专利汇可以提供Pseudo logarithm if amplifier专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且PURPOSE: To reduce the circuitry and to reduce consumption current by forming a rectification, device with the parallel connection of an inbalance differential pair transistor and a balance differential pair transistor.
CONSTITUTION: Multi-stage connection differential amplifiers A
1 to A
n and the rectification device corresponding to an input signal VIN or output signals V
1 to V
n of the differential amplifiers A
1 to A
n are provided. In the case of the (n)th stage rectification device, a gate width W and a gate length L are set to the specified ratio to be driven by a constant current source Io
(n+1) . Inbalancing differential pair transistors M
(n+1)3 and M
(n+1)4 in parallel with th8 unbalancing differential pair transistors M
(n+1)1 and M
(n+1)2 are provided and current mirror circuits M
10(n+1) and M
20(n+1) forming the differential current of the two differential pairs are provided. The W/L ratio of the gate width W and the gate length L of each pair transistor and the relative ratio for each W/L are set. Current mirror circuits M
10(0) and M
20(0) add the differential output current of the rectification device. Thus, the rectification circuit can be reduced.
COPYRIGHT: (C)1993,JPO&Japio,下面是Pseudo logarithm if amplifier专利的具体信息内容。
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、折線近似される擬似対数IF増幅器に係り、特にC−MOS集積回路上に構成される擬似対数IF増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】C−MOS集積回路上に構成される折線近似タイプの擬似対数IF増幅器としては、従来、例えば図4に示すものが知られている。 これは、特開昭62
−292010号公報記載のものであるが、多段に縦続接続される差動増幅器のそれぞれに2組の不平衡差動対トランジスタからなる両波整流器を設け、各両波整流器の出力を加算するようにしたものである。 以下、動作概要を説明する。
【0003】各段の不平衡差動対トランジスタ(T
n+1 、T (n+1)k )の2組は、それぞれ、ゲート幅Wとゲート長Lの比(W/L)の比が共に1:k(k>1)の同一構成であって、比が1であるトランジスタ(T n+1 、
T n+1 )のドレイン同士及び比がkであるトランジスタ(T (n+1)k 、T (n+1)k )のドレイン同士が共通接続され、また2組の不平衡差動対トランジスタの相互間において比が異なるトランジスタ(T n+1 、T (n+1)k )のゲート同士が共通接続される。 ここに、βは、トランジスタT 11の比(W 11 /L 11 )を用いて次の数式5で示される。 なお同式中、μ nはトランジスタの移動度、C OXはゲート酸化膜容量である。
