JP2006180237A - Gain control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変減衰器を用いた利得制御回路に関し、特にPINダイオード可変減衰器を備えたマイクロ波帯、ミリ波帯等で用いられる高周波信号受信機に好適な利得制御方式に関する。 The present invention relates to a gain control circuit using a variable attenuator, and more particularly to a gain control system suitable for a high frequency signal receiver used in a microwave band, a millimeter wave band or the like having a PIN diode variable attenuator.
受信機の機能として、フェージング等に起因する入力レベルの変化により出力レベルが変動するのを防ぐために自動利得制御(AGC)回路が設けられている。受信機の自動利得制御回路に用いられる可変減衰器は、受信機入力レベルの変化によらず出力レベルを一定にするために、入力レベルが低い時には減衰量が小さく、入力レベルが高い時には減衰量が大きくなるように制御される。 As a function of the receiver, an automatic gain control (AGC) circuit is provided to prevent the output level from fluctuating due to a change in the input level due to fading or the like. The variable attenuator used in the automatic gain control circuit of the receiver has a small attenuation when the input level is low and an attenuation when the input level is high in order to keep the output level constant regardless of changes in the receiver input level. Is controlled to be large.
マイクロ波帯等の高い周波数帯域(数GHz〜数10GHz)における可変減衰器として、PINダイオード可変減衰器が比較的よく用いられている。可変減衰器に要求される特性として、減衰特性の直線性や可変減衰範囲が挙げられる。また、近年の大容量のディジタル回線等に用いられる受信機に要求される特性として、受信系の低歪み特性が要求されている。受信機の歪みは、信号増幅器に入力される信号レベルにより決定されるので、低歪み特性を実現するためには、より前段の信号レベルの小さい段階で減衰を行うことが必要となる。 As a variable attenuator in a high frequency band (several GHz to several tens GHz) such as a microwave band, a PIN diode variable attenuator is relatively often used. Characteristics required for the variable attenuator include linearity of the attenuation characteristic and a variable attenuation range. In addition, as a characteristic required for a receiver used for a large-capacity digital line in recent years, a low distortion characteristic of a receiving system is required. Since the distortion of the receiver is determined by the signal level input to the signal amplifier, in order to realize the low distortion characteristic, it is necessary to perform attenuation at a stage where the signal level at the previous stage is small.
図8は、PINダイオード可変減衰器の例(特許文献1参照)を示しており、高周波信号伝送路に直列に挿入されたPINダイオードD1に対して、該PINダイオードD1と同特性のPINダイオードD2及び抵抗R2の直列回路を帰還回路として有する演算増幅回路A1を介して制御電圧Vcontを供給することにより、制御電圧Vcontに対する減衰特性の直線性改善を図っている。 FIG. 8 shows an example of a PIN diode variable attenuator (see Patent Document 1). A PIN diode D2 having the same characteristics as the PIN diode D1 is compared with the PIN diode D1 inserted in series in the high-frequency signal transmission path. Further, by supplying the control voltage V cont via the operational amplifier circuit A1 having a series circuit of the resistor R2 as a feedback circuit, the linearity of the attenuation characteristic with respect to the control voltage V cont is improved.
図9は、PINダイオードを用いた可変減衰器の別の例を示しており、可変減衰用のPINダイオードD1が高周波信号伝送路に並列に挿入された構成となっている。図9に示すPINダイオード可変減衰器も、その制御電圧Vcontに対する減衰特性は図8に示すPINダイオード可変減衰器と同様である。この例では、制御電圧Vcontを供給する回路に対して1つのチョークコイルL1を挿入するだけでよいので、コスト面では図8に示すPINダイオード可変減衰器よりも有利である。 FIG. 9 shows another example of a variable attenuator using a PIN diode, in which a variable attenuating PIN diode D1 is inserted in parallel to the high-frequency signal transmission line. The PIN diode variable attenuator shown in FIG. 9 also has the same attenuation characteristic with respect to the control voltage V cont as the PIN diode variable attenuator shown in FIG. In this example, since only one choke coil L1 needs to be inserted into the circuit that supplies the control voltage Vcont , the cost is more advantageous than the PIN diode variable attenuator shown in FIG.
