專利名稱：低耗電的可變增益放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及可變增益放大器，尤其是有關為了在無線通信機構內發送功率控制中使用的可變增益放大器的構成。
背景技術：
由于可變增益放大器(VGA)可以改變其增益，所以在各種各樣的用途中使用。例如在無線通信機內有必要根據使用環境控制發送功率，為了調整這樣的發送信號的功率，使用可變增益放大器。
圖1是概略地示出通常的無線通信機的發送系統的構成圖。在圖1，無線通信機1包含對聲音信號或圖像信號等的輸入信號IN進行預定處理的信號處理部2，和對通過信號處理部2產生的信號進行放大的功率放大器3，和根據來自功率放大器3的信號產生發送信號，經未圖示的天線進行發送的發送部4。
該信號處理部2對輸入信號進行預定的編碼處理等，產生發送信號。為了從無線通信機1經無線(未圖示)發送信號，功率放大器3對應發送的信號進行功率放大。
發送部4包含發送控制電路，根據功率放大器3的發送信號，經天線發送。
在圖1所示的無線通信機1有必要根據發送狀況調整發送功率。為了進行這樣的發送功率的控制，作為功率放大器3使用可變增益放大器，在該功率放大器3進行發送功率的控制。作為這樣的可變增益放大器的構成，有差動對控制型以及電流源控制型兩種。電流源控制型通過控制流過該可變增益放大器的電路全體的電流，控制增益。另一方面，在差動對控制型通過調整在構成差動對的晶體管的基準晶體管的控制節點(基極)上所加的電壓電平，以便根據輸入信號調整產生的輸出電流的變化量，控制增益。
圖2是示出傳統的差動對控制型可變增益放大器構成一例的圖。在圖2，可變增益放大器包含對提供給信號輸入端13的信號進行放大，使傳輸到信號輸出端14的增益可變的增益控制部10，和決定該可變增益控制部10工作電流的恒流源12。向信號輸入端13提供的信號經截止直流成分的電容元件16加到可變增益控制部10。從增益控制部10輸出的信號經截止直流成分用的電容元件17傳輸到信號輸出端14。
在該增益控制部10調整在信號輸出端14上出現的信號OUT和提供給信號輸入端13的輸入信號IN的振幅比。可變增益控制部10包含在電源節點15和節點N1之間連接的電阻元件22，和在節點N1和節點N2之間連接，并且在其基極經電容元件16接受輸入信號IN的NPN雙極性晶體管20，和在電源節點15和節點N2之間連接，并且在基極上接受可變電壓源25輸出電壓的NPN雙極性晶體管21。
在雙極性晶體管20的基極上經電阻元件連接電壓源66。在雙極性晶體管20及21上連接用于產生基極電流的電阻元件。電壓源66提供電壓Vx，可變電壓源25提供電壓Vx+ΔV。
從節點N1經電容元件17到輸出端14，輸出可變增益控制部10的輸出信號。晶體管20及21構成差動級，按照電壓源66的輸出電壓和可變電壓源25的輸出電壓之差分別流過電流。通過電阻元件22，根據該晶體管20的驅動電流(集電極電流)Ia在節點N1上產生電壓信號，信號經電容元件17傳輸到信號輸出端14。
恒流源12從節點N2到接地節點流過恒定的電流。該恒流源12的驅動電流等于分別流過雙極性晶體管20和21的電流Ia和Ib之和。在節點N1上出現的信號電壓電平通過VCC-Ia·R22表示。在這里，VCC表示電源電壓，R22表示電阻元件22的電阻值。電流Ia根據輸入信號的電壓電平和電壓源66的輸出電壓的和與可變電壓源25的輸出電壓之差變化。假設輸入信號的電壓電平比可變電壓源25的輸出電壓還高，而且其電壓差大，則雙極性晶體管20的驅動電流Ia變大。因此，通過調整該可變電壓源25的輸出電壓，可以調整雙極性晶體管22的驅動電流(集電極電流)Ia，相應地可以調整在節點N1上出現的信號振幅，可以調整輸出信號OUT對輸入信號IN的增益。
即在該圖2所示的差動對控制型可變增益放大器，功率放大的程度取決于流過(在其基極接收輸入信號的)雙極性晶體管20的集電極電流，該集電極電流Ia可以通過可變電壓源25的電壓變化。即在輸入信號IN的振幅相同，而使可變電壓源25的輸出電壓更高時，雙極性晶體管21的基極電壓變高，其集電極電流Ib變大，相應地可以使雙極性晶體管20的集電極電流Ia相對減少。反之，在降低可變電壓源25的輸出電壓電平的情況下，由于雙極性晶體管21的集電極電流Ib變小，可以增大雙極性晶體管20的集電極電流Ia。因此，在該差動對控制型可變增益放大器中，功率放大的程度(增益)可以通過可變電壓源25的輸出電壓加以控制。
