JP4850247B2 - 広ダイナミックレンジスイッチング可変利得増幅器および制御 - Google Patents
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Description
さまざまな回路の応用において、広域の周波数帯域幅にわたる高精度の可変利得増幅が要求される。たとえば、60dBのダイナミックレンジを有する、低周波数から2.5GHzの高周波数に及ぶ動作周波数範囲にわたる真電力を測定および制御するために、db表示で線形の(linear-in-db)真電力検出器が必要とされてきた。これらの動作範囲が拡大し続けるにつれ、要求される高精度の増幅を提供することが課題となる。拡張された周波数帯域幅にわたって動作可能な可変利得増幅器は、広域の温度変化範囲にわたって高精度を維持しつつも、消費する電力は最小限であるべきである。
本明細書に記載の主題は上記の需要を満たす。複数の可変利得増幅器段は、増幅される入力電圧を受ける減衰回路によって結合される。制御回路は、電圧制御ノードに印加される制御信号に従って可変利得増幅器段の1つ以下の段を常時活性状態に維持しつつ、その各々をシームレスに活性化する。基準信号電圧レベルの小数部を設定して、増幅器段の制御電圧レベル範囲間の境界を規定する。このようにして、各増幅器段に固有の制御電圧レベル範囲が定められる。
。電圧制御ノードおよび電圧レベルシフト段は電圧−電流変換器回路に結合され、この回路は、電圧制御ノードの電圧のシフトレベルに関連した電流制御信号を生成する。
本発明に係る多段の可変利得増幅器を図1のブロック図に示す。増幅器は可変入力電圧VINに結合され、出力信号IOUTを生成する。G1〜Gnと表示された複数の増幅器段10は、各々がIOUTに接続された出力を有する。各利得段は可変利得増幅器であり、たとえば少なくとも利得制御範囲が限られたいずれかの公知の増幅器である。VINは複数の直列接続された抵抗12を備える減衰回路に結合され、トランジスタの各対の間の接合は抵抗14を介して接地される。抵抗の値は互いに等しくてもよいし、接合における電圧の大きさとVINとの間の所望の関係を提供するよう選択してもよい。図示される抵抗は、電圧分割機能を果たし得るいずれかのインピーダンスを表わしているにすぎない。好ましくは、固定の直列分路された抵抗減衰がいずれか2つの増幅器段の間に設けられる。
制御信号出力GC2を印加し、この信号は、第2の段のより高い境界範囲電圧に到達するまで制御電圧レベルが増加するにつれて変化する。制御電圧が増加し続けるにつれ、次の増幅器段について同様の動作が起こる。
Claims (10)
- 増幅器であって、
複数の可変利得増幅器段と、
入力電圧と前記増幅器段それぞれとの間に結合される減衰回路と、
制御信号に従って前記可変利得増幅器段を活性化するための制御回路とを備え、
前記制御回路は、常時1つ以下の可変利得増幅器段を活性状態に維持するよう構成され、
前記制御回路は、
前記複数の可変利得増幅器段の各々にそれぞれ対応して配置される複数の比較器と、
前記複数の比較器の各々の第1の入力に結合されて前記制御信号を受けるための電圧制御ノードと、
基準電圧を受けるための電圧基準ノードと、
前記電圧基準ノードに接続されて前記基準電圧を減衰する第2の減衰回路とを備え、前記比較器の各々の第2の入力は前記第2の減衰回路のそれぞれ対応のノードに接続され、
前記増幅器段の各々は、自身に対応する比較器からの出力に応じて活性化され、
前記増幅器は、さらに
前記複数の可変利得増幅器段それぞれに対応して設けられ、各々がスイッチ活性化信号を受信してそれぞれの対応の可変利得増幅器段を活性化する、複数のスイッチノードと、
各前記比較器出力に接続される論理回路とをさらに備え、
前記スイッチノードの1つは前記比較器の出力の第1の出力に直接結合され、残りのスイッチノードの各々は前記論理回路のそれぞれ対応の出力に結合され、
各前記スイッチノードはさらにそれぞれ対応の電圧レベルシフト段に結合され、各前記電圧レベルシフト段は、対応のスイッチノードから受信したスイッチ活性化信号に応答して活性化されるとともに前記第2の減衰回路の前記対応のノードに結合され、
