JP2008092476A - 受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＳＰを用いて実現したスーパーヘテロダイン方式の受信機において、消費電力の低減および回路規模の縮小を図る。
【解決手段】 アンテナ１を介して受信した高周波アナログ信号を第１の周波数変換回路４でいったん低周波アナログ信号に変換してＡ／Ｄ変換し、これにより生成されたデジタル信号に対してＤＳＰ９にてデジタル信号処理を行った後アナログ信号に戻して、第２の周波数変換回路１２により目的とする中間周波数の信号に周波数変換することにより、Ａ／Ｄ変換器８では中間周波数より低い周波数のアナログ信号をＡ／Ｄ変換すれば済むようにして、ナイキスト定理に基づき高速のサンプリングを不要にするとともに、ＤＳＰ９に関しても高いサンプリング周波数で動作させなくても済むようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナを介して受信した高周波信号を中間周波数の信号に周波数変換して処理するように成された受信機に関し、例えば、スーパーヘテロダイン方式を採用した受信機に用いて好適なものである。

周波数変換を伴う受信方式、いわゆるスーパーヘテロダイン方式を採用した受信機では、受信アンテナにて受信した高周波信号と局部発振器から出力される局部発振信号とをミキサにて周波数混合することによって、高周波信号を中間周波信号に変換する。一般に、スーパーヘテロダイン方式の受信機では、受信すべきキャリア周波数ｆ_RFに対して中間周波数Δｆ_IFだけずらした周波数に局部発振周波数ｆ_LOを設定する。

すなわち、局部発振周波数ｆ_LOは、
ｆ_LO＝ｆ_RF±ｆ_IF
のように設定される。局部発振周波数ｆ_LOをキャリア周波数ｆ_RFより高くとるものを上側局部発振方式、局部発振周波数ｆ_LOをキャリア周波数ｆ_RFより低くとるものを下側局部発振方式と言う。この場合にミキサでは、
｜ｆ_RF−ｆ_LO｜＝ｆ_IF
という周波数変換を行う。

ミキサの出力側にはＩＦフィルタが置かれ、中間周波数ｆ_IFの信号だけをそれ以降の回路に通過させる。この後、中間周波数ｆ_IFの信号は検波回路により検波され、所定の処理を経てベースバンド信号とされる。場合によっては、低周波増幅回路にてベースバンド信号が増幅される。このようにして、スーパーヘテロダイン方式は中間周波信号をベースバンド信号に復調する。

受信機の中には、受信電波の高周波信号からベースバンド信号へと周波数を直接変換するダイレクトコンバージョン方式（直接変換方式またはゼロＩＦ方式とも呼ばれる）を採用するものもある（例えば、特許文献１参照）。ダイレクトコンバージョン方式の受信機は、アンテナで受信した高周波信号をそのまま高周波増幅回路で増幅し、その信号から直接ベースバンド信号を検波回路で検波するものである。
特開２０００−４９６４０号公報

ダイレクトコンバージョン方式は、スーパーヘテロダイン方式に比べて受信回路のＩＦ（中間周波）段が不要になるので、受信機の部品点数を大幅に減らせるほか、実装面積の低減も可能になる。このようにダイレクトコンバージョン方式の受信機は、スーパーヘテロダイン方式と比較して構造が簡単である。

これに対してスーパーヘテロダイン方式は、混信が少なく、入力信号レベルにあまり影響されずに検波出力が可能である。ダイレクトコンバージョン方式に比べれば構成は複雑であるが、トータル性能的にも優れているため、現在最も多く用いられている。

ところで、近年におけるデジタル回路技術の発達により、従来はアナログ回路により実現していた機能を、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のデジタル回路を用いて実現する例が増えている。上述した特許文献１に記載の技術においても、ミキサより出力される中間周波信号に対する処理をＤＳＰにて行っている。例えば、従来はＳＡＷフィルタ（Surface Acoustic Wave Filter：表面弾性波フィルタ）で構成されていたＩＦフィルタをＤＳＰで構成することにより、ＩＦフィルタも他の回路と共に１つＩＣチップに集積化することが可能となる。

