JP2006513615A - 一定の入力インピーダンスを有する制御可能なｒｆ広帯域増幅器 - Google Patents

Abstract

入力インピーダンスは選択された利得のインピーダンスに実質的に依存しない可変利得ＲＦ増幅器装置が提案される。この増幅器装置は多数の選択可能な基本的な増幅器を有し、入力信号が基準化され、入力インピーダンスが基本的な増幅器の電流制限素子によって等しくセットされ、この電流制限素子は基本的な増幅器に対応付けられている。回路はまた、選択された利得に殆ど依存しない低いノイズレベルおよび良好な線形性を有する。本発明による増幅器を使用する放送無線受信器ならびにデータ信号受信器も提案される。

Description

本発明は、制御可能な高周波増幅器、殊に入力インピーダンスが利得に依存しない制御可能な利得高周波増幅器の分野に属する。本発明の更なる観点は変調された高周波信号のための受信器に関する。

広範で動的なレンジを有する信号は高周波増幅器、ラジオおよびテレビ受像機または衛星受信機に使用されているような高周波増幅器において処理される。この種の高周波増幅器は通常の場合、入力増幅器として使用される。高周波増幅器によって弱い信号も強い信号も両方処理できるようにするために、利得レベルを調節できることが望ましい。したがって信号レベルをダウンストリーム信号処理段に適合させることができる。弱い信号が入力増幅器に供給される場合、増幅器を高利得で動作させる必要があるが、他方ではそれと同時に信号には可能な限り干渉が加えられるべきではない。不所望な干渉は例えば雑音および歪みを包含する。強い信号が増幅器の入力側に供給される場合には、増幅器は低利得で動作させる必要があるが、信号によって飽和されてはならない。両方のモードにおいて、広範な周波数領域にわたり等しくとどまる入力インピーダンスおよび良好な線形性が望ましい。

一定の入力インピーダンスおよび可変利得を有する増幅器が従来技術より公知であり、そのような増幅器においては対称的な入力信号が、異なる利得係数を有する２つまたはそれ以上の作動増幅器を通過する。個々の作動増幅器は所望の利得に依存して接続することができ、また高入力インピーダンスを有することができる。全体回路の入力インピーダンスは、差動入力間に接続されており、且つ作動増幅器の高入力インピーダンスに比べて非常に小さい低インピーダンスによって設定されている。したがって増幅器の入力インピーダンスを無視することができる。そのような回路はしばしば不所望な雑音応答を有し、また対称的な入力信号に対する作動増幅器としての回路コンフィギュレーションは回路の複雑性を著しく高める。

また高周波増幅器に対する可変利得を、線形領域の増幅器の動作点の可変制御を使用することによっても達成できる。しかしながら、増幅器の動作点をずらすことは、位相応答または帯域幅を変化させる可能性がある。

本発明の課題は一定の入力インピーダンス、可変利得、高い線形性および改善された雑音応答を有する高周波増幅器を提供することである。そのような増幅器は請求項１に記載されている。本発明による増幅器の有利な改善形態は従属請求項に記載されている。本発明の別の課題は、変調された高周波信号のための受信機を提供することである。

本発明による増幅器は２つまたはそれ以上の基本的な増幅器を包含し、これらの基本的な増幅器は並列に接続されており、且つ所望の増幅レベルに依存して選択される。入力信号は並列に全ての基本的な増幅器を通過する。この場合、１つの基本的な増幅器の入力インピーダンスが同時に入力信号の基準化に使用される。個々の基本的な増幅器はそれぞれ実質的に同一の利得を有する。それと同時に１つの特定の基本的な増幅器を選択することによって、この増幅器と関連する入力インピーダンスが選択される。選択されていないこれらの増幅器、ならびにこれらの増幅器と関連するインピーダンスは、能動的な回路部分の入力インピーダンスにあらゆる影響を及ぼさないように、スイッチを介して回路から切断されている。スイッチは例えばスイッチングダイオードであるが、トランジスタスイッチなどを使用することもできる。異なるタイプのスイッチを異なる回路部分において同時に使用することも可能である。本発明による高周波増幅器のコンフィギュレーションによって、僅かな複雑性でもって可変且つ再現可能な利得幅を自由に選択することができ、他方ではこれと同時に、利得の実質的なインピーダンスである入力インピーダンスを保証する。さらには、回路は集積回路への集積に非常に適している。

