JP2001156566A

JP2001156566A - 利得制御回路

Info

Publication number: JP2001156566A
Application number: JP33775599A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Arayashiki; 護荒屋敷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】利得制御時のベースバンド信号の直流オフセ
ット変動を低減することができる利得制御回路を提供す
る。【解決手段】利得制御増幅器２の出力を、増幅器３お
よび積分器４を介して入力側の減算器５に負帰還するこ
とにより直流利得を下げる構成において、利得制御増幅
器２の利得制御に応じて、直流利得が一定になるように
積分器４のｇｍ（トランスコンダクタンス）値を制御す
ることにより、利得制御時における利得制御回路10の直
流オフセット変動を低減することができる。また、この
利得制御回路10は、無線通信機の受信回路のベースバン
ド部に使用するのに好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は利得制御回路に関
し、特に、無線通信システムの移動局受信装置および基
地局受信装置に用いるのに好適な利得制御回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】受信信号を直交復調してベースバンド信
号を得る受信方式において、ベースバンド信号には、低
域通過フィルタ（ＬＰＦ）や増幅器等のベースバンド部
で発生する直流オフセットと、直交復調部の出力に含ま
れる直流オフセットとが含まれる。特に、ベースバンド
部での利得を大きくする程、ベースバンド信号出力にお
ける直流オフセットは大きくなり、データ復調部におけ
るデータ判定の際に誤判定の原因となり、ビット誤り率
特性を劣化させる。

【０００３】コード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）方式
または時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）方式において、
変調信号が比較的広い信号帯域を有する場合には、信号
パワーが広い帯域に存在しているので、全体の信号パワ
ーに対する損失分が小さく、かつ受信特性劣化への影響
が少ない範囲においては、直流成分と低周波成分の一部
の損失が許容される。このような場合における直流オフ
セットの低減方法の一例として、ベースバンド出力信号
を積分器を介してベースバンド入力に負帰還し、ベース
バンド部の直流利得を下げることによりベースバンド信
号出力における直流オフセットを低減する方法が提案さ
れている。

【０００４】このような方法を用いたベースバンド部を
含む従来の受信回路は、例えば、特表平8-510892号公報
に開示されている。従来技術の一例を図７のブロック図
に示す。この受信回路は、中間周波（ＩＦ）入力信号を
増幅する利得制御増幅器100と、局部発振器101と、この
局部発振器101の出力を９０°位相の異なる２つの局部
発振信号に変換する９０°移相器102と、利得制御増幅
器100の出力信号と９０°移相器102の一方の出力信号と
を掛け合わせてベースバンド信号を得るミキサ103と、
利得制御増幅器100の出力信号と９０°移相器102の他方
の出力信号とを掛け合わせてベースバンド信号を得るミ
キサ104と、これらミキサ103、104それぞれの出力から
所望の信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）で選択後、増
幅するベースバンド部110、120とを備えている。

【０００５】これらベースバンド部110、120は、それぞ
れ対応するミキサ103、104の出力から所望のベースバン
ド信号を選択する低域通過フィルタ112、122と、これら
フィルタ112、122の出力を増幅する増幅器113、123と、
これら増幅器113、123の出力を積分する積分器114、124
と、ミキサ103、104出力から積分器114、124の出力を減
算して低域通過フィルタ112、122の入力とする減算器11
1、121とを備えている。積分器114、124の出力は、減算
器111、121において入力信号から減算された後、ＬＰＦ
112、122に入力されることにより負帰還ループを構成
し、ベースバンド部110、120の直流利得を下げる働きを
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように負
帰還ループにより直流オフセットを低減する技法では、
ベースバンド部の利得を変化させると負帰還ループ全体
のループゲイン（利得）が変化するため、利得変化に応
じて直流オフセットも変化してしまう。そこで、データ
判定の際に誤判定の原因となるという問題がある。

