JP2003500968A - 増幅回路 - Google Patents
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Abstract
Description
間周波数での帯域増幅を行うための増幅回路に関する。
力するために幅広く使用されている。このことは、特に無線受信機において重要
であり、該無線受信機において受信電波が対応の、数マイクロボルトの振幅を一
般に有するアンテナ受信信号を生じる。無線受信機は、例えば拡声器を駆動する
ために、そのような受信信号を増幅して数ミリボルト程度の振幅にする。無線周
波数で増幅するように設計された増幅器の自然発生的な振動を防ぐことが困難で
あることから、特に増幅器がカスケード式利得供給ステージを含むものであるな
らば、よりいっそう大きな増幅を与え、かつよりいっそう選択的な帯域幅信号濾
過を与えることがいっそう容易になるように、受信信号をよりいっそう低い中間
周波数にヘテロダインすることが一般的に行われる。
オ周波数との中間に横たわる周波数で必要とされる信号増幅の大部分を与えるこ
とが一般的である。例えば、無線受信機は周波数500MHzの電波を受信し、
同じく500MHzの対応アンテナ受信信号を出力する。受信機は受信信号をヘ
テロダインして周波数範囲が10.7MHz付近である中間周波数信号を発生す
る。続いて、その信号が増幅及び濾過され、最終的に単純な中間周波数信号に復
調され、周波数範囲が100Hzから5kHzである信号コンポーネントを有す
る対応の音声出力信号を生成する。
は超音波周波数(UHF)が使用される傾向にある。すなわち、500MHz付
近、マイクロ波周波数での送電では1GHz乃至30GHzもまた現在用いられ
ている。このことに関連したことが数十Mz以上で中間周波数を用いる現代の無
線受信機設計における傾向であり、このことはヘテロダイン・プロセスを用いる
ことに関連した適切なゴースト画像除去を得るために行われる。
幅回路で行われる。そのような回路は、伝送増幅器及び関連表面音波(SAW)
又はセラミック・フィルタを有し、狭帯域信号増幅特性を与えるもので、回路及
びそれに関連したフィルタは従来から「中間周波数ストリップ」と総称されてい
る。そのような伝送増幅器は動作中に電力を著しく消費するもので、例えば移動
電話で使用される中間周波数増幅回路は動作中に電流が一般に数百マイクロアン
ペア乃至数ミリアンペア消費する。
する電荷蓄積性能を高めることができる新しいタイプの電池、例えば再充電可能
な金属水素化物及びリチウム電池が研究及び開発されてきた。
間周波数増幅回路の電流消費の減少が電池の動作時間を延ばすために必要である
と考えた。したがって、取って代わるべき新たなタイプの増幅回路、例えば動作
に必要とする電力がよりいっそう少ない無線受信機における中間周波数での使用
に特に適した回路の提供に努めるなかで本発明がなされた。
おいて反射増幅器及び該増幅器間に挿入されたフィルタを連続してカスケード接
続して、前段階で生じたよりいっそう高い高調波コンポーネントの連続したステ
ージへの伝播を防ぐことが知られている。フィルタは、自然発生的な発振が生じ
るのを防ぐために、カスケード接続された一連の増幅器に沿った逆方向への信号
伝播を抑制することができない。
路であって、 (a)信号パスに沿って連続してカスケード接続され、かつ出力信号を順方向
に沿って生ずるために該順方向に伝播する前記入力信号を増幅する複数の反射増
幅器と、 (b)前記信号パスを形成し、かつ逆方向に沿った信号伝播を妨げるために前
記反射増幅器を接続し、それによって前記回路内で自然発生的な発振が生ずるの
を妨げる接続手段とを備え、 前記接続手段は前記信号パスに沿って隣接する反射増幅器の間に挿入されたフ
ィルタと、関連した側波帯信号コンポーネントに前記入力信号を変調するととも
に前記パスに沿って側波帯へ、及び該側波帯から変換するための変調手段を有し
、前記フィルタ及び前記変調手段は前記パスに沿った順方向への信号伝播の促進
及び逆方向に沿った信号伝播の防止することを特徴とする増幅回路が提供される
。
隣接する増幅器から切り離され、それによってパスに沿った信号の逆方向への伝
播が防止され、変調手段の組み込みによって搬送信号と側波帯信号との間で変換
される各増幅器を伝搬する入力信号を可能とし、それによってパスに沿って順方
向にフィルタを入力信号が伝搬するのを可能とする利点が得られる。
中の電力消費を少なくすることが可能であるという利点が得られる。
器を一緒に接続してそこから安定な増幅を得ることが実行可能であるとは思わな
