JP2004201044A - 携帯通信端末装置及び利得可変回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】PGA部31からの出力信号をそのまま出力するサンプルモードと、コンデンサに蓄積された所定電圧の電荷を出力するホールドモードを有するサンプルホールド回路23を設ける。そして、通常時には、上記サンプルホールド回路23をサンプルモードに制御してPGA部31からの出力信号をそのまま出力し、利得切り替えのタイミングで、該ンプルホールド回路23をホールドモードに制御し、上記PGA部31からの出力信号の代わりに、コンデンサに蓄積された所定電圧の電荷を所定時間(略DC電圧変動の収束時間)出力する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばW−CDMA方式に対応する携帯電話機,PHS電話機(Personal Handyphone System)、或いは無線通信機能を備えたPDA(Personal Digital(Data) Assistants)等に設けて好適な携帯通信端末装置及び利得可変回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
今日における携帯電話機におけるアンテナの受信電力レベルのレベル分布は、80db〜100db等の広範囲に及ぶ。このため、携帯電話機の受信器は、このような広範囲に及ぶ受信信号を、自動利得制御回路(AGC回路)により、適切なレベルに調整してベースバンドのA/Dコンバータに伝達するようになっている。
【0003】
このAGC回路としては、制御信号として供給する電圧を可変して利得を制御するアナログコントロール型の回路(VGA回路:ボルテージコントロールド・ゲイン・アンプ)が一般的であったが、近年では、制御信号としてデジタルデータを供給し、離散的に利得を制御するデジタルコントロール型の回路(PGA回路:プログラマブル・ゲイン・アンプ)も広く使われている。
【0004】
図7に、このPGA回路の一例を示す。このPGA回路は、利得制御回路100が、3線信号(データ信号,クロック信号,ラッチ信号)に基づいて、PGA部101の各段に利得制御情報を供給することで、PGA部101の利得を例えば1db毎に可変したり、最低利得から最大利得まで一気に利得を可変することも可能となっている。
【0005】
ここで、このようなPGA回路において、PGA部101を大きな利得に制御すると、該PGA部101の各段の自己DCオフセット電圧も増幅されることから、出力DCレベルが基準電圧レベル(VDDレベル)或いはグランドレベル(GNDレベル)に達し、当該PGA回路が飽和状態となる。この飽和状態の間は、PGA回路の正常動作は期待することはできない。
【0006】
このため、このPGA回路には、図7に示すようにDCフィードバック回路102が設けられている。このDCフィードバック回路102は、出力信号の直流成分(DC成分)を検出し、これを逆相に変換して加算器103において入力信号に加算処理する(ネガティブ・フィードバック)。これにより、上記自己DCオフセット電圧の変動分を相殺することができ、当該PGA回路における直流値を安定化して、当該PGA回路が上記飽和状態となる不都合を防止することができる。
【0007】
このようなPGA回路を携帯電話機のベースバンド増幅器として用いる場合、DCフィードバック回路102として用いるローパスフィルタのカットオフ周波数を、極めて低い値に設定する必要がある。これは、上記カットオフ周波数を極めて低い値に設定しない場合には、入力信号から出力信号の伝達特性における低周波部分の欠落が、ベースバンド増幅器として容認できないレベルになるからである。
【0008】
しかし、このDCフィードバック回路102のカットオフ周波数のレベルと、該DCフィードバック回路102の時定数との関係はトレードオフの関係にあり、上記カットオフ周波数を低く設定すればする程、上記時定数が大きくなり、直流電圧変動(DC電圧変動)が収束するまでの時間(DC電圧収束時間)が長くなる問題がある。
【0009】
すなわち、利得の切り替えを行うと、このタイミングで図8に示すようにDC電圧が大きく変動するのであるが、上記カットオフ周波数が低く設定されている場合には、このDC電圧変動が元のDC電圧に収束するまでに長い時間を要する。
