JPH09270650A - 多段可変利得増幅回路 - Google Patents

多段可変利得増幅回路

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JPH09270650A
JPH09270650A JP8077096A JP7709696A JPH09270650A JP H09270650 A JPH09270650 A JP H09270650A JP 8077096 A JP8077096 A JP 8077096A JP 7709696 A JP7709696 A JP 7709696A JP H09270650 A JPH09270650 A JP H09270650A
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variable gain
transistor
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貞男 五十嵐
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多段可変増幅回路において消費電流を低減
し、入力インタセプト・ポイントと利得の直線性を向上
させる。 【解決手段】 入力信号を増幅する電流一定型可変増幅
回路1と、第1の可変増幅回路により増幅された信号を
更に増幅する電流可変型可変増幅回路2、3とによって
多段増幅回路を構成した。AGC電圧VAGC は電流一定
型可変増幅回路1の増幅度制御トランジスタQ14と電
流可変型可変増幅回路2、3の増幅度制御トランジスタ
Q15、Q16の各ベースとエミッタ間に共通に印加さ
れ、トランジスタQ14、Q15、Q16のコレクタ電
流は、直線的に変化するAGC電圧VAGC に対して指数
関数的に変化する。トランジスタQ1、Q4にはトラン
ジスタQ14のコレクタ電流に比例した電流が流れ、電
流一定型可変増幅回路1の利得PG〔dB〕がAGC電
圧VAGC に対して直線的に変化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばCDMA
(符号分割多元接続)方式の携帯電話機の高周波増幅回
路に好適な多段可変利得増幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、CDMA方式の携帯電話機で
は、移動時の通信を維持するために受信部、送信部の各
高周波増幅回路において80dB以上の利得を可変可能
な可変利得増幅回路(以下可変増幅回路という)が設け
られている。図4は一般的なCDMA方式とFM方式の
デュアルモードを有する携帯電話機の高周波段を示して
いる。先ず、送信(TX)系の構成を説明すると、モデ
ム101により変調されたIF(中間周波)送信信号
は、QPSK変調回路102によりQPSK変調され、
次いで送信側可変増幅回路(TX−AMP)103によ
り増幅され、次いでミキサ(MIX)104により局部
発振器(OSC)121からの局部発振周波数と混合さ
れてRF(高周波)送信信号に変換される。このRF送
信信号はバンドパスフィルタ105、パワーアンプ(P
A)106、デュプレクサ107、アンテナ108を介
して送信される。
【0003】次に受信(RX)系の構成を説明すると、
アンテナ108を介して受信したRF受信信号は、デュ
プレクサ107、ロウノイズアンプ(LNA)109、
バンドパスフィルタ110を介してミキサ(MIX)1
11に印加され、局部発振器(OSC)121からの局
部発振周波数と混合されてIF受信信号に変換される。
このIF受信信号はCDMA用バンドパスフィルタ11
2とFM用バンドパスフィルタ113に印加され、その
1つの出力信号が設定モードに応じて選択されて受信側
可変増幅回路(RX−AMP)114により増幅され、
次いでQPSK復調回路115により復調され、モデム
101に印加される。
【0004】そして、モデム101内の受信信号強度指