図8〜図9に示すPINダイオード可変減衰器は、簡単な構成で制御電圧に対して電圧減衰比が比較的直線的に変化する減衰特性を得ることができるが、その可変減衰範囲は必ずしも十分ではなく、入力レベルが大きく変動する受信機入力電力に対して、1つのPINダイオード可変減衰器のみで対応することは困難である。このPINダイオード可変減衰器を複数段縦続接続する方法もあるが、マイクロ波等の高周波数帯で動作する回路素子の場合、形状による分布定数的な特性や寄生容量による減衰器の特性等を考慮しなければならず、またシールド等の処理も必要となるため、高周波用の素子を増やすことはコスト面で不利となる。 The PIN diode variable attenuator shown in FIGS. 8 to 9 can obtain an attenuation characteristic in which the voltage attenuation ratio changes relatively linearly with respect to the control voltage with a simple configuration, but the variable attenuation range is not always sufficient. Instead, it is difficult to cope with receiver input power whose input level varies greatly with only one PIN diode variable attenuator. There is also a method of cascading a plurality of PIN diode variable attenuators. However, in the case of circuit elements operating in a high frequency band such as a microwave, the characteristics of distributed constants depending on the shape and the characteristics of attenuators due to parasitic capacitance are considered. In addition, since processing such as shielding is necessary, increasing the number of high-frequency elements is disadvantageous in terms of cost.
図10は、PINダイオードを用いた可変減衰器の更に別の例(特許文献2参照)を示しており、高周波信号伝送路に互いに逆極性となるように直列に挿入されたPINダイオードD1、D2と、このPINダイオードD1、D2の両端においてそれぞれ高周波信号伝送路に並列に挿入されたPINダイオードD3、D4とにより、π型PINダイオード可変減衰器が構成され、これらのPINダイオードと同特性のPINダイオードD5及び抵抗R2の直列回路を帰還回路として有する演算増幅回路A1を介してPINダイオードD1〜D4に制御電圧Vcontを供給することにより、制御電圧Vcontに対する減衰特性の直線性改善を図っている。 FIG. 10 shows still another example of a variable attenuator using a PIN diode (see Patent Document 2). PIN diodes D1 and D2 inserted in series in a high-frequency signal transmission line so as to have opposite polarities to each other. And PIN diodes D3 and D4 inserted in parallel to the high-frequency signal transmission path at both ends of the PIN diodes D1 and D2, respectively, constitute a π-type PIN diode variable attenuator, and PINs having the same characteristics as these PIN diodes by supplying the control voltage V cont to the PIN diode D1~D4 a series circuit of a diode D5 and the resistor R2 via the operational amplifier A1 having a feedback circuit, the aim of improving linearity of the attenuation characteristic with respect to the control voltage V cont Yes.
図11は、図9と図10にそれぞれ示されているPINダイオード可変減衰器の制御電圧対減衰特性を示しており、実線は図9のPINダイオード可変減衰器の特性、点線は図10のPINダイオード可変減衰器の特性を示している。 FIG. 11 shows the control voltage vs. attenuation characteristics of the PIN diode variable attenuator shown in FIGS. 9 and 10, respectively. The solid line is the characteristic of the PIN diode variable attenuator of FIG. 9, and the dotted line is the PIN of FIG. The characteristic of a diode variable attenuator is shown.
図11に示す特性から明らかなように、図8あるいは図9に示す1つのPINダイオードD1を用いた可変減衰器の場合、制御回路に逆対数電圧電流変換増幅器を用いて、制御電圧対減衰特性の直線性を向上させているものの、形状、コストによる制約のため可変減衰範囲は比較的狭く、また減衰量が大きい領域において、制御電圧に対して減衰量が飽和し直線性が悪化している。 As is clear from the characteristics shown in FIG. 11, in the case of the variable attenuator using one PIN diode D1 shown in FIG. 8 or FIG. Although the linear attenuation is improved, the variable attenuation range is relatively narrow due to restrictions due to shape and cost, and in a region where the attenuation is large, the attenuation is saturated with respect to the control voltage and the linearity is deteriorated. .
一方、図10に示すπ型PINダイオード可変減衰器では、可変減衰範囲は比較的広く、また制御電圧対減衰特性も、減衰範囲全体に亘ってほぼ直線的に変化している。従って、このπ型PINダイオード可変減衰器を高周波帯における可変減衰器として用いれば、可変減衰範囲および制御電圧対減衰特性を改善できるが、π型PINダイオード可変減衰器では、図8あるいは図9に示す1つのPINダイオードからなる可変減衰器と比較して、高周波帯で動作する回路素子の数およびバイアス制御端子の数の増加により形状の大型化が避けられず、また形状による分布定数的な特性や寄生容量による減衰器の特性等を考慮して設計しなければならない。さらにシールドケースの形状も大きくなるため、コスト面で不利となる。 On the other hand, in the π-type PIN diode variable attenuator shown in FIG. 10, the variable attenuation range is relatively wide, and the control voltage vs. attenuation characteristic also changes almost linearly over the entire attenuation range. Therefore, if this π-type PIN diode variable attenuator is used as a variable attenuator in the high frequency band, the variable attenuation range and control voltage versus attenuation characteristics can be improved. However, in the π-type PIN diode variable attenuator, FIG. 8 or FIG. Compared to the variable attenuator composed of one PIN diode shown in the figure, the increase in the number of circuit elements operating in the high frequency band and the number of bias control terminals inevitably increases the size of the shape, and the distributed constant characteristics due to the shape It must be designed in consideration of the characteristics of the attenuator due to the parasitic capacitance. Furthermore, since the shape of the shield case becomes large, it is disadvantageous in terms of cost.