【0010】
このDC電圧収束時間を短くするには、図9に示すように利得を切り替えたタイミングでDCフィードバック回路102に帯域切り替え信号を供給し、それまで低い値に設定されていたカットオフ周波数を、一時的に高い値のカットオフ周波数に切り替え制御する。これにより、DCフィードバック回路102の時定数を一時的に小さくすることができるため、図10に示すようにDC電圧収束時間を短くすることができる。
【0011】
なお、PGA回路の先行技術としては、特開2001−36358号に開示されている可変利得増幅システムが知られている。
【0012】
【特許文献】
特開2001−36358号
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
このように、DCフィードバック回路102のカットオフ周波数の切り替えを行うことで上記DC電圧収束時間を短くすることができるのであるが、該カットオフ周波数の切り替えを行っただけでは、利得切り替え直後に発生する大きなDC電圧の変動を抑制することができない問題がある。このDC電圧の変動は、当該PGA回路の後段の回路の安定動作を阻害するおそれがある。
【0014】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、PGA回路の利得を切り替えたタイミングで発生する大きなDC電圧変動を抑制して、当該PGA回路の後段の回路を安定して動作させることができるような携帯通信端末装置及び利得可変回路の提供を目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、利得可変増幅手段の利得が切り替え制御されるまでの間は、該利得可変増幅手段により増幅された受信信号をそのまま出力し、利得可変増幅手段の利得が切り替え制御されたタイミングで、上記利得可変増幅手段により増幅された受信信号の代わりに、所定電圧の信号を所定時間出力する。
【0016】
すなわち、利得の切り替え直後には、大きな直流電圧変動が発生するため、この直流電圧変動が収束する間、上記利得可変増幅手段により増幅された受信信号の代わりに、所定電圧の信号を出力することで直流変動を抑制する。
【0017】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
本発明は、W−CDMA(DS−CDMA)方式に対応する携帯電話機に適用することができる。
【0018】
[携帯電話機の信号処理の概要]
図1は、この本発明の第1の実施の形態となる携帯電話機の受信系のブロック図である。この図1において、アンテナにより受信された受信信号は、入力端子1を介して低雑音増幅器2で増幅され、ダウンコンバータ3により中間周波数(IF周波数)に変換された後、プログラマブル・ゲイン・アンプ4(PGA回路)により線形増幅される。
【0019】
この線形増幅された受信信号は、直交検波回路5で直交検波処理され、同相成分と直交成分に分離され、A/D変換器6でそれぞれデジタル化される。このデジタル化された上記同相成分と直交成分は、ルートナイキストフィルタ7で所定の帯域制限処理が施され、パスサーチャ8で検出された受信電力に基づいて、逆拡散部9において逆拡散処理が施され、伝搬遅延時間の異なる複数のマルチパス成分に時間分離される。
【0020】
この時間分離されたパスは、Rake合成部10でコヒーレントRake合成処理される。このRake合成処理後のデータ系列は、デインターリーブ回路11によりデインターリーブ処理され、チャンネル復号部12によりチャンネル復号処理(誤り訂正復号処理)されることで再生データ系列とされる。そして、出力端子13を介して上位レイヤに転送される。
【0021】
本発明は、このような実施の形態の携帯電話機、及びPGA回路4に対して適用されている。
【0022】
[PGA回路の構成]
次に、図2にPGA回路4のブロック図を示す。このPGA回路4は、上記ダウンコンバータ3により中間周波数に変換された受信信号を、可変制御された利得で増幅して出力する利得可変増幅部21と、3線信号(データ信号,クロック信号,ラッチ信号)に基づいて、利得可変増幅部21の利得を可変制御すると共に、利得切り替えのタイミングでモード切り替え信号を出力する利得制御回路22とを有している。
【0023】