示回路(RSSI)116により検出された受信強度が
比較回路117により強度基準データと比較され、その
差分が受信側AGC電圧補正回路118と送信出力補正
回路119に印加される。受信側AGC電圧補正回路1
18は、比較回路117からの差分が「0」になるよう
に、すなわちRSSI116の出力が強度基準データと
一致するようにAGC電圧を出力して受信側可変増幅回
路(RX−AMP)114の利得を制御する。また、送
信側の送信出力補正回路119には比較回路117から
の差分と、携帯電話機と基地局との間の回線状況に応じ
た送信出力補正データが印加され、送信側AGC電圧補
正回路120は、被変調信号が受信信号のレベルに逆比
例するように、また、送信出力補正データに応じてAG
C電圧を出力して、送信側可変増幅回路(TX−AM
P)103の利得を制御する。
【0005】この場合、送信側、受信側の可変増幅回路
103、114が連動して動作するためには80dB以
上のダイナミックレンジにわたって、AGC電圧と利得
の間に優れた直線性を必要とする。また、携帯電話機は
電池により駆動されるので、消費電流が大きいと電池の
消耗が大きくなり、その結果、待ち受け時間や通話時間
が短くなったり、電池を頻繁に交換しなければならなく
なる、等の問題が発生する。したがって、可変増幅回路
103、114も消費電流ができるだけ小さいことが望
まれる。
【0006】ここで、この可変増幅回路としては、差動
増幅器が定電流源に接続された電流一定型と電流可変型
が知られている。また、1段の可変増幅回路では一般
に、利得を直線的に制御できる範囲が20〜30dB程
度であるので、80dB以上のダイナミックレンジを実
現するために同じ型式の可変増幅回路を3〜4段、高周
波的にカスケード接続し、AGC電圧を各可変増幅回路
に並列に印加する方法が採用されている。
【0007】図5、図6はそれぞれバイポーラトランジ
スタで構成した一般的な電流一定型、電流可変型の可変
増幅回路を示し、INは入力、OUTは出力、VAGC が
AGC電圧、Vccは電源電圧である。図7はAGC電圧
VAGC に対する利得PGを示し、gは電流一定型可変増
幅回路における特性、hは電流可変型可変増幅回路にお
ける特性である。
【0008】図5に示す電流一定型は、利得可変用トラ
ンジスタQ1、Q2、Q3、Q4と増幅用トランジスタ
Q5、Q6により差動増幅器を構成し、また、抵抗R
1、R2はそれぞれトランジスタQ1、Q4の負荷抵
抗、E1はバイアス用電源、CS1は定電流源である。
【0009】図5に示す電流一定型における利得PG
〔dB〕は PG∝PG0+20log (I1/I0) …(1) 但し、PG0はI1がI0のときの利得 の関係にある。また、 I1/I0∝〔1+exp {−VAGC *q/(kT)}〕 …(2) 但し、qは電子の単位電荷 kはボルツマン定数 Tは絶対温度 の関係にある。
【0010】特性gの利得PGはAGC電圧VAGC が大
きい範囲では直線的に変化せず、また、変化が小さい。
なお、この電流一定型では、妨害波同志により発生する
3次歪みの量は利得PGの大小にかかわらず一定であ
り、また、消費電流も利得PGの大小にかかわらず一定
である。更に、図5に示す電流一定型を多段に接続した
可変増幅回路では、利得PGに対する入力インタセプト
・ポイント、消費電流の関係はそれぞれ図3において
a、bで示す特性となり、利得PGが低い範囲における
入力インタセプト・ポイント特性aは高いが、消費電流
特性bは一定である。
【0011】図6に示す電流可変型は、利得可変用トラ
ンジスタQ7、Q8と、定電流回路用トランジスタQ1
5と、トランジスタQ7、Q8の各負荷抵抗R3、R4
により構成されている。その利得PG〔dB〕は PG∝20log (I2) …(3) の関係にあり、また、 I2∝exp {VAGC *q/(kT)} …(4) の関係にある。ここで、式(4)を式(3)に代入する
と、 PG∝VAGC となり、図7に曲線hで示すようにAGC電圧VAGC に
