JP2002314356A - 自動利得制御回路 - Google Patents

自動利得制御回路

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JP2002314356A
JP2002314356A JP2001112164A JP2001112164A JP2002314356A JP 2002314356 A JP2002314356 A JP 2002314356A JP 2001112164 A JP2001112164 A JP 2001112164A JP 2001112164 A JP2001112164 A JP 2001112164A JP 2002314356 A JP2002314356 A JP 2002314356A
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Masaaki Shida
雅昭 志田
Masaru Kokubo
優 小久保
Takefumi Endo
武文 遠藤
Katsumi Osaki
勝美 大崎
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】その出力値が所定のレベルになるまでの収束時
間を短縮化し、通信効率の向上が期待できる自動利得制
御回路を提供する。 【解決手段】入力信号を増幅する増幅器1の出力の飽和
の有無を検出する飽和検出器7を設け、増幅器1の利得
を制御するよう構成する。入力信号S0を増幅する増幅
器1と、前記増幅手器の出力S2をデジタル信号に変換
するAD変換器2と、前記増器1の出力S1の飽和の有
無を検出する飽和検出器1と、前記AD変換器2出力S
2の振幅を計算するレベル計算器3と、前記レベル計算
機3の出力S3と予め設定した基準レベルS40と予め
設定したゲインAとから定義される利得制御量を求める
演算器4と、前記演算器4の出力S4を積分する積分器
5とを備え、前記積分器5の出力S5と前記飽和検出器
7の出力に基づいて前記増幅器1の利得を制御するよう
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、入力信号振幅レベ
ルを制御し、所定のレベルにする自動利得制御回路に係
り、特に無線通信装置の受信系のようなシステムに用い
られる自動利得制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、特許第3029361号「自動
利得制御回路」に記載されている従来の自動利得制御回
路の一例である。この自動利得制御回路は、レベル変動
幅が大きい入力信号に対して増幅器の利得を制御するこ
とによって該増幅器の出力レベルを一定に保持するもの
である。
【0003】図2においては、入力されたアナログ信号
S0を増幅器1で増幅し、AD変換器2でデジタル信号
S2に変換し、レベル計算手段30で増幅器1の出力の
振幅を計算し、その出力S30を対数変換して出力する
対数変換手段31と、前記対数変換手段31の出力S3
1とあらかじめ設定された基準レベルS40との差を計
算する差分器41と、前記差分器41で計算した差の値
S41と第1の定数β1とを乗算した値と、前記S41
と第2の定数β2とを乗算した値の積分値とを加算して
出力するループフィルタ100と、前記ループフィルタ
100の出力S100を積分する積分器5と、前記積分
器5の出力S5をアナログ値S6に変換するDA変換器
6とを有し、前記DA変換器6の出力S6に基づいて、
前記増幅器1の利得を制御する。
【0004】上記に示すように、従来の自動利得制御回
路では、対数変換手段を用いて入力信号のレベル変動幅
が大きい場合にも対応することができる。
【0005】無線通信においては、送受信間の距離によ
って受信側の受信信号レベルが大きく異なる。このよう
な無線通信機の受信系に上記のような従来の自動利得制
御回路を用いることで、入力信号の利得を変えて信号レ
ベルをAD変換器のダイナミックレンジ内に収めること
が可能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】一方、通信機間でデー
