JPH1093390A - 相互コンダクタンス増幅器および電圧制御発振器 - Google Patents
相互コンダクタンス増幅器および電圧制御発振器Info
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- JPH1093390A JPH1093390A JP9200599A JP20059997A JPH1093390A JP H1093390 A JPH1093390 A JP H1093390A JP 9200599 A JP9200599 A JP 9200599A JP 20059997 A JP20059997 A JP 20059997A JP H1093390 A JPH1093390 A JP H1093390A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/20—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
- H03F1/3211—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in differential amplifiers
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- Amplifiers (AREA)
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロ波の周波数でノイズの低い比例増幅
器を提供すること。 【解決手段】 低ノイズでマイクロ波電圧制御発振器に
使用可能な相互コンダクタンス増幅器が得られる。その
相互コンダクタンス増幅器は、直線化された利得を提供
するための比例したトランジスタを備えた比例増幅器を
結合している。同調装置は、一定の直流の合成電流を提
供するために、同相および位相外れの電流を逆の比率で
合流させる。同調回路は、カスコード接続段がなくても
動作するように配置されており、電源電圧の要求が５．
０ボルトから３．３ボルトに引き下げられる。
器を提供すること。 【解決手段】 低ノイズでマイクロ波電圧制御発振器に
使用可能な相互コンダクタンス増幅器が得られる。その
相互コンダクタンス増幅器は、直線化された利得を提供
するための比例したトランジスタを備えた比例増幅器を
結合している。同調装置は、一定の直流の合成電流を提
供するために、同相および位相外れの電流を逆の比率で
合流させる。同調回路は、カスコード接続段がなくても
動作するように配置されており、電源電圧の要求が５．
０ボルトから３．３ボルトに引き下げられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変遅延で、低ノ
イズで高周波の電圧制御発振器と結合した比例増幅器
（相互コンダクタンス増幅器）に関し、特に低電源電圧
で動作する電圧制御発振器に関する。
イズで高周波の電圧制御発振器と結合した比例増幅器
（相互コンダクタンス増幅器）に関し、特に低電源電圧
で動作する電圧制御発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】移動無線電話網システムおよび成長する
情報化時代の到来とともに、ＶＨＦおよびＵＨＦのパー
ソナル通信システムの重要性が増大してきている。この
ことは、クロックの回復とアナログＵＨＦの信号処理と
を低コストで包括的に解決する方法を暗に必要とする。
そのような通信システムの主要なサブコンポーネント
は、ＵＨＦ周波数帯で極めて低ノイズ（ジッタ）で動作
する電圧制御発振器（以下、ＶＣＯと略記する）であ
る。現在のところ、コストの理由で、ＵＨＦ発振器に対
する包括的な解決法が模索されている。
情報化時代の到来とともに、ＶＨＦおよびＵＨＦのパー
ソナル通信システムの重要性が増大してきている。この
ことは、クロックの回復とアナログＵＨＦの信号処理と
を低コストで包括的に解決する方法を暗に必要とする。
そのような通信システムの主要なサブコンポーネント
は、ＵＨＦ周波数帯で極めて低ノイズ（ジッタ）で動作
する電圧制御発振器（以下、ＶＣＯと略記する）であ
る。現在のところ、コストの理由で、ＵＨＦ発振器に対
する包括的な解決法が模索されている。
【０００３】米国特許第５１７２０６７号および第５１
８５５８１号には、差動増幅器で構成された微小信号の
電圧制御発振器に係る技術が開示されている。これらの
ＶＣＯは、１ＧＨｚまで動作可能であり、一般に約５ｐ
ｓ（２乗平均値）すなわち０．００５ユニットインター
バル（以下、ＵＩと略記する）のノイズジッタが測定さ
れている間、ピークからピークまでおよそ０．１５Ｖま
で生じる。ＵＩは、発振周期によって分割されたジッタ
の２乗平均値である。
８５５８１号には、差動増幅器で構成された微小信号の
電圧制御発振器に係る技術が開示されている。これらの
ＶＣＯは、１ＧＨｚまで動作可能であり、一般に約５ｐ
ｓ（２乗平均値）すなわち０．００５ユニットインター
バル（以下、ＵＩと略記する）のノイズジッタが測定さ
れている間、ピークからピークまでおよそ０．１５Ｖま
で生じる。ＵＩは、発振周期によって分割されたジッタ
の２乗平均値である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】多くの適用に対して、
ジッタはおよそ０．０１ＵＩで十分であるが、将来のア
ナログ／ディジタル変換器技術に対しては、１ＧＨｚで
０．００１ＵＩかそれよりも優れたジッタが必要にな
る。
ジッタはおよそ０．０１ＵＩで十分であるが、将来のア
ナログ／ディジタル変換器技術に対しては、１ＧＨｚで
０．００１ＵＩかそれよりも優れたジッタが必要にな
る。
【０００５】このことは、上述した先願特許により達成
される改善を超える１４ｄＢの改善が要求されることを
意味している。本発明は、米国特許第５４８３１９５号
に開示された先願特許のシステムよりも低電圧の電源を
有するにもかかわらず、上記要求を満足させるＶＣＯに
