JP2000209044A

JP2000209044A - 電圧電流変換器

Info

Publication number: JP2000209044A
Application number: JP11369934A
Authority: JP
Inventors: Arshad Madni; アーシャッドマドニ; Nicholas Paul Cowley; ニコラスポールカウリ
Original assignee: Mitel Semiconductor Ltd
Current assignee: Microchip Technology Caldicot Ltd
Priority date: 1999-01-09
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2000-07-28
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: GB9900344D0; GB2345600A; GB2345600B; US6278299B1; DE10000484A1; JP4567831B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電力散逸やノイズ特性などの性能を実質的に
劣化することなく、即ちこれら性能を許容できない程劣
化することなく、線形性を実質的に改善した電圧電流変
換器を提供することが目的である。【解決手段】抵抗値の等しい抵抗器Ｒ１およびＲ２によ
ってエミッターを定電流源ＣＣ１に接続した、トランジ
スターＴ１およびＴ２からなる第１長後尾対で構成した
電圧電流変換器である。この第１長後尾対が主トランス
コンダクタンス段になる。従属的なトランスコンダクタ
ンス段、即ちコレクタートランスコンダクタンス段を主
トランスコンダクタンス段に逆相接続する。エミッター
を抵抗器Ｒ３およびＲ４によって別定電流源ＣＣ２に接
続したトランジスターＴ３およびＴ４からなる別な長後
尾対に基づいてこのコレクター段を構成する。コレクタ
ー段の非線形部の線形部分は主トランスコンダクタンス
段のそれよりも小さいが、非線形部は主トランスコンダ
クタンス段のそれとは実質的に等しい。これによって、
非線形歪みを実質的に抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧を電流に変換
する変換器に関する。このような変換器は多くの用途に
使用でき、例えば低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）、ミクサー
や自動利得制御器などとして使用できる。

【０００２】

【従来の技術】添付図面のうち図１に、第１ｎｐｎトラ
ンジスターＴ１および第２ｎｐｎトランジスターＴ２と
して知られている長後尾対のアクティブ装置に基づく公
知形式の電圧電流変換器、即ち“トランスコンダクター
増幅器”を示す。トランジスターＴ１およびＴ２のエミ
ッターをそれぞれ抵抗器Ｒ１およびＲ２を介して定電流
源ＣＣ１としての後尾電流源の一方の端子に接続する。
なお、ＣＣ１の他方の端子は接地ｇｎｄする。トランジ
スターＴ１およびＴ２のコレクターはそれぞれ変換器の
差動電流出力ＯＵＴ１およびＯＵＴ２になる。トランジ
スターＴ１およびＴ２のベースについては、それぞれ差
動入力端子ＩＮ１およびＩＮ２に接続するとともに、抵
抗器Ｒ５およびＲ６を介してバイアス電圧源ＢＳに接続
する。

【０００３】図１に示す変換器に対する差動入力電圧が
比較的低い場合、トランスコンダクタンスは実質的に線
形であるため、差動出力電流は差動入力電圧に対して実
質的に比例する。ところが、トランスコンダクタンスは
実際には線形ではなく、歪みをもたらす非線形項をも
つ。トランスコンダクタンスにおける原理的な非線形性
は三次形、即ち立方形なので、このトランスコンダクタ
ンスは次式で表すことができる。ｇｍ＝ｇｍｌ．ｖ＋α．ｖ³ （１）式中、ｇｍｌは小さい信号トランスコンダクタンス、ｖ
は差動入力電圧、そしてαは定数である。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】電力散逸やノイズ特性などの
性能を実質的に劣化することなく、即ちこれら性能を許
容できない程劣化することなく、線形性を実質的に改善
した電圧電流変換器を提供することが目的である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１伝導形の
第１アクティブ装置（Ｔ１）および第２アクティブ装置
（Ｔ２）と第１後尾電流源（ＣＣ１）とを有し、第１ア
クティブ装置（Ｔ１）および第２アクティブ装置（Ｔ
２）のそれぞれが出力端子、制御端子および共通端子か
らなる第１長後尾対を有する電圧電流変換器において、
第１伝導形とは逆の第２伝導形の第３アクティブ装置
（Ｔ３）および第４アクティブ装置（Ｔ４）と第２後尾
電流源（ＣＣ２）とからなる第２長後尾対を設け、第３
アクティブ装置（Ｔ３）の制御端子を第１アクティブ装
置（Ｔ１）の制御端子に接続し、出力端子を第２アクテ
ィブ装置（Ｔ２）の共通端子に接続し、そして第４アク
ティブ装置（Ｔ４）の制御端子を第２アクティブ装置
（Ｔ２）の制御端子に接続し、出力端子を第１アクティ
ブ装置（Ｔ１）の共通端子に接続したことを特徴とする
電圧電流変換器を提供するものである。

