專利名稱：電壓可變增益放大電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及增益(Gain)隨著增益控制電壓而線性地變化的電壓可變增益放大電路。
背景技術(shù)：
以往，已知增益相對于增益控制電壓離散地變換的可編程增益放大電路、相對于增益控制電壓取得增益的對數(shù)之后的結(jié)果線性地變換的電壓可變增益放大電路。但是，根據(jù)電壓可變增益放大電路的應(yīng)用領(lǐng)域，為了提高增益的控制性，正在尋求開發(fā)一種增益相對于增益控制電壓線性且連續(xù)地變化的電壓可變增益放大電路。專利文獻(xiàn)I :日本特開平5-218767號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的在于提供一種增益相對于增益控制電壓線性且連續(xù)地變化的電壓可變增益放大電路。此外，本發(fā)明的目的在于抑制這種電壓可變增益放大電路的增益的電源電壓依賴性。再有，本發(fā)明的目的在于抑制這種電壓可變增益放大電路的增益的半導(dǎo)體制造工藝引起的偏差、以及溫度依賴性。本發(fā)明的電壓可變增益放大電路，其特征在于，具備第I差動(dòng)放大器，其具備生成基準(zhǔn)電流的恒流源、被供給來自該恒流源的所述基準(zhǔn)電流的一對差動(dòng)輸入晶體管、輸出一對差動(dòng)輸出電壓的一對輸出端子、以及在一對輸出端子之間串聯(lián)連接的第I及第2輸出電阻元件；第2差動(dòng)放大器，其具有與所述第I差動(dòng)放大器相同的結(jié)構(gòu)，并接收所述第I差動(dòng)放大器的所述一對差動(dòng)輸出電壓；增益控制電壓電流變換電路，其將增益控制電壓變換為相對于該增益控制電壓線性地變化的增益控制電流；和電流旁路電路，其形成所述基準(zhǔn)電流之中的相當(dāng)于所述增益控制電流的電流分別使所述差動(dòng)輸入晶體管成為旁路的這種旁路路徑。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種增益相對于增益控制電壓線性且連續(xù)地變化的電壓可變增益放大電路。此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制這種電壓可變增益放大電路的增益的電源電壓依賴性。再有，根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制這種電壓可變增益放大電路的增益的半導(dǎo)體制造工藝引起的偏差、以及溫度依賴性。


圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式中的電壓可變增益放大電路的框圖。圖2是構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式中的電壓可變增益放大電路的第I差動(dòng)放大器的電路圖。圖3是構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式中的電壓可變增益放大電路的增益控制電壓電流變換電路的第I電路例的電路圖。圖4是構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式中的電壓可變增益放大電路的電流旁路電路的電路圖。圖5是表示增益控制電流與增益控制電壓的關(guān)系的圖。圖6是表示電壓可變增益放大電路的增益與增益控制電壓的關(guān)系的圖。圖7是構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式中的電壓可變增益放大電路的增益控制電壓電流變換電路的第2電路例的電路圖。圖8是表示增益控制電壓電流變換電路的第I電路例中的增益的電源電壓依賴性的圖。
圖9是表示增益控制電壓電流變換電路的第2電路例中的增益的電源電壓依賴性的圖。圖10是構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式中的電壓可變增益放大電路的基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路的第I電路例(采用共發(fā)共基連接(cascode)時(shí))的電路圖。圖11是構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式中的電壓可變增益放大電路的基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路的第2電路例(沒有采用共發(fā)共基連接時(shí))的電路圖。圖12是采用圖10、圖11的電壓可變增益放大電路的2級放大電路的電路圖。圖13是采用圖10、圖11的電壓可變增益放大電路的I級放大電路的電路圖。符號說明I-第I差動(dòng)放大器，2-第2差動(dòng)放大器，3、3A_增益控制電壓電流變換電路，4-基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路，100-電壓可變增益放大電路，11-第I差動(dòng)輸入晶體管，12-第2差動(dòng)輸入晶體管，13、14、15-恒流源晶體管，20、21-相位補(bǔ)償電路，22-第I輸出電阻元件，23-第2輸出電阻元件，50-電流旁路電路。
