JP2008507242A - Ｆｍ送信機用改良型ｒｃフィルターポール - Google Patents

Abstract

【構成】ＦＭ送信機のＲＣフィルターポール（Ｒ１、Ｃ１）が、外部フィルター機能を加えることによって、チップセット（ＢＨ１４１ＸＳ／Ｆ）上の内部２-ポール式ベッセル形フィルタ（Ｒ１、Ｃ１、Ｃ２）を変換して、ロールオフ特性の改善された３-ポール式複合フィルターを生成する。この複合フィルターの設計方法論および具体的な低コスト回路実装により、リンク全体の性能への信号劣化の影響を有効に最小限に抑制できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、全体としてはＦＭ送信機に関し、具体的には信号劣化のリンク全体の性能に与える衝撃を効果的に最小限に抑える設計方法論を適用した、低コスト回路構成のＦＭ送信機用改良型ＲＣフィルターポールに関する。

商用ＦＭステレオ放送規格に従って（ＭＰ３プレーヤー、ＣＤプレーヤー、衛星受信機などの）デジタルオーディオ装置からオーディオ信号を送信する場合、信号劣化を引き起こすいくつか潜在的な原因がある。これらオーディオ装置からの代表的な出力を調べてみると、サンプリング/再生プロセスからいくつかの欠陥が発生することがわかる。例えば、一つの代表的なデジタルオーディオ装置で試験すると、欠陥が３０〜４０ＫＨｚの範囲にあることがわかる。このスプリアス信号は、１５ＫＨｚ未満のピーク帯域内応答未満のわずか約２９ｄＢであった。

これら装置を普通にヘッドフォンと併用すると、若い人でさえ聞き取れるのはたかだかほぼ１２〜１５ＫＨｚであるため、通常はこのような欠陥信号は聞こえない。ところが、これら信号を標準ＦＭステレオ放送送信機への入力として使用すると、３０〜４０ＫＨｚ範囲にある周波数成分が、ステレオ放送に使用される３８ＫＨｚレフトマイナスライト副搬送波信号と同じ周波数スペクトルに現れる。これら欠陥信号をＦＭ変調器に入れると、ノイズフロアが高くなり、ステレオ搬送波の送信ＳＮ比が劣化する。

この劣化信号をステレオ受信機によって処理すると、３８ＫＨｚの劣化したＳＮ比のため、ステレオデコーダの雑音の多いレフトマイナスライト信号が発生する。このノイズのある信号をレフトマイナスライト信号で加減算し、ステレオオーディオ信号流れを誘導した場合、このノイズが直接これらに加えられる結果、受信機出力のステレオＳＮ比が劣化する。これらの劣化を避けるためには、変調器の前で、送信機へのオーディオ入力を１５ＫＨｚ以上にフィルター処理する必要がある。

以上の議論は、本発明者が認識している現状を反映するものである。また、この議論の意図は、本願の特許請求の範囲の審査に適切と考えられる情報を開示することにあるが、特許請求の範囲に記載し、かつ以下説明する本発明を単独で、あるいは組み合わせた状態で、開示、教示、示唆、あるいは自明なものとする特許文献その他は現状では知られていない。

本発明のＦＭ送信機用改良型ＲＣフィルターポールは、信号劣化のリンク全体の性能に与える衝撃を効果的に最小限に抑える複合フィルターの設計方法論、およびこれを実施する具体的な低コスト回路を提供するものである。本発明装置は、集積回路チップセット上の内部２-ポール式ベッセル形フィルターに外部フィルター機能を加え、ロールオフ特性を改善した３-ポール式複合フィルターを形成するものである。