【0004】
【数5】
【0005】また、1つの不平衡差動対トランジスタにおける2つのトランジスタ相互間の比kは、第1段目の不整合差動対トランジスタ(T 11 、T 1k )それぞれの比(W 11 /L 11 、同(W 1k /L 1k )を用いて次の数式6のように定める。
【0006】
【数6】
【0007】また、不平衡差動対トランジスタ(T 11 、
T 1k )において、ゲート・ソース間電圧をV GS1 、V GS2 、
スレッショルド電圧をV tとおくと、I 1 〜I 4は次の数式7〜同10と表せる。
【0008】
【数7】
【0009】
【数8】
【0010】
【数9】
【0011】
【数10】
【0012】すると、I 11は次の数式11、同12で、
またV INは次の数式13でそれぞれ表せるので、ΔI 1
は数式14のように求まる。
【0013】
【数11】
【0014】
【数12】
【0015】
【数13】
【0016】
【数14】
【0017】即ち、数式14は、電流ΔI 1が入力電圧V INに対して2乗両波整流特性を有していることを示している。 同様に、第2段目の不平衡差動対トランジスタから第n段目の不平衡差動対トランジスタまでの電流(ΔI 2 、……、ΔI n+1 )は次の数式15、同16と求まる。
【0018】
【数15】
【0019】
【数16】
【0020】ここで、数式14〜同16で示される電流(ΔI 1 、ΔI 2 、……、ΔI n+1 )の値と定電流源(I 11 、
I 22 、……、I n(n+1) )の関係は、次の数式17〜同1
9を満たすことは明らかである。
【0021】
【数17】
【0022】
【数18】
【0023】
【数19】
【0024】ここで、V IN 、V 1 、……、V OUTの値がいかに大きくても、電流(ΔI 1 、ΔI 2 、……、ΔI
n+1 )は数式17〜同19で示される値の範囲内に入る。
また、V 1 、……、V OUTは差動増幅器の出力であるから、入力信号V INが次第に大きくなると、V OUTからV
1までの出力が順次飽和して行く。 従って、加算器を構成するトランジスタ(T 10 、……、T 60 )の出力電流I
OUTは次の数式20であるが、この出力電流I OUTは、
差動増幅器の最大出力電圧をカレントソース(I 01 、I
02 、……、I 0n )及び抵抗(R 01 、R 02 、……、R 0n )
を適宜設定することで一定符号の値にできる。 即ち、出力電流I OUTの特性を、入力電圧V INに対して近似的に対数特性とすることができる。
【0025】
【数20】
【0026】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の擬似対数IF増幅器は、2つの不平衡差動対トランジスタで1
つの両波整流器を構成しているので、カレントソースが整流器の数の2倍必要となり、消費電流が増大する。 また、回路自体も1つの整流器に対して2つの不整合差動対トランジスタを必要とし回路規模が増大するという問題がある。
【0027】本発明の目的は、消費電流の低減と回路規模縮小化を可能にする擬似対数IF増幅器を提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、本発明の擬似対数IF増幅器は次の如き構成を有する。 即ち、第1発明の擬似対数IF増幅器は、多段に従属接続される差動増幅器と; 前記差動増幅器の入力信号または出力信号の対応するものをそれぞれ受ける整流器であって、それぞれ、並列接続される第1及び第2の差動対トランジスタを備える整流器と; 前記整流器それぞれの差動出力電流を全て加算する加算器と; を備え、前記第1の差動対トランジスタは、定電流源I 0で駆動されると共に、その2つのトランジスタのゲート幅Wとゲート長Lの比(W/L)の比が1:k 1 (k 1 ≠
1)であり; 前記第2の差動対トランジスタは、{2
√k 1 /(k 1 +1)}I 0の定電流源で駆動されると共に、その2つのトランジスタのゲート幅Wとゲート長Lの比(W/L)が等しく、且つ、その比(W/L)は前記第1の差動対の一方のトランジスタの比(W/L)
の4k 1 √k 1 /(k 1 +1) 2倍である;ことを特徴とするものである。
【0029】又、第2発明の擬似対数IF増幅器は、前記第1発明の擬似対数IF増幅器において; 定電流源I 0 ′で駆動される2つのトランジスタのゲート幅Wとゲート長Lの比(W/L)の比が1:k 2 (k 2 ≠1)