関する。
される改善を超える１４ｄＢの改善が要求されることを
意味している。本発明は、米国特許第５４８３１９５号
に開示された先願特許のシステムよりも低電圧の電源を
有するにもかかわらず、上記要求を満足させるＶＣＯに
関する。
【０００６】米国特許第５４８３１９５号では、ＶＣＯ
はジャイレータの原理で動作し、つぎの特徴を有してい
ると説明されている。
はジャイレータの原理で動作し、つぎの特徴を有してい
ると説明されている。
【０００７】（１）第１に、ジャイレータが、直流で位
相が１８０度逆になるように結線された状態でループに
接続された２つの相互コンダクタンス増幅器で構成され
ている。
相が１８０度逆になるように結線された状態でループに
接続された２つの相互コンダクタンス増幅器で構成され
ている。
【０００８】（２）第２に、ジャイレータループの利得
は、ジャイレータの共振周波数での単位よりもわずかに
大きくなるように制御される。この制御は、自動利得制
御システム（以下、ＡＧＣと略記する）によってなさ
れ、それによってジャイレータの共振周波数での発振を
維持する。
は、ジャイレータの共振周波数での単位よりもわずかに
大きくなるように制御される。この制御は、自動利得制
御システム（以下、ＡＧＣと略記する）によってなさ
れ、それによってジャイレータの共振周波数での発振を
維持する。
【０００９】（３）第３に、ジャイレータは、米国特許
第５４２０５３８号で説明されている設計の直線の相互
導体（transconductors)を有しており、その相互導体の
直線性によって、大きな信号レベルでの、共振器の大き
なＱ値の発生が可能となっており、位相ノイズが低くさ
れている。さらに、直線の相互導体は、自動利得制御に
対して可変の相互コンダクタンスを有しており、その制
御は増幅器のバイアス電位の変化によってなされる。
第５４２０５３８号で説明されている設計の直線の相互
導体（transconductors)を有しており、その相互導体の
直線性によって、大きな信号レベルでの、共振器の大き
なＱ値の発生が可能となっており、位相ノイズが低くさ
れている。さらに、直線の相互導体は、自動利得制御に
対して可変の相互コンダクタンスを有しており、その制
御は増幅器のバイアス電位の変化によってなされる。
【００１０】（４）第４に、ジャイレータは、帰還電流
と、関連する増幅器の出力電流とのベクトルの総和の手
段によって、ジャイレータ増幅器を介して可変遅延を提
供するために、その大きさおよび位相が制御される２つ
の相互コンダクタンス増幅器のそれぞれの出力の電流帰
還コンポーネントを用いた同調機構を有している。相互
コンダクタンス増幅器の一形態が従来技術の図７に示さ
れている。
と、関連する増幅器の出力電流とのベクトルの総和の手
段によって、ジャイレータ増幅器を介して可変遅延を提
供するために、その大きさおよび位相が制御される２つ
の相互コンダクタンス増幅器のそれぞれの出力の電流帰
還コンポーネントを用いた同調機構を有している。相互
コンダクタンス増幅器の一形態が従来技術の図７に示さ
れている。
【００１１】これらの目的物は対処されてきており、ジ
ャイレータの特性が以下の式１および式２により表され
ている。ここで、式１は、共振角周波数ω0 を、増幅器
の相互コンダクタンスｇm 、ジャイレータのキャパシタ
ンスＣおよびあまり重要ではない第２項目で表した式で
あり、その第２項目は、ジャイレータの損失アドミッタ
ンスＧと増幅器固有の遅延Ｄとの積である。式２は、共
振器のＱ値を制御する直交条件を表しており、この条件
が満たされるときにＱが無限になる。実際には、遅延Ｄ
は、発振を確保するために、単位利得値よりもわずかに
大きくなければならない。
ャイレータの特性が以下の式１および式２により表され
ている。ここで、式１は、共振角周波数ω0 を、増幅器
の相互コンダクタンスｇm 、ジャイレータのキャパシタ
ンスＣおよびあまり重要ではない第２項目で表した式で
あり、その第２項目は、ジャイレータの損失アドミッタ
ンスＧと増幅器固有の遅延Ｄとの積である。式２は、共
振器のＱ値を制御する直交条件を表しており、この条件
が満たされるときにＱが無限になる。実際には、遅延Ｄ
は、発振を確保するために、単位利得値よりもわずかに
大きくなければならない。
【００１２】 ω0 ＝ｇm ／（Ｃ＋ＧＤ） ・・・（式１） Ｄ＝Ｇ／（ω0 2Ｃ） ・・・（式２）
【００１３】これらすべて、および他の形態が米国特許
第５４８３１９５号に開示されており、調波歪みの極め
て低い直角位相の正弦波を出力する、位相ノイズの低い
電圧制御発振器が提供されている。
第５４８３１９５号に開示されており、調波歪みの極め
て低い直角位相の正弦波を出力する、位相ノイズの低い
電圧制御発振器が提供されている。
【００１４】実験データは、２．４ＧＨｚの周波数で−
５０ｄＢｃおよびそれよりもよい調波歪みが維持され得
ることを示している。
５０ｄＢｃおよびそれよりもよい調波歪みが維持され得
ることを示している。
【００１５】特に、図４は、米国特許第５３７１４７５
号、第５１７２０７６号および５１８５５８１号から引
用したものであり、直流で位相が１８０度逆になるよう
に結線された２つの相互コンダクタンス増幅器よりなる
ジャイレータを示している。図５は、米国特許第５４８
３１９５号から引用したものであり、ジャイレータ共振
器の周波数同調用の帰還電流機構を備えたジャイレータ
を示している。
号、第５１７２０７６号および５１８５５８１号から引
用したものであり、直流で位相が１８０度逆になるよう
に結線された２つの相互コンダクタンス増幅器よりなる
ジャイレータを示している。図５は、米国特許第５４８
３１９５号から引用したものであり、ジャイレータ共振
器の周波数同調用の帰還電流機構を備えたジャイレータ
を示している。
【００１６】図６は、米国特許第５４２０５５８号から
引用したものであり、３つの差動対からなる比例マイク
ロ波相互コンダクタンス増幅器を示しており、線形特性
をもたらすためにそれらの入力に小さなオフセット電圧
