JPH02170706A - 対数圧縮形レベル検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば移動無線機の無線回路で使用される対
数圧縮形レベル検出回路に関する。

（従来の技術） 従来、この種の回路として例えば第３図に示す如きもの
がある。すなわち、この回路は抵抗負荷ＲＬを有する差
動増幅器１１により入力信号ｖｌｎを増幅するリミッタ
増幅回路１と、このリミッタ増幅回路１の出力信号ｖ　
Ｏｕｔをバッファ用トランジスタＱ４を介して差動増幅
器２１に導入し整流する整流回路２と、この整流回路２
の差動増幅器２１にバイアス回路部３１によりバイアス
電流を供給するとともに、整流回路２の整流出力信号を
カレントミラー回路及び平滑回路を有する出力回路部３
２を介してレベル検出信号として出力する出力回路３と
、定電流源回路４とから構成されている。この定電流源
回路４は、定電流源４１の出力電圧ＶＣＣと抵抗Ｒとか
ら定電流Ｉを作成し、この定電流Ｉをカレントミラー回
路を構成するトランジスタＱ１４およびトランジスタＱ
３．Ｑ８゜Ｑ９　、　ＱＩＯ，ＱＩＬにより前記リミッ
タ増幅回路１、整流回路２およびバイアス回路３１にそ
れぞれ供給している。このような構成であるから、例え
ば正弦波からなる入力信号ｖｉｎをリミッタ増幅回路１
に供給すると、この入力信号ｖｌｎは先ずこのリミッタ
増幅回路１で例えば第４図に示す如くリミット増幅され
、しかるのち整流回路２で例えば第４図に示す入出力特
性に従ってＩ２のように整流される。そして、この整流
出力信号は出力回路３て平滑されてレベル検出信号Ｖ　
ｄｅｔとして出力される。

ところがこのような従来の回路は、リミッタ増幅回路１
および整流回路２に供給する定電流を定電圧源４１、抵
抗ＲおよびトランジスタＱＩ４のベース・エミッタ間電
圧ＶＢＥにより作成しているので、この定電流は抵抗Ｒ
およびトランジスタＱ１４のＶＢＥの温度特性を持つこ
とになる。このため、この定電流をリミッタ増幅回路１
に供給すると、リミッタ増幅回路１の利得が温度特性を
持ち、増幅出力ひいてはレベル検出信号に悪影響を及ぼ
し非常に好ましくない。

そこで、この問題を解決するために従来では、エミッタ
面積の異なる２つのトランジスタに等しいエミッタ電流
を流したときに発生する各ベース・エミッタ間電圧の差
を基に定電流を発生ずる、いわゆるバンドギャップ形の
定電流源回路を使用した回路が提唱されている。第５図
はその回路構成を示すもので、５がバンドギャップ形定
電流源回路、６はその温度補償用の定電流源回路である
。

バンドギャップ形定電流源回路５は、エミッタ面積の異
なるトランジスタＱ２１．　Ｑ２２と抵抗ＲＡとにより
定電流ＩＡを作成し、この定電流ＩＡをカレントミラー
回路５１およびトランジスタＱ１４を介してリミッタ増
幅回路１および整流回路２にそれぞれ供給するもので、
定電流ＩＡは Ｉ　Ａ　−（Ｖ７　／　ＲＡ）ρｎ　Ｎ　　　　　　　
　−（１）で表わされる。但し、Ｎはトランジスタ。２
１と０２２とのエミツタ面積比、ｖＴはｖＴ−ｋＴ／ｑ
で、 ｋ：ボルツマン定数（ｋ　−１，３８Ｘ　１０２３　Ｊ
　／’Ｋ）ｑ　−１，８０２ｘ　１０１９クーロンＴ：
絶対温度０に である。このため定電流Ｉａｉ）は、抵抗ＲＡの温度係
数ｒの他１：　Ｖ　７　（７）温度係数（ｍ　−＋　３
０００ｐ＋）ｍ　／℃）を有することになる。

