JP2001189640A - アナログ信号処理回路およびそれを含む集積回路および無線通信装置 - Google Patents

アナログ信号処理回路およびそれを含む集積回路および無線通信装置

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JP2001189640A
JP2001189640A JP37212799A JP37212799A JP2001189640A JP 2001189640 A JP2001189640 A JP 2001189640A JP 37212799 A JP37212799 A JP 37212799A JP 37212799 A JP37212799 A JP 37212799A JP 2001189640 A JP2001189640 A JP 2001189640A
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filter
circuit
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signal processing
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Shinji Amano
真司 天野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、帯域制限フィルタおよび移相器を
含むアナログ信号処理回路を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 少なくともLPF10および移相器8を
含むFM復調回路12のLPF10をGM−Cフィルタ
型とし移相器8をGM−Cフィルタを含んだ構成とし、
GM−Cフィルタ型LPF10および移相器8のGM−
Cフィルタの相互コンダクタンスを1つの基準信号11
により調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は帯域制限フィルタお
よび移相器を含むアナログ信号処理回路に関するもので
あり、より詳しくはGM−Cフィルタ型の帯域制限フィ
ルタおよびGM−Cフィルタを含んだ構成の移相器を用
いたFM受信回路、FM復調回路等のアナログ信号処理
回路およびそれを含む半導体集積回路および無線通信装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、SS(スペクトラム拡散)無線通
信等の新しい通信技術が盛んに用いられるようになって
きた。SS無線通信はFM無線通信の一種であり、1つ
の信号を送るのに多数の近接した搬送波を用い搬送波を
切り換えながら、FM変調された信号が伝送される。受
信側ではアンテナにより受信したFM変調信号をIF段
でダウンコンバートし、後段のFM信号受信回路で復調
を行っている。FM信号受信回路では低域透過フィルタ
(以下「LPF」と記す)、帯域透過フィルタ(以下
「BPF」と記す)等の帯域制限フィルタまたは信号の
位相を変化させる移相器が多数使用される。
【0003】従来、上記帯域制限フィルタや移相器は抵
抗、コンデンサまたはトランジスタ等の回路部品を組み
合せて構成されていた。このような抵抗、コンデンサま
たはトランジスタ等は個々の特性が完全に同じ物を作成
することはできず、特性にばらつきがある。その結果、
そのような部品で構成された帯域制限フィルタや移相器
の特性にもばらつきを生じる。また、使用温度や電源電
圧変動等の使用条件によって帯域制限フィルタや移相器
の特性が変化する。
【0004】例えば、帯域制限フィルタではカットオフ
周波数や透過帯域幅等の周波数特性を設計通りの値にす
ることが受信感度を高くするために重要である。また、
移相器では周波数偏移量に対する位相偏移量の割合であ
る周波数/位相変換利得と呼ぶ周波数特性を設計通りの
値にすることが重要である。特に、SS無線通信等帯域
制限フィルタや移相器を多数使用する高性能な無線通信
装置では個々の帯域制限フィルタや移相器の周波数特性
が設計値からずれると、受信感度等の特性が設計の値よ
り低くなってしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記、回路部品の特性
のばらつきや使用条件による特性の変化を抑える方法と
して例えば、B.A.Johnsらの「Analog
IntegratedCircuit Design」