在這里，在提供給雙極性晶體管基極的輸入信號IN處于高電平時，雙極性晶體管20驅動的集電極電流Ia增大，按照節點N1的電壓降大小相應地增加。輸出信號OUT成為較低電壓電平。反之，在輸入信號IN處于低電平時，雙極性晶體管20的集電極電流減少，該節點N1的電壓降降低，節點N1的電壓電平成為高電平。因此，該可變增益控制部10使輸入信號IN倒相輸出。
借助電壓源66的輸出電壓，該輸入信號IN偏置到比可變電壓源25產生的電壓還高的電壓電平，根據該輸入信號IN的電壓電平和可變電壓源25的輸出電壓之差，決定雙極性晶體管20的驅動電流。因此，如果可變電壓源25的輸出電壓比電壓源66的輸出電壓Vx還高，則輸入信號IN和電壓源6的輸出電壓之和與可變電壓源25的輸出電壓(Vx+ΔV)之差變小，雙極性晶體管20的驅動電流量變小，節點N1的信號振幅變小，增益降低。相反一旦可變電壓源25的輸出電壓降低，則在輸入信號IN和電壓源66的輸出電壓之間和與可變電壓源25的輸出電壓(Vx-ΔV)之差變大，雙極性晶體管20的驅動電流變大，節點N1的信號振幅變大，增益變大。
在這樣的可變增益放大器，1級的可變增益控制部的增益小，在不能充分地放大信號的情況下，使可變增益控制部10多級串聯，構成放大器。
圖3是概略示出2級構成的可變增益放大器的構成圖。在圖3，該可變增益放大器包含串聯的可變增益控制部10a及10b，和分別決定可變增益控制部10a及10b驅動電流的恒流源12a及12b。信號輸入節點13a與初級的增益控制部10a耦合，輸出級的增益控制部10b與信號輸出節點14a耦合。這些節點13a及14a經除去直流成分用的電容元件與信號輸入端子13及信號輸出端子14耦合。此外，可變增益控制部10a的輸出經用于除去直流成分的電容元件C與可變增益控制部10b的輸入耦合。
這些可變增益控制部10a及10b具有與圖2所示的可變增益控制部10同樣的構成。在可變增益控制部10a及10b分別包含的可變電壓源通過提供給控制端29的信號調整其輸出電壓。
在該圖3所示的2級構成的可變增益放大器，初級的可變增益控制部10a對提供給信號輸入節點13a的信號放大，把其放大信號傳輸到內部輸出節點24。次級的可變增益控制部10b在其輸入節點23上接收并放大在其初級可變增益控制部10a的輸出節點24上產生的信號，從信號輸出點14a輸出。
通過根據從各自的控制端29來的信號對這些可變增益控制部10a及10b的增益進行調整，即使在各個可變增益控制部10a及10b的增益小的情況下，信號輸出節點14a上出現的信號的增益成為G·G，可以產生足夠大增益的信號。
在這樣的多級構成的差動對控制型可變增益放大器，在各級的可變增益放大器(10a，10b)，即使在其增益成為最大的情況下也有必要不產生輸出信號的失真。因此，在可變增益控制部的各級上通過對應的恒流源(12a，12b)持續驅動在最大增益下工作必要的電流。
圖4是示出在差動對控制型可變增益放大器內可變增益控制部的增益及電流與控制電壓(可變電壓源的輸出電壓)之間關系的圖。在圖4，在橫軸示出可變電壓源的輸出電壓(控制電壓)，在縱軸示出增益及在電路內流過的電流。曲線CR1示出可變增益控制部的增益，直線CR2示出流經電路的電流，即恒流源的驅動電流，曲線CR3示出為了不產生信號失真，即維持信號的線性，產生輸出信號必要的電流。
如圖4所示，在增益小時，由于輸出信號的振幅小，作為必要的電流小。另一方面，在增益大時，由于輸出信號的振幅大，作為必要的電流量變大。因此，為了根據增益，維持線性，產生輸出信號，必要的電流量各異。
然而，如圖4所示，在差動對控制型可變增益放大器，增益小，即使在必要的電流量小的情況下，也通過恒流源驅動與輸出信號電平最大時(增益最大時)必要的電流相同大小的電流。因此，在低增益工作時不必要耗電。尤其是在具有通信功能的便攜終端機，用電池作電源，從該電池壽命的觀點出發，希望盡可能降低耗電。
發明內容
本發明的目的是提供低耗電的差動對可變控制型增益放大器。
本發明的另一目的是提供低耗電的多級構成的差動對控制型可變增益放大器。
本發明的可變增益放大器具有可能調整增益的差動級和決定流過該差動級電流的電流源。該電流源根據差動級的增益調整其驅動電流量。
優選在多級構成的可變增益放大器內在第2級后各級的可變增益控制部上配置這些差動級及電流源。
通過根據增益調整電流源的驅動電流量，可以提供相應于增益的最佳電流，可以降低消耗電流而不損害其輸出信號的線性。因此不必要持續不斷地供給相應于最大增益的電流，可以降低消耗功率。
在多級構成的可變增益放大器，通過根據其增益調整第2級后各級的可變增益控制部的驅動電流量，即使在同一增益，信號振幅也大，與初級的可變增益控制部比較，可以降低消耗大電流的第2級后各級的差動級的驅動電流，可以可靠地降低耗電。