【０００７】また、上述した問題があるため、受信信号
に対して線形に動作する受信範囲を広くするためには、
ＩＦ入力信号を増幅する利得制御増幅器100の利得可変
幅を広くする必要がある。一般的に、利得可変幅を広く
するには、利得制御増幅器を多段に接続することにより
実現できる。しかし、利得制御増幅器の接続段数が増加
すると、必然的に消費電力が増大するという問題があ
る。

【０００８】そこで、本発明の目的は、このような従来
技術の問題を解決するものであり、利得制御時のベース
バンド信号の直流オフセット変動を低減することができ
る利得制御回路を提供することである。また、このよう
な利得制御回路を用いて消費電力を低減した受信回路お
よび無線通信システムの移動局受信装置および基地局受
信装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の利得制御回路
は、利得制御信号により利得を制御する利得制御増幅器
の出力を帰還路の積分器を介して利得制御増幅器の前段
の減算器に帰還して入力信号と減算する回路であって、
利得制御増幅器の出力と前記積分器との間に増幅器を設
け、利得制御増幅器の利得を制御する利得制御信号に応
じて積分器のトランスコンダクタンスを制御して、利得
制御に対する直流利得を実質的に一定値として利得制御
増幅器から出力される出力信号の直流オフセット変動を
低減することを特徴とする。

【００１０】好ましくは、この積分器は、電圧制御電流
源と積分容量とにより構成され、電圧制御電流源のトラ
ンスコンダクタンスを利得制御信号により制御すること
のより利得制御に対する直流利得が一定値以内になるよ
うにする。また、この減算器の前段または後段に低域通
過フィルタ（ＬＰＦ）を設けることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の利得制御回路は、利得制御
信号により利得を制御する利得制御増幅器の出力を帰還
路の積分器を介して利得制御増幅器の前段の減算器に帰
還して入力信号と減算する回路であって、この利得制御
増幅器の出力と帰還路の積分器との間に増幅器を設け、
利得制御増幅器の利得を制御する利得制御信号に応じて
帰還路の増幅器の利得を制御して、利得制御増幅器から
出力される出力信号の直流オフセット変動を低減するこ
とを特徴とする。また、この減算器の前段または後段に
低域通過フィルタを設けることを特徴とする。

【００１２】利得が制御可能な利得制御増幅器により増
幅された入力信号と、局部発振器の出力を９０°位相の
異なる２つの信号に変換した局部発振信号とを夫々ミキ
サに入力し、これらミキサの出力を増幅する無線通信機
の受信回路の増幅器として上述した利得制御回路を使用
することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による利得制御回路
の好適な実施形態の構成および動作を、添付図を参照し
て詳細に説明する。

【００１４】（第１の実施の形態）図１は、本発明によ
る利得制御回路の第１の実施形態の構成を示すブロック
図である。この利得制御回路10は、図１に示すように、
低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１および利得制御増幅器２
が直列接続され、外部から入力される利得制御信号で利
得が制御される利得制御増幅器２の出力が利得制御回路
10の出力信号となる。また、利得制御増幅器２の出力
は、増幅器３にも入力される。上述した利得制御信号
は、後述する積分器４のｇｍ制御信号としても用いられ
る。増幅器３および積分器４は直列接続され、積分器４
の出力は減算器５において入力信号から減算された後、
ＬＰＦ１に入力されることにより負帰還ループを構成し
ている。

【００１５】積分器４の構成の一例を図５に示すよう
に、積分器４は、電圧入力に対して電流を出力する可変
ｇｍ回路（電圧制御電流源）41および積分容量43から構
成される。可変ｇｍ回路41において、可変ｇｍ回路41の
トランス（相互）コンダクタンスの値はｇｍであり、可
変ｇｍ回路41の出力コンダクタンスを図５中に符号42で
表しており、その値はｇｏである。また、積分容量43の
静電容量はＣである。可変ｇｍ回路41は、ｇｍ制御信号
によりｇｍ値が制御される。