また、このPGA回路4は、利得制御回路22からのモード切り替え信号に応じて、利得可変増幅部21からの出力信号をそのまま出力し(サンプルモード)、或いは利得可変増幅部21からの出力信号の代わりに、所定電圧の出力信号を出力する(ホールドモード)サンプルホールド回路23を有している。
【0024】
利得可変増幅部21は、上記利得制御回路22により利得が制御される複数段のプログラマブル・ゲイン・アンプ部(PGA部)31と、該PGA部31からの出力信号の直流成分(DC成分)を検出し、これを逆相に変換して出力するDCフィードバック回路32とを有している。
【0025】
また、この利得可変増幅部21は、上記DCフィードバック回路32により逆相に変換されたPGA部31からの出力信号の直流成分と、上記ダウンコンバータ2により中間周波数に変換された受信信号とを加算処理することで、DC成分の変動を相殺した受信信号を形成し、これをPGA部31に供給する加算器33を有している。
【0026】
サンプルホールド回路23は、図3に示すように利得可変増幅部21からの出力信号が供給される入力端子41と、上記直交検波回路5の入力端子に接続された当該サンプルホールド回路23の出力端子42との間に、切り替えスイッチ43及びハイ入力インピーダンスバッファ44を直列接続すると共に、切り替えスイッチ43とハイ入力インピーダンスバッファ44との接続間と接地との間に所定容量のコンデンサ45を接続することで構成されている。
【0027】
このサンプルホールド回路23は、切り替えスイッチ43にハイレベル(H)のモード切り替え信号が供給されると、該切り替えスイッチ43が所定時間オフとなり、コンデンサ45に蓄積された電荷を、利得可変増幅部21からの出力信号の代わりに出力する(ホールドモード)。
【0028】
また、このサンプルホールド回路23は、切り替えスイッチ43にローレベル(L)のモード切り替え信号が供給されると、該切り替えスイッチ43がオンとなり、利得可変増幅部21からの出力信号をそのまま出力する(サンプルモード)。
【0029】
[PGA回路の動作]
以下、このようなPGA回路4の動作を詳細に説明する。図2において、利得制御回路22に供給される3線信号は、データ信号,クロック信号及びラッチ信号のシリアルデータであり、データ信号はクロック信号のタイミングで、当該利得制御回路22内に設けられているシフトレジスタに順次供給される。
【0030】
利得の切り替えは、ラッチ信号のタイミングで行われる。具体的には、このラッチ信号のタイミングで、上記シフトレジスタのデータ信号が利得制御信号としてパラレル的にPGA部31の格段に供給されることで、PGA部31の利得が制御される。
【0031】
サンプルホールド回路23を制御するためのモード切り替え信号は、ワンショット信号となっており、図4に示すように利得切り替えのタイミングであるラッチ信号のタイミングでハイレベルとなり、一定時間経過後にローレベルに戻るようになっている。
【0032】
すなわち、図5(b)に示す時刻t1に、利得切り替えが行われたとした場合、この利得切り替えが行われる時刻t1以前は、ローレベルのモード切り替え信号が、図3に示すサンプルホールド回路23の切り替えスイッチ43に供給されている。
【0033】
このローレベルのモード切り替え信号が供給されている間は、サンプルホールド回路23は「サンプルモード」となり、切り替えスイッチ43がオン動作する。これにより、PGA部31からの出力信号が、そのままハイ入力インピーダンスバッファ44及び出力端子42を介して図1に示す直交検波回路5に供給される。
【0034】
次に、図5(b)に示す時刻t1に、利得切り替えが行われたとした場合、この利得切り替えのタイミングであるラッチ信号のタイミングで、ハイレベルのモード切り替え信号が図3に示すサンプルホールド回路23の切り替えスイッチ43に供給される。
【0035】
このハイレベルのモード切り替え信号が供給されると、サンプルホールド回路23は「ホールドモード」となり、切り替えスイッチ43がオフ動作する。これにより、コンデンサ45に蓄積されている電荷が、上記PGA部31からの出力信号の代わりにハイ入力インピーダンスバッファ44及び出力端子42を介して図1に示す直交検波回路5に供給される。
【0036】
