JPS63501910A

JPS63501910A - 正確な可変利得制御を有するカスケ−ド内部インピ−ダンス依存増幅器

Info

Publication number: JPS63501910A
Application number: JP61505180A
Authority: JP
Inventors: ヤング，ステイーブ・エス
Original assignee: ヒユ−ズ・エアクラフト・カンパニ−
Priority date: 1985-12-16
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1988-07-28
Also published as: DK169802B1; NO170510C; NO170510B; CA1286735C; DK409887A; KR880701044A; AU580194B2; DK409887D0; NO873082L; US4677392A; IL80100A; EP0250453B1; ES2002790A6; WO1987003755A1; AU6404086A; EP0250453A1; IL80100A0; EG17648A; KR900008761B1; JPH0573285B2

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】正確な可変利得制御を有するカスケード内部インピーダンス依存増幅器本発明はアナログ回路設計の分野に関するものであり、特に温度に依存せず正確な利得制御が行われるカスケード増幅器の設計に関するものである。

２、関連技術の記述ある種の増幅においては、電子回路の部分での正確な利得制御はこのシステムの効果的なまたは有効な作用にとって必須である。このような種類のシステムの１つはレーダーシステム、特に、多重チャンネルおよび正確で均等な利得制御を必要とするレーダーシステムを含む。

従来の技術では、レーダーシステムの増幅器中の利得調整は増幅器の多重チャンネルのためデルタ利得制御ＡＧＣ回路の使用によってなされていた。しかしながら、各チャンネルが別々に調整されている場合でさえ、チャンネル間の関連する利得は初めに調整または均等にされるだけでなく、このような均等化は時間を超えて維持されなければならない。それ故、従来は、多重チャンネル増幅器の様々なチャンネル間の利得中のドリフトを補償するため付加的なデルタ利得制御ＡＧＣ回路を備えることが実用されていた。それにもかかわラス、このような従来技術の設計は多重チャンネルの利得をそろえるため周期的なチェックを必要とする。

更に、従来技術回路は本質的にある種の利得減少を加え、それらの設計のため、増幅器の雑音指数に影響し、利得減少が高いほど雑音指数は高くなる。同様に、このような従来技術の回路の利得は高い利得減少で線形でなくなる。

そこで必要とされるのは、（ａ）特に多重チャンネル増幅器において周期的なチェックの必要が排除される、（ｂ）この利得が、高い利得減少により線形状態を失わず、またはその雑音指数の低下をさせないような設計の正確な利得制御を含む増幅器の設計である。

本発明の概要本発明は、増幅利得が増幅器の予め決められたノードでのインピーダンスに従うことを特徴とし、正確な利得制御（以下ＡＧＣと称する）が増幅器の内部インピーダンスを正確に制御することによって達成されることを特徴とする内部インピーダンス依存増幅器回路である。この結合のため、増幅器回路の利得は選択的に決定される。ＡＧＣ回路は、そのインピーダンスを変えるためダイオードへ順方向バイアス電流を供給するために、ダイオードそしてもう１つのサブ回路の順に構成している。ＡＧＣ回路は供給された選択的な制御信号に関して対数線形インピーダンスを与える。この明細書では、対数線形インピーダンスとは、もしＡＧＣの利得の対数が線形に変化するならインピーダンスの対数もまた線形に変化するようなインピーダンスを意味するものとして定義される。

特に、ＡＧＣ回路はＰＩＮダイオードであり、選択的な制御信号はそれに供給された順方向バイアス電流である。

この回路の利点の中でも増幅器の雑音指数がＡＧＣ制御信号の大きさによって非常に小さな範囲でしか影響を及ぼされないことは驚くべき結果である。さらに、増幅器の線形状態はより高い利得減少で維持されるのみではなく、より高い利得減少によって実際に改善される。

加えて、サブ回路はダイオードの熱によるパラメータ変化とは無関係にダイオード順方向電流を流すために温度補償ザブ回路から成る。さらに一般的な言い方では、ＡＧＣ回路は更にＡＧＣ回路の熱的パラメータ変化とは無関係にＡＧＣ回路を駆動するために温度に依存しないサブ回路から成る。