である第3の差動対トランジスタと; 定電流源{2√
k 2 /(k 2 +1)}I 0 ′で駆動される2つのトランジスタのゲート幅Wとゲート長Lの比(W/L)が等しく、且つ、その比(W/L)は前記第3の差動対の一方のトランジスタの比(W/L)の4k 2 √k 2 /(k 2
+1) 2倍である第4の差動対トランジスタと; が前記並列接続される第1及び第2の差動対トランジスタに並列接続され、且つ、k 1及びk 2と差動増幅器の利得g
Vとの間に
【0030】
【数21】
【0031】または
【0032】
【数22】
【0033】なる関係がある; ことを特徴とするものである。
【0034】更に、第3発明の擬似対数IF増幅器は、
前記第2発明の擬似対数IF増幅器において; 定電流源I 0 ″で駆動される2つのトランジスタのゲート幅W
とゲート長Lの比(W/L)の比が1:k i (k i ≠
1;i=3、……、m)である第5の差動対トランジスタと; 定電流源{2√k i /(k i +1)}I 0 ″で駆動される2つのトランジスタのゲート幅Wとゲート長Lの比(W/L)が等しく、且つ、その比(W/L)は前記第5の差動対の一方のトランジスタの比(W/L)
の4k i √k i /(k i +1) 2倍である第6の差動対トランジスタと;を1組とする2(m−2)組が前記並列接続される第1〜第4のトランジスタに並列接続され、
且つ、k m及びk m-1と差動増幅器の利得g Vとの間に
【0035】
【数23】
【0036】または
【0037】
【数24】
【0038】なる関係がある; ことを特徴とするものである。
【0039】
【作用】次に、前記の如く構成される本発明の擬似対数IF増幅器の作用を説明する。 本発明では、整流器を所謂不平衡差動対トランジスタと平衡差動対トランジスタとの並列接続で構成したので、整流器の回路がそれ程大きくならずに済み、また消費電流もそれ程多くはならないで済む利点がある。 なお、第2及び第3の発明によれば、対数特性の直線性を良好にできる。
【0040】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 図1は、本発明の一実施例に係る擬似対数IF増幅器を示す。 図1において、この第1実施例に係る擬似対数IF増幅器は、多段に従属接続される差動増幅器A
i (i=1、2、……、n)と、この差動増幅器A iの入力信号または出力信号の対応するものをそれぞれ受ける整流器と、この整流器それぞれの出力を全て加算する加算器とで構成される。
【0041】各整流器は、2組の対トランジスタ{(M
(n+1)1 、M (n+1)2 )、(M (n+1)3 、M (n+1)4 )}を中心に構成される。 対トランジスタ(M (n+1)1 、M (n+1)2 )
は、ゲート幅Wとゲート長Lの比(W/L)の比が1:
k 1である不平衡差動対トランジスタであり、定電流源I 0(n+1)によって駆動される。 また、対トランジスタ(M (n+1)3 、M (n+1)4 )は、ゲート幅とゲート長の比(W/L)が等しく共に例えばトランジスタM (n+1)1の比(W/L)の4k 1 √k 1 /(k 1 +1) 2倍である平衡差動対トランジスタであり、定電流源(2√k 1 /
(k 1 +1))I 0(n+1)によって駆動される。 そして、
2組の対トランジスタの相互間では、トランジスタ(M
(n+1)1 、M (n+1)4 )のベース同士及びトランジスタ(M
(n+1)2 、M (n+1)3 )のベース同士はそれぞれ共通接続され入力対を構成し、トランジスタ(M (n+1)1 、
M (n+1)3 )のドレイン同士及びトランジスタ(M (n+1)2 、M (n+1)4 )のドレイン同士はそれぞれ共通接続され出力対を構成する。 この出力対には差電流を形成するカレントミラー回路(M 10(n+1 ) 、M 20(n+1 ) )
が設けられる。
【0042】また、加算器はカレントミラー回路(M
10(0) 、M 20(0) )を備え、各整流器の出力の全てを加算する。
【0043】さて、以上の構成において、各整流器の不平衡差動対トランジスタでは相互間のゲート幅Wとゲート長Lの比(W/L)の比は、それぞれ同一である必要はないが説明の便宜上それぞれ同一のk 1であるとする。 即ち、β 1は、トランジスタM 11のゲート幅とゲート長の比(W 11 /L 11 )を用いて次の数式25で示される。