【００１６】次に、上述のように構成された本発明によ
る利得制御回路の第１の実施形態の動作を説明する。Ｌ
ＰＦ１の伝達関数をＧＬ(s)、利得制御増幅器２の伝達
関数をＧＡ(s)、増幅器３の伝達関数をＦＡ(s)、積分器
の伝達関数をＦＩ(s)、利得制御回路10の入力信号をＩ
(s)、出力信号をＯ(s)とすると（ただし、ｓ＝ｊω）、
出力信号Ｏ(s)は、次式(1)で表される。Ｏ(s)＝ＧＬ(s)ＧＡ(s)（Ｉ(s)−ＦＡ(s)ＦＩ(s)Ｏ(s)） ……(1)

【００１７】この式(1)より利得制御回路10の伝達関数
Ｈ(s)は、次式(2)で表される。Ｈ(s)＝Ｏ(s)／Ｉ(s) ＝ＧＬ(s)ＧＡ(s)／（１＋ＧＬ(s)ＧＡ(s)ＦＡ(s)ＦＩ(s)） ……(2) ここで、積分器４の伝達関数ＦＩ(s)は、次式(3)で表さ
れる。ＦＩ(s)＝（ｇｍ／ｇo）／（１＋ｓＣ／ｇo） ……(3) この式(3)を式(2)に代入すると、利得制御回路10の伝達
関数Ｈ(s)は、次式(4)のようになる。Ｈ(s)＝ＧＬ(s)ＧＡ(s)／{1＋ＧＬ(s)ＧＡ(s)ＦＡ(s)(ｇｍ／ｇo)／（1＋ｓＣ／ｇo）} ……(4)

【００１８】式(4)において、直流（ｓ＝０）に対する
伝達関数は、次式(5)に示すようになる。Ｈ(0)＝ＧＬ(0)ＧＡ(0)／{1＋ＧＬ(0)ＧＡ(0)ＦＡ(0)ｇｍ／ｇo} …(5) また、式(5)を変形すると、次式(6)のようになる。Ｈ(0)＝１／｛１／ＧＬ(0)ＧＡ(0)＋ＦＡ(0)ｇｍ／ｇo｝ ……(6)

【００１９】式(6)において、分母を一定にすることに
より、直流に対する伝達関数Ｈ(0)は一定になるので、
そのときの分母の一定値をＡoとすると、次式(7)が成立
する。Ａo＝１／ＧＬ(0)ＧＡ(0)＋ＦＡ(0)ｇｍ／ｇo ……(7) また、式(7)は、次式(8)のように変形できる。ｇｍ＝（Ａo−１／ＧＬ(0)ＧＡ(0)）ｇo／ＦＡ(0) ……(8)

【００２０】利得制御信号に応じて変化する利得制御増
幅器２の直流利得ＧＡ(0)に対し、ｇｍ回路41のｇｍ値
を式(8)で表される値に制御することにより、直流利得
を一定に保つことができる。このように、第１の実施形
態の利得制御回路10では、利得制御増幅器２の利得制御
に応じて、直流利得が一定になるように積分器４のｇｍ
値を制御することにより、利得制御時の直流オフセット
変動を低減することができる。この利得制御回路10を無
線通信システムの移動局装置に組込むことにより、移動
局装置の受信利得制御時におけるベースバンド信号の直
流オフセット変動を低減することができる。また、この
利得制御回路10を無線通信システムの基地局装置に組込
むことにより、基地局装置の受信利得制御時におけるベ
ースバンド信号の直流オフセット変動を低減することが
できる。

【００２１】（第２の実施の形態）次に、図２のブロッ
ク図を参照して、本発明による利得制御回路の第２実施
形態を説明する。図２に示すように、この利得制御回路
10'は、図１に示す利得制御回路10と同じ構成要素を有
するが、相違点は利得制御増幅器２の出力信号を利得制
御増幅器２の入力に帰還していること、換言するとＬＰ
Ｆ１と減算器５との位置関係を逆転していることであ
る。なお、便宜上、第１の実施形態の利得制御回路10と
対応する構成要素には同じ符号を使用し、詳細な説明は
省略することとする。

