JP2004222174A

JP2004222174A - ベースバンド回路及びこれを備えた受信機

Info

Publication number: JP2004222174A
Application number: JP2003009877A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yasunaga; 毅安永; Masaki Suzuka; 正樹鈴鹿
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】ベースバンド信号増幅後の出力に含まれる直流オフセット電圧を精度良く除去可能な低消費電流のベースバンド回路及びこれを用いた受信機を提供すること。
【解決手段】入力ベースバンド信号は、所定の利得が設定されたＶＧＡ１０１〜１０４により平均的な振幅が一定となるように増幅される。直流オフセット除去回路１０５は、ＶＧＡ１０４の差動出力を入力として直流オフセット電圧を抽出するとともに、直流オフセット電圧に比例した差動電流を出力する。直流オフセット除去回路１０５の出力はＶＧＡ１０４の出力に接続される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベースバンド信号増幅後の出力に含まれる直流オフセット電圧を除去するベースバンド回路及びこれを用いた受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイレクトコンバ−ジョン受信機では、受信した高周波信号をミキサで周波数混合して直接ベースバンド信号に変換し、可変利得増幅器（ＶＧＡ：ＶａｒｉａｂｌｅＧａｉｎＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）等からなるベースバンド回路で所定のレベルに増幅している。
【０００３】
ミキサからは、所要のベースバンド信号に直流オフセット電圧が重畳して出力され、これをベースバンド回路のＶＧＡで増幅することにより、受信品質が悪化したり、ダイナミックレンジが著しく損なわれたりする。
【０００４】
例えば、ベースバンド回路の入力に１ｍＶの直流オフセット電圧があり、ＶＧＡの合計利得が６０ｄＢ（１０００倍）に設定されていたとすると、出力には１Ｖの直流オフセット電圧が現れる。移動体通信装置等の低電圧動作回路では、１Ｖもの直流オフセット電圧は回路飽和を引き起こし、受信特性の劣化を招いてしまう。
【０００５】
これらのことから、ダイレクトコンバ−ジョン受信機にとっては、ベースバンド回路において発生する直流オフセット電圧を可能な限り除去することが重要な課題となる。
【０００６】
図４は、従来のダイレクトコンバ−ジョン受信機のベースバンド回路の例を示すものである。同図に示したように、ベースバンド回路は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４０１、ＶＧＡ４０２〜４０５、減衰器４０６、反転積分器４０７、及び加算器４０８から構成されている。
【０００７】
入力されたベースバンド信号は、ローパスフィルタ４０１で帯域制限された後、ＶＧＡ４０２〜４０５で出力の信号振幅がほぼ一定となるように増幅される。ＶＧＡ４０５の出力は減衰器４０６で利得が調整され、反転積分器４０７で直流成分が抽出される。抽出された直流成分は、ローパスフィルタ４０１の入力側に接続された加算器４０８に負帰還されることにより、直流オフセット電圧が除去される。
【０００８】
ここで、減衰器４０６の利得は、信号経路にあるＶＧＡ４０２〜４０５の合計利得の逆数になるように設定されている。すなわち、ＶＧＡ４０２〜４０５の合計利得が大きい時には減衰器４０６の利得を小さくし、逆に、ＶＧＡ４０２〜４０５の合計利得が小さい時は減衰器４０６の利得を大きく設定する。これにより、ＶＧＡ４０２〜４０５の合計利得に依存することなく直流オフセット電圧を除去することができる。