本發明的目的和其它目的以及特征，在以下參照附圖進行，從優選的實施例的詳細說明可以更加一目了然。
圖1是概略示出無線通信機的發送系統構成的圖。
圖2是示出傳統的可變增益放大器構成一例的圖。
圖3是概略示出傳統的多級構成的差動對控制型可變增益放大器構成的圖。
圖4是示出傳統的可變增益放大器的增益以及電路工作電流和控制電壓之間關系的圖。
圖5是概略示出根據本發明的實施例1的可變增益放大器構成的圖。
圖6示出根據本發明實施例1的可變增益放大器增益和驅動電流之間關系的圖。
圖7是示出圖6所示的可變增益控制部的第2級可變增益控制部及可變電流源構成一例的圖。
圖8是示出圖7所示的可變電壓源構成一例的圖。
圖9是示出圖7所示的可變電壓源構成另一例的圖。
圖10是示出圖7所示的控制電壓產生電路構成一例的圖。
圖11是示出圖7所示的控制電壓產生電路構成另一例的圖。
圖12是示出本發明實施例2的可變增益放大級構成的圖。
圖13是概略示出本發明實施例3的可變增益放大級構成的圖。
圖14是示出圖13所示的可變增益放大器的第2級后放大級構成的圖。
圖15是概略示出本發明實施例3的可變增益放大器的變更例構成的圖。
具體實施例方式圖5是概略示出本發明實施形1的差動對控制型可變增益放大器構成的圖。在圖5，可變增益放大器包含對輸入節點13a的信號放大的可變增益控制部10a，和對可變增益控制部10a的輸出信號進一步放大的可變增益控制部10b，和用于除去在可變增益控制部10a的輸出和可變增益控制部10b的輸入之間耦合的直流成分的電容元件C，和對可變增益控制部10a設置、決定該可變增益控制部10a工作電流的恒流源12a，和對可變增益控制部10b設置、根據該可變增益控制部10b的增益，調整其驅動電流量的可變電流源30。通過可變電流源30決定可變增益控制部10b的工作電流。在這里，「工作電流」表示流過差動級兩只晶體管的電流和。
可變增益控制部10a及10b的增益根據提供給控制端29的控制信號進行調整，此外，該可變電流源30的驅動電流量也根據提供給控制端29的控制信號決定。對可變增益控制部10b，預先算出與各增益值對應必要的電流量。在可變增益控制部10b的構成中，如果晶體管參量被決定，則這可以根據增益計算信號輸入部的晶體管的驅動電流量以及在其基極接收控制電壓(可變電壓源的輸出電壓)的晶體管的驅動電流。根據其算出結果，通過提供給控制端29的控制信號共同地調整可變增益控制部10b的增益和可變電流源30的驅動電流量。
可變增益控制部10a及10b具有與圖2所示的可變增益控制部10同樣的構成，通過差動晶體管20及21放大所提供的信號并輸出。
在該第2級的可變增益控制部10b，與其增益的變化對應，控制可變電流源30。根據可變增益控制部10b的增益，調整可變電流源30的驅動電流量，以便只驅動必要的電流量，而不使輸出信號上產生失真，維持輸入輸出信號的線性。在可變增益控制部10b上增益變小時，通過對該可變電流源30的驅動電流量設定在必要的最低限的電流量，防止在可變增益控制部內流過過量的電流。
輸入節點13a經直流截止用的電容元件與圖2所示的信號輸入端13耦合，輸出節點14a經圖2所示的直流截止用電容元件17與信號輸出端14耦合。
在兩級構成的可變放大器中，雖然可變增益控制部10a及10b的每個增益小，但是通過其增益相乘，使最終輸出信號的增益增大。因此，在產生該最終輸出信號的第2級的可變增益控制部10b有必要增大信號振幅，與初級的可變增益控制部10a相比，為了維持輸出信號的線性，必須大的電流量。在產生該最終輸出信號的可變增益控制部10b上，通過根據增益調整其工作電流(可變電流源30的驅動電流)，可以大幅度降低根據傳統的最大增益設定的電流，可以進一步降低耗電。
圖6是示出圖5所示的可變增益控制部10b的增益和工作電流和控制電壓(與可變電壓源25的輸出電壓相當)之間關系的圖。在圖6，縱軸表示增益以及工作電流，橫軸表示控制電壓。曲線CR4表示該增益控制部10b的增益，曲線CR5表示根據其增益，維持信號線性必要的工作電流量，曲線CR6表示可變電流源30的驅動電流量。
如該圖6所示，通過根據各增益必要電流的調整可變電流源30的驅動電流，在該可變增益控制部10b只消費必要的最低限電流，并且不論增益值如何也不必提供根據最大增益設定的電流，可以降低消費電流。