【００２２】次に、上述のように構成された第２の実施
形態の利得制御回路10'の動作を説明する。この利得制
御回路10'は、負帰還ループにＬＰＦ１が含まれないた
め、利得制御回路10'の伝達関数Ｈ(s)は、次式(9)で表
される。Ｈ(s)＝ＧＬ(s)ＧＡ(s)／｛1＋ＧＡ(s)ＦＡ(s)（ｇｍ／ｇo）／（1＋ｓＣ／ｇ o）｝ ……(9)

【００２３】この式(9)において、直流（ｓ＝０）に対
する伝達関数は、次式(10)に示すようになる。Ｈ(0)＝ＧＬ(0)ＧＡ(0)／｛１＋ＧＡ(0)ＦＡ(0)ｇｍ／ｇo｝……（10）また、式(10)は、次式(11)のように変形できる。Ｈ(0)＝ＧＬ(0)／｛１／ＧＡ(0)＋ＦＡ(0)ｇｍ／ｇo｝ ……(11) この式(11)において、分母を一定にすることにより、直
流に対する伝達関数Ｈ(0)は一定になるので、そのとき
の分母の一定値をＡoとすると、次式(12)が成立する。Ａｏ＝１／ＧＡ(0)＋ＦＡ(0)ｇｍ／ｇo ……(12) また、式(12)は、次式(13)のように変形できる。ｇｍ＝（Ａo−１／ＧＡ(0)）ｇo／ＦＡ(0) ……(13)

【００２４】利得制御信号に応じて変化する利得制御増
幅器２の直流利得ＧＡ(0)に対し、図５に示すｇｍ回路4
1のｇｍ値を式(13)で表される値に制御することによ
り、直流利得を一定に保つことができる。以上のように
第２の実施形態の利得制御回路10'では、利得制御増幅
器２の利得制御に応じて、直流利得が一定になるように
積分器４のｇｍ値を制御することにより、利得制御時の
直流オフセット変動を低減することができる。この利得
制御回路10'を無線通信システムの移動局装置に組込む
ことにより、移動局装置の受信利得制御時におけるベー
スバンド信号の直流オフセット変動を低減することがで
きる。また、この利得制御回路10'を無線通信システム
の基地局装置に組み込むことにより、基地局装置の受信
利得制御時におけるベースバンド信号の直流オフセット
変動を低減することができる。

【００２５】（第３の実施の形態）図３に本発明による
利得制御回路の第３の実施形態のブロック図を示す。図
３に示すように、この利得制御回路20は、第１の実施形
態の利得制御回路10と同じ構成要素を有する。相違点
は、積分器をｇｍ値が固定である積分器７とし、増幅器
３を利得が可変である利得制御増幅器６としたことであ
る。なお、第１の実施形態の利得制御回路10と対応する
構成要素には同じ符号を使用し、説明は省略する。

【００２６】次に、上述のように構成された第３実施形
態の利得制御回路20の動作を説明する。この利得制御回
路20の伝達関数Ｈ(s)は、第１実施形態の利得制御回路1
0の伝達関数Ｈ(s)と同じになり、上記式(4)で表され
る。従って、直流（ｓ＝０）に対する伝達関数も、利得
制御回路10の場合と同じであることから、式(7)を変形
すると、次式(14)となる。ＦＡ(0)＝（Ａo−１／ＧＬ(0)ＧＡ(0)）ｇo／ｇｍ ……(14) そこで、利得制御信号に応じて変化する利得制御増幅器
２の直流利得ＧＡ(0)に対し、利得制御増幅器６の直流
利得ＦＡ(0)を上式(14)で表される値に制御することに
より、直流利得を一定に保つことができる。

【００２７】上述のように、本発明の第３の実施形態の
利得制御回路20では、利得制御増幅器２の利得制御に応
じて、直流利得が一定になるように帰還経路の利得制御
増幅器６の利得を制御することにより、利得制御時の直
流オフセット変動を低減することができる。この利得制
御回路20を無線通信システムの移動局装置に組み込むこ
とにより、移動局装置の受信利得制御時におけるベース
バンド信号の直流オフセット変動を低減することができ
る。また、この利得制御回路20を無線通信システムの基
地局装置に組み込むことにより、基地局装置の受信利得
制御時におけるベースバンド信号の直流オフセット変動
を低減することができる。