タの授受を行う場合、通信効率を上げるためにデータの
送受に寄与しないオーバーヘッドは極力短い方が望まし
い。例えば、無線LANのように複数の無線機間で間欠
的に無線信号の送受を行う場合、前記オーバーヘッドの
増加によりシステム全体のスループットが減少すること
となる。
【0007】前記無線LANのような間欠的に通信を行
う装置に従来の自動利得制御回路を受信系に用いた場
合、自動利得制御回路の出力値が所定のレベルになるま
での収束時間が長いという課題を有していた。
【0008】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、上記出力値が所定のレベルになるまでの収束時
間を短縮化し、通信効率の向上が期待できる自動利得制
御回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、入力信号を増幅する増幅手段の出力の
飽和の有無を検出する飽和検出手段を設け、増幅手段の
利得を制御するよう構成する。
【0010】すなわち、本発明は、入力信号を増幅する
増幅器を有し、前記増幅器の出力の振幅レベルと基準利
得レベルとの差が所定の値以下に収束するまで制御する
利得制御ループを備えた自動利得制御回路であって、前
記増幅器の出力の飽和の有無を検出することにより、前
記増幅器の利得を制御するよう構成したことを特徴とす
る自動利得制御回路を提供する。
【0011】また、本発明は、少なくとも一つの増幅器
で構成され、入力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅
手段の出力をデジタル信号に変換するAD変換器と、前
記少なくとも一つの増幅器に接続され前記増幅器の出力
の飽和の有無を検出する飽和検出器を少なくとも一つ有
する飽和検出手段と、前記AD変換器の出力の振幅を計
算するレベル計算器と、前記振幅と予め設定した基準レ
ベルとを基に利得制御量を求める演算器と、前記演算器
の出力を積分する積分器とを備え、前記積分器の出力と
前記飽和検出手段の出力とに基づいて前記増幅手段の利
得を制御するよう構成した自動利得制御回路を提供す
る。
【0012】また、本発明は、入力信号を増幅する増幅
器と、前記増幅器の出力をデジタル信号に変換するAD
変換器と、前記増幅器の出力の飽和の有無を検出する飽
和検出器と、前記AD変換器の出力の振幅を計算するレ
ベル計算器と、前記飽和検出器の出力に応じて、予め設
定したレベルの異なる複数のゲインの一つを選択する手
段と、前記振幅と予め設定した基準レベルと前記飽和検
出器の出力に応じて選択されたゲインとを基に利得制御
量を求める演算器と、前記演算器の出力を積分する積分
器とを備え、前記積分器の出力に基づいて前記増幅器の
利得を制御するよう構成した自動利得制御回路を提供す
る。
【0013】さらに、本発明は、入力信号を増幅する増
幅器と、前記増幅器の出力をデジタル信号に変換するA
D変換器と、前記AD変換器の出力の振幅を計算するレ
ベル計算器と、前記レベル計算器の出力と予め設定され
た飽和検出レベルとを比較する飽和検出器と、前記振幅
と予め設定した基準レベルとを基に利得制御量を求める
演算器と、前記演算器の出力を積分する積分器とを備
え、前記積分器の出力と前記飽和検出器の出力とに基づ
いて前記増幅器の利得を制御するよう構成した自動利得
制御回路を提供する。
【0014】さらにまた、本発明は、入力信号を増幅す
る増幅手段と、前記増幅手段の出力をデジタル信号に変
換するAD変換器と、前記AD変換器の出力の振幅を計
算するレベル計算器と、前記レベル計算器の出力と予め
設定された飽和検出レベルとを比較する飽和検出器と、
前記飽和検出器の出力に応じて予め設定したレベルの異
なる複数のゲインの一つを選択する手段と、前記振幅と
予め設定した基準レベルと前記飽和検出器の出力に応じ
て選択されたゲインとを基に利得制御量を求める演算器
と、前記演算器の出力を積分する積分器とを備え、前記
積分器の出力に基づいて前記増幅手段の利得を制御する
よう構成した自動利得制御回路を提供する。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図を用
