JP2003500967A - 増幅器回路 - Google Patents
増幅器回路Info
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Abstract
Description
帯域通過増幅を提供する増幅器回路だけに関するわけではない。
れた入力信号を増幅するために幅広く使用されている。これが特に重要であるの
が、受信された放射が典型的には数マイクロボルトの振幅を有する対応アンテナ
受信信号を発生させる無線受信機の場合である。かかる受信信号を数ミリボルト
から数ボルト程度まで増幅し、例えば、スピーカーを駆動するために、無線受信
機は内部で増幅器を使用する。無線周波数において増幅を行なうよう設計された
増幅器は、特に、縦続利得提供段階からなる場合は、自然振動を防止するのが困
難なので、受信信号を高度の増幅とより選択的な帯域通過信号濾波とをより簡単
に行なうことができるより低い中間周波数にヘテロダインするのが通例である。
、受信された放射の周波数と音声または映像周波数との間にある周波数において
要求される信号増幅の大部分を行なうのが通例である。例えば、無線受信機は放
射を500MHzで受信し、対応アンテナ受信信号も500MHzで発生させる。受信機は受
信信号をヘテロダインし、10.7MHz程度の周波数範囲で中間周波数信号を発生さ
せ、この信号はさらに増幅され、濾波される。受信機は増幅中間信号を復調し、
100Hz〜5kHzの周波数範囲に信号成分を有する対応音声出力信号を発生させる。
の通信システムにおいては超高周波(UHF)領域、すなわち、500MHz付近を使用
する傾向がある。例えば1GHz〜30GHzのようなマイクロウェーブ周波数での伝送
も現在では用いられている。これとの関連で、現代の無線受信機設計には、数10
MHz以上での中間周波数増幅を用いる傾向がある。これを行なうのは、ヘテロダ
イン段階の使用との関連で適当なゴースト除去を行なうためである。
増幅器回路で行なわれる。狭帯域通過信号増幅特性を提供するために、これらの
回路は伝送増幅器と関連表面弾性波(SAW)またはセラミックフィルタとからな
る。回路とその関連フィルタは集合的に「中間周波数ストリップ」と呼ぶのが通
例である。かかる伝送増幅器は動作中には相当量の電力を消費し、例えば、携帯
電話に用いられる中間周波数増幅器回路は典型的には動作時に数100マイクロア
ンペア〜数mAの電流を消費する。
可能な金属水素化物およびリチウム電池のような、性能を高めるために電荷蓄積
を強化する新しいタイプの電池の研究開発が行われてきた。
幅器回路の電流消費量削減が、電池動作時間の延長を実現するには望ましいとの
判断を持っていた。従って、本発明は、例えば、無線受信機の中間周波数で使用
するのに特に好適で、より少ない電力で動作することが可能な回路のような、代
替的タイプの増幅器回路を提供するという試みとして行われたものである。
遅延回路に接続された一連の縦続中間アイソレータからなるマイクロウェーブ多
段増幅器は公知技術である。
回路が提供され、この回路は、 (a)信号通路に沿って直列に縦続されており、信号通路に沿って順方向に伝播
する入力信号を増幅し、それにより出力信号を提供するために動作する複数の反
射増幅器と、 (b)信号通路を形成するために反射増幅器を接続し、信号通路に沿って逆方向
の信号伝播を防止し、前記回路の内部で自然振動が発生するのを阻止する接続手
段とからなり、各反射増幅器が通路に沿って順方向に伝播する信号を受信し、信
号通路に沿って順方向にさらに伝播するよう信号を増幅後に通路に出力動作でき
るようにするために、接続手段が複数の反射増幅器を交互にスイッチングするス
イッチング手段を組込み、反射増幅器が、反射増幅器との間の信号伝播を遅延さ
せる信号遅延手段を組込んでいることを特徴とする。
の内部に一定期間蓄積される不連続セグメントに分割することが可能になり、そ
れにより、信号通路に沿って順方向にセグメントを誘導する時間をスイッチング