一方、中間周波数帯で用いる可変減衰器の場合には、扱う信号レベルは高周波信号よりも大きくなるが、その動作周波数は低く(例えば数100MHz以下)、分布定数的な特性や寄生容量による減衰器の特性等を考慮した設計あるいはシールドケース等が不要となるので、非線形歪が比較的少ない図10に示すπ型PINダイオード可変減衰器を中間周波数帯の可変減衰器として用いることが容易であり、比較的低コストで所望の可変減衰範囲を達成させることが可能である。しかし前記のように、受信機の歪みは、信号増幅器に入力される信号のレベルにより決定されるため、後段(中間周波数段)で信号レベルの制御を行うと、歪み特性の悪化は避けられない。 On the other hand, in the case of a variable attenuator used in the intermediate frequency band, the signal level handled is higher than that of a high-frequency signal, but the operating frequency is low (for example, several hundred MHz or less), and an attenuator due to distributed constant characteristics or parasitic capacitance Therefore, it is easy to use the π-type PIN diode variable attenuator shown in FIG. 10 as a variable attenuator in the intermediate frequency band because the nonlinear distortion is relatively small. It is possible to achieve the desired variable attenuation range at a relatively low cost. However, as described above, the distortion of the receiver is determined by the level of the signal input to the signal amplifier. Therefore, if the signal level is controlled in the subsequent stage (intermediate frequency stage), deterioration of the distortion characteristic is inevitable. .
図12は、減衰器に要求された減衰量を達成する手段として、(1)図8あるいは図9に示すPINダイオード可変減衰器を高周波帯にのみ接続して減衰させた場合、(2)図10に示すπ型PINダイオード可変減衰器を中間周波数帯にのみ接続して減衰させた場合、および(3)高周波帯に接続された図8あるいは図9に示すPINダイオード可変減衰器と中間周波数帯に接続された図10に示すπ型PINダイオード可変減衰器で共に減衰させた場合の減衰特性と受信機の歪み特性を示している。なお、図12では、減衰特性を示すグラフの横軸(制御電圧)は共通化しているが実際の制御電圧はそれぞれの場合で異なる。
FIG. 12 shows, as means for achieving the attenuation required for the attenuator, (1) When the PIN diode variable attenuator shown in FIG. 8 or FIG. When the π-type PIN diode variable attenuator shown in FIG. 10 is connected and attenuated only in the intermediate frequency band, and (3) the PIN diode variable attenuator and intermediate frequency band shown in FIG. 8 or FIG. 9 connected to the
(1)の高周波帯PINダイオード可変減衰器のみで減衰させた場合(実線)では、信号レベルが小さい前段の高周波帯で減衰を行うため歪み特性は良好だが、減衰特性の直線性が悪くなる。また、所要の減衰量を達成していない場合、可変減衰範囲を増やすことが困難である。(2)の中間周波数帯PINダイオード可変減衰器のみで減衰させた場合(点線)では、図10に示すπ型PINダイオード可変減衰器により減衰を行うため、減衰特性の直線性は良好だが、歪み特性が悪くなる。 When the attenuation is performed only by the high frequency band PIN diode variable attenuator (1) (solid line), the attenuation characteristic is good because the attenuation is performed in the high frequency band of the previous stage where the signal level is small, but the linearity of the attenuation characteristic is deteriorated. Further, when the required attenuation is not achieved, it is difficult to increase the variable attenuation range. When the attenuation is performed only by the intermediate frequency band PIN diode variable attenuator (dotted line) in (2), the attenuation is performed by the π-type PIN diode variable attenuator shown in FIG. The characteristics deteriorate.
また、(3)の高周波帯PINダイオード可変減衰器と中間周波数帯PINダイオード可変減衰器で共に減衰させた場合(一点鎖線)では、減衰特性の直線性および歪み特性は、(1)の場合と(2)の場合のほぼ中間の特性となっており、歪み特性については、高周波帯PINダイオードによる減衰が少ない分悪くなっている。 Further, when both the high frequency band PIN diode variable attenuator (3) and the intermediate frequency band PIN diode variable attenuator (3) are both attenuated (one-dot chain line), the linearity and distortion characteristics of the attenuation characteristics are the same as in the case of (1). The characteristics are almost intermediate in the case of (2), and the distortion characteristics are worse due to less attenuation by the high frequency band PIN diode.