【0044】
【数25】
【0045】また、1つの不平衡差動対トランジスタ相互間の比k 1は、第1段目の不平衡差動対トランジスタ(M 11 、M 12 )それぞれの比(W 11 /L 11 )、同(W 12
/L 12 )を用いて次の数式26と置く。
【0046】
【数26】
【0047】すると、トランジスタM 11 、同M 12のドレイン電流I d11 、同I d12は、次の数式27、同28で表せる。
【0048】
【数27】
【0049】
【数28】
【0050】また、定電流源I 01 、入力電圧V INは、次の数式29、同30で示される。
【0051】
【数29】
【0052】
【数30】
【0053】以上の各式から、I d11 −I d12は、次の数式31と求まる。
【0054】
【数31】
【0055】そこで、I d11 −I d12を次の数式32のように置くと、直流成分ΔI 1DCは数式33、2乗特性成分ΔI 1SQは数式34、交流成分ΔI 1DIFFは数式3
5でそれぞれ表せる。
【0056】
【数32】
【0057】
【数33】
【0058】
【数34】
【0059】
【数35】
【0060】次に、このΔI 1DIFFは、入力電圧V INにほぼ比例する通常の所謂平衡差動対の直流特性と考えて良いから、この成分を対トランジスタ(M 13 、M 14 )によって消去する。 トランジスタM 13 、同M 14のドレイン電流I d13 、同I d14は、比(W/L)がトランジスタM 11の4k 1 √k 1 /(k 1 +1) 2倍であるので、数式36、同37で表せる。
【0061】
【数36】
【0062】
【数37】
【0063】同様に、定電流源は、対トランジスタ(M
11 、M 12 )の定電流源の2√k 1 /(k 1 +1)倍であるので、両ドレイン電流の和は数式38となる。
【0064】
【数38】
【0065】また、ゲート・ソース間電圧と入力電圧との関係は数式39で表せる。
【0066】
【数39】
【0067】以上の各式から、I d13 −I d14を解くと、数式40となり、これはI 1DIFFに負の符号を付けたものである。 つまり、(I d11 +I d13 )と(I d12
+I d14 )の差をΔI 1とすると、ΔI 1 =(I d11 −I
d12 )+(I d13 −I d14 )=(数式31)+(数式4
0)=ΔI 1DC +ΔI 1DSQとなり、I 1DIFFの成分を消去でき、結局ΔI 1は数式41と表せる。
【0068】
【数40】
【0069】
【数41】
【0070】従って、入力信号(電圧V IN )を正弦波と考え、数式42と置くと、ΔI 1は数式43のようになる。
【0071】
【数42】
【0072】
【数43】
【0073】以上のことは2段目以降の各段についても同様であり、2段目の2組の対トランジスタ{(M 21 、
M 22 )、(M 23 、M 24 )}の差動出力電流の和ΔI 2
は、入力電圧V 1をV 1 =│V 1 │cos(2πft+θ
1 )とすると、数式44となる。 また、最終段の2組の対トランジスタ{(M (n+1)1 、M (n+1)2 )、
(M (n+1)3 、M (n+1)4 )}の差動出力電流の和ΔI n+1
は、入力電圧V nをV n =│V n │・cos(2πft+θ
n )とすると、数式45となる。
【0074】
【数44】
【0075】
【数45】
【0076】斯くして、各整流器の出力(ΔI 1 、ΔI
2 、……、ΔI n+1 )はカレントミラー回路(M
10(n+1) 、M 20(n+1) )からなる加算器で加算され、I
RSSIとなる(数式46)。 なお、数式46において、V
0 =V IN 、θ 0 =0としている。
【0077】
【数46】
【0078】そして、I RSSIの交流成分は外付けのコンデンサC RECにより除去されるので、I RSSIの直流成分(I RSSIにバーを付して示す)は数式47と表せる。
【0079】
【数47】
【0080】即ち、図1の回路においては、ΔI iは、
入力電圧V INが次第に大きくなるのに伴い、差動増幅器A iの電圧利得があるため、後段のΔI n+1から順にΔ
I 2 、ΔI 1と飽和して行く。 ΔI iのバー(直流成分)についても同様であり、その直流成分についての様子を入力電圧V INをdB表示して図2に示してある。
【0081】次に、図3は、本発明の他の実施例に係る擬似対数IF増幅器における初段の整流器を示す。 図3