手段に提供し、自然振動を発生させることになる通路に沿って逆方向のセグメン
トの流れを防止するという効果を提供する。
射増幅器を相互に接続し、それにより安定した増幅を得ようとするのは実用的で
はないと考えるであろう。この回路は、回路内での目的の信号増幅を促進し、内
部に自然振動を発生させる信号増幅を防止する接続手段を組込むことにより、こ
の問題に対処している。
ての自己誘導振動である。
されるよう、複数の遅延線からなることが便利である。これにより、不連続信号
セグメントをスイッチングするという目的のために各反射増幅器をスイッチング
手段により隔離することができるという効果が得られる。
り、増幅器回路が、例えば、無線受信機や携帯電話で使用するための中間周波数
増幅器に適した帯域通過伝送特性を提供することができるという効果が得られる
。
号を提供する方法を提供し、この方法は、 (a)信号通路に沿って直列に縦続されている複数の反射増幅器と、反射増幅器
を信号通路に接続する接続手段とを提供する段階と、接続手段が通路に沿って順
方向に信号伝播を促進し、通路に沿って逆方向に信号伝播を防止するために動作
し、各反射増幅器が通路に沿って順方向に伝播する信号を受信し、信号通路に沿
って順方向にさらに伝播するよう信号を増幅後に通路に出力動作できるようにす
るために、接続手段が複数の反射増幅器を交互にスイッチングするスイッチング
手段を組込、反射増幅器が、反射増幅器との間の信号伝播を遅延させる信号遅延
手段を備え、 (b)入力信号(Sin)を信号通路において受信する段階と、 (c)増幅信号を提供するために入力信号を接続手段を通じて増幅のために反射
増幅器の1つに誘導する段階と、 (d)さらなる増幅のために増幅信号を順方向に反射増幅器のもう1つに誘導す
る段階と、 (e)増幅信号が信号通路の出力に達するまで段階(d)を繰返す段階と、 (f)増幅信号を信号通路からの出力信号として出力する段階と を含むことを特徴とする。
択的に誘導され、それにより、いずれかの増幅器が入力信号を再増幅するのを阻
止し、従って、自然振動が内部に発生するフィードバックループの形成を防止す
るという効果を提供する。
。回路100は4つの反射増幅器110、120、130、140と、4つの帯域通過フィルタ
遅延エレメント150、160、170、180と、4つのスイッチ200、210、220、230と、
2つの論理インバータ250、260とからなる。その関連遅延エレメント150、160、
170、180およびその関連スイッチ200、210、220、230と組合せられた増幅器110
、120、130、140は、第1段、第2段、第3段、第4段をそれぞれ形成するために接
続されている。第1段〜第4段はそれぞれ点線300−330の内側に示されている。第
2段と第4段もインバータ250、260をそれぞれ組込んでいる。
T2とを組込んでいる。動作中には、フィルタエレメント150、160、170、180はそ
れぞれ帯域通過信号濾波と信号蓄積とを期間τの間行ない、それにより信号伝播
を遅延させる。フィルタエレメントは相互に同一である、すなわち、相互に類似
した中心周波数を有する同一の帯域通過伝送特性を提供し、それぞれを個別のデ
バイスとして提供することもできるし、単一の基板上に一体的に形成することも
できる。
路構成を用いる。かかる反射増幅器は、引用によりここに組入れられる当方の英
国特許GB228323Bにも記載されている。
においては、信号が受信され、さらに、動作中に負抵抗がここには発生するので
、信号は振幅が増大した形で反射される。
と、2つのスイッチポール端子BおよびCと、動作中には論理状態0と論理状態
1との間で交番する二進スイッチング信号を受信するスイッチ制御端子Dとを組
込んでいる。二進信号が論理状態0にある時には、端子Aは端子Bに接続されて
いる。逆に、二進信号が論理状態1にある時には、端子Aは端子Cに接続されて
いる。
れた適用制御線に接続されている。さらに、スイッチ200、220の端子DはScに直