【０００６】本発明の場合、それぞれ、実質的に等しい
第１抵抗値をもつ第１抵抗器（Ｒ１）および第２抵抗器
（Ｒ２）を介して第１後尾電流源（ＣＣ１）に第１アク
ティブ装置（Ｔ１）および第２アクティブ装置（Ｔ２）
を接続することが好ましい。

【０００７】本発明の場合、第１後尾電流源（ＣＣ１）
を第１定電流源で構成することが好ましい。

【０００８】本発明の場合、それぞれ、実質的に等しい
第２抵抗値をもつ第３抵抗器（Ｒ３）および第４抵抗器
（Ｒ４）を介して第２後尾電流源（ＣＣ２）に第３アク
ティブ装置（Ｔ３）および第４アクティブ装置（Ｔ４）
の共通端子を接続し、第２抵抗値を第１抵抗値より大き
くし、さらに第２抵抗値を第１抵抗値の実質的に４〜５
倍にすることが好ましい。

【０００９】本発明の場合、第２後尾電流源（ＣＣ２）
を第２定電流源で構成するのが好ましい。

【００１０】本発明の場合、第１長後尾対（Ｔ１、Ｔ
２）の後尾電流を第２長後尾対（Ｔ３、Ｔ４）の後尾電
流よりも大きくし、さらに第１長後尾対（Ｔ１、Ｔ２）
の後尾電流を第２長後尾対（Ｔ３、Ｔ４）の後尾電流の
実質的に１０倍にすることが好ましい。

【００１１】本発明の場合、第１〜第４アクティブ装置
（Ｔ１〜Ｔ４）のそれぞれをバイポーラ・トランジスタ
ーで構成し、このトランジスターの出力端子、制御端子
および共通端子をそれぞれコレクター電極、ベース電極
およびエミッター電極で構成することが好ましい。

【００１２】本発明の場合、第１〜第４アクティブ装置
（Ｔ１〜Ｔ４）のそれぞれを電界効果形トランジスター
で構成し、このトランジスターの出力端子、制御端子お
よび共通端子をそれぞれドレイン電極、ゲート電極およ
びソース電極で構成するのが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、例示のみを目的として、本
発明を添付図面について説明する。図１は、公知電圧電
流変換器の回路図である。図２は、本発明の一つの実施
態様による電圧電流変換器の回路図である。図３は、ス
ーパーヘテロダイン受信機のミクサー段に図２の変換器
を適用した例を示す回路図である。なお、図中同符号は
同部分を示す。

【００１４】図２に示す変換器は、トランジスターＴ１
およびＴ２、抵抗値が同じエミッター抵抗器Ｒ１および
Ｒ２、定電流源ＣＣ１およびトランジスターＴ１および
Ｔ２をバイアス電圧源ＢＳによりバイアスする抵抗器Ｒ
５およびＲ６からなる長後尾対としての主トランスコン
ダクタンス段で構成した点で、図１に示す公知形式の変
換器と同じである。この主トランスコンダクタンス段は
図１に示した変換器と実質的に同じで、同様に作動す
る。特に、このトランスコンダクタンスは同じ非線形性
をもち、少なくとも二次近似として上記式（１）で表す
ことができる。

【００１５】図２に示す変換器は、長後尾対式である
が、第１段に逆相接続した従属的なトランスコンダクタ
ンス段、即ちコレクタートランスコンダクタンス段を備
えている。このコレクター段は第３ｐｎｐトランジスタ
ーＴ３および第４ｐｎｐトランジスターＴ４からなり、
これらのエミッターをそれぞれ抵抗器Ｒ３およびＲ４を
介して第２定電流源ＣＣ２の一方の端子に接続する。な
お、他方の端子は給電線ｖｃｃに接続する。トランジス
ターＲ３のベースについてはトランジスターＴ１のベー
スに接続し、トランジスターＴ４のベースについてはト
ランジスターＴ２のベースに接続する。また、トランジ
スターＴ３のコレクターについてはトランジスターＴ２
のエミッターに接続し、トランジスターＴ４のコレクタ
ーについてはトランジスターＴ１のエミッターに接続す
る。従って、コレクター段は主トランスコンダクタンス
段と同じ差動入力信号を受信するが、差動出力電流は抵
抗器Ｒ１およびＲ２を介して逆相で供給されることにな
る。