すなわち、利得の切り替え制御を行うと、PGA部31から出力される出力信号のDC電圧のレベルは、図5(a)に点線の波形で示すように、この利得切り替え直後は跳ね上がり、時間と共に次第に収束する。利得制御回路22は、ハイレベルのモード切り替え信号の出力時間をカウントしており、このハイレベルのモード切り替え信号の出力を開始してから所定時間経過後に、図5(b)の時刻t2以降に示すようにモード切り替え信号をローレベルに制御する。このハイレベルのモード切り替え信号を出力する時間(上記時刻t1〜時刻t2)は、利得切り替え直後に跳ね上がったDC電圧レベルが元のDC電圧レベルに収束するまでに要する時間が設定されている。
【0037】
また、上記コンデンサ45からの電荷のDC電圧は、上記「サンプルモード」時におけるPGA部31からの出力信号と略々同じDC電圧となっている。このため、利得切り替えのタイミングで、上記コンデンサ45に蓄積されている電荷を、上記PGA部31からの出力信号の代わりに出力することにより、図5(a)の時刻t1〜時刻t2に示すように、利得切り替え直後に跳ね上がったDC電圧レベルが元のDC電圧レベルに収束するまでの間、上記PGA部31からの出力信号と略々同じDC電圧のコンデンサ45からの電荷を、PGA部31からの出力信号として出力することができる。
【0038】
従って、利得切り替え前後のDC電圧変動を、図5(a)の実線の波形で示すように略々フラットに抑制することができ、当該PGA回路4の後段に位置する直交検波回路5やA/D変換器6に対して、PGA回路4から安定したDC電圧の出力信号を供給することができ、該PGA回路4の後段に位置する回路を安定して動作させることができる。
【0039】
[第1の実施の形態の効果]
以上の説明から明らかなように、この第1の実施の形態の携帯電話機は、PGA回路4のサンプルホールド回路23が、利得が切り替え制御された際に、該利得切り替えのタイミングでDC電圧レベルが大きく変動する出力信号の代わりに、コンデンサ45に蓄積されている、上記変動前のDC電圧と略々同じDC電圧の電荷を出力する。
【0040】
これにより、利得が切り替え制御された直後に大きくDC電圧が変動するPGA回路4からの出力信号を、DC電圧変動の無いものとすることができる。このため、PGA回路4の後段の回路に対して安定したDC電圧レベルの出力信号を供給することができ、該後段の回路を安定して動作させることができる。
【0041】
また、PGA回路4のDC電圧変動の収束時間を削減することができるため、PGA回路4のアタックタイムの高速化を図ることができる。
【0042】
また、DCフィードバック回路32のDC電圧収束時間の間、上記コンデンサ45からの電荷を出力することができるため、DC電圧収束時間を考慮することなく、該DCフィードバック回路32のカットオフ周波数を設定することができる。このため、DCフィードバック回路32のカットオフ周波数を充分低い値に設定することができ、PGA回路4の入力信号から出力信号の伝達特性における低周波部分の欠落を防止して、当該PGA回路4を理想的なベースバンド増幅器とすることができる。
【0043】
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態となる携帯電話機の説明をする。この第2の実施の形態の携帯電話機は、図6に示すようにPGA回路4の構成が、サンプルホールド回路23からの出力と利得可変増幅部21からの出力とを切り替える経路切り替え部50を設けた構成となっている。
【0044】
なお、上述の第1の実施の形態とこの第2の実施の形態とでは、この経路切り替え部50を設けた点でのみ異なり、他の箇所の動作は上述の第1の実施の形態と同じである。このため、この第2の実施の形態の説明では、この経路切り替え部50の動作説明に言及して重複説明を省略することとする。
【0045】
[第2の実施の形態の構成]
この第2の実施の形態の携帯電話機のPGA回路4に設けられている経路切り替え部50は、利得可変増幅部21からの出力信号の出力/非出力を切り替える第1の切り替えスイッチ51と、サンプルホールド回路23からの出力信号の出力/非出力を切り替える第2の切り替えスイッチ52とを有している。
【0046】
各切り替えスイッチ51,52の切り替え制御は、上記利得制御回路22からラッチ信号のタイミングで出力されるモード切り替え信号で行われるようになっており、第1の切り替えスイッチ51に対しては、上記モード切り替え信号がそのまま供給され、第2の切り替えスイッチ52に対しては、上記モード切り替え信号がインバータ53を介して極性が反転されて供給されるようになっている。