接接続されている。従って、動作中には、スイッチ200、220は相対ワイパ位置の
ためにスイッチ210、230に関して反対に接続されている。
T3に接続されている。さらに、第1段の端子Bは入力信号Sinを受信するために接
続され、し、第4段の端子Cは出力信号Soutを出力するために接続されている。
さらに、第1〜第3段の端子Cはそれぞれ第2〜第4段の端子Bに接続されている。
制御信号Scは論理状態0にあり、その結果、スイッチ200、220の端子Aはその端
子Bに接続されており、スイッチ210、230の端子Aはその端子Cに接続されてい
る。信号Sinはスイッチ200の端子Bに進み、そこを通って端子Aからフィルタエ
レメント150のポートT1に達する。信号Sinはフィルタエレメント150を通って伝
播するが、そこでは濾波され、時間t=τで第1遅延信号としてそこから現れる
。第1信号は反射増幅器110により増幅され、その後にフィルタエレメント150の
中に逆反射され、そこを通って伝播し、時間t=2τで第2遅延信号としてそこ
から現れる。
し、スイッチ210、230の端子Aをその端子Bに接続する論理状態1に切換わる。
第2信号は第1段の端末Cから第2段の端末Bに向かい、そこからフィルタエレ
メント160に伝播し、時間t=3τで第3遅延信号としてそこからそのポートT2
に現れる。第3信号は反射増幅器120により増幅され、その後にフィルタエレメ
ント160に戻り、そこを通って伝播し、時間t=4τで第4遅延信号としてポー
トT1から現れる。
続し、スイッチ210、230の端子Aをその端子Bに接続する論理状態0に戻る。こ
れにより、第1段と第2段が相互に隔離され、同様に第3段と第4段も相互に隔離さ
れ、それにより、信号が第1段の端末Bに向かって戻るのを防止し、それにより
、1つの段とその前段との間での放射の反射が原因で起こる自然振動を阻止する
。第4信号は、第1および第2段の場合と同様な状態で、第3および第4段を通
って伝播し、結局は時間t=8τで第4段の端末Cに出力信号Soutとして出力さ
れる。
0、210、220、230を組込むことにより、回路100の内部での定在波の形成を妨げ
、それにより内部での自然振動を防止するという効果が得られる。これにより、
例えば、各段について+30dBに近い、より高度な信号増幅を実現することが可能
になる。もしスイッチが省略され、共通の入出力接続点を形成するために、フィ
ルタエレメントの端子T1が相互に接続されたとすると、段から段への間断のない
信号反射が原因となり、厳しい振動の問題が回路100に発生することになろう。
増幅を提供する。さらに、回路100を通って伝播するためには、信号は8τの期
間を必要とする。回路が無線受信機に組込まれている場合は、出力信号Soutは後
に復調され、それにより信号Soutの擬似連続的性質から生じる人為的高周波は濾
波により除去される。
とができる。すなわち、 (a)フィルタエレメント150〜180は、たしかに全てが相互に類似した伝播遅延
τを提供し、信号を伝送するために動作する時には組合せられるのではあるが、
相互に異なる濾波特性を有することができる; (b)4つの段、すなわち、第1〜第4段が回路には含まれているが、2つ以上
の段を使用することができる。 (c)反射増幅器110‐140は相互に異なるものとし、相互に異なる信号増幅を行
なうこ とができ、例えば、第1段は第4段よりも多くの利得を提供することが
できる。 (d)反射増幅器110、120、130、140は、そのバイアス電流が例えば自動利得制
御(AGC)信号により調節されるよう配設することができ、その結果、増幅器回
路100により行なわれる増幅を入力信号Sinの振幅に応じて動的に変更可能になる
。
幅が縮小するのが反射増幅器110‐140の特性である。例えば、回路100が50kHzの
狭帯域幅増幅を500MHzおよび100dBの利得で増幅を行なう場合は、適用される電
源電位が3ボルトであるとすると、回路の電流消費量を数10マイクロアンペアま