圖7是示出圖5所示的可變增益控制部10b及可變電流源30構成一例的圖。在圖7，可變增益控制部10b與傳統方式同樣，包含在電源節點15和節點N1之間連接的電阻元件22，和在節點N1和節點N2之間連接，并且其基極連接在輸入節點23a上的PNP雙極性晶體管20，和在電源節點15和節點N2之間連接，并且在其柵極上接受可變電壓VCR的NPN雙極性晶體管21，和根據提供給控制端29的控制信號，產生可變控制電壓VCR的可變電壓源25。
可變電壓源25經電阻元件，與雙極性晶體管21的基極耦合。電壓源經電阻元件與節點23a耦合。
節點N1與節點14a連接。輸入節點23a經直流截止用的電容元件16與信號輸入節點23連接。輸出端子14a經直流截止用的電容元件17與信號輸出端14連接。
該圖7所示的可變增益控制部10b的構成與傳統方式相同，根據可變電壓源25輸出的控制電壓VCR和輸入節點23a的電壓，分別經NPN雙極性晶體管20及21流過的電流Ia及Ib變化。輸入節點23a的電壓通過從電壓源66的輸出電壓和從信號輸入節點23經電容元件16提供給輸入節點23a的信號之和給出。在輸入節點23a的信號電壓偏置在比控制電壓VCR還高的電壓電平時，即在電壓源66的輸出電壓比可變電壓源25的輸出電壓還高時，雙極性晶體管20的集電極電流Ia變為比雙極性晶體管21的集電極電流Ib還大。在該狀態下，一旦控制電壓VCR變高，則輸入信號和控制電壓VCR之差變小，經雙極性晶體管20流過的電流Ia變小，該可變增益控制部10b的增益變小。反之，一旦控制電壓VCR變低，則輸入信號和控制電壓VCR之差變大，經雙極性晶體管20流過的電流Ia增大，該可變增益控制部10b的增益變大。這些集電極電流Ia及Ib之和通過可變電流源30的驅動電流決定。
可變電流源30包含在節點N2和接地節點之間耦合的NPN雙極性晶體管Q2，和產生與控制電壓VCR呈反比的控制電壓產生電路32，和根據控制電壓產生電路32產生的電壓VCT驅動電流的NPN雙極性晶體管33，和把驅動電流供給雙極性晶體管33的電流鏡電路34。
該電流鏡電路34包含把電流供給雙極性晶體管33的P溝道MOS晶體管(絕緣柵極型場效應晶體管)T1，和在電源節點15和節點N3之間連接，而且其柵極與MOS晶體管T1的柵極連接的P溝道MOS晶體管T2。MOS晶體管T1其柵極及漏極與雙極性晶體管33的集電極連接。
因此，在該電流鏡電路34，MOS晶體管T1構成主級，與流過該MOS晶體管T1的電流相同大小的電流經MOS晶體管T2流過(在MOS晶體管T1及T2的尺寸相同的情況下)。即經該MOS晶體管T2，雙極性晶體管33的集電極電流的鏡電流流過節點N3。
可變電流源30還包含根據節點N3的電壓從電源節點15把集電極電流提供給節點N4的NPN雙極性晶體管35，和在節點N3和接地節點之間耦合，而且其基極經電阻元件RZ1與節點N4耦合的NPN雙極性晶體管Q1，和在節點N2和接地節點之間耦合，而且其基極經電阻元件RZ2與節點N4耦合的NPN雙極性晶體管Q2。該雙極性晶體管Q2作為對差動級晶體管20及22的電流源晶體管起作用。
如果對雙極性晶體管Q1及Q2的尺寸(發射極面積)分別取作Q1及Q2，則電阻元件RZ1及RZ2滿足以下關系。
Q1∶Q2＝1/RZ1∶1/RZ2。
在這里，RZ1及RZ2表示電阻元件RZ1及RZ2的電阻值。
因此，雙極性晶體管Q1及Q2在相同尺寸時，電阻元件RZ1及RZ2具有相同電阻值。雙極性晶體管Q1及Q2的發射極共同地耦合，這些雙極性晶體管Q1及Q2構成電流鏡電路(由于基極—發射極間電壓變成相同)。因此，對該差動級晶體管20及21的工作電流通過雙極性晶體管33的驅動電流(集電極電流)的鏡電流決定。
控制電壓產生電路32產生與可變電壓源25輸出的控制電壓VCR呈反比變化的電壓。即該控制電壓產生電路產生的控制電壓VCT對控制電壓VCR相反地變化。即如果可變電壓源25輸出的控制電壓VCR上升，則控制電壓產生電路32產生的控制電壓VCT的電壓電平下降。該控制電壓產生電路32的輸出的控制電壓VCT的電壓電平下降時，雙極性晶體管33的基極—發射極間電壓變小，該雙極性晶體管33的集電極電流降低。相應電流鏡電路34提供給節點N3的電流降低。提供給該節點N3的電流作為雙極性晶體管Q1的集電極電流使用。
在雙極性晶體管Q1的基極電壓上升時，則該雙極性晶體管Q1可以對電流鏡電路34提供的所有電流放電，在節點N3的電壓電平降低時，雙極性晶體管35的基極—發射極間電壓降低，因此，降低了該雙極性晶體管Q1的基極電壓。這時，雙極性晶體管35其發射極電流降低，因此，經電阻元件RZ1提供給雙極性晶體管Q1的基極電流降低。由此，雙極性晶體管Q1的集電極電流降低，因此，雙極性晶體管Q2的集電極電流降低。