一方温度補償用の定電流源回路６は、先ずダイオード接
続のトランジスタＱ３１．　Ｑ３２の各ベース・エミッ
タ間電圧ＶＢＥおよびトランジスタ。３３のベース・エ
ミッタ間電圧ＶＢＥと抵抗ＲＢとがら定電流ＩＢを作成
している。この定電流■８はＩ　ｅ　＝　（ＶＢＥ（Ｑ
３１）　＋　ＶＢＥ（Ｑ３２）　−ＶＢＥ（Ｑ３３）１
／Ｒ８ −ＶＢＥ／Ｒｓ　　　　　　　　　　　　・・・（２）
で表わされ、抵抗ＲＢの温度係数ｒの他にＶＢＨの温度
係数（約−３０００ｐｐａ＋　／　’Ｃ）を有している
。そして、定電流源回路６は、上記定電流ＩＢをバンド
ギャップ形定電流源回路５がら出力された定電流■いと
加算し、この加算によって得られた定電流ＩＣをカレン
トミラー回路を構成するダイオード接続のトランジスタ
Ｑ３６およびトランジスタＱ９を介して整流回路２の差
動増幅器２１に供給している。この定電流ＩＣは Ｉｃ−５１，＋ＩＢ ＝　（ＶＴ　／ＲＡ　）　Ｒｎ　Ｎ＋ＶＢＥ／Ｒｅ　−
（３）となる。

このような構成であるがら、先ずリミッタ増幅回路１に
は、バンドギャップ形定電流源回路５で作成される正の
温度係数を持つ定電流ＩＡが供給されるため、リミッタ
増幅回路１の利得が有する温度特性はこの定電流ＩＡの
温度特性により打消される。すなわち、リミッタ増幅回
路１の電圧利得Ａｖは、 Ａ　ｖ　＝　Ｉ　Ａ　　ＲＬ　／　２　Ｖ　Ｔ”（ＶＴ
／ＲＬ）Ωｎ　ＮＸ　　（ＲＬ　／　２ＶＴ　）””（
ＲＬ／Ｒ＾）ρｎ　Ｎ　　　　　　　　−（４）と表わ
される。したがって、負荷抵抗ＲＬとエミッタ抵抗ＲＡ
との温度係数が等しければ、リミッタ増幅回路１の電圧
利得Ａｖは零となる。

また、もし定電流回路が上記バンドギャップ形定電流回
路５のろで構成されていたとすれば、この定電流ＩＡが
持つ温度係数の影響で整流回路２は温度特性を持つこと
になる。しかし整流回路２には、正の温度係数を持った
上記定電流Ｉ＾に温度補償用の定電流源回路６で作成さ
れる負の温度係数を持った定電流ＩＢが加算された定電
流Ｉ。

が供給される。このため、定電流ｌＡと定電流ＩＢとの
加算の割合いを調整して定電流■。の温度特性を適宜設
定することにより、上記定電流ＩＡの温度係数は定電流
よりの温度係数により打消され、この結果定電流ＩＡに
よる整流回路２への温度特性の影響は排除される。すな
わち、いまリミッタ増幅回路１の出力電圧をｖｓＦラン
ジスタＱ４．Ｑ５のベース・エミッタ間電圧をＶＢＥと
すると、整流回路２への入力電圧ｖ１　＊　Ｖ　２はＶ
ｌ　　−Ｖｃｃ−（ＩＡ　／２）ＲＬ　　−ＶＢＥ＋ｖ
＝１５）Ｖ２　−　Ｖｃｃ　−Ｉ　Ａ　ＲＭ　−ＶＢＥ
　　　　　　　　　−（６）と表わされる。ここでリミ
ッティング時の増幅出力Ｖは ｖ　ａｉＶｏｐ　−（Ｉ　Ａ　／　２）　ＲＬ＝　（Ｖ
Ｔ　／２ＲＡ　）　ＩＩ　ｎ　ＮＸＲＬ　−（７）であ
る。このため、整流出力電流Ｉ２は、で表わされる。こ
の（８）式から明らかなように、整流出力電流Ｉ２は温
度特性を持たないものとなる。