本発明の適用分野は、冒頭で述べたようなラジオ、テレビ受像機および衛星受信機に制限されるものではない。本発明による高周波増幅器を、一定の入力インピーダンスおよび可変の利得を要求する全ての適切な用途に使用することができる。

本発明の第２の観点においては、本発明による高周波増幅器を使用して放送無線信号を受信するための受信機が提案される。この場合には、放送無線受信機はアナログまたはディジタルのオーディオ伝送および／またはビデオ伝送のための受信機、例えばＶＨＦラジオ、ディジタルオーディオ放送（ＤＡＢ）またはディジタルテレビ（ＤＶＢ）のための受信機である。本発明による受信機を殊に有利には、無線伝送のために使用することができるが、受信機は有線伝送にも適している。

本発明の第３の観点においては、本発明による高周波増幅器を使用してデータ信号を受信するための受信機が提案される。このような受信機は、殊に、無線または有線の通信ネットワークにおいて使用される。この場合には、通信ネットワークは両方の通信ネットワーク、例えばローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）のような有線データネットワーク、およびユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（ＵＭＴＳ）またはディジタル無線電話（ＤＥＣＴ）のような無線データネットワークを包含する。データ内容、使用される周波数領域および変調タイプはこの場合重要でない。したがって、コンピュータデータまたは他の音声データを受信することができ、また回路装置は固有の周波数領域に制限されない。

本発明による高周波増幅器をより詳細に、図面を参照して以下において説明する。ここで、
図１は、２つの増幅段を備えた本発明による高周波増幅器の概略図であり、
図２は、選択された第１の利得レベルを有する、図１に示した本発明による高周波増幅器の回路を示し、
図３は、選択された第２の利得レベルを有する、図１に示した本発明による高周波増幅器を示す。

図面において同一の参照符号は同一または同様の素子を表す。

図１に示されているような本発明による高周波増幅器の概略図では、図示していない入力信号が入力側ＩＮを通過する。入力側ＩＮは並列接続されている第１の増幅器ブランチおよび第２の増幅器ブランチに接続されている。第１の増幅器ブランチは抵抗Ｒ１を有し、この抵抗Ｒ１の第１の接続部は入力側ＩＮに接続されており、第２の接続部はトランジスタＴ１のエミッタ電極と接続されている。スイッチＳ１を介して切り換え可能である電流源Ｊ１もトランジスタＴ１のエミッタ電極と接続されている。トランジスタＴ１のベース接続部はスイッチＳ２に接続されており、このスイッチＳ２を用いてベースをアースまたはＤＣ電圧源Ｕ１に接続することができる。トランジスタＴ１のコレクタは回路の出力側を形成し、出力側ＯＵＴに接続されている。

第２の増幅器ブランチも入力側ＩＮに接続されている。第２の増幅器ブランチは抵抗Ｒ２を有し、この抵抗Ｒ２の第１の接続部は増幅器の入力側ＩＮに接続されている。抵抗Ｒ２の第２の接続部に接続されているスイッチＳ３を介して、抵抗をアースに接続することができる。抵抗Ｒ２の第１の接続部および入力側ＩＮは抵抗Ｒ３にも接続されており、この抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴ２のエミッタ電極は入力側ＩＮに接続されている。トランジスタＴ２のエミッタ電極は電流源Ｊ２にも接続されており、この電流源Ｊ２は切り換え可能であるようにスイッチＳ４を介してアースに接続されている。トランジスタＴ２のベース接続部はスイッチＳ５を介してアースもしくはＤＣ電圧源Ｕ２に接続される。トランジスタＴ２のコレクタ接続部はトランジスタＴ１のコレクタ接続部に接続されており、このトランジスタＴ１のコレクタと共に出力側ＯＵＴを形成する。

第１の増幅器ブランチは、図１に示されているような高周波増幅器が図２に示されているコンフィギュレーションである場合にアクティブにされる。このためにスイッチＳ１が閉じられ、したがって電流源Ｊ１がアクティブにされる。スイッチＳ２はトランジスタＴ１のベースをＤＣ電圧源Ｕ１に接続する。図示していない、入力側ＩＮに供給される信号はこの状態において抵抗Ｒ１を介してトランジスタＴ１のエミッタ接続部を通過する。電流源Ｊ１およびトランジスタＴ１のベースにおける電位Ｕ１はトランジスタの動作点をセットする。信号は、このモードにおいてはベース接地回路として動作するトランジスタのコレクタ接続部から出力部ＯＵＴへと通過する。