具體實(shí)施例方式圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式中的電壓可變增益放大電路100的框圖。電壓可變增益放大電路100構(gòu)成為包括 第I差動(dòng)放大器I、第2差動(dòng)放大器2、增益控制電壓電流變換電路3、及基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路4。圖2是第I差動(dòng)放大器I的電路圖。第2差動(dòng)放大器2接收第I差動(dòng)放大器I的差動(dòng)輸出進(jìn)行動(dòng)作，具有與第I差動(dòng)放大器I相同的電路構(gòu)成。電壓可變增益放大電路100能夠制造成半導(dǎo)體集成電路芯片。<本發(fā)明的基本原理>電壓可變增益放大電路100構(gòu)成為增益相對于增益控制電壓線性(linear)且連續(xù)地變化。首先，基于圖I、圖2，說明該電壓可變增益放大電路100的基本原理。第I級的第I差動(dòng)放大器I的增益Gl根據(jù)差動(dòng)輸入晶體管11、12的跨導(dǎo)gm(gml=gm2)、第I及第2輸出電阻元件22、23的電阻值RO ( = ROl = R02)并通過Gl = gmXRO來決定。第2級的第2差動(dòng)放大器2的增益G2也通過G2 = gmXRO來決定。在電壓可變增益放大電路100中，由于使第I差動(dòng)放大器I和第2差動(dòng)放大器2串聯(lián)連接，因此從第2級的第2差動(dòng)放大器2得到的整體的增益G為G = Gl X G2 = (gm 40)2。如后面所述，由于gm = V Idl，因此整體的增益G與Idl成比例(G~ Id)。其中，Idl是第I差動(dòng)放大器I的第I差動(dòng)輸入晶體管11的漏極電流。第2差動(dòng)輸入晶體管12的漏極電流 Id2 等于 Idl (Idl = Id2)。增益控制電壓電流變換電路3基本上是將增益控制電壓VC變換為相對于增益控制電壓VC線性地變化的增益控制電流1C。因此，如果構(gòu)成為第I及第2差動(dòng)輸入晶體管
11、12的漏極電流Idl、Id2相對于增益控制電流IC線性地變化，則增益G如圖6所示那樣相對于增益控制電壓VC線性地變化。<第I差動(dòng)放大器I的構(gòu)成>基于圖2來說明第I差動(dòng)放大器I的構(gòu)成。第2差動(dòng)放大器2如上述那樣具有與 第I差動(dòng)放大器I相同的構(gòu)成。第I差動(dòng)放大器I構(gòu)成為包括由P溝道型MOS晶體管構(gòu)成的第I差動(dòng)輸入晶體管11、由P溝道型MOS晶體管構(gòu)成的第2差動(dòng)輸入晶體管12、由P溝道型MOS晶體管構(gòu)成的恒流源晶體管13、14、15、由N溝道型MOS晶體管16、17構(gòu)成的第I電流鏡電路、由N溝道型MOS晶體管18、19構(gòu)成的第2電流鏡電路、由相位補(bǔ)償用電容器和零點(diǎn)消去用電阻構(gòu)成的第I相位補(bǔ)償電路20及第2相位補(bǔ)償電路21、第I輸出電阻元件22、第2輸出電阻元件23、第I電容器Cl、以及第2電容器C2。實(shí)際上，在第I差動(dòng)放大器I中設(shè)置了后述的圖4的電流旁路電路50，但在此說明除去了電流旁路電路50之后的構(gòu)成。向恒流源晶體管13、14、15的源極施加電源電壓VDD。在恒流源晶體管13的漏極連接著第I及第2差動(dòng)輸入晶體管11、12的共用源極。向恒流源晶體管13的柵極施加來自基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路4的偏置電壓，恒定的漏極電流2X Idl作為基準(zhǔn)電流流過。盡管第I及第2差動(dòng)輸入晶體管11、12中分別流過漏極電流Idl、Id2，但假設(shè)第I及第2差動(dòng)輸入晶體管11、12具有相同的尺寸及電氣特性，使得Idl = Id2。第I電流鏡電路與第I差動(dòng)輸入晶體管11的漏極連接，第2電流鏡電路與第2差動(dòng)輸入晶體管12的漏極連接。向恒流源晶體管14、15的柵極施加共用的偏置電壓。向第I及第2差動(dòng)輸入晶體管11、12的各柵極分別施加差動(dòng)輸入電壓VIN、VIP。從與恒流源晶體管14及N溝道型MOS晶體管16的第I連接節(jié)點(diǎn)連接的第I輸出端子24、與恒流源晶體管15及N溝道型MOS晶體管19的第2連接節(jié)點(diǎn)連接的第2輸出端子25分別輸出差動(dòng)輸出電壓VOP、V0N。