が印加され、かつ帯域幅の広いマイクロ波特性を可能に
するためにカスコード出力段を備えている。
引用したものであり、３つの差動対からなる比例マイク
ロ波相互コンダクタンス増幅器を示しており、線形特性
をもたらすためにそれらの入力に小さなオフセット電圧
が印加され、かつ帯域幅の広いマイクロ波特性を可能に
するためにカスコード出力段を備えている。
【００１７】図７は、米国特許第５４８３１９５号によ
る、５ボルトまたはそれよりも大きい電源電圧で動作す
るのに適した比例相互コンダクタンス増幅器を示してい
る。
る、５ボルトまたはそれよりも大きい電源電圧で動作す
るのに適した比例相互コンダクタンス増幅器を示してい
る。
【００１８】図７に示す回路は、点線で囲まれた３つの
主要な構成要素を有している。これらの主要要素は、比
例増幅器、カスコード分相器および同調装置である。カ
スコード分相器の目的は、つぎの２つである。すなわ
ち、帯域幅を最大化するために比例増幅器に対して必要
なカスコード段を提供することである。
主要な構成要素を有している。これらの主要要素は、比
例増幅器、カスコード分相器および同調装置である。カ
スコード分相器の目的は、つぎの２つである。すなわ
ち、帯域幅を最大化するために比例増幅器に対して必要
なカスコード段を提供することである。
【００１９】また、比例増幅器出力の正確な比例電流分
配を提供することである。これは、同調装置により要求
されるより小さい部分である。この回路の欠点は、同調
装置およびカスコード分相器が直列にカスコード接続さ
れており、それゆえ最低でも５ボルトの電圧を供給する
必要があるということである。
配を提供することである。これは、同調装置により要求
されるより小さい部分である。この回路の欠点は、同調
装置およびカスコード分相器が直列にカスコード接続さ
れており、それゆえ最低でも５ボルトの電圧を供給する
必要があるということである。
【００２０】図７に示す増幅器の直列カスコード接続さ
れた分相器をなくすことによって、電源電圧の低減を達
成することが望まれている。
れた分相器をなくすことによって、電源電圧の低減を達
成することが望まれている。
【００２１】本発明は、米国特許第５４８３１９５号よ
りも低い電源電圧を必要とし、ひいては電力消費の低減
をもたらす改良された相互コンダクタンス増幅器により
達成される上述した全ての目的物を提供するものであ
る。
りも低い電源電圧を必要とし、ひいては電力消費の低減
をもたらす改良された相互コンダクタンス増幅器により
達成される上述した全ての目的物を提供するものであ
る。
【００２２】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、マイクロ波の周波数でノイズの低い比例増幅器を
提供することを目的とする。
って、マイクロ波の周波数でノイズの低い比例増幅器を
提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明によれば、可変遅延を有する相互コン
ダクタンス増幅器が提供される。その増幅器は、３つの
バイポーラ差動対を有する比例増幅器を備えており、各
差動対は定電流源を備え、比例した入力エミッタフォロ
ワおよび関連する電流ミラーにより提供される利得を線
形化するオフセットを具備している。それら差動対は、
差分の出力を供給する。
めに、第１の発明によれば、可変遅延を有する相互コン
ダクタンス増幅器が提供される。その増幅器は、３つの
バイポーラ差動対を有する比例増幅器を備えており、各
差動対は定電流源を備え、比例した入力エミッタフォロ
ワおよび関連する電流ミラーにより提供される利得を線
形化するオフセットを具備している。それら差動対は、
差分の出力を供給する。
【００２４】また、この相互コンダクタンス増幅器は、
比例増幅器に平行に接続された補助的な増幅器を具備し
ており、その補助的な増幅器は第１、第２および第３の
差動対を有し、各差動対は定電流源を有している。補助
的な増幅器は差分の同調電流を出力する。同調制御回路
は、差分の同調電流を受け取るとともに同調出力を供給
する。
比例増幅器に平行に接続された補助的な増幅器を具備し
ており、その補助的な増幅器は第１、第２および第３の
差動対を有し、各差動対は定電流源を有している。補助
的な増幅器は差分の同調電流を出力する。同調制御回路
は、差分の同調電流を受け取るとともに同調出力を供給
する。
【００２５】また、第２の発明によれば、第１比例増幅
器および補助的な増幅器と平行に、第３の比例増幅器を
備えた相互コンダクタンス増幅器が提供される。加え
て、同調回路は４つの差動対を備えており、補助的な増
幅器から出力された差分の同調電流が２つの同調差動対
に供給されるとともに、第３比例増幅器から出力された
電流が他の２つの同調差動対に供給されるようになって
いる。４つの差動対は、それぞれ比例したエミッタを有
しており、比例同調装置を形成するために結合されてい
る。
器および補助的な増幅器と平行に、第３の比例増幅器を
備えた相互コンダクタンス増幅器が提供される。加え
て、同調回路は４つの差動対を備えており、補助的な増
幅器から出力された差分の同調電流が２つの同調差動対
に供給されるとともに、第３比例増幅器から出力された
電流が他の２つの同調差動対に供給されるようになって
いる。４つの差動対は、それぞれ比例したエミッタを有
しており、比例同調装置を形成するために結合されてい
る。
【００２６】また、第３の発明によれば、第１増幅器の
正および負の出力が、それぞれ、第２増幅器の正および
負の入力に接続され、一方、第２増幅器の負の出力が第
１増幅器の正の入力に接続されているとともに、第２増
幅器の正の出力が第１増幅器の負の入力に接続されるよ
うに相互接続されてなる一対の相互コンダクタンス増幅
器を具備する電圧制御発振器が提供される。各増幅器の
出力の間には、９０°の位相シフトがある。
正および負の出力が、それぞれ、第２増幅器の正および
負の入力に接続され、一方、第２増幅器の負の出力が第
