JP5252212B2 - 信号増幅用半導体装置 - Google Patents
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Description
1つの実施の形態においては、信号増幅用半導体装置は、さらに、温度に対して一定の定電流を生成して前記第1トランスコンダクタンスアンプステージに供給する電流源回路を備える。各前記第1トランスコンダクタンスアンプステージの動作電流が、前記定電流により規定される。また、さらに、該信号増幅用半導体装置は、制御信号に従って利得が調整され、ベースバンド信号を変調して前記ラダーネットワークへ前記入力信号として該変調信号を与える変調回路と、前記変調回路と同一構造を有し、前記スイッチ段の接続経路が固定的に接続されるとともに前記制御信号に従って利得が調整されて、固定された電圧レベルの第1の電圧を模擬的に変調するレプリカ変調回路と、前記第1トランスコンダクタンスアンプステージと同一構造を有し、前記レプリカ変調回路の出力信号に応じた信号を生成する少なくとも1個のレプリカアンプと、前記レプリカアンプの出力信号と第2の固定電圧とを差動的に増幅して前記制御信号を生成する差動増幅回路とをさらに備える。
別の実施の形態においては、信号増幅用半導体装置においては、ラダーネットワークが、前記入力信号を受ける入力ノードに対して直列に接続される複数の第1インピーダンス素子と、前記第1インピーダンス素子に対応して配置され、対応の第1インピーダンス素子と並列に接続される複数の第2インピーダンス素子とを備え、各前記第2のインピーダンス素子は、直列に接続される第1および第2のサブインピーダンス素子を備える。各前記トランスコンダクタンスアンプステージは、対応の第1および第2のサブインピーダンス素子の間の接続ノードの信号を受ける。
さらに別の実施の形態においては、信号増幅用半導体装置は、前記入力ノードに結合され、前記制御ワードに従って選択的にイネーブル化され、イネーブル時、前記入力ノードの入力信号に応じた電流を前記出力信号線に伝達する少なくとも1個の第2のトランスコンダクタンスステージをさらに備える。前記第2のトランスコンダクタンスアンプステージのトランスコンダクタンスは、前記第1トランスコンダクタンスアンプステージと異なる。
図1は、この発明の実施の形態1に従う信号増幅用半導体装置を含む携帯端末の全体の構成を概略的に示す図である。図1において、この携帯端末は、アンテナ1を介して与えられる信号を受信して再生する受信パスRXと、アンテナ1を介して信号/データを送信する送信パスTXと、この送信パスTXおよび受信パスRXをアンテナ1に結合する送受信デュプレックス回路2を含む。この携帯端末は、UMTSに従って通信を行なう装置であり、通信方式はFDD方式であり、送信と受信に対して異なる周波数帯を割当て、全二重通信方式で送信および受信を並行して行う。この周波数送受信デュプレックス回路2により、アンテナ1に対して異なる周波数帯を用いて送信および受信を並行して行なう。
図8は、トランスコンダクタンスアンプステージ43とR−2Rラダーネットワークの遅延回路のモデルを示す図である。図8においては、3つのトランスコンダクタンスアンプステージ43とそれらに対応するノードを有するR−2Rラダーネットワークの構成を一例として示す。この図8に示す構成において、トランスコンダクタンスアンプステージ43の両入力各々には、抵抗Rと寄生容量Cpが接続される。したがって、入力信号の各電圧がR−2Rラダーネットワークの抵抗素子Rを介して順次伝達される場合、信号伝播遅延が生じる。このような入力信号の伝播遅延が生じた場合、トランスコンダクタンスアンプステージを切換えた場合、信号の位相変動が生じる可能性がある。
sin(ωt)+sin(ωt+θ)
=2・sin(2・ωt+θ)・cos(θ/2)。
図12は、この発明の実施の形態3に従う利得可変ドライバの構成を概略的に示す図である。図12において、利得可変ドライバ34は、以下の点で、図11に示す利得可変ドライバとその構成が異なる。すなわち、入力ノードNnに並列に、トランスコンダクタンスgmが2倍づつ大きくされるトランスコンダクタンスアンプ80、81および82が設けられる。トランスコンダクタンスアンプ80は、トランスコンダクタンスアンプステージ43の2倍の電流供給力を有し、等価的に、2段の並列に接続されるトランスコンダクタンスアンプステージ43で構成される。トランスコンダクタンスアンプ81は、トランスコンダクタンスアンプステージ43の4倍の電流供給力を有し、等価的に、4つの並列に接続されるトランスコンダクタンスアンプステージ43で構成される。トランスコンダクタンスアンプ82は、トランスコンダクタンスアンプステージ43の8倍の電流供給力を有し、等価的に8個の並列に接続されるトランスコンダクタンスアンプステージ43で構成される。トランスコンダクタンスアンプ80、81および82は、それぞれ、制御ワードビットWC<21>、WC<20>、およびWC<19>を受ける。