【００２８】（第４の実施の形態）次に、図４のブロッ
ク図を参照して、本発明による利得制御回路の第４の実
施形態を説明する。図４に示すように、この利得制御回
路20'は、第３実施形態の利得制御回路20と同じ構成要
素を有する。相違点は、利得制御増幅器２の出力信号を
利得制御増幅器２の入力に帰還していること、換言する
と減算器５とＬＰＦ１との位置関係を逆転したことであ
る。

【００２９】なお、第３の実施形態の利得制御回路20と
対応する構成要素には同じ符号を使用し、それらの説明
は省略する。

【００３０】次に、上述のように構成された第４実施形
態の利得制御回路20'の動作を説明する。この利得制御
回路20'では、負帰還ループにＬＰＦ１が含まれないた
め、利得制御回路21の伝達関数Ｈ(s)は、第２の実施形
態の利得制御回路10'の伝達関数Ｈ(s)と同じになり、上
記式(9)で表される。従って、直流（ｓ＝０）に対する
伝達関数も利得制御回路20'の場合と同じであることか
ら、上記式(12)を変形して、次式(15)となる。ＦＡ(0)＝（Ａo−１／ＧＡ(0)）ｇo／ｇｍ ……(15)

【００３１】そこで、利得制御信号に応じて変化する利
得制御増幅器２の直流利得ＧＡ(0)に対し、利得制御増
幅器６の直流利得ＦＡ(0)を、上記式(15)で表される値
に制御することにより、直流利得を一定に保つことがで
きる。このように、第４の実施形態の利得制御回路20'
では、利得制御増幅器２の利得制御に応じて、直流利得
が一定になるように帰還経路の利得制御増幅器６の利得
を制御することにより、利得制御時の直流オフセット変
動を低減することができる。

【００３２】この利得制御回路20'を無線通信システム
の移動局装置に組込むことにより、移動局装置の受信利
得制御時におけるベースバンド信号の直流オフセット変
動を低減することができる。また、この利得制御増幅回
路を無線通信システムの基地局装置に組込むことによ
り、基地局装置の受信利得制御時におけるベースバンド
信号の直流オフセット変動を低減することができる。

【００３３】（第５の実施の形態）次に、図６を参照し
て、本発明による無線通信機の受信回路を説明する。図
６は、このような受信回路の好適な実施形態のブロック
図である。この受信回路は、図７に示す従来の受信回路
に対比して、ベースバンド回路部110、120を、図１に示
した利得制御回路10に置換したものである。なお、従来
の受信回路と同一の構成要素には同じ符号を使用し、そ
れらの説明は省略することとする。

【００３４】この受信回路は、ＩＦ増幅器60、局部発振
器61、９０°移相器62および1対のミキサ63、64を含む
ＩＦ（中間周波）部と、1対の利得制御回路10、10を含
むベースバンド部とにより構成される。１対の利得制御
増幅回路10、10は、上述のように、利得制御を行なって
も直流オフセット変動によるデータ誤判定を抑えること
ができる。図６に示すように、受信回路の利得制御をＩ
Ｆ部とベースバンド部で行なえるので、ＩＦ部の利得制
御増幅器60の接続段数を増すことなく受信信号に対して
線形に動作する受信範囲を広くすることができる。ま
た、同じ線形受信範囲であれば、ＩＦ部の利得制御増幅
器の接続段数を減らすことができる。

【００３５】上述した図６に示す無線通信機の受信回路
では、ベースバンド部で利得制御を行なっても直流オフ
セット変動によるデータ誤判定を抑えることができ、受
信回路の利得制御をＩＦ部とベースバンド部で行なえる
ことにより、受信回路の消費電力を低減することができ
る。この受信回路を無線通信システムの移動局装置に組
込むことにより、移動局装置の消費電力を低減すること
ができる。また、この受信回路を無線通信システムの基
地局装置に組込むことにより、基地局装置の消費電力を
低減することができる。

