JP2005094502A - 受信回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、無線通信装置に含まれる受信回路の周波数変換回路において飽和動作が生じさせないようにすることである。
【解決手段】 本発明に係る受信回路では、アンテナ１１は、所定の周波数帯域の高周波信号を受信し、レベル変化手段１３は、アンテナが受信した高周波信号の信号レベルを変化させ、後段回路１４は、レベル変化手段１３において信号レベルが変化された前記高周波信号に対して、所定の信号処理を施し、検出部３２は、後段回路１４において信号処理が施された高周波信号の信号レベルを検出し、制御部３３は、検出部３２が検出した高周波信号の信号レベルが、所定値よりも大きくならないように、検出部３２が検出した高周波信号の信号レベルに基づいて、レベル変化手段１３における高周波信号の変化率を設定するようにしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、受信回路に関する発明であって、より特定的には、無線通信装置に用いられる受信回路に関する発明である。

以下に、従来の無線通信装置における受信回路について図面を参照しながら説明する。当該従来の無線通信装置は、例えば、携帯電話やＰＨＳである。ここで、図８は、従来の無線通信装置の受信回路の構成を示したブロック図である。

図８に示す無線通信装置の受信回路は、アンテナ１１１、増幅回路１１３、帯域制限フィルタ１１４、周波数変換回路１１５、局部発振器１１６、帯域制限フィルタ１１７、周波数変換回路１１８および局部発振器１１９を備える。以下に、当該無線通信装置の受信回路の動作について簡単に説明する。

まず、高周波信号は、アンテナ１１１において受信される。当該高周波信号は、増幅回路１１３で増幅された後、目的の信号帯域のみを通過させる帯域制限フィルタ１１４を通り、周波数変換回路１１５に入力される。次に、高周波信号は、周波数変換回路１１５において、局部発振器１１６から出力される第１の局部発振信号と混合される。これにより、高周波信号は、第１の中間周波数信号に変換される。その後、第１の中間周波数信号は、周波数帯域制限フィルタ１１７を通り、周波数変換回路１１８に入力される。第１の中間周波数信号は、周波数変換回路１１８で局部発振器１１９から出力される第２の局部発振信号と混合される。これにより、第１の中間周波数信号は、第２の中間周波数信号に変換される。この後、当該第２の中間周波数信号は、後段に接続された回路により種々の処理が施される。以上のような処理を経て、高周波信号が第２の中間周波数信号に変換される。

ところで、利用者は、当該無線通信装置を利用する際には、当該無線通信装置を携帯しながら自由に移動する。そのため、当該利用者が基地局に近づくと、当該無線通信装置は、電界強度の高い高周波信号を受信してしまう。このような場合、受信した高周波信号の信号レベルが、周波数変換回路１１５の出力ダイナミックレンジを大きく上回ってしまい、周波数変換回路１１５が飽和動作を行ってしまう。その結果、無線通信装置の受信回路の受信特性を劣化させてしまう。

かかる問題を解決するために、図９に示す無線通信装置の受信回路が存在する。当該無線通信装置の受信回路は、可変アッテネータ１１２がアンテナ１１１と増幅回路１１３との間に新たに設けられている。そして、受信信号の信号レベルに応じて、可変アッテネータ１１２での減衰量がフィードバック制御されるものである。これにより、周波数変換回路１１５のダイナミックレンジを大きく上回るような信号が、当該周波数変換回路１１５に入力することを防止している。以下に、図９を用いて、当該無線通信装置の受信回路について説明する。

当該無線通信装置の受信回路は、アンテナ１１１、可変アッテネータ１１２、増幅回路１１３、帯域制限フィルタ１１４、周波数変換回路１１５、局部発振器１１６、帯域制限フィルタ１１７、周波数変換回路１１８、局部発振器１１９および利得制御部１２１を備える。以下に、当該無線通信装置の受信回路の動作について簡単に説明する。

まず、アンテナ１１１、可変アッテネータ１１２、増幅回路１１３、帯域制限フィルタ１１４、周波数変換回路１１５、局部発振器１１６、帯域制限フィルタ１１７、周波数変換回路１１８および局部発振器１１９が行う動作については、図８に示す受信回路のこれらのものと同様であるので、説明を省略する。

周波数変換回路１１８から出力された第２の中間周波数信号は、利得制御部１２１に入力される。利得制御部１２１は、取得した第２の中間周波数信号を整流して直流信号に変換する。ここで、可変アッテネータ１１２は、上記直流信号を利得制御信号として用いて減衰量を制御する。具体的には、可変アッテネータ１１２は、相対的に大きな利得制御信号が入力してきた場合には、相対的に減衰量を大きく制御する。一方、可変アッテネータ１１２は、相対的に小さな利得制御信号が入力してきた場合には、相対的に減衰量を小さく制御する。これにより、当該受信回路は、受信信号レベルの可変を行うことができる。

以上のように、可変アッテネータ１１２を制御することにより、電界強度の高い受信信号や、帯域制限フィルタ１１４および１１７の中で最も帯域が狭い帯域制限フィルタ１１７の帯域内に存在する妨害波信号が入力した場合に、第２の中間周波数信号の信号レベルが上昇し、これに伴って、利得制御信号である直流電圧が高くなる。その結果、可変アッテネータ１１２の減衰量が増加し、周波数変換回路１１５のダイナミックレンジが確保され、当該周波数変換回路１１５の飽和動作が防止される（例えば、特許文献３参照）。