【００１６】抵抗器Ｒ３およびＲ４の抵抗値は同じであ
り、そしてコレクター段のトランスコンダクタンスが主
トランスコンダクタンス段の線形項より実質的に小さい
線形項と、主トランスコンダクタンス段のトランスコン
ダクタンスにおける一つ以上の歪み項と実質的に等しい
三次歪み項、即ち立方形歪み項などの歪み項とを有する
ように、定電流源が供給する電流と組み合わせる。例え
ば、抵抗器Ｒ３およびＲ４それぞれの抵抗値は抵抗器Ｒ
１およびＲ２の抵抗値よりも４〜５倍高い。同様に、第
１定電流源ＣＣ１が供給する電流は、第２定電流源ＣＣ
２が供給する電流よりも実質的に１０倍高い。なお、当
業者ならば、非線形歪みを最小に抑えるために、例えば
シミュレーション技術を使用してこれら抵抗値を容易に
選定または調節できるはずである。

【００１７】図２の実施態様はバイポーラ・トランジス
ターに基づいているが、電界効果形ＣＭＯＳ装置やガリ
ウム砒素装置などの他のアクティブ装置も使用可能であ
る。電界効果形トランジスターや他の“二乗”伝達関数
装置の場合には、三次項、即ち立方形項は既に比較的小
さいが、この方法を使用すると線形性を大幅に改善で
き、電力消費量やノイズ特性についてほとんど悪影響を
与えることはない。

【００１８】図２に示した変換器は多数の用途に使用で
きる。一例のみを参考として図３に示す。図２に示すよ
うに、この変換器はシングル・エンド入力用として接続
する。ＡＣ信号についてはコンデンサーＣ２によって入
力ＩＮ２を接地し、ＤＣをブロックするために、他方の
入力ＩＮ１に結合コンデンサーＣ１を設ける。図３に示
すように、出力ＯＵＴ１およびＯＵＴ２をギルバート型
周波数変換機または周波数ミクサーに接続し、局部発振
器の差動出力信号ｌｏ、ｌｏ＋とのスーパーヘテロダイ
ンによって入力信号ｒｆの周波数を変換する。

【００１９】上記ミクサーの場合、トランジスターＴ５
およびＴ６を長後尾対として接続し、後尾電流を変換器
１の出力ＯＵＴ１によって供給する。トランジスターＴ
７およびＴ８からなる別な長後尾対についても同様に、
その後尾電流を変換器１の出力ＯＵＴ２によって供給す
る。トランジスターＴ６およびＴ７のベースについては
入力ＩＮ３に接続し、そしてトランジスターＴ５および
Ｔ８のベースについては入力ＩＮ４に接続する。また、
トランジスターＴ５およびＴ７のコレクターについては
負荷抵抗器Ｒ７を介して給電線ｖｃｃに接続し、そして
トランジスターＴ６およびＴ８のコレクターについては
負荷抵抗器Ｒ８を介して給電線ｖｃｃに接続する。ミク
サーの出力は負荷抵抗器Ｒ７およびＲ８の両端に現われ
る。従って、バランスの取れた出力信号、即ち差動出力
信号が必要な場合には、これは両抵抗器Ｒ７およびＲ８
の両端から取り出すことができる。あるいは、シングル
・エンド出力、即ちバランスの取れていない出力が必要
な場合には、これは抵抗器Ｒ７、Ｒ８のいずれかの両端
から取り出すことができる。

【００２０】図３に示すミクサーの場合、線形性が改善
されるため、ミクサーからより純粋な出力信号が得られ
る。例えば、三次歪み項が減少すると、あるいはこれが
なくなると、ミクサー出力における三次高調波歪み成分
が減少するか、実質的になくなる。

【００２１】図３に示すのと実質的に同じ回路構成を使
用すると、例えば無線受信機における利得制御を得るこ
とができる。例えば、図３に示す形として中間周波数
（ＩＦ）増幅器を構成することができる。この場合、ト
ランジスターＴ５〜Ｔ８は増幅段として作用し、変換器
１が自動利得制御電圧を受信し、増幅器の利得を制御す
る。

【００２２】

【発明の効果】以上の本発明によれば、第１の主トラン
スコンダクタンス段に第２トランスコンダクタンス段を
逆相接続することによって、立方形項などのトランスコ
ンダクタンスの非線形項を実質的に相殺できるか、ある
いは大幅に減らすことができる。主トランスコンダクタ
ンス段よりも電力の散逸量を実質的に少なくした第２ト
ランスコンダクタンス段、即ち“コレクター”トランス
コンダクタンス段を、ノイズを少なくするために、主ト
ランスコンダクタンス段に並列接続する。主トランスコ
ンダクタンス段のトランスコンダクタンスがコレクター
段よりも実質的に大きいため、主トランスコンダクタン
ス段がそのまま支配的なノイズ源になり、従ってノイズ
特性が劣化することは実質的にない。