另一方面，反之，如果雙極性晶體管Q1的基極電壓低，則通過該電流鏡電路34的MOS晶體管T2提供的電流完全不能放電，并且在節點N3的電壓電平上升時，雙極性晶體管35的基極—發射極間電壓上升，相應地，該節點N3的電壓電平上升。這時，雙極性晶體管35的發射極電流增大，相應地，雙極性晶體管36的基極電流增大，雙極性晶體管36的集電極電流增大。由此，節點N3的電壓電平降低。
雙極性晶體管35起著其基極—發射極間電壓持續地保持一定的發射極跟隨器晶體管的作用，根據節點N3的電壓電平調整節點N4的電壓電平，相應地，調整雙極性晶體管Q1的集電極電流。
因此，通過該雙極性晶體管35的負反饋，在雙極性晶體管Q1上持續地流過與電流鏡電路34的MOS晶體管T2供給的電流相同大小的集電極電流。電阻元件RZ1及RZ2是該雙極性晶體管35的發射極電流的分流電阻，在向雙極性晶體管Q1及Q2供給相同大小的基極電流的同時，對這些雙極性晶體管Q1及Q2的基極給予相同電壓電平的偏置。此外，這些雙極性晶體管Q1及Q2其基極—發射極間電壓成為相同電壓，這些雙極性晶體管Q1及Q2構成電流鏡電路36。
雙極性晶體管Q2是差動級晶體管20及21的電流源晶體管。因此，該可變增益控制部10b的工作電流(電流Ia+Ib)可以按照可變電壓源25的控制電壓VCR加以調整。在控制電壓VCR上升時，控制電壓產生電路32產生的控制電壓VCT的電壓電平降低，雙極性晶體管33的集電極電流降低，相應地，電流源晶體管Q2驅動的集電極電流降低。另一方面，在可變電壓源25產生的控制電壓VCR降低時，則控制電壓產生電路32產生的控制電壓VCT的電壓電平上升，通過電流鏡電路34及36，電流源雙極性晶體管Q2的集電極電流增大。
因此，如圖6所示，當控制電壓VCR上升，可變增益控制部10b的增益變小時，則該電流源雙極性晶體管Q2的集電極電流降低，反之，當可變電壓源25產生的控制電壓VCR的電壓電平降低，增益G變大時，則電流源雙極性晶體管Q2驅動的集電極電流增大。因此，可以根據該增益，調整可變放大級的工作電流，可以持續地只提供為維持信號線性必要的電流量，可以降低消耗電流。
圖8是示出圖7所示的可變電壓源25構成的一例。在圖8，可變電壓源25包含在電源節點15和節點N5之間連接，并且在其基極接收控制信號的PNP雙極性晶體管40，和在節點N5和接地節點之間連接的電阻元件41。在節點N5上產生控制電壓VCR。
在該圖8所示的可變電壓源25的構成中，如果控制信號SC成為高電平，則雙極性晶體管40的基極—發射極間電壓變小，該雙極性晶體管40的集電極電流降低，在電阻元件41上的電壓降變小，控制電壓VCR的電壓電平降低。另一方面，如果控制信號SC的電壓電平降低，則雙極性晶體管40的基極—發射極間電壓變大，該雙極性晶體管40供給的集電極電流變大，在電阻元件41上的電壓降變大，控制電壓VCR的電壓電平上升。
即，在提高增益G時，使控制信號SC的電壓電平上升，在電阻元件41上的電壓降降低，控制電壓VCR的電壓電平降低。通過根據增益G調整控制信號SC的電壓電平，使得設置降低電壓VCR到達實現目標增益的電壓電平。
圖9是概略地示出圖7所示可變電壓源25其它構成的圖。在圖9，可變電壓源25包含在電源節點15和節點N6之間連接的可變電阻元件42，和在節點N6和接地節點之間連接的電阻元件43。在節點N6產生控制電壓VCR。
可變電阻元件42例如通過滑線電阻構成，該電阻值是可能變更的。因此，通過調整該可變電阻元件42的電阻值，可以調整從節點N6的控制電壓VCR的電壓電平。在可變電阻元件42的電阻值變小時，控制電壓VCR的電壓電平上升。另一方面，在可變電阻元件42的電阻值變大時，控制電壓VCR的電壓電平降低。此外，作為可變電壓源25也可以采用組合圖8及圖9所示構成，也可以采用下述構成，即通過圖9所示的可變電阻元件，產生控制信號SC，把它提供給圖8所示的雙極性晶體管40的基極。
圖10是示出圖7所示的控制電壓產生電路32構成一例的圖。該圖10所示的控制電壓產生電路32包含在電源節點15和節點N7之間連接，并且在其基極上接受控制電壓VCR的PNP雙極性晶體管45，和在節點N7和接地節點之間連接的電阻元件46。在節點N7上產生控制電壓VCT。
在該圖10所示的構成，一旦控制電壓VCR的電壓電平上升，則雙極性晶體管45的集電極提供電流降低，相應地在電阻元件46上的電壓降變小，節點N7的電壓電平降低。另一方面，在控制電壓VCR的電壓電平降低時，雙極性晶體管45供給的集電極電流增大，相應地，在電阻元件46上的電壓降變大，節點N7的控制電壓VCT的電壓電平上升。因此，在控制電壓VCR上升，增益G變小時，則該控制電壓VCT的電壓電平降低，并且降低電流源晶體管Q2的驅動電流。