Wiley & Sons(1977)等に記載されて
いるGM−Cフィルタ型帯域制限フィルタを用いる方法
が知られている。GM−Cフィルタは外部から電圧信号
を加えることにより相互コンダクタンス(以下「gm」
と記す)を変化させることができるアンプと容量で構成
された非線型フィルタである。容量の変動はアンプのg
mを制御することにより補償することができる。即ち、
gmを制御する信号を一定に制御することにより、GM
−Cフィルタの周波数特性を一定に制御することができ
る。図2に通常の周波数特性制御型帯域制限フィルタの
ブロック図をしめす。6がGM−Cフィルタ型の帯域制
限フィルタであり、11が周波数調整回路である。
【0006】以下に、周波数調整回路11の動作を説明
する。1は、例えば、PLLの出力等安定な周波数f0
を有する基準信号であり、端子Cより入力される。2は
基準フィルタでありGM−Cフィルタを含んだ構成で、
基準信号の周波数に対し位相を偏移させる機能を有す
る。基準フィルタ2に基準信号1を入力すると位相シフ
トが与えられる。基準信号1と基準フィルタ2の出力信
号とを乗算器3に入力する。乗算器3の出力を増幅器4
で増幅した後、LPF5を通してf0の2倍高調波成分
を除去すると基準信号1と基準フィルタ2の出力との位
相差φに依存した誤差信号7が出力される。
【0007】誤差信号7は位相差φが90°のとき0と
なり、φの90°からのずれに依存した出力となる。ま
た、乗算器3の出力に含まれる基準信号の2倍高調波成
分を除くためのLPF5は従来の帯域制限フィルタでも
良い。
【0008】誤差信号7を、基準フィルタ2にフィード
バックすることにより誤差信号7が一定の値となるよう
に保たれる。誤差信号7を帯域制限フィルタ6のGM−
Cフィルタのgm制御用基準信号としても用いる。それ
により回路部品の特性ばらつきや使用条件に起因する周
波数特性の変化を補償することができる。即ち、帯域制
限フィルタ6がカットオフ周波数fcのLPFであった
場合、 fc=a・f0 なる関係になるように制御されるため、個々の部品の特
性のバラツキによるfcのバラツキが無くなるのであ
る。ここで、aは定数である。
【0009】しかしながら、上記従来の周波数調整回路
は帯域制限フィルタ毎に作成されていた。例えば、SS
無線通信用の信号処理回路を実現するためにはIF段で
ダウンコンバートされたIF信号に対してはBPFが必
要であり、FM復調回路には高精度のLPF等の帯域制
限フィルタの他に移相器も必要となる。帯域制限フィル
タと同様、移相器も抵抗、コンデンサおよびトランジス
タ等の回路部品により構成されるため、回路部品の特性
ばらつきにより移相器の周波数特性が変化する。移相器
の周波数特性としては、入力信号の周波数偏移量に対す
る出力の位相偏移量、即ち、周波数/位相変換利得が最
も重要であろ。周波数/位相変換利得が低下するとFM
復調感度が低下してしまう。上記、周波数/位相変換利
得を補正するために新たに周波数調整回路を設置する
と、回路規模の増大を招き、1チップの半導体集積回路
(以下「IC」と記す)に集積化しようとするとチップ
サイズが大きくなり、消費電力の増大を招くこととな
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであって、回路規模を増大さ
せること無く、従ってIC化した場合、チップサイズの
増大、消費電流の増大を招くこと無く帯域制限フィル
タ、移相器の特性ばらつきを補正できるアナログ信号処
理回路を提供するものであり、本発明のアナログ信号処
理回路は少なくとも帯域制限フィルタおよび移相器を含
む回路のアナログ信号処理回路において、前記帯域制限
フィルタをGM−Cフィルタ型とし、前記移相器はGM
−Cフィルタを含んだ構成であり、前記帯域制限フィル
タおよび前記移相器のGM−Cフィルタの相互コンダク
タンスを1つの基準信号により制御する。
【0011】そのことにより、1つの周波数調整回路に
より帯域制限フィルタおよび移相器の周波数特性を調整
することができるので回路規模の増大を招くことが無
く、回路部品の特性ばらつき、使用条件による周波数特
性の変化を防止することができる。
【0012】また、本発明のアナログ信号処理回路は、
帯域制限フィルタを低域濾過フィルタとし、帯域制限フ
ィルタおよび移相回路を含む回路をFM復調回路とす
る。
【0013】そのことにより、低域透過フィルタ、移相
器を含むFM復調回路を1つの周波数調整回路で制御す
ることができ、使用条件による復調感度が変動しないF
M復調回路を実現できる。