本発明は更に、複数のインピーダンス制御増幅器および対応するＡＧＣサブ回路から成る。各インピーダンス制御増幅器は入力及び出力ノードを有する。各インピーダンス制御増幅器の出力ノードは、複数のインピーダンス制御増幅器のカスケード列を形成するためもう一方の複数のインピーダンス制御増幅器の入力と接続される。インピーダンス制御増幅器のカスケード列の入力および出力を各々供給するため、複数のインピーダンス制御増幅器の中の１つは入力ポートを有し、複数のインピーダンス制御増幅器の最後の１つは出力ポートを有する。カスケード接続された複数の増幅器はまたＡＧＣ電圧に関して対数線形利得を特徴とする。ＡＧＣ制御電圧に対する利得の対数線形関係は共通のＡＧＣ制御電圧を伴う複数のインピーダンス制御増幅器の各対応するＡＧＣ回路を備えることによって達成される。

本発明は更に、インピーダンス制御増幅器と連結した複数のカスケード列を形成するため接続された複数のインピーダだ複数のカスケード列の各々は対応する別々の入力および出力を有する別々のチャンネルを定める。

更に特定の言い方では、本発明は電圧増幅器である第１の駆動段、第１の段に接続された入力を有する電流増幅器である第２の駆動段、そして２つの段の間のノー　ドに接続する利得制御を行なうためのサブ回路から成る増幅器回路である。

ザブ回路は第１及び第２の段に関して無関係に駆動される。

サブ回路は、第１の段の内部負荷インピーダンスを駆動するため対数線形フィー　ドパツク信号を供給する。特に、サブ回路は、第１及び第２の段から成る増幅器中のＰＩＮダイオードのインピーダンスを変えるため順方向バイアス電流によって選択的に駆動されるＰＩＮダイオードから成る。増幅器の第１の段は共通ベーストランジスタであり、第２の段はエミッタフォロアトランジスタである。ＰＩＮダイオードは共通ベーストランジスタの出力とエミッタフォロアトランジスタの入力の間のノードに接続される。サブ回路はＰＩＮダイオードの温度ドリフトを補償するため、もう］っの、または第２のＰＩＮダイオードを備え、第２のＰＩＮダイオードは増幅器中のＰＩＮダイオードのインピーダンスを変えるため順方向バイアス電流によって選択的に駆動される。

本発明はまた、インピーダンス制御増幅器が予め決められたノードでのインピーダンスによって決定された利得を有することを特徴とする、インピーダンス制御増幅器中の予め決められたノードに対する可変抵抗のカップリングのステップ、及び対数線形様式でノードに接続された可変抵抗を変化させ゛るステップから成るインピーダンス制御増幅器の利得を制御するための方法を含む。可変抵抗を変化させるステップでは、ＰＩＮダイオードの順方向バイアス抵抗は、ＰＩＮダイオードに供給された順方向バイアス電流を変えることによって予め決められたノードに接続される。この方法は更に、温度補償される方法でＰＩＮダイオード中の順方向バイアス電流を変えるステップを含む。

この方法はまた更に、複数のカスケードインピーダンス制御増幅器中のＰＩＮダイオードの中の順方向バイアス電流をカップリングすること及び変えることのステップから成り、各増幅器は共通電圧によって制御される。

図面の簡単な説明第１図は、本発明を取入れた中間周波数（ＩＦ）単独膜増幅器の概略図である。

第２図は、第１図の回路部分と組合せて用いられる温度補償サブ回路の概略図である。

第３図は、連続的にカスケード接続される第１図および第２図に関連して記述された複数の増幅器のブロック図である。

好ましい実施例の説明内部インピーダンス依存増幅器は、増幅器内の予め決められたノードでのインピーダンスによって決定される利得を冑する。ＰＩＮダイオードは予め決められたノードに接続される。ＰＩＮダイオードは正確な利得制御（ＡＧＣ）信号として増幅器に供給する順方向バイアス電流により駆動される。

この好ましい実施例では、ＰＩＮダイオードは増幅器中の予め決められたノードに接続されたインピーダンスが温度に依存しない方法で作動増幅器によって駆動される。ＰＩＮダイオードは、次の式によって与えられたインピーダンスを有する。