なお、上記発明以外にも、特許文献２あるいは特許文献３に示すような無線通信装置の受信回路が存在する。
特開平１０−１２６３０１号公報 特開平１０−９３３６７号公報 特開平５−３３５８５７号公報

ところで、図９に示す受信回路では、以下に示す問題を有する。利得制御部１２１は、周波数変換回路１１８の出力信号レベルを検出し、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を行っている。そのため、帯域制限フィルタ１１７の帯域外にある強い信号レベルの妨害波信号が受信された場合、利得制御部１２１は、ＡＧＣ動作を行わない。以下に、図面を参照しながら詳しく説明する。図１０は、妨害波信号を含んだ高周波信号を示した図である。具体的には、横軸は、周波数を示し、縦軸は、信号レベルを示している。

一般的に増幅回路１１３および周波数変換回路１１５は、複数の周波数バンドの信号を扱うことが求められている。具体的には、帯域制限フィルタ１１４は、図１０のｆ１〜ｆ３のすべての周波数帯域の信号が通過できる特性となっている。

一方、帯域制限フィルタ１１７は、目的とする受信帯域のみを取り出せるような狭帯域の通過特性となっている。具体的には、図１０に示すような信号が入力してきた場合、帯域制限フィルタ１１７は、所望波信号ｆ２のみを通過させる。よって、図１０に示すような所望波信号よりも強い信号レベルを持った妨害波信号ｆ３を含むような高周波信号が受信回路において受信された場合、利得制御部１２１に出力される信号は、所望波信号ｆ２のみである。そのため、最も強い信号レベルを持った妨害波信号ｆ３の信号レベルに基づいて、利得制御が行われなわれるべきであるにも関わらず、妨害波信号ｆ３よりも弱い所望波信号ｆ２の強度に基づいて、利得制御が行われてしまう。そのため、周波数変換回路１１５には、十分減衰されていない妨害波信号ｆ３を含んだ高周波回路が入力してしまう。その結果、周波数変換回路１１５が飽和動作を起こし、受信機の受信性能が劣化してしまう。

また、図９に示す受信回路では、上記問題に加えて、消費電力を低減することが困難であるという問題が存在する。以下に、具体的説明する。

例えば、無線通信装置が基地局の近くに存在する場合、所望波信号の電界強度は、相対的に大きくなる。このような場合には、可変アッテネータ１１２は、増幅回路１１３および周波数変換回路１１５は、受信信号を増幅する必要がない。

しかしながら、図９に示す受信回路では、所望波信号の電界強度が十分に大きい場合であっても、増幅回路１１３は、予め定められた一定の利得および電流値により受信信号を増幅している。そのため、図９に示す受信回路では、所望波信号の電界強度が十分に大きく、増幅処理が不要な場合においも、増幅回路１１３において、一定利得および電流を用いて増幅が行われてしまう。その結果、受信回路において無駄な消費電力が発生する。

また、図９に示す受信回路では、上記２つの問題に加えて、可変アッテネータ１１２がアンテナ１１１と増幅回路１１３との間に挿入されることで、受信回路の受信感度が劣化してしまうという問題が存在する。

図９に示すように、従来の受信回路では、可変アッテネータ１１２が、アンテナ１１１と増幅回路１１３との間に配置される。この場合、可変アッテネータ１１２において、部品自体の挿入ロスおよび部品を信号通過ラインに挿入することによるロスにより、約０．５ｄB以下の信号ロスが発生してしまう。このようなロスは、ＳＮ（Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）比を劣化させる。特に、増幅回路１１３前の回路におけるＳＮ比劣化は、増幅回路１１３後の回路において補うことが非常に困難である。以下に、具体的に説明する。ここでは、一例として、縦続接続された複数の回路のトータルのＮＦ（Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒｅ）_totalを用いて説明を行う。ＮＦとは、入力信号のＳＮ比と出力信号のＳＮ比との比を表しており、具体的には、ＮＦ＝（Ｓ_in／Ｎ_in）／（Ｓ_out／Ｎ_out）で示される。

上記のような場合、ＮＦ_total＝ＮＦ１＋（ＮＦ２−１）／Ｇ１＋（ＮＦ３−１）／（Ｇ１＊Ｇ２）＋・・・の関係が成立する。なお、ＮＦ１は、１段目の回路のＮＦであり、Ｇ１は、１段目の回路の利得である。また、ＮＦ２は、２段目の回路のＮＦであり、Ｇ２は、２段目の回路の利得である。また、ＮＦ３は、３段目のＮＦであり、Ｇ３は、３段目の回路の利得である。

ここで、増幅回路の前段にロスが発生しない回路におけるトータルのＮＦを、ＮＦ_total1とすると、以下の関係式が成立する。

ＮＦ_total1＝ＮＦ１＋（ＮＦ２−１）／Ｇ１＋（ＮＦ３−１）／（Ｇ１＊Ｇ２）＋・・・

一方、増幅回路の前段にロスが発生する回路におけるトータルのＮＦを、ＮＦ_total2とすると、以下の関係式が成立する。なお、ＮＦ０は、増幅回路の前段回路におけるＮＦであり、Ｇ０は、増幅回路の前段回路における利得である。