したがって、この整流出力電流Ｉ２をトランジスタＱ１
２．　Ｑ１３からなるカレントミラー回路を介して抵抗
Ｒｏに供給して電圧に変換し、この電圧をコンデンサＣ
Ｏで平滑することにより得られるレベル検出信号Ｖ　ｄ
ｅｔも、温度特性を持たない安定なものとなる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような従来のレベル検出回路には次のよ
うな改善すべき課題があった。すなわち、定電流ＩＡ、
ＩＣをリミッタ増幅回路１および整流回路２に供給する
ために使用しているカレントミラー回路の各トランジス
タは、ベース電流誤差を有している。このため、リミッ
タ増幅回路１および整流回路２の各差動増幅器１１．２
１に供給されるバイアス電流値Ｉ’Ａ　　＋ＩＣ′　は
、実際にはバンドギャップ形定電流源回路５および温度
補償用の定電流源回路６から出力される定電流ｆＡ、Ｉ
ｏと異なるものとなる。この電流値の差異は、レベル検
出範囲を拡げるために、リミッタ増幅回路１および整流
回路２の各差動増幅器１１゜２１の段数を多くすればす
るほど大きくなり、無視できないものとなる。また、カ
レントミラー回路を構成するトランジスタ自身も電流増
幅率βに温度特性があるため、これによってもＩＡＩｃ
　の値は所期の温度特性を持たなくなる。

以上の点についてさらに詳しく説明する。第６図は第５
図のカレントミラー回路部分を等価的に表わしたもので
、マスク側のトランジスタＱｘは第５図のトランジスタ
Ｑ１４．　Ｑ３８に相当し、スレーブ側のトランジスタ
Ｑ　ｙｔ−Ｑ　ｙｍｌよ第５図のトランジスタＱ３　、
　　Ｑ８　、　　ＱＩＯ，Ｑｌｌ、　　Ｑ３４に相当す
る。尚、説明を簡単にするため各トランジスタＱｘ　、
　Ｑｙｌ−Ｑｙｍの特性は全て揃い、かつそのエミッタ
面積は等しいものとする。

いま、トランジスタのエミッタ電流をＩＥとし、トラン
ジスタのベース・エミッタ間電圧をＶＢＥとすると、こ
れらのＩＥとＶＢＥとの間には次の関係が成立つ。

Ｉ　Ｅ　＝　Ｉ　５　　ｅｘｐ　（ＶＢＥ／　ＶＴ　）
　　　　　　−（９）但し、ＩＳは逆方向飽和電流でト
ランジスタの特性による定数である。いまトランジスタ
Ｑｙｌ〜ＱｙＩｌ！のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥは
全て等しいので、各トランジスタＱｙｌ〜Ｑｙｍのエミ
ッタ電流は等しくなる。また、各トランジスタＱｙｌ−
Ｑｙｍのベース電流をｉｂとし、定電流源の電流をｌｘ
とすると、マスク側のトランジスタＱｘのエミッタ電流
はｌＸ−ｍ１ｂとなり、またスレーブ側トランジスタＱ
ｙ１−Ｑ）ｆｉｔのエミッタ電流はｌｘ（ｍ＋１）Ｌｂ
となる。したがって、カレントミラー回路としては定電
流源の電流ｌｘに対しくｍ＋１）ｉｂが誤差として現わ
れることになる。

また、周囲温度が変化してトランジスタの電流増幅率β
が変化するとベース電流ｉｂも変化するので、ベース電
流による誤差も温度により変化することになり、この結
果カレントミラー回路により作られる電流も変化するこ
とになる。

すなわち、前記従来の回路は、カレントミラー回路を構
成するトランジスタのベース電流誤差および電流増幅率
の温度特性により、リミッタ増幅回路１および整流回路
２の各差動増幅器１１゜２１に供給されるバイアス電流
ＩＡ　　＋ＩＣが所期の温度係数を、つまり定電流源回
路５，６で作成された定電流ＩＡ、Ｉｃと同じ温度係数
を持たなくなり、この結果レベル検出信号の温度による
影響を排除できなくなるという問題を有していた。