このように、PINダイオード可変減衰器における上記従来の制御方法の場合、歪みの観点からは、できるだけ高周波帯PINダイオード可変減衰器で減衰を行うのがよいが、単一のPINダイオードによって構成した高周波帯PINダイオード可変減衰器では減衰量が大きい領域で減衰特性の直線性が悪くなる。一方、高周波帯PINダイオード可変減衰器として、図10に示すπ型PINダイオード可変減衰器を用いれば、減衰特性の直線性は良好となるが、前記したようにコスト面で不利である。 As described above, in the case of the conventional control method in the PIN diode variable attenuator, from the viewpoint of distortion, it is preferable to attenuate with a high frequency band PIN diode variable attenuator as much as possible, but the high frequency formed by a single PIN diode. In the band PIN diode variable attenuator, the linearity of the attenuation characteristic is deteriorated in a region where the attenuation is large. On the other hand, if the π-type PIN diode variable attenuator shown in FIG. 10 is used as the high frequency band PIN diode variable attenuator, the linearity of the attenuation characteristic is improved, but it is disadvantageous in terms of cost as described above.
本発明の目的は、PINダイオード可変減衰器における上記問題点に鑑み、歪み特性の悪化を最小限に抑え、かつ減衰特性を所要の可変減衰範囲において制御電圧に対してほぼ直線的特性とすることができる可変減衰器を、比較的低コストで実現する手段を提供することにある。 In view of the above problems in the PIN diode variable attenuator, an object of the present invention is to minimize the deterioration of the distortion characteristic and to make the attenuation characteristic substantially linear with respect to the control voltage in the required variable attenuation range. It is an object of the present invention to provide a means for realizing a variable attenuator capable of achieving the above at a relatively low cost.
本発明は、高周波帯PINダイオード可変減衰器と中間周波数帯PINダイオード可変減衰器とを組み合わせた構成とする。その際、受信機の低歪み化の為に、主に高周波帯PINダイオード可変減衰器により利得制御を行うが、この高周波帯PINダイオード可変減衰器には、例えば図8あるいは図9に示すような簡単な構成のPINダイオード可変減衰器を用い、中間周波数帯PINダイオード可変減衰器には、例えば図10に示すπ型PINダイオード可変減衰器のような比較的容易に減衰特性を直線的にすることができるPINダイオード可変減衰器を用いる。 The present invention is configured by combining a high frequency band PIN diode variable attenuator and an intermediate frequency band PIN diode variable attenuator. At that time, in order to reduce the distortion of the receiver, gain control is performed mainly by a high frequency band PIN diode variable attenuator. For example, as shown in FIG. A PIN diode variable attenuator with a simple configuration is used, and the intermediate frequency band PIN diode variable attenuator has a relatively easy linear attenuation characteristic such as the π-type PIN diode variable attenuator shown in FIG. PIN diode variable attenuator that can be used.
そして、減衰量が小さい(受信機入力電力が小さい)領域では、高周波帯PINダイオード可変減衰器により減衰させ、減衰量が大きい(受信機入力電力が大きい)領域では、高周波帯PINダイオード可変減衰器により減衰させるとともに中間周波数帯PINダイオード可変減衰器でも減衰させることにより、高周波帯PINダイオード可変減衰器による減衰量不足分を、中間周波数帯PINダイオード可変減衰器による減衰量で補うように制御することを特徴とする。 In a region where the attenuation is small (receiver input power is small), the high frequency band PIN diode variable attenuator is attenuated by a high frequency band PIN diode variable attenuator. In a region where the attenuation is large (receiver input power is large), a high frequency band PIN diode variable attenuator is used. And attenuating by the intermediate frequency band PIN diode variable attenuator, so that the shortage of attenuation by the high frequency band PIN diode variable attenuator is compensated by the attenuation by the intermediate frequency band PIN diode variable attenuator. It is characterized by.
具体的には、本発明の受信入力レベル制御回路は、単一のPINダイオードにより構成され、該PINダイオードのインピーダンスを変化させてその減衰量を制御することにより受信入力信号に対するレベル制御を行う高周波数帯PINダイオード可変減衰器と、複数のPINダイオードにより構成され、該複数のPINダイオードの各インピーダンスを変化させてその減衰量を制御することにより、ダウンコンバートされた中間周波信号に対して、比較的直線的な減衰特性を有するレベル制御を行う中間周波数帯PINダイオード可変減衰器と、受信機入力電力が所定レベル以下の範囲においては、前記高周波数帯PINダイオード可変減衰器に対してのみ前記受信入力信号を減衰させるための制御信号を供給し、受信機入力電力が前記所定レベルよりも大きい範囲では、前記高周波数帯PINダイオード可変減衰器に対して前記受信入力信号を減衰させるための制御信号を供給するとともに、前記高周波数帯PINダイオード可変減衰器による減衰量不足分を補って所要の減衰量となるように前記中間周波数帯PINダイオード可変減衰器に対して前記中間周波信号を減衰させるための制御信号を供給する制御部と、を備えていることを特徴とする。 Specifically, the reception input level control circuit of the present invention is configured by a single PIN diode, and controls the level of the received input signal by changing the impedance of the PIN diode to control the attenuation amount. Compared to the down-converted intermediate frequency signal, which is composed of a frequency band PIN diode variable attenuator and a plurality of PIN diodes, and controlling the attenuation amount by changing the impedance of each of the plurality of PIN diodes. An intermediate frequency band PIN diode variable attenuator that performs level control having a linear attenuation characteristic, and the reception only for the high frequency band PIN diode variable attenuator when the receiver input power is below a predetermined level. A control signal for attenuating the input signal is supplied, and the receiver input power is In a range larger than the level, a control signal for attenuating the received input signal is supplied to the high frequency band PIN diode variable attenuator, and an insufficient amount of attenuation by the high frequency band PIN diode variable attenuator is reduced. And a control unit for supplying a control signal for attenuating the intermediate frequency signal to the intermediate frequency band PIN diode variable attenuator so as to compensate for a required attenuation.
