特表2016-532346IP Force 特許公報全文掲載

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2016-532346(P2016-532346A)
(43)【公表日】2016年10月13日
(54)【発明の名称】多段増幅のための方法及び回路要素
(51)【国際特許分類】
   H03F 3/45 20060101AFI20160916BHJP
   H03F 3/68 20060101ALI20160916BHJP
【ＦＩ】
   H03F3/45 Z
   H03F3/68 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2016-518147(P2016-518147)
(86)(22)【出願日】2014年9月30日
(85)【翻訳文提出日】2016年4月27日
(86)【国際出願番号】US2014058168
(87)【国際公開番号】WO2015048704
(87)【国際公開日】20150402
(31)【優先権主張番号】61/884,444
(32)【優先日】2013年9月30日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】14/066,980
(32)【優先日】2013年10月30日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】390020248
【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】507107291
【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
(74)【1名の代理人】
【識別番号】100098497
【弁理士】
【氏名又は名称】片寄 恭三
(72)【発明者】
【氏名】スワミナサン サンカラン
(72)【発明者】
【氏名】ブラッドレイ アレン クラメール
(72)【発明者】
【氏名】ハッサン アリ
(72)【発明者】
【氏名】ニルマル シー ワルケ
【テーマコード（参考）】
5J500
【Ｆターム（参考）】
5J500AA01
5J500AA12
5J500AA22
5J500AC62
5J500AF15
5J500AF17
5J500AH25
5J500AH37
5J500AK01
5J500AK02
5J500AM08
5J500AM12
5J500AT01
(57)【要約】
増幅器（３００）の記載される例において、第１の段（１０２）が、第１及び第２の入力電圧（ＶＩＮ＋、ＶＩＮ−）により形成される差動入力電圧を受信し、
それに応答して第１の差動電流を、それぞれ第１及び第２のライン電圧を有する第１及び第２のライン（Ｓ１０、Ｓ１１）で出力する。第２の段（１０４）が、第１及び第２のライン電圧を受信し、それに応答して第２の差動電流を、それぞれ第３及び第４のライン電圧を有する第３及び第４のライン（Ｓ２０、Ｓ２１）で出力する。変圧器（３０２）が第１及び第２のコイル（３０４、３０６）、を含む。第１のコイル（３０４）の第１の端子が、第１のレジスタ（Ｒ１０）を介して第１のライン（Ｓ１０）に結合される。第１のコイル（３０４）の第２の端子が、第２のレジスタ（Ｒ１１）を介して第２のライン（Ｓ１１）に結合される。第２のコイル（３０６）の第１の端子が、第３のレジスタ（Ｒ２０）を介して第３のライン（Ｓ２０）に結合される。第２のコイル（３０６）の第２の端子が、第４のレジスタ（Ｒ２１）を介して第４のライン（Ｓ２１）に結合される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
増幅器であって、
第１の段であって、第１及び第２の入力電圧により形成される差動入力電圧を受信するため、及びそれに応答して第１の差動電流を、それぞれ第１及び第２のライン電圧を有する第１及び第２のラインで出力するための、前記第１の段、
前記第１の段に結合される第２の段であって、前記第１及び第２のライン電圧を受信するため、及びそれに応答して第２の差動電流を、それぞれ第３及び第４のライン電圧を有する第３及び第４のラインで出力するための、前記第２の段、及び