しかしながら、例えばＦＭチューナやテレビチューナの場合は中間周波数が１０ＭＨｚ以上で、ミキサ出力の中間周波信号は周波数が比較的高い。このため、これをＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換するためには、ナイキスト定理に基づき高速のサンプリングが必要となる。その結果、Ａ／Ｄ変換器の消費電力が増大してしまうという問題があった。また、デジタル信号を処理するＤＳＰでも動作クロックとして高いサンプリング周波数が必要となり、消費電力が大きくなるという問題があった。また、高いサンプリング周波数で動作するＡ／Ｄ変換器やＤＳＰは回路構成が複雑になり、回路規模が大きくなってしまうという問題もあった。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、ＤＳＰ等のデジタル回路を用いて実現した中間周波数変換方式の受信機において、Ａ／Ｄ変換器やＤＳＰを高いサンプリング周波数で動作させなくても済むようにして、消費電力の低減および回路規模の縮小を図ることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、アンテナを介して受信した高周波アナログ信号をいったん低周波アナログ信号に変換してＡ／Ｄ変換し、これにより生成されたデジタル信号に対してデジタル信号処理を行った後、アナログ信号に戻して目的とする中間周波数の信号に周波数変換するようにしている。

上記のように構成した本発明によれば、Ａ／Ｄ変換器では低周波のアナログ信号をＡ／Ｄ変換すれば良いので、ナイキスト定理に基づき高速のサンプリングは不要となる。その結果、Ａ／Ｄ変換器の消費電力を低減することができる。また、そのＡ／Ｄ変換器より出力されるデジタル信号を処理するデジタル回路でも動作クロックとして高いサンプリング周波数は不要となり、デジタル回路の消費電力も低減することができる。さらに、Ａ／Ｄ変換器やデジタル回路の構成を簡素化でき、回路規模を小さくすることもできる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による受信機の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態による受信機は、アンテナ１、バンドパスフィルタ２、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）３、第１の周波数変換回路４、第１の局部発振回路５、第１のＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路６、水晶振動子７、Ａ／Ｄ変換器８、ＤＳＰ９、第１のＤ／Ａ変換器１０、第２のＤ／Ａ変換器１１、第２の周波数変換回路１２、第２の局部発振回路１３および第２のＰＬＬ回路１４を備えて構成されている。

第２の周波数変換回路１２はＩＱミキサであり、図１に示すように、Ｉ信号用ミキサ１２ａ、Ｑ信号用ミキサ１２ｂ、加算器１２ｃおよび９０°位相器１２ｄを備えている。アンテナ１を除く図１の構成は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）プロセスまたはＢｉ−ＣＭＯＳ（Bipolar-CMOS）プロセスにより１つの半導体チップに集積されている。

バンドパスフィルタ２は、アンテナ１で受信した放送波信号のうち特定の周波数帯域における放送波信号を選択的に出力する。ＬＮＡ３は、バンドパスフィルタ２を通過した高周波アナログ信号を低雑音で増幅する。第１の周波数変換回路４は、ＬＮＡ３から出力される高周波アナログ信号と、第１の局部発振回路５から出力される局部発振信号とを周波数混合することにより、高周波アナログ信号を、目的とする中間周波数ｆ_IFよりも低い周波数の低周波アナログ信号に周波数変換する。

本実施形態の受信機がテレビチューナとした場合、図２（ａ）に示すように、目的とする中間周波数ｆ_IFは例えば４５ＭＨｚであり、中間周波信号の周波数帯域幅は６ＭＨｚである。第１の周波数変換回路４は、４５ＭＨｚよりも低い周波数で、できればベースバンドに近い周波数、かつ、６ＭＨｚの周波数帯域幅を確保できる周波数の低周波アナログ信号に高周波アナログ信号を周波数変換する。