いて説明する。
【0016】図1に、本発明の第1の実施例になる自動
利得制御回路を示す。自動利得制御回路は、入力信号S
0を増幅する増幅器1と、増幅器1が出力するアナログ
信号S1をデジタル信号S2に変換するAD変換器2
と、AD変換器2が出力するデジタル信号S2から振幅
レベルを計算するレベル計算器3と、レベル計算器3の
出力S3と所定の基準レベルS40との差をとり、その
差に所定のゲインAを掛け合わせた値に1を加算した値
を対数変換し、所定の係数Kを掛け合わせて利得制御量
を求める演算器4と、演算器4の出力S4を積分する積
分器5と、積分器5の出力S5をアナログ信号S6に変
換するDA変換器6とから構成される。DA変換器6の
出力S6により増幅器1の利得が制御される。
【0017】入力信号S0が無信号時の場合、例えば無
線機器において受信信号がない場合では自動利得制御回
路は、自動的に増幅器1の利得が最大になるよう動作す
る。これは入力信号が所定のレベルになるよう自動利得
制御回路が動作するために、増幅器1の利得を最大とし
ても所定のレベルに達することができないため、無信号
時には利得手段1の利得は、常に最大値で固定される。
【0018】このS0に信号が入力された時、次の2つ
の場合のどちらかとなる。すなわち、入力信号のレベル
が小さく増幅器1が飽和しない場合C1と、入力レベル
が大きく増幅器1が飽和する場合C2である。増幅器1
の出力S1は、飽和検出器7に入力され、増幅器1が飽
和したか否かは検出器7が判断する。検出器7は、例え
ば振幅がある値を超えたかどうかを判定するコンパレー
タから構成されることで実現可能である。
【0019】C1の場合では、検出器7は増幅器1の飽
和を検出せずに、検出器7の出力S7aによって切り替
え器53を加算器側53aに接続する。これにより通常
の自動利得制御ループによりレベル計算器3の出力S3
と基準レベルS40との差が所定の値以下に収束するま
で増幅器1の利得が制御される。
【0020】C2の場合では、検出器7は増幅器1の飽
和を検出し、検出器7の出力S7aによって切り替え器
53はゲイン1(G1)側53bに接続され、これによ
り増幅器1の利得を大きく減じることが可能となる。
【0021】図3に、図1に示した本発明の第1の実施
例における飽和検出器7の動作の詳細を示す。図3で
は、増幅器1線形増幅範囲110とAD変換器2のダイ
ナミックレンジ111を示してあり、増幅器1の線形増
幅範囲110よりAD変換器2のダイナミックレンジが
狭い場合を示している。
【0022】図3(a)は、入力信号S0が小さく、S
1、S2共に飽和しない場合を示している。この場合
は、入力信号に対する利得制御量が少なく、レベル計算
器3の出力S3と基準レベルS40との差が所定の値以
下に収束するまでの時間は短く特に問題とならない。図
3(b)は、入力信号S0のレベルが同図(a)と比較
して大きいが、S1は飽和せずにS2が飽和している場
合を示している。また、図3(c)は、入力信号S0の
レベルが同図(b)より更に大きくS1が既に飽和して
いる場合を示す。この時S2も飽和している。
【0023】ここで(b)と(c)のS2を比較すると
同じ波形となる。したがって、レベル計算器3以降は同
じ値をとることとなり、利得制御量が同じとなる。
(b)と比較して(c)の場合の方が利得制御量を多く
必要としているにも関わらず、利得制御量が同じとなる
ため、(c)の場合では(a)や(b)と比較して利得
制御が収束するまでに時間がかかることとなる。
【0024】そこで、(c)の場合のように増幅器1の
出力S1の飽和の有無を飽和検出器7で検出し、利得制
御量を通常の利得制御ループによる利得制御量よりも大
きくすることで収束時間の短縮を実現する。
【0025】図4に、本発明の第2の実施例を示す。増
幅器1が4段の増幅器11a、11b、12a、12b
から構成されている。通常無線機器に用いられる自動利
得制御回路では、入力信号のダイナミックレンジが広い
ため、それに対応するために広い利得制御範囲が要求さ
れる。そのため、自動利得制御回路の増幅器1は通常複
数の増幅器から構成される。本実施例では、増幅器11
aおよび11bの出力信号S11a、S11bがそれぞ