在第I輸出端子24與第2輸出端子25之間串聯(lián)連接了第I輸出電阻元件22和第2輸出電阻元件23。第I輸出電阻元件22的電阻值ROl和第2輸出電阻元件23的電阻R02被設(shè)定為相等的電阻值RO(R01 = R02 = R0)。第I電容器Cl與第I輸出電阻元件22并聯(lián)連接，第2電容器C2與第2輸出電阻元件23并聯(lián)連接。此外，第I輸出電阻元件ROl與第2輸出電阻元件R02的連接節(jié)點(diǎn)被調(diào)整至恒定的公共電壓VCOM (中心電壓)。以下，求出電壓可變增益放大電路100的增益G1。當(dāng)前，假設(shè)VIN變動(dòng)了 AVIN，伴隨于此第I差動(dòng)輸入晶體管11的漏極電流Idl變動(dòng)了 Λ Idl。于是，Λ Idl能夠由式I表不。[式I]
Δ Idl = gml · Δ VIN = gm · Δ VINgml是第I差動(dòng)輸入晶體管11的跨導(dǎo)(transconductance),假設(shè)是與第2差動(dòng)輸入晶體管12的跨導(dǎo)gm2相等的值gm(gml = gm2 = gm)。由于N溝道型MOS晶體管16中流過來自恒流源晶體管14的恒流，因此漏極電流Idl的變動(dòng)量Λ Idl流入第2輸出電阻元件22。因而，差動(dòng)輸出電壓VON變動(dòng)了 AVON。因此，AVON能夠由式2表示。[式2]AVON = Δ Idl · RO = gm · RO · ΔVIN同樣，假設(shè)VIP變動(dòng)了 Λ VIP，伴隨于此第2差動(dòng)輸入晶體管12的漏極電流Id2變 動(dòng)了 AId2。于是，Λ Id2能夠由式3表示。[式3]Δ Id2 = gm2 · Δ VIP = gm · Δ VIP此外，由Λ Id2引起的差動(dòng)輸出電壓VON的變動(dòng)量AVON能夠由式4表示。[式4]AVOP = Δ Id2 · ROl = gm · RO · Δ VIP因此,增益Gl能夠由式5表示。[式5]
AVOP - AVONGl = --77^7" = Sm *RO
Δν Ρ-ΔΥΙΝ此外，根據(jù)第I差動(dòng)輸入晶體管11的飽和區(qū)中的電流式，Idl由式6表示。[式6]
I‘.. .j Id I . μ P · Cox ■ SI · (V gsl - Vtpl)μ P為遷移率，Cox為每單位面積的柵極電容，SI為柵極尺寸比，Vgsl為柵極源極間電壓，Vtpl為閾值電壓。在將第I差動(dòng)輸入晶體管11的溝道寬度設(shè)為W、將溝道長度設(shè)為L時(shí)，所謂柵極尺寸比是W/L之比。以下也是同樣的。于是，跨導(dǎo)gm由式7表示。[式7]o,m --.............— = μρ · Cox · SI · ("V gsl ■- V tpl)
& avgsi因此，增益Gl能夠由式8表示。增益Gl與V Idl成比例。[式8]Gi 二 ^Ι μρ ■ Cox ' S3 · idl ■ RO由此，電壓可變增益放大電路100的整體的增益G是由式9表示。[式9]G = G1XG2 = 4β I · RO2 · Idl在此，β I由式10給出。
權(quán)利要求
1.一種電壓可變增益放大電路，其特征在于，具備 第I差動(dòng)放大器，其具備生成基準(zhǔn)電流的恒流源、被供給來自該恒流源的所述基準(zhǔn)電流的一對差動(dòng)輸入晶體管、輸出一對差動(dòng)輸出電壓的一對輸出端子、以及在一對輸出端子之間串聯(lián)連接的第I及第2輸出電阻元件； 第2差動(dòng)放大器，其具有與所述第I差動(dòng)放大器相同的結(jié)構(gòu)，并接收所述第I差動(dòng)放大器的所述一對差動(dòng)輸出電壓； 增益控制電壓電流變換電路，其將增益控制電壓變換為相對于該增益控制電壓線性地變化的增益控制電流；和 電流旁路電路，其形成所述基準(zhǔn)電流之中的相當(dāng)于所述增益控制電流的電流分別使所述差動(dòng)輸入晶體管成為旁路的這種旁路路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓可變增益放大電路，其特征在于， 所述電流旁路電路具備第I旁路晶體管，其中該第I旁路晶體管的漏極與所述差動(dòng)輸入晶體管的源極連接，其源極被接地，并使所述差動(dòng)輸入晶體管成為旁路從而使所述增益控制電流流入接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓可變增益放大電路，其特征在于， 所述電流旁路電路具備第2旁路晶體管，該第2旁路晶體管使被旁路的所述增益控制電流合流到所述差動(dòng)輸入晶體管的漏極電流路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓可變增益放大電路，其特征在于， 