対して利得PGが直線的に変化する。また、この電流可
変型を多段に接続した可変増幅回路では、利得PGに対
する入力インタセプト・ポイント、消費電流の関係はそ
れぞれ図3においてc、dで示す特性となり、コレクタ
電流が小さいので歪みが発生しやすい。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示す電流一定型を多段に接続した可変増幅回路では、図
3においてb、dで示すように電流可変型より消費電流
が大きいという問題点がある。
【0013】また、図6に示す電流可変型を多段に接続
した可変増幅回路では、電流一定型より消費電流は小さ
いが、利得PGが低い範囲では図3においてa、cで示
すように電流一定型より入力インタセプト・ポイントが
悪いという問題点があり、この結果、電界が強い場合に
他局から妨害を受けるという問題点がある。
【0014】また、電流一定型と電流可変型をカスケー
ド接続した構成では、電流一定型と電流可変型ではAG
C電圧VAGC が異なり、また、AGC電圧VAGC に対す
る利得PGの特性が異なるので、利得PGの直線性が悪
いという問題点がある。
【0015】本発明は上記従来の問題点に鑑み、消費電
流を低減し、入力インタセプト・ポイントと利得の直線
性を向上させることができる多段可変増幅回路を提供す
ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、電流一定型可変利得増幅回路(以下、可変
増幅回路という)を前段としてその後段に電流可変型可
変増幅回路を接続すると共に、AGC電圧を指数関数的
に変化する電流に変換してその電流を各可変増幅回路の
駆動電流として印加することにより各増幅度を制御する
ことを特徴とする。
【0017】本発明によれば、電流一定型可変増幅回路
を前段に配置することにより3次歪み成分を減少し、電
流可変型可変増幅回路を後段に配置することにより消費
電流と歪み成分を低減することができる。この場合、入
力信号が大きい時には各可変増幅回路は減衰器として働
き、また、後段の電流可変型可変増幅回路では駆動電流
が少なくなって3次歪み成分が大きくなりやすいが、歪
み発生源である妨害信号が前段の電流一定型可変増幅回
路により減衰されて後段の電流可変型可変増幅回路に印
加されるので3次歪み成分は大きくならない。また、入
力信号が小さい時には各可変増幅回路は増幅器として働
き、また、妨害信号が前段の電流一定型可変増幅回路に
より増幅されるが、後段の電流可変型可変増幅回路の駆
動電流が大きいので3次歪み成分は大きくならない。
【0018】また、直線的に変化するAGC電圧を指数
関数的に変化する電流に変換して電流一定型可変増幅回
路に印加するので、電流一定型可変増幅回路と電流可変
型可変増幅回路の増幅特性が同一になり、その結果、2
種類の可変増幅回路の増幅度が略比例して変化するので
利得を直線的に制御することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、不平衡出
力型の差動増幅器により構成され、一定の駆動電流によ
り駆動されて入力信号を増幅する第1の可変利得増幅回
路と、前記第1の可変利得増幅回路の増幅度を制御する
第1の増幅度制御手段と、平衡出力型の差動増幅器によ
り増幅され、可変の駆動電流により駆動されて前記第1
の可変利得増幅回路により増幅された信号を更に増幅す
る第2の可変利得増幅回路と、前記第2の可変利得増幅
回路の増幅度を制御する第2の増幅度制御手段とを備え
たものである。
【0020】また、前記第1及び第2の増幅度制御手段
は、直線的に変化するAGC電圧を指数関数的に変化す
る制御電流に変換し、その制御電流を前記第1及び第2
の可変利得増幅回路に駆動電流として与えることを特徴
としている。
【0021】さらに、前記不平衡出力型の差動増幅器
は、各エミッタが共通の定電流源に接続されてエミッタ
から信号を入力される少なくとも一対のトランジスタを
備え、一方のトランジスタのベースにAGC電圧が加え