另一方面，在控制電壓VCR降低，增益G變大時，該雙極性晶體管45的集電極電流增大，并且控制電壓VCT增加。通過控制電壓VCT的電壓電平上升，電流源晶體管Q2的集電極電流變大，可變增益控制部10b的工作電流變大。
在該圖10，通過適當地調整電阻元件46的電阻值及雙極性晶體管45驅動的集電極電流可以產生控制電壓VCT，以便根據控制電壓VCT及VCT的對應關系，可以提供根據增益必要的最低限的電流。
圖11是概略地示出圖7所示的控制電壓產生電路32的其它構成。在圖11，控制電壓產生電路32包含把控制電壓VCR變換為數字信號的模擬/數字變換器(A/D變換器)50，和把A/D變換器50的輸出信號作為地址，讀出其儲存內容的表(格)存儲器51，和把從表(格)存儲器51讀出的信號變換成模擬信號的數字/模擬變換器(D/A變換器)52。從該D/A變換器52產生控制電壓VCT。
表(格)存儲器51通過例如ROM(只讀存儲器)構成，以表(格)形式一覽地儲存控制電壓VCR及VCT的關系。因此根據控制電壓VCR的電壓電平，從表(格)存儲器51讀出對應的數據，可以正確地產生用于調整增益控制部工作電流的控制電壓VCT。
在該圖11內所示的構成中，A/D變換器50及D/A變換器52和表(格)存儲器51是必要的。然而，在具有通信功能的便攜終端機設置用于使發送時發送信號編碼的信號處理裝置，在該信號處理部，配置存儲器及A/D變換器及D/A變換器。因此，可以在該信號處理部實現控制電壓變換。
如以上所示，根據本發明的實施例1，差動對控制型可變放大器這樣構成，以便根據調整其增益的控制電壓變更差動級的工作電流，只消耗必要的最低限電流，可以降低消費電流而不損傷其信號的線性。尤其是在電池驅動型的便攜終端機用途中，可以大幅度降低消費電流，延長電池壽命。
特別是在多級構成的可變放大器，即使在第2級后各級的增益小時，信號振幅是大的構成情況下，通過對其驅動電流作成必要的最低限，可以顯著地降低消費電流(在第2級后各級的放大器，由于其輸出信號的振幅變得比輸入級的差動級的輸出信號振幅還大)。
此外如果控制電壓VCR較高，則增益設置更小，反之，控制電壓較高，也可以用增益大的構成的差動級控制型可變增益放大器。在這種情況下，通過使驅動電流的控制與上述控制相反方向進行，可以根據增益提供最佳的工作電流。
圖12是示出根據本發明實施例2的可變增益放大器構成的圖。在圖12，示出多級構成的可變增益放大器輸出級的構成。在圖12所示的構成，在對增益控制部10b的可變電流源30，在電流源晶體管Q2的基極節點62經直流截止用電容元件16提供從輸入節點23來的信號。電流源晶體管Q2的基極節點62與電流控制部60耦合。該電流控制部60根據可變電壓源25產生的控制電壓VCR控制電流源晶體管Q2的基極電壓，根據該可變增益控制部10b的增益G，調整電流源Q2的基極電流。該電流控制部60與在圖7所示的構成中包含控制電壓產生電路32，雙極性晶體管33，電流鏡電路34以及雙極性晶體管Q1的構成相對應。
再經直流截止用電容元件16把輸入信號IN提供給該電流源晶體管Q2的基極節點62。在增益控制部10b，按照傳統方式，接收輸入信號的雙極性晶體管20的基極經電阻元件與電壓源66耦合，而且經電容元件55與接地節點耦合。該雙極性晶體管20的基極節點通過電壓源66偏置。
該雙極性晶體管Q2的基極節點62的電壓成為由電流控制部60產生的基極電壓和輸入信號IN疊加的電壓電平，電流源晶體管Q2的驅動電流量根據輸入信號進一步變化，電流源雙極性晶體管Q2放大輸入信號IN。
根據該雙極性晶體管Q2的集電極電流變化，雙極性晶體管20的集電極電流也變化，相應地，節點N1的電壓電平也變化。在該放大工作，電流控制部60以與可變電壓源25產生的控制電壓VCR變化相反方向調整雙極性晶體管Q2的驅動電流量。
在該圖12的構成，基極節點62經電阻元件與圖7所示的節點N4耦合。因此，該輸入信號IN抑制對圖7所示的電流鏡電路34以及36的電流鏡工作的影響。在電流控制部60可以根據可變電壓源25產生的控制電壓VCR正確地調整雙極性晶體管Q2的驅動電流量，而不受輸入信號IN的影響。
如上所述，根據本發明的實施例2，把輸入信號提供給差動級的電流源晶體管的基極，并且電流源晶體管具有放大輸入信號的功能，此外，根據增益調整該電流源晶體管的驅動電流量，因此只消耗必要的最低限的電流，而可以維持輸入信號IN的線性，進行放大工作，產生輸出信號。