図15は、この発明の実施の形態3の変更例の利得可変ドライバ34の構成を概略的に示す図である。図15において、利得可変ドライバ34は、R−2Rラダーネットワーク40の各ノードに対応して設けられるトランスコンダクタンスアンプステージST0−ST12と、入力ノードNnに並列に接続されるトランスコンダクタンスアンプステージSG0−SG127を含む。トランスコンダクタンスステージアンプST0−ST12およびSG0−SG127は、同じ基本トランスコンダクタンスgmを有する。
Iu≦Io≦Iu+63Iu/64
図16に示す状態から、制御利得範囲を6dB上位側にシフトさせる場合、図17に示すように、制御ワードビットWD<1>およびWC<13>を“1”に設定し、トランスコンダクタンスアンプステージSG0およびSG1をともにイネーブルする。このとき、トランスコンダクタンスアンプステージST12−ST8に対し、制御ワードビットWC<12>−WC<8>を、バイナリコード表現で順次下位ビット側から増分させる。この場合、出力信号線(図示せず)における電流が、2・Iuから2・Iu+63・Iu/64と2・Iuの間で最小ステップ(0.125dB)で変化する。
図20は、この発明の実施の形態3の変更例2で考察対象とする利得可変ドライバの構成を概略的に示す図である。図20に示す利得可変ドライバにおいては、入力ノードNnに並列に、トランスコンダクタンスアンプステージSS0−SS(k+1)が接続され、これらのアンプステージSS0−SS(k+1)の出力ノードが共通に出力信号線48に結合される。トランスコンダクタンスアンプステージSS0−SS(k+1)は、そのトランスコンダクタンスが2倍ずつ順次大きくされ、トランスコンダクタンスアンプステージSSiは、トランスコンダクタンスアンプステージSS0のトランスコンダクタンスの2^i倍のトランスコンダクタンスを有する。
図24は、この発明の実施の形態4に従う携帯端末の全体の構成を概略的に示す図である。この図24に示す携帯端末は、以下の点で、図1に示す携帯端末とその構成が異なる。すなわち、送信RF信号処理部14において、直交変調器30および利得可変ドライバ34に対してレプリカ回路100が設けられる。直交変調器30および利得可変ドライバ34がスレーブ回路110を構成する。このレプリカ回路100は、直交変調器30および利得可変ドライバ34の1段のトランスコンダクタンスアンプのレプリカ回路であり、スレーブ回路110と直交変調器30および1段のトランスコンダクタンスアンプステージと同一構成を有し、その素子サイズおよび電流が同一比率で縮小される。
V1・Gain(レプリカ)=V2。
Gain(レプリカ)=V2/V1。
Vout=Vmod・gm・|ZL|。
図32は、この発明の実施の形態5に従う利得可変ドライバおよびマスタ回路の構成を概略的に示す図である。この図32に示す構成においても、マスタ回路150およびスレーブ回路155が設けられる。スレーブ回路155は、直交変調器30と、電圧/電流変換部42と、R−2Rラダーネットワーク40とを含む。電圧/電流変換部42においては、R−2Rラダーネットワーク40の各接続ノードに対応してトランスコンダクタンスアンプステージ43が設けられる。直交変調器30に対しては、局所発振器32からの発振信号およびローパスフィルタ24からのベースバンド信号が与えられる。
図34は、この発明の実施の形態6に従う利得可変ドライバの要部の構成を概略的に示す図である。図34において、分圧電圧を生成するラダーネットワークとして、2C−Cラダーネットワーク200が設けられる。このラダーネットワーク200においては、容量2Cの容量素子202が入力ノードに対して直列に接続され、各分圧ノードと交流的接地線205との間に容量Cの容量素子204が接続される。各分圧ノードに対応してトランスコンダクタンスアンプステージ(gm)43が接続される。この図34に示す利得可変ドライバの他の構成は、先の実施の形態1および3から5において示した構成のいずれかと同じである。
図35は、この発明の実施の形態6の変更例の利得可変ドライバの要部の構成を概略的に示す図である。この図35に示す構成においては、容量Cの容量素子204に代えて、容量2Cの容量素子206aおよび206bの直列体が用いられる。これらの容量素子206aおよび206bの間の接続ノードが対応のトランスコンダクタンスアンプステージ43の入力に結合される。図35に示す利得可変ドライバの他の構成は図34に示す構成と同様であり、対応する部分には同一参照番号を付して、その詳細説明は省略する。
Claims (5)
- 入力ノードに与えられた入力信号が伝達される複数の縦続接続されるノードを有するラダーネットワークを備え、前記ラダーネットワークの各ノードは、ネットワーク内の位置に応じて重み付けがされており、各前記ノードに前記入力信号に対応の重みが付された電圧が生成され、