られ、他方のトランジスタのべースが接地され、一方ま
たは他方のトランジスタのコレクタから信号を出力する
ことを特徴としている。
【0022】また、前記第1の増幅度制御手段は、ベー
スに加えられたAGC電圧の変化をコレクタ電流の変化
に変換する電圧−電流変換トランジスタと、前記一方の
トランジスタを含むカレントミラー回路とを備え、前記
カレントミラー回路を介して前記コレクタ電流に応じた
電流を前記一方のトランジスタのコレクタに流すことを
特徴としている。
【0023】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は本発明に係る多段可変増幅回路の一実施例
の概略を示すブロック図、図2は図1の回路を詳細に示
す回路図、図3は図1、図2の回路と従来例において利
得に対する入力インタセプト・ポイント特性と消費電流
を比較した説明図である。
【0024】図1において、電流一定型可変増幅回路
1、電流可変型可変増幅回路2、3にはAGC電圧VAG
C が共通に印加され、この電圧VAGC に基づいて電流一
定型可変増幅回路1は入力信号INを増幅し、電流可変
型可変増幅回路2は電流一定型可変増幅回路1により増
幅された信号を更に増幅し、電流可変型可変増幅回路3
は電流可変型可変増幅回路2により増幅された信号を更
に増幅して出力信号OUTとして出力する。
【0025】図2を参照して詳細な構成を説明する。先
ず、電源電圧VccはPNPトランジスタQ13、Q12
の各エミッタと、バイアス抵抗R1の一端と、NPNト
ランジスタQ2、Q3の各コレクタと、バイアス抵抗R
2、R3、R4、R5、R6の一端に印加され、AGC
電圧VAGC はNPNトランジスタQ14、Q15、Q1
6の各ベースとエミッタ間に共通に印加される。入力信
号INはNPNトランジスタQ5、Q6の各ベース間に
印加され、出力信号OUTは結合コンデンサC5、C6
を介して取り出される。
【0026】電流一定型可変増幅回路1について詳しく
説明すると、トランジスタQ12、Q13の各ベースは
トランジスタQ13のコレクタとトランジスタQ14の
コレクタに接続され、トランジスタQ12のコレクタは
NPNトランジスタQ11のコレクタ及びベースと、N
PNトランジスタQ1、Q4の各ベースに接続されてい
る。抵抗R1の他端(電流I1)はトランジスタQ1の
コレクタに接続され、トランジスタQ1、Q2の各エミ
ッタ(電流I0)はインダクタンスL1の一端と、トラ
ンジスタQ5のコレクタに接続されている。
【0027】抵抗R2の他端(電流I1)はトランジス
タQ4のコレクタに接続され、トランジスタQ3、Q4
の各エミッタはインダクタンスL2の一端と、トランジ
スタQ6のコレクタに接続されている。また、トランジ
スタQ2、Q3の各ベースはバイアス用電源E1を介し
て接地されている。インダクタンスL1、L2の接続点
はトランジスタQ11のエミッタに接続され、トランジ
スタQ5、Q6の各エミッタは定電流源CS1を介して
接地されている。
【0028】次に、2段目の電流可変型可変増幅回路2
について説明する。抵抗R1の他端はまた、結合コンデ
ンサC1を介してNPNトランジスタQ7のベースに接
続されると共にバイアス抵抗R7を介して接地され、抵
抗R2の他端はまた、結合コンデンサC2を介してNP
NトランジスタQ8のベースに接続されると共にバイア
ス抵抗R8を介して接地されている。抵抗R3、R4の
各他端はそれぞれトランジスタQ7、Q8の各コレクタ
に接続され、トランジスタQ7、Q8の各エミッタはト
ランジスタQ15のコレクタに接続されている。
【0029】3段目の電流可変型可変増幅回路3も同様
な構成である。すなわち、抵抗R3の他端はまた、結合
コンデンサC3を介してNPNトランジスタQ9のベー
スに接続されると共にバイアス抵抗R9を介して接地さ
れ、抵抗R4の他端はまた、結合コンデンサC4を介し
てNPNトランジスタQ10のベースに接続されると共
にバイアス抵抗R10を介して接地されている。抵抗R
