JP2002076805A - Agc増幅回路及びそれを用いた受信装置 - Google Patents

Agc増幅回路及びそれを用いた受信装置

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JP2002076805A
JP2002076805A JP2000258597A JP2000258597A JP2002076805A JP 2002076805 A JP2002076805 A JP 2002076805A JP 2000258597 A JP2000258597 A JP 2000258597A JP 2000258597 A JP2000258597 A JP 2000258597A JP 2002076805 A JP2002076805 A JP 2002076805A
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gain amplifier
amplifier
agc
voltage
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Hiroshi Isoda
浩 磯田
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    • H04B1/10Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference
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    • H03F2200/372Noise reduction and elimination in amplifier

Abstract

(57)【要約】 【課題】最小利得のバラツキを抑えることができるAG
C増幅回路を提供する。 【解決手段】AGC増幅回路は、利得がAGC電圧によ
り制御されない固定利得増幅器2と、利得がAGC電圧
により制御される可変利得増幅器3とを並列に接続して
成り、AGC電圧が所定の電圧範囲内では可変利得増幅
器3により利得が変化し、所定電圧範囲外では固定利得
増幅器2により利得が一定になる。AGC増幅回路の最
小利得が固定利得増幅器の利得と等しく設定されてい
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、デジタル衛星放送
送受信装置における増幅回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】デジタル衛星放送送受信装置の構成の一
例としてダイレクトコンバージョン方式の受送信装置の
ブロック図を図5に示す。図5は大きく分けてアンテナ
部32、チューナ部33及びデジタル信号処理部34の
3つのブロックで構成される。アンテナ部32におい
て、受信アンテナ14は、上空の静止衛星からの12G
Hz帯の衛星放送デジタル信号を受信する。
【0003】アンテナ直下に取り付けられたLNB(Lo
w Noise amplifier and BlockDown Converter)1
5は、受信アンテナ14で受信した微弱な衛星放送デジ
タル信号を低雑音、高利得のアンプで増幅するととも
に、12GHz帯の信号を950MHz〜2150MH
zにダウンコンバートし、チューナ部33に供給する。
【0004】チューナ部33において、RF AGC増
幅回路16は、LNB15でダウンコンバートされた9
50MHz〜2150MHzの信号を広帯域増幅するも
ので、利得制御電圧Vagc1により利得を変えること
ができる。RF AGC増幅回路16のAGC電圧Va
gcに対する利得の特性(一点鎖線)Kを図6に示す。
ミキサ回路17、18は回路構成及びその入力信号につ
いては全く同じであるが、別途供給されるローカル信号
の位相がミキサ回路17とミキサ回路18では90゜の
位相差を持っている。
【0005】また、ダイレクトコンバージョン方式であ
るため、ミキサ17、18に供給される入力信号とロー
カル信号の周波数は同一で、ベースバンド信号に直接周
波数変換される。上記ミキサ回路17、18に90°の
位相差のローカル信号を供給するため、VCO(電圧制