１増幅器の正の入力に接続されているとともに、第２増
幅器の正の出力が第１増幅器の負の入力に接続されるよ
うに相互接続されてなる一対の相互コンダクタンス増幅
器を具備する電圧制御発振器が提供される。各増幅器の
出力の間には、９０°の位相シフトがある。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る相互コンダ
クタンス増幅器および電圧制御発振器の実施の形態を図
面を参照して詳細に説明する。
クタンス増幅器および電圧制御発振器の実施の形態を図
面を参照して詳細に説明する。
【００２８】図１には、電源電圧３．３ボルトで動作す
るのに好適な比例相互コンダクタンス増幅器の一実施の
形態が示されている。米国特許第５４８３１９５号で開
示された全ての同調装置が、図１に示す装置とともに実
施可能であり、図７に示す同調装置と同様の装置に対応
している。従って、同調装置についての詳細な説明を省
略する。
るのに好適な比例相互コンダクタンス増幅器の一実施の
形態が示されている。米国特許第５４８３１９５号で開
示された全ての同調装置が、図１に示す装置とともに実
施可能であり、図７に示す同調装置と同様の装置に対応
している。従って、同調装置についての詳細な説明を省
略する。
【００２９】図１に示す比例増幅器は、カスコード接続
されたトランジスタ５６１，５８１を介するメイン出力
と、直接同調装置へ供給する補助的な比例したより低い
出力を有している。従って、補助的な出力と同調装置と
の間には、直列にカスコード接続された増幅器は設けら
れていない。この装置は、増幅器の特性を下げることな
く実施可能であり、その理由は、同調装置もカスコード
接続された出力段の機能を果たすからである。
されたトランジスタ５６１，５８１を介するメイン出力
と、直接同調装置へ供給する補助的な比例したより低い
出力を有している。従って、補助的な出力と同調装置と
の間には、直列にカスコード接続された増幅器は設けら
れていない。この装置は、増幅器の特性を下げることな
く実施可能であり、その理由は、同調装置もカスコード
接続された出力段の機能を果たすからである。
【００３０】図１に示す比例増幅器は、２つの装置が、
直線性のために要求される必要なオフセット電位を提供
する同様の入力回路を備えているという点で、図７に示
す比例増幅器と同様のものである。これは、どちらの形
態においても同じ符号を付したトランジスタ３４，３
５，３６，３７，３８，３９，４０，４１によって提供
されている。
直線性のために要求される必要なオフセット電位を提供
する同様の入力回路を備えているという点で、図７に示
す比例増幅器と同様のものである。これは、どちらの形
態においても同じ符号を付したトランジスタ３４，３
５，３６，３７，３８，３９，４０，４１によって提供
されている。
【００３１】米国特許第５４２０５３８号に開示されて
いるように、必要とされるオフセット電位は、トランジ
スタ３５：トランジスタ３４、トランジスタ３６：トラ
ンジスタ３７、トランジスタ３８：トランジスタ３９、
トランジスタ４１：トランジスタ４０の比によって得ら
れ、従来の技術によれば、最適な直線性に対してその比
は３：１に特定される。特に、米国特許第５４２０５３
８号においては、この比は、小さいマイクロ波トランジ
スタに関するリソグラフィ技術の制限による整数値であ
ることが要求される。
いるように、必要とされるオフセット電位は、トランジ
スタ３５：トランジスタ３４、トランジスタ３６：トラ
ンジスタ３７、トランジスタ３８：トランジスタ３９、
トランジスタ４１：トランジスタ４０の比によって得ら
れ、従来の技術によれば、最適な直線性に対してその比
は３：１に特定される。特に、米国特許第５４２０５３
８号においては、この比は、小さいマイクロ波トランジ
スタに関するリソグラフィ技術の制限による整数値であ
ることが要求される。
【００３２】図７を参照しながら説明すると、比例増幅
器出力は、その出力が平行に接続された３つの差動対、
すなわちトランジスタ対（２０，２１），（２２，２
３），（２４，２５）を備えている。これらの差動対に
関連して、それぞれ、電流シンク２６，３０，２８が設
けられている。これらのトランジスタ差動対も、図１に
示す新規の装置に設けられており、同じ符号が付されて
いる。
器出力は、その出力が平行に接続された３つの差動対、
すなわちトランジスタ対（２０，２１），（２２，２
３），（２４，２５）を備えている。これらの差動対に
関連して、それぞれ、電流シンク２６，３０，２８が設
けられている。これらのトランジスタ差動対も、図１に
示す新規の装置に設けられており、同じ符号が付されて
いる。
【００３３】しかしながら、図１に示す本実施の形態で
は、対応する３つの電流シンクは、それぞれ、平行な３
つのトランジスタで構成されており、やはり同じ符号２
６，３０，２８が付されている。加えて、図１では、差
動トランジスタ対（２０１，２１１），（２２１，２３
１），（２４１，２５１）およびそれら差動対に対応し
た単一のトランジスタよりなる電流シンク２６１，３０
１，２８１を含む、別の補助的な増幅器出力段が設けら
れている。
は、対応する３つの電流シンクは、それぞれ、平行な３
つのトランジスタで構成されており、やはり同じ符号２
６，３０，２８が付されている。加えて、図１では、差
動トランジスタ対（２０１，２１１），（２２１，２３
１），（２４１，２５１）およびそれら差動対に対応し
た単一のトランジスタよりなる電流シンク２６１，３０
１，２８１を含む、別の補助的な増幅器出力段が設けら
れている。
【００３４】典型的な例においては、電流シンク２６，
３０，２８のサイズに依存する補助的な増幅器出力に対
して、メイン増幅器出力を介して３倍の電流量が流れる
ことが特定され得る。
３０，２８のサイズに依存する補助的な増幅器出力に対
して、メイン増幅器出力を介して３倍の電流量が流れる
ことが特定され得る。
【００３５】従って、メインおよび補助的な増幅器に供
給する電流量（current mirror sizes）の比が、増幅器