例えば、低周波アナログ信号の中心周波数ｆ_LFは、図２（ｂ）に示すように４ＭＨｚとする。この場合、第１の局部発振回路５は、水晶振動子７より出力される所定周波数の基準信号をもとに第１のＰＬＬ回路６により生成されるクロック信号に基づいて、４ＭＨｚの低周波アナログ信号を発生するのに必要な周波数の局部発振信号を発生する。そして、この局部発振信号を第１の周波数変換回路４に供給する。

Ａ／Ｄ変換器８は、第１の周波数変換回路４より出力された低周波アナログ信号をアナログ／デジタル変換する。このようにしてデジタル信号とされた低周波信号は、ＤＳＰ９に入力される。ＤＳＰ９は、Ａ／Ｄ変換器８より供給されたデジタル信号に対してフィルタ処理をデジタル的に行うことにより、帯域制限を行う。これにより、４ＭＨｚを中心周波数ｆ_LFとして６ＭＨｚという狭帯域の周波数帯域幅を有する低周波信号が抽出される。

ＤＳＰ９によりデジタル信号処理としてフィルタリングを行った場合、従来は半導体チップに外付けしていたＳＡＷフィルタと比べて深い帯域外減衰量（８０〜９０ｄＢ）を得ることができる。また、通過域もデジタル的に正確にとることができ、ノッチの発生も防止できる。すなわち、好ましい周波数特性のフィルタを実現することができ、所望の周波数帯域幅を有する良好な低周波信号を抽出することができる。

また、ＤＳＰ９は、４ＭＨｚの低周波数ｆ_LFに基づく（ｓｉｎω_LFｔ）のｓｉｎテーブル情報および（ｃｏｓω_LFｔ）のｃｏｓテーブル情報を有しており、これらのテーブル情報を用いて、上述のように抽出した低周波信号を同相信号（Ｉ信号）とそれに直角の位相を持つ直交信号（Ｑ信号）とに分割する。

第１のＤ／Ａ変換器１０は、ＤＳＰ９より出力されるデジタルのＩ信号をデジタル／アナログ変換する。また、第２のＤ／Ａ変換器１１は、ＤＳＰ９より出力されるデジタルのＱ信号をデジタル／アナログ変換する。第２の周波数変換回路１２は、第１および第２のＤ／Ａ変換器１０，１１より出力される低周波数ｆ_LFのアナログ信号を中間周波数ｆ_IFの信号に周波数変換する。

具体的には、第２の周波数変換回路１２は、第１および第２のＤ／Ａ変換器１０，１１によりアナログ信号に変換されたＩ信号およびＱ信号を用いて直交変調を行う。すなわち、第２の周波数変換回路１２において、Ｉ信号用ミキサ１２ａは、第１のＤ／Ａ変換器１０から供給されるＩ信号を同相の局部発振信号で周波数変換する。また、Ｑ信号用ミキサ１２ｂは、第２のＤ／Ａ変換器１１から供給されるＱ信号を直交の局部発振信号で周波数変換する。加算器１２ｃは、各ミキサ１２ａ，１２ｂによって直交変調されたＩ信号およびＱ信号を合成し、目的とする中間周波信号として出力する。

各ミキサ１２ａ，１２ｂで用いる局部発振信号の周波数ｆ_IFは、４５ＭＨｚのテレビ周波数帯域の中間周波数である。この場合、第２の局部発振回路１３は、水晶振動子７より出力される所定周波数の基準信号をもとに第２のＰＬＬ回路１４により生成されるクロック信号に基づいて、４５ＭＨｚの局部発振信号を発生する。また、９０°位相器１２ｄは、第２の局部発振回路１３で生成された局部発振信号の位相を９０°回転する。そして、第２の局部発振回路１３より出力される同相の局部発振信号をＩ信号用ミキサ１２ａに供給し、９０°位相器１２ｄより出力される直交の局部発振信号をＱ信号用ミキサ１２ｂに供給する。