【0014】さらに本発明のアナログ信号処理回路にお
いて、前記帯域制限フィルタを帯域透過フィルタおよび
低域透過フィルタとし、前記帯域制限フィルタおよび移
相回路を含む回路はFM信号受信回路とする。
【0015】そのことにより、帯域透過フィルタ、FM
復調回路を含むFM受信回路を1つの周波数調整回路で
制御することができ、受信感度が高く使用条件により受
信感度の変化しないFM信号受信回路を実現することが
できる。
【0016】さらに本発明の半導体集積回路は、IC製
造時における抵抗、コンデンサ、トランジスタ等の回路
要素の特性変動や、周囲温度、電源電圧変動等の使用条
件の変動があっても周波数特性の変化しない帯域制限フ
ィルタや移相器を構成することができ、複数の帯域制限
フィルタや移相器を含む信号処理回路を1チップのIC
に集積化しても、チップサイズを大きくすることが無
く、消費電力を増大させることが無い。
【0017】さらに本発明の無線通信装置は、受信感度
等の特性の揃ったものを作製することができ、使用条件
によって特性が変化しない装置を作製できる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を参照しながら詳細に説明する。
【0019】図1に本発明の実施例であるFM無線通信
用受信器の主要部を示す。
【0020】FM無線通信用受信器では、アンテナ(図
示せず)で受信された信号は、IF段(図示せず)でダ
ウンコンバートされた後、端子Aより所定のBPF等の
フィルタ6を通し、さらに幾つかの信号処理等を経た
後、FM復調回路12に入力され、復調された信号が出
力端子Bより出力される。
【0021】11は周波数調整回路であり、1はPLL
の出力で安定な周波数f0を有する基準信号であり、端
子Cより入力される。2は基準フィルタでありGM−C
フィルタを含んだ構成で、基準信号の周波数に対し位相
を偏移させる機能を有する。基準フィルタ2に基準信号
1を入力すると位相シフトが与えられる。基準信号1と
基準フィルタ2の出力信号とを乗算器3に入力する。乗
算器3の出力を増幅器4で増幅した後、LPF5を通し
てf0の2倍高調波成分を除去すると基準信号1と基準
フィルタ2の出力との位相差φに依存した誤差信号7が
出力される。
【0022】BPF等のフィルタ6はGM−C型とし、
周波数調整回路11の誤差信号7を基準信号としてgm
を制御しているので透過帯域等の周波数特性が回路部品
の特性のばらつきや使用条件により変化しない。
【0023】FM復調回路12は移相器8、乗算器9、
LPF10より構成されている。ここで、LPF10は
GM−Cフィルタ型とし、移相器8はGM−Cフィルタ
を含んだ構成とした。FM復調回路12に入力された信
号は、そのまま乗算器9に入力される信号と、移相器8
を通って移相シフトを受けてから乗算器9に入力される
信号とに分けられる。
【0024】GM−Cフィルタを含んだ移相器として
は、2次のLPFにより構成されたものが良く知られて
いる。このような、2次のLPFにより構成された移相
器の場合、位相シフト量は信号の周波数に依存する。設
計値において位相シフト量は0としておく。回路部品の
特性のばらつきや使用条件により、周波数偏移に対する
位相シフト量が設計値からずれると入力されたFM変調
信号の周波数偏移量に対する位相偏移量が小さくなる。
即ち、周波数/位相変換利得が小さくなり、受信感度の
低下を招く。周波数/位相変換利得は移相器における最
も重要な周波数特性である。本実施例では移相器8に含
まれるGM−Cフィルタの基準信号にも周波数調整回路
11の誤差信号7を用いることにより、上記周波数/位
相変換利得が設計通りの値になるよう制御されている。
【0025】乗算器9の出力はLPF10を透過するこ
とによりFM復調に有害な2倍高調波成分が除去され、
FM復調信号が抽出される。このとき、LPFの周波数
特性、例えば、カットオフ周波数fcが設計の値からず
れてしまうと、2倍高調波を十分除去することができな
くなり、受信感度が低下してしまう。本実施例では周波
数調整回路11の誤差信号7を、GM−Cフィルタ型L
PF10のgm制御用基準信号として入力することによ
り、上記カットオフ周波数fcが設計値通りになるよう
制御されている。
【0026】ここで、重要なことは基準信号f0の周波
数精度が十分高くしておかなければならない、というこ
とである。そのため、本実施例では周波数調整回路11
の基準信号として水晶振動子を用いたPLL回路の出力
を用いている。