の、同調装置に供給される出力電流の比率を決定するの
で、米国特許第５４８３１９５号によれば、このことに
よって同調範囲が正確に制御される。この比は、必要と
される特定の同調範囲に応じて調整され得る。
給する電流量（current mirror sizes）の比が、増幅器
の、同調装置に供給される出力電流の比率を決定するの
で、米国特許第５４８３１９５号によれば、このことに
よって同調範囲が正確に制御される。この比は、必要と
される特定の同調範囲に応じて調整され得る。
【００３６】米国特許第５４２０５３８号の可変相互コ
ンダクタンス増幅器の特性であるが、この装置の２つの
付随的な特徴に注目すべきである。すなわち、メインお
よび補助的な出力の直線性は、上記電流シンクの比率に
依存しないということと、ＡＧＣが増幅器のバイアス電
位を調節するので、補助的な出力に対するメイン出力の
電流比率は、一定のままであるということである。
ンダクタンス増幅器の特性であるが、この装置の２つの
付随的な特徴に注目すべきである。すなわち、メインお
よび補助的な出力の直線性は、上記電流シンクの比率に
依存しないということと、ＡＧＣが増幅器のバイアス電
位を調節するので、補助的な出力に対するメイン出力の
電流比率は、一定のままであるということである。
【００３７】図１を参照しながら、図示された、同調制
御を備えたジャイレータ比例相互コンダクタンス増幅器
は、正電源から１つのダイオード手段による電圧降下
（２７℃で、およそ０．８５ボルト）により得られる基
準電圧を有している。従って、カスコード接続された増
幅トランジスタ５６１，５８１のエミッタ電位は、２つ
のダイオード分だけ正電源から電圧降下している。
御を備えたジャイレータ比例相互コンダクタンス増幅器
は、正電源から１つのダイオード手段による電圧降下
（２７℃で、およそ０．８５ボルト）により得られる基
準電圧を有している。従って、カスコード接続された増
幅トランジスタ５６１，５８１のエミッタ電位は、２つ
のダイオード分だけ正電源から電圧降下している。
【００３８】比例増幅器のコレクタは、実質的に一定に
保持されるので、差動対のエミッタは、およそ３つのダ
イオード分だけ正電源から電圧降下してバイアスされ得
る。このことは、標準的な３．３ボルト電源の場合に、
比例増幅器出力段の電流シンクが１つのダイオードによ
る電圧降下よりもわずかに小さいコレクタ−エミッタ間
電圧でバイアスされるということを意味している。これ
は、ＡＧＣによる制御下で電流シンクとして作用するの
に十分である。
保持されるので、差動対のエミッタは、およそ３つのダ
イオード分だけ正電源から電圧降下してバイアスされ得
る。このことは、標準的な３．３ボルト電源の場合に、
比例増幅器出力段の電流シンクが１つのダイオードによ
る電圧降下よりもわずかに小さいコレクタ−エミッタ間
電圧でバイアスされるということを意味している。これ
は、ＡＧＣによる制御下で電流シンクとして作用するの
に十分である。
【００３９】加えて、本発明の特定の例においては、こ
れらの電流シンクは、標準的な実施によるエミッタのわ
ずかな退化に対して増大させられ、これらの電流シンク
のマッチングが改善され得る。あるいは、ＢｉＣＭＯＳ
技術においては、これらの電流シンクは、抵抗が退化し
た（degeneration resistors）ＮＭＯＳトランジスタと
して実施され得る。その理由は、そのようなＮＭＯＳト
ランジスタは、同等のバイポーラトランジスタよりも低
いドレイン電位で動作し得るため、より低い電源電圧を
使用することができるからである。
れらの電流シンクは、標準的な実施によるエミッタのわ
ずかな退化に対して増大させられ、これらの電流シンク
のマッチングが改善され得る。あるいは、ＢｉＣＭＯＳ
技術においては、これらの電流シンクは、抵抗が退化し
た（degeneration resistors）ＮＭＯＳトランジスタと
して実施され得る。その理由は、そのようなＮＭＯＳト
ランジスタは、同等のバイポーラトランジスタよりも低
いドレイン電位で動作し得るため、より低い電源電圧を
使用することができるからである。
【００４０】同調装置のさらに別の形態は、上述した回
路の目的物のすべてに適合し得る。従来技術において述
べたように、エミッタの退化した抵抗は、図１に示す同
調トランジスタのノイズ利得を低減する目的のために、
図１に示す同調装置に設けられている。しかしながら、
これらのトランジスタは、超比例同調装置の直線性を悪
くする。
路の目的物のすべてに適合し得る。従来技術において述
べたように、エミッタの退化した抵抗は、図１に示す同
調トランジスタのノイズ利得を低減する目的のために、
図１に示す同調装置に設けられている。しかしながら、
これらのトランジスタは、超比例同調装置の直線性を悪
くする。
【００４１】図２は、本発明の比例増幅器の第２の実施
の形態の詳細な回路図である。この場合には、３つの差
動対（２４２，２５２），（２２２，２３２），（２０
２，２１２）からなる付加的な比例増幅器が、ノード５
６３，５８３上に対となる付加的な出力電流をさらに供
給するために、同調装置に付加されている。
の形態の詳細な回路図である。この場合には、３つの差
動対（２４２，２５２），（２２２，２３２），（２０
２，２１２）からなる付加的な比例増幅器が、ノード５
６３，５８３上に対となる付加的な出力電流をさらに供
給するために、同調装置に付加されている。
【００４２】これらの３つの差動対のバイアス電流は、
３つの差動対（２４１，２５１），（２２１，２３
１），（２０１，２１１）のバイアス電流と同じであ
り、かつ一般に、所定比率Ｒで決まる、メイン増幅器の
差動対（２４，２５），（２２，２３），（２０，２
１）のバイアス電流よりも小さい電流値である。
３つの差動対（２４１，２５１），（２２１，２３
１），（２０１，２１１）のバイアス電流と同じであ
り、かつ一般に、所定比率Ｒで決まる、メイン増幅器の
差動対（２４，２５），（２２，２３），（２０，２