従って、本発明の目的は、新規な改良型ＦＭ送信機用複合フィルターを提供することである。

本発明の別な目的は、ロールオフ特性を改善した、新規な改良型３-ポール式複合フィルターを提供することである。

本発明のさらに別な目的あるいは作用効果は、新規な改良型ステレオ放送送信機チップセット用フィルターを提供することである。

本発明のさらに別な目的は外部フィルター機能を加えることによって、チップセット上の内部２-ポール式ベッセル形フィルターを変換する新規な方法を提供することである。

構成および操作方法に関する本発明の特徴であるその他の新規な作用効果については、これら以外の目的および作用効果を含めて、本発明の好ましい実施態様を、例示を目的として示す添付図面を参照して以下の説明を読めば明らかになるはずである。なお、これら図面は例示のみを目的とし、本発明の範囲を定義設定するものではない。本発明の特徴である各新規性の作用効果は、本明細書に添付され、かつ本明細書の要部である特許請求の範囲に記載されている。また、本発明はこれら特徴、作用効果のいずれか一つを構成要件とするものではなく、以下に説明する具体的な構造すべての具体的な組み合わせを構成要件とするものである。

以上、以下の詳しい説明をよりよく理解してもらうために、また本発明の産業上の寄与をよりよく知ってもらうために、本発明のより重要な特徴、作用効果を概略的に説明してきたが、本発明には、もちろん、以下に説明する別な特徴、作用効果もあり、これらは添付の特許請求範囲に記載した要件を構成するものである。当業者ならば、本開示が基礎にしている技術思想が、本発明のいくつかの目的を実現する他の構成、方法および装置（システム）を設計するさいの基礎として利用することができることを理解できるはずである。従って、重要なことは、特許請求の範囲には、本発明の精神および範囲から逸脱しない等価な構成が含まれていることを理解することである。

さらに、要約書の目的は、一般的には国際的な特許庁的な組織や各国の特許庁、その他の一般の人々、具体的には特許や法律の条項や関連する表現法に慣れていない科学者、エンジニアや実務家などが本願発明の技術的開示の性質および本質をすばやく把握してもらうことにある。この要約書は、特許請求の範囲によって設定される本願発明を定義することを意図していないし、また発明の範囲をいかなる意味においても制限することを意図していない。

以下の記載で使用される一部の用語などについて便宜上説明するが、制限する意図はない。例えば、“上向き”、“下向き”、“左”、“右”などは、特に断らない限り、図面上での方向を指す。同様に、“内向き”、“外向き”などの用語も、素子や領域およびこれらの部品の幾何学的中心に向かう方向、および離れる方向を指す。また、特に断らない限り、単数で記載している場合も複数を意味し、また逆の場合もある。

以下の詳細な説明を読めば、本発明をよりよく理解できるはずであり、また上記以外の目的なども明らかになるはずである。以下、添付図面を参照して、本発明を説明する。
図１〜６について説明する。なお、各図面において同一符号は同一部品を指す。図１は、左側チャネルでのみ２０Ｈｚ〜１５ＫＨｚのゆっくりとした掃引オーディオトーンを発生するコンピュータ発生試験ファイルの再生時のデジタルオーディオ装置の出力を示す図である。トレース１０は、出力時の掃引トーンの“マックス-ホールド（ｍａｘ−ｈｏｌｄ）”であり、そしてトレース１２は、トーンが約１ＫＨｚにあるときの瞬時出力である。上記のサンプリング/再生欠陥１４の一つは、左チャネル図のトレース１０の３０〜４０ＫＨｚの範囲に見ることができる。このスプリアス信号は、１５ＫＨｚ未満のピーク帯域内応答未満の約２９ｄＢである。

低出力の携帯型ＦＭステレオ放送送信機を設計する場合、最もよく利用されるのが、Ｒｏｈｍ社製のＢＨ１４１Ｘファミリーのチップセットである。これら素子は、エンファシス回路、リミッター、オーディオローパスフィルター、ステレオエンコーダ、ＦＭ変調器、シンセサイザーおよびＲＦ増幅器を単一の基体に一体化したものである。Ｒｏｈｍ社製チップは２-ポール式ローパスフィルターを利用しているが、これは、きわめて穏やかな帯域外減衰特性をもつベッセル機能フィルターである。さらに、Ｒｏｈｍ社は、そのＢＨ１４１Ｘファミリーのチップセットについて専用の使用上の注意書を発行し、“ピン３とＧＮＤとの間、およびピン２０とＧＮＤとの間に１５０ｐＦのコンデンサーを接続してください。これはＬＰＦ回路の大切な部分であり、従ってカットオフ周波数については、この値が変わった場合もこれを変更しないでください”と注意している。上記注意書には、さらに、一チャネルに２つの抵抗器と１０のその他の受動的部品を使用した状態で、Ｔｏｋｏ社製の外部ローパスフィルター（Ｐ/Ｎ３８８ＬＪ−１４４３）を使用することが薦められている。