ＮＦ_total2＝ＮＦ０＋（ＮＦ１−１）／Ｇ０＋（ＮＦ２−１）／（Ｇ０＊Ｇ１）＋（ＮＦ３−１）／（Ｇ０＊Ｇ１＊Ｇ２）＋・・・

ここで、増幅回路の前段におけるロスが０．５ｄＢであるとすると、ＮＦ０＝０．５ｄＢ、Ｇ０＝−０．５ｄＢとなる。そのため、増幅回路の前段にロスが発生する回路では、ＮＦ０が付加されると共に、Ｇ０が１以下であるために、ＮＦ１の項が増大されてしまい、ＮＦ_total2が悪化してしまう。このようなＮＦ_total2の悪化を防止するために、後段の回路のＮＦを改善したとしても、改善分が１／（Ｇ０＊Ｇ１）倍されてしまうため、回路全体のＮＦ_total2の改善効果は大きく減少してしまう。

以上に示すように、増幅回路１１３の前段においてロスが発生してしまうと、当該増幅回路１１３の後段において補うことが困難なＳＮ比劣化が発生してしまう。その結果、
無線通信装置において重大な受信感度の劣化を生じさせてしまう。

そこで、本発明の目的は、周波数変換回路において飽和動作が生じない無線通信装置の受信回路を提供することである。

また、本発明のその他の目的は、消費電力を低減することが可能な無線通信装置の受信回路を提供することである。

また、本発明のその他の目的は、増幅回路の前段において、受信信号にロスが発生することを防止できる無線通信装置の受信回路を提供することである。

本発明に係る受信回路では、アンテナは、所定の周波数帯域の高周波信号を受信し、レベル変化手段は、アンテナが受信した高周波信号の信号レベルを変化させ、後段回路は、レベル変化手段において信号レベルが変化された高周波信号に対して、所定の信号処理を施し、検出部は、後段回路において信号処理が施された高周波信号の信号レベルを検出し、制御部は、検出部が検出した高周波信号の信号レベルが、所定値よりも大きくならないように、当該検出部が検出した高周波信号の信号レベルに基づいて、レベル変化手段における高周波信号の変化率を設定するようにしている。

ここで、レベル変化手段は、増幅器であり、制御部は、検出部が検出した高周波信号の信号レベルが予め定められた閾値よりも大きい場合には、レベル変化手段の利得を所定値より小さな利得に設定し、検出部が検出した高周波信号の信号レベルが閾値よりも小さい場合には、レベル変化手段の利得を所定値に設定することが望ましい。

また、制御部は、検出部が検出した高周波信号の信号レベルが予め定められた閾値よりも大きい場合には、所定レベルよりも小さな制御信号を発生し、検出部が検出した高周波信号の信号レベルが当該閾値よりも小さい場合には、当該所定レベルの制御信号を発生し、増幅器は、エミッタ接地された増幅用トランジスタと、増幅用トランジスタのベースにバイアス電圧を印加するバイアス回路と、増幅用トランジスタに対してカスコード接続された制御用トランジスタと、制御用トランジスタのコレクタに接続された出力回路とを含み、増幅用トランジスタは、ベースに入力され、バイアス電圧が印加された高周波信号を増幅し、制御用トランジスタは、ベースに入力される制御部が発生した制御信号に基づいて、増幅用トランジスタの利得を、当該直流信号の信号レベルに応じた利得に制御し、出力回路は、制御用トランジスタのコレクタから、増幅された高周波信号を出力するようにしてもよい。

また、検出部は、後段回路から出力される高周波信号がエミッタに入力してくるレベル検出用トランジスタと、レベル検出用トランジスタのベースに所定のバイアス電圧を印加するためのバイアス回路と、レベル検出用トランジスタのコレクタから出力される高周波信号を、直流電流に変換する出力回路とを備え、レベル検出用トランジスタは、エミッタに入力してくる高周波信号の内、所定のバイアス電圧により定まる閾値よりも大きな信号レベルを持った高周波信号のみを、コレクタから出力し、制御部は、出力回路から出力されてくる直流電流が予め定められた閾値よりも大きい場合には、所定レベルよりも小さな制御信号を発生し、出力回路から出力されてくる直流電流が当該閾値よりも小さい場合には、当該所定レベルの制御信号を発生するようにしてもよい。

また、受信回路は、後段回路から出力される高周波信号の周波数を、当該高周波信号の周波数よりも低い周波数に変換する周波数変換回路と、周波数変換回路の入力部に接続されるバイアス回路とをさらに備えており、検出部は、バイアス回路の消費電流を検出するようにしてもよい。

また、後段回路は、レベル変化手段から出力された高周波信号の内、所定周波数帯域中の信号のみを、検出部に出力する帯域制限フィルタであることが望ましい。

さらに、帯域制限フィルタは、無線通信装置に設けられた送信回路から出力される送信信号を、検出部に対して出力させない周波数特性を有していることが望ましい。

本発明によれば、制御部が、高周波信号の信号レベルが所定値よりも大きくならないように、レベル変化手段における変化率を制御している。そのため、受信回路の後段に接続される回路に対して、受信回路の後段に接続される回路のダイナミックレンジを上回る信号レベルの信号が入力することを防止できる。その結果、受信回路が適用された無線通信装置の受信性能を向上させることができる。

また、レベル変化手段は、増幅器であり、さらに、制御部は、検出部が検出した高周波信号の信号レベルが予め定められた閾値よりも大きい場合には、レベル変化手段の利得を所定値より小さな利得に設定し、検出部が検出した高周波信号の信号レベルが閾値よりも小さい場合には、レベル変化手段の利得を所定値に設定している。そのため、大きな信号レベルの高周波信号が入力してきた場合には、増幅器は、利得を落として動作するようになる。その結果、受信回路の後段に接続される回路に対して、受信回路の後段に接続される回路のダイナミックレンジを上回る信号レベルの信号が入力することを防止できる。