れ飽和検出器7a、7bに接続されている。飽和検出器
7a、7bは、それぞれS11a、S11bの飽和の有
無を検出する。
【0026】切替制御器8は、積分器5の出力S5、ゲ
イン1(G1)及びゲイン2(G2)のいずれか一つを
選択するよう動作する。ここで、ゲイン1はゲイン2よ
り増幅器1の利得を下げる量が大きくなる値とする。切
替制御器8は、飽和検出器7aの出力S7aにより増幅
器11aの出力が飽和されていることを検出すると、ゲ
イン1(G1)を選択するように動作し、増幅器11a
の出力が非飽和で、かつ増幅器11bの出力が飽和して
いることを検出した場合は、ゲイン2(G2)を選択す
るよう動作する。
【0027】増幅器11a及び増幅器11bが共に非飽
和である場合は、積分器5の出力を選択するよう動作す
る。増幅器11aの出力が飽和する場合は、入力信号S
0のレベルが大きいため、増幅器の利得を大きく減じる
必要がある。また、増幅器11aの出力が飽和せずに増
幅器11bの出力が飽和する場合は、増幅器11aの出
力が飽和する場合と比較して入力信号S0のレベルが小
さいため、増幅器1の利得を減じる作用は少なくてよ
い。しかしながら、増幅器11a及び11bが非飽和で
ある場合と比較すると、入力レベルS0のレベルは大き
いため、増幅器1の利得を大きく減じる必要がある。
【0028】以上の理由により、増幅器11aまたは増
幅器11bの出力が飽和している場合には、増幅器1の
利得を減じる作用を大きくするゲイン1(G1)または
ゲイン2(G2)を選択することで、S3とS40との
差が所定の値以下になるまでの時間である収束時間の短
縮が可能となる。積分器5のループ内にあるリミッタ5
4は、S5がDA変換器6の動作範囲内となるよう設け
てある。
【0029】図5に、本発明の第3の実施例を示す。本
実施例では、図に示すように、入力信号を増幅する増幅
器1が増幅器11と増幅器12で構成され、増幅器1の
出力の飽和の有無を検出する飽和検出器7と、飽和検出
器7の出力S7に応じて予め設定したレベルの異なる複
数のゲイン(本例では、A1、A2)の一つを選択する
選択手段(切り替え器)53と、AD変換器2の出力S
2の振幅を計算するレベル計算器3の出力S3と予め設
定した基準レベルS40と飽和検出器7の出力S7に応
じて選択されたゲインを基に利得制御量を求める演算器
4を備えた構成である。
【0030】飽和検出器7の出力信号S7によってゲイ
ン1(A1)もしくはゲイン2(A2)を選択するよう
動作する。A1よりA2の値を大きくし、検出器7が増
幅器11の飽和を検出した場合は、A1を選択し、それ
以外のときはA2を選択することで、収束時間の短縮を
実現する。
【0031】図6に、本発明の第4の実施例を示す。本
実施例では、図に示すように、AD変換器2の出力S2
の振幅を計算するレベル計算器3の出力S3と予め設定
された飽和検出レベルとを比較する飽和検出器と、前記
振幅と予め設定した基準レベルS40を基に利得制御量
を求める演算器を備えた構成である。
【0032】飽和検出器7が、レベル計算器3の出力S
3からAD変換器2の飽和を検出し、第1の実施例と同
様に増幅器1の利得を直接制御することで、収束時間の
短縮を実現している。
【0033】図7に、本発明の第5の実施例を示す。本
実施例では、図に示すように、レベル計算器3の出力S
3と予め設定された飽和検出レベルとを比較する飽和検
出器7と、飽和検出器7の出力S7に応じて予め設定し
たレベルの異なる複数のゲイン(本例では、A1、A
2)の一つを選択する切り替え器53と、前記振幅と予
め設定した基準レベルS40と飽和検出器7の出力S7
に応じて選択されたゲインを基に利得制御量を求める演
算器を備えた構成である。
【0034】飽和検出器7が、レベル計算器3の出力か
らAD変換器2の飽和を検出し、第3の実施例と同様
に、ゲイン1(A1)もしくはゲイン2(A2)を選択
するよう動作することで、収束時間の短縮を実現してい
る。
【0035】図8に、本発明の第4および第5の実施例
における飽和検出器7bの動作の詳細を示す。
【0036】入力信号周波数より十分高速なサンプルレ
ートをもつAD変換器2を備える場合においては、AD