【0027】以上説明したように、本実施例のFM復調
回路、FM受信回路では構成されるLPF、BPFはい
ずれもGM−Cフィルタ型であり移相器もGM−Cフィ
ルタを含む構成であり、それらのGM−Cフィルタのg
mを制御する基準信号として、1つの周波数調整回路の
誤差信号を用いることにより回路部品の特性ばらつきや
使用条件の変動等があっても設計値通りの周波数特性と
することができる。その結果、本発明のアナログ信号処
理回路を使用したFM復調回路の復調感度、FM信号受
信回路の受信感度等の性能を設計通りの値で作成するこ
とができるとともに使用条件により変化しないようにで
きる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のアナログ
信号処理回路によれば、1つの周波数調整回路により帯
域制限フィルタおよび移相器の周波数特性を制御するこ
とができるので回路規模の増大を招くことが無く、回路
部品の特性ばらつき、使用条件による周波数特性の変化
を防止することができる。
【0029】また、本発明のアナログ信号処理回路によ
れば、低域透過フィルタ、移相器を含むFM復調回路を
1つの周波数調整回路で制御することができ、使用条件
による復調感度が変動しないFM復調回路を実現でき
る。
【0030】さらに本発明のアナログ信号処理回路によ
れば、帯域透過フィルタ、FM復調回路を含むFM受信
回路を1つの周波数調整回路で制御することができ、受
信感度が高く、使用条件により受信感度の変化しないF
M信号受信回路を実現することができる。
【0031】さらに本発明の半導体集積回路によれば、
IC製造時における抵抗、コンデンサ、トランジスタ等
の回路要素の特性ばらつきや、周囲温度、電源電圧変動
等の使用条件の変動があっても周波数特性の変化しない
帯域制限フィルタや移相器を実現することができ、複数
の帯域制限フィルタや移相器を含む信号処理回路を1チ
ップのICに集積化しても、チップサイズを大きくする
ことが無く、消費電力を増大させることが無い。
【0032】さらに本発明の無線通信装置によれば、受
信感度等の特性の揃ったものを作製することができ、使
用条件によって特性が変化しない装置を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の周波数調整回路を用いたFM通信用受
信機の主要部のブロック図である。
【図2】通常の帯域透過フィルタとそれに対する周波数
調整回路のブロック図である。
【符号の説明】
1 基準信号 2 基準フィルタ 3 乗算器 4 増幅器 6 帯域制限フィルタ 7 誤差信号 8 移相器 9 乗算器 10 低域透過フィルタ(LPF) 11 周波数調整回路 12 FM復調回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも帯域制限フィルタおよび移相
    器を含むアナログ信号処理回路において、 前記帯域制限フィルタはGM−Cフィルタ型であり、 前記移相器はGM−Cフィルタを含んだ構成であり、 前記帯域制限フィルタおよび前記移相器に含まれる前記
    GM−Cフィルタの相互コンダクタンスを1つの基準信
    号により調整することを特徴とするアナログ信号処理回
    路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のアナログ信号処理回路に
    おいて、 前記帯域制限フィルタは低域透過フィルタであり、 前記帯域制限フィルタおよび前記移相器を含む回路はF
    M復調回路であることを特徴とするアナログ信号処理回
    路。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のアナログ信号処理回路に
    おいて、 前記帯域制限フィルタは帯域透過フィルタおよび低域透
    過フィルタであり、 前記帯域制限フィルタおよび前記移相器を含む回路はF
    M信号受信回路であることを特徴とするアナログ信号処
    理回路。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかひとつに記載
    のアナログ信号処理回路を1つのチップに内蔵したこと
    を特徴とする半導体集積回路。
  5. 【請求項5】 請求項4記載のアナログ信号処理回路に
    より構成したことを特徴とする無線通信装置。
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