で減らすことができる。これは、対応する増幅機能を提供するために、例えば、
数mAの電流を消費することになる従来の技術の伝送増幅器回路の場合の電流消費
量よりもかなり少ない。
0‐140用の回路は400で表示されている。回路400は点線410の内側に含まれてお
り、420で表示されたシリコンまたはガリウム砒素(GaAs)トランジスタと、コ
ンデンサ430と、トランジスタ420用終端ネットワークを形成する抵抗器440と、
フィードバックコンデンサ450と、インダクタ460と、バイアスネットワークを形
成する抵抗器470と、電源480とからなる。回路400は、トランジスタ420のゲート
電極420gとコンデンサ450の第1端末とに接続された入出力ポートT3を含んでいる
。
射増幅器110‐140にも接続されている。電源500はトランジスタ420のドレーン電
極420dとコンデンサ430の第1端子にも接続されている。コンデンサ430の第2端子
は通信用アースに接続されている。コンデンサ450は、トランジスタ420の電源電
極420sに接続され、接地された抵抗器440に接続され、インダクタ460および抵抗
器470を通じて直列に電源480に接続された第2端子を提供し、電源は通信用アー
スに接続されている。
号を受信する。到来信号は到来信号に対応する信号電流を電源電極420gとドレー
ン電極420dとの間に流す。信号電流はトランジスタ420のゲート・ドレーンおよ
びゲート・電源キャパシタンスと、さらにはコンデンサ450とを通じて結合され
、それにより、到来信号の増幅バージョンである送出信号をゲート電極420gに発
生させる。到来信号はゲート電極420gにおいて反射され、そこで、ポートT3を通
じて伝播する送出信号と結合される。
ことから、回路400は反射負抵抗としての挙動を行なう。
を通るドレーン・電源電流が数10マイクロアンペア程度の場合、+30dBに近い高
出力利得を提供することが可能である。かかる高出力利得は、かかる低供給電流
で動作する伝送増幅器の場合には実現不可能である。
0を組込んだ増幅器回路100は、従来の技術と比べて、中間周波数での内部におけ
る信号増幅との関連で電話の電力消費量を一桁減らすことが可能である。例えば
再充電可能な電池から供給される電力による電話の動作期間が延長するという点
で、これは相当な利益となる。
された一連の縦続された反射増幅器を組込んでいる。増幅用通路に沿って順方向
の信号伝播を容易にし、自然振動を発生させることがある通路に沿って逆方向の
信号伝播を防止するために、反射増幅器は交換デバイスにより、例えば、スイッ
チ200、210、220、230とフィルタエレメント150、160、170、180とにより接続さ
れている。これにより、匹敵する利得を提供する従来の技術の伝送増幅器の場合
に必要とされるよりも少ない電力消費量で、増幅利得を高めることが可能になる
。
きることが評価されよう。従って、回路100内のスイッチに対して類似の特性を
示すのであれば、すなわち、スプリアス振動の発生を防止するために、代替のス
イッチングデバイスまたは等価のデバイスを反射増幅器とともに使用することが
できる。
電話のような無線受信機に組込むことができる。さらに、信号出力を回路100か
ら変換するために復調器を備えている場合は、回路はIF受信機として動作するこ
とが可能である。
Claims (10)
- 【請求項1】 入力信号(Sin)を受信し、対応する増幅出力信号(Sout)
を提供する増幅器回路(100)において、 (a) 信号通路に沿って直列に縦続されており、前記信号通路に沿って順方向
に伝播する前記入力信号(Sin)を増幅し、それにより前記出力信号(Sout)を
提供するために動作する複数の反射増幅器(110、120、130、140)と、 (b) 前記信号通路を形成するために前記反射増幅器(110、120、130、140)
を接続し、前記通路に沿って逆方向の信号伝播を防止し、前記回路の内部で自然
振動が発生するのを阻止する接続手段(150、160、170、180、200、210、220、2