変換器2の出力S2が飽和している場合でもレベル計算
器3の出力S3のレベルは異なる。図8の(a)および
(b)に示すように、S1がAD変換器2のダイナミッ
クレンジ110を超えてS2が飽和した場合において
も、その飽和のレベルによりレベル変換器3の出力S3
が異なる。検出レベルを超えた場合は切り替え器53を
切り替え、利得を減じる量が大きくなるよう動作し、収
束時間を短縮する。
【0037】図9は、本発明の自動利得制御回路を用い
た無線LAN等の無線機器の受信系の一例を示したもの
である。
【0038】無線信号はアンテナ200を経由し、必要
な周波数帯域の信号だけを後段に伝送するためにアンテ
ナフィルタ201に入力される。一般に、無線で伝送さ
れた信号は微弱であるため、雑音に弱い。そのために、
まず雑音の発生を押さえたローノイズアンプ202で増
幅される。増幅された信号は、ミキサ203でベースバ
ンド帯域もしくは中間周波数と呼ばれる無線信号の周波
数より十分に低い周波数に変換される。ミキサ203の
出力は、一般に不要な高調波が存在するため、バンドパ
スフィルタ204を用いて不要な成分を除去する。この
バンドパスフィルタ204の出力振幅は、無線信号の入
力振幅に比例したものとなる。そのため、バンドパスフ
ィルタ204の出力をAD変換器2を用いてデジタル信
号に変換しようとした場合、AD変換器入力端でAD変
換器のダイナミックレンジに合わせた信号振幅を入力し
ないとAD変換器が有効に動作しないという問題が発生
する。
【0039】そのため、本発明の自動利得制御回路20
5を用いて、AD変換器2に一定の振幅で信号が入力さ
れるようにする必要がある。AD変換器でデジタル値に
変換された信号は、復調器206によって復調され、ロ
ーパスフィルタ207で波形整形された後、コンパレー
タ208で2値データとなって出力される。
【0040】このように、本発明を通信機器の受信系の
ようなシステムに用いることにより、自動利得制御回路
の出力値が所定のレベルになるまでの収束時間を短縮化
することが可能になるため、通信効率の大幅な向上が期
待できることとなる。
【0041】すべての実施例において、レベル計算器3
から積分器6に至るデジタル信号系は、マイコンやDS
P(Digital Signal Processor)により実現してもよ
い。このように、本発明では、制御系のデジタル化によ
りIC化に適した自動制御回路を提供することができ
る。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、自動利得制御回路にお
いて、増幅器の出力段に飽和検出手段を設け、利得を下
げる場合の収束時間を短縮することができ、通信効率を
高めた通信機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における自動利得制御回
路の構成を示す図。
【図2】従来の自動利得制御回路の構成を示す図。
【図3】本発明の第1の実施例の動作の詳細を説明する
図。
【図4】本発明の第2の実施例における自動利得制御回
路の構成を示す図。
【図5】本発明の第3の実施例における自動利得制御回
路の構成を示す図。
【図6】本発明の第4の実施例における自動利得制御回
路の構成を示す図。
【図7】本発明の第5の実施例における自動利得制御回
路の構成を示す図。
【図8】本発明の第4および第5の実施例の動作の詳細
を説明する図。
【図9】本発明の自動利得制御回路に用いた無線LAN
等の無線機器の受信系の一例を示す図。
【符号の説明】
1…増幅器、2…AD変換器、3…レベル計算器、4…
演算器、5…積分器、6…DA変換器、7、7a、7b
…飽和検出器、11、11a、11b…増幅器、12、
12a、12b…増幅器、30…レベル計算手段、31
…対数変換手段、41…差分器、42…対数変換器、5
1…遅延器、52…加算器、53…切り替え器、54…