図２のトレース１６は、２-ポール式Ｒｏｈｍフィルターの周波数対減衰関係を示すコンピュータ算出応答を示す。この２-ポール式Ｒｏｈｍフィルターのコンピュータモデルは、Ｒｏｈｍ社の使用上の注意に従って作成したものである。

図３に、２-ポール式Ｒｏｈｍフィルターのモデルを示す。このモデルから理解できるように、さらに、抵抗器Ｒ１とコンデンサーＣ１とで構成した外部ＲＣフィルターポールを使用している。オーディオ入力ケーブル上で拾われる送信機出力からのＲＦを抑制するために、このポールを設計に組み込んだものである。

図４は、本発明のフィルター構成のモデルを示す図である。Ｒｏｈｍ２-ポール式フィルターの帯域外特性を改善することが望まれているので、抵抗器Ｒ１とコンデンサーＣ１とで構成した外部フィルターポールは周波数を下げ、複合３-ポールフィルター機能の第３ポールを構成する。抵抗器Ｒ１の抵抗値を１，５００ｏｈｍから１１Ｋｏｈｍに変更し、抵抗器Ｒ２を使用しない状態で、コンデンサーＣ１のコンデンサー値を５０ｐＦから１，２００ｐＦに変更して（外部ポールの周波数を設定する）。さらに、コンデンサーＣ２のコンデンサー値を１５０ｐＦから５６０ｐＦに変更して（２つの内部ポールのうち一つの周波数を設定する）。ここで、抵抗器Ｒ１、Ｒ２およびコンデンサーＣ１、Ｃ２はいずれも集積回路の外部にあるため、それぞれの値を操作できる。あるいは、集積回路が既存の外部フィルターポールのための場所をもっていない用途では、本発明の方法を適用して、チップの外部に適正なコンデンサーおよび抵抗器を配して第３ポールを構成することができる。

図５は、本発明の３-ポール式フィルターのコンピュータ算出応答トレース３２を示すもので、図２からの元の応答トレース１６と比較するものである。図５から理解できるように、３８ＫＨｚ副搬送波によって占められるスペクトルにおいて１５ｄＢ以上のさらなる減衰が実現できる。この結果、送信された３８ＫＨｚの副搬送波のＳＮ比を大きく改善できる。

送信機ノイズのこの減少の効果は、図６に示すように、受信機出力から再生されたオーディオ信号のレフトチャネルノイズフロアーの減少として現れる。改善されたノイズフロアトレース４０は、実質的に全スペクトルにわたって元のノイズフロアトレース４２が改善されたことを示す。各チャネルで２つのコンデンサー（Ｃ１およびＣ２）の値を変更し、一つの抵抗器（Ｒ１）の値を変更し、一つの抵抗器（Ｒ２）を取り払うと、これらの改良を実現できる。この点について、Ｒｏｈｍ社製のＢＨ１４１５Ｆ、ＢＨ１４１６Ｆ、ＢＨ１４１７ＦおよびＢＨ１４１８ＦＦＭ送信機集積回路を利用して試験を行った。本発明による変更は、ＢＨ１４ＸＸファミリーのチップセットの将来の低電流設計だけでなく、Ｒｏｈｍ社やその他のメーカーの、相当するかあるいは代替チップセットにも行った。

本発明の方法論は、ＳＮ比を改良するために、他のＦＭ送信機回路にも適用でき、このような方法は、これ以外の方法では多くの外部部品を必要とするＦＭ送信機回路に対する低コスト解決方法である。

すなわち、本発明は、２-ポール式ローパスフィルター、および抵抗器およびコンデンサーからなる外部フィルターポールを有するＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法において、上記集積回路上の外部フィルターポールの周波数を下げることによって複合３-ポールフィルター機能を持つ第３のポールを生成する工程を有することを特徴とするものである。