スイッチＳ３は開かれているので、抵抗Ｒ２の第１の接続部のみが回路に接続されており、したがって回路には影響を及ぼさない。スイッチＳ４は開かれているので電流源Ｊ２はデアクティブであり、またスイッチＳ５はトランジスタＴ２のベースをアース電位に接続する。したがって同様に、抵抗Ｒ３の一方の接続部しか実質的に回路に接続されていないので、アクティブ回路の入力インピーダンスには影響を及ぼさない。

電流源Ｊ１は高周波数に対して高インピーダンスを有し、電圧源Ｕ１は高周波数に対する短絡を表す。トランジスタＴ１のベース／エミッタ接合部の抵抗差が低いために、抵抗Ｒ１は高周波に対してはベース／エミッタ接合部および電圧源Ｕ１を介してアースに接続される。したがって回路の入力インピーダンスは実質的に抵抗Ｒ１によって制御され、信号はそのままの状態でトランジスタＴ１のエミッタに通過される。

図３に示されているような本発明による高周波増幅器の概略図においては、第２の増幅器ブランチがアクティブにされる。このためにスイッチＳ３が閉じられ、入力側ＩＮが抵抗Ｒ２を介してアースに接続される。入力側ＩＮはまた抵抗Ｒ３にも接続され、この抵抗Ｒ３は入力側ＩＮをトランジスタのエミッタ接続部と接続する。トランジスタＴ２のエミッタ接続部と接続されている電流源Ｊ２はスイッチＳ４によってアクティブにされ、ここではこのスイッチＳ４が閉じられている。スイッチＳ５はトランジスタＴ２のベース接続部をＤＣ電圧源Ｕ２に接続する。スイッチＳ１は開かれており、またスイッチＳ２はトランジスタＴ１のベース接続部をアースに接続する。したがって同様に入力側ＩＮに接続されている抵抗Ｒ１の一方の接続部しか実質的に回路に接続されていないので、この抵抗Ｒ１は入力インピーダンスには影響を及ぼさない。

増幅器Ｔ２の動作点は、トランジスタＴ２のベース接続部におけるＤＣ電圧源Ｕ２からのＤＣ電圧電位およびトランジスタＴ２のエミッタ接続部における電流源Ｊ２によってセットされる。増幅回路の入力インピーダンスは、並列に接続されている抵抗Ｒ２およびＲ３によって形成される。この場合には、上述したように、抵抗Ｒ２が直接アースに接続されており、他方では抵抗Ｒ３がトランジスタＴ２のベース／エミッタ接合部、スイッチＳ５およびＤＣ電圧源Ｕ２を介してアースに接続されている。この場合トランジスタＴ２のベース／エミッタ接合部は、抵抗Ｒ２およびＲ３の抵抗値に比べて非常に低い抵抗差を有するので、したがって無視できる。ＤＣ電圧源Ｕ２は高周波数に対してアースへの短絡を表し、また電流源Ｊ２は高周波数に対して高インピーダンスを有する。ＤＣ電圧源Ｕ２および電流源Ｊ２はしたがって同様に無視できる。抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の回路装置は、アースに直接タップされている入力側ＩＮに供給される信号の一部を発生させ、またこの信号の一部のみが抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴ２へと通過される。

トランジスタＴ２に通過される信号の部分の大きさは、抵抗Ｒ２およびＲ３の比率によって制御される。このようにして基準化された入力信号はトランジスタＴ２によって増幅され、出力側ＯＵＴに供給される。２つの抵抗Ｒ２およびＲ３は、これらの抵抗によって形成される並列回路が、第１の増幅ブランチがアクティブにされるときに回路の入力インピーダンスを制御する抵抗Ｒ１と同一の値を有するように選択することができる。例えば、入力信号を増幅の前に半分することが意図される場合には、抵抗Ｒ２およびＲ３をそれぞれ、図２に関する説明からＲ１の２倍にすることができる。入力インピーダンスは以下のように計算される。

この範囲について図２を参照した前述の例は、図３を参照した上述の状況の特別な場合を表し、そこにおいては図３の抵抗Ｒ２に相当する抵抗は存在しない。したがって、図３に示されているような一般的なコンフィギュレーションにおいて本発明による基本的な増幅器を得るために、無限大の高さの抵抗を持つ抵抗を、この抵抗が抵抗Ｒ１と共に信号に関する電圧分配器を形成し、且つ入力インピーダンスの計算を考慮して抵抗Ｒ１に並列に接続されるようにして回路に挿入することが必要とされる。