前記第１及び第２の段に結合される変圧器であって、前記変圧器が第１及び第２のコイルを含み、前記第１のコイルの第１の端子が、第１のレジスタを介して前記第１のラインに結合され、前記第１のコイルの第２の端子が、第２のレジスタを介して前記第２のラインに結合され、前記第２のコイルの第１の端子が、第３のレジスタを介して前記第３のラインに結合され、前記第２のコイルの第２の端子が、第４のレジスタを介して前記第４のラインに結合される、前記変圧器、
を含む、増幅器。
【請求項2】
請求項１に記載の増幅器であって、電圧供給ノードが、前記第１のコイルの第３の端子と、前記第２のコイルの第３の端子とに結合される、増幅器。
【請求項3】
請求項１に記載の増幅器であって、前記第１及び第２の段が、それぞれ第１及び第２の利得を有する第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器である、増幅器。
【請求項4】
請求項１に記載の増幅器であって、前記第１のコイルが、電流を第１の方向に導通させるためのものであり、前記第２のコイルが、電流を前記第１の方向と実質的に等しい第２の方向に導通させるためのものである、増幅器。
【請求項5】
請求項１に記載の増幅器であって、前記第１のコイルが、受動インピーダンスブーストを前記第１及び第２のラインに提供するためのものであり、前記第２のコイルが、受動インピーダンスブーストを前記第３及び第４のラインに提供するためのものである、増幅器。
【請求項6】
請求項１に記載の増幅器であって、前記第１のコイルが、能動フィードバックを前記第３及び第４のラインに提供するためのものであり、前記第２のコイルが、能動フィードバックを前記第１及び第２のラインに提供するためのものである、増幅器。
【請求項7】
請求項１に記載の増幅器であって、前記変圧器が、前記第１及び第２のコイル間の制御されたＨフィールドカップリングを備えた磁場を含むためのものである、増幅器。
【請求項8】
増幅器であって、
第１及び第２の入力電圧により形成される差動入力電圧を受信するため、及びそれに応答して第１の差動電流を、それぞれ第１及び第２のライン電圧を有する第１及び第２のラインで出力するための第１の段であって、第１の利得を有する第１のトランスコンダクタンス増幅器である、前記第１の段、
前記第１の段に結合される第２の段であって、前記第１及び第２のライン電圧を受信するため、及びそれに応答して第２の差動電流を、それぞれ第３及び第４のライン電圧を有する第３及び第４のラインで出力するための前記第２の段であって、第２の利得を有する第２のトランスコンダクタンス増幅器である、前記第２の段、及び
前記第１及び第２の段に結合される変圧器であって、前記変圧器が第１及び第２のコイルを含み、前記第１のコイルの第１の端子が、第１のレジスタを介して前記第１のラインに結合され、前記第１のコイルの第２の端子が、第２のレジスタを介して前記第２のラインに結合され、前記第２のコイルの第１の端子が、第３のレジスタを介して前記第３のラインに結合され、前記第２のコイルの第２の端子が、第４のレジスタを介して前記第４のラインに結合され、前記第１のコイルが、電流を第１の方向に導通させるためのものであり、前記第２のコイルが、電流を前記第１の方向に実質的に等しい第２の方向に導通させるためのものである、前記変圧器、
を含み、
電圧供給ノードが、前記第１のコイルの第３の端子と、前記第２のコイルの第３の端子とに結合される、
増幅器。
【請求項9】
請求項８に記載の増幅器であって、前記第１のコイルが、受動インピーダンスブーストを前記第１及び第２のラインに提供するため、及び能動フィードバックを前記第３及び第４のラインに提供するためのものであり、前記第２のコイルが、受動インピーダンスブーストを前記第３及び第４のラインに提供するため、及び能動フィードバックを前記第１及び第２のラインに提供するためのものである、増幅器。
【請求項10】
請求項９に記載の増幅器であって、前記変圧器が、前記第１及び第２のコイル間の制御されたＨフィールドカップリングを備えた磁場を含むためのものである、増幅器。
【請求項11】
方法であって、
増幅器の第１の段を用いて、第１及び第２の入力電圧により形成される差動入力電圧を受信すること、及びそれに応答して第１の差動電流を、それぞれ第１及び第２のライン電圧を有する第１及び第２のラインで出力すること、
前記増幅器の第２の段を用いて、前記第１及び第２のライン電圧を受信すること、及びそれに応答して第２の差動電流を、それぞれ第３及び第４のライン電圧を有する第３及び第４のラインで出力すること、及び