御発振器)20とPLL(Phase Locked Loop)23
により、基準クロックと同等の周波数精度に保たれた、
受信チャンネルに正確に同調したローカル信号をミキサ
回路17へは直接、ミキサ回路18へは90°移相器を
介してそれぞれ供給している。
【0006】BB(ベースバンド) AGC増幅回路2
1、22は、周波数変換されたベースバンド信号を利得
制御電圧Vagc2に応じた利得だけ増幅する。BB
AGC増幅回路21、22のAGC電圧Vagcに対す
る利得の特性(二点鎖線)K2を図6に示す。
【0007】この段階でBB AGC増幅回路21、2
2の出力レベルは、RF AGC増幅回路16に入力さ
れた信号レベルの変動範囲にかかわらず、一定となるよ
うに、AGC電圧制御回路31で利得制御電圧Vagc
1及びVagc2が調整されている。これは、後段の回
路の利得が一定であるためである。
【0008】LPF(ローパスフィルタ)24、25
は、希望受信信号以外の隣接チャンネル信号等の不要な
周波数成分を取り除くためのフィルタで利得は持ってい
ない。また、受信信号の帯域に応じてカットオフ周波数
を変更している。BB(ベースバンド)増幅回路26、
27は利得固定の増幅器で、デジタル信号処理に必要な
レベルまでベースバンド信号を増幅する。
【0009】デジタル信号処理部34において、アナロ
グ信号処理により、十分なレベルまで増幅されたベース
バンド信号は、最終的にA/D(Analog/Digital)変
換器28、29により、デジタル信号に変換された後、
QPSK復調回路30によりデジタル信号処理が行わ
れ、送信前の元のI及びQ信号に復調される。チューナ
部33は、受信性能を最大限に発揮するために、デジタ
ル信号処理部34からのAGC電圧Vagcにより、出
力レベルを一定に保つように制御されている。
【0010】チューナ部33に加えられたAGC電圧V
agcは、AGC電圧制御回路31により、Vagc1
及びVagc2の2つの制御電圧となり、Vagc1で
RFAGC増幅回路16の利得を、Vagc2でBB
AGC増幅回路21、22の利得をそれぞれ制御し、B
B増幅回路28、29の出力レベルが一定となるように
している。この時の出力レベルのピーク値はA/D変換
器28、29の入力ダイナミックレンジを超えないレベ
ルとなっている。
【0011】上記AGC電圧Vagcにより受信装置の
利得を制御する方法について、図5のRF AGC増幅
回路16、ミキサ回路17、BB AGC増幅回路2
1、LPF回路24、BB増幅回路26、A/D変換器
28の系を用いて説明する。
【0012】本受信装置でのAGC電圧VagcとRF
AGC増幅回路16及びBB AGC増幅回路21の利
得特性及び受信装置の総合利得特性を図6に、この時の
各段の利得配分を図7に示す。RF AGC増幅回路1
6への入力レベルが全く無い状態では、AGC電圧Va
gcは0となり、RF AGC増幅回路16とBB AG
C増幅回路21は利得が最大の状態となる。
【0013】RF AGC増幅回路16への入力レベル
が上昇するとともに、BB増幅回路26の出力レベルが
上昇し、A/D変換器28の変換値が設定を超えそうに
なると、QPSK復調回路30からのAGC電圧Vag
cが上昇を始め、受信装置の利得が下がり始める。この
とき、図6に示すように、AGC電圧VagcがVse
t以下では、RF AGC増幅回路16の利得は下がら
ず、BB AGC増幅回路21の利得のみが減少する。
【0014】さらに入力レベルが上昇し、AGC電圧V
agcがVsetを超えると、BBAGC増幅回路21
の利得はGBBminで安定する(AGC電圧が上昇し
ても、利得は下がらない)と同時に今度はRF AGC
増幅回路16の利得がGRFmaxから減少してゆく。
この両者の働きにより、チューナー部33の利得はAG
C電圧の上昇とともに減少し、最終的にA/D変換器2
8の変換値と入力範囲設定値との差がある範囲に収まっ
たところでAGC電圧Vagcの上昇は止まり、安定す
る。
【0015】上記RF AGC増幅回路16とBB AG
C増幅回路21のそれぞれ特徴をもった、利得調整の作
用を実現するために、AGC電圧制御回路31はチュー
ナー部33に入力されたAGC電圧VagcがVset