また、ＶＧＡ４０２〜４０５の合計利得が変化した場合でも周波数特性が変化せず、安定して直流オフセット電圧を除去することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１１１７６４号公報（第７頁、図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のダイレクトコンバ−ジョン受信機のベースバンド回路では、ＶＧＡ４０５の出力において抽出した直流成分をＶＧＡ４０２の入力側に接続された加算器４０８に帰還しているので、帰還経路にはＶＧＡ４０２〜４０５の合計利得と同じ利得を有する減衰器４０６が必要となる。更に、直流オフセット電圧を除去するには、ＶＧＡ４０２〜４０５と減衰器４０６の各利得に相対精度が要求される。すなわち、ＶＧＡ４０２〜４０５の合計利得と減衰器４０６の利得が、利得の設定値に拘わらず常に逆数の関係にないと、残留直流オフセット電圧が生じてしまう。
【００１１】
特に、ベースバンド回路を集積化する際には、製造プロセスによって素子のばらつきが避けられないため、ＶＧＡ４０２〜４０５の合計利得と減衰器４０６の利得が、利得の設定値に拘わらず常に逆数の関係にならず、直流オフセット電圧の除去動作の精度が劣化するという問題点がある。また、減衰器を構成するために、ＶＧＡ相当の回路規模と消費電流が必要となる。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ベースバンド信号増幅後の出力に含まれる直流オフセット電圧を精度良く除去可能な低消費電流のベースバンド回路及びこれを用いた受信機を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のベースバンド回路は、ベースバンド信号を増幅するベースバンド信号増幅手段と、前記ベースバンド信号増幅手段の出力から直流オフセット電圧成分を抽出し、前記抽出した直流オフセット電圧成分に比例した電流を出力するオフセット除去回路とを備え、前記オフセット除去回路の出力を前記ベースバンド信号増幅手段の出力に接続したものである。
【００１４】
上記構成によれば、ベースバンド信号増幅後の出力に含まれる直流オフセット電圧を精度良く除去することができる。
【００１５】
本発明の受信機は、前記ベースバンド回路を備える。
【００１６】
上記構成によれば、ベースバンド回路を好適に集積回路化した受信機が得られるので、携帯電話機等の無線装置の小型化、低消費電流化が可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るベースバンド回路及びこれを備えた受信機の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るベースバンド回路の構成を示すブロック図である。このベースバンド回路は、ＶＧＡ１０１〜１０４（特許請求の範囲のベースバンド信号増幅手段に該当）と、直流オフセット除去回路１０５（特許請求の範囲のオフセット除去回路に該当）を有して構成される。
【００１９】
入力ベースバンド信号は、予め所定の利得が設定されたＶＧＡ１０１〜１０４により平均的な振幅が一定となるように増幅される。直流オフセット除去回路１０５は、ＶＧＡ１０４の差動出力信号Ｖｉｎ＋、Ｖｉｎ−を入力して差動信号間の直流オフセット電圧を抽出するとともに、直流オフセット電圧に比例した差動電流Ｉｏｕｔ＋、Ｉｏｕｔ−を出力する。直流オフセット除去回路１０５の出力はＶＧＡ１０４の出力に接続される。
【００２０】
図２は、本発明の第１実施形態に係るベースバンド回路の直流オフセット除去回路１０５の一例を示すものである。同図に示したように、直流オフセット除去回路１０５は、ローパスフィルタ２１０と、カレントミラ回路２４０、２５０を用いた第１のトランジスタ差動対２２０及び第２のトランジスタ差動対２３０と、電流源２６０、２７０を有して構成されている。
【００２１】
第１の差動対トランジスタ２２０は、一対のトランジスタ２２１、２２２から構成され、第２の差動対トランジスタ２３０は一対のトランジスタ２３１、２３２から構成されている。そして、トランジスタ２２１、２３１の各コレクタ間には、トランジスタ２４１〜２４４から構成されるカレントミラ回路２４０が接続され、トランジスタ２２２、２３２の各コレクタ間には、トランジスタ２５１〜２５４から構成されるカレントミラ回路２５０が接続されている。また、トランジスタ２２１、２２２の各エミッタの接続点には電流源２６０が接続され、トランジスタ２３１、２３２の各エミッタの接続点には、電流源２７０が接続されている。