本発明における高周波数帯PINダイオード可変減衰器は、高周波信号伝送路と直列又は並列に接続された単一のPINダイオードによって構成することができ、制御信号経路も、該単一のPINダイオードに対して前記制御部からチョークコイルを介して前記PINダイオードが接続されている高周波信号伝送路経由で供給するだけで済むので、高周波用可変減衰器を簡単な構成で実現可能である。 The high frequency band PIN diode variable attenuator in the present invention can be constituted by a single PIN diode connected in series or in parallel with the high frequency signal transmission path, and the control signal path is also connected to the single PIN diode. Thus, it is only necessary to supply the control unit via the choke coil via the high-frequency signal transmission line to which the PIN diode is connected, so that the high-frequency variable attenuator can be realized with a simple configuration.
また、本発明における中間周波数帯PINダイオード可変減衰器は、好適には、中間周波伝送路に互いに逆向きに直列接続された第1、第2のPINダイオードと、該直列接続された第1及び第2のPINダイオードの両端において、前記中間周波伝送路に並列接続された第3、第4のPINダイオードと、前記第1のPINダイオードと前記第2のPINダイオードの接続点に一定の電圧を供給するために接続された第1のチョークコイルと、前記第1のPINダイオードと前記第3のPINダイオードの接続点、および前記第2のPINダイオードと前記第4のPINダイオードの接続点に前記制御部からの制御信号を供給するために接続された第2、第3のチョークコイルとを有し、前記制御信号により前記第1および第2のPINダイオードのインピーダンス変化方向と前記第3および第4のPINダイオードのインピーダンス変化方向が互いに逆方向となるように制御される、π型PINダイオード可変減衰器が用いることができる。中間周波数帯PINダイオード可変減衰器は、扱う周波数が低いので、その構成が多少複雑であっても比較的容易かつ低コストで実現可能である。 The intermediate frequency band PIN diode variable attenuator according to the present invention preferably includes first and second PIN diodes connected in series in opposite directions to the intermediate frequency transmission line, and the first and second PIN diodes connected in series. At both ends of the second PIN diode, a constant voltage is applied to the connection points of the third and fourth PIN diodes connected in parallel to the intermediate frequency transmission line, and the first PIN diode and the second PIN diode. A first choke coil connected for supply, a connection point between the first PIN diode and the third PIN diode, and a connection point between the second PIN diode and the fourth PIN diode; And second and third choke coils connected to supply a control signal from the control unit, and the first and second PIN diodes are controlled by the control signal. Wherein the impedance change direction of the diode third and impedance variation direction of the fourth PIN diode is controlled so as to be opposite to each other, [pi-type PIN diode variable attenuator can be used. Since the intermediate frequency band PIN diode variable attenuator has a low frequency, it can be realized relatively easily and at low cost even if its configuration is somewhat complicated.
また本発明の制御部は、前記高周波数帯PINダイオード可変減衰器に対しては、受信機入力電力が所定レベル以下の範囲においてその制御電圧が受信機入力電力レベルに応じて制御開始電圧からほぼ直線的に変化し、受信機入力電力が前記所定レベルよりも大きい範囲ではその制御電圧が前記所定レベルにおける制御電圧に固定される第1の制御電圧と、受信機入力電力が前記所定レベル以下の範囲においてはその制御電圧が前記制御開始電圧に固定され、受信機入力電力が前記所定レベルよりも大きい範囲ではその制御電圧が受信機入力電力レベルに応じて前記制御開始電圧からほぼ直線的に変化する第2の制御電圧とを前記制御部で加算することにより生成された前記制御信号を供給し、前記中間周波数帯PINダイオード可変減衰器に対しては、該制御部で前記第2の制御電圧のみから生成された前記制御信号を供給する。 In the high frequency band PIN diode variable attenuator, the control unit according to the present invention can control the control voltage from the control start voltage according to the receiver input power level in a range where the receiver input power is below a predetermined level. A first control voltage that changes linearly and whose control voltage is fixed to the control voltage at the predetermined level in a range where the receiver input power is larger than the predetermined level, and the receiver input power is equal to or lower than the predetermined level. In the range, the control voltage is fixed to the control start voltage, and in the range where the receiver input power is larger than the predetermined level, the control voltage changes almost linearly from the control start voltage according to the receiver input power level. The control signal generated by adding the second control voltage to the control unit is supplied to the intermediate frequency band PIN diode variable attenuator Is against, supplies the control signal generated from only the second control voltage at the control unit.