以上詳しく説明したように、本実施形態では、アンテナ１を介して受信した高周波アナログ信号を第１の周波数変換回路４によりいったん低周波アナログ信号に変換してＡ／Ｄ変換し、これにより生成されたデジタル信号に対してＤＳＰ９にてデジタル信号処理を行った後、アナログ信号に戻して、第２の周波数変換回路１２により目的とする中間周波数の信号に周波数変換するようにしている。

これにより、Ａ／Ｄ変換器８では、４ＭＨｚの低周波アナログ信号をＡ／Ｄ変換すれば良いので、高速のサンプリングは不要となる。例えば４倍のオーバーサンプリングを伴うＡ／Ｄ変換動作を行ったとしても、Ａ／Ｄ変換器８のサンプリング周波数は１６ＭＨｚで済む。低周波アナログ信号の周波数ｆ_LFを７ＭＨｚとしても、Ａ／Ｄ変換器８に必要なサンプリング周波数は２８ＭＨｚである。したがって、Ａ／Ｄ変換器８の消費電力を低減することができる。

また、Ａ／Ｄ変換器８で生成されたデジタル信号を処理するＤＳＰ９でも、動作クロックとして高いサンプリング周波数は不要となり、ＤＳＰ９の消費電力も低減することができる。さらに、Ａ／Ｄ変換器８やＤＳＰ９の構成を簡素化でき、回路規模を小さくすることもできる。これにより、半導体チップの縮小化に貢献することができる。

なお、上記実施形態では、第２の周波数変換回路１２をＩＱミキサにより構成する例について説明したが、これは単なる一例であって、これに限定されるものではない。ただし、ＩＱミキサとすることにより、イメージ成分およびキャリア成分を効果的に除去することができる点で好ましい。このＩＱミキサは、ＤＳＰ９の中でデジタル信号処理として実現するようにすることも可能である。

また、上記実施形態では、低周波アナログ信号の周波数ｆ_LFを４ＭＨｚまたは７ＭＨｚとする例について説明したが、この数値も単なる一例に過ぎない。ただし、あまり低すぎると６ＭＨｚの周波数帯域幅を確保できなくなるので好ましくなく、あまり高すぎるとＡ／Ｄ変換器８やＤＳＰ９で必要とするサンプリング周波数が高くなるので、これも好ましくない。

また、上記実施形態では、受信機がテレビチューナである場合について説明したが、ラジオチューナであっても良い。

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明は、ＤＳＰ等のデジタル回路を用いて実現したスーパーヘテロダイン方式の受信機に有用である。

本実施形態による受信機の構成例を示す図である。 本実施形態で用いる中間周波信号および低周波信号の周波数帯域の例を示す図である。

符号の説明

４ 第１の周波数変換回路
８ Ａ／Ｄ変換器
９ ＤＳＰ
１０，１１ Ｄ／Ａ変換器
１２ 第２の周波数変換回路

Claims (2)

1. アンテナを介して受信した高周波信号を中間周波数の信号に周波数変換して処理するように成された受信機であって、
   上記アンテナを介して受信した高周波アナログ信号を、上記中間周波数よりも低い低周波アナログ信号に周波数変換する第１の周波数変換回路と、
   上記第１の周波数変換回路より出力される低周波アナログ信号をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、
   上記Ａ／Ｄ変換器より出力されるデジタル信号に対して、フィルタ処理を含むデジタル信号処理を行うデジタル回路と、
   上記デジタル回路より出力されるデジタル信号をデジタル／アナログ変換するＤ／Ａ変換回路と、
   上記Ｄ／Ａ変換回路より出力される低周波アナログ信号を上記中間周波数の信号に周波数変換する第２の周波数変換回路とを備えたことを特徴とする受信機。
2. 上記第２の周波数変換回路はＩＱミキサであることを特徴とする請求項１に記載の受信機。