リミッタ、100…ループフィルタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 武文 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 大崎 勝美 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Fターム(参考) 5J100 JA01 KA05 LA00 LA01 LA04 LA07 LA08 LA09 LA10 LA11 QA01 SA02 5K061 AA00 CC52

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号を増幅する増幅器を有し、前記増
    幅器の出力の振幅レベルと基準利得レベルとの差が所定
    の値以下に収束するまで制御する利得制御ループを備え
    た自動利得制御回路であって、前記増幅器の出力の飽和
    の有無を検出することにより、前記増幅器の利得を制御
    するよう構成したことを特徴とする自動利得制御回路。
  2. 【請求項2】少なくとも一つの増幅器で構成され、入力
    信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力をデジ
    タル信号に変換するAD変換器と、前記少なくとも一つ
    の増幅器に接続され前記増幅器の出力の飽和の有無を検
    出する飽和検出器を少なくとも一つ有する飽和検出手段
    と、前記AD変換器の出力の振幅を計算するレベル計算
    器と、前記振幅と予め設定した基準レベルとを基に利得
    制御量を求める演算器と、前記演算器の出力を積分する
    積分器とを備え、前記積分器の出力と前記飽和検出手段
    の出力とに基づいて前記増幅手段の利得を制御するよう
    構成したことを特徴とする自動利得制御回路。
  3. 【請求項3】入力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器
    の出力をデジタル信号に変換するAD変換器と、前記増
    幅器の出力の飽和の有無を検出する飽和検出器と、前記
    AD変換器の出力の振幅を計算するレベル計算器と、前
    記飽和検出器の出力に応じて予め設定したレベルの異な
    る複数のゲインの一つを選択する手段と、前記振幅と予
    め設定した基準レベルと前記飽和検出器の出力に応じて
    選択されたゲインとを基に利得制御量を求める演算器
    と、前記演算器の出力を積分する積分器とを備え、前記
    積分器の出力に基づいて前記増幅器の利得を制御するよ
    う構成したことを特徴とする自動利得制御回路。
  4. 【請求項4】入力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器
    の出力をデジタル信号に変換するAD変換器と、前記A
    D変換器の出力の振幅を計算するレベル計算器と、前記
    レベル計算器の出力と予め設定された飽和検出レベルと
    を比較する飽和検出器と、前記振幅と予め設定した基準
    レベルとを基に利得制御量を求める演算器と、前記演算
    器の出力を積分する積分器とを備え、前記積分器の出力
    と前記飽和検出器の出力とに基づいて前記増幅器の利得
    を制御するよう構成したことを特徴とする自動利得制御
    回路。
  5. 【請求項5】入力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅
    手段の出力をデジタル信号に変換するAD変換器と、前
    記AD変換器の出力の振幅を計算するレベル計算器と、
    前記レベル計算器の出力と予め設定された飽和検出レベ
    ルとを比較する飽和検出器と、前記飽和検出器の出力に
    応じて予め設定したレベルの異なる複数のゲインの一つ
    を選択する手段と、前記振幅と予め設定した基準レベル
    と前記飽和検出器の出力に応じて選択されたゲインとを
    基に利得制御量を求める演算器と、前記演算器の出力を
    積分する積分器とを備え、前記積分器の出力に基づいて
    前記増幅手段の利得を制御するよう構成したことを特徴
    とする自動利得制御回路。
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