そこで本発明はこの点に着目し、リミッタ増幅回路およ
び整流回路に供給するバイアス電流の温度特性を所期の
温度特性に設定できるようにし、これにより温度変動に
対し安定なレベル検出信号を得ることができ、特に差動
増幅器を多段結合した場合に好適な対数圧縮形レベル検
出回路を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、多段結合された複数の差動増幅器により入力
信号を増幅するリミッタ増幅回路と、このリミッタ増幅
回路の各差動増幅器の出力信号を各々整流する差動増幅
器を有する整流回路と、上記リミッタ増幅回路の各差動
増幅器にこのリミッタ増幅回路の利得の温度特性を打消
すべく設定された第１の定電流をカレントミラー回路を
介してバイアス電流として供給する第１の定電流源回路
と、トランジスタのベース・エミッタ間電圧を基準に作
成した定電流を上記第１の定電流と所定の割合いで加算
して第２の定電流を作成しこの第２の定電流をカレント
ミラー回路を介して上記整流回路の差動増幅器にバイア
ス電流として供給する第２の定電流源回路とに加えて、
ベース電流補償用の第１および第２のトランジスタ回路
を設け、第１のトランジスタ回路により、上記第１の定
電流を供給するカレントミラー回路のベース電流を補償
し、かつ第２のトランジスタにより、上記第２の定電流
を供給するカレントミラー回路のベース電流を補償する
ようにしたものである。

（作用） この結果本発明によれば、リミッタ増幅回路および整流
回路の差動増幅器を多段結合した場合でも、カレントミ
ラー回路のベース電流誤差は極めて小さくなり、これに
より温度変化によるバイアス電流値の変化を低減するこ
とができる。したがって、バイアス電流の温度特性を定
電流源回路で作成される第１および第２の定電流の温度
係数と略等しく設定することができ、これにより温度特
性を持たないレベル検出信号を得ることが可能となる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例における対数圧縮形レベル検
出回路の回路構成図である。である。

尚、同図において前記第５図と同一部分には同一符号を
付して詳しい説明は省略する。

バンドギャップ形定電流源回路５には、第１のトランジ
スタ回路としてのＮＰＮトランジスタＱ１５が設けであ
る。このトランジスタＱ１５は、リミッタ増幅回路１に
定電流ＩＡを供給するカレントミラー回路のベース電流
を補償するためのもので、コレクタを電源ラインＶｃｅ
に接続するとともに、ベースおよびエミッタをカレント
ミラー回路を構成するトランジスタＱ１４のコレクタお
よびベースにそれぞれ接続している。一方温度補償用の
定電流源回路７には、第２のトランジスタ回路としての
ＮＰＮトランジスタＱ３７が設けである。このトランジ
スタＱ３７は、整流回路２に定電流ＩＣを供給するカレ
ントミラー回路のベース電流を補償するためのもので、
上記トランジスタＱ１５と同様にコレクタを電源ライン
Ｖｃｃに接続するとともに、ベースおよびエミッタをカ
レントミラー回路のトランジスタＱ３Ｂのコレクタおよ
びベースにそれぞれ接続している。

このような構成であるから、先ず定電流Ｉ＾供給用のカ
レントミラー回路を構成する各トランジスタＱ１４．　
　Ｑ３　、　　Ｑ８　、　　ＱＩＯ，Ｑｌｌ、　　Ｑ３
４のベース電流は、トランジスタＱ１５を介して電源ラ
インＶＣＣから補給される。また、定電流ＩＣ供給用の
カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ９゜Ｑ３
Ｂのベース電流は、トランジスタＱ３７を介して電源ラ
インＶＣＣから補給される。このため、リミッタ増幅回
路１および整流回路２の差動増幅器が多段結合になって
いても、カレントミラー回路のベース電流誤差は上記ト
ランジスタＱ１５．　Ｑ３７により補償され、誤差値は
極めて小さなものとなる。

例えば、いまトランジスタＱ　１５．　Ｑ　３７の電流
増幅率をβとすると、上記カレントミラー回路のベース
電流誤差は１／βに低減することができる。このため、
リミッタ増幅回路１および整流回路２の差動増幅器に供
給されるバイアス電流ＩＡＩｏ　の値は、定電流源回路
５，６で作成される定電流ＩＡ、ＩＣの値と略等しくな
り、これにより両型流ＩＡ　　、Ｉ（ＩＡ、ＩＣ間の温
度特性も略等しくなる。すなわち、バイアス電流ＩＡ　
　ｒ’ｃ　　の温度特性を所期の温度特性に設定するこ
とが可能となる。したがって、レベル検出信号の温度特
性を零にすることができ、これにより温度変化が生じて
も変動しない安定なレベル検出信号を得ることができる
。

第２図はリミッタ増幅回路１および整流回路２の各差動
増幅器１１をそれぞれ４段構成とした場合のレベル検出
回路の入出力特性を示すもので、Ｖｄｌ〜Ｖｄ４は整流
回路２の各段の出力電圧である。