前記ラダーネットワークの各ノードに対応して配置され、各々が、対応のノードの電圧を電流に変換して、出力信号線に伝達する複数の第1トランスコンダクタンスアンプステージをを備え、前記出力信号線は、前記複数の第1トランスコンダクタンスアンプステージに共通に配置され、
前記複数の第1トランスコンダクタンスアンプステージを制御ワードに従って選択的にイネーブル状態に設定する論理制御回路、および
温度に対して一定の定電流を生成して前記第1トランスコンダクタンスアンプステージに供給する電流源回路を備え、各前記第1トランスコンダクタンスアンプステージの動作電流が、前記定電流により規定され、
制御信号に従って利得が調整され、ベースバンド信号を変調して前記ラダーネットワークへ前記入力信号として該変調信号を与える変調回路と、
前記変調回路と同一構造を有し、前記スイッチ段の接続経路が固定的に接続されるとともに前記制御信号に従って利得が調整されて、固定された電圧レベルの第1の電圧を模擬的に変調するレプリカ変調回路と、
前記第1トランスコンダクタンスアンプステージと同一構造を有し、前記レプリカ変調回路の出力信号に応じた信号を生成する少なくとも1個のレプリカアンプと、
前記レプリカアンプの出力信号と第2の固定電圧とを差動的に増幅して前記制御信号を生成する差動増幅回路とをさらに備える、信号増幅用半導体装置。 - 前記変調回路は、
前記ベースバンド信号を受けるベースバンド信号入力段と、
前記ベースバンド信号入力段に結合され、前記ベースバンド信号入力段の出力信号の伝達経路を切換えるスイッチ段と、
前記スイッチ段に結合され、前記スイッチ段から伝達される信号の利得を制御信号に従って調整して出力ノードに伝達する利得制御段とを備え、前記利得制御段、前記スイッチ段および前記ベースバンド信号入力段は、出力ノードと電流源との間に縦構造にスタックされるように接続される、請求項1記載の信号増幅用半導体装置。 - 前記少なくとも1個のレプリカアンプは、各前記第1トランスコンダクタンスアンプステージに対応して配置される複数のレプリカアンプを含み、
前記論理制御回路は、前記第1トランスコンダクタンスアンプステージのイネーブル状態の第1トランスコンダクタンスアンプステージのうちの最大振幅の電流信号を生成する第1トランスコンダクタンスアンプステージに対応して配置されるレプリカアンプをイネーブルする、請求項2記載の信号増幅用半導体装置。 - 入力ノードに与えられた入力信号が伝達される複数の縦続接続されるノードを有するラダーネットワークを備え、前記ラダーネットワークの各ノードは、ネットワーク内の位置に応じて重み付けがされており、各前記ノードに前記入力信号に対応の重みが付された電圧が生成され、
前記ラダーネットワークの各ノードに対応して配置され、各々が、対応のノードの電圧を電流に変換して、出力信号線に伝達する複数の第1トランスコンダクタンスアンプステージをを備え、前記出力信号線は、前記複数の第1トランスコンダクタンスアンプステージに共通に配置され、および
前記複数の第1トランスコンダクタンスアンプステージを制御ワードに従って選択的にイネーブル状態に設定する論理制御回路を備え、
前記ラダーネットワークは、前記入力信号を受ける入力ノードに対して直列に接続される複数の第1インピーダンス素子と、前記第1インピーダンス素子に対応して配置され、対応の第1インピーダンス素子と並列に接続される複数の第2インピーダンス素子とを備え、各前記第2のインピーダンス素子は、直列に接続される第1および第2のサブインピーダンス素子を備え、
各前記トランスコンダクタンスアンプステージは、対応の第1および第2のサブインピーダンス素子の間の接続ノードの信号を受ける、信号増幅用半導体装置。 - 入力ノードに与えられた入力信号が伝達される複数の縦続接続されるノードを有するラダーネットワークを備え、前記ラダーネットワークの各ノードは、ネットワーク内の位置に応じて重み付けがされており、各前記ノードに前記入力信号に対応の重みが付された電圧が生成され、
前記ラダーネットワークの各ノードに対応して配置され、各々が、対応のノードの電圧を電流に変換して、出力信号線に伝達する複数の第1トランスコンダクタンスアンプステージをを備え、前記出力信号線は、前記複数の第1トランスコンダクタンスアンプステージに共通に配置され、
前記複数の第1トランスコンダクタンスアンプステージを制御ワードに従って選択的にイネーブル状態に設定する論理制御回路、および
前記入力ノードに結合され、前記制御ワードに従って選択的にイネーブル化され、イネーブル時、前記入力ノードの入力信号に応じた電流を前記出力信号線に伝達する少なくとも1個の第2のトランスコンダクタンスステージを備え、前記第2のトランスコンダクタンスアンプステージのトランスコンダクタンスは、前記第1トランスコンダクタンスアンプステージと異なる、信号増幅用半導体装置。
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