ｌｏｇ　Ｒ−Ａ十Ｂ　ｌｏｇ　Ｉｐここでは、ＲはＰＩＮダイオードのインピーダンス、Ｉｐは順方向バイアス電流、ＡおよびＢは各ＰＩＮダイオードについて異なる定数。

ＰＩＮダイオードを駆動する作動増幅器に加えられたＡＧＣ電圧はＰＩＮダイオードのインピーダンスに関して対数線形であり、故に、またＰＩＮダイオードが接続されるインピーダンス依存増幅器の電圧利得に関して対数線形である。

増幅器の利得のこの特徴は増幅器が連続してカスケード接続され、増幅器のカスケード列のために上述のように同じインピーダンス関係を維持させる。従って、増幅器のカスケード列の電圧利得はまた、列の各増幅器に加えられた共通のＡＧＣ電圧に関して対数線形である。

以下の記述から明らかなように、増幅器またはこのような増幅器のカスケードの雑音指数は、利得がＰＩＮダイオードのインピーダンスによって決定されるので実質、Ｊ二ＡＧＣｆｌｆ圧とは無関係であり、雑音指数へのその寄与は相対的にインピ−ダンスの大きさに依存しないか、悪くともそのインピーダンスの非常にゆっくりと変化する関数である。

本発明は、温度に依存せず、ＰＩＮダイオードのラジオ周波数（ＲＦ）特性の使用による利得トラッキング（ｔｒａｃｋｉｎｇ）である増幅器である。ＰＩＮダイオードのＲＦ低抵抗対数がその順方向電流に関して対数的に線形であることは知られている。本発明の増幅器は従って抵抗的に制御されたその利得を有する。

利得決定抵抗性エレメントとして対数線形ＰＩＮダイオードを用いることによって、増幅器利得は利得制御電圧に関して対数線形にすることができる。結果として、高いダイナミックレンジ、低い内部変調歪、利得減少に比例して減少する出力雑音を有する増幅器が実現される。例えば、カスケード増幅器中の典型的なＰＩＮダイオードを用いると、−５５度Ｃ乃至８５度Ｃの範囲の温度で２５度以上の温度変化によって６０ｄＢの範囲にわたって０．５ｄＢ以上の利得制御精密度が達成される。

増幅器利得の作用は２つの点でのみ入力および出力リーディングを得ることによって実証され得る。このことは利得調整においてかなり容易となる。

利得調整において容易であるため、増幅器の設計は動作利得決定要素、すなわちＰＩＮダイオードの個々の定数を考慮に入れて調整することが容易である。

以下に確められるように、増幅器の中心周波数は小さいサイズの複合回路設計および容易に調整可能な特性を可能にする単独の誘導エレメントによって設定される。このことは再設計の必要のない非常に様々な応用中で使用可能な一般的な回路ブロックの設計を可能にするものである。

利得制御電圧が回路内で変化するとき中心周波数の位相は変化しないという事実は特に利点である。このことは明らかに、受信信号の位相が重要な情報をもたらすようなレーダ回路においては有利な属性である。従来の技術においては、何等かの補償が利得が変化したとき同調状態の増幅器の中心周波数中で変化する位相を調節するため必要とされた。このことは本発明の回路では必要ではない。

更に以下に記載されるように、ＰＩＮダイオード中の電流が増加する（利得減少が増加する）とき、ＰＩＮダイオードの両端の電圧の歪みは減少する。従って、従来技術の増幅器とは異なり、本発明の回路の線形状態は実際上利得減少によ。

って改善される。

まさに達成されるこれらの利点は第１図の概略図を参照することによってより良く理解される。

全体を参照番号１０で示される増幅器は対数線形利得制御ＩＦ増幅器の中心部を形成する抵抗依存増幅器である。増幅器１０は２つの能動装置すなわち相補的なトランジスタ１２と１４、および入力抵抗器１６から構成される。さしあたり第１図中の周波数依存インピーダンスは無視し、サブ回路２４を切離し、その代わりに抵抗器Ｒｅに置換え、（Ｒｃは、トランジスタ１２の出力インピーダンスおよびトランジスタ１４の入力インピーダンスの値の１０分の１以上ではないと仮定する）、そしてトランジスタパラメータおよび抵抗にのみ集中することによって、増幅器１０の電圧利得はおおよそ以下の式に等しい。