【0047】
[第2の実施の形態の動作]
このようなPGA回路4において、利得の切り替え制御が行われると、図4及び図5を用いて説明したようにラッチ信号のタイミングで利得制御回路22からハイレベルのモード切り替え信号が出力される。
【0048】
サンプルホールド回路23の切り替えスイッチ43は、このハイレベルのモード切り替え信号が供給されるとオフ動作し、上述のようにコンデンサ45に蓄積されている電荷が経路切り替え部50の第2の切り替えスイッチ52に供給される。
【0049】
一方、上記モード切り替え信号は、経路切り替え部50の第1の切り替えスイッチ51にそのまま供給されると共に、インバータ53により極性が反転され、第2の切り替えスイッチ52に供給される。
【0050】
第1の切り替えスイッチ51は、ハイレベルのモード切り替え信号が供給されるとオフ動作し、ローレベルのモード切り替え信号が供給されるとオン動作する。このため、利得の切り替え制御が行われてから所定時間の間は、ハイレベルのモード切り替え信号が供給されることとなるため、該所定時間の間はオフ動作し、利得可変増幅部21からの出力信号は出力されないこととなる。
【0051】
これに対して、第2の切り替えスイッチ52は、第1の切り替えスイッチ51と同様に、ハイレベルのモード切り替え信号が供給されるとオフ動作し、ローレベルのモード切り替え信号が供給されるとオン動作するのであるが、利得制御回路22からハイレベルのモード切り替え信号が出力される場合には、インバータ53により、該ハイレベルのモード切り替え信号がローレベルのモード切り替え信号とされ当該第2の切り替えスイッチ52に供給される。
【0052】
このため、利得の切り替え制御が行われてから所定時間の間は、ローレベルのモード切り替え信号が供給されることとなるため、この第2の切り替えスイッチ52は、該所定時間の間、オン動作し、サンプルホールド回路23からの出力信号が、信号安定化のためのコンデンサ54を介して、図1に示す直交検波回路5に供給されることとなる。
【0053】
[第2の実施の形態の効果]
これにより、利得が切り替え制御された直後に大きくDC電圧が変動するPGA回路4からの出力信号を、DC電圧変動の無いものとすることができ、上述の第1の実施の形態と同じ効果を得ることができる。
【0054】
なお、上述の各実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、上記各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論であることを付け加えておく。
【0055】
【発明の効果】
本発明は、利得可変増幅手段の利得を切り替えたタイミングで発生する大きな直流電圧変動を抑制することができる。
【0056】
このため、利得可変増幅手段の後段の回路を安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した第1の実施の形態となる携帯電話機の受信系のブロック図である。
【図2】上記第1の実施の形態の携帯電話機に設けられているPGA回路のブロック図である。
【図3】上記PGA回路に設けられているサンプルホールド回路の回路図である。
【図4】上記サンプルホールド回路のサンプルモードとホールドモードの切り替えタイミングを説明するためのタイムチャートである。
【図5】上記第1の実施の形態の携帯電話機において、PGA回路の利得切り替えのタイミングで発生するDC電圧変動が抑制される様子を示す図である。
【図6】本発明を適用した第2の実施の形態となる携帯電話機に設けられているPGA回路のブロック図である。
【図7】従来のPGA回路のブロック図である。
【図8】従来のPGA回路の利得切り替え時に発生するDC電圧変動と、その収束時間を説明するための図である。
【図9】利得切り替えのタイミングでDCフィードバック回路のカットオフ周波数の切り替えを行う従来のPGA回路のブロック図である。
【図10】上記カットオフ周波数の切り替えを行った場合における、DC電圧変動と、その収束時間を説明するための図である。
【符号の説明】