【００３６】以上、本発明による利得制御回路およびそ
れを使用する無線通信機用受信回路の好適な実施形態の
構成および動作を説明した。しかし、これら実施形態は
単なる例示に過ぎず、特定用途に応じて種々の変形変更
が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。
利得制御回路10、10'、20、20'を構成するＬＰＦ１、利
得制御増幅器２、６、増幅器3、積分器４、７および減
算器５は、周知の任意のものが使用可能である。また、
図６の受信回路のベースバンド部には、第１の実施形態
の利得制御回路10を使用したが、第２〜第４の実施形態
の利得制御回路10'、20、20'に置換することも可能であ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の利得制御回路によると、利得制御増幅器の利得制御に
応じて、直流利得が一定になるように積分器のｇｍ値ま
たはこれに接続されている利得制御増幅器の利得を制御
することにより、利得制御時の直流オフセット変動を低
減することができる。また、このような利得制御回路を
移動局または基地局における無線通信機の受信回路のベ
ースバンド部に使用すると、受信回路の消費電力を低減
するという効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による利得制御回路の第１の実施形態の
構成を示すブロック図、

【図２】本発明による利得制御回路の第２の実施形態の
構成を示すブロック図、

【図３】本発明による利得制御回路の第３の実施形態の
構成を示すブロック図、

【図４】本発明による利得制御回路の第４の実施形態の
構成を示すブロック図、

【図５】本発明の利得制御回路に使用可能な積分器の構
成例を示すブロック図、

【図６】本発明による利得制御回路を使用する無線通信
機の受信回路の構成を示すブロック図、

【図７】従来の無線通信機の受信回路の構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２、６、60 利得制御増幅器３増幅器４、７積分器５減算器 10、10'、20、20' 利得制回路 41 ｇｍ回路（電圧制御電流源） 43 積分容量 61 局部発振器 62 ９０°移相器 63、64 ミキサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】利得制御信号により利得を制御する利得
制御増幅器の出力を帰還路の積分器を介して前記利得制
御増幅器の前段の減算器に帰還して入力信号と減算する
利得制御回路において、前記利得制御増幅器の出力と前記積分器との間に増幅器
を設け、前記利得制御増幅器の利得を制御する前記利得
制御信号に応じて前記積分器のトランスコンダクタンス
を制御して、利得制御に対する直流利得を実質的に一定
値として前記利得制御増幅器から出力される出力信号の
直流オフセット変動を低減することを特徴とする利得制
御回路。
【請求項２】前記積分器は、電圧制御電流源と積分容
量とにより構成され、前記利得制御信号により前記電圧
制御電流源のトランスコンダクタンスを制御することを
特徴とする請求項１に記載の利得制御回路。
【請求項３】前記減算器の前段または後段に低域通過
フィルタを設けることを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の利得制御回路。
【請求項４】利得制御信号により利得を制御する利得
制御増幅器の出力を帰還路の積分器を介して前記利得制
御増幅器の前段の減算器に帰還して入力信号と減算する
利得制御回路において、前記利得制御増幅器の出力と前記積分器との間に増幅器
を設け、前記利得制御増幅器の利得を制御する前記利得
制御信号に応じて前記帰還路の増幅器の利得を制御し
て、利得制御に対する直流利得を実質的に一定値として
前記利得制御増幅器から出力される出力信号の直流オフ
セット変動を低減することを特徴とする利得制御回路。
【請求項５】前記減算器の前段または後段に低域通過
フィルタを設けることを特徴とする請求項４に記載の利
得制御回路。
【請求項６】利得が制御可能な利得制御増幅器により
増幅された入力信号と、局部発振器の出力を９０°移相
器により９０°位相の異なる２つの信号に変換した局部
発振信号とをそれぞれミキサに入力し、該ミキサの出力
を増幅する無線通信機のベースバンド部として使用され
ることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかの
利得制御回路。
【請求項７】請求項１乃至請求項６の何れかに記載の
利得制御回路を備えてなる無線通信システムの移動局装
置。
【請求項８】請求項１乃至請求項６の何れかに記載の
利得制御回路を備えてなる無線通信システムの基地局装
置。