２つの抵抗を用いて信号を基準化する広範な可能性に基づき、また他方ではこれと同時に実質的に一定の入力インピーダンスをセットすることに基づき、回路を所望のあらゆる利得係数に容易に拡張することができる。この場合における有利な特徴は、回路の選択された部分のみがいかなる場合においても、振幅および入力インピーダンスに寄与することである。殊に有利には、回路の単純なコンフィギュレーションおよび半導体スイッチの使用により、本発明による高周波増幅器を集積回路に集積できる。

２つの増幅段を備えた本発明による高周波増幅器の概略図。 選択された第１の利得レベルを有する、図１に示した本発明による高周波増幅器の回路。 選択された第２の利得レベルを有する、図１に示した本発明による高周波増幅器。

Claims (14)

1. 並列に接続されている少なくとも２つの基本的な増幅器を備えている、可変の利得係数を有する増幅器装置において、
   各基本的な増幅器には独立した電流制限手段（Ｒ１；Ｒ２，Ｒ３）が対応付けられており、該電流制限手段を、増幅すべき入力信号の別個の基準化に関して選択的に切り換え可能であり、
   各基本的な増幅器に関して実質的に等しい入力インピーダンスが前記電流制限手段（Ｒ１；Ｒ２，Ｒ３）を用いてセットされることを特徴とする、増幅器装置。
2. 少なくとも１つの基本的な増幅器はベース接地トランジスタ回路（Ｔ１；Ｔ２）である、請求項１記載の増幅器回路。
3. トランジスタを線形領域で動作させる手段（Ｕ１，Ｊ１；Ｕ２，Ｊ２）が設けられている、請求項１および２記載の増幅器回路。
4. 前記手段は電流源（Ｊ１；Ｊ２）を包含する、請求項３記載の増幅器装置。
5. 前記基本的な増幅器のトランジスタの少なくとも２つのコレクタ接続部は共通の出力側（ＯＵＴ）を形成する、請求項１から４までのいずれか１項または複数項記載の増幅器装置。
6. 前記基本的な増幅器のトランジスタのベース接続部はスイッチ（Ｓ２；Ｓ５）を介してＤＣ電圧電位（Ｕ１；Ｕ２）に接続可能である、請求項１から５までのいずれか１項または複数項記載の増幅器装置。
7. 前記スイッチ（Ｓ２；Ｓ５）はスイッチングダイオードおよび／または電子スイッチである、請求項６記載の増幅器装置。
8. 前記電流制限手段（Ｒ１；Ｒ２，Ｒ３）は抵抗である、請求項１から７までのいずれか１項または複数項記載の増幅器装置。
9. 入力信号の第１の部分は、前記電流制限手段（Ｒ１；Ｒ３）の第１の部分を介して１つの基本的な増幅器に供給可能であり、前記電流制限手段（Ｒ１；Ｒ３）はいかなる場合にも該基本的な増幅器に対応付けられている、請求項１から８までのいずれか１項または複数項記載の増幅器装置。
10. 入力信号の第２の部分は信号に関して、前記電流制限手段（Ｒ２）の第２の部分を介してアースにタップ可能であり、前記電流制限手段（Ｒ２）はいかなる場合にも１つの基本的な増幅器に対応付けられている、請求項１から９までのいずれか１項または複数項記載の増幅器装置。
11. いかなる場合にも１つの基本的な増幅器と関連付けられている前記電流制限手段（Ｒ２，Ｒ３）の前記第１の部分および前記第２の部分は、該第１の部分および該第２の部分が入力信号に対して並列回路を表すように接続されている、請求項１から１０までのいずれか１項または複数項記載の増幅器装置。
12. 各基本的な増幅器の前記電流制限手段（Ｒ２，Ｒ３）の前記第１の部分および前記第２の部分を包含する前記並列回路の合成インピーダンスは実質的に同一の値を有する、請求項１から１１までのいずれか１項または複数項記載の増幅器装置。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項または複数項記載の増幅器装置を有する、放送無線受信機。
14. 請求項１から１２までのいずれか１項または複数項記載の増幅器装置を有する、データ信号受信機。

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