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JP2010051011A - High dynamic range variable gain amplifier - Google Patents

High dynamic range variable gain amplifier Download PDF

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JP2010051011A
JP2010051011A JP2009251325A JP2009251325A JP2010051011A JP 2010051011 A JP2010051011 A JP 2010051011A JP 2009251325 A JP2009251325 A JP 2009251325A JP 2009251325 A JP2009251325 A JP 2009251325A JP 2010051011 A JP2010051011 A JP 2010051011A
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current
transconductance
differential
input
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Application number
JP2009251325A
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Japanese (ja)
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Sahota S Gurkanwal
サホタ・エス・グルカンワル
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Qualcomm Inc
Original Assignee
Qualcomm Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high dynamic range variable gain amplifier. <P>SOLUTION: A multi-stage, low-power, high dynamic range variable gain amplifier (100) has an input stage (120) cascaded with one or more current amplifier stages (160A, 160B) whereby the gain of each stage (120) may be independently controlled. The input stage (120) may be composed of a variable transconductance amplifier (227) using variable emitter degeneration. The current amplifier (160A, 160B) may be composed of a differential Darlington amplifier (510) coupled to a differential cascade amplifier (520). The transconductance amplifier (227) converts an input voltage signal to a current signal. The variable gain amplifier (100) is designed for efficient low power operation. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、可変利得増幅器(VGA)、特に通信装置において、使われるVGAに関する。   The present invention relates to a variable gain amplifier (VGA), and more particularly to a VGA used in a communication device.

無線通信環境において、無線通信受信器は、信号パワーにおいて、急速かつ広く変化する信号を受信する。広帯域のデジタル符号分割多元接続(CDMA)移動局において使用されるような受信器は、適当な信号処理のために復調された信号のパワーを制御することが必要である。 さらに、それは、CDMA移動局内で使われるような送信器において、他の移動局への過大な干渉を避けるために、送信パワーを制御することが必要である。 これらの同じパワー制御の考え方は、狭帯域アナログ周波数変調(FM)無線通信方式受信器および送信器に適用される。   In a wireless communication environment, a wireless communication receiver receives signals that vary rapidly and widely in signal power. Receivers such as those used in wideband digital code division multiple access (CDMA) mobile stations are required to control the power of the demodulated signal for proper signal processing. Furthermore, it is necessary to control the transmission power in a transmitter as used in a CDMA mobile station in order to avoid excessive interference to other mobile stations. These same power control concepts apply to narrowband analog frequency modulation (FM) radio communication receivers and transmitters.

ディジタルCDMAおよびアナログFM変調の送受信された信号パワーを制御するために必要とされるデュアルモードCDMA/FM無線通信装置がある。これらのデュアルモード移動局において、制御プロセスは、異なるダイナミックレンジおよびCDMAとFM信号とに関連する工業調整規格とによって、複雑になる。すなわち、受信されたCDMA信号の振幅は、およそ80デシベルの範囲上で変化できるが、受信されたFM信号の振幅は100デシベルと同じ範囲上で変化できる。CDMAおよびFM信号に対する別々の自動利得制御(AGC)回路を設備することは、この種のデュアルモード移動局を複雑にしおよび費用を増加させる。それゆえに、CDMAおよびFM信号の両者に作用できるAGC回路を提供することが望ましい。   There are dual mode CDMA / FM radio communication devices required to control the transmitted and received signal power of digital CDMA and analog FM modulation. In these dual-mode mobile stations, the control process is complicated by the different dynamic ranges and industry regulation standards associated with CDMA and FM signals. That is, the amplitude of the received CDMA signal can vary over a range of approximately 80 decibels, but the amplitude of the received FM signal can vary over the same range as 100 decibels. Providing separate automatic gain control (AGC) circuits for CDMA and FM signals complicates and increases the cost of this type of dual mode mobile station. It is therefore desirable to provide an AGC circuit that can operate on both CDMA and FM signals.

図1Aおよび1Bは、AGC機能を実行しているVGAに対して、例示的な環境を示している。図1Aおよび1Bは、例えば、電気通信業界標準「デュアル・モード・広帯域スペクトラム拡散セルラシステムに関する移動局−基地局両立標準」((TIA/EIA/IS-95)一般に単にIS-95.と参照される)、に従って設計されたデュアルモードCDMA/FM移動電話900のブロック図である。VGAは、セル式電話900の受信及び送信AGC増幅器902、904それぞれのために使われる。セル式電話900のフロントエンド受信器部分は、アンテナ906、送受切換え回路(デユプレクサ)908、低雑音増幅器(LNA)およびミキサー回路910、そしてフィルタ930を備える。セル式電話900がCDMAシステムのカバレージエリアの全体にわたって移動する時に、アンテナ906での信号レベルは、およそ-110 dBmから−30dBmに変化する。これらのフロントエンド要素の各々は、たとえどんな信号レベルも動作範囲上でそれに適用されるのと同じ利得を提供することに注意する。その動作範囲は、受信AGC増幅器902に適用される信号のダイナミックレンジがアンテナ906(およそ80デシベル)での信号のダイナミックレンジと同じものであるような範囲である。同様に、セル式電話900がFMシステムのカバレージエリアの全体にわたって移動するときに、アンテナでの信号レベルはおよそ100dB変化する。   1A and 1B show an exemplary environment for a VGA performing AGC functions. Figures 1A and 1B are commonly referred to, for example, as the telecommunications industry standard "Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual Mode Broadband Spread Spectrum Cellular Systems" (TIA / EIA / IS-95), generally referred to simply as IS-95. 2) is a block diagram of a dual mode CDMA / FM mobile phone 900 designed in accordance with FIG. VGA is used for receive and transmit AGC amplifiers 902 and 904, respectively, of cellular telephone 900. The front end receiver portion of the cellular telephone 900 includes an antenna 906, a duplexer circuit 908, a low noise amplifier (LNA) and mixer circuit 910, and a filter 930. As the cellular telephone 900 moves throughout the coverage area of the CDMA system, the signal level at the antenna 906 changes from approximately -110 dBm to -30 dBm. Note that each of these front-end elements provides the same gain as any signal level applied to it over its operating range. The operating range is such that the dynamic range of the signal applied to receiving AGC amplifier 902 is the same as the dynamic range of the signal at antenna 906 (approximately 80 dB). Similarly, the signal level at the antenna changes by approximately 100 dB when the cellular phone 900 moves throughout the coverage area of the FM system.

受信AGC増幅器902の出力は、デジタル信号にアナログ信号を変換するベースバンド・アナログ特定用途向け集積回路(BAASIC)912に供せられる。アナログーディジタル変換器に適用される信号レベルが不変であれば、アナログーディジタル信号変換プロセスは最もよい仕事をする。受信AGC増幅器902は、受信AGC増幅器902の出力電力、及びしたがってアナログディジタル変換器への入力を一定に維持するように変動入力パワーを補償する機能を実行する。   The output of the receive AGC amplifier 902 is provided to a baseband analog application specific integrated circuit (BAASIC) 912 that converts the analog signal to a digital signal. The analog-to-digital signal conversion process works best if the signal level applied to the analog-to-digital converter is unchanged. The receive AGC amplifier 902 performs the function of compensating for variable input power so as to keep the output power of the receive AGC amplifier 902, and thus the input to the analog to digital converter, constant.

移動局モデムASIC 914は、CDMA動作と関連する多様なディジタルおよびパワー制御機能と同様に、CDMAおよびFM信号に対する復調を行う。   The mobile station modem ASIC 914 performs demodulation on CDMA and FM signals, as well as various digital and power control functions associated with CDMA operation.

この種の機能は公知技術であり、本発明には重要ではない。したがって、ここでは更に説明しない。ユーザーインターフェース916は、人間オペレータにインターフェースを提供する。この種のユーザーインターフェース916は、また、公知技術である。 This type of function is a known technique and is not important to the present invention. Therefore, it is not further described here. User interface 916 provides an interface to a human operator. This type of user interface 916 is also known in the art.

移動局モデムASIC 914も、CDMA波形のベースバンド変調されたディジタル表現またはFM波形の変調されたアナログ表現をBAASIC 912に供する。BAASIC 912は、一定の信号レベルでベースバンド信号表現をアナログ中間周波数(IF)フォームに変換し、そして、それを送信AGC増幅器904に供する。送信器AGC増幅器904は、該信号にパワー制御を施し、そして、アップコンバータ918、電力増幅器およびドライバ回路920、アイソレータ922、送受切換え回路908およびアンテナ906に供給する。セル式電話900がセルラシステムのカバレージエリアの全体にわたって移動する時に、アンテナ906での送信信号レベルは、受信パワーから反対に変化し、受信パワーが最小値である時に送信レベルは最大に近い。送信電力レベルは、AGC増幅器904により変動される。AGC増幅器904への入力パワーは典型的には固定されること、そして、電力増幅器920の利得も固定されることに注意する。   The mobile station modem ASIC 914 also provides the BAASIC 912 with a baseband modulated digital representation of the CDMA waveform or a modulated analog representation of the FM waveform. BAASIC 912 converts the baseband signal representation to an analog intermediate frequency (IF) form at a constant signal level and provides it to transmit AGC amplifier 904. Transmitter AGC amplifier 904 performs power control on the signal and provides it to upconverter 918, power amplifier and driver circuit 920, isolator 922, transmission / reception switching circuit 908 and antenna 906. As cellular phone 900 moves throughout the coverage area of the cellular system, the transmitted signal level at antenna 906 varies in the opposite direction from the received power, and the transmitted level is close to maximum when the received power is at a minimum value. The transmission power level is changed by the AGC amplifier 904. Note that the input power to the AGC amplifier 904 is typically fixed, and the gain of the power amplifier 920 is also fixed.

無線通信方式内の自動利得制御ループについてのより多くの情報、そして、一般にパワー制御についてのより多くの情報は、アメリカ特許番号5,283,536(1994年2月1日に出願された名称「高ダイナミック レンジ クローズド ループ 自動利得制御回路(HIGH DYNAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT)」)、アメリカ特許番号No.5,107,225(1992年4月21日出願された名称「高ダイナミック レンジ クローズド ループ 自動利得制御回路(HIGH DYNAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT)」、及び米国特許第5,267,262号(1993年11月30日出願された名称「送信器パワー制御システム(TRANSMITTER POWER CONTROL SYSTEM)」において、見ることができる。1995年11月12日出願された名称「デジタル受信器における自動利得制御方法と装置(METHOD AND APPARATUS FOR AUTOMATIC GAIN CONTROL IN A DIGITAL RECEIVER)」の特許No.5,469,115および1993年10月26日出願された名称「高ダイナミック レンジ クローズド ループ 自動利得制御回路(HIGH DYNAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT)」の米国特許第5,283,536号、の各々はここに譲渡され、そして本願明細書に引用される。   More information about automatic gain control loops in wireless communication systems, and more information about power control in general, can be found in US Pat. No. 5,283,536 (named “High Dynamic” filed on Feb. 1, 1994). Range Closed Loop Automatic Gain Control Circuit (HIGH DYNAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT)), US Patent No.5,107,225 DYNAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT ”and US Pat. No. 5,267,262 (named“ TRANSMITTER POWER CONTROL SYSTEM ”filed on November 30, 1993). Name applied for on November 12, "Method and APPARATUS FOR AUTOMATIC GAIN CONTROL IN A DIGITAL RECEIVER" Patent Nos. 5,469,115 and U.S. Pat.No. 5,283,536, each of which is entitled `` HIGH DYNAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT '' And is incorporated herein by reference.