変圧器の第１のコイルの第１の端子を第１のレジスタを介して前記第１のラインに、前記第１のコイルの第２の端子を第２のレジスタを介して前記第２のラインに、前記変圧器の第２のコイルの第１の端子を第３のレジスタを介して前記第３のラインに、及び前記第２のコイルの第２の端子を第４のレジスタを介して前記第４のラインに、結合すること、
を含む、方法。
【請求項12】
請求項１１に記載の方法であって、前記結合することが、
前記第１のコイルの第３の端子、及び前記第２のコイルの第３の端子に電圧供給ノードを結合すること、
を含む、方法。
【請求項13】
請求項１１に記載の方法であって、前記第１及び第２の段が、それぞれ、第１及び第２の利得を有する第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器である、方法。
【請求項14】
請求項１１に記載の方法であって、
前記第１のコイルを介して、電流を第１の方向に導通させること、及び、
前記第２のコイルを介して、電流を第１の方向と実質的に等しい第２の方向に導通させること、
を含む、方法。
【請求項15】
請求項１１に記載の方法であって、
前記第１のコイルを用いて、受動インピーダンスブーストを前記第１及び第２のラインに提供すること、及び、
前記第２のコイルを用いて、受動インピーダンスブーストを前記第３及び第４のラインに提供すること、
を含む、方法。
【請求項16】
請求項１１に記載の方法であって、
前記第１のコイルを用いて、能動フィードバックを前記第３及び第４のラインに提供すること、及び、
前記第２のコイルを用いて、能動フィードバックを前記第１及び第２のラインに提供すること、
を含む、方法。
【請求項17】
請求項１１に記載の方法であって、前記変圧器を用いて、前記第１及び第２のコイル間の制御されたＨフィールドカップリングを備えた磁場を含むことを含む、方法。
【請求項18】
方法であって、
増幅器の第１の段を用いて、第１及び第２の入力電圧により形成される差動入力電圧を受信すること、及び、それに応答して第１の差動電流を、それぞれ第１及び第２のライン電圧を有する第１及び第２のラインで出力することであって、前記第１の段が、第１の利得を有する第１のトランスコンダクタンス増幅器であること、
前記増幅器の第２の段を用いて、前記第１及び第２のライン電圧を受信すること、及び、それに応答して第２の差動電流を、それぞれ第３及び第４のライン電圧を有する第３及び第４のラインで出力することであって、前記第２の段が、第２の利得を有する第２のトランスコンダクタンス増幅器であること、
変圧器の第１のコイルの第１の端子を第１のレジスタを介して前記第１のラインに、前記第１のコイルの第２の端子を第２のレジスタを介して前記第２のラインに、前記変圧器の第２のコイルの第１の端子を第３のレジスタを介して前記第３のラインに、及び前記第２のコイルの第２の端子を第４のレジスタを介して前記第４のラインに、結合すること、
前記第１のコイルを介して、電流を第１の方向に導通させること、
前記第２のコイルを介して、電流を第１の方向と実質的に等しい第２の方向に導通させること、及び
前記第１のコイルの第３の端子と、前記第２のコイルの第３の端子とに電圧供給ノードを結合すること、
を含む、方法。
【請求項19】
請求項１８に記載の方法であって、
前記第１のコイルを用いて、受動インピーダンスブーストを前記第１及び第２のラインに提供すること、及び能動フィードバックを前記第３及び第４のラインに提供すること、及び
前記第２のコイルを用いて、受動インピーダンスブーストを前記第３及び第４のラインに提供すること、及び能動フィードバックを前記第１及び第２のラインに提供すること、
を含む、方法。
【請求項20】
請求項１９に記載の方法であって、前記変圧器を用いて、前記第１及び第２のコイル間の制御されたＨフィールドカップリングを備えた磁場を含むことを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、概して電子回路要素に関し、特に、多段増幅のための方法及び回路要素に関連する。
【背景技術】
【0002】
図１（従来技術）は、従来の多段増幅器の概略電気回路図であり、概して１００で示される。増幅器１００は、少なくとも第１及び第２の段１０２及び１０４を含み、これらは、利得がそれぞれＧｍ１及びＧｍ２であるトランスコンダクタンス増幅器である。増幅器１００は、ラインＳ００及びＳ０１から差動入力電圧を受信する。