また、増幅回路は、増幅用トランジスタと制御用トランジスタとにより構成され、制御用トランジスタにより、増幅用トランジスタの利得および電流の制御が行われている。このように、制御用トランジスタが、増幅用トランジスタの利得および電流の制御に用いられることにより、より大きな信号レベルの高周波信号が入力してきたとしても、増幅用トランジスタの利得を制御することができるようになる。また、増幅用トランジスタを流れる電流値を抑制することができるので、受信回路全体の消費電力を抑制することが可能となる。

また、ＡＧＣ動作が行われないときには、レベル検出用トランジスタが動作しないように設定されることで、受信回路の受信特性の劣化を抑制できる。

また、信号通過ラインに、回路および素子が直接接続されないので、ＡＧＣ動作が行われないときに、受信特性の劣化が全く生じなくなる。

また、所定周波数帯域中の信号が、検出部に出力されるので、当該所定周波数帯域に含まれる所望信号波のみならず、妨害信号波も検出部に出力されるようになる。その結果、妨害信号波が、所望信号波よりも大きな信号レベルを有する場合には、検出部は、当該妨害信号波の信号レベルを含めた状態で高周波信号の信号レベルを検出することになる。そのため、制御部は、かかる高周波信号の信号レベルに基づいて、レベル変化手段を制御するようになる。すなわち、非常に大きな信号レベルを有する妨害波信号が受信されたとしても、受信回路においてダイナミックレンジを上回るという問題が解消される。

また、帯域制限フィルタは、無線通信装置に設けられた送信回路から出力される送信信号を、検出部に対して出力させない周波数特性を有している。そのため、送信回路から受信回路に漏れ込んでくる送信信号に対してＡＧＣ動作が行われることが防止される。

以下に、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の受信回路について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る無線通信装置の受信回路のブロック図である。

図１に示す受信回路は、アンテナ１１、増幅回路１３、帯域制限フィルタ１４、周波数変換回路１５、局部発振器１６、帯域制限フィルタ１７、レベル検出回路３２、レベル制御回路３３および信号処理回路４１を備える。

アンテナ１１は、基地局（図示せず）から送信されてきた複数の高周波信号を受信する。増幅回路１３は、レベル制御回路３３の制御に従って、アンテナ１１が受信した高周波信号を増幅する。帯域制限フィルタ１４は、アンテナ１１が受信した高周波信号のうち、無線通信装置が取扱い可能な範囲の周波数の高周波信号のみを、周波数変換回路１５およびレベル検出回路３２に出力する。局部発振器１６は、所定の周波数の信号を発生する。周波数変換回路１５は、局部発振器１６が発生した所定周波数の信号を用いて、帯域制限フィルタ１４から出力されてくる高周波信号を中間周波数信号に変換する（いわゆる、スーパーヘテロダイン方式）。

帯域制限フィルタ１７は、周波数変換回路１５から出力された中間周波数信号のうち、所定の周波数帯域内の中間周波数信号のみを、信号処理回路４１に出力する。信号処理回路４１は、帯域制限フィルタ１７から出力される中間周波数信号に種々の信号処理を施す。

ここで、本実施形態に係る受信回路の特徴部分であるレベル検出回路３２およびレベル制御回路３３について説明する。本実施形態に係るレベル検出回路３２は、帯域制限フィルタ１４の出力を基に、受信信号の信号レベルを検出する。そして、レベル検出回路３２は、当該受信信号の信号レベルが所定レベルよりも大きい場合には、当該受信信号の信号レベルの大きさに応じた大きさを持つ直流電流を発生する。レベル制御回路３３は、入力してきた直流信号を、増幅器１３の動作を制御するのに適した信号レベルを持つ制御信号に変換する。具体的には、レベル制御回路３３は、上記直流電流が最大値をとるときに制御信号の信号レベルが最小値をとり、直流電流が最小値をとるときに制御信号の信号レベルが最大値をとるように、制御信号を生成する。すなわち、レベル制御回路３３は、直流電流の最大と最小を反転させたような制御信号を生成する。なお、レベル制御回路３３は、直流電流が出力されてこない場合には、最大値の信号レベルを有する制御信号を出力する。そして、増幅器１３は、レベル制御回路３３から入力してくる制御信号の信号レベルに応じた利得により、受信信号を増幅する。

以上のように、レベル検出回路３２およびレベル制御回路３３は、所定強度よりも小さな受信信号が入力してきた場合には、予め定められた一定の利得で増幅器１３を動作させる。一方、レベル検出回路３２およびレベル制御回路３３は、所定値よりも大きな受信信号が入力してきた場合には、上記一定の利得よりも小さな利得で増幅器１３を動作させる。これにより、増幅器１３の動作がフィードバック制御され、レベル検出回路３２において検出される受信信号のピーク値が、一定の強度以上になることが防止される。その結果、周波数変換回路１５に非常に大きな信号レベルの受信信号が入力することが防止され、当該周波数変換回路１５が飽和動作することが防止される。すなわち、飽和動作を原因として急激に増加する混変調及びインターモジュレーションが抑圧され、無線通信装置の受信性能の劣化が抑制される。

それでは、以下に、レベル検出回路３２およびレベル制御回路３３の詳細な構成について、図面を参照しながら説明する。ここで、図２は、レベル制御回路３３の詳細な構成の一例を示した図である。