１）のバイアス電流よりも小さい電流値である。
【００４３】その比率Ｒは、プロセスの変化や温度（前
述したように）によらず、発振器が同調され得る最大周
波数の範囲を決める。付加的な比例増幅器は、４：１の
比率のトランジスタエミッタを有する４対の差動対（Ａ
１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）のそれぞれが比例同調装置に接
続されるのを可能としている。この装置から生じるＶＣ
Ｏの利得は、プロセスの変化や温度によらず、実質的に
一定であるということがわかる。
述したように）によらず、発振器が同調され得る最大周
波数の範囲を決める。付加的な比例増幅器は、４：１の
比率のトランジスタエミッタを有する４対の差動対（Ａ
１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）のそれぞれが比例同調装置に接
続されるのを可能としている。この装置から生じるＶＣ
Ｏの利得は、プロセスの変化や温度によらず、実質的に
一定であるということがわかる。
【００４４】図３には、速いプロセスと一般的な遅いプ
ロセスに対する同調特性のグラフが示されている。バイ
ポーラトランジスタの変化による周波数シフトは、使用
に適した全同調範囲にわたって、２パーセントよりも少
ない。この比例同調装置の動作モードは、以下のように
理解され得る。
ロセスに対する同調特性のグラフが示されている。バイ
ポーラトランジスタの変化による周波数シフトは、使用
に適した全同調範囲にわたって、２パーセントよりも少
ない。この比例同調装置の動作モードは、以下のように
理解され得る。
【００４５】米国特許第５４２０５３８号には、如何に
して、エミッタ比が１：４および４：１でそれぞれ入力
および出力が平行に接続された２つの差動対が、同様の
差動対の尾部電流値によらない、ある電流値以下の入力
信号レベルに対して比例増幅器を構成し得るかについて
説明されている。
して、エミッタ比が１：４および４：１でそれぞれ入力
および出力が平行に接続された２つの差動対が、同様の
差動対の尾部電流値によらない、ある電流値以下の入力
信号レベルに対して比例増幅器を構成し得るかについて
説明されている。
【００４６】図２において、差動対（Ａ１，Ａ２）は、
そのような比例増幅器を構成しており、また、差動対
（Ａ３，Ａ４）は、別の比例増幅器を構成している。こ
れらの２つの比例増幅器は、比例増幅器（２４１，２５
１），（２２１，２３１），（２０１，２１１）および
比例増幅器（２４２，２５２），（２２２，２３２），
（２０２，２１２）の出力回路に配置されていて、一次
の４象限ミキサ（linearfour quadrant mixer）を形成
している。従って、同調制御入力の大きさは、直角位相
の帰還電流の大きさを直線的に制御し、図３に示す直線
的な特性を生じる。
そのような比例増幅器を構成しており、また、差動対
（Ａ３，Ａ４）は、別の比例増幅器を構成している。こ
れらの２つの比例増幅器は、比例増幅器（２４１，２５
１），（２２１，２３１），（２０１，２１１）および
比例増幅器（２４２，２５２），（２２２，２３２），
（２０２，２１２）の出力回路に配置されていて、一次
の４象限ミキサ（linearfour quadrant mixer）を形成
している。従って、同調制御入力の大きさは、直角位相
の帰還電流の大きさを直線的に制御し、図３に示す直線
的な特性を生じる。
【００４７】最後に、差動対（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ
４）のノイズへの影響は、差動増幅器対の平行接続によ
りノイズ要素が３ｄＢ改善されることと、ＶＣＯ負荷に
与えられるノイズパワーが増幅器の利得低減によりおよ
そ１２ｄＢ低減されることの２つの要素により、退化抵
抗のない単純なギルバート・セル（Gilbert cell) の影
響よりも少ない。理論上は、全体で約１５ｄＢ改善され
る。
４）のノイズへの影響は、差動増幅器対の平行接続によ
りノイズ要素が３ｄＢ改善されることと、ＶＣＯ負荷に
与えられるノイズパワーが増幅器の利得低減によりおよ
そ１２ｄＢ低減されることの２つの要素により、退化抵
抗のない単純なギルバート・セル（Gilbert cell) の影
響よりも少ない。理論上は、全体で約１５ｄＢ改善され
る。
【００４８】本発明の目的物によれば、米国特許第５４
８３１９５号および第４４２０５３８号において開示さ
れた相互導体の特性と同じ特性を有するにもかかわら
ず、同時に通常動作に対して必要とする電源電圧が実質
的により低くて済む新規の相互導体が実現される。これ
によって、公称３３パーセントのパワーの節約が実現さ
れ、電源電圧が、一般に認められている３．３ボルトの
標準電源電圧と一致する。
８３１９５号および第４４２０５３８号において開示さ
れた相互導体の特性と同じ特性を有するにもかかわら
ず、同時に通常動作に対して必要とする電源電圧が実質
的により低くて済む新規の相互導体が実現される。これ
によって、公称３３パーセントのパワーの節約が実現さ
れ、電源電圧が、一般に認められている３．３ボルトの
標準電源電圧と一致する。
【００４９】本発明の付随的な特徴は、米国特許第５４
８３１９５号の特徴とまったく同じであり、分岐した入
力抵抗が、他のジャイレータに関する増幅器の負荷抵抗
をも形成するということである。上述した米国特許によ
り決定されるように、これらの分岐した負荷抵抗は、２
つの増幅器に対して異なる分岐比率を有することがで
き、そのため、２つの端子の利得を有するジャイレータ
を提供することができる。このことは、従来の技術にし
たがって、多種多様のジャイレータの形態を提供するの
に有効である。
８３１９５号の特徴とまったく同じであり、分岐した入
力抵抗が、他のジャイレータに関する増幅器の負荷抵抗
をも形成するということである。上述した米国特許によ
り決定されるように、これらの分岐した負荷抵抗は、２
つの増幅器に対して異なる分岐比率を有することがで