【００２２】
次に、上記のように構成された直流オフセット除去回路１０５の動作について説明する。
【００２３】
ＶＧＡ１０４の差動出力信号Ｖｉｎ＋、Ｖｉｎ−は、それぞれローパスフィルタ２１０に入力されて差動直流電圧成分が抽出される。抽出された差動直流電圧成分は、トランジスタ２２１、２３２のベースと、トランジスタ２２２、２３１のベースにそれぞれ入力される。
【００２４】
第１の差動対トランジスタ２２０及び第２の差動対トランジスタ２３０は、ベースに入力された差電圧に応じてそれぞれ電流源２６０、２７０の電流Ｉ１、Ｉ２を分流する。この時、トランジスタ２２１に流れる電流は、カレントミラ回路２４０によりトランジスタ２３１のコレクタに向けて流れ込む。また、トランジスタ２２２に流れる電流は、カレントミラ回路２５０によりトランジスタ２３２のコレクタに向けて流れ込む。
【００２５】
これにより、一方の差動出力端子には、カレントミラ回路２４０によってトランジスタ２３１のコレクタに向けて流れ込む電流と、トランジスタ２３１のベースに入力された直流電圧成分により流れるコレクタ電流の差分Ｉｏｕｔ＋が出力される。同様にして、他方の差動出力端子には、カレントミラ回路２５０によってトランジスタ２３２のコレクタに向けて流れ込む電流と、トランジスタ２３２のベースに入力された直流電圧成分により流れるコレクタ電流の差分Ｉｏｕｔ−が出力される。
【００２６】
例えば、ローパスフィルタ２１０に入力する差動信号Ｖｉｎ＋がＨｉｇｈ、Ｖｉｎ−がＬｏｗである場合、抽出された直流電圧成分によりトランジスタ２２１、２３２がオンし、トランジスタ２２２、２３１がオフとなる。従って、一方の差動出力端子に現れる電流Ｉｏｕｔ＋は流れ出す電流であり、他方の差動出力端子に現れる電流Ｉｏｕｔ−は引き込まれる電流である。
【００２７】
逆に、ローパスフィルタ２１０に入力する差動信号Ｖｉｎ＋がＬｏｗ、Ｖｉｎ−がＨｉｇｈの時は、一方の差動出力端子に現れる電流Ｉｏｕｔ＋は引き込まれる電流であり、他方の差動出力端子に現れる電流Ｉｏｕｔ−は流れ出す電流である。
【００２８】
このようにして、ローパスフィルタ２１０に入力される直流オフセット電圧に比例した差動電流Ｉｏｕｔ＋、Ｉｏｕｔ−が出力端子から得られる。尚、電流源２６０、２７０の各電流Ｉ１とＩ２との比と、２組の差動対トランジスタ２２０、２３０の特性の比と、２つのカレントミラ回路２４０、２５０のミラー比を、それぞれ１対ｎに設定することにより、直流オフセット除去回路１０５のゲインを変えることができる。したがって、除去すべき直流オフセット電圧の許容量を自由に設定することができる。
【００２９】
以上のように本実施形態によれば、ＶＧＡ１０４の出力において直流オフセット電圧を抽出し、直流オフセット電圧に比例した電流を生成してＶＧＡ１０４の出力に流すことにより、直流オフセット電圧を効果的に除去することができる。また、帰還を行うことでオフセットを除去しないため、ＶＧＡ１０１〜１０４の各利得が変化した場合でも、精度良く直流オフセット電圧を除去できる。また、従来のように、ベースバンド回路に減衰器を設ける必要がないため、回路規模及び消費電流を削減することができる。
【００３０】
なお、ベースバンド回路が、少なくとも１つの可変利得増幅器と少なくとも１つの固定利得増幅器が直列に接続されて構成され、固定利得増幅器が最終段となっている構成である場合は、固定利得増幅器の出力を直流オフセット除去回路１０５に入力し、直流オフセット電圧に比例した電流を固定利得増幅器の出力に流す構成にすれば良い。
【００３１】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第二実施形態に係るダイレクトコンバ−ジョン受信機の構成を示すブロック図である。同図において、ダイレクトコンバ−ジョン受信機は、アンテナ３０１と、高周波バンドパスフィルタ３０２と、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）３０３と、バッファアンプ３０４と、ミキサ３０５、３０６と、移相器３０７と、局部発振器３０８と、ローパスフィルタ３０９、３１０と、ベースバンド回路３１１を備えて構成される。