いであろう。上記回路は、該回路での意図的な信号増幅を促進するとともに自然
発生的な発振を増大させる信号増幅を防止する接続手段を取り込むことによって
、そのような問題に取り組むものである。
信号パスの周囲又は中に生ずるフィードバックの結果として増幅が起こる。
フィルタはパスに沿って側波帯伝送可能フィルタと側波帯拒絶可能フィルタとの
間を交番する。また、変調手段は、入力信号が側波帯拒絶可能フィルタのみを実
質的に介して伝送可能な対応の搬送信号と側波帯伝送可能フィルタのみを実質的
に介して伝送可能な対応の側波帯信号との間を交互に信号パスに沿って伝搬する
ように、入力信号を変換するために配置されており、それによって経路に沿った
順方向への入力信号伝播を促進し、また経路に沿った逆方向への信号伝播を防止
する。
生ずる増幅方法であって、 (a)信号パスに沿って連続してカスケード接続された複数の反射増幅器、該
反射増幅器を前記信号パスに接続し、前記パスに沿った順方向への信号伝播を促
進するとともに前記パスに沿った逆方向の信号電波を防ぐためのもので、かつ前
記信号パスに沿って隣接反射増幅器間に挿入されるフィルタを取り込む接続手段
、及び関連した側波帯信号コンポーネントに前記入力信号を変調し、前記パスに
沿って前記側波帯コンポーネントへの、及び前記側波帯コンポーネントからの変
換を行う変調手段を提供し、前記フィルタ及び前記変調手段が前記パスに沿った
前記順方向への信号伝播を促進し、前記パスに沿った前記逆方向への信号伝播を
防ぐステップと、 (b)前記信号パスで前記入力信号を受信するステップと、 (c)前記接続手段を介して前記入力信号を前記反射増幅器の一つに向け、該
反射増幅での増幅によって増幅信号を提供するステップと、 (d)前記増幅信号を前記反射増幅器の別のものへ向け、該反射増幅器でさら
に増幅を行うステップと、 (e)前記増幅信号が前記信号パスの出力に達するまでステップ(f)を繰り
返すステップと、 (f)前記増幅信号を前記信号パスからの前記出力信号として出力するステッ
プと、 を有することを特徴とする方法を提供する。
増幅器から増幅器へ向けられ、それによっていっさいの増幅器が信号を再び増幅
することを防ぎ、よって自然発生的な発振が生ずる任意のフィードバック・ルー
プの確立を防ぐという利点が得られる。
る。
回路は600によって示される。それは、3つの帯域フィルタ610,620.
630、2つの二相スイッチ650,660、切換発振器670、及び2つの反
射増幅器700,710を有する。
AW)、又はセラミック・フィルタ・コンポーネントを用いる。各々のフィルタ
610,630はその端末H1,H2間を伝送する信号電波の帯域伝送特性を提
供する。この特性は、それぞれがf0+f1及びf0−f1の上下−3dBカット・
オフ周波数を有する周波数f0が中心となる単一伝送ピークを有する。回路60
0では、f0は100MHz、f1は50kHzである。
ーネントを用いる。それによって、その端末H3,H4間を電波する信号の二重
ピーク伝送特性が与えられる。二重ピーク特性は、2つの伝送ピークを有するも
ので、第1のピークは周波数f0+f2に中心が置かれ、第2のピークは周波数f 0 −f2に中心が置かれる。第1のピークはそれぞれがf0+f2+f1及びf0+f 2 −f1の上下−3dBカット・オフ周波数を有する。同様に、第2のピークはそ
れぞれがf0−f2+f1及びf0−f2−f1の上下−3dBカット・オフ周波数を
有する。図2は、フィルタ610,620,630の信号伝送特性を例証する8
00によって示されたグラフを提供する。グラフ800は、周波数を表す第1の
軸810とフィルタ610,620,630を介した相対信号伝送を示す第2の
軸820を有する。
ている。同様に、フィルタ620の第1及び第2の伝送ピークはそれぞれ860
,870によって示されている。さらに、フィルタ610,630もまた周波数
f0−f2及びf0+f2、すなわちピーク860,870の周波数範囲付近の周波
数の電波を、特に端末H2に印加された信号に対して、強く吸収する。さらに、
フィルタ620も、ピーク850の周波数範囲付近の電波、特にその端末H4に
印加された信号に対して、強く吸収される。
2で論理ステート0と論理ステート1との間を周期的に切り換えるその出力で生
成することが可能である。発振器670からの出力は二相スイッチ650,66
0の入力制御端末Kに接続される。
したように信号端末J1,J2、及び入力端末Kを取り込む。スイッチ650は
、バリキャップ・ダイオードとしても知られているバラクタ及びインダクタを取
り込むもので、スイッチ650の端末Kに印加された制御信号は、バラクタに印