上記で記載されている移動体通信受信器および送信器ように、移動体通信受信器および送信器は高圧縮ポイント、低ノイズ注入(injection)
および低消費電力を有するように設計される。高圧縮ポイントおよび低ノイズ注入を有する受信器は高ダイナミックレンジを有し、広範囲にわたる電力レベル上で信号を検出できる。高圧縮ポイントおよび低ノイズ注入を有する送信器は高ダイナミックレンジを有し、広範囲にわたる電力レベル上で信号を送信できる。低消費電力の受信器および送信器は、バッテリ寿命を伸ばす。それゆえに、大きい範囲の電力レベル上で信号が送受信される通信システムのために、可変利得増幅器を設計する際には、これらの特性は重要である。
Like the mobile communication receivers and transmitters described above, the mobile communication receivers and transmitters have a high compression point, low noise injection.
And designed to have low power consumption. A receiver with a high compression point and low noise injection has a high dynamic range and can detect signals over a wide range of power levels. A transmitter with a high compression point and low noise injection has a high dynamic range and can transmit signals over a wide range of power levels. Low power receivers and transmitters extend battery life. Therefore, these characteristics are important when designing variable gain amplifiers for communication systems in which signals are transmitted and received over a large range of power levels.

受信器は、すぐ近くの強力な送信器により一斉送信された強い信号から、および遠くの低消費電力送信器によって、一斉送信された弱い信号から、情報を検出することができなければならない。   The receiver must be able to detect information from a strong signal broadcast by a nearby powerful transmitter and from a weak signal broadcast by a distant low power transmitter.

受信器が弱い信号から強い信号まで検出できる範囲は、その受信器のダイナミックレンジと呼ばれる。同様に、送信器はすぐ近くの受信器に低電力信号を送信し、および遠い受信器に高電力信号を送信することが出来なければならない。受信器のダイナミックレンジは、その検出可能な最小および最大の信号レベルにより決定される。受信器の最小検出可能な信号レベルは、受信器の雑音指数(noise figure)により決定される。同様に、信号レベルがノイズフロア(noise floor)の近くにまたはそれ以下に落ちる場合、最小送信可能なパワーは送信器雑音指数により設定される。VGAの雑音指数は、一つにはノイズ注入特性とVGA利得の関数である。一般に受信器の利得がより高くなるほど、そのノイズはよりよい指数となる。すなわち、よい指数であれば、ノイズがある場合にも 非常に弱い信号を検出できる。   The range in which the receiver can detect from a weak signal to a strong signal is called the dynamic range of the receiver. Similarly, the transmitter must be able to transmit low power signals to nearby receivers and high power signals to remote receivers. The dynamic range of the receiver is determined by its detectable minimum and maximum signal levels. The minimum detectable signal level of the receiver is determined by the noise figure of the receiver. Similarly, if the signal level falls near or below the noise floor, the minimum transmittable power is set by the transmitter noise figure. The noise figure of VGA is partly a function of noise injection characteristics and VGA gain. In general, the higher the receiver gain, the better the noise will be. That is, if the index is good, a very weak signal can be detected even in the presence of noise.

受信器の最大検出可能な信号レベルは、受信器の相互変調歪(IMD)動作により確立されることができる。多重信号がいずれかのデバイスを通過するときには、デバイスの非線形性のゆえに、信号間にミキシング動作が発生する。例えば、CDMAおよびアナログFMシステムが共存する地域において、アナログFMシステムからの第3次IM生成物は、一般にCDMA通過帯域に入る。このIM生成物はIMDに寄与する「妨害器」として作用し、受信器内で所望の信号の検出および復調に干渉する。VGAのIMD動作は、一部においてその線形性および利得の関数である。一般に、受信器の利得が下がるほど、IMD動作は良くなる。上記のように、これは雑音指数要求事項とは対照的である。したがって、大きいダイナミックレンジ付きの受信器のためのVGAの設計はIMD動作および雑音指数間での難しいトレードオフを含む。   The maximum detectable signal level of the receiver can be established by the intermodulation distortion (IMD) operation of the receiver. When multiple signals pass through any device, mixing operations occur between the signals due to device non-linearity. For example, in regions where CDMA and analog FM systems coexist, third order IM products from analog FM systems generally fall into the CDMA passband. This IM product acts as a “jammer” that contributes to the IMD and interferes with the detection and demodulation of the desired signal in the receiver. VGA IMD operation is in part a function of its linearity and gain. In general, the lower the receiver gain, the better the IMD operation. As noted above, this is in contrast to noise figure requirements. Thus, VGA design for a receiver with a large dynamic range involves a difficult trade-off between IMD operation and noise figure.

一般に、複数の送信器VGAは比較的一定の入力パワーレベルを受信して、様々な範囲の出力パワーレベルを提供するように設計されるのに対して、複数の受信器VGAは様々な範囲の入力パワーレベルに対して比較的一定の出力電力レベルを供するように設計される、という差があるが、類似した設計考察は、複数の送信器VGAに関して関連している。   In general, multiple transmitter VGAs are designed to receive a relatively constant input power level and provide different ranges of output power levels, while multiple receiver VGAs have different ranges of output power levels. Similar design considerations are relevant for multiple transmitter VGAs, with the difference that they are designed to provide a relatively constant output power level relative to the input power level.

さらに、移動受信器は、コンパクトで、軽量で、長い動作寿命を有するように設計される。移動受信器は、それらのサイズおよび重さを減らし、それらの携帯性を高めるため最小の数のバッテリ・セルによって、電力が供給される。バッテリ電圧はバッテリ・セルの数に比例するので、AGC回路(可変利得増幅器(VGA)を含む)は、低電源電圧で作動しなければならない。また、バッテリ交換又は再充電の間の期間を長くするために、バッテリ寿命を長くすることが望ましい。したがって、AGC回路(VGAを含む)は、小さなDC電流およびパワー消費でなければならない。   In addition, mobile receivers are designed to be compact, lightweight and have a long operational life. Mobile receivers are powered by a minimum number of battery cells to reduce their size and weight and increase their portability. Since battery voltage is proportional to the number of battery cells, AGC circuits (including variable gain amplifiers (VGA)) must operate at low supply voltages. It is also desirable to increase battery life in order to increase the period between battery replacement or recharge. Therefore, AGC circuits (including VGA) must have low DC current and power consumption.

低DC電源消費に対するこの必要条件は、すでに言及されたものと同様の設計トレードオフを含んでいる。より多くのDCパワーが、良雑音指数を有する高利得増幅器に必要とされる。しかし、良いIMD動作をする低利得増幅器には、より少ないDCパワーが必要される。既存のVGA設計は能率が悪く、十分に低利得レベルでのDCパワーを節約することができない。   This requirement for low DC power consumption includes design trade-offs similar to those already mentioned. More DC power is required for high gain amplifiers with good noise figure. However, a low gain amplifier with good IMD operation requires less DC power. Existing VGA designs are inefficient and cannot save DC power at a sufficiently low gain level.

必要とされることは、低DC電源消費と同様に、高ダイナミックレンジ、良い雑音指数およびIMD動作を備えたVGAである。   What is needed is a VGA with high dynamic range, good noise figure and IMD operation, as well as low DC power consumption.

本発明によれば、高ダイナミックレンジ、良雑音指数およびIMD動作を有し、最小のDC電源消費のVGAが提供される。該VGAは、受信器のための自動利得制御(AGC)増幅器およびセル式電話内の送信器チェーン(chains)において、使うことができる。該VGAは、入力電圧信号を電流信号に変換すること、そして、電流信号を増幅することによって、パワー利得を達成する。増幅された電流信号は、適当なインピーダンスを持つVGAを終了する(terminating)ことによって、電圧信号に変換されることができる。   According to the present invention, a VGA with high dynamic range, good noise figure and IMD operation and with minimum DC power consumption is provided. The VGA can be used in automatic gain control (AGC) amplifiers for receivers and transmitter chains in cellular telephones. The VGA achieves power gain by converting an input voltage signal into a current signal and amplifying the current signal. The amplified current signal can be converted to a voltage signal by terminating a VGA with appropriate impedance.

VGAは、少なくとも二つのカスケード接続された段、入力段および電流増幅器から成る。入力段は、CDMA入力段およびFM入力段に更に分けられることができる。両入力段の出力は電流増幅器の入力に結合され、CDMA/FMモード信号によって選択されることができる。実施例において、FM入力段は片端接地(single-ended)であり、CDMA 入力はバランスされる。VGAの利得は、二つ以上の電流増幅器段をカスケード接続することにより増加することができる。入力段の相互コンダクタンス利得は、制御信号により制御されることができる。   A VGA consists of at least two cascaded stages, an input stage and a current amplifier. The input stage can be further divided into a CDMA input stage and an FM input stage. The outputs of both input stages are coupled to the input of the current amplifier and can be selected by a CDMA / FM mode signal. In an embodiment, the FM input stage is single-ended and the CDMA input is balanced. The gain of the VGA can be increased by cascading two or more current amplifier stages. The transconductance gain of the input stage can be controlled by a control signal.