【００２３】このように、電力散逸やノイズ特性などの
性能を実質的に劣化することなく、即ちこれら性能を許
容できない程劣化することなく、線形性を実質的に改善
した電圧電流変換器を提供することができる。このため
には、比較的ごくわずかな数の成分を変換器に付加する
だけでよく、コスト高を招くこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知電圧電流変換器を回路図である。

【図２】本発明の一つの実施態様を構成する電圧電流変
換器の回路図である。

【図３】スーパーヘテロダイン受信機のミクサー段に図
２の変換器を適用した例を示す回路図である。

【符号の説明】

１：変換器Ｔ１〜Ｔ８：トランジスターＲ１〜Ｒ４：抵抗器ＣＣ１〜ＣＣ２：定電流源ＯＵＴ１〜ＯＵＴ２：出力ＩＮ１〜ＩＮ４：入力Ｃ１〜Ｃ２：コンデンサー

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１月１３日（２０００．１．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者カウリニコラスポールイギリス，エスエヌ４０アールティー, ウイルトシャー，ロートン，ピライアーズヒル３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１伝導形の第１アクティブ装置（Ｔ
１）および第２アクティブ装置（Ｔ２）と第１後尾電流
源（ＣＣ１）とを有し、第１アクティブ装置（Ｔ１）お
よび第２アクティブ装置（Ｔ２）のそれぞれが出力端
子、制御端子および共通端子からなる第１長後尾対を有
する電圧電流変換器において、第１伝導形とは逆の第２
伝導形の第３アクティブ装置（Ｔ３）および第４アクテ
ィブ装置（Ｔ４）と第２後尾電流源（ＣＣ２）とからな
る第２長後尾対を設け、第３アクティブ装置（Ｔ３）の
制御端子を第１アクティブ装置（Ｔ１）の制御端子に接
続し、出力端子を第２アクティブ装置（Ｔ２）の共通端
子に接続し、そして第４アクティブ装置（Ｔ４）の制御
端子を第２アクティブ装置（Ｔ２）の制御端子に接続
し、出力端子を第１アクティブ装置（Ｔ１）の共通端子
に接続したことを特徴とする電圧電流変換器。
【請求項２】それぞれ、実質的に等しい第１抵抗値を
もつ第１抵抗器（Ｒ１）および第２抵抗器（Ｒ２）を介
して第１後尾電流源（ＣＣ１）に第１アクティブ装置
（Ｔ１）および第２アクティブ装置（Ｔ２）を接続した
ことを特徴とする請求項１の変換器。
【請求項３】第１後尾電流源（ＣＣ１）が第１定電流
源からなることを特徴とする請求項１または２の変換
器。
【請求項４】それぞれ、実質的に等しい第２抵抗値を
もつ第３抵抗器（Ｒ３）および第４抵抗器（Ｒ４）を介
して第２後尾電流源（ＣＣ２）に第３アクティブ装置
（Ｔ３）および第４アクティブ装置（Ｔ４）の共通端子
を接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項の変換器。
【請求項５】第２抵抗値が第１抵抗値より大きいこと
を特徴とする請求項４の変換器。
【請求項６】第２抵抗値が第１抵抗値の実質的に４〜
５倍である請求項５の変換器。
【請求項７】第２後尾電流源（ＣＣ２）が第２定電流
源からなる請求項１〜６のいずれか１項の変換器。
【請求項８】第１長後尾対（Ｔ１、Ｔ２）の後尾電流
が第２長後尾対（Ｔ３、Ｔ４）の後尾電流よりも大きい
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項の変換
器。
【請求項９】第１長後尾対（Ｔ１、Ｔ２）の後尾電流
が第２長後尾対（Ｔ３、Ｔ４）の後尾電流の実質的に１
０倍であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１
項の変換器。
【請求項１０】第１〜第４アクティブ装置（Ｔ１〜Ｔ
４）のそれぞれがバイポーラ・トランジスターからな
り、このトランジスターの出力端子、制御端子および共
通端子がそれぞれコレクター電極、ベース電極およびエ
ミッター電極からなることを特徴とする請求項１〜９の
いずれか１項の変換器。
【請求項１１】第１〜第４アクティブ装置（Ｔ１〜Ｔ
４）のそれぞれが電界効果形トランジスターからなり、
このトランジスターの出力端子、制御端子および共通端
子がそれぞれドレイン電極、ゲート電極およびソース電
極からなる請求項１〜９のいずれか１項の変換器。