加された電圧を制御することができ、それによってその端末J1,J2間のスイ
ッチ650を介してその変化及び効果を電波する信号に与えられたフェーズ・シ
フトに変える。切換発振器670からの制御信号が論理ステート0にある時は、
スイッチ650,660は0°フェーズ・シフトを与える動作を行う。逆に、制
御信号が論理ステート1にある時は、スイッチ650,660は90°フェーズ
・シフトを与える動作を行う。したがって、動作中では、端末J1,J2を介し
てスイッチ650,660を伝播し、かつ実質的に該スイッチ650,660か
ら戻り、関連の反射増幅器700,710によって増幅した信号は、周期的に0
°と180°との間でフェーズが切り換わる。
670は周波数f2で発振し、この周波数でその出力から制御信号を生成する。
周波数f2はf1を2倍にしたものと等しいか、もしくはそれを上回る。制御信号
は二相スイッチ650,660を切り換えて周波数f2で通過する変調信号をフ
ェーズする。
含む中間周波数信号として信号Sinを生成するために受信信号をヘテロダインす
る先行段階(不図示)で生ずる。信号Sinは、その信号コンポーネントがフィル
タ610のピーク850の周波数範囲にあることから、端末H1から端末H2に
フィルタ610を介して伝送される。信号Sinが端末H2から伝搬する時、信号
コンポーネントの周波数では伝送されないことから、フィルタ620を通過する
ことは不可能である。したがって、信号Sinは端末H2からスイッチ650の端
末J1に伝播し、第1の変調信号Sm1として端末J2で生ずるためにフェーズ変
調される。変調信号Sm1は、第2の増幅変調信号Sm2を与えるために信号Sm1を
反射的に増幅する増幅器700のポートT3に電波する。信号Sm2は、端末J1
での出力である第3の変調信号Sm3を与えるためにさらにフェーズ変調されたス
イッチ650を介して戻る増幅器700のポートT3から伝播する。
号コンポーネントを含む2つの側波帯を有する。信号Sm3における側波帯がフィ
ルタ610を介して戻ることを防ぐもので、なぜならそれらの側波帯の周波数で
伝送不可能であるためである。したがって、信号Sm3は、側波帯がフィルタ62
0のピーク860,870の周波数範囲にあることから、フィルタ620の端末
H3から端末H4に伝播する。
播する。フィルタ630は信号Sm3を送信することができない。なぜなら、信号
の側波帯の周波数範囲では送信可能ではないためである。したがって、信号Sm3 はその端末J1から端末J2へスイッチ660を介して伝播し、そこから第4の
信号Sm4として出現する。スイッチ660は周波数f2でフェーズ変調を与える
ことから、ピーク850の周波数範囲で信号Sm4の信号コンポーネントを生成す
るために、信号Sm3の側波帯がヘテロダインされる。信号Sm4は、スイッチ66
0の端末J2から増幅器710のポートT3に伝播し、そこで反射的に増幅され
て増幅信号Sm5を与える。信号Sm5は、増幅器710のポートT3から伝播して
スイッチ660を介して戻り、そこでさらにフェーズ変調されてスイッチ660
の端末J1で第6の信号Sm6として出現する。信号Sm6は、信号Sm5から、増幅
後のピーク850の周波数範囲で信号コンポーネントを含む。
む信号を、特にH4端末で、伝送することができないことから、信号Sm6は、フ
ィルタ620から戻ることが妨げられている。したがって、信号Sm6は端末H1
から端末H2にフィルタ630を介して伝播する。信号Soutは、回路600に
よって増幅された信号Sinに存在する信号コンポーネントを取り込む。
囲から側波帯、すなわちピーク860,870の周波数範囲で増幅される信号S in をステージからステージで交互に変換する。したがって、フィルタ610,6
20,630と組合わさったスイッチ650,660は出力Soutから入力Si
nのパスに沿った逆方向に戻る信号伝播の防止に効果を示す。これは増幅器70
0,710を分離するもので、それによって自然発生的な発振を生ずることなく
回路600で達成されるよりいっそう大きな信号増幅が可能となる。したがって
、回路600は反射増幅器を用いることで数十マイクロペア程度の低電流消費に
対して50dBに達する高い信号増幅を提供することが可能である。
0,620,630無しでただカスケード接続されているだけならば、意図的な
入力信号増幅を妨げる重大な自然発生的発振の問題に遭遇するであろう。
反射増幅器を取り込み、信号パスに沿った第1の方向にフィルタ610のような
フィルタによって、また信号パスに沿った第2の方向にフィルタ620のような