高ダイナミックレンジ、低消費電力のVGAは、複数の技術を結合して作られる。最初の実施例において、図1の増幅器902のようなデュアルモード受信AGC増幅器に良く適しており、CDMA入力段はギルバート・セル減衰器とカスケード接続された可変コンダクタンス増幅器を具備している。可変相互コンダクタンス増幅器は、変化する電圧信号を、可変エミッタ ディジェネレーション(degeneration )抵抗器として動作するFETトランジスタにより制御される相互コンダクタンスで、出力電流信号に変換する。エミッタ ディジェネレーションは、可変ローカルな直列帰還(variable local series feedback)を提供し、その帰還はCDMA入力段が入力信号の広ダイナミックレンジを取り扱うことを可能するが、その一方で、良い雑音指数およびIMD動作を提供する。低レベル入力信号がある場合には、FETトランジスタのチャンネル抵抗は、入力段の利得を増やすために変化させられることができ、このことにより、受信器の雑音指数および弱い信号を検出する能力は改善される。他方、高レベルの入力信号がある場合には、FETトランジスタのチャネル抵抗は変化させられ、入力段の利得を減少させる。このことにより受信器のIMD動作は改善される。ギルバート・セル減衰器は、大きい入力信号が適用される時に、いずれの後段の電流増幅段も、それらの非線形範囲にオーバードライブ(overdriven)させられないように、付加電流を減衰せしめる。   High dynamic range and low power consumption VGA is created by combining multiple technologies. In the first embodiment, well suited for dual mode receive AGC amplifiers such as amplifier 902 of FIG. 1, the CDMA input stage comprises a variable conductance amplifier cascaded with a Gilbert cell attenuator. A variable transconductance amplifier converts a changing voltage signal into an output current signal with a transconductance controlled by a FET transistor operating as a variable emitter degeneration resistor. Emitter degeneration provides variable local series feedback, which allows the CDMA input stage to handle a wide dynamic range of the input signal, while providing good noise figure and IMD. Provide behavior. When there is a low level input signal, the channel resistance of the FET transistor can be changed to increase the gain of the input stage, which improves the receiver's ability to detect noise figure and weak signals Is done. On the other hand, when there is a high level input signal, the channel resistance of the FET transistor is changed, reducing the gain of the input stage. This improves the IMD operation of the receiver. The Gilbert cell attenuator attenuates the additional current so that no subsequent current amplification stage is overdriven to their non-linear range when a large input signal is applied.

この最初の実施例において、FM入力段はエミッタ ディジェネレーション (degeneration)のバイポーラ差動増幅器であり、ギルバート・セル減衰器が続いて接続される。差動対は入力電圧を電流に変換し、ギルバート・セル減衰器に与え、更に次段の流増幅器に入力される電流を減衰させ。CDMA入力段と違って、FM入力段は、可変エミッタ ディジェネレーションよりむしろ固定された利得相互コンダクタンス段を使用する。それは、増幅器がすぐに非線形性になり飽和することを可能として、FM信号に対する業界標準(IS-95)線型性要件がCDMA信号に対するそれよりも非常に緩和されるからである。   In this first embodiment, the FM input stage is an emitter degeneration bipolar differential amplifier followed by a Gilbert cell attenuator. The differential pair converts the input voltage into a current, feeds it to the Gilbert cell attenuator, and further attenuates the current input to the next stage current amplifier. Unlike the CDMA input stage, the FM input stage uses a fixed gain transconductance stage rather than variable emitter degeneration. This is because the amplifier can quickly become non-linear and saturate, and the industry standard (IS-95) linearity requirements for FM signals are much relaxed than that for CDMA signals.

図1の増幅器904のような送信AGC増幅器に良く適きした、第二の 実施例においては、FMおよびCDMA信号は、相互コンダクターとギルバート・セル減衰器に接続される、入力端に分路-直列帰還(shunt-series feedback)を有する差動対を備えた固定−利得相互コンダクタンス入力段によって、取り扱われることができる。入力端での分路-直列帰還は、ブルートフオース(brute force)整合を使用すること無しに、正確で線形の入力インピーダンスを可能とする。差動対の出力は、一組のコンデンサによって、相互コンダクターに接続されたACであることができる。相互コンダクターは、差動対の電圧出力を、エミッタ- ディジェネレーションされた差動増幅器を使用して電流に変換する。電流は、それからギルバート・セル減衰
器に与えられ、それは、更に電流増幅器の次段に流れる電流を減衰する。送信AGC増幅器904への入力レベルが一般に一定であることから、可変利得入力段は必要ではない。
In a second embodiment, well suited for a transmit AGC amplifier such as amplifier 904 of FIG. 1, FM and CDMA signals are shunted at the input, connected to the transconductor and the Gilbert cell attenuator. It can be handled by a fixed-gain transconductance input stage with a differential pair with shunt-series feedback. Shunt-series feedback at the input allows for accurate and linear input impedance without using brute force matching. The output of the differential pair can be AC connected to the transconductor by a set of capacitors. The transconductor converts the voltage output of the differential pair into current using an emitter-degenerated differential amplifier. The current is then applied to a Gilbert cell attenuator, which further attenuates the current flowing through the next stage of the current amplifier. Since the input level to the transmit AGC amplifier 904 is generally constant, a variable gain input stage is not necessary.

受信AGC増幅器902としての用途に対して適している最初の実施例において、各々の電流増幅器は、二つのセクション、差動ダーリントン増幅器および差動カスケード(cascade) 増幅器から成る。これらの電流増幅器は、トランスリニア(translinear)回路であり、該回路は、電流利得がトランスリニアループにバイアスをかける「テイル電流(tail currents)」の比率を変化させることにより制御されることができる。各電流増幅器段の電流利得は、一つ以上の制御信号によって、それぞれ独立に制御されることができる。   In a first embodiment suitable for use as a receiving AGC amplifier 902, each current amplifier consists of two sections, a differential Darlington amplifier and a differential cascade amplifier. These current amplifiers are translinear circuits that can be controlled by changing the ratio of “tail currents” in which the current gain biases the translinear loop. . The current gain of each current amplifier stage can be independently controlled by one or more control signals.

送信AGC増幅器904の使用に好都合である第二実施例において、電流増幅器の各々は、二つのセクション、差動ダーリントン増幅器と単純な差動対とから構成される。この電流増幅器は、フィードバック電流増幅器とトランスリニアループとのハイブリッドである。   In a second embodiment, which is convenient for use with the transmit AGC amplifier 904, each of the current amplifiers consists of two sections, a differential Darlington amplifier and a simple differential pair. This current amplifier is a hybrid of a feedback current amplifier and a translinear loop.

各々の上述の実施例において、可変-利得段の利得は、利得制御回路により制御される。その利得制御回路は、適用されたAGC制御電圧に従って電流増幅器の利得を変化させる(図1のRX利得制御かTX 利得制御)。利得制御回路は、広いダイナミックレンジ上でVGAの(デシベルにおける)線型性を確実にする指数関数発生器を含む。   In each of the above embodiments, the gain of the variable-gain stage is controlled by a gain control circuit. The gain control circuit changes the gain of the current amplifier according to the applied AGC control voltage (RX gain control or TX gain control in FIG. 1). The gain control circuit includes an exponential generator that ensures VGA linearity (in decibels) over a wide dynamic range.

それゆえに、CDMAおよびFM信号上で高ダイナミックレンジを有するVGAを提供することは、本発明の利点である。この種のVGAを利用している移動受信器は、より広い入力パワー範囲上で信号を検出できる。更なる利点は、VGAが最小のDCパワーしか消費しないということである。したがって、VGAが移動通信装置において、使われることができて、都合よくバッテリの操作寿命を保護できる。追加の利点は、VGAの利得がDC制御電圧を線形に調節することによって、デシベルにおいて、ほぼ線形に変化させられることが可能であるということである。   It is therefore an advantage of the present invention to provide a VGA with a high dynamic range on CDMA and FM signals. Mobile receivers using this type of VGA can detect signals over a wider input power range. A further advantage is that the VGA consumes minimal DC power. Therefore, the VGA can be used in the mobile communication device, and can advantageously protect the operating life of the battery. An additional advantage is that the gain of the VGA can be changed approximately linearly in decibels by linearly adjusting the DC control voltage.

本発明で使用できる例示的なCDMA/FMデュアルモード通信装置の概要図。1 is a schematic diagram of an exemplary CDMA / FM dual mode communication device that can be used with the present invention. FIG. 本発明で使用できる例示的なCDMA/FMデュアルモード通信装置の概要図。1 is a schematic diagram of an exemplary CDMA / FM dual mode communication device that can be used with the present invention. FIG. 本発明の例示的な3段可変利得増幅器のブロック図。1 is a block diagram of an exemplary three-stage variable gain amplifier of the present invention. 図2のCDMA入力段を示す概要図。FIG. 3 is a schematic diagram showing the CDMA input stage of FIG. 図2の相互コンダクタンス増幅器バイアス制御回路を示す概要図。FIG. 3 is a schematic diagram showing the transconductance amplifier bias control circuit of FIG. 図4の指数関数発生器を示す概要図。FIG. 5 is a schematic diagram showing the exponential function generator of FIG. 本発明の有益な特性を例示するために構成された、図2および図3内の部分的部品の組合せを示す概要図。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a combination of partial parts in FIGS. 2 and 3 configured to illustrate the beneficial properties of the present invention. 図2の電流増幅器を示す概要図。FIG. 3 is a schematic diagram showing the current amplifier of FIG. 図7の末尾電流源を示す概要図。FIG. 8 is a schematic diagram showing the tail current source of FIG.

本発明の機能、目的および利点は、全体を通して同一事項には同一の参照記号が付された図を参照しながら、後述の詳細な説明からより明らかになる。
本発明は、モノリシック集積回路可変利得増幅器(VGA)に向けられている。VGAは、制御電圧に比例した利得を提供する。VGAは、適用された制御電圧内で線形に増加する関数として、指数状の電圧利得を提供する。この制御電圧は、適用された制御電圧内での線形の増加に正比例した、デシベル(DB)での線型パワー利得を与える。VGAは、80デシベルを超える大きいダイナミック レンジ(すなわち l00,000,000倍のファクタ)上で、線形パワー利得を提供できる。VGAは、VGA構成の間に発生するプロセス変化に耐え得る線形パワー利得を提供する。
The function, purpose and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description with reference to the drawings, in which the same reference numerals are used for the same items throughout.
The present invention is directed to a monolithic integrated circuit variable gain amplifier (VGA). VGA provides a gain proportional to the control voltage. The VGA provides an exponential voltage gain as a function that increases linearly within the applied control voltage. This control voltage provides a linear power gain in decibels (DB) that is directly proportional to the linear increase within the applied control voltage. VGA can provide linear power gain over a large dynamic range (ie, a factor of l00,000,000) over 80 decibels. VGA provides a linear power gain that can withstand process changes that occur during VGA configuration.

VGAは、受信器 および送信器内に含む多くの用途に使われることができる。VGAが受信器において動作している場合、VGAの出力が比較的一定である間、入力は典型的に大きなダイナミックレンジ上で変化する。   VGA can be used for many applications, including in receivers and transmitters. When the VGA is operating at the receiver, the input typically varies over a large dynamic range while the VGA output is relatively constant.

受信器において動作しているVGAへの信号レベル入力が小さい時には、VGAの利得は比較的大きくなければならない。受信器において動作しているVGAへの信号レベル入力が大きいときは、VGAの利得は比較的小さくなければならない。それが比較的高利得を提供するときに典型的に良いノイズ特性を有しなければならず、及び比較的低利得を提供しているときに良い相互変調動作を有しなければならない。 When the signal level input to the VGA operating at the receiver is small, the gain of the VGA must be relatively large. When the signal level input to the VGA operating at the receiver is large, the VGA gain must be relatively small. It must typically have good noise characteristics when providing a relatively high gain and must have good intermodulation behavior when providing a relatively low gain.