において、対トランジスタ(M 15 、M 16 )と同(M 17 、
M 18 )を第1実施例における2組の対トランジスタに並列接続してあるが、対トランジスタ(M 15 、M 16 )はゲート幅Wとゲート長Lの比(W/L)の比は1:k
2 (k 2 ≠1)である不平衡差動対であって、定電流源I 0 ′によって駆動される。 また、対トランジスタ(M
17 、M 18 )は、ゲート幅とゲート長の比(W/L)が等しく共にトランジスタM 15 、同M 16の一方のトランジスタの比(W/L)の4k 2 √k 2 /(k 2 +1) 2倍である平衡差動対であり、定電流源(2√k 1 /(k 1 +
1))I 0 ′によって駆動される。
【0082】対トランジスタ(M 15 、M 16 )と同(M 17 、M 18 )についても数式31と同様に差動出力電流ΔI 12を求めると、数式48となり、これに数式42
を代入して数式49を得る。
【0083】
【数48】
【0084】
【数49】
【0085】ここで、数式48と同49において、β 2
=β 1とする。 そして、縦続接続される差動増幅器A i
は全て同一の利得である必要はないが、説明の便宜上同一の利得g Vであるとし、次の数式50が成り立つとする。
【0086】
【数50】
【0087】すると、数式49は、数式51と表され、
従って、その直流成分は数式52となる。
【0088】
【数51】
【0089】
【数52】
【0090】即ち、G Vを次の数式53のように定め、
入力電圧V INをdB表示すれば、数式52から、出力電流ΔI 1の直流成分(ΔI 1のバー)対し出力電流ΔI
12の直流成分は入力レベルが(1/2)G Vだけ低い方へシフトして動作することが分かる。
【0091】
【数53】
【0092】このことは、第2段目以降の各差動対トランジスタについても同様であって、各差動対トランジスタが受け持つ動作ダイナミックレンジは、等価的に(1
/2)G Vずつとなり、その結果、対数特性の直線性が改善されるのである。
【0093】一方、差動増幅器A iの利得g Vについて、次の数式54が成り立つとする。
【0094】
【数54】
【0095】すると、数式49は、次の数式55で表される。
【0096】
【数55】
【0097】即ち、今度は、入力電圧V INをdB表示すれば、出力電流ΔI 1の直流成分に対して出力電流ΔI
12の直流成分は(1/2)G Vだけ入力レベルが高い方へシフトして動作することになる。 このことは、第2段目以降の各差動対トランジスタについても同様であって、各差動対トランジスタが受け持つ動作ダイナミックレンジは、(1/2)G Vずつとなり、その結果、対数特性の直線性が改善されるのである。
【0098】更に、各段当たりの差動対トランジスタの組数を2mとし、次の数式56又は同57が成り立つ時は、各段の差動対トランジスタが受け持つ動作ダイナミックレンジは等価的に(1/m)G Vずつとなり、対数特性の直線性が更に改善されるのである。
【0099】
【数56】
【0100】
【数57】
【0101】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の擬似対数IF増幅器によれば、整流器を所謂不平衡差動対トランジスタと平衡差動対トランジスタとの並列接続で構成したので、整流器の回路がそれ程大きくならずに済み、また消費電流もそれ程多くはならないで済む効果がある。
また、第2及び第3の発明によれば、対数特性の直線性が改善される効果もある。
【図1】本発明の第1実施例に係る擬似対数IF増幅器の回路図である。
【図2】本発明の擬似対数IF増幅器の特性図である。
【図3】本発明の第2実施例に係る擬似対数IF増幅器の要部の回路図である。
【図4】従来の擬似対数IF増幅器の回路図である。
A 1 〜A n差動増幅器 (M (n+1)1 、M (n+1)2 ) 不平衡差動対トランジスタ (M (n+1)3 、M (n+1)4 ) 平衡差動対トランジスタ (M 15 、M 16 ) 不平衡差動対トランジスタ (M 17 、M 18 ) 平衡差動対トランジスタ (M 10(n+1) 、M 20(n+1) ) カレントミラー回路 (M 10(0) 、M 20(0) ) カレントミラー回路 I 0(n+1) 、2√k 1 /(K 1 +1)I 0(n+1)定電流源 I 01 ′、2√k 2 /(K 2 +1)I 01 ′ 定電流源
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