当該レベル検出回路３２は、バイアス回路６１、出力回路６２、インピーダンス素子６３およびトランジスタ６４を備える。帯域制限フィルタ１４から分岐した信号線には、インピーダンス素子６３が接続される。さらに、当該インピーダンス素子６３の他端には、トランジスタ６４のエミッタが接続される。また、当該トランジスタ６４のベースには、バイアス回路６１の正極が接続されている。一方、当該バイアス回路６１の負極は、接地されている。また、トランジスタ６４のコレクタは、出力回路６２に接続され、当該出力回路６２の出力は、レベル制御回路３３に接続される。

なお、バイアス回路６１の電圧は、Ｖａとし、トランジスタ６４がオンする際のベース−エミッタ間の電圧は、Ｖｂｅであるとする。

以上のように構成されたレベル制御回路３３について、その動作について説明を行う。

帯域制限フィルタ１４を通過した信号は、２つに分岐される。一方の信号は、周波数変換回路１５に入力し、他方の信号は、特定のインピーダンスを有するインピーダンス素子６３を通過してトランジスタ６４のエミッタに入力する。

ここで、周波数変換回路１５の入力は、内部のバイアス回路であらかじめ設定されている電圧にクランプされている。よって帯域制限フィルタを出力した信号（すなわち、周波数変換回路１５およびインピーダンス素子６３に入力する信号）は、周波数変換回路１５の内部バイアス回路のバイアス電圧に重畳されており、図３（ａ）に示すような波形を有する。なお、図３（ａ）は、インピーダンス素子６３に入力する信号の波形を示した図である。具体的には、縦軸は、電位を示し、横軸は、時間を示している。

また、検出用トランジスタ６４のベースは、バイアス回路６１の出力電圧Ｖａが印加されている。ここで、バイアス回路６１の出力電圧Ｖａによって、検出する入力レベルを設定することができる。具体的には、バイアス回路６１の出力電圧は、周波数変換回路１５の内部バイアス回路の出力電圧に重畳されている検出したい電界強度に相当する信号振幅の下限に対し、トランジスタ６４がオンする電圧であるＶｂｅ分だけ高く設定される。これにより、上記検出したい電界強度（すなわち、周波数変換回路１５のダイナミックレンジを上回るような電界強度）に相当する信号振幅よりも大きな振幅を有する信号が、トランジスタ６４に入力した場合に、トランジスタ６４がオンされて、コレクタ電流が出力回路へと流れる。以下に、図面を用いて詳しく説明する。図３（ｂ）は、バイアス回路６１の出力電圧Ｖａと、周波数変換回路１５のダイナミックレンジを上回る瞬間におけるエミッタへの入力信号のレベルと、トランジスタ６４がオンする際のベース−エミッタ間の電圧Ｖｂｅとの関係を示した図である。なお、縦軸は、電位を示し、横軸は、時間を示している。

まず、バイアス回路６１の出力電圧Ｖａは、図３（ｂ）に示すように、周波数変換回路１５のダイナミックレンジを丁度上回るような電界強度をもつ入力信号の振幅の最下端の電位と、Ｖａ−Ｖｂｅとが一致するように設定される。この場合、トランジスタ６４がオンするためには、ベース−エミッタ間の電圧がＶｂｅとならなければならない。すなわち、エミッタの電位は、Ｖａ−Ｖｂｅ以下になる必要がある。

ここで、入力してくる信号の振幅が、図３（ｂ）に示す信号よりも小さな振幅である場合には、トランジスタ６４のエミッタの電位は、Ｖａ−Ｖｂｅよりも低くなることはない。その結果、トランジスタ６４がオンされることはなく、コレクタ電流は流れない。

一方、入力してくる信号の振幅が、周波数変換回路１５のダイナミックレンジを丁度上回るような振幅よりも大きい場合には、トランジスタ６４のエミッタの電位は、Ｖａ−Ｖｂｅよりも低くなる。すなわち、ベース−エミッタ間の電位差が、Ｖｂｅよりも大きくなり、トランジスタ６４がオンされる。その結果、図３（ｂ）の斜線部分の期間において、出力回路６２に、信号の振幅に応じた大きさのコレクタ電流が流入する。

出力回路６２は、上記コレクタ電流を整流して、当該コレクタ電流の大きさに応じた直流信号に変換し、レベル制御回路３３に対して出力する。次に、レベル制御回路３３は、入力してきた直流信号を、増幅器１３の動作を制御するのに適した直流値を持つ制御信号に変換する。具体的には、レベル制御回路３３は、上記直流電流が最大値をとるときに制御信号の信号レベルが最小値をとり、直流電流が最小値をとるときに制御信号の信号レベルが最大値をとるように、制御信号を生成する。この後、当該制御信号は、増幅回路１３に入力する。

次に、上記制御信号により、制御される増幅回路１３の具体的な回路について、図面を参照しながら説明する。図４は、増幅回路１３の具体的な回路構成を示した図である。

受信信号は、トランジスタ５６のベースに入力される。なお、トランジスタ５６のベースは、トランジスタ５６を駆動させるため特定のインピーダンスを持つインピーダンス素子５２を介してバイアス回路５１と接続されている。増幅用トランジスタ５６のエミッタは、特定のインピーダンスを持つインピーダンス素子５３を介して接地されている。トランジスタ５６のコレクタは、トランジスタ５７のエミッタに共通接続されている。すなわち、トランジスタ５６とトランジスタ５７とは、いわゆるカスコード接続されている。また、トランジスタ５７のコレクタから出力された信号は、出力回路５４を通って帯域制限フィルタ１４へと出力される。なお、当該出力回路５４は、例えば、コイルや抵抗器で実現される。トランジスタ５７のベースには、レベル制御回路３３から出力される制御信号が入力する。また、出力回路５４には、定圧電源が接続される。