に達するまではBB AGC増幅回路21の利得制御電
圧Vagc2のみを調整し、RF AGC増幅回路16
の利得制御電圧Vagc1は最大利得GRFmaxを維
持するように制御している。
【0016】AGC電圧VagcがVsetを超える
と、今度はBB AGC増幅回路21の利得制御電圧V
agc2を固定し、GBBminの利得を維持するよう
にし、代わりにRF AGC増幅回路16の利得制御電
圧Vagc1を制御して、チューナー部33の利得を減
少させ、BB増幅回路26の出力レベルがA/D変換器
28の規定した入力レベルを超えないように制御する。
【0017】このような利得制御(即ち、AGC増幅回
路16のAGC動作をBB AGCよりも遅延させて行
なう利得制御)を行う理由は、受信装置におけるNF
(雑音指数)特性が良好な領域をできるだけ広くするた
めである。そのため、アンテナ部32からチューナー部
33への入力レベルが比較的低い領域においては、RF
AGC増幅回路16の利得を最大に維持した上で、チュ
ーナー部33における総合利得を下げるために、BB
AGC増幅回路21の利得を調整している。
【0018】さらに、チューナー部33への入力レベル
がさらに大きくなった場合、前記制御においては、BB
AGC増幅回路21の利得を下げずにRF AGC増幅
回路16の利得を下げる制御が行われる。これは、チュ
ーナー部への入力レベルが大きくなると、図7に示すよ
うに、ミキサ回路17への入力レベルが増加し、IM
(相互変調歪)特性の劣化が問題となるため、RF A
GC増幅回路16の利得を下げ、ミキサ回路17への過
大な入力レベルを避ける為である。また、BBAGC増
幅回路21の利得を一定値(GBBmin)で維持し
て、それ以上低くしないのも、ミキサ回路17及びBB
AGC増幅回路21への入力レベルが大きくなりすぎる
のを押さえるためでもある。
【0019】前記利得制御において、RF AGC増幅
回路16の利得制御電圧Vagc1は、AGC電圧Va
gcがVset電圧より大きくなった時点で利得制御が
始まり、AGC電圧Vagcが大きくなるに従って、利
得を下げる方向に利得制御電圧Vagc1を制御する。
一方、BB AGC増幅回路21の利得制御電圧Vag
c2については、AGC電圧VagcがVsetを超え
た時に、BB AGC増幅回路21の利得がGBBmi
nに正確に固定される必要がある。
【0020】この作用を実現する方法を図10、この時
の利得制御電圧Vagc2の状態を図11にそれぞれ示
す。図10において、振幅制限回路35には、入力端子
11を通って供給されるAGC電圧VagcとそのVa
gcの最大レベルを制限する電圧レベルVest’が基
準電圧発生回路12より加えられる。
【0021】図11(ハ)に示すように、振幅制限回路
35から出力される振幅制限電圧Vagc’と基準電圧
発生回路12から供給される基準電圧Vrefは、電圧
Vcでクロスするような関係となっており、AGC電圧
Vagcが出力制限電圧値Vset’以上になると、振
幅制限電圧Vagc’は一定電圧VBBGminに固定
される。この基準電圧Vrefと振幅制限電圧Vag
c’を差動増幅器13により、DCオフセットレベル及
び差動電位差を調整することで、可変利得増幅器3にお
いて、AGC電圧Vagcに対応した利得制御を行うこ
とができる。
【0022】ところで、この最小利得GBBminが変
化すると、前途したように、ミキサ回路17及BB A
GC増幅回路21への入力レベルが変動することにな
る。ここで、入力レベルが1dB変動すると、問題とな
る3次のIM成分は3dB変化するので、IM特性は2
dBの劣化を招く。従って、BB AGC増幅回路21
における利得制御においては、BB AGC増幅回路2
1自体の利得制御電圧Vagc2に対する利得可変特性
もさることながら、最小利得時における利得制御電圧V
agc2の動作温度、回路電圧レベル及び回路構成素子
のばらつきを含めて変動を最小限に押さえる必要があ
る。図10の従来技術では、AGC電圧Vagcの電圧
を振幅制限回路35により制限することで、BB AG
C増幅回路21の最小利得GBBminを決定してい
た。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】この場合、最小利得G