またこの制御部は、各可変減衰器に用いられているPINダイオードと同様の特性を有する第5のPINダイオードと第1の抵抗との直列回路を帰還回路として有し、第2の抵抗を介して入力された前記第1の制御電圧と第3の抵抗を介して入力された前記第2の制御電圧とを加算することにより、前記高周波数帯PINダイオード可変減衰器に供給するための前記制御信号を生成して出力する第1の演算増幅器と、前記各可変減衰器に用いられているPINダイオードと同様の特性を有する第6のPINダイオードと第4の抵抗との直列回路を帰還回路として有し、第5の抵抗を介して入力された前記第2の制御電圧から、前記中間周波数帯PINダイオード可変減衰器に供給するための前記制御信号を生成して出力する第2の演算増幅器とを備えた構成とすることができる。 In addition, the control unit has a series circuit of a fifth PIN diode and a first resistor having the same characteristics as the PIN diode used in each variable attenuator as a feedback circuit, and the second resistor The control for supplying the high frequency band PIN diode variable attenuator by adding the first control voltage input through the second resistor and the second control voltage input through the third resistor. A series circuit of a first operational amplifier that generates and outputs a signal and a sixth PIN diode having the same characteristics as the PIN diode used in each of the variable attenuators and a fourth resistor is used as a feedback circuit. And a second operational amplifier that generates and outputs the control signal to be supplied to the intermediate frequency band PIN diode variable attenuator from the second control voltage input via the fifth resistor It can be configured to include a.
本発明によれば、高周波帯PINダイオード可変減衰器のみで減衰させた場合に比べ制御電圧に対する減衰量の直線性が改善され、さらに受信機の歪み特性を良好に保ちながら、低コストで可変減衰範囲の広い減衰器を構成することができる。 According to the present invention, the linearity of the amount of attenuation with respect to the control voltage is improved as compared with the case where only the high frequency band PIN diode variable attenuator is used for attenuation, and the variable attenuation is performed at low cost while maintaining the distortion characteristics of the receiver. A wide range of attenuators can be constructed.
図1は、本発明の実施形態を示す受信機の利得制御回路図であり、高周波減衰器回路1、ダウンコンバータ2、中間周波減衰器回路3および制御部4を有している。なお本実施形態の受信機には、高周波減衰器回路1から出力される高周波信号を増幅する高周波増幅回路、ローカル発振器、ダウンコンバータ2あるいは中間周波減衰器回路3から出力される中間周波信号を増幅する中間周波増幅回路等も備えているが、図では本発明の特徴部分を明確にするために省略している。
FIG. 1 is a gain control circuit diagram of a receiver showing an embodiment of the present invention, which includes a high
高周波減衰器回路1は、高周波信号伝送路を可変インピーダンス素子として機能するPINダイオードD1で短絡した形となっており、制御部4からの制御信号はチョークコイルL1を介して高周波信号伝送路とPINダイオードD1の接続点に供給される。中間周波減衰器回路3は、PINダイオードD2〜D5によりπ型減衰器として構成されており、制御部4からの制御信号は、チョークコイルL2を介してPINダイオードD2とD4の接続点に、またチョークコイルL3を介してPINダイオードD3とD5の接続点にそれぞれ供給される。また、PINダイオードD2とD3の接続点には、チョークコイルL4を介してこのπ型PINダイオード可変減衰器を動作させるための定電圧V0が供給される。
The high-
本実施形態では、2つの制御電圧Vcont1とVcont2が用いられる。Vcont1は抵抗R1を介して演算増幅器A1の一入力端子へ接続され、高周波減衰器回路1を制御するために用いられる。Vcont2は抵抗R2を介して演算増幅器A1の一入力端子へ、また抵抗R3を介して演算増幅器A1の一入力端子へそれぞれ接続されており、高周波減衰器回路1と中間周波減衰器回路3の両方を制御するために用いられる。
In the present embodiment, two control voltages V cont1 and V cont2 are used. V cont1 is connected to one input terminal of the operational amplifier A1 through the resistor R1 and used to control the high-
演算増幅器A1の帰還回路には、PINダイオードD6と抵抗R4との直列回路が接続され、演算増幅器A2の帰還回路には、PINダイオードD7と抵抗R5との直列回路が接続されており、それぞれ逆対数電圧電流変換増幅器を形成している。従って、演算増幅器A1の一入力端子へ入力された制御電圧は、逆対数電圧電流変換された制御信号として高周波減衰器回路1へ、また演算増幅器A2の一入力端子へ入力された制御電圧は、逆対数電圧電流変換された制御信号として中間周波減衰器回路3出力される。