VGAが送信器において動作している場合、入力は典型的に一定でありうるが、VGAの出力は広いダイナミックレンジ上で変化する。VGAの信号レベル出力が大きいことを必要とするときには、VGAの利得は比較的大きくなければならず、相互変調動作は結果としての大信号レベルをサポートしなければならない。送信器において動作しているVGAからの信号レベル出力が小さいことを必要とするときには、VGAの利得は比較的小さくなければならず、VGAのノイズ特性は重要でありえる。   When the VGA is operating at the transmitter, the input can typically be constant, but the output of the VGA varies over a wide dynamic range. When the VGA signal level output needs to be large, the VGA gain must be relatively large and the intermodulation operation must support the resulting large signal level. When the signal level output from the VGA operating at the transmitter needs to be small, the gain of the VGA must be relatively small and the noise characteristics of the VGA can be important.

図2は、広いダイナミックレンジ上で入力信号にパワーレベルを調節する可変利得増幅器(VGA)100の一つの実施例のブロック図である。図2の実施例は、図1の受信AGC増幅器902としての用途に適している。VGA 100は、三つの段を備える:入力段120および二つのカスケード接続された電流増幅器ステージ160Aおよび160B。複数の電流増幅器段160が、入力段120に続いてカスケード接続され、VGA 100のダイナミックレンジを増加する。最初の実施例において、入力段120は以下を備える:それぞれの入力ポート171および170を有する別々のFM入力段121およびCDMA入力段122。FM入力段121およびCDMA入力段122は、スイッチ123により電流増幅器160Aに交互に接続される。このスイッチ123は、CDMA/FMモード選択信号により制御される。通信装置がCDMAモードにあるとき、スイッチ123はCDMA入力段122を電流増幅器160Aに接続し、FM入力段121を切り離す。逆に、通信装置がFMモードにあるときには、スイッチ123は、FM入力段121を電流増幅器160Aに接続して、CDMA入力段122を切り離す。   FIG. 2 is a block diagram of one embodiment of a variable gain amplifier (VGA) 100 that adjusts the power level of an input signal over a wide dynamic range. The embodiment of FIG. 2 is suitable for use as the receiving AGC amplifier 902 of FIG. VGA 100 comprises three stages: an input stage 120 and two cascaded current amplifier stages 160A and 160B. A plurality of current amplifier stages 160 are cascaded following the input stage 120 to increase the dynamic range of the VGA 100. In the first embodiment, the input stage 120 comprises: a separate FM input stage 121 and a CDMA input stage 122 with respective input ports 171 and 170. FM input stage 121 and CDMA input stage 122 are alternately connected to current amplifier 160A by switch 123. This switch 123 is controlled by a CDMA / FM mode selection signal. When the communication device is in CDMA mode, switch 123 connects CDMA input stage 122 to current amplifier 160A and disconnects FM input stage 121. Conversely, when the communication device is in the FM mode, the switch 123 connects the FM input stage 121 to the current amplifier 160A and disconnects the CDMA input stage 122.

図2も、VGA 100に適用される制御電圧に対して、バイアスポート110、130、150A、150Bを示す。各段の利得は、例えば、信号強度を決定する受信器検出回路によって形成されることができる制御電圧により制御される。各段は、トランジスタのような能動素子を含むいろいろな構成要素から成る。   FIG. 2 also shows bias ports 110, 130, 150A, 150B for control voltages applied to VGA 100. FIG. The gain of each stage is controlled, for example, by a control voltage that can be formed by a receiver detection circuit that determines the signal strength. Each stage consists of various components including active elements such as transistors.

CDMA入力段l22の入力ポート170に供されるVGA入力信号は、平衡をとられる、すなわち、各々から180度位相がずれた信号を伝送している二つの信号路に分けられる。VGA入力信号は、VGAの入力ポート170を通して印加される。しかし、FM入力段121の入力ポート171に提供されるVGA入力信号は、片端接地である。入力段120の出力および電流増幅器160Aの入力は、ポート190により連結される。   The VGA input signal provided to the input port 170 of the CDMA input stage l22 is split into two signal paths that are balanced, i.e., transmitting signals that are 180 degrees out of phase with each other. The VGA input signal is applied through the VGA input port 170. However, the VGA input signal provided to the input port 171 of the FM input stage 121 is one end ground. The output of input stage 120 and the input of current amplifier 160A are connected by port 190.

それは低電源電圧約3.6ボルトで動くので、入力段120は、入力電圧信号を電流信号に変換し、VGA能動素子がそれらの非線形領域において、動作すること及び入力信号をゆがめることを阻止する。VGA 100の低電源電圧も、VGA 100の電源消費を減らす。   Since it operates at a low power supply voltage of about 3.6 volts, the input stage 120 converts the input voltage signal to a current signal, preventing the VGA active devices from operating and distorting the input signal in their non-linear regions. The low power supply voltage of VGA 100 also reduces the power consumption of VGA 100.

図3は、CDMA入力段122の一つの実施例を示す。平衡信号は、VGAの入力ポート170に印加される。CDMA入力段122は、ギルバート・セル減衰器226に結合された可変相互コンダクタンス増幅器227を備え、四つの機能を提供する。第一に、可変相互コンダクタンス増幅器227は、入力電圧信号を電流信号に変換する。第2に、可変相互コンダクタンス増幅器227およびギルバート・セル減衰器226の組合せは、信号の可変増幅ができるようにし、それは、バイアス・ポート110で制御電圧を線形に調節することによって、指数的に(デシベルで線形的に)変化させられることが可能である。第3に、可変相互コンダクタンス増幅器227内の増加されたエミッタ ディジェネレーションは、入力信号電圧が大きい時およびIMDが最も突出している時に、VGA 100のIMDを減らす。可変相互コンダクタンス増幅器227内のエミッタ ディジェネレーションが増加するように、入力段120の相互コンダクタンス、したがってIMDは減らされる。最後に、可変相互コンダクター増幅器227内の減少されたエミッタ ディジェネレーションは、入力信号電圧が小さくノイズ動作がもっとも臨界である時に、VGA 100の雑音指数を改善する。可変相互コンダクタンス増幅器227内のエミッタ ディジェネレーションが減らされる際に、入力段120の相互コンダクタンスは増加して、受信器の雑音指数を改善する。   FIG. 3 shows one embodiment of the CDMA input stage 122. The balanced signal is applied to the input port 170 of the VGA. The CDMA input stage 122 includes a variable transconductance amplifier 227 coupled to a Gilbert cell attenuator 226 and provides four functions. First, the variable transconductance amplifier 227 converts the input voltage signal into a current signal. Second, the combination of variable transconductance amplifier 227 and Gilbert cell attenuator 226 allows variable amplification of the signal, which is exponentially (by adjusting the control voltage linearly at bias port 110 ( Can be varied linearly (in decibels). Third, the increased emitter degeneration in variable transconductance amplifier 227 reduces the IMD of VGA 100 when the input signal voltage is large and when the IMD is most prominent. The transconductance of the input stage 120, and thus the IMD, is reduced so that the emitter degeneration in the variable transconductance amplifier 227 is increased. Finally, the reduced emitter degeneration within the variable transconductor amplifier 227 improves the VGA 100 noise figure when the input signal voltage is small and noise operation is most critical. As emitter degeneration in variable transconductance amplifier 227 is reduced, the transconductance of input stage 120 increases, improving the noise figure of the receiver.

可変相互コンダクタンス増幅器227は、二つのバイポーラ接合トランジスタ(BJTS)235と236、二つの電流源238、239、そして、電界効果トランジスタ(FET)237から成る。電流源238、239は、連続的にBJTS 235および236のエミッタに接続されている。FET 237のソース接続228およびドレイン接続229は、それぞれBJTS 235および236のエミッタに接続している。VGA入力ポート170での平衡信号(balanced signal) は、BJTS235および2S6のベースに適用される。可変相互コンダクタンス増幅器227の平衡電流は、BJTS 235および236のコレクタから出力する。   The variable transconductance amplifier 227 comprises two bipolar junction transistors (BJTS) 235 and 236, two current sources 238 and 239, and a field effect transistor (FET) 237. Current sources 238 and 239 are connected to the emitters of BJTS 235 and 236 in series. The source connection 228 and drain connection 229 of FET 237 are connected to the emitters of BJTS 235 and 236, respectively. The balanced signal at VGA input port 170 is applied to the bases of BJTS 235 and 2S6. The balanced current of variable transconductance amplifier 227 is output from the collectors of BJTS 235 and 236.

可変相互コンダクタンス増幅器227の相互コンダクタンスは、BJTS 235および236のエミッタ ディジェネレーションを変化させることにより調節することができる。この結果、VGA 100の利得を変化することが可能である。BJTS 235および236のエミッタ ディジェネレーションは、FET 237のチャンネル抵抗を変化させることによって形成される。FET 237は、そのオーミック領域内で可変抵抗のように動作し、そして、BJTS 235および236の両者に対して可変エミッタ ディジェネレーションを提供する。FET 237のドレイン−ソース・バイアス電圧は、それゆえにFET 237のニー電圧(knee voltage) 未満でなければならない。バイアス・ポート290に適用される電圧を変化させることによって、FET 237のゲート−ソース接合間のバイアスを調節し、この調節によって、チャネル抵抗を変化させることが可能である。可変相互コンダクタンス増幅器227の相互コンダクタンスは、FET 237のチャネル抵抗を減少させることにより増加することができる。したがって、FET 237を介して可変チャンネル抵抗を提供することにより、本発明は、雑音指数とIMD動作との競合する設計考察を調和させることができる。さらに、VGA 100のDC効率は改善される。それは、低レベル入力信号を増幅する必要性があるときに、CDMA入力段122は十分なDC電流を引き出すが、高レベル入力信号に対してはその相互コンダクタンスを下げて、後の電流増幅段のDC電流消費を減らす、からである。   The transconductance of the variable transconductance amplifier 227 can be adjusted by changing the emitter degeneration of the BJTS 235 and 236. As a result, the gain of the VGA 100 can be changed. The emitter degeneration of BJTS 235 and 236 is formed by changing the channel resistance of FET 237. FET 237 behaves like a variable resistor in its ohmic region and provides variable emitter degeneration for both BJTS 235 and 236. The drain-source bias voltage of FET 237 must therefore be less than the knee voltage of FET 237. By changing the voltage applied to the bias port 290, the bias between the gate and source junction of the FET 237 can be adjusted and this adjustment can change the channel resistance. The transconductance of the variable transconductance amplifier 227 can be increased by reducing the channel resistance of the FET 237. Thus, by providing a variable channel resistance through FET 237, the present invention can reconcile competing design considerations between noise figure and IMD operation. Furthermore, the DC efficiency of VGA 100 is improved. That is, when there is a need to amplify the low level input signal, the CDMA input stage 122 draws enough DC current, but for the high level input signal it reduces its transconductance to This is because the DC current consumption is reduced.