き、そのため、２つの端子の利得を有するジャイレータ
を提供することができる。このことは、従来の技術にし
たがって、多種多様のジャイレータの形態を提供するの
に有効である。
【００５０】以上、本発明の特定の実施の形態につい
て、図示して説明したが、これらの実施の形態に対して
変形および変更が可能であることは、当業者にとって明
らかである。しかしながら、そのような変形および変更
が、特許請求の範囲により定義される本発明の範囲に含
まれるのはいうまでもない。
て、図示して説明したが、これらの実施の形態に対して
変形および変更が可能であることは、当業者にとって明
らかである。しかしながら、そのような変形および変更
が、特許請求の範囲により定義される本発明の範囲に含
まれるのはいうまでもない。
【００５１】つぎに、本発明に係る、その他の特徴を以
下に列挙する。
下に列挙する。
【００５２】第１に、本発明は、可変遅延を有する相互
コンダクタンス増幅器であって、３つのバイポーラ差動
対を備え、かつ各差動対が定電流源を備えた第１比例増
幅器と、比例した入力エミッタフォロワおよび関連する
電流ミラーにより提供される利得を線形化するオフセッ
トと、前記差動対により生成される差分の出力と、第
１、第２および第３の差動対を有し、かつそれら各差動
対が定電流源を有し、さらに差分の同調電流を出力す
る、前記比例増幅器に平行に接続された補助的な増幅器
と、前記補助的な増幅器から前記差分の同調電流を受け
取るとともに同調出力を供給する同調制御手段を具備す
ることを特徴とするものである。
コンダクタンス増幅器であって、３つのバイポーラ差動
対を備え、かつ各差動対が定電流源を備えた第１比例増
幅器と、比例した入力エミッタフォロワおよび関連する
電流ミラーにより提供される利得を線形化するオフセッ
トと、前記差動対により生成される差分の出力と、第
１、第２および第３の差動対を有し、かつそれら各差動
対が定電流源を有し、さらに差分の同調電流を出力す
る、前記比例増幅器に平行に接続された補助的な増幅器
と、前記補助的な増幅器から前記差分の同調電流を受け
取るとともに同調出力を供給する同調制御手段を具備す
ることを特徴とするものである。
【００５３】第２に、本発明は、上記特徴１の増幅器に
おいて、各比例増幅器の差動対用の前記電流源は、前記
補助的な増幅器における前記第１、第２および第３の差
動対用の前記定電流源よりも大きな電流を供給するよう
になっていることを特徴とするものである。
おいて、各比例増幅器の差動対用の前記電流源は、前記
補助的な増幅器における前記第１、第２および第３の差
動対用の前記定電流源よりも大きな電流を供給するよう
になっていることを特徴とするものである。
【００５４】第３に、本発明は、上記特徴１の増幅器に
おいて、各比例増幅器の差動対を流れる電流と、前記補
助的な増幅器における前記差動対を流れる電流との比
は、整数値になっていることを特徴とするものである。
おいて、各比例増幅器の差動対を流れる電流と、前記補
助的な増幅器における前記差動対を流れる電流との比
は、整数値になっていることを特徴とするものである。
【００５５】第４に、本発明は、上記特徴３の増幅器に
おいて、前記整数値は３であることを特徴とするもので
ある。
おいて、前記整数値は３であることを特徴とするもので
ある。
【００５６】第５に、本発明は、上記特徴３の増幅器に
おいて、それぞれの差動対を通って流れる電流の比率
は、前記同調制御へ流れる前記差電流の比率を決定する
のに使用されることを特徴とするものである。
おいて、それぞれの差動対を通って流れる電流の比率
は、前記同調制御へ流れる前記差電流の比率を決定する
のに使用されることを特徴とするものである。
【００５７】第６に、本発明は、上記特徴５の増幅器に
おいて、前期比率は、同調範囲を決めることを特徴とす
るものである。
おいて、前期比率は、同調範囲を決めることを特徴とす
るものである。
【００５８】第７に、本発明は、上記特徴１の増幅器に
おいて、前記第１比例増幅器および前記補助的な増幅器
と平行に、第３の比例増幅器を備えたことを特徴とする
ものである。
おいて、前記第１比例増幅器および前記補助的な増幅器
と平行に、第３の比例増幅器を備えたことを特徴とする
ものである。
【００５９】第８に、本発明は、上記特徴７の増幅器に
おいて、前記同調制御手段は、第１、第２、第３および
第４の同調差動対を備えていることを特徴とするもので
ある。
おいて、前記同調制御手段は、第１、第２、第３および
第４の同調差動対を備えていることを特徴とするもので
ある。
【００６０】第９に、本発明は、上記特徴８の増幅器に
おいて、前記補助的な増幅器から出力された同調電流
は、前記第１および第２の同調差動対に供給され、また
前記第３比例増幅器から出力された同調電流は、前記第
３および第４の同調差動対に供給されることを特徴とす
るものである。
おいて、前記補助的な増幅器から出力された同調電流
は、前記第１および第２の同調差動対に供給され、また
前記第３比例増幅器から出力された同調電流は、前記第
３および第４の同調差動対に供給されることを特徴とす
るものである。
【００６１】第１０に、本発明は、上記特徴９の増幅器
において、前記第１、第２、第３および第４の同調差動
対は、比例したエミッタを有していることを特徴とする
ものである。
において、前記第１、第２、第３および第４の同調差動
対は、比例したエミッタを有していることを特徴とする
ものである。
【００６２】第１１に、本発明は、上記特徴１０の増幅
器において、前記比例したエミッタは、比例同調装置を
構成していることを特徴とするものである。
器において、前記比例したエミッタは、比例同調装置を
構成していることを特徴とするものである。
【００６３】第１２に、本発明は、上記特徴１の増幅器
において、３．３ボルトの電源電圧を有することを特徴
とするものである。
において、３．３ボルトの電源電圧を有することを特徴
とするものである。
【００６４】第１３に、本発明は、上記特徴７の増幅器
において、３．３ボルトの電源電圧を有することを特徴