A series circuit of a PIN diode D6 and a resistor R4 is connected to the feedback circuit of the operational amplifier A1, and a series circuit of a PIN diode D7 and a resistor R5 is connected to the feedback circuit of the operational amplifier A2. A logarithmic voltage-current conversion amplifier is formed. Therefore, the control voltage input to one input terminal of the operational amplifier A1 is supplied to the high
図2は、本実施形態を示す受信機の利得制御回路で用いられる高周波減衰器回路1と中間周波減衰器回路3が、図11の実線と点線で示す特性をもつ場合において、トータルの最大減衰量を35dBとなるように設計したときの、制御電圧に対する減衰特性、および歪み特性を示している。また、図3〜図7は、本実施形態において、トータルの最大減衰量を35dBとなるように設計する場合の、各制御電圧、高周波減衰器回路、中間周波減衰器回路の動作特性を示している。
FIG. 2 shows the total maximum attenuation when the high
次に、本実施形態の動作について説明する。ここでは、例として、本実施形態で用いられる高周波減衰器回路1と中間周波減衰器回路3が、図11の実線と点線で示す特性をもつ場合において、トータルの最大減衰量を35dBとなるよう設計する場合について、図1〜図7、図11を参照して説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described. Here, as an example, when the high-
図11で示す高周波PINダイオード可変減衰器1は、可変減衰範囲が約27dBなので、8dB分可変範囲が不足している。しかし、先に述べたように、高周波可変減衰器1のみにより可変範囲を広げるためには大きなコストアップが避けられない。そこで本実施形態では、不足分を中間周波数帯PINダイオード可変減衰器3で負担することにより所要の減衰量(35dB)を達成させるようにする。
Since the variable attenuation range of the high frequency PIN
高周波PINダイオード可変減衰器1は、その減衰特性が図4の実線で示されているように、減衰量が大きい領域(制御電圧が−3Vより小さい領域)で制御電圧に対して減衰量が飽和し直線性が悪化している。そこで、制御電圧Vcont1、Vcont2により図3に示すような制御を行い、減衰量が大きい領域ではその減衰特性が図4に示す波線となるように設計する。即ち、減衰量が小さい領域では高周波PINダイオード可変減衰器1のみで減衰させ、減衰量が大きい領域では、高周波PINダイオード可変減衰器1および中間周波数帯PINダイオード可変減衰器3の両方で減衰させ、高周波減衰分に中間周波減衰分を足すことにより、破線の減衰特性を実現する。この場合、中間周波減衰器回路3が負担する減衰量は約8dB分となる。
The high-frequency PIN
中間周波減衰器回路3には、図10に示すπ型PINダイオード可変減衰器が用いられており、その制御電圧対減衰特性を示す図11のグラフ(破線)をみると、減衰量が約8dBの時の制御電圧Vcontは約−1.1Vとなっている。そこで、図3に示す制御電圧Vcont2が−3Vの時の制御電流値が図11における−1.1Vの時の制御電流値と同じにするために、抵抗R3の値を、抵抗R2の値の3/1.1=2.7倍にする。また、R1=R2とする。
The intermediate
図5は、制御電圧Vcont1、Vcont2を図3に示すように掃引した場合の高周波減衰器回路1の減衰特性を示している。高周波減衰器回路1は、制御電圧が−3Vまでの減衰量が小さい領域では制御電圧Vcont1により制御され、制御電圧Vcont1が−3Vとなった後は、Vcont1は−3Vに固定され、それよりも減衰量が大きい領域では制御電圧Vcont2を0Vから−3Vまで変化させることにより制御される。R1=R2なので、制御電圧Vcont1、Vcont2による電流は均等に足されるため、高周波減衰器回路1の制御電圧対減衰特性は、図11で示した実線の減衰特性と同様になる。
FIG. 5 shows the attenuation characteristics of the high-
また図6は、制御電圧Vcont1、Vcont2を図3に示すように掃引した場合の中間周波減衰器回路3の減衰特性を示している。中間周波減衰器回路3は、制御電圧Vcont1が0V〜−3Vの間で動作しているときは全く減衰しない。そして、制御電圧Vcont2が動作すると減衰していくが、R3=2.7×R2のため、制御電圧Vcont2が0V〜−3Vまで変化するとき、抵抗R3を介して逆対数電圧電流変換増幅器に流れる電流は、抵抗R2を介して逆対数電圧電流変換増幅器に流れる電流の2.7分の1になるため、図11で示した破線の減衰特性と比較すると、図11におけるグラフの横軸(0V〜−1.1Vの範囲)を2.7倍に延ばしたような減衰特性となる。
FIG. 6 shows the attenuation characteristics of the intermediate
図7は、高周波減衰器回路1と中間周波減衰器回路3のトータルの減衰特性を示しており、高周波減衰回路1の減衰特性と中間周波減衰回路3の減衰特性が足された形となって図2に示す減衰特性が得られる。従って、制御電圧に対する減衰特性の直線性が向上し、所要の可変減衰範囲も満たされている。また、歪み特性については、制御電圧Vcont1が0V〜−3Vの減衰領域では、高周波減衰器回路1のみにより減衰を行っているので、その歪特性は極めて良好であり、制御電圧Vcont1が−3Vに固定され、制御電圧Vcont2が0V〜−3Vの範囲で動作する減衰の大きい領域でも、所要減衰量の大部分は高周波減衰器回路1の減衰量でカバーしているので、図2に示すように歪みは最小限に抑えられる。
FIG. 7 shows the total attenuation characteristics of the high-