可変相互コンダクタンス増幅器227のディファレンシャル(differential)出力電流は、ギルバート・セル減衰器226に接続される。ギルバート・セル(Gilbert cell)減衰器226は、その入力に適用された信号の現在の振幅を変化させる。ギルバート・セル減衰器226は、BJTa 231および234の第一の組およびBJTa 232および233の第二の組を備えている。ギルバート・セル減衰器226の減衰レベルは、バイアス・ポート110に適用された制御電圧により確立される。BJTs 231及び234の第一の組が、ポート110をバイアスするために適用された制御電圧によってバイアスされるときに、ギルバート・セル減衰器226は可変相互コンダクタンス増幅器227の出力電流を減衰し、可変相互コンダクタンス増幅器の出力電流の要素はBJTs 232および233の第二の組よりも、むしろBJTs 231および234の第一の組を通して流れる。それゆえに、ギルバート・セル減衰器226のポート190での平衡電流は減少する。可変相互コンダクタンス増幅器227およびギルバート・セル減衰器226は、共通の電源230によって、バイアスされる。   The differential output current of the variable transconductance amplifier 227 is connected to the Gilbert cell attenuator 226. A Gilbert cell attenuator 226 changes the current amplitude of the signal applied to its input. Gilbert cell attenuator 226 comprises a first set of BJTa 231 and 234 and a second set of BJTa 232 and 233. The attenuation level of the Gilbert cell attenuator 226 is established by a control voltage applied to the bias port 110. When the first set of BJTs 231 and 234 is biased by a control voltage applied to bias port 110, Gilbert cell attenuator 226 attenuates the output current of variable transconductance amplifier 227 to make it variable. The transconductance amplifier output current component flows through the first set of BJTs 231 and 234 rather than the second set of BJTs 232 and 233. Therefore, the balanced current at port 190 of Gilbert cell attenuator 226 is reduced. Variable transconductance amplifier 227 and Gilbert cell attenuator 226 are biased by a common power supply 230.

FM入力段121の好適な実施例は、そのFET 237が固定抵抗と置換される以外はCDMA入力段122と同様である。前に言及したように、FM入力段121の固定抵抗は固定された相互コンダクタンスを提供する。それは、業界標準(例えばIS-95)がCDMA入力信号のそれより非常に低い入力レベルで、入力信号の圧縮を可能とする(すなわち、VGAが非線形に動くのを可能とする)からである。あるいは、入力段120はFM入力段121の相互コンダクタンス段と同様の単一の固定された相互コンダクタンス段だけを備えることができる。この代替の実施例は、図1の送信AGC増幅器904としての使用に特によく適している。   The preferred embodiment of FM input stage 121 is similar to CDMA input stage 122 except that its FET 237 is replaced with a fixed resistor. As previously mentioned, the fixed resistance of the FM input stage 121 provides a fixed transconductance. That's because industry standards (eg, IS-95) allow compression of the input signal (ie, allow the VGA to move non-linearly) at input levels much lower than that of the CDMA input signal. Alternatively, input stage 120 may comprise only a single fixed transconductance stage similar to that of FM input stage 121. This alternative embodiment is particularly well suited for use as the transmit AGC amplifier 904 of FIG.

上記したように、設計の一つの側面は、相互コンダクタンス・バイアス制御回路140のバイアス・ポート130に適用される制御電圧が線形に調節され、その可変相互コンダクタンス増幅器227の相互コンダクタンスが指数的に変化するということである。この結果を実行するために、相互コンダクタンス・バイアス制御回路140のバイアス・ポート130の制御電圧は線形に調節され、FET 237のチャンネル抵抗も、指数的に変化する。図4は、この結果を促進する相互コンダクタンス・バイアス制御回路140の一つの実施例を示している。相互コンダクタンス・バイアス制御回路140は、指数関数発生器360、第1および第2の演算増幅器回路353と354、低域フィルタ352および電流源341を含む。   As described above, one aspect of the design is that the control voltage applied to the bias port 130 of the transconductance bias control circuit 140 is linearly adjusted and the transconductance of its variable transconductance amplifier 227 varies exponentially. Is to do. To implement this result, the control voltage at the bias port 130 of the transconductance bias control circuit 140 is linearly adjusted and the channel resistance of the FET 237 also varies exponentially. FIG. 4 illustrates one embodiment of a transconductance bias control circuit 140 that facilitates this result. The transconductance bias control circuit 140 includes an exponential function generator 360, first and second operational amplifier circuits 353 and 354, a low pass filter 352, and a current source 341.

指数関数発生器360は、該制御電圧を、指数関数発生器360の出力端358から第一の演算増幅器回路353へ出力される二つの出力電流に変換する。これらの電流の大きさの比率は、制御電圧に指数的に比例する。   The exponential function generator 360 converts the control voltage into two output currents output from the output terminal 358 of the exponential function generator 360 to the first operational amplifier circuit 353. The ratio of these current magnitudes is exponentially proportional to the control voltage.

図1の例示的な実施例において、制御電圧はRX ゲイン制御又はTXゲイン制御 又は基準化されているか温度補償されているその別形のいずれかである。この制御電圧の発生は本発明の範囲外であり、それは例えば米国特許第5,469,115号記載されており、それはここに引用される。 In the exemplary embodiment of FIG. 1, the control voltage is either RX gain control or TX gain control, or a variant that is scaled or temperature compensated. The generation of this control voltage is outside the scope of the present invention, which is described, for example, in US Pat. No. 5,469,115, which is hereby incorporated by reference.

図5は、指数関数発生器360の一つの実施例を示している。指数関数発生器360は差動増幅器465を備え、その差動増幅器465の出力は一組のFET電流ミラー474を駆動する。差動増幅器465は、電流源472に接続されたBJTs 461および462の平行の一組を備える。一組のFET電流ミラー474は、四つのFET 464、466、468および470を備える。BIT 461および462の指数入力電圧-出力電流関係のために、それらのコレクタ−電流の比率は、制御電圧信号により決定されるBJTs 461と462の間のベース電圧の差に比例する。したがって、バアイスポート130を横切る線形の電圧差の変化は、出力358の指数的に関連した(デシベルにおいて線形の)電流に変換される。電流ミラー474は、バイポ―ラ差動対461と462とにより発生される指数的に関連した電流を単に受け取り、それを該増幅器を通した使用のために提供する。指数関数発生器360は、電源400によってバイアスされる。   FIG. 5 shows one embodiment of the exponential function generator 360. Exponential function generator 360 includes a differential amplifier 465 that outputs a set of FET current mirrors 474. Differential amplifier 465 comprises a parallel set of BJTs 461 and 462 connected to current source 472. The set of FET current mirrors 474 comprises four FETs 464, 466, 468 and 470. Because of the exponential input voltage-output current relationship of BITs 461 and 462, their collector-current ratio is proportional to the difference in base voltage between BJTs 461 and 462 as determined by the control voltage signal. Thus, a linear voltage difference change across the baice port 130 is converted to an exponentially related (linear in decibel) current at the output 358. Current mirror 474 simply receives the exponentially related current generated by bipolar differential pair 461 and 462 and provides it for use through the amplifier. Exponential function generator 360 is biased by power supply 400.

図4を再度参照して、第1および第2の演算増幅器回路353と354は、指数関数発生器360と協力して作動し、図3のFET 237のチャンネル抵抗を制御する。第一の演算増幅器回路353は、マスタFET 344を備え、それは、FET 237、基準抵抗器346および差動演算増幅器348に好ましくは同一である。指数関数発生器360からの出力電流はマスターFET 344と基準抵抗器346とに接続される。差動演算増幅器348は、マスタFET 344のドレインとソース端子及び基準抵抗器346を横切って該電圧を印加し、該電圧はマスタFET 344のゲートに印加されたバイアス電圧を変化することによって等しくされる。FET 237とマスタFET 344のゲートに印加されるバイアス電圧は、一般に等しい。しかし、バイアス・ポート122を通してFET 237に印加されるゲート・バイアス電圧は、ローパスフィルタにかけられ、相互コンダクタンス・バイアス制御回路140からの熱雑音がFET 237に入力されることを阻止する。ローパス・フィルタリングは、シリーズ抵抗器350とシャントコンデンサ351により形成されるローパス・フィルタ352によって完成される。   Referring again to FIG. 4, the first and second operational amplifier circuits 353 and 354 operate in cooperation with the exponential function generator 360 to control the channel resistance of the FET 237 of FIG. The first operational amplifier circuit 353 comprises a master FET 344, which is preferably identical to the FET 237, the reference resistor 346 and the differential operational amplifier 348. The output current from exponential function generator 360 is connected to master FET 344 and reference resistor 346. A differential operational amplifier 348 applies the voltage across the drain and source terminals of the master FET 344 and the reference resistor 346, which is made equal by changing the bias voltage applied to the gate of the master FET 344. The The bias voltages applied to the gates of FET 237 and master FET 344 are generally equal. However, the gate bias voltage applied to FET 237 through bias port 122 is low pass filtered to prevent thermal noise from transconductance bias control circuit 140 from being input to FET 237. Low-pass filtering is completed by a low-pass filter 352 formed by a series resistor 350 and a shunt capacitor 351.

第二の演算増幅器回路354は、マスタFET 344およびFET 237が同じ電源電圧を有するようにする。第二演算増幅器は、非反転、単一利得演算増幅器349、及び抵抗器345と347を備え、ソース接続228とドレイン接続229を介してFET 237を横切るドレイン−ソース電圧を検出する。   The second operational amplifier circuit 354 ensures that the master FET 344 and FET 237 have the same power supply voltage. The second operational amplifier comprises a non-inverting, unity gain operational amplifier 349 and resistors 345 and 347 to detect the drain-source voltage across FET 237 via source connection 228 and drain connection 229.

指数関数発生器360、及びマスタFET 344と基準抵抗器346とのまわりに接続された電流源341は、基準抵抗器346を横切る電圧降下、及びそれゆえにマスタFET 344のドレイン−ソースを横切る電圧降下がFETのニー(knee)電圧未満であるように設計される。この結果、演算増幅器回路353と354の動作は、FET 237とマスタFET 344がそれらのオーミック領域内の類似した静止点で動作することを強制する。したがって、FET 237とマスタFET 344のチャネル抵抗は、一般に同一で、バイアス・ポート130に印加され線形調節された制御電圧によって指数的に変化する。   The exponent function generator 360, and the current source 341 connected around the master FET 344 and the reference resistor 346, provide a voltage drop across the reference resistor 346, and hence a voltage drop across the drain-source of the master FET 344. Is designed to be less than the knee voltage of the FET. As a result, the operation of operational amplifier circuits 353 and 354 forces FET 237 and master FET 344 to operate at similar quiescent points within their ohmic region. Thus, the channel resistances of FET 237 and master FET 344 are generally the same and vary exponentially with a linearly regulated control voltage applied to bias port 130.