Ｖ　ｏ　／　Ｖ　ｉ　−Ｒｃ　／　Ｒｉここでは、Ｖｏは出力電圧、Ｖｉは入力電圧、ＲｃはＰＩＮダイオード４２によって左右されるノード２６の抵抗、Ｒｉは増幅器入力抵抗。

この故に増幅器の利得はその入力インピーダンスＲｉとＰＩＮダイオードのインピーダンスＲｃの比率である。上記の回路設計の多くの利点はＰＩＮダイオードのインピーダンス上の利得の依存性と他の回路パラメータおよびＰＩＮダイオードの本質的な特性から生ずる。それ故、増幅器１０は、一定の入力および出力インピーダンスを伴う全パワー利得を与えるためトランジスタ１２の電圧利得とトランジスタ１４の電流利得とを結合する。

ここで特に強調される必要があるのは、増幅器１０の利得が入力抵抗Ｒｉに対する利得制御抵抗器ＲｃＯ比の関数によってほぼ完全に決定され、従来技術の増幅器においてよりもいかなるトランジスタパラメータによっても影響されることが少ないということである。言替えれば、この利得はノード２６における抵抗またはインピーダンスによって決定される。

対数線形利得制御は、一般に参照番号２４によって示されるサブ回路によって達成される。上述の増幅器１０において示されたように、増幅器の利得はノード２６でのＲＦインピーダンスによって決定される。

コンデンサ２８−３４はここでは更に記載されはしないが増幅器１０中で従来の意味で用いられるＲＦデカップリングコンデンサである。同様にコンデンサ３６および３８は、各々、また第１図に示された単独膜増幅器１０の入力と出力で従来通り用いられる入力および出力ｄｃブロッキングコンデンサである。しかしながら、コンデンサ４０は、増幅されるＲＦ倍信号ＰＩＮダイオード４２に結合するために用いられるＲＦカップリングコンデンサである。ＰＩＮダイオードのＲＦ低抵抗以下の方程式によって与えられることは良く知られている。

ｌｏｇ　Ｒ＝Ａ＋Ｂ　ｌｏｇ　Ｉｐここでは、ＲはＰＩＮダイオード４２のＲＦ低抵抗ＡおよびＢは個々のダイオードによって決定される定数、ＩｐはＰＩＮダイオード４２のＤＣ順方向電流である。

それ故、予め決められた電圧−Ｖｃのダイオード４２への供給によってＲＦ低抵抗変えられ得る。抵抗器４４と４６は従って、ダイオード４２へのＶｃによって供給された最大順方向電流を限定する電流限定抵抗器である。抵抗器１８．２０．２２．４８および５０はトランジスタ１２と１４のための従来のバイアス回路網の１部であり、一方、インダクタ５２は増幅器１０の中心周波数を設定するため選択される。

ノード２Ｂでの効果的なＲＦ低抵抗従って、ダイオード４２を通る順方向電流を変えることによって制御される。ＰＩＮダイオードは一般に、値が制御電流ＩｐによっておおよそＩＯＫオームから１オーム以下へと変えられ得る、ＲＦ周波数でのほぼ純粋な抵抗を存することを特徴とする。全ダイオードはある範囲に対してこの特性を示すが、ＰＩＮダイオードは良好な線形状態、低い歪みおよび低い制御電流駆動で伴い、広い範囲に渡ってこの特徴を示すため最適である。

第２図の概略図を簡単に参照する。ＰＩＮダイオードの接合電圧は温度の関数として変化する。それ故、ダイオード４２の温度が変化するとき制御電圧がＰＩＮダイオードに直接加えられるなら、利得制御電流Ｉｐを正確に制御することは困難である。このような制御を達成するため、全体へ・第２図で参照番号５４で示されたサブ回路が、第１図の増幅器１０のサブ回路２４の代わりに使用される。

利得制御電圧Ｖｃは全体を参照番号５Ｇで示された作動増幅器の入力に接続される。増幅器５６の出力は電圧Ｖｏおよび利得制御電流Ｉｐである。抵抗器５８はダイオード４２のための電流限定抵抗器として備えられる。前述のように、ダイオード４２はカップリングコンデンサ４０によって増幅器１０のノード２６に接続される。増幅器１０の残りの部分は説明を明瞭にするため簡潔化された第２図の概略図から省略されている。以下のＩｐは増幅器５６の出力での利得制御電流、Ｖｃは増幅器５６の入力での入力利得制御電圧、Ｒｉは抵抗器６０の入力抵抗である。