5、R6の各他端はそれぞれトランジスタQ9、Q10
の各コレクタに接続されると共に結合コンデンサC5、
C6に接続され、トランジスタQ9、Q10の各エミッ
タはトランジスタQ16のコレクタに接続されている。
【0030】電流一定型可変増幅回路1において、トラ
ンジスタQ1〜Q4は利得可変用であり、トランジスタ
Q5、Q6は増幅用である。トランジスタQ11はトラ
ンジスタQ1、Q4とカレントミラー回路を構成し、ト
ランジスタQ11のセルサイズは、トランジスタQ11
に流れる電流がトランジスタQ1〜Q4のダイナミック
レンジを狭めることがないようにトランジスタQ1、Q
4のセルサイズの約1/50に設定されている。また、
トランジスタQ12、Q13も同様にカレントミラー回
路を構成している。インダクタンスL1、L2はRF阻
止用であり、代わりに抵抗でもよく、この場合にはトラ
ンジスタQ1〜Q4の入力インピーダンスが小さいので
抵抗値は小さくてもよい。
【0031】2段目の電流可変型可変増幅回路2におけ
るトランジスタQ7、Q8と、3段目の電流可変型可変
増幅回路3におけるトランジスタQ9、Q10は高周波
トランジスタであり、また、2段目のトランジスタQ1
5と3段目のトランジスタQ16はそれぞれ、トランジ
スタ(Q7、Q8)と(Q9、Q10)の電流を制限す
るために用いられている。この場合、トランジスタQ1
5、Q16のセルサイズは、トランジスタQ7、Q8、
Q9、Q10、Q1、Q4に流れる電流が等しくなるよ
うにトランジスタQ14の100倍に設定されている。
【0032】次に、上記実施例の動作を説明する。先
ず、電流一定型可変増幅回路1では、トランジスタQ1
4のコレクタ電流はAGC電圧VAGC に対して指数関数
的に変化する。トランジスタQ13はトランジスタQ1
4の負荷であるので、トランジスタQ13にはトランジ
スタQ14と同じ電流が流れる。この場合、トランジス
タQ12、Q13はカレントミラー回路を構成している
のでトランジスタQ12にはトランジスタQ13と同じ
電流が流れる。
【0033】トランジスタQ11はトランジスタQ12
のコレクタの負荷であるので、トランジスタQ11には
トランジスタQ12と同じ電流が流れ、更に、トランジ
スタQ1、Q4はトランジスタQ11とカレントミラー
回路を構成しているので、トランジスタQ1、Q4にも
トランジスタQ11と同じ電流が流れる。したがって、
トランジスタQ1、Q4には、AGC電圧VAGC が印加
されるトランジスタQ14のコレクタ電流に比例したコ
レクタ電流が流れ、そのコレクタ電流はAGC電圧VAG
C に対して指数関数的に変化する。その結果、電流一定
型可変増幅回路1の利得PG〔dB〕がAGC電圧VAG
C に対して直線的に変化する。
【0034】また、2段目のトランジスタQ15と3段
目のトランジスタQ16も同様に、AGC電圧VAGC に
対してコレクタ電流が指数関数的に変化するので、その
結果、1〜3段目全体でも利得PGがAGC電圧VAGC
に対して直線的に変化する。
【0035】図3は横軸が利得PG〔dB〕を示し、左
側の縦軸が入力インタセプト・ポイント、右側の縦軸が
消費電流を示している。上記実施例による入力インタセ
プト・ポイント特性eは電流一定型の特性aと略同一で
あり、電流可変型の特性cより大きい。また、上記実施
例による消費電流特性fは電流可変型の特性dより大き
いが、電流一定型の特性bより低減することができる。
【0036】また、入力信号INのレベルが大きい場合
(=利得PGが小さい場合)には、各可変増幅回路1〜
3は減衰器として働き、また、電流可変型可変増幅回路
2、3は駆動電流が少なく、発生する3次歪み成分が大
きくなりやすいが、上記実施例によれば、歪み発生源で
ある妨害信号が電流一定型可変増幅回路1により減衰さ
れて電流可変型可変増幅回路2、3に入力するので、電
流可変型可変増幅回路2、3において発生する3次歪み
成分が小さくなる。
【0037】一方、入力信号INのレベルが小さい場合
(=利得PGが大きい場合)には、各可変増幅回路1〜