図6は、本発明の有益な特性を例示するために構成された図2および3内の要素の組合せである。図6に示された装置により克服される問題の一つは、μcCoxの、そして、それゆえに、そのゲートに印可された電圧の関数としてのFET 237のチャンネル抵抗の、プロセス変動である。   FIG. 6 is a combination of the elements in FIGS. 2 and 3 configured to illustrate the beneficial properties of the present invention. One of the problems overcome by the device shown in FIG. 6 is the process variation of μcCox and hence the channel resistance of FET 237 as a function of the voltage applied to its gate.

前に図3に関して言及したように、FET 237は可変相互コンダクタンス増幅器227の相互コンダクタンスを制御する。FET 237により提供される可変エミッタ ディジェネレーションによって、入力段120は広範囲にわたる信号を取り扱うことが可能となる。 As previously mentioned with respect to FIG. 3, FET 237 controls the transconductance of variable transconductance amplifier 227. The variable emitter degeneration provided by FET 237 allows input stage 120 to handle a wide range of signals.

入力段120に起因する減衰が該回路の動作に重大であり、そして該段の特性がFET 237により設定されることから、正確にFET 237の抵抗値を設定することが非常に重要である。印加されたゲート電圧の関数としてのチャンネル抵抗は製造工程において、その一つ一つを制御されることが難しいので、一慣性(CONSISTENCY)を達成するために外部制御ループが用いられる。図6は、FET 237のプロセス変動に対して、CDMA入力段122の動作を免疫(immunize) にするために使われる制御ループを示す。   Since the attenuation due to the input stage 120 is critical to the operation of the circuit and the characteristics of the stage are set by the FET 237, it is very important to set the resistance value of the FET 237 accurately. The channel resistance as a function of the applied gate voltage is difficult to control one by one in the manufacturing process, so an outer control loop is used to achieve one inertia. FIG. 6 shows a control loop used to immunize the operation of the CDMA input stage 122 against FET 237 process variations.

抵抗器346は、オンチップ(on-chip)抵抗器である。この抵抗器はプロセス変動を最小にするために大きく作られる。抵抗器346は、制御ループの基準抵抗として使われる。   Resistor 346 is an on-chip resistor. This resistor is made large to minimize process variations. Resistor 346 is used as a reference resistance for the control loop.

指数関数発生器360の出力358からのトータル電流は、電流源341により設定されることに注意する。したがって、出力358の平衡出力の一つを介した電流が増加する場合、出力358の平衡出力の他の一つを介した電流は減少する。また、抵抗器346全体の電圧降下はマスタFET 344全体の電圧降下と同じである点に注意する。各電圧は演算増幅器348への入力の一つであるので、電圧降下は同じである。演算増幅器348の出力は、それを横切る電圧降下が抵抗器346を介した電流がもたらす値及び抵抗器346の値と同じであるように、マスタFET 344の抵抗を制御する。したがって、抵抗器346を通る電流は増加し、現在のマスタFET 344を通る電流は減少するように、抵抗器346を横切る電圧降下は増加する。応答において、マスタFET 344のチャネル抵抗はまた、該電圧降下が同じに維持されるように増加しなければならない。マスタFET 344のゲートに印加される演算増幅器348の同じ出力電圧は、また、FET 237のゲートにも印加される。抵抗器350およびコンデンサ351は、演算増幅器348の出力とFET 237のゲート電圧との間にローパスフィルタを提供するが、マスタFET 344のゲートとFET 237のゲートとに印加される直流電圧は同じである。   Note that the total current from output 358 of exponential function generator 360 is set by current source 341. Thus, if the current through one of the balanced outputs of output 358 increases, the current through the other one of the balanced outputs of output 358 decreases. Also note that the voltage drop across resistor 346 is the same as the voltage drop across master FET 344. Since each voltage is one of the inputs to operational amplifier 348, the voltage drop is the same. The output of operational amplifier 348 controls the resistance of master FET 344 so that the voltage drop across it is the same as the value provided by the current through resistor 346 and the value of resistor 346. Thus, the voltage drop across resistor 346 increases as the current through resistor 346 increases and the current through current master FET 344 decreases. In response, the channel resistance of the master FET 344 must also increase so that the voltage drop remains the same. The same output voltage of operational amplifier 348 applied to the gate of master FET 344 is also applied to the gate of FET 237. Resistor 350 and capacitor 351 provide a low pass filter between the output of operational amplifier 348 and the gate voltage of FET 237, but the DC voltage applied to the gates of master FET 344 and FET 237 is the same. is there.

好適な実施例において、マスタFET 344およびFET 237は、共通の基板上で相互に近接している。このように,VGA部品からVGA部品へのプロセス変動が重大であるとしても、一つのVGA部品において、マスタFET 344とFET 237のチャンネル抵抗特性対ゲート電圧は、密接にお互いに追従する。このように、FET 237の抵抗は、マスタFET 344の抵抗に等しく設定される。FET 237のチャネル抵抗が減少する時に、トランジスタ235および236を介した電流は増加する。したがって、本発明はCDMA入力段122の可変エミッタ ディジェネレーション正確に実行する方法を提供する。   In the preferred embodiment, master FET 344 and FET 237 are in close proximity to each other on a common substrate. Thus, even if process variation from VGA component to VGA component is significant, in one VGA component, the channel resistance characteristics vs. gate voltage of master FET 344 and FET 237 closely follow each other. Thus, the resistance of FET 237 is set equal to the resistance of master FET 344. As the channel resistance of FET 237 decreases, the current through transistors 235 and 236 increases. Thus, the present invention provides a method for accurately performing variable emitter degeneration of CDMA input stage 122.

FIG.7は図2で示す電流増幅器160A、160Bの一つの実施例を示す。図7に示す電流増幅器160の入力は、入力段120の出力またはもう一つの電流増幅器160の出力に接続されることができる。電流増幅器160は、ダーリントン差動増幅器510、カスケード差動増幅器520およびテイル(tail) 電流源570を備える。電流増幅器160は、電源508と506および電流源596と598によってバイアスされる。ダーリントン差動増幅器510が電気抵抗の分路-直列帰還を有するように、ダーリントン差動増幅器510はBJTs 580、586、588および594および図7に示されるトポロジでの(in topology)抵抗器582、584、590、592を備え、エンハンストされた電流利得およびプロセス変動不感性(insensitivity)を提供する。   FIG. 7 shows an embodiment of the current amplifiers 160A and 160B shown in FIG. The input of the current amplifier 160 shown in FIG. 7 can be connected to the output of the input stage 120 or the output of another current amplifier 160. The current amplifier 160 includes a Darlington differential amplifier 510, a cascaded differential amplifier 520, and a tail current source 570. Current amplifier 160 is biased by power supplies 508 and 506 and current sources 596 and 598. The Darlington differential amplifier 510 has BJTs 580, 586, 588 and 594 and the resistor 582 in topology shown in FIG. 7 so that the Darlington differential amplifier 510 has shunt-series feedback of electrical resistance. 584, 590, 592 and provides enhanced current gain and process variation insensitivity.

本発明において、本発明の抵抗器582、584、590、592により提供される電気抵抗の分路-直列帰還は、抵抗器を介した帰還電流を、入力ポート190を介した入力電流に等しくさせることに、注意されなければならない。このように、それらも電流分割器を提供するので、それらは帰還抵抗の比率によって、差動ダーリントン増幅器510の電流利得を高める。   In the present invention, the shunt-series feedback of electrical resistance provided by the resistors 582, 584, 590, 592 of the present invention makes the feedback current through the resistor equal to the input current through the input port 190. Special attention must be paid. Thus, they also provide a current divider, so they increase the current gain of the differential Darlington amplifier 510 by the ratio of the feedback resistors.

カスケード差動増幅器520は、テイル電流源570により形成されるテイル電流512の比率に従って可変電流増幅を提供するトランスリニア(translinear)ループを提供する。カスケード差動増幅器は、差動電流ミラー(トランスリニア ループ)のトポロジでの、BJTs 500、502、504および506を備え、差動電流ミラーはテイル電流512を変化させることによって、電流増幅器の利得を変化させることを可能とする。   Cascade differential amplifier 520 provides a translinear loop that provides variable current amplification according to the ratio of tail current 512 formed by tail current source 570. The cascaded differential amplifier comprises BJTs 500, 502, 504 and 506 in a differential current mirror (translinear loop) topology, the differential current mirror changing the tail current 512 to increase the gain of the current amplifier. It is possible to change.

電流増幅器160の利得は、テイル電流源570により制御される。差動ポート512を介して、テイル電流源570は、ダーリントン差動増幅器510およびカスケード差動増幅器520に接続される。各々の電流増幅器160の電流増幅は、制御ポート150に印加された図4および図5の指数関数発生器360により形成された制御電流を使用することによって、指数的に変化させられることが可能である。テイル電流源570は、電源509によって、バイアスされる。   The gain of current amplifier 160 is controlled by tail current source 570. The tail current source 570 is connected to the Darlington differential amplifier 510 and the cascaded differential amplifier 520 via the differential port 512. The current amplification of each current amplifier 160 can be changed exponentially by using the control current formed by the exponential function generator 360 of FIGS. 4 and 5 applied to the control port 150. is there. The tail current source 570 is biased by the power source 509.

図8は、テイル電流源570の一つの実施例を示している。テイル電流源570は以下を備える:指数関数発生器861;これは、指数関数発生器360の出力358と類似しているか又は同じ出力859を生じる指数関数発生器360(図4および5)と類似しているか、同じものでよい。指数関数発生器861は、一組のバイポーラ電流ミラー860に接続される。図8において、両方の回路は電源509に接続されるが、それらはまた、異なる電源に接続されることもできる。一組のバイポ―ラ電流ミラー860は、第一のBJTグループ822、824と830、および第二のBJTグループ832、834と840、および第一の抵抗器グループ826、828と844、及び第二の抵抗器グループ836、838と842とを具備する。一組のバイポーラ電流ミラーの目的は、指数関数発生器861により提供される制御電流を受けて、それをテイル電流512に変えることである。   FIG. 8 shows one embodiment of the tail current source 570. Tail current source 570 comprises: exponential function generator 861; this is similar to exponential function generator 360 output 358 or similar to exponential function generator 360 (FIGS. 4 and 5) producing the same output 859 Or the same thing. The exponential function generator 861 is connected to a set of bipolar current mirrors 860. In FIG. 8, both circuits are connected to a power source 509, but they can also be connected to different power sources. A set of bipolar current mirrors 860 includes first BJT groups 822, 824 and 830, and second BJT groups 832, 834 and 840, and first resistor groups 826, 828 and 844, and second. Resistor groups 836, 838 and 842. The purpose of the set of bipolar current mirrors is to receive the control current provided by the exponential function generator 861 and convert it to a tail current 512.