所述增益控制電壓電流變換電路具備被施加與所述增益控制電壓相應(yīng)的電壓的電阻元件，從該電阻元件得到所述增益控制電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓可變增益放大電路，其特征在于， 所述增益控制電壓電流變換電路具備 電阻元件，其具有第I端子和第2端子； 第I控制晶體管，其與所述電阻元件的第I端子連接； 增益電壓控制電路，其使所述增益控制電壓相對于第I基準(zhǔn)電壓反相從而生成第2增益控制電壓； 運(yùn)算放大器，其反相輸入端子被施加所述第2增益控制電壓，其非反相輸入端子被施加所述電阻元件的第I端子的電壓，其輸出電壓被施加于所述第I控制晶體管的柵極；基準(zhǔn)電壓源，其向所述電阻元件的第2端子施加第2基準(zhǔn)電壓；和第2控制晶體管，其與所述第I控制晶體管一起形成電流鏡電路， 從所述第2控制晶體管得到所述增益控制電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓可變增益放大電路，其特征在于， 所述增益控制電壓電流變換電路具備 第I電阻元件，其具有第I端子和第2端子； 第I控制晶體管，其與所述電阻元件的第I端子連接； 增益電壓控制電路，其使所述增益控制電壓相對于第I基準(zhǔn)電壓反相從而生成第2增益控制電壓； 運(yùn)算放大器，其反相輸入端子被施加所述第2增益控制電壓，其非反相輸入端子被施加所述第I電阻元件的第I端子的電壓，其輸出電壓被施加于所述第I控制晶體管的柵極；控制電路，其根據(jù)電源電壓來改變所述第I電阻元件的所述第2端子的電壓，由此抑制所述第I電阻元件中流過的電流的電源電壓依賴性；和 第2控制晶體管，其與所述第I控制晶體管一起形成電流鏡電路， 從所述第2控制晶體管得到所述增益控制電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓可變增益放大電路，其特征在于， 所述控制電路具備 第2電阻元件，其具有第3端子和第4端子，并且所述第3端子連接著所述第I電阻元件的所述第2端子； 基準(zhǔn)電壓源，其向所述第2電阻元件的所述第4端子施加第2基準(zhǔn)電壓； 第I電流產(chǎn)生電路，其連接在所述第2電阻元件的所述第3端子與接地之間，并流過不具有電源電壓依賴性的電流；和 第2電流產(chǎn)生電路，其向所述第2電阻元件的所述第3端子流入與所述第I基準(zhǔn)電壓與所述第2基準(zhǔn)電壓之差相應(yīng)的具有電源電壓依賴性的電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電壓可變增益放大電路，其特征在于， 所述第2電流產(chǎn)生電路具備第3電阻元件，其中該第3電阻元件具有第5端子和第6端子，所述第5端子被施加所述第I基準(zhǔn)電壓，所述第6端子被施加所述第2基準(zhǔn)電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電壓可變增益放大電路，其特征在于， 所述第2電阻元件的電阻值與所述第3電阻元件的電阻值相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓可變增益放大電路，其特征在于， 所述電壓可變增益放大電路具備向所述恒流源供給所述基準(zhǔn)電流的基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路， 所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路具備形成電流鏡電路的第I及第2鏡像晶體管、以及與所述第I鏡像晶體管的源極連接的基準(zhǔn)電阻元件， 從所述第2鏡像晶體管得到所述基準(zhǔn)電流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種增益相對于增益控制電壓線性且連續(xù)地變化的電壓可變增益放大電路。電壓可變增益放大電路(100)構(gòu)成為包括第1差動(dòng)放大器(1)、第2差動(dòng)放大器(2)、增益控制電壓電流變換電路(3)、及基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路(4)。第1差動(dòng)放大器(1)與第2差動(dòng)放大器(2)串聯(lián)連接。增益控制電壓電流變換電路(3)將增益控制電壓(VC)變換為相對于增益控制電壓(VC)線性地變化的增益控制電流(IC)。構(gòu)成為第1及第2差動(dòng)輸入晶體管(11、12)的漏極電流(Id1、Id2)相對于增益控制電流(IC)線性地變化。
文檔編號H03G3/20GK102969994SQ20121030348
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者河合多一郎, 戶葉貴士 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司