また、本発明は、２-ポール式ローパスフィルターを有するＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法において、この集積回路に既存の外部フィルターポールを設ける場所がない場合に、集積回路の外部に適切なコンデンサー/抵抗器構成を組み込むことによって複合３-ポールフィルター機能をもつ第３のポールを生成する工程を有することを特徴とするものである。

以上の説明は、当業者が不当な実験を行うことなしに本発明を実施できるために十分な説明であり、また本発明者が現在意図している本発明を実施する最良の態様を与えるものである。また、以上は、本発明の好適な実施態様の十分かつ完全な開示を与えるものであるが、本発明を添付図面に示し、かつ開示した正確な構成、寸法関係および動作に制限するものではない。当業者ならば、本発明の真の精神および範囲から逸脱せずに、各種の変更、各種の構成、改変などを適宜実施することが可能と考えられる。また、これら改変に応じて、別な材料、部品、構成、サイズ、形状形態、機能、動作上の特徴が含まれるものと考えられる。

すなわち、本発明の適正な範囲は、これら全ての変更だけでなく、添付図面に示されかつ明細書に記載されたものと等価な関係を包含するように特許請求の範囲を最も広く解釈することのみによって設定されるものとする。

試験ファイル再生時のデジタルオーディオ装置の出力を示す図で、３０〜４０ＫＨｚの範囲におけるサンプリング/再生欠陥を説明する図である。 従来の２-ポール式Ｒｏｈｍフィルターのコンピュータ算出応答を示す図である。 ＦＭ送信機集積回路上の従来フィルターのモデルを示す図である。 本発明の３-ポール式フィルター構成のモデルを示す図である。 本発明の３-ポール式フィルターのコンピュータで算出した改良応答を示す図である。 本発明のＲＣフィルターポールによって実現された、受信機出力の再生オーディオ信号におけるノイズフロアの減少を示す図である。

符号の説明

１０、１２、１６：トレース、
１４：欠陥、
３２：応答トレース、
４０、４２：ノイズフロアトレース。
Ｒ１、Ｒ２：抵抗器、
Ｃ１、Ｃ２：コンデンサー

Claims (10)

1. ２-ポール式ローパスフィルター、および抵抗器およびコンデンサーからなる外部フィルターポールを有するＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法において、上記集積回路上の外部フィルターポールの周波数を下げることによって複合３-ポールフィルター機能を生成する工程を有することを特徴とする抑制方法。
   
2. 外部フィルターポールの周波数を下げる上記工程で、抵抗器の値を変更する請求項１記載のＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法。
   
3. 外部フィルターポールの周波数を下げる上記工程で、上記抵抗器の値をほぼ１，５００ｏｈｍから１１Ｋｏｈｍに変更する請求項２記載のＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法。
   
4. 外部フィルターポールの周波数を下げる上記工程で、上記コンデンサーの値を変更する請求項１記載のＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法。
   
5. 外部フィルターポールの周波数を下げる上記工程で、上記コンデンサーの値をほぼ５０ｐＦから１，２００ｐＦに変更する請求項４記載のＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法。
   
6. 上記ＦＭステレオ放送送信機集積回路が、一対のチャネルを有し、チャネル毎に上記集積回路上の上記外部フィルターポールの周波数を下げることによって複合３-ポールフィルター機能をもつ第３ポールを生成する請求項１記載のＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法。
   
7. 上記の集積回路外部フィルターポールが第２抵抗器を有し、上記外部フィルターポールの周波数を下げる工程で、第２抵抗器を取り外す請求項１記載のＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法。
   
8. 上記の集積回路外部フィルターポールが第２コンデンサーを有し、上記外部フィルターポールの周波数を下げる工程で、第２コンデンサーの値を変更する請求項１記載のＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法。
   
9. 上記の集積回路外部フィルターポールが第２コンデンサーを有し、上記外部フィルターポールの周波数を下げる工程で、第２コンデンサーの値をほぼ１５０ｐＦから５６０ｐＦに変更する請求項８記載のＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法。
   
10. ２-ポール式ローパスフィルターを有するＦＭステレオ放送送信機集積回路の信号劣化を抑える方法において、集積回路の外部に適切なコンデンサー/抵抗器構成を組み込むことによって複合３-ポールフィルター機能をもつ第３のポールを生成する工程を有することを特徴とする抑制方法。

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