前記制御回路は電圧−電流変換器回路をさらに備え、前記電圧−電流変換器回路は、前記制御信号の電圧に関連した電圧を受けるための前記電圧制御ノードに結合される第1の入力と、前記電圧レベルシフト段それぞれに結合されて、活性化された電圧レベルシフト段からの電圧出力を受けるための第2の入力と、前記第1および第2の入力の電圧差に応じた電流制御信号を供給するための出力とを有し、前記電流制御信号は活性化された1つの可変利得増幅器段へ供給されて該活性化された可変利得増幅器段の利得を制御する、増幅器。 - 前記制御回路は温度補償回路をさらに備え、前記温度補償回路は、前記電流制御信号を受信するための前記電圧−電流変換器回路の出力に結合された第1の入力と、温度補償信号を受信するための第2の入力と、前記増幅器の利得を制御する増幅器利得制御回路に結合された出力とを有する乗算器を備える、請求項1に記載の増幅器。
- 各前記スイッチノードは前記増幅器の利得を制御する増幅器利得制御回路のそれぞれ対応の入力に結合される、請求項1に記載の増幅器。
- 前記電圧制御ノードは、前記比較器それぞれに対応して配置されるインピーダンスそれぞれを介して各前記比較器の前記第1の入力に接続され、
各前記比較器の前記第1の入力とそのそれぞれのインピーダンスとの間の接続点は、それぞれ対応の制御スイッチに接続され、
各前記制御スイッチは、自身が結合された比較器に対応するスイッチノードに結合されて対応のスイッチ活性化信号に従って選択的に導通し、これにより、活性化された可変利得増幅器段の間の遷移にヒステリシスを与えて遷移発振を回避する、請求項1に記載の増幅器。 - 複数の増幅器段を有する可変利得増幅器を制御するための方法であって、
各前記増幅器段に固有の制御電圧レベル範囲を決定するステップと、
前記複数の増幅器段の第1の増幅器段の入力に入力電圧を印加し、各次の増幅器段の入力に減衰したレベルの入力電圧をそれぞれ印加するステップと、
制御信号を発生するステップと、
前記制御信号の電圧レベルが前記決定するステップで決定された固有の制御電圧レベル範囲内にある増幅器段を活性化するステップとを備え、常時1つ以下の増幅器段が活性状態にあり、
前記決定するステップは、
基準信号を発生するステップと、
前記基準信号の電圧レベルの分圧部分を割当てて前記制御電圧レベル範囲間の境界を規定するステップとを含み、
前記活性化するステップは、
前記制御信号の電圧レベルである制御電圧を各前記増幅器段の制御電圧レベル範囲の下側の境界と比較するステップと、
前記制御電圧が1つ以上の増幅器段の制御電圧レベル範囲の下側の境界を超えた場合、前記制御電圧によって超えられた最下位の制御電圧レベル範囲境界レベルを有する増幅器段を選択するステップとを備え、
前記方法は、さらに
前記制御電圧のレベルを変化させるステップと、
前記制御電圧のレベルが新たな1つの増幅器段の制御電圧レベル範囲内の場合、該新たな増幅器段を活性化するステップと、
前記新たな増幅器段を活性化するとき、先に活性化された増幅器段を不活性化するステップと、
前記制御電圧のレベルに従って、活性化された増幅器段の利得を制御するステップを備え、前記制御するステップは、前記制御電圧のレベルを前記活性化された増幅器段に関連付けられた量だけシフトして前記活性化された増幅器段へ印加される電圧レベルがシフトされた制御信号を生成するステップを備える、方法。 - 遷移時のヒステリシス効果を回避するために、増幅器段を活性化するとき該増幅器段の制御電圧範囲を調整するステップをさらに備える、請求項5に記載の方法。
- 前記調整するステップは、前記活性化された増幅器段の制御電圧範囲の下側の境界レベルを低下させるステップをさらに備える、請求項5に記載の方法。
- 前記制御するステップは、温度の影響を補償するために前記電圧レベルがシフトされた制御信号を調整するステップをさらに備える、請求項5に記載の方法。
- 前記調整するステップは、
温度補償信号を発生するステップと、
発生した補償信号と前記電圧レベルがシフトされた制御信号とを乗算するステップとを備える、請求項8に記載の方法。 - 前記制御信号の電圧レベルが、活性化された増幅器段の制御電圧レベル外の値への変化に応答して、該変化した制御信号の制御電圧範囲に対応する第2の増幅器段を実質的に同時に選択するステップと、前記第2の増幅器段にシフトされた電圧レベルの前記制御信号を印加するステップとをさらに備え
前記選択するステップは、増幅器段を選択するための選択信号を発生するステップを備え、
前記第2の増幅器段に制御信号を印加するステップは、前記第2の増幅器段を活性化するステップと、前記第2の増幅器段に関連付けられた量だけ前記制御信号からレベルシフトされた成分を有する利得制御信号を印加するステップとを備える、請求項5に記載の方法。
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