30)と、各反射増幅器が前記通路に沿って前記順方向に伝播する信号を受信し、
前記信号通路に沿って前記順方向にさらに伝播するよう前記信号を増幅後に前記
通路に出力するために動作するために、前記接続手段が前記複数の反射増幅器(
110、120、130、140)を交互にスイッチングするスイッチング手段(200、210、
220、230)を備え、前記反射増幅器(110、120、130、140)が、反射増幅器(11
0、120、130、140)との間の信号伝播を遅延させる信号遅延手段を構成すること
を特徴とする前記回路(100)。 - 【請求項2】 遅延線が各反射増幅器(110、120、130、140)と前記スイッ
チング手段(200、210、220、230)との間に挿入されるよう、前記遅延手段が複
数の遅延線から構成されることを特徴とする請求項1記載の回路。 - 【請求項3】 前記遅延線が期間τの間信号を提供するために動作すること
と、前記スイッチング手段(200、210、220、230)が期間τの倍数である関連期
間を有する速度で交互にスイッチングを行なうよう配設されることを特徴とする
請求項2記載の回路。 - 【請求項4】 前記遅延線がSAW、BAWまたはセラミックデバイスから
なることを特徴とする請求項2または3記載の回路。 - 【請求項5】 前記遅延線が帯域通過伝送を提供するために動作することを
特徴とする請求項2、3または4記載の回路。 - 【請求項6】 前記スイッチング手段が前記信号通路を形成するために直列
に縦続されている一連のスイッチ(200、210、220、230)からなり、隣接するス
イッチが相互に反対の接続状態になり、前記遅延手段と共働して前記信号通路に
沿って逆方向の信号伝播を防止するよう動作するよう、前記スイッチが動作する
ことを特徴とする請求項1、2、3、4または5記載の回路。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか一項記載の増幅器回路を組込んだ中
間周波数ストリップ。 - 【請求項8】 請求項1〜6のいずれか一項記載の増幅器回路を組込んだ中
間周波数受信機。 - 【請求項9】 請求項1〜6のいずれか一項記載の増幅器回路を組込んだ携
帯電話。 - 【請求項10】 入力信号(Sin)を受信し、対応する増幅出力信号(Sout
)を提供する方法において、 (a) 信号通路に沿って直列に縦続されている複数の反射増幅器(110、120、
130、140)と、前記反射増幅器(110、120、130、140)を前記信号通路に接続す
る接続手段(150、160、170、180、200、210、220、230)とを提供する段階と、
前記接手段が前記通路に沿って順方向に信号伝播を促進し、前記通路に沿って逆
方向に信号伝播を防止するために動作し、各反射増幅器が前記通路に沿って前記
順方向に伝播する信号を受信し、前記信号通路に沿って前記順方向にさらに伝播
するよう前記信号を増幅後に前記通路に出力するために、前記接続手段が前記複
数の反射増幅器(110、120、130、140)を交互にスイッチングするスイッチング
手段(200、210、220、230)を組込み、前記反射増幅器(110、120、130、140)
が、反射増幅器(110、120、130、140)との間の信号伝播を遅延させる信号遅延
手段を備え、 (b) 入力信号(Sin)を信号通路において受信する段階と、 (c) 増幅信号を提供するために前記入力信号を前記接続手段を通じて増幅の
ために前記反射増幅器の1つに誘導する段階と、 (d) さらなる増幅のために前記増幅信号を順方向に前記反射増幅器のもう1
つに誘導する段階と、 (e) 前記増幅信号が信号通路の出力(Sout)に達するまで段階(d)を繰返
す段階と、 (f) 前記増幅信号を前記信号通路からの前記出力信号として出力する段階と
を含むことを特徴とする前記方法。
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