圖13是概略示出根據本發明實施例3的差動對控制型可變增益放大器構成的圖。在圖13，差動對控制型可變增益放大器包含串聯的多級可變增益控制部10a-10n和對初級可變增益控制部10a設置的恒流源12a，和分別與增益控制部10b-10n對應配置的可變電流源30b-30n。可變增益控制部10b-10n的輸入部分別經除去直流成分的電容元件C與前級的可變增益控制部的輸出部耦合。
對可變增益控制部10a-10n共同地提供從控制端29來的控制信號SC。這些可變增益控制部10a-10n的構成與圖7或圖12所示的可變增益控制部10b的構成是相同的。
對可變電流源30b-30n共同地提供從該控制端29來的控制信號SC，這些可變電流源30b-30n的驅動電流量根據該控制信號SC調整(根據對應的控制電壓VCR調整)。這些可變電流源30b-30n的具體構成是與圖7所示的可變電流源30的構成是相同的。可變電流源30b-30n根據對分別對應的可變增益控制部10b-10n的控制電壓分別調整其驅動電流量。在這里，可變電流源30b-30n根據對于對應的可變增益控制部的控制電壓，調整其電壓電平，相應地根據控制信號SC調整其電壓電平。
對初級可變增益控制部10a配置的恒流源12a持續地提供一恒流。
因此，即使在該圖13所示的多級構成的差動對控制型可變增益放大器的構成也用可變電流源30b-30n，通過根據對應的可變增益控制部的增益調整第2級后各級的可變增益控制部的工作電流，也可以降低消費電流而不產生信號失真。
圖14是示出可變電流源30(30b-30n)和增益控制部10b-10n的可變電壓源25構成的另一例的圖。在圖14典型地示出增益控制部10i及可變電流源30i的構成。在這里，i表示從b到n的任一個。
在圖14，可變電壓源25包含在電源節點15a和節點N10之間連接，而且在其基極上接收控制信號SC的PNP雙極性晶體管70，和在節點N10與接地節點之間耦合的電阻元件71。在節點N上產生控制電壓VCR，提供給對應的可變增益控制部的差動級的晶體管(21)的基極。
在可變電流源30i，電流控制部60包含在電源節點15b和節點N11之間連接的電阻元件72，和在節點N11和接地節點之間耦合，而且在其基極接收控制信號SC的NPN雙極性晶體管73，和在電源節點15C和節點N12之間連接，而且在其基極對節點N11耦合的PNP雙極性晶體管74，和在節點N12和接地節點之間耦合，而且其基極與節點N12連接的NPN雙極性晶體管75。在該NPN雙極性晶體管75的基極/集電極N12上產生控制電壓VCT。該控制電壓VCT提供給次級的雙極性晶體管33的基極。
在控制信號SC成為高電平時，在可變電壓源25，雙極性晶體管70的驅動電流量降低，相應地電阻元件71的電壓降降低，控制電壓VCR的電壓電平降低。
另一方面，在電流驅動部60，雙極性晶體管73的驅動電流增大，相應地電阻元件72的電壓降變大，節點N11的電壓電平降低。如果該節點N11的電壓電平降低，則雙極性晶體管74的驅動電流量增加，相應地節點N12的電壓電平上升，控制電壓VCT的電壓電平變高。該雙極性晶體管75構成次級雙極性晶體管33和電流鏡電路，如果該控制電壓VCT變高，則可變電流源30i的驅動電流量增大。
如果控制信號SC成為低電平，則在可變電壓源25，雙極性晶體管70的驅動電流量增大，相應地，電阻元件71的電壓降增大，控制電壓VCR的電壓電平上升。
在控制電壓產生電路32，雙極性晶體管73的驅動電流量降低，相應地，電阻元件72的電壓降也降低，節點N11的電壓電平上升。隨著該節點N11的電壓電平上升，雙極性晶體管74的驅動電流量降低，節點N12的電壓電平降低。相應地可變電流源30i的驅動電流量伴隨著該控制電壓VCT的電壓電平的降低而降低。
因此，通過利用該圖14所示的可變電流源30i，可以根據控制信號SC調整可變電流源的驅動電流量。
此外也可以改換可變電壓源25和控制電壓產生電路32的構成。在控制信號SC成為高電平時，根據設置增益高或低，只要確定這些可變電流源及可變電壓源的電路構成就行。
圖15是概略地示出本發明實施例3的變更例的構成。在該圖15，在信號輸入端13和信號輸出端65之間配置可變增益控制部10a-10n。在可變增益控制部10a-10n之間配置用于除去直流成分的電容元件C。對初級可變增益控制部10a配置恒流源12a，此外，對可變增益控制部10b-10n分別配置可變電流源30b-30n。在這些可變電流源30b-30n上提供前級的可變增益控制部的輸出信號。因此，在可變電流源30b-30n，電流源晶體管根據其前級的增益控制部的輸出信號進行放大工作。該增益控制部10a-10n各自根據控制端29的控制信號SC分別控制其增益。在可變電流源30b-30n，同樣也根據該控制信號SC或對應的增益控制部10b-10n的控制電壓調整驅動電流量。