1…入力端子、2…低雑音増幅器、3…ダウンコンバータ、4…プログラマブル・ゲイン・アンプ(PGA回路)、5…直交検波回路、6…A/D変換器、7…ルートナイキストフィルタ、8…パスサーチャ、9…逆拡散部、10…Rake合成部、11…デインターリーブ回路、12…チャンネル復号部、13…出力端子、21…利得可変増幅部、22…利得制御回路、23…サンプルホールド回路、31…PGA部、32…DCフィードバック回路、33…加算器、43…切り替えスイッチ、45…コンデンサ、50…経路切り替え部、51…第1の切り替えスイッチ、52…第2の切り替えスイッチ、53…インバータ
Claims (9)
- 受信信号を、制御された利得で増幅して出力する利得可変増幅手段と、
上記利得可変増幅手段の利得を制御すると共に、上記利得可変増幅手段の利得を切り替えるタイミングで利得切り替え信号を所定時間、出力する利得制御手段と、
上記利得切り替え信号が供給されるまでの間は、上記利得可変増幅手段により増幅された受信信号を出力し、上記利得切り替え信号が供給されている間、上記利得可変増幅手段により増幅された受信信号の代わりに、所定電圧の信号を出力する出力切り替え手段と
を有する携帯通信端末装置。 - 上記利得可変増幅手段から出力される受信信号の直流成分を検出し、この直流成分の極性を反転して出力する帰還手段と、
上記帰還手段により極性が反転された直流成分を、上記利得可変増幅手段に入力される受信信号に加算処理する加算手段と
を有することを特徴とする請求項1記載の携帯通信端末装置。 - 上記出力切り替え手段は、
上記所定電圧の信号を形成する信号形成手段と、
上記利得切り替え信号に応じて、上記上記利得可変増幅手段により増幅された受信信号、及び上記信号形成手段からの所定電圧の信号を切り替えて出力する切り替え手段と
を有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の携帯通信端末装置。 - 上記利得制御手段は、上記利得可変増幅手段の利得に切り替え直後に発生する直流電圧値が元の直流電圧値に収束するまでの間、上記利得切り替え信号を出力すること
を特徴とする請求項1から請求項3のうち、いずれか一項記載の携帯通信端末装置。 - 受信信号を、制御された利得で増幅して出力する利得可変増幅手段と、
上記利得可変増幅手段の利得を制御すると共に、上記利得可変増幅手段の利得を切り替えるタイミングで利得切り替え信号を所定時間、出力する利得制御手段と、
上記利得切り替え信号が供給されるまでの間は、上記利得可変増幅手段により増幅された受信信号を出力し、上記利得切り替え信号が供給されている間、上記利得可変増幅手段により増幅された受信信号の代わりに、所定電圧の信号を出力する出力切り替え手段と
を有する利得可変回路。 - 上記利得可変増幅手段から出力される受信信号の直流成分を検出し、この直流成分の極性を反転して出力する帰還手段と、
上記帰還手段により極性が反転された直流成分を、上記利得可変増幅手段に入力される受信信号に加算処理する加算手段と
を有することを特徴とする請求項5記載の利得可変回路。 - 上記出力切り替え手段は、
上記所定電圧の信号を形成する信号形成手段と、
上記利得切り替え信号に応じて、上記上記利得可変増幅手段により増幅された受信信号、及び上記信号形成手段からの所定電圧の信号を切り替えて出力する切り替え手段と
を有することを特徴とする請求項5又は請求項6記載の利得可変回路。 - 上記利得制御手段は、上記利得可変増幅手段の利得に切り替え直後に発生する直流電圧値が元の直流電圧値に収束するまでの間、上記利得切り替え信号を出力すること
を特徴とする請求項5から請求項7のうち、いずれか一項記載の利得可変回路。 - 受信信号を、それぞれ独立して利得が制御される複数の増幅手段により増幅して出力する利得可変増幅手段と、
上記利得可変増幅手段の各増幅手段の利得をそれぞれ制御すると共に、上記利得可変増幅手段の利得を切り替えるタイミングで利得切り替え信号を所定時間、出力する利得制御手段と、
所定電圧の信号を出力するコンデンサと、
上記利得切り替え信号が供給されるまでの間は、上記利得可変増幅手段により増幅された受信信号を出力し、上記利得切り替え信号が供給されている間、上記利得可変増幅手段により増幅された受信信号の代わりに、上記コンデンサに蓄積された電荷を上記所定電圧の信号として出力する出力切り替えスイッチと
を有する利得可変回路。
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