BBminの絶対値は、BB AGC増幅回路21を構
成する回路ブロックにおいて、可変利得増幅器3、差動
増幅器13及び振幅制限回路35それぞれの動作温度及
び動作電圧の変動、そして回路素子定数のばらつきに対
する変動により変動するが、特に、可変利得増幅器3の
利得対電圧感度は高く、例えば差動電位差が約7μV変
化すると、利得が1dB変化するため、利得制御電圧V
agc2のばらつきによる利得変動が大きい。
【0024】よって、図8に示すように、RF AGC
増幅回路16とBB AGC増幅回路21の利得制御切
替え点を決める制御電圧Vsetはほとんど変動しない
ため、BB AGC増幅回路21の利得特性の傾きが変
化することにより、この最小利得GBBminの絶対値
が変動する。従って、この最小利得GBBminをIM
特性に影響を与えず、受信性能上、問題の無い一定の範
囲内に収まるような工夫を行うことが必要となる。
【0025】しかしながら、このような回路を集積回路
において実現する場合、それぞれの回路ブロックで回路
素子定数のばらつきにより発生する変動の幅を小さくす
るには限界があり、従って複数の回路の組合せにより機
能を実現する場合、総合的な特性の変動を少なくするこ
とは非常に困難であった。
【0026】
【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
本発明では、BB AGC増幅回路21において、AG
C電圧VagcがVset以上の領域における最低利得
を実現するために、図10に示すような可変利得増幅器
3への利得制御電圧Vagc2及びVagc2’自体を
振幅制限回路35でのAGC電圧Vagcの制限により
行うのではなく、図1(本発明)に示すように、利得が
AGC電圧Vagc依存しない固定利得増幅器2と可変
利得増幅器3とを並列に接続し、かつ振幅制限回路35
を廃止するシステムを提案する。図1で構成されるBB
AGC増幅回路では、可変利得増幅器3は従来の可変
利得増幅器そのままで、固定利得増幅器2の利得を、B
BAGC増幅回路の最小利得GBBminに設定する。
【0027】前記2つの固定利得増幅器2と可変利得増
幅器3を並列に設けると、従来の方式と同じようにAG
C電圧Vagcが大きくなるにつれて可変利得増幅器3
の利得は小さくなるが、固定利得増幅器2の利得に近づ
くにつれて、可変利得増幅器3の影響は無くなり、代わ
りに固定利得増幅器2の利得がこのBB AGC増幅回
路21の最小利得となる。
【0028】この固定利得増幅器2の利得はAGC電圧
Vagcの変動の影響を受けないため、この固定利得増
幅器2における動作温度、電圧の変動及び回路素子のば
らつきによる利得変動を最小限に抑えることのみで、B
B AGC増幅回路21の最小利得GBBminのばら
つきを抑えることができる。
【0029】
【発明の実施の形態】図1に本発明の実施形態に係るA
GC増幅回路を示す。このAGC増幅回路は例えば前述
のBB AGC増幅回路21として用いられる。図1に
おいて、1は信号入力端子、2はAGC電圧に依存しな
い固定利得増幅器、3は可変利得増幅器、4は信号出力
端子、5はAGC電圧入力端子、6はレベル変換用の差
動増幅器、7は基準電圧発生回路である。ここで、基準
電圧発生回路7は、集積回路では一般的なバンドギャッ
プ定電圧回路で、温度、電源電圧の変動を受けにくくな
っており、安定な基準電圧Vrefを供給できる。端子
1から入力した信号はそれぞれ、固定利得増幅器2と可
変利得増幅器3に入力される。
【0030】図2は前記差動増幅器6の具体的構成例を
示している。T1、T2は差動対を構成するNPN型の
トランジスタであって、それらのコレクタはそれぞれ抵
抗R11、R12を介して電源ライン接続され、エミッ
タは定電流源200に接続されている。トランジスタT
1のベースにはAGC電圧が入力され、T2のベースに
は基準電圧Vrefが印加される。トランジスタT1、T
2のコレクタからは、それぞれAGC電圧Vagc
2’、Vagc2が出力される。これらのAGC電圧V
agc2’、Vagc2はAGC電圧Vagcに応じて
図4(ロ)に示されるように変化する。
【0031】図1のAGC増幅回路では、図4(イ)に