3は増幅器として働き、歪み発生源である妨害信号が電
流一定型可変増幅回路1により増幅されて電流可変型可
変増幅回路2、3に入力するが、上記実施例によれば、
この時、電流可変型可変増幅回路2、3の動作電流が大
きいので発生する3次歪み成分は小さい。また、電流一
定型可変増幅回路1の増幅度は入力信号INのレベルの
大小に応じて変化するが、駆動電流が一定であるので発
生する3次歪み成分の大きさは一定である。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
流一定型可変増幅回路を前段としてその後段に電流可変
型可変増幅回路を接続すると共に、直線的に変化するA
GC電圧を指数関数的に変化する電流に変換してその電
流を各可変増幅回路の駆動電流として印加することによ
り各増幅度を制御するので、消費電流を低減し、入力イ
ンタセプト・ポイントと利得の直線性を向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る多段可変利得増幅回路の一実施例
の概略を示すブロック図である。
【図2】図1の回路を詳細に示す回路図である。
【図3】図1、図2の回路と従来例において利得に対す
る入力インタセプト・ポイント特性と消費電流を比較し
た説明図である。
【図4】本発明に係る多段可変利得増幅回路が適用され
た一般的なCDMA方式の携帯電話機のRF段を示すブ
ロック図である。
【図5】一般的な電流一定型の可変増幅回路を示す回路
図である。
【図6】一般的な電流可変型の可変増幅回路を示す回路
図である。
【図7】図5、図6の可変増幅回路の制御電圧−利得特
性を示す説明図である。
【符号の説明】
1 電流一定型可変増幅回路 2,3 電流可変型可変増幅回路 Q1〜Q16 トランジスタ R1〜R10 抵抗 C1〜C6 結合コンデンサ L1,L2 インダクタンス

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不平衡出力型の差動増幅器により構成さ
    れ、一定の駆動電流により駆動されて入力信号を増幅す
    る第1の可変利得増幅回路と、 前記第1の可変利得増幅回路の増幅度を制御する第1の
    増幅度制御手段と、 平衡出力型の差動増幅器により増幅され、可変の駆動電
    流により駆動されて前記第1の可変利得増幅回路により
    増幅された信号を更に増幅する第2の可変利得増幅回路
    と、 前記第2の可変利得増幅回路の増幅度を制御する第2の
    増幅度制御手段とを備えたことを特徴とする多段可変利
    得増幅回路。
  2. 【請求項2】 前記各増幅度制御手段は、直線的に変化
    するAGC電圧を指数関数的に変化する制御電流に変換
    し、その制御電流を前記各可変利得増幅回路に駆動電流
    として与えることを特徴とする請求項1に記載の多段可
    変利得増幅回路。
  3. 【請求項3】 前記不平衡出力型の差動増幅器は、各エ
    ミッタが共通の定電流源に接続されてエミッタから信号
    を入力される少なくとも一対のトランジスタを備え、一
    方のトランジスタのベースにAGC電圧が加えられ、他
    方のトランジスタのべースが接地され、一方または他方
    のトランジスタのコレクタから信号を出力することを特
    徴とする請求項1ないし2のいずれかに記載の多段可変
    利得増幅回路。
  4. 【請求項4】 前記第1の増幅度制御手段は、ベースに
    加えられたAGC電圧の変化をコレクタ電流の変化に変
    換する電圧−電流変換トランジスタと、前記一方のトラ
    ンジスタを含むカレントミラー回路とを備え、 前記カレントミラー回路を介して前記コレクタ電流に応
    じた電流を前記一方のトランジスタのコレクタに流すこ
    とを特徴とする請求項3に記載の多段可変利得増幅回
    路。
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