以上のように構成された増幅器１３では、定圧電源から、トランジスタ５６のエミッタ下の接地方向へと電流が流れる。そして、トランジスタ５６は、ベースに入力してくる入力信号を増幅し、トランジスタ５７は、トランジスタ５６の利得をレベル制御回路３３からの制御信号のレベルに従って制御する。これにより、出力回路５４からは、増幅された入力信号の信号レベルが出力されるようになる。それでは、以下に、当該増幅器１３の具体的な動作について説明を行う。まず、通常動作について説明を行う。ここで、通常動作とは、アンテナ１１が受信した信号の強度が、周波数変換回路１５のダイナミックレンジを上回らない程度の信号強度である場合に、増幅器１３で行われる動作である。

まず、レベル制御回路３３からの出力電圧（トランジスタ５７のベース電圧）は、トランジスタ５６、トランジスタ５７および出力回路５４がそれぞれ飽和動作をしないような適切な値に設定されている。このとき、受信信号は、トランジスタ５６により増幅され、トランジスタ５７のエミッタに入力する。そして、トランジスタ５７のコレクタから出力された信号は、出力回路６２を通って帯域制限フィルタ１４に出力される。すなわち、増幅器１３は、アンテナ１１から出力されてきた信号を、一定の利得によって増幅して、帯域制限フィルタ１４に出力している。

次に、アンテナ１１が受信した信号のレベルが、周波数変換回路１５のダイナミックレンジを上回るような信号レベルである場合に、増幅器１３で行われる動作について、説明をおこなう。

まず、周波数変換回路１５のダイナミックレンジを上回るような信号レベルの信号が、アンテナ１１において受信された場合、レベル制御回路３３が出力する制御信号の電位が、通常動作時よりも下がる。レベル制御回路３３が出力する制御信号の電位が下がると、トランジスタ５６のコレクタの電位が下がり、増幅用トランジスタ５６は次第に飽和動作を行うようになる。飽和動作が始まると電流増幅率（h_FE＝Ｉ_c／Ｉ_b）が下がるため、トランジスタ５６のコレクタから出力される信号が下がるため利得が減少する。また、飽和動作により、トランジスタ５６のベース電流が増加することにより、インピーダンス素子５２の電圧降下が大きくなりベースの電位が下がる。その結果、エミッタを流れる電流が減少する。すなわち、トランジスタ５６を流れる電流と利得とが同時に減少する。このように、本実施形態に係る増幅器１３によれば、トランジスタ５７のベースの電位を制御することによって、トランジスタ５６の利得および電流を制御することが可能となる。

なお、閾値よりも大きな受信信号が増幅器１３に入力してきた場合には、利得と電流を両方を同時に減少させるために、バイアス回路５１の出力電圧を下げるような回路が、図４の代わりの回路として考えられる。しかしながら、このような回路は、利得及び電流を減少させることができる受信信号のレベルの上限が低いという問題を有する。以下に図５を参照しながら詳しく説明する。

上述したように、閾値よりも大きなレベルの受信信号が増幅器１３に入力してきた場合には、バイアス回路５１の出力電圧を下げることにより、トランジスタ５６の利得を減少させている。このような方法によりバイアス回路５１の出力電圧を下げた場合、当該バイアス回路５１の出力電圧は、０Ｖである。この場合、図５に示す通り、増幅用トランジスタ５６が動作をする電圧ＶＱ１（ｏｎ）を上回る信号がトランジスタ５６のベースに入力した場合、増幅用トランジスタ５６は、その期間動作を行ってしまい後段の回路に増幅した信号を出力してしまう。入力される信号レベルが更に増加した場合、利得制御が不可能となり信号レベルに応じた信号を出力すると同時に電流も消費してしまうことになる。

以上のように、本実施形態に係る受信回路によれば、帯域制限フィルタ１４の出力に基づいて、増幅器１３のフィードバック制御を行っている。当該帯域制限フィルタ１４から出力される信号は、所望信号波に加えて妨害信号波も含んでいる。そのため、所望信号波よりも大きな信号レベルを持った妨害波信号が入力してきた場合に、受信回路は、当該妨害波信号と所望波信号とをあわせた信号レベルを検出でき、これに基づいて、ＡＧＣ制御を行うことができる。その結果、従来の受信回路のように、所望波信号よりも大きな妨害波信号が入力した場合に、妨害波信号の信号レベルが検出されないことを原因としてＡＧＣ制御が行われないという問題が発生しない。すなわち、周波数変換回路１５に、ダイナミックレンジを大きく上回る信号が入力するという問題が発生しない。その結果、受信回路の受信性能を向上させることができる。

また、本実施形態に係る受信回路によれば、受信回路の消費電量を抑制することができる。従来では、十分大きな信号レベルを持った信号を受信した場合にも、増幅回路１１３において受信信号を一定の利得および電流で増幅していた。これに対して、本実施形態に係る受信回路によれば、十分大きな信号レベルを持った信号を受信した場合には、増幅器１３は、利得および電流を減少させることで適正な強度に受信信号を増幅している。すなわち、増幅器１３を流れる電流値を従来に比べて抑制することができ、受信回路の消費電力を抑制することができる。