【0003】
第１の段１０２は、Ｓ００の電圧（ＶＩＮ＋）とＳ０１の電圧（ＶＩＮ−）との間の差（ΔＶＩＮ）を増幅させるために利得Ｇｍ１を印加する。同様に、第２の段１０４は、ラインＳ１０の電圧（Ｖ１０）とラインＳ１１の電圧（Ｖ１１）との間の差（ΔＶ１）を増幅させるために利得Ｇｍ２を印加する。従って、（ａ）ΔＶＩＮに応答して、第１の段１０２は、Ｓ１０の電流（Ｉ１０）とＳ１１の電流（Ｉ１１）との間の差（ΔΙ１）を生成し、（ｂ）ΔＶ１に応答して、第２の段１０４は、ラインＳ２０の電流（Ｉ２０）とラインＳ２１の電流（Ｉ２１）と間の差（ΔΙ２）を生成する。
【0004】
図１に示すように、Ｓ１０はレジスタＲ１０に接続され、レジスタＲ１０は、インダクタＬ１の第１の端子を介して電圧供給ノードＶＤＤに結合される。また、Ｓ１１はレジスタＲ１１に接続され、レジスタＲ１１は、Ｌ１の第２の端子を介してＶＤＤに結合される。同様に、Ｓ２０はレジスタＲ２０に接続され、レジスタＲ２０は、インダクタＬ２の第１の端子を介してＶＤＤに結合される。更に、Ｓ２１はレジスタＲ２１に接続され、レジスタＲ２１は、Ｌ２の第２の端子を介してＶＤＤに結合される。
【0005】
図２（従来技術）は、３ｄＢ帯域幅領域２０４を有する、増幅器１００のための利得（ｄＢ）対周波数の例示の曲線２０２のグラフである。図２に示すように、３ｄＢ帯域幅領域２０４は、その利得がピーク利得の３ｄＢ内である周波数の範囲である。Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ２０、及びＲ２１がなければ、３ｄＢ帯域幅領域２０８を有する例示の曲線２０６に従って、増幅器１００の性能は減少し得る。
【0006】
比較として、Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ２０、及びＲ２１がある場合、（ａ）領域２０８において、３ｄＢ帯域幅領域２０４に対する主要な寄与がＲ１０、Ｒ１１、Ｒ２０、及びＲ２１により提供され、（ｂ）帯域幅拡張領域２１０において、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ２０、及びＲ２１による寄与に加えて３ｄＢ帯域幅領域２０４に対する著しい寄与がＬ１及びＬ２により提供される。
【0007】
それにもかかわらず、増幅器１００は欠点を有する。例えば、増幅器１００は、段毎に一つの受動磁気構成要素（例えば、インダクタ）を有する。磁場カップリング（例えば、近傍のインダクタのコイル巻き線間など）を介するあり得る干渉に対する対策として、それらの受動磁気構成要素間に間隔が置かれ、これにより、増幅器１００を含む集積回路におけるシリコンエリアが増大する。
【発明の概要】
【0008】
増幅器の記載される例において、第１の段が、第１及び第２の入力電圧により形成される差動入力電圧を受信し、それに応答して第１の差動電流を、それぞれ第１及び第２のライン電圧を有する第１及び第２のラインで出力する。第２の段が、第１及び第２のライン電圧を受信し、それに応答して第２の差動電流を、それぞれ第３及び第４のライン電圧を有する第３及び第４のラインで出力する。変圧器が第１及び第２のコイルを含む。第１のコイルの第１の端子が、第１のレジスタを介して第１のラインに結合される。第１のコイルの第２の端子が、第２のレジスタを介して第２のラインに結合される。第２のコイルの第１の端子が、第３のレジスタを介して第３のラインに結合される。第２のコイルの第２の端子が、第４のレジスタを介して第４のラインに結合される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】従来の多段増幅器（従来技術）の概略電気回路図である。
【0010】
【図2】図１の増幅器（従来技術）のための利得（ｄＢ）対周波数の例示の曲線のグラフである。
【0011】
【図3】例示の実施例の多段増幅器の概略電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
図３は、例示の実施例の多段増幅器の概略電気回路図であり、概して３００で示される。増幅器３００は、少なくとも第１及び第２の段１０２及び１０４、及びレジスタＲ１０、Ｒ１１、Ｒ２０、及びＲ２１を含む。しかし、増幅器３００は、Ｌ１及びＬ２（図１）の代わりに、破線の囲み３０２で示される変圧器を含む。