フィルタによって、隣接ステージと離間されている。これらの方向は互いに反対
向きとなっている。このことによって、図1に示したものよりも多くの増幅器ス
テージが取り入れられていることからよりいっそう高い利得が達成可能となる。
・フィルタ、又は同調インダクタンス/キャパシタンス・フィルタとすることが
できる。高周波数動作のためには、バルク音波フィルタも用いることができる。
御器は、増幅器700,710内でトランジスタ電流を制御するために配置され
ており、それによってそれらの利得のダイナミック制御を可能とするもので、例
えば自動利得制御(AGC)がSinに印加された信号の比較的大きなダイナミッ
ク・レンジに対して適切に対処するように要求される。
数の反射増幅器からなる一連のカスケード接続を組み込んでいる。反射増幅器は
、切り換えデバイス、例えばスイッチ650,660、及びフィルタ610,6
20,630によって接続され、増幅のためにパスに沿った順方向への信号伝播
を促進し、一方で自然発生的発振を生ずるパスに沿った逆方向への信号伝播を防
ぐ。このことによって、よりいっそう低い電流消費でよりいっそう高い利得が達
成可能となり、該電流消費は同等の利得を得る従来技術の伝送増幅器で要求され
るものよりも低い。
は破線1410内に含まれており、1420で示されるシリコン又はガリウム砒
素(GaAs)トランジスタ、該トランジスタ1420の端末ネットワークを形
成するコンデンサ1430、及びレジスタ1440、バイアス・ネットワークを
形成するフィードバック・コンデンサ1450、インダクタ1460、及びレジ
スタ1470、さらに電流源1480から構成される。回路1400は、トラン
ジスタのゲート電極1420g及びコンデンサ1450の第1の端末に接続した
入力/出力ポートT3を有する。
る。電源1500は、トランジスタ1420のドレイン電極1420dに接続し
、またコンデンサ1430の第1の端末にも接続している。コンデンサ1430
の第2の端末は信号アース端子に接続し、さらに連続したインダクタ1460及
び抵抗1470を介して信号アース端子に接続された電流源1480に接続して
いる。コンデンサ1450は、トランジスタ1420のソース電極1420s、
アースされた抵抗1440、連続したイデューサ1460及び抵抗1470を介
して、信号アース端子に接続した電流源1480に接続している。
加される入力信号を受信する。入力信号は、ソース電極1420gとドレイン電
極1420dとの間を流れる該入力信号に対応した信号電流を生じさせる。信号
電流は、トランジスタ1420のゲート−ドレイン及びゲート−ソース・キャパ
シタンスを介して、またコンデンサ1450を介して、結合されており、それに
よって入力信号の増幅バージョンである出力信号をゲート電極1420gで生成
する。入力信号は、ポートT3を通過して伝搬する出力信号と相まってゲート電
極1420gで反射される。
返送する回路1400であることから、それは反射負抵抗として作用する。
十マイクロアンペア程度のトランジスタ1420を介したドレイン/ソース電流
に対して+30dBに他する高電力利得を与えることができる。そのような高電
力利得は、そのような低い供給電力で動作する伝送増幅器では達成不可能である
。
00を組み込んだ増幅回路600は、従来技術と比較して中間周波数での増幅信
号に関連した電話電流消費を大幅に減少させることが可能である。このことから
、例えは再充電可能な電池から供給される電力でよりいっそう長く電話を動作さ
せることができるという顕著な利益が得られる。
ることが可能であることを容易に理解することができるだろう。したがって、提
供された反射増幅器とともに別の切り換えデバイス、又は等価なデバイスを用い
、それらが回路600のスイッチ及びフィルタと同様の特性、すなわち偽りの自
然発生的な発振の防止を示すことが可能である。
で中間周波数ストリップとして機能する。さらに、回路600からの信号出力を
変換するために復調器を設けた場合、回路はIF受信器として作動可能である。
ある。
Claims (10)
- 【請求項1】 入力信号(Sm1)を受信し、かつ対応の増幅出力信号(Sou t )を生ずる増幅回路(600)あって、 (a)信号パスに沿って連続してカスケード接続され、かつ順方向に伝播する
前記入力信号(Sm1)を増幅して出力信号(Sout)を生ずる複数の反射増幅器
(710,710)と、 (b)前記信号パスを形成し、かつ逆方向に沿った信号伝播を妨げるために前
記反射増幅器(700,710)を接続し、それによって前記回路(600)内
で自然発生的な発振が生ずるのを妨げる接続手段(610,620,630,6