また、本実施形態に係る受信回路によれば、アンテナ１１と増幅器１３との間に、可変アッテネータが設けられない。そのため、当該可変アッテネータが設けられることによる信号のロスの問題が生じない。

また、本実施形態に係る受信回路によれば、電界強度が低い弱電界では、検出用トランジスタ６４が、カットオフしているため高周波特性、特に受信感度を決める雑音特性へ与える影響が極めて低く抑えられる。

なお、本実施形態に係る受信回路によれば、制御信号は、増幅器１３の利得を制御するものとしているが、当該制御信号が制御するものは、これに限らない。例えば、当該制御信号は、増幅器１３の利得の制御に用いられる変わりに、増幅器１３とアンテナ１１との間に新たに設けられた可変アッテネータの減衰量を制御するようにしてもよい。ただし、可変アッテネータの減衰量が制御される場合には、可変アッテネータの挿入ロスの問題は、解決できない。

なお、本実施形態では、レベル検出回路３２は、図２に示されるような構成を有するものとしているが、当該レベル検出回路３２の構成は、これに限らない。以下に、当該レベル検出回路３２のその他の構成例について、図面を参照しながら説明する。ここで、図６は、レベル検出回路３２のその他の構成を示した図である。

当該レベル検出回路３２は、差動増幅回路を構成する対のトランジスタ７８および７９と、トランジスタ７８のコレクタにエミッタが共通接続される対のトランジスタ８３および８４と、トランジスタ７９のコレクタにエミッタが共通接続される対のトランジスタ８１および８２と、トランジスタ７８のエミッタに接続される特定のインピーダンスを持つインピーダンス素子７３と、トランジスタ７９のエミッタに接続される特定のインピーダンスを持つインピーダンス素子７４と、トランジスタ８１および８３のコレクタに共通接続される出力回路７６と、トランジスタ８２および８４のコレクタに共通接続される出力回路７７と、特定のインピーダンスを持つインピーダンス素子７３および７４に共通接続される特定のインピーダンスを持つインピーダンス素子７５と、トランジスタ７８のベースに接続される特定のインピーダンスを持つインピーダンス素子７２と、特定のインピーダンスを持つインピーダンス素子７２と、トランジスタ７９のベースに共通接続されるバイアス回路７１と、バイアス回路７１に接続されるレベル検出回路８５とにより構成される。

ここで特定のインピーダンスを持つ７５は接地されている。またトランジスタ８２および８３のベースならびにトランジスタ８１および８４のベースは共通接続されてローカル信号が入力される。

受信信号は、トランジスタ７８のベースに入力されトランジスタ７８および７９のコレクタから出力信号が取り出される。出力信号は、トランジスタ８１および８２のエミッタならびにトランジスタ８３および８４のエミッタに入力されトランジスタ８１および８４のベースならびにトランジスタ８２および８３のベースに入力されているローカル信号により周波数変換される。周波数変換された信号は、出力回路７６および７７に入力され取り出される。

ここで、図７は、トランジスタ７８のベースの電圧波形およびバイアス回路７１を流れる電流波形を示した図である。バイアス回路７１を流れる電流は、特定のインピーダンスを持つインピーダンス素子７２によってトランジスタ７８のベースの電圧波形が電流に変換されたものである。ここで、レベル検出回路８５は、バイアス回路７１の電流値と、あらかじめ内部で定められた閾値とを比較し閾値を下回った信号成分を利得制御回路８６に出力する。利得制御回路８６は、入力信号レベルに応じた直流信号に変換後、直流信号を出力する。利得制御回路８６の出力信号は、利得制御手段を持つ増幅回路の利得制御信号として使用されることでＡＧＣループを構成する。

レベル検出回路が図６に示すような構成をとることで、ＡＧＣ動作が行われる場合に、レベル検出回路および素子が信号通過ラインに直接接続されないため、回路の挿入ロス及び寄生素子による特性劣化を抑えることができる。なお、本実施例のレベル検出回路８５で入力信号の下限値と閾値の比較の変わりに上限値と閾値との比較をさせてもよい。

なお、帯域制限フィルタ１４の通過周波数帯域に送信信号周波数帯が含まれないように設定されることで、受信回路の受信感度を向上させることが可能となる。以下に、詳しく説明する。

近年、データの送信動作と受信動作とが同時に行われる携帯電話が増加してきている。このように、送信動作と受信動作とが同時に行われた場合、送信回路側から受信回路側へと非常に大きな送信信号が漏れこんでしまう。その結果、当該送信信号に対して、ＡＧＣ動作が行われてしまう。この場合、受信信号が小さく増幅回路１３の利得を抑える必要がなくても、ＡＧＣ動作を行う信号レベル以上の送信信号が送信ブロックから漏れこんできた場合、ＡＧＣ動作が行われてしまい、受信信号を受信できなくなるという問題が発生する。

そこで、帯域制限フィルタ１４の通過周波数帯域が送信信号周波数帯を含まないように設定されることにより、送信ブロックから受信ブロックに漏れ込んでくる送信信号に対してＡＧＣ動作が行われることが防止される。

