmセル11は、入力信号電圧Viが入力端子13に供給されると、その電圧に応じた出力電流を生成して出力する回路である。このgmセル11は、その入力側が入力端子13に接続され、その出力側が電流電圧変換回路12を構成する演算増幅器14の−入力端子と、可変抵抗器15の一端とにそれぞれ接続されている。
【0013】
電流電圧変換回路12は、gmセル11の出力電流を電圧に変換するとともに、この変換利得を調整する機能を備えた回路である。このため、電流電圧変換回路12は、演算増幅器14と、任意な抵抗値を設定自在な可変抵抗器15と、を備えている。
さらに詳述すると、演算増幅器14の+入力端子は入力端子16に接続され、その入力端子16に供給される基準電圧Vgが印加されるようになっている。演算増幅器14の−入力端子と出力端子との間には可変抵抗器15が接続され、ループ回路を形成している。また、演算増幅器14の出力端子は、出力電圧Voを取り出すための出力端子17に接続されている。
【0014】
このような構成からなる第1実施形態では、入力端子13に供給される入力信号電圧Viがgmセル11に印加されると、gmセル11は、その電圧に応じた出力電流を生成して出力する。この出力電流は、可変抵抗器15に流れるので、その抵抗値に応じた電圧が可変抵抗器15の両端に生成され、この生成電圧が出力端子17から取り出される。その生成電圧は、可変抵抗器15の抵抗値を調整することにより任意に調整できる。
【0015】
以上説明したように、第1実施形態では、電流電圧変換回路12を演算増幅器14と可変抵抗器15で構成するようにしたので、その電流電圧変換回路12の閉ループの利得は、可変抵抗器15の抵抗値によらずに一定(0dB、すなわち−1倍)となる。
従って、可変抵抗器15の抵抗値を調整して可変利得増幅器の全体の利得を調整しても、電流電圧変換回路12のループ利得の変化がなくて周波数帯域の変化がない。このため、第1実施形態は、広い利得調整範囲において広帯域の可変利得増幅器として好適である。
【0016】
次に、本発明の可変利得増幅器はの第2実施形態について、図2を参照して説明する。
本発明の可変利得増幅器の第2実施形態は、図2に示すように、gmセル(トランスコンダクタ回路)11と、電流電圧変換回路12Aとを備えている。
この第2実施形態は、図1の第1実施形態の電流電圧変換回路12を、図2に示すように、電流電圧変換回路12Aに置き換えたものである。従って、以下の説明では、電流電圧変換回路12Aの構成についてのみ説明する。
【0017】
この電流電圧変換回路12Aは、演算増幅器14と、抵抗アレイ21と、MOSトランジスタからなるMOSスイッチアレイ22とからなる。
さらに詳述すると、演算増幅器14の+入力端子は入力端子16に接続され、その入力端子16に供給される基準電圧Vgが印加されるようになっている。演算増幅器14の−入力端子と出力端子との間には抵抗アレイ21が接続され、ループ回路を形成している。また、演算増幅器14の出力端子は、出力電圧Voを取り出すための出力端子17に接続されている。
【0018】
抵抗アレイ21は、図2に示すように、複数のタップを有している。また、MOSスイッチアレイ22は、複数のMOSトランジスタ23からなる。この各MOSトランジスタ23の各一端は共通接続され、その共通接続部はgmセル11の出力側に接続されている。さらに、MOSトランジスタ23の各他端は、抵抗アレイ21の対応する各タップにそれぞれ接続されている。
【0019】
なお、MOSスイッチアレイ22は、オンオフにより抵抗アレイ21のタップを選択できる構成であれば、その構成は問わない。
このような構成からなる第2実施形態では、入力端子12に供給される入力信号電圧Viがgmセル11に印加されると、gmセル11は、その電圧に応じた出力電流を生成して出力する。
【0020】
MOSスイッチアレイ22では、複数のMOSトランジスタ23のうちの1つが必要な利得に応じてオンしている。このため、gmセル11の出力電流は、抵抗アレイ21のうちの一部に流れて電圧が生成され、その生成電圧が出力端子17から取り出される。
以上説明したように、第2実施形態では、電流電圧変換回路12Aを演算増幅器14と、抵抗アレイ21と、MOSスイッチアレイ22とから構成するようにしたので、電流電圧変換回路12Aの閉ループのループ利得は、MOSスイッチアレイ22を構成するMOSトランジスタ23のオンオフにかかわらず一定となる。
【0021】
このため、第2実施形態では、第1実施形態と同様に、広い利得調整範囲において広帯域の可変利得増幅器として適している。さらに、MOSスイッチアレイ22のオンオフ制御による抵抗アレイ21での利得の調整に際し、MOSスイッチアレイ22のMOSトランジスタのオン抵抗の影響を受けないので、高精度の利得調整を実現できる。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力信号電圧に応じて出力電流が変化するgmセルと、電流電圧変換回路とを組み合わせるようにしたので、広帯域でかつ高利得の増幅器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の可変利得増幅器の第1実施形態の構成を示す回路図である。
【図2】本発明の可変利得増幅器の第2実施形態の構成を示す回路図である。
【図3】従来の可変利得増幅器の回路図である。
【図4】その利得−周波数特性の一例を示す図である。
【符号の簡単な説明】
11 gmセル
12、12A 電流電圧変換回路
14 演算増幅器
15 可変抵抗器
21 抵抗アレイ
22 MOSスイッチアレイ
Claims (1)
- 入力信号電圧に応じた出力電流を生成して出力するgmセルと、
前記gmセルの出力電流を電圧に変換するとともに、この変換利得を調整する電流電圧変換回路とを備え、
前記電流電圧変換回路は、
演算増幅器と、
前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続されて複数のタップを有する抵抗アレイと、
前記gmセルの出力端子と前記複数のタップとの間に接続されて前記gmセルの出力端子と前記複数のタップのうちの1つと選択的な接続を行うMOSスイッチアレイとを有し、
かつ、前記演算増幅器の非反転入力端子には基準電圧が印加されるようになっていることを特徴とする可変利得増幅器。
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