示すようにAGC電圧Vagcが大きくなるにつれて可
変利得増幅器2の利得は小さくなるが、固定利得増幅器
2の利得より大きいときには可変利得増幅器3の利得が
BB AGC増幅回路の利得となり、可変利得増幅器3
の利得が固定利得増幅器2の利得より小さい時には固定
利得増幅器2の利得がBB AGC増幅回路全体の利得
となる。
【0032】図3は前記固定利得増幅器2と可変利得増
幅器3の具体的回路構成例を示している。同図におい
て、NPN型のトランジスタQ1、Q2、抵抗R1、定
電流源39、40は固定利得増幅器2を構成している。
また、NPN型のトランジスタQ3〜Q8、抵抗R2、
定電流源45、46は可変利得増幅器3を構成してい
る。負荷抵抗R3、R4は固定利得増幅器2と可変利得
増幅器3に共通に使用されている。固定利得増幅器2は
差動増幅器となっており、一方、利得増幅器3は二重平
衡差動増幅器となっている。
【0033】入力信号S1、S2は互いに差動をなす信
号(差動信号)であり、端子54、55から固定利得増
幅器2の差動対トランジスタQ1、Q2のベースに供給
されるとともに、可変利得増幅器3の下段差動対を成す
トランジスタQ3、Q4のベースに供給される。端子5
2、53から入力されるAGC電圧Vagc2は可変利
得増幅器3の上段差動対を成すトランジスタQ5〜Q8
のうち、トランジスタQ5、Q8のベースに与えられ、
Vagc2と差動をなすVagc2’はトランジスタQ
6、Q7のベースに与えられる。端子51からは直流電
源電圧Vccが与えられる。
【0034】次に図3の動作を説明する。今、入力のA
GC電圧Vagc2がVagc2’よりも高く、しかも
それらの電位差が大きいときには、トランジスタQ5と
Q8を流れる電流が多くなり、負荷抵抗R3、R4を流
れる信号電流も大きくなって可変利得増幅器3の利得が
高くなる。その結果、入力信号S1、S2は大きく増幅
されて、出力端子56、57に導出される。Vagc2
とVagc2’の電位差が小さくなると、出力端子5
6、57に導出される電圧(出力電圧)も小さくなる。
一方、固定利得増幅器2の利得は非常に小さいので、そ
の出力信号は無視してもよい。従って、出力端子56、
57に導出されるのは、専ら可変利得増幅器3で増幅さ
れた信号である。
【0035】次に、Vagc2とVagc2’の差が小
さくなって、ついにVagc2とVagc2’の大小が
逆転しても、その差が小さければトランジスタQ5、Q
8はONしているが、その差が大きくなると、トランジ
スタQ5、Q8がOFFという状態になる。
【0036】この状態では、負荷抵抗R3、R4に流れ
る電流は固定利得増幅器2のトランジスタQ1、Q2の
出力電流だけである。つまり、可変利得増幅器3は実質
的に不作動で、固定利得増幅器2のみが動作する状態と
なり、BB AGC増幅回路21の利得は固定利得増幅
器2の利得(即ち、GBBmin)となる。
【0037】上記実施形態によれば、可変利得増幅器3
の利得がAGC電圧Vagcが大きくなるにしたがっ
て、動作温度、電圧及び回路素子定数のばらつきによ
り、利得特性が変化しても、可変利得増幅器3の利得が
固定利得増幅器2の利得より小さい領域では、BB A
GC増幅回路全体の最小利得GBBminは、固定利得
増幅器2の利得でのみ決定される。
【0038】また、この最小利得GBBminのばらつ
きは、固定利得増幅器2固有の利得のばらつきでのみ決
定され、可変利得増幅器3の利得変動の影響を受けな
い。これにより、IM特性の最小利得GBBminのば
らつきによる変動を最小限に抑えることが可能になる。
【0039】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明を用いるこ
とにより、例えばBB AGC増幅回路の最小利得のば
らつきを抑えることができ、結果としてデジタル衛星放
送受信装置の受信性能のばらつき、つまりIM特性のば
らつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るAGC増幅回路を示
すブロック回路図
【図2】図1の一部の構成を具体的に示す回路図
【図3】図1の他の一部を具体的に示す回路図
【図4】図1の動作を説明するための特性図
【図5】デジタル衛星放送受信装置のブロック回路図