本発明に係る受信回路は、周波数変換回路において飽和動作が生じないという効果を有し、無線通信装置の受信回路等として有用である。

本発明の一実施形態に係る受信回路の構成を示したブロック図 レベル検出回路の構成例を示した図 インピーダンス素子６３に入力する信号の波形を示した図 バイアス回路６１の出力電圧Ｖａと、周波数変換回路１５のダイナミックレンジを上回る瞬間におけるエミッタへの入力信号のレベルと、トランジスタ６４がオンする際のベース−エミッタ間の電圧Ｖｂｅとの関係を示した図 増幅器の構成例を示した図 増幅器への入力信号の信号レベルと、増幅後の信号の電流値とを示した図 レベル検出回路のその他の構成例を示した図 図７は、トランジスタ７８のベースの電圧波形およびバイアス回路７１を流れる電流波形を示した図 従来の受信回路の構成を示したブロック図 従来の受信回路の構成を示したブロック図 妨害波信号を含んだ高周波信号を示した図

符号の説明

１１ アンテナ
１３ 増幅回路
１４ 帯域制限フィルタ
１５ 周波数変換回路
１６ 局部発振器
１７ 帯域制限フィルタ
３２ レベル検出回路
３３ レベル制御回路
４１ 信号処理回路
５１ バイアス回路
５２ インピーダンス素子
５３ インピーダンス素子
５４ 出力回路
５６ トランジスタ
５７ トランジスタ
６１ バイアス回路
６２ 出力回路
６３ インピーダンス素子
６４ トランジスタ
７１ バイアス回路
７２ インピーダンス素子
７３ インピーダンス素子
７４ インピーダンス素子
７５ インピーダンス素子
７６ 出力回路
７７ 出力回路
７８ トランジスタ
７９ トランジスタ
８１ トランジスタ
８２ トランジスタ
８３ トランジスタ
８４ トランジスタ
８５ レベル検出回路
８６ 利得制御回路

Claims (7)

1. 無線通信装置に用いられる受信回路であって、
   所定の周波数帯域の高周波信号を受信するアンテナと、
   前記アンテナが受信した前記高周波信号の信号レベルを変化させるレベル変化手段と、
   前記レベル変化手段において信号レベルが変化された前記高周波信号に対して、所定の信号処理を施す後段回路と、
   前記後段回路において信号処理が施された前記高周波信号の信号レベルを検出する検出部と、
   前記検出部が検出した高周波信号の信号レベルが、所定値よりも大きくならないように、当該検出部が検出した高周波信号の信号レベルに基づいて、前記レベル変化手段における前記高周波信号の変化率を設定する制御部とを備える、受信回路。
2. 前記レベル変化手段は、増幅器であり、
   前記制御部は、前記検出部が検出した高周波信号の信号レベルが予め定められた閾値よりも大きい場合には、前記レベル変化手段の利得を所定値より小さな利得に設定し、前記検出部が検出した高周波信号の信号レベルが前記閾値よりも小さい場合には、前記レベル変化手段の利得を前記所定値に設定することを特徴とする、請求項２に記載の受信回路。
3. 前記制御部は、前記検出部が検出した高周波信号の信号レベルが予め定められた閾値よりも大きい場合には、所定レベルよりも小さな制御信号を発生し、前記検出部が検出した高周波信号の信号レベルが当該閾値よりも小さい場合には、当該所定レベルの制御信号を発生し、
   前記増幅器は、
   エミッタ接地された増幅用トランジスタと、
   前記増幅用トランジスタのベースにバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
   前記増幅用トランジスタに対してカスコード接続された制御用トランジスタと、
   前記制御用トランジスタのコレクタに接続された出力回路とを含み、
   前記増幅用トランジスタは、ベースに入力され、前記バイアス電圧が印加された前記高周波信号を増幅し、
   前記制御用トランジスタは、ベースに入力される前記制御部が発生した制御信号に基づいて、前記増幅用トランジスタの利得を、当該直流信号の信号レベルに応じた利得に制御し、
   前記出力回路は、前記制御用トランジスタのコレクタから、増幅された前記高周波信号を出力することを特徴とする、請求項２に記載の受信回路。
4. 前記検出部は、
   前記後段回路から出力される前記高周波信号がエミッタに入力してくるレベル検出用トランジスタと、
   前記レベル検出用トランジスタのベースに所定のバイアス電圧を印加するためのバイアス回路と、
   前記レベル検出用トランジスタのコレクタから出力される高周波信号を、直流電流に変換する出力回路とを備え、
   前記レベル検出用トランジスタは、エミッタに入力してくる前記高周波信号の内、前記所定のバイアス電圧により定まる閾値よりも大きな信号レベルを持った高周波信号のみを、コレクタから出力し、
   前記制御部は、前記出力回路から出力されてくる直流電流が予め定められた閾値よりも大きい場合には、所定レベルよりも小さな制御信号を発生し、前記出力回路から出力されてくる直流電流が当該閾値よりも小さい場合には、当該所定レベルの制御信号を発生することを特徴とする、請求項２に記載の受信回路。
5. 前記後段回路から出力される前記高周波信号の周波数を、当該高周波信号の周波数よりも低い周波数に変換する周波数変換回路と、
   前記周波数変換回路の入力部に接続されるバイアス回路とをさらに備え、
   前記検出部は、前記バイアス回路の消費電流を検出することを特徴とする、請求項２に記載の受信回路。
6. 前記後段回路は、前記レベル変化手段から出力された高周波信号の内、前記所定周波数帯域中の信号のみを、前記検出部に出力する帯域制限フィルタであることを特徴とする、請求項１に記載の受信回路。
7. 前記帯域制限フィルタは、前記無線通信装置に設けられた送信回路から出力される送信信号を、検出部に対して出力させない周波数特性を有することを特徴とする、請求項６に記載の受信回路。
   
   

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