【００３２】
ベースバンド回路３１１は、第１実施形態において説明したベースバンド回路を２系統備えたものであり、ＶＧＡ１０１〜１０４と直流オフセット除去回路１０５、及びＶＧＡ２０１〜２０４と直流オフセット除去回路２０５をそれぞれ有して構成されている。
【００３３】
次に、以上のように構成されたダイレクトコンバ−ジョン受信機の動作について説明する。
【００３４】
アンテナ３０１で受信された無線周波数の高周波信号は、高周波バンドパスフィルタ３０２により受信品質を劣化させるような不要周波数成分が除去され、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）３０３において低雑音で増幅される。増幅された高周波信号は、バッファアンプ３０４で差動出力に分岐されて、ミキサ３０５、３０６にそれぞれ供給される。一方、局部発振器３０８より発振出力される局部発振周波信号は、移相器３０７に入力されてｃｏｓ波とｓｉｎ波が生成され、それぞれミキサ３０５、３０６に加えられる。
【００３５】
ミキサ３０５、３０６では、バッファアンプ３０４の差動出力と移相器３０７から出力されるｃｏｓ波とｓｉｎ波がそれぞれ乗算されて、２系統のベースバンド信号が生成される。このベースバンド信号は、ミキサ３０５、３０６で発生した不要周波数成分を除去するローパスフィルタ３０９、３１０で濾波された後、ベースバンド回路３１１に供給される。
【００３６】
ローパスフィルタ３０９、３１０から出力された各ベースバンド信号は、ベースバンド回路３１１のＶＧＡ１０１〜１０４、２０１〜２０４によって所定の利得で増幅されると共に、直流オフセット除去回路１０５、２０５で直流オフセット電圧が除去され、ベースバンド信号３１２及びベースバンド信号３１３として後段に出力される。
【００３７】
以上のように本実施形態によれば、ベースバンド回路３１１において、ＶＧＡ１０４、２０４から出力されるベースバンド差動信号から直流オフセット電圧を抽出し、これに比例した差動電流を生成してＶＧＡ１０４、２０４の出力に流す構成の直流オフセット除去回路１０５、２０５を用いることにより、直流オフセット電圧を効果的に除去したベースバンド信号を得ることができる。
【００３８】
また、ベースバンド回路を好適に集積回路化したダイレクトコンバージョン受信機が得られ、携帯電話機等の無線装置の小型化、低消費電流化が可能になる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、ベースバンド信号増幅後の出力に含まれる直流オフセット電圧を精度良く除去可能な低消費電流のベースバンド回路及びこれを備えた受信機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るベースバンド回路の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態に係るベースバンド回路の直流オフセット除去回路の構成を示す回路図。
【図３】本発明の第２実施形態に係るダイレクトコンバージョン受信機の構成を示すブロック図。
【図４】従来のベースバンド回路の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１０１〜１０４，２０１〜２０４ＶＧＡ
１０５，２０５直流オフセット除去回路
２１０ローパスフィルタ
２２０，２３０差動対トランジスタ
２４０，２５０カレントミラ回路
３１１ベースバンド回路
３１２ベースバンド信号
３１３ベースバンド信号

Claims

ベースバンド信号を増幅するベースバンド信号増幅手段と、前記ベースバンド信号増幅手段の出力から直流オフセット電圧成分を抽出し、前記抽出した直流オフセット電圧成分に比例した電流を出力するオフセット除去回路とを備え、
前記オフセット除去回路の出力を前記ベースバンド信号増幅手段の出力に接続したベースバンド回路。
請求項１記載のベースバンド回路を備える受信機。