１ｐがダイオード４２のＤＣ接合電圧に依存しないことを記すことはことは重要である。それ故、第２図の回路で用いられるとき、ダイオード４２を経る順方向電流は自動的にダイオードのＤＣ接合電圧に依存せず、それ故温度に依存しないように調節される。従ってｒｐが温度に依存しないなら、上記のダイオードＲＦ抵抗のための方程式において、Ｒはまた温度に依存しない。

それ故、単独段で、対数線形制御された、温度に依存しない増幅器についてさらに記載される。言替えれば、温度に依存しない、正確な利得制御は、ＡＧＣ対数線形電圧Ｖｃが第２図のサブ回路５４の入力に供給される限り増幅器１０に供給される。

本発明は従って、抵抗が各段の利得を制御するため用いられるＰＩＮダイオードを組合せる増幅器として要約される。

ＰＩＮダイオードは、ダイオードのＲＦ低抵抗温度に依存しないため、温度補償回路において用いられる。基本的な増幅器ブロックの多重段にカスケード接続されてより高い利得とＡＧＣ範囲を達成する。第３図は、上述されたように、ｎ個の増幅器ＡＩ、Ａ２．Ａ３・・・Ａｎのカスケード接続から成る列に結合された各増幅器を備えた複数の増幅器７０のブロック概略図である。各増幅器７０すなわちＡｉは、ＡＧＣ信号として共通ＰＩＮダイオード電流ＩＰを供給される。従って、増幅器のカスケードは、入カフ４、出カフ６およびＡＧＣ制御信号Ｉｐを有する全体を参照番号７２で示された単独増幅器として扱われ得る。ＰＩＮダイオードの対数線形特性はｄＢでのカスケード段の全利得が以下のように表わされるために用いられる。

ｄＢでの利得−ａ十ｂ　Ｉｎ（−Ｖ）ここでは、 ■は各段に通常加えられたチャンネルのＡＧＣ電圧、ａおよびｂは予め決められたＡＧＣ電圧での各チャンネルの電圧を測定された出力に基づく計算によって決定され得る定数である。

多くの修正及び変更は、本発明の意図及び範囲からはずれることなく、当業者によって成される。それ故、説明された実施例は、本発明を明らかにするため設けられた例としてのみ読まれるべきであって、以下の請求の範囲に定義される本発明を限定するものではない。