同図においてイは所定の条件での入出力特性であり、こ
の入出力特性は本実施例であれば温度が変化しても変化
せず一定となる。しかるに、第３図の回路のようにリミ
ッタ増幅回路１のバイアス電流■８　の温度特性を所期
の値に設定できない場合には、温度変化によりリミッタ
増幅回路１の利得が変化するため、そのときの入出力特
性は口のようになる。また、例えば第５図に示す如く整
流回路２のバイアス電流ＩＣを所期の値に設定できない
場合には、温度変化により整流回路２の出力電流が変化
するため入出力特性はハのように変化する。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例
えばバンドギャップ形定電流源回路および温度補償用の
定電流源回路の構成や、第１および第２のトランジスタ
回路の回路構成、リミッタ増幅回路および整流回路の各
差動増幅器の段数等については、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施できる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、多段結合された複
数の差動増幅器により入力信号を増幅するリミッタ増幅
回路と、このリミッタ増幅回路の各差動増幅器の出力信
号を各々整流する差動増幅器を有する整流回路と、上記
リミッタ増幅回路の各差動増幅器にこのリミッタ増幅回
路の利得の温度特性を打消すべく設定された第１の定電
流をカレントミラー回路を介してバイアス電流として供
給する第１の定電流源回路と、トランジスタのベース・
エミッタ間電圧を基準に作成した定電流を上記第１の定
電流と所定の割合いで加算して第２の定電流を作成しこ
の第２の定電流をカレントミラー回路を介して上記整流
回路の差動増幅器にバイアス電流として供給する第２の
定電流源回路とに加えて、ベース電流補償用の第１およ
び第２のトランジスタ回路を設け、第１のトランジスタ
回路により、上記第１の定電流を供給するカレントミラ
ー回路のベース電流を補償し、かつ第２のトランジスタ
により、上記第２の定電流を供給するカレントミラー回
路のベース電流を補償するようにしたことによって、リ
ミッタ増幅回路および整流回路に供給するバイアス電流
の温度特性を所期の温度特性に設定することができ、こ
れにより温度変動に対し安定なレベル検出信号を得るこ
とができ、特に差動増幅器を多段結合した場合に好適な
対数圧縮形レベル検出回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における対数圧縮形レベル検
出回路の回路構成図、第２図は同回路の効果を説明する
ためのレベル検出特性図、第３図乃至第６図は従来説明
に使用するもので、第３図および第５図はそれぞれ異な
る対数圧縮形レベル検出回路の回路構成図、第４図は整
流回路の動作を示す信号波形図、第６図は第５図に示さ
れるカレントミラー回路の等価回路図である。 １・・・リミッタ増幅回路、２・・・整流回路、３・・
・出力回路、５・・・バンドギャップ形定電流源回路、
６・・・温度補償用の定電流源、１１．２１・・・差動
増幅器、Ｑ　１５．　Ｑ　３７・・・ベース電流補償用
のトランジスタ、ｌＡｌＩＣ・・・定電流、ＩＡＩｃ　
・・・バイアス電流。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 λη４ろ（ｄＢ］ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多段結合された複数の差動増幅器により入力信号を増幅
   するリミッタ増幅回路と、このリミッタ増幅回路の各差
   動増幅器の出力信号を各々整流する差動増幅器を有する
   整流回路と、前記リミッタ増幅回路の各差動増幅器にこ
   のリミッタ増幅回路の利得の温度特性を打消すべく設定
   された第１の定電流をカレントミラー回路を介してバイ
   アス電流として供給する第１の定電流源回路と、トラン
   ジスタのベース・エミッタ間電圧を基準に作成した定電
   流を前記第１の定電流と所定の割合いで加算して第２の
   定電流を作成しこの第２の定電流をカレントミラー回路
   を介して前記整流回路の差動増幅器にバイアス電流とし
   て供給する第２の定電流源回路とを具備し、かつ前記第
   １の定電流を供給するカレントミラー回路のベース電流
   を補償する第１のトランジスタ回路と、前記第２の定電
   流を供給するカレントミラー回路のベース電流を補償す
   る第２のトランジスタとを設けたことを特徴とする対数
   圧縮形レベル検出回路。