とするものである。
において、３．３ボルトの電源電圧を有することを特徴
とするものである。
【００６５】第１４に、本発明は、電圧制御発振器は、
上記特徴１で定義される第１および第２の相互コンダク
タンス増幅器を具備しており、前記第１増幅器の正の出
力は前記第２増幅器の正の入力に接続され、前記第１増
幅器の負の出力は前記第２増幅器の負の入力に接続さ
れ、前記第２増幅器の正の出力は前記第１増幅器の負の
入力に接続され、前記第２増幅器の負の出力は前記第１
増幅器の正の入力に接続されていることを特徴とするも
のである。
上記特徴１で定義される第１および第２の相互コンダク
タンス増幅器を具備しており、前記第１増幅器の正の出
力は前記第２増幅器の正の入力に接続され、前記第１増
幅器の負の出力は前記第２増幅器の負の入力に接続さ
れ、前記第２増幅器の正の出力は前記第１増幅器の負の
入力に接続され、前記第２増幅器の負の出力は前記第１
増幅器の正の入力に接続されていることを特徴とするも
のである。
【００６６】第１５に、電圧制御発振器は、上記特徴１
０で定義される第１および第２の相互コンダクタンス増
幅器を具備しており、前記第１増幅器の正の出力は前記
第２増幅器の正の入力に接続され、前記第１増幅器の負
の出力は前記第２増幅器の負の入力に接続され、前記第
２増幅器の正の出力は前記第１増幅器の負の入力に接続
され、前記第２増幅器の負の出力は前記第１増幅器の正
の入力に接続されていることを特徴とするものである。
０で定義される第１および第２の相互コンダクタンス増
幅器を具備しており、前記第１増幅器の正の出力は前記
第２増幅器の正の入力に接続され、前記第１増幅器の負
の出力は前記第２増幅器の負の入力に接続され、前記第
２増幅器の正の出力は前記第１増幅器の負の入力に接続
され、前記第２増幅器の負の出力は前記第１増幅器の正
の入力に接続されていることを特徴とするものである。
【００６７】一具体例においては、比例増幅器における
差動対用の各電流源は、補助的な増幅器における差動対
用の電流源よりも大きな電流を供給する。その２つの電
流の比は、同調回路へ流れて同調範囲を制御する出力電
流の比率を決定する。また、ある具体例においては、帰
還電流は、分岐した負荷抵抗内を流れるメイン電流と合
流する。
差動対用の各電流源は、補助的な増幅器における差動対
用の電流源よりも大きな電流を供給する。その２つの電
流の比は、同調回路へ流れて同調範囲を制御する出力電
流の比率を決定する。また、ある具体例においては、帰
還電流は、分岐した負荷抵抗内を流れるメイン電流と合
流する。
【００６８】
【発明の効果】以上、説明したとおり、この発明に係る
相互コンダクタンス増幅器および電圧制御発振器によれ
ば、増幅器の直列にカスコード接続された分相器をなく
すことによって、電源電圧の低減が達成される。
相互コンダクタンス増幅器および電圧制御発振器によれ
ば、増幅器の直列にカスコード接続された分相器をなく
すことによって、電源電圧の低減が達成される。
【図１】本発明に係るの電源電圧３．３ボルトの比例同
調ジャイレータ相互コンダクタンス増幅器の一例の詳細
な回路図である。
調ジャイレータ相互コンダクタンス増幅器の一例の詳細
な回路図である。
【図２】本発明に係る比例増幅器の第２の実施の形態の
詳細な回路図である。
詳細な回路図である。
【図３】発振器の典型的な同調特性を示すグラフであ
る。
る。
【図４】従来技術の２段信号発振器のブロック図であ
る。
る。
【図５】同調装置を有する発振器のブロック図である。
【図６】従来技術による比例増幅器の回路図である。
【図７】従来技術による同調回路を有する図６に示した
増幅器を示す詳細な回路図である。
増幅器を示す詳細な回路図である。
２０１，２１１；２２１，２３１；２４１，２５１ 差
動トランジスタ対 ２６１，２８１，３０１ 関連した単一のトランジスタ
よりなる電流シンク ５６１，５８１ カスコード接続されたトランジスタ ５６３，５８３ ノード
動トランジスタ対 ２６１，２８１，３０１ 関連した単一のトランジスタ
よりなる電流シンク ５６１，５８１ カスコード接続されたトランジスタ ５６３，５８３ ノード
Claims (2)
- 【請求項１】 可変遅延を有する相互コンダクタンス増
幅器であって、 ３つのバイポーラ差動対を備え、かつ各差動対が定電流
源を備えた第１比例増幅器と、 比例した入力エミッタフォロワおよび関連する電流ミラ
ー（current mirrors)により提供される利得を線形化す
るオフセットと、 前記差動対により生成される差分の出力と、 第１、第２および第３の差動対を有し、かつそれら各差
動対が定電流源を有し、さらに差分の同調電流を出力す
る、前記比例増幅器に並行に接続された補助的な増幅器
と、 前記補助的な増幅器から前記差分の同調電流を受け取る
とともに同調出力を供給する同調制御手段と、 を具備することを特徴とする相互インダクタンス増幅
器。 - 【請求項２】 前記請求項１に記載の第１および第２の
相互コンダクタンス増幅器を具備しており、前記第１の
増幅器の正の出力は前記第２の増幅器の正の入力に接続
され、前記第１の増幅器の負の出力は前記第２の増幅器
の負の入力に接続され、前記第２の増幅器の正の出力は
前記第１の増幅器の負の入力に接続され、前記第２の増
幅器の負の出力は前記第１の増幅器の正の入力に接続さ
れていることを特徴とする電圧制御発振器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/687,304 US5734299A (en) | 1996-07-25 | 1996-07-25 | Microwave VCO having reduced supply voltage |
| US08/687304 | 1996-07-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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