【図6】AGC増幅回路のAGC特性を示す図
【図7】デジタル衛星放送受信装置のチューナ部におけ
る各段の利得配分を示す図
【図8】従来例におけるAGC増幅回路の最小利得のバ
ラツキを示す図
【図9】本発明におけるAGC増幅回路の最小利得のバ
ラツキを示す図
【図10】従来のAGC増幅回路を示すブロック回路図
【図11】従来例におけるAGC増幅回路の特性を示す
【符号の説明】 2 固定利得増幅器 3 可変利得増幅器 14 受信アンテナ 15 LNB 16 RF AGC増幅回路 17、18 ミキサ 19 90°移相器 20 VCO 24、25 LPF 26、27 BB増幅回路 28、29 A/D変換回路 30 QPSK復調回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】利得がAGC電圧により制御されない固定
    利得増幅器と、 利得がAGC電圧により制御される可変利得増幅器と、 前記AGC電圧が所定の電圧範囲内では前記可変利得増
    幅器により利得が変化し、前記所定電圧範囲外では前記
    固定利得増幅器により利得が一定になることを特徴とす
    るAGC増幅回路。
  2. 【請求項2】AGC増幅回路の最小利得が前記固定利得
    増幅器の利得と等しく設定されていることを特徴とする
    請求項1に記載のAGC増幅回路。
  3. 【請求項3】利得がAGC電圧により制御されない固定
    利得増幅器と、利得がAGC電圧により制御される可変
    利得増幅器と、前記固定利得増幅器と可変利得増幅器に
    同一の信号を入力する入力手段とから成り、 前記可変利得増幅器の出力が前記固定利得増幅器の出力
    を超えると、可変利得増幅器の出力に代えて前記固定利
    得増幅器の出力が出力端子へ導出されることを特徴とす
    るAGC増幅回路。
  4. 【請求項4】前記固定利得増幅器と可変利得増幅器は負
    荷抵抗を共通にして接続された第1、第2差動増幅回路
    で構成され、その可変利得増幅器を構成する第2差動増
    幅回路においてAGC電圧が印加されるとともに前記負
    荷抵抗に接続されたトランジスタがAGC電圧によって
    カットオフすると、前記固定利得増幅器を構成する第1
    差動増幅回路の出力電流のみが前記負荷抵抗に流れ、そ
    のとき負荷抵抗に生じる電圧が固定利得の出力として出
    力端子へ導出されることを特徴とする請求項3に記載の
    AGC増幅回路。
  5. 【請求項5】受信した高周波信号を増幅する第1の可変
    利得増幅回路と、増幅された高周波信号を中間周波数又
    はベースバンドに周波数変換するミキサと、該ミキサの
    出力を増幅する第2の可変利得増幅回路と、AGC電圧
    を第2の可変利得増幅回路に与えるとともに第1の可変
    利得増幅回路に遅延して与えるAGC電圧制御回路とを
    備える衛星放送受信装置において、 前記第2の可変利得増幅回路が、利得がAGC電圧によ
    り制御されない固定利得増幅器と、利得がAGC電圧に
    より制御される可変利得増幅器と、前記固定利得増幅器
    と可変利得増幅器に同一の信号を入力する入力手段とか
    ら成り、前記可変利得増幅器の出力が前記固定利得増幅
    器の出力を超えると、可変利得増幅器の出力に代えて前
    記固定利得増幅器の出力が出力端子へ導出されることを
    特徴とする衛星放送受信装置。
  6. 【請求項6】前記固定利得増幅器と可変利得増幅器は負
    荷抵抗を共通にして接続された第1、第2差動増幅回路
    で構成され、その可変利得増幅器を構成する第2差動増
    幅回路においてAGC電圧が印加されるとともに前記負
    荷抵抗に接続されたトランジスタがAGC電圧によって
    カットオフすると、前記固定利得増幅器を構成する第1
    差動増幅回路の出力電流のみが前記負荷抵抗に流れ、そ
    のとき負荷抵抗に生じる電圧が固定利得の出力として出
    力端子へ導出されることを特徴とする請求項5に記載の
    衛星放送受信装置。
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