【0013】
第１及び第２の段１０２及び１０４は、その利得がそれぞれＧｍ１及びＧｍ２であるトランスコンダクタンス増幅器である。第１の段１０２は、ＶＩＮ＋とＶＩＮ−との間の差（ΔＶＩＮ）を増幅させるために利得Ｇｍ１を印加する。同様に、第２の段１０４は、Ｓ１０の電圧（Ｖ１０）とＳ１１の電圧（Ｖ１１）と間の差（ΔＶ１）を増幅させるために利得Ｇｍ２を印加する。従って、（ａ）ΔＶＩＮに応答して、第１の段１０２は、Ｓ１０の電流（Ｉ１０）とＳ１１の電流（Ｉ１１）との間の差（ΔΙ１）を生成し、（ｂ）ΔＶ１に応答して、第２の段１０４は、Ｓ２０の電流（Ｉ２０）とＳ２１の電流（Ｉ２１）との間の差（ΔΙ２）を生成する。
【0014】
この例では、（ａ）ΔＶＩＮが正である場合、ΔＩ１が負であり、（ｂ）逆に、ΔＶＩＮが負である場合、ΔＩ１が正である。同様に、この例では、（ａ）ΔＶ１が正である場合、ΔＩ２が負であり、（ｂ）逆に、ΔＶ１が負である場合、ΔＩ２が正である。
【0015】
変圧器３０２は、第１及び第２のコイル３０４及び３０６を含む。図３に示すように、（ａ）Ｒ１０が、コイル３０４の第１の端子を介してＶＤＤに結合され、（ｂ）Ｒ１１が、コイル３０４の第２の端子を介してＶＤＤ（これは、コイル３０４の第３の端子に結合される）に結合され、（ｃ）Ｒ２１が、コイル３０６の第１の端子を介してＶＤＤに結合され、（ｄ）Ｒ２０が、コイル３０６の第２の端子を介してＶＤＤ（これは、コイル３０６の第３の端子に結合される）に結合される。電流が、（ａ）コイル３０４を介して第１の方向に、及び（ｂ）コイル３０６を介して第１の方向と実質的に等しい（例えば、第１の方向と同じ）第２の方向に流れる。
【0016】
変圧器３０２が理想的であり、無損失であり、完璧に結合される場合、Ｖ２＝ｎ・Ｖ１、Ｉ２＝Ｉ１／ｎ、及びＰＩＮ＝ＰＯＵＴであり、ここで、（ａ）Ｖ１はコイル３０４の第１及び第２の端子の電圧であり、（ｂ）Ｖ２は、コイル３０６の第１及び第２の端子の電圧であり、（ｃ）Ｉ１はコイル３０４を介する電流であり、（ｄ）Ｉ２はコイル３０６を介する電流であり、（ｅ）ｎは、ｎがコイル３０４の巻線巻き数で除したコイル３０６の巻線巻き数に等しくなるように、コイル３０４及び３０６間の巻き線比であり、（ｆ）Ｖ１・Ｉ１＝ＰＩＮであり、これは、変圧器３０２の入力電力であり、（ｇ）Ｖ２・Ｉ２＝ＰＯＵＴであり、これは、変圧器３０２の出力電力である。
【0017】
コイル３０４は、受動インピーダンスブーストを段１０２の出力ラインＳ１０及びＳ１１に提供する。同様に、コイル３０６は、受動インピーダンスブーストを段１０４の出力ラインＳ２０及びＳ２１に提供する。また、コイル３０４及び３０６間のカップリングに起因して、（ａ）コイル３０４は、能動フィードバックを段１０４の出力ラインＳ２０及びＳ２１に提供し、（ｂ）コイル３０６は、能動フィードバックを段１０２の出力ラインＳ１０及びＳ１１に提供する。このような能動フィードバックは、変圧器３０２のコスト及びサイズを低減する。
【0018】
また、段１０２及び１０４は互いに一層近接して配置され得、これにより、増幅器３００を含む集積回路におけるシリコンエリアが低減される。例えば、増幅器３００は、段毎に一つの受動磁気構成要素の代わりに、２つの段（例えば、段１０２及び１０４）毎に一つの変圧器（例えば、変圧器３０２）を含む。また、磁場カップリングを避ける代わりに、変圧器３０２は、コイル３０４及び３０６間の制御されたＨフィールドカップリングを備えた磁場を含む。このような閉じ込め（containment）は、近傍の回路要素（例えば、近傍の磁気デバイス）間の拡散（proliferation）（不純化（adulteration））を低減する。
【0019】
これらの種々の理由のため、増幅器３００の３ｄＢ帯域幅が拡張される。帯域幅拡張のこの理由のため、変圧器３０２の品質係数（ＱＦ）は高くする必要はない。従って、増幅器３００は低減されたフォームファクタを有し得る。
【0020】
本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得、多くの他の実施例が可能である。
【図3】
【図1】
【図2】
【国際調査報告】

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