50,660)とを備え、 前記接続手段は前記信号パスに沿って隣接する反射増幅器(700,710)
の間に挿入されたフィルタ(610,620,630)と、関連した側波帯信号
コンポーネント(860,870)に対して前記入力信号を変調するとともに前
記パスに沿って側波帯信号コンポーネント(860,870)へ、及び該側波帯
信号コンポーネント(860,870)から変換するための変調手段(650,
660)を有し、前記フィルタ(610,620,630)及び前記変調手段(
650,660)は前記パスに沿った順方向への信号伝播の促進及び逆方向に沿
った信号伝播の防止することを特徴とする増幅回路。 - 【請求項2】 前記フィルタ(610,620,630)は前記信号パスに
沿って連続して配置されており、前記フィルタは前記パスに沿って側波帯伝送フ
ィルタ(620)と側波帯拒絶可能フィルタ(610,630)との間を交番し
、また変調手段(650,660)は、入力信号(Sin)が側波帯拒絶可能フィ
ルタ(610,630)のみを実質的に介して伝送可能な対応の搬送信号と側波
帯伝送可能フィルタ(620)のみを実質的に介して伝送可能な対応の側波帯信
号との間を交互に前記信号パスに沿って伝搬するように、入力信号を変換するた
めに配置されており、それによって経路に沿った順方向への入力信号伝播を促進
し、また経路に沿った逆方向への信号伝播を防止することを特徴とする請求項1
に記載の回路。 - 【請求項3】 前記変調手段は、複数の相スイッチ(650,660)を有
し、各相スイッチは関連した各々の反射増幅器(700,710)を有すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回路。 - 【請求項4】 前記相スイッチ(650,660)はフィルタと該フィルタ
に関連した増幅器(700,710)との間に介在することを特徴とする請求項
3に記載の回路。 - 【請求項5】 前記変調手段(650,660)は、前記側波帯伝送フィル
タの側波帯伝送特性の伝送ピークの周波数分離の半分である関連した周波数を持
つ割合で動作可能であることを特徴とする請求項1、2,3、又は4に記載の回
路。 - 【請求項6】 前記相スイッチ(650,660)は各々がインダクタ及び
変調バラクタから構成される同調回路を組み込むことを特徴とする請求項4又は
請求項5に記載の回路。 - 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかにもとづく増幅回路を組み込んだ
ことを特徴とする中間周波数ストライプ。 - 【請求項8】 請求項1乃至6のいずれかにもとづく増幅回路を組み込んだ
ことを特徴とする中間周波数受信器。 - 【請求項9】 請求項1乃至6のいずれかにもとづく増幅回路を組み込んだ
ことを特徴とする移動電話。 - 【請求項10】 入力信号を受信し、かつ対応の増幅出力信号を生ずる増幅
方法であって、 (a)信号パスに沿って連続してカスケード接続された複数の反射増幅器(7
00,710)、該反射増幅器(700,710)を前記信号パスに接続し、前
記パスに沿った順方向への信号伝播を促進するとともに前記パスに沿った逆方向
の信号電波を防ぐためのもので、かつ前記信号パスに沿って隣接反射増幅器間に
挿入されるフィルタ(610,620,630)を取り込む接続手段(610,
620,630,650,660)、及び関連した側波帯信号コンポーネントに
前記入力信号(Sin)を変調し、前記パスに沿って前記側波帯コンポーネントへ
の変換、かつ前記側波帯コンポーネントからの変換を行う変調手段(650,6
60)を提供し、前記フィルタ(610,620,630)及び前記変調手段(
650,660)が前記パスに沿った前記順方向への信号伝播を促進し、前記パ
スに沿った前記逆方向への信号伝播を防ぐステップと、 (b)前記信号パスで前記入力信号(Sin)を受信するステップと、 (c)前記接続手段(610)を介して前記入力信号を前記反射増幅器の一つ
(700)に向け、該反射増幅での増幅によって増幅信号を提供するステップと
、 (d)前記増幅信号を前記反射増幅器の別のもの(710)へ向け、該反射増
幅器でさらに増幅を行うステップと、 (e)前記増幅信号が前記信号パスの出力に達するまでステップ(f)を繰り
返すステップと、 (f)前記増幅信号を前記信号パスからの前記出力信号(Sout)として出力
するステップと、 を有することを特徴とする方法。
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