発明の実施例において、指数関数発生器360および861は同じ要素であって、電流増幅器160Aおよび160Bと同様に、CDMA入力段122に映されることができる単一の制御電流を都合よく提供する。この実施例は、電流増幅器160Aおよび160Bの電流利得(そして、このように、バッテリ上のDC電流ドレイン)を減らすことによって、CDMA入力段122の相互コンダクタンスが減少するのと同じ時間と同じ比で、均等な更なるDC効率を提供する。さらに、この装置は、全ての段内の全ての電流増幅がAGC増幅器の制御電圧に指数的に(デシベルで線型)関係すること確実にする。   In an embodiment of the invention, exponential function generators 360 and 861 are the same element and, like current amplifiers 160A and 160B, advantageously provide a single control current that can be projected to CDMA input stage 122. . This embodiment reduces the current gain of current amplifiers 160A and 160B (and thus the DC current drain on the battery), at the same time and ratio as the transconductance of CDMA input stage 122 is reduced. , Providing even more DC efficiency. Furthermore, this arrangement ensures that all current amplifications in all stages are exponentially (decibel and linear) related to the control voltage of the AGC amplifier.

このように、CDMAおよびFMモード内で最大の要素シェアリングを有するCDMAおよびFM信号上で高ダイナミックレンジを有するVGAを本発明は提供する。この種のVGAを利用している移動受信器は、より広い入力パワーレンジ上で信号を検出できる。VGAも、そのDCパワーの消費は最小である。したがって、VGAは移動通信装置において、使われることができ、そして、都合よく、バッテリの動作寿命を保護できる。最後に、VGAの利得は、DC制御電圧を線形に調節することによって、デシベル単位で線形に変化させられることが可能である。   Thus, the present invention provides a VGA with high dynamic range on CDMA and FM signals that has maximum element sharing within CDMA and FM modes. Mobile receivers using this type of VGA can detect signals over a wider input power range. VGA also consumes minimal DC power. Thus, VGA can be used in mobile communication devices and can advantageously protect the operating life of the battery. Finally, the VGA gain can be varied linearly in decibels by linearly adjusting the DC control voltage.

好適な実施例に関する以前の説明は、いずれの当業者も本発明を作るかまたは使用することを可能にするために提供される。これらの実施例への多様な修正は当業者には既に明らかであり、ここで定義される一般的な原理は発明能力を使うことなく他の実施例に適用されることができる。このように、本発明は、ここで示される実施例に限られることはなく、ここで開示される原理及び特徴に合致したもっとも広い範囲に与えられる。   The previous description of the preferred embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without using the inventive capabilities. Thus, the present invention is not limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and features disclosed herein.

Claims (32)