国際調査報告ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＡｈＥ　ＩＮＴＥＲＪＪＡＴＴＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣ！（Ｒ三ＰＯｋＴ　ＱＮ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）増幅器中の予め決められたノードにおけるインピーダンスによって制御される電圧利得を特徴とする内部インピーダンス依存増幅器と、前記ノードに接続される制御されたインピーダンスを与えて、前記増幅器回路の利得を選択的に決定するＡＧＣ装置とから成ることを特徴とする増幅器回路。
（２）前記ＡＧＣ装置がダイオードと、インピーダンスを変化させるため前記ダイオードへ順方向バイアス電流を供給する装置とを具備していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の回路。
（３）前記ＡＧＣ装置が、提供された選択的制御信号に関して対数線形利得変化をもたらすことを特徴とする請求の範囲第１項記載の回路。
（４）前記ＡＧＣ装置がＰＩＮダイオードであり、前記選択的制御信号が供給された順方向バイアス電流であることを特徴とする請求の範囲第３項記載の回路。
（５）前記装置が前記ダイオードの熱的パラメータ変化とは無関係に前記ダイオードの順方向バイアス電流を流すための温度補償サブ回路を備えていることを特徴とする請求の範囲第２項記載の回路。
（６）前記装置が前記ダイオードへ選択的にＡＧＣ電圧を結合するリードを備えていることを特徴とする請求の範囲第２項記載の回路。
（７）前記ＡＧＣ装置が更に前記ＡＧＣ装置の熱的パラメータ変化と無関係に前記ＡＧＣ装置を駆動するための温度補償サブ回路を備えていることを特徴とする請求の範囲第３項記載の回路。
（８）複数のインピーダンス制御増幅器および対応するＡＧＣ装置から成り、各インピーダンス制御増幅器が入力と出力を有し、前記複数のインピーダンス制御増幅器のカスケード列を形成するため各インピーダンス制御増幅器の前記出力が前記複数のインピーダンス制御増幅器の別のものの前記入力と接続され、インピーダンス制御増幅器の前記カスケード列の入力と出力を各々構成するため前記複数のインピーダンス制御増幅器の１つがフリー入力を有し、前記複数のインピーダンス制御増幅器の他の１つがフリー出力を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の回路。
（９）前記複数のインピーダンス制御増幅器の各々対応するＡＧＣ装置が共通電圧に接続されることを特徴とする許請求の範囲第８項記載の回路。
（１０）前記複数のインピーダンス増幅器がインピーダンス制御増幅器の複数のカスケード列を形成するため接続され、別々のチャンネルを限定するインピーダンス制御増幅器の前記複数のカスケード列の各々が対応する別々の入力と出力を有することを特徴とする請求の範囲第８項記載の回路。
（１１）前記複数のインピーダンス増幅器がインピーダンス制御増幅器の複数のカスケード列を形成するため接続され、別々のチャンネルを限定するインピーダンス制御増幅器の前記複数のカスケード列の各々が対応する別々の入力と出力を有することを特徴とする請求の範囲第９項記載の回路。
（１２）第１の能動段、前記第１の段に接続された入力を有する第２の能動段、および前記第１の段へフィードバック信号を供給するための装置から成り、前記装置が前記第１と第２の段に関して無関係に駆動され、前記装置が前記第１の段へ対数線形フィードバック信号を供給することを特徴とする増幅器回路。
（１３）前記装置が、ＰＩＮダイオードのインピーダンスを変化するため順方向バイアス電流によって選択的に駆動されるＰＩＮダイオードから成る請求の範囲第１２項記載の増幅器。
（１４）前記第１の段が共通のベーストランジスタであり、前記第２の段がエミッタフォロアトランジスタであり、前記ＰＩＮダイオードが前記共通ベーストランジスタの出力および前記エミッタフォロアトランジスタの入力に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１３項記載の増幅器。
（１５）前記装置が、前記ＰＩＮダイオードのインピーダンスを変えるため順方向バイアス電流によって選択的に駆動される温度に依存しないＰＩＮダイオードから成ることを特徴とする請求の範囲第１３項記載の増幅器。
（１６）前記温度に依存しないＰＩＮダイオードの外に利得制御電圧によって駆動される作動増幅器および限定抵抗器を備え、前記作動増幅器の出力が前記限定抵抗器を経て前記ＰＩＮダイオードに接続され、前記ＰＩＮダイオードの１つの端子は接地され、前記ＰＩＮダイオードの他の端子は前記共通ベースおよびエミッタフォロアトランジスタに接続されていることを特徴とする請求の範囲第１５項記載の増幅器。許請求の範囲第１５項記載の増幅器。
（１７）インピーダンス制御増幅器は予め決められたノードにおけるインピーダンスによって決定される利得を有することを特徴とし、可変抵抗を、前記インピーダンス制御増幅器中の予め決められたノードへ結合するステップと、対数線形様式で前記ノードに結合された前記可変抵抗を変化させるステップとから成ることを特徴とするインピーダンス制御増幅器の利得を制御するための方法。
（１８）前記可変抵抗を変えるステップにおいてＰＩＮダイオードの順方向バイアス抵抗が、前記ＰＩＮダイオードに供給された順方向バイアス電流を変えることによって前記の予め決められたノードに接続されることを特徴とする請求の範囲第１７項記載の方法。
（１９）温度に依存しない方法で前記ＰＩＮダイオード中の前記順方向バイアス電流を変えるステップを有する請求の範囲第１８項記載の方法。
（２０）複数のカスケードインピーダンス制御増幅器中の前記ＰＩＮダイオードの中の前記順方向バイアス電流を結合しおよび変化させるステップを有し、各増幅器が共通の電圧によって制御されることを特徴とする請求の範囲第１７項記載の方法。