以上のように、本実施形態では、単一のPINダイオードからなる簡単な構成の可変減衰器を高周波減衰器回路として用い、この高周波減衰器回路で主に利得制御(減衰)を行うことにより受信機の低歪み化を図り、高周波減衰器回路における減衰量の不足分を、中間周波段に設けられたπ型PINダイオード可変減衰器のような比較的容易に減衰特性を直線的にすることができる可変減衰器で減衰させることにより、トータルで所要の減衰量が得られるように構成しているので、歪み特性の悪化を最小限に抑え、かつ減衰特性を所要の可変減衰範囲において制御電圧に対してほぼ直線的特性とすることができる可変減衰器を、低コストで実現することができる。 As described above, in this embodiment, a variable attenuator having a simple configuration composed of a single PIN diode is used as a high-frequency attenuator circuit, and reception is performed mainly by performing gain control (attenuation) with this high-frequency attenuator circuit. By reducing the distortion of the machine, the attenuation amount in the high frequency attenuator circuit can be linearized with a relatively easy attenuation characteristic such as a π-type PIN diode variable attenuator provided in the intermediate frequency stage. Since it is configured so that the required attenuation can be obtained in total by attenuating with the variable attenuator that can be used, the deterioration of the distortion characteristics is minimized, and the attenuation characteristics are set to the control voltage within the required variable attenuation range. On the other hand, a variable attenuator that can have a substantially linear characteristic can be realized at low cost.
1 高周波減衰回路
2 ダウンコンバータ
3 中間周波減衰回路
4 制御部
D1〜D7 PINダイオード
R1〜R5、r1、r2 抵抗器
C1〜C4 コンデンサ
L1〜L3 チョークコイル
A1、A2 演算増幅器
RFin 高周波信号入力端
IFout 中間周波信号出力端
V0 定電圧
Vcont1、Vcont2 制御電圧
DESCRIPTION OF
Claims (6)
複数のPINダイオードにより構成され、該複数のPINダイオードの各インピーダンスを変化させてその減衰量を制御することにより、ダウンコンバートされた中間周波信号に対して、比較的直線的な減衰特性を有するレベル制御を行う中間周波数帯PINダイオード可変減衰器と、
受信機入力電力が所定レベル以下の範囲においては、前記高周波数帯PINダイオード可変減衰器にのみ前記受信入力信号を減衰させるための制御信号を供給し、受信機入力電力が前記所定レベルよりも大きい範囲では、前記高周波数帯PINダイオード可変減衰器に前記受信入力信号を減衰させるための制御信号を供給するとともに、前記高周波数帯PINダイオード可変減衰器による減衰量不足分を補って所要の減衰量となるように前記中間周波数帯PINダイオード可変減衰器に前記中間周波信号を減衰させるための制御信号を供給する制御部と、
を備えていることを特徴とする利得制御回路。 A high-frequency band PIN diode variable attenuator configured by a single PIN diode and performing level control on the received input signal by changing the impedance of the PIN diode and controlling the attenuation amount;
A level having a relatively linear attenuation characteristic with respect to the down-converted intermediate frequency signal, which is configured by a plurality of PIN diodes and controlling the attenuation amount by changing the impedance of each of the plurality of PIN diodes. An intermediate frequency band PIN diode variable attenuator for controlling;
In a range where the receiver input power is below a predetermined level, a control signal for attenuating the received input signal is supplied only to the high frequency band PIN diode variable attenuator, and the receiver input power is greater than the predetermined level. In the range, a control signal for attenuating the received input signal is supplied to the high frequency band PIN diode variable attenuator, and a required attenuation amount is compensated for an insufficient amount of attenuation by the high frequency band PIN diode variable attenuator. A control unit for supplying a control signal for attenuating the intermediate frequency signal to the intermediate frequency band PIN diode variable attenuator so that
A gain control circuit comprising:
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