可変エミッタ ディジェネレーションを有する少なくとも一つのトランジスタを含み、増幅される信号を受信するための一対のディファレンシャル電圧入力を有し、及び一対のディファレンシャル電流出力を有する相互コンダクタンス入力段、
増幅される前記信号を増幅するために前記ディファレンシャル電流出力に接続された少なくとも一つの電流増幅器、及び
前記相互コンダクタンス入力段と前記少なくとも一つの電流増幅器に制御信号を印加するために、前記相互コンダクタンス入力段と前記少なくとも一つの電流増幅器に接続された制御回路であって、前記制御信号は制御電圧内の線形変化に応答して前記相互コンダクタンス入力段と前記少なくとも一つの電流増幅器の利得を指数的に変化させる、該制御回路、
を備える可変利得増幅器。
A transconductance input stage comprising at least one transistor having variable emitter degeneration, having a pair of differential voltage inputs for receiving the amplified signal, and having a pair of differential current outputs;
At least one current amplifier connected to the differential current output to amplify the signal to be amplified; and the transconductance input to apply a control signal to the transconductance input stage and the at least one current amplifier. A control circuit connected to the stage and the at least one current amplifier, wherein the control signal exponentially increases the gain of the transconductance input stage and the at least one current amplifier in response to a linear change in control voltage. Changing the control circuit;
A variable gain amplifier comprising:
前記相互コンダクタンス入力段は、
固定された相互コンダクタンスを有するアナログ変調入力段;及び、
可変相互コンダクタンスを有するディジタル変調入力段であって、前記可変相互コンダクタンスは前記制御信号によって変化される、ディジタル変調入力段、
を備えた請求項1の可変利得増幅器。
The transconductance input stage comprises:
An analog modulation input stage having a fixed transconductance; and
A digital modulation input stage having a variable transconductance, wherein the variable transconductance is varied by the control signal;
The variable gain amplifier of claim 1 comprising:
モード選択信号に応答して前記少なくとも一つの電流増幅器に、前記アナログ変調入力段と前記ディジタル変調入力段とを交互に接続するための少なくとも一つのモード選択スイッチを、更に備えている請求項2の可変利得増幅器。   3. The apparatus according to claim 2, further comprising at least one mode selection switch for alternately connecting the analog modulation input stage and the digital modulation input stage to the at least one current amplifier in response to a mode selection signal. Variable gain amplifier. 前記相互コンダクタンス入力段は、
前記ディファレンシャル電圧入力の第一の入力に接続されたベースを有する第一のバイポーラ接合トランジスタと、
前記ディファレンシャル電圧入力の第二の入力に接続されたベースを有する第二のバイポーラ接合トランジスタと、及び
前記第一のバイポーラ接合トランジスタのエミッタに接続されたソース、および前記第二のバイポーラ接合トランジスタのエミッタに接続されたドレイン、および前記制御信号を受信するために前記制御回路に接続されたゲートとを有する従属(slave)電界効果トランジスタ、とを備え、
前記制御信号は前記従属電界効果トランジスタのチャネル抵抗を変化させ、それによって、前記可変エミッタ ディジェネレーションを変化させる、請求項1の可変利得増幅器。
The transconductance input stage comprises:
A first bipolar junction transistor having a base connected to a first input of the differential voltage input;
A second bipolar junction transistor having a base connected to a second input of the differential voltage input; and a source connected to an emitter of the first bipolar junction transistor; and an emitter of the second bipolar junction transistor. A slave field effect transistor having a drain connected to and a gate connected to the control circuit for receiving the control signal;
The variable gain amplifier of claim 1, wherein the control signal changes a channel resistance of the dependent field effect transistor, thereby changing the variable emitter degeneration.
前記相互コンダクタンス入力段は更に前記ディファレンシャル電流出力を制限するための減衰器を備える、請求項4の可変利得増幅器。   The variable gain amplifier of claim 4, wherein the transconductance input stage further comprises an attenuator for limiting the differential current output. 前記制御回路は、
前記制御電圧内の線形変化を制御電流内の指数的変化に変換するための指数関数発生器、
前記指数関数発生器に接続され、前記制御電流を受信する第一の演算増幅器回路であって、前記従属電界効果トランジスタの前記チャンネル抵抗を制御する前記第一の演算増幅器回路、
前記従属電界効果トランジスタのドレイン−ソース電圧を制御するための第二の演算増幅器回路、及び
前記第一の演算増幅器回路と前記少なくとも一つの電流増幅器に前記信号を供するための電流ミラー、
とを備えた、請求項4の可変利得増幅器。
The control circuit includes:
An exponential function generator for converting a linear change in the control voltage into an exponential change in the control current;
A first operational amplifier circuit connected to the exponential function generator and receiving the control current, the first operational amplifier circuit controlling the channel resistance of the dependent field effect transistor;
A second operational amplifier circuit for controlling a drain-source voltage of the subordinate field effect transistor; and a current mirror for providing the signal to the first operational amplifier circuit and the at least one current amplifier;
The variable gain amplifier of claim 4 comprising:
前記第一の演算増幅器回路は、
基準抵抗器と並列に接続されたマスタ電界効果トランジスタ、及び、
前記従属電界効果トランジスタの前記チャンネル抵抗を前記マスタ電界効果トランジスタのチャネル抵抗と同じにする演算増幅器、
を備えた、請求項7の可変利得増幅器。
The first operational amplifier circuit includes:
A master field effect transistor connected in parallel with a reference resistor; and
An operational amplifier for making the channel resistance of the subordinate field effect transistor the same as the channel resistance of the master field effect transistor;
The variable gain amplifier of claim 7, comprising:
前記少なくとも一つの電流増幅器は、
電気抵抗の分路-直列帰還を有する差動ダーリントン増幅器、
トランスリニア ループとして前記差動ダーリントン増幅器に接続された、差動カスケード増幅器、及び
前記制御回路、前記差動ダーリントン増幅器、および、前記差動カスケード増幅器とに接続されたテイル電流源であって、テイル電流のディファレンシャル対を形成する前記テイル電流源、とを備え、
前記電流増幅器の利得は、前記差動対のテイル電流の比に比例する、
請求項1の可変利得増幅器。
The at least one current amplifier comprises:
Electrical resistance shunt-differential Darlington amplifier with series feedback,
A differential cascade amplifier connected as a translinear loop to the differential Darlington amplifier; and a tail current source connected to the control circuit, the differential Darlington amplifier, and the differential cascade amplifier, The tail current source forming a differential pair of currents, and
The gain of the current amplifier is proportional to the ratio of the tail current of the differential pair,
The variable gain amplifier according to claim 1.
前記差動ダーリントン増幅器は、
前記相互コンダクタンス入力段の前記ディファレンシャル電流出力の一つに接続されたベースを有する第一のバイポーラ接合トランジスタ、
前記相互コンダクタンス段の前記ディファレンシャル電流出力の内の他の一つに接続されたベースを有する第二のバイポーラ接合トランジスタ、
前記第一のバイポーラ接合トランジスタのコレクタに第一の終端で接続され、及び前記第一のバイポーラ接合トランジスタの前記ベースに第二の終端で接続された第一の電流分割器、及び
前記第二のバイポーラ接合トランジスタのコレクタに第一の終端で接続され、前記第二のバイポーラ接合トランジスタの前記ベースに第二の終端で接続された第二の電流分割器、を備え、
前記差動ダーリントン増幅器の電流利得は、前記第1および第2の電流分割器内の抵抗の比率によって増加する、請求項8の可変利得増幅器。
The differential Darlington amplifier is:
A first bipolar junction transistor having a base connected to one of the differential current outputs of the transconductance input stage;
A second bipolar junction transistor having a base connected to the other one of the differential current outputs of the transconductance stage;
A first current divider connected to the collector of the first bipolar junction transistor at a first end, and connected to the base of the first bipolar junction transistor at a second end; and the second A second current divider connected at a first end to a collector of a bipolar junction transistor and connected at a second end to the base of the second bipolar junction transistor;
The variable gain amplifier of claim 8, wherein a current gain of the differential Darlington amplifier increases with a ratio of resistances in the first and second current dividers.
相互コンダクタンス増幅器を含む入力段、
前記入力段に接続された電流増幅器、及び
印加された制御電圧の関数として前記増幅器の利得を指数的に変化させるために、前記電流増幅器に線形に調節された制御電圧を印加する手段、とを備えている入力信号を処理する増幅器。
An input stage including a transconductance amplifier;
A current amplifier connected to the input stage, and means for applying a linearly regulated control voltage to the current amplifier to exponentially change the gain of the amplifier as a function of the applied control voltage. An amplifier that processes the input signal provided.
前記相互コンダクタンス増幅器が可変相互コンダクタンスを有する、請求項10の増幅器。   The amplifier of claim 10, wherein the transconductance amplifier has a variable transconductance. 前記入力段は、更に前記相互コンダクタンス増幅器に接続された減衰器を備える請求項11の増幅器。   The amplifier of claim 11, wherein the input stage further comprises an attenuator connected to the transconductance amplifier. 前記減衰器は、ギルバート・セル減衰器である、請求項12の増幅器。   The amplifier of claim 12, wherein the attenuator is a Gilbert cell attenuator. 前記相互コンダクタンス増幅器に接続された相互コンダクタンス増幅器バイアス制御回路、を更に備えた請求項11の増幅器。   The amplifier of claim 11, further comprising a transconductance amplifier bias control circuit connected to the transconductance amplifier. 前記入力信号は、二つの平衡信号を含み、及び前記相互コンダクタンス増幅器は、更に
能動素子であって、各平衡信号は前記能動素子のそれぞれの入力に加えられる能動素子、
前記能動素子にそれぞれ接続された電流源、及び
前記能動素子と前記電流源とに接続された可変抵抗、
とを具備する請求項14の増幅器。
The input signal includes two balanced signals, and the transconductance amplifier is further an active element, each balanced signal being applied to a respective input of the active element;
A current source connected to each of the active elements; and a variable resistor connected to the active element and the current source;
15. The amplifier of claim 14 comprising:
前記減衰器は、更に
第二の能動素子、及び
第3の能動素子を備え、
前記第二の能動素子と前記第3の能動素子は、第一の能動素子に接続されている請求項15の増幅器。
The attenuator further comprises a second active element and a third active element,
The amplifier of claim 15, wherein the second active element and the third active element are connected to a first active element.
前記相互コンダクタンス・バイアス制御回路は、更に
指数関数発生器、
前記指数関数発生器に接続された第一の演算増幅器回路、
前記第一の演算増幅器回路に接続された第二の演算増幅器回路、及び、
前記第一の演算増幅器回路に接続された電流源、
を具備する請求項14の増幅器。
The transconductance bias control circuit further includes an exponential function generator,
A first operational amplifier circuit connected to the exponential function generator;
A second operational amplifier circuit connected to the first operational amplifier circuit; and
A current source connected to the first operational amplifier circuit;
15. The amplifier of claim 14 comprising:
前記相互コンダクタンス増幅器バイアス制御回路は、更に
前記第一の演算増幅器回路に接続されたローパスフィルタ、
を備える請求項17の増幅器。
The transconductance amplifier bias control circuit further includes a low-pass filter connected to the first operational amplifier circuit;
18. The amplifier of claim 17 comprising:
前記指数関数発生器は、
一対の能動素子、
前記能動素子に接続された電流源、及び
前記能動素子にそれぞれ接続された一対の電流ミラー、
を備える請求項17の増幅器。
The exponential generator is
A pair of active elements,
A current source connected to the active element; and a pair of current mirrors respectively connected to the active element;
18. The amplifier of claim 17 comprising:
前記第一の演算増幅器回路は、
マスタ能動素子、
前記マスタ能動素子に接続された基準抵抗器、及び
第1と第2の入力、及び出力を有する差動増幅器、を備え、
前記マスタ能動素子は前記差動増幅器の前記第一の入力と前記出力に接続され、及び前記基準抵抗器は前記差動増幅器の前記第二の入力に接続される、請求項17の増幅器。
The first operational amplifier circuit includes:
Master active element,
A reference resistor connected to the master active element; and a differential amplifier having first and second inputs and an output;
The amplifier of claim 17, wherein the master active device is connected to the first input and the output of the differential amplifier, and the reference resistor is connected to the second input of the differential amplifier.
前記第二の演算増幅器回路は、さらに
第1および第2の入力を有する非反転単一利得増幅器、
前記非反転単一利得増幅器の前記第一の入力に接続された第一の入力抵抗、及び
前記非反転単一利得増幅器の前記第二の入力に接続された前記第二の入力抵抗、を備えた請求項17の増幅器。
The second operational amplifier circuit further comprises a non-inverting unity gain amplifier having first and second inputs;
A first input resistance connected to the first input of the non-inverting single gain amplifier; and a second input resistance connected to the second input of the non-inverting single gain amplifier. The amplifier of claim 17.
前記電流増幅器段は、
ダーリントン差動増幅器、
前記ダーリントン差動増幅器アンプに接続されたカスケード差動増幅器、及び
前記ダーリントン差動増幅器および前記カスケード差動増幅器に接続されているテイル電流発生器、を備えた請求項11の増幅器。
The current amplifier stage comprises:
Darlington differential amplifier,
12. The amplifier of claim 11, comprising: a cascaded differential amplifier connected to the Darlington differential amplifier amplifier; and a tail current generator connected to the Darlington differential amplifier and the cascaded differential amplifier.
前記ダーリントン差動増幅器は、
一対の第一の能動素子、
前記第一の能動素子にそれぞれ接続された一対の第二の能動素子、
前記第一の能動素子と前記第二の能動素子にそれぞれ接続された一対の第一の抵抗器、
前記第一の能動素子と前記第二の能動素子にそれぞれ接続された一対の第二の抵抗器、及び
前記第一の能動素子と前記第二の能動素子にそれぞれ接続された一対の電流源、を具備する、請求項22の増幅器。
The Darlington differential amplifier is
A pair of first active elements,
A pair of second active elements respectively connected to the first active elements;
A pair of first resistors respectively connected to the first active element and the second active element;
A pair of second resistors respectively connected to the first active element and the second active element; and a pair of current sources respectively connected to the first active element and the second active element; 23. The amplifier of claim 22 comprising:
前記カスケード差動増幅器は、
一対の第一の能動素子、及び
前記第一の能動素子にそれぞれ接続された一対の第二の能動素子、
を具備する、請求項22の増幅器。
The cascade differential amplifier is:
A pair of first active elements; and a pair of second active elements respectively connected to the first active elements;
23. The amplifier of claim 22 comprising:
前記テイル電流発生器は、
指数関数発生器、及び
前記指数関数発生器に接続された一対の電流ミラー、備えた請求項22の増幅器。
The tail current generator is
23. The amplifier of claim 22, comprising: an exponential function generator; and a pair of current mirrors connected to the exponential function generator.
前記指数関数発生器は、
一対の能動素子、
前記能動素子に接続された電流源、及び
前記能動素子にそれぞれ接続された一対の電流ミラー、を具備する請求項25の増幅器。
The exponential generator is
A pair of active elements,
26. The amplifier of claim 25, comprising: a current source connected to the active element; and a pair of current mirrors respectively connected to the active element.
前記一対の電流ミラーは、
一対の第一の能動素子、
前記第一の能動素子にそれぞれ接続された一対の第二の能動素子、
前記第1および第2の能動素子にそれぞれ接続された一対の第3の能動素子、
前記第一の能動素子にそれぞれ接続された一対の第一の抵抗器、及び
前記第一、第2、および、第3の能動素子にそれぞれ接続された一対の第二の抵抗器、を備えた、請求項25の増幅器。
The pair of current mirrors includes:
A pair of first active elements,
A pair of second active elements respectively connected to the first active elements;
A pair of third active elements respectively connected to the first and second active elements;
A pair of first resistors respectively connected to the first active element; and a pair of second resistors respectively connected to the first, second, and third active elements. 26. The amplifier of claim 25.
増幅器が電流増幅器に接続された相互コンダクタンス増幅器を含み、相互コンダクタンス増幅器が
相互コンダクタンス増幅器に入力信号を印加し、及び
入力信号の電流振幅を修正する工程、
を備えている、増幅器内で入力信号を処理する方法。
The amplifier includes a transconductance amplifier connected to the current amplifier, the transconductance amplifier applying an input signal to the transconductance amplifier, and modifying the current amplitude of the input signal;
A method of processing an input signal in an amplifier comprising:
線形に可変の制御電圧を増幅器に印加し、入力信号の電流振幅内で対応する指数変化を生ぜしめる工程を、さらに具備した請求項28の方法。   29. The method of claim 28, further comprising the step of applying a linearly variable control voltage to the amplifier to produce a corresponding exponent change within the current amplitude of the input signal. 一対の電流を形成する工程であって、入力信号の電流振幅を変化させるように、その振幅比が御電圧で指数的に変化する、上記工程を備えた請求項28の方法。   30. The method of claim 28, comprising the step of forming a pair of currents, wherein the amplitude ratio varies exponentially with the control voltage so as to change the current amplitude of the input signal. 入力信号の電流振幅を変化させるように、前記相互コンダクタンス増幅器内でディジェネレーティブ帰還を修正する工程を、さらに備えた請求項28の方法。   29. The method of claim 28, further comprising modifying degenerative feedback in the transconductance amplifier to change the current amplitude of the input signal. 前記相互コンダタタンス増幅器に制御電圧を印加する、
前記制御電圧を一対の電流に変換する工程であって、その振幅比が記制御電圧に指数的に比例する、前記工程、
前記電流対を内部電圧に変換する工程、及び
前記一対の電流の前記振幅比内での線形変化が該信号の前記電流振幅を線型に変えるように、前記内部電圧で前記相互コンダタタンス増幅器内の縮体性帰還を修正する工程、
をさらに具備する、入力信号の電流振幅を修正するための請求項28の方法。
Applying a control voltage to the mutual conductance amplifier;
Converting the control voltage into a pair of currents, the amplitude ratio being exponentially proportional to the control voltage;
Converting the current pair into an internal voltage; and a reduction in the mutual-conductance amplifier at the internal voltage such that a linear change in the amplitude ratio of the pair of currents changes the current amplitude of the signal into a linear form. The process of correcting sexual feedback,
30. The method of claim 28, further comprising modifying the current amplitude of the input signal.
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