即使在該圖15所示的多級構成的差動對控制型可變增益放大器的構成，在其第2級后的可變增益控制部10b-10n，通過根據增益調整工作電流，可以降低消耗電流而不損害信號的線性。
在該實施例1～3，對初級的增益控制部(差動對晶體管)配置恒流源12a。然而，對該初級增益控制部的恒流源12a也與次級及以后各級的可變電流源同樣，也可以根據對應的可變增益控制部的增益調整其驅動電流。
在實施例1～3，也可以用MOS晶體管取代雙極性晶體管。
如以上所示，根據本發明的實施例3，即使在多級構成的差動對控制型可變增益放大器，第2級后各級的增益控制部的工作電流這樣構成，以便根據其增益進行調整，可以降低消費電流而不損害信號的線性。
如以上所示，根據本發明，根據增益調整差動級控制型可變增益放大器的工作電流，可以抑制信號的失真，降低消費電流。尤其是，在多級構成的差動級控制型可變增益放大器，通過根據增益，調整第2級后各級的放大級的工作電流，可以降低工作電流大的放大級的消費電流，可以實現高增益，而且低消費電流的差動級控制型可變放大器。
以上說明了本發明的各種實施例。然而，應當認為并非限定于這些實施例的例示。不脫離本發明范圍的種種變形是可能的。因此，本發明的范圍應當按照權利要求書所述來決定。
本發明的差動對控制型可變增益放大器在無線通信機內也是適用的。尤其是通過對具有便攜電話等的通信功能的便攜終端機應用，由于降低了其消費電流，所以是有效果的。
權利要求
1.一種可變增益放大器，包含在控制節點上接收增益控制信號的第1晶體管(21)和與所述第1晶體管形成差動對的第2晶體管(20)，備有把基于所述增益控制信號的增益提供給輸入信號，產生輸出信號的差動級，與所述差動級耦合，根據所述增益，使所述差動級的驅動電流可變的可變電流電路(30)。
2.根據權利要求1所述的可變增益放大器，所述可變電流源電路(30)在所述差動級增益小時，使所述驅動電流減小。
3.根據權利要求1所述的可變增益放大器，所述可變電流源電路(30)包含決定所述驅動電流的電流源晶體管(Q2)，和從所述增益控制信號產生控制所述電流源晶體管驅動電流的電流控制信號的控制信號產生電路(32)。
4.根據權利要求3所述的可變增益放大器，所述可變電流源電路(30)包含基于所述電流控制信號驅動電流的輸入晶體管(33)，和通過所述輸入晶體管的驅動電流決定其驅動電流的第1電流鏡電路(34)，和通過所述第1電流鏡電路的驅動電流決定其驅動電流，構成所述電流源晶體管(Q2)和第2電流鏡電路的輸出晶體管(Q1)。
5.根據權利要求1所述的可變增益放大器，所述輸入信號傳輸到所述第2晶體管的控制節點。
6.根據權利要求1所述的可變增益放大器，所述可變電流電路(30)包含決定所述驅動電流的電流源晶體管(Q2)，所述輸入信號傳輸到所述電流源晶體管的控制節點。
7.一種可變增益放大器，包含從信號輸入側(13)到輸出側(65)之間耦合的多級可變增益放大電路(10a-10n)，其特征是，所述可變增益放大電路備有在控制節點接收增益控制信號的第1晶體管(21)，和包括所述第1晶體管和構成差動對的第2晶體管(20)，把基于所述增益控制信號的增益提供給輸入信號，產生輸出信號的差動級，和與所述差動級耦合，決定所述差動級驅動電流的電流源電路(12a)，(30b-30n)，除去所述多級可變放大電路的初級可變增益放大電路的可變增益放大電路的至少一個可變增益放大電路的對應的電流源電路(30b-30n)根據該可變增益放大電路的增益，其驅動電流改變。
全文摘要
在差動對控制型可變增益放大器，根據其增益調整電流源(30；30b－30n)的驅動電流量，具體講，根據由決定用于根據輸入信號產生輸出信號的差動級(20，21)增益的可變電壓源(25)產生的控制電壓(VCR)，調整差動級電流源晶體管(Q2)的驅動電流量，以便隨著增益降低使其驅動電流量減少，只根據增益消費電流，可以降低消費電流而不產生信號失真。
文檔編號H03G1/00GK1475044SQ01819184
公開日2004年2月11日 申請日期2001年9月20日 優先權日2001年9月20日
發明者高橋貴紀, 上馬弘敬, 中溝英之, 之, 敬 申請人:三菱電機株式會社