JP2009065510A - Amplifying apparatus with gain control function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波信号を増幅して出力する際に高周波信号の電力レベルが所定のレベルを超えないよう制御する利得制御機能付き増幅装置に関する。 The present invention relates to an amplifying apparatus with a gain control function for controlling a power level of a high frequency signal so as not to exceed a predetermined level when the high frequency signal is amplified and output.
AM/FMラジオや携帯電話等では、その受信レベルが、放送局(基地局)との距離やフェージングなどによって変動する。例えば、AM/FMラジオなどでは、放送局周辺等の強電界地帯では受信レベルが強くなることがある。受信レベルが過度に強くなると、増幅回路を飽和させて混変調歪や相互変調歪といった現象を発生させてしまう。これは、ラジオを聞こえにくくするといった現象を引き起こすため好ましいものではない。また、受信レベルが小さすぎるのも、受信信号の信号対雑音比SNRを劣化させるため、同様に好ましいものではない。 In AM / FM radio, mobile phones, and the like, the reception level varies depending on the distance from the broadcasting station (base station), fading, and the like. For example, in AM / FM radio and the like, the reception level may be strong in a strong electric field zone such as around a broadcasting station. If the reception level becomes excessively strong, the amplifier circuit is saturated, causing phenomena such as intermodulation distortion and intermodulation distortion. This is not preferable because it causes a phenomenon such as making the radio difficult to hear. Also, a reception level that is too low is also not preferable because it degrades the signal-to-noise ratio SNR of the received signal.
一般的に、無線端末における受信レベルの変動対策として、利得制御機能(例えば、AGC:Automatic Gain Control)を付加した増幅装置を用いることがある。このように利得制御機能を付加した増幅装置は、入力された高周波信号を増幅して出力する増幅回路の他に、増幅回路から出力される高周波信号の電力レベルが所定のレベルを超えないよう制御する利得制御回路を備えている(非特許文献1)。 In general, as a countermeasure against fluctuations in reception level in a wireless terminal, an amplifying apparatus to which a gain control function (for example, AGC: Automatic Gain Control) is added may be used. In this way, the amplifying apparatus to which the gain control function is added controls the power level of the high frequency signal output from the amplifying circuit in addition to the amplifying circuit that amplifies and outputs the input high frequency signal. A gain control circuit is provided (Non-Patent Document 1).
利得制御機能を付加した増幅装置の構成には、大きく分けて二種類ある。すなわち、入力される高周波信号の強さに応じて、増幅素子の動作点を変えることにより増幅回路の利得を変える構成と、PINダイオード等により可変減衰器を構成して増幅素子に入力される(又は増幅素子から出力される)高周波信号を減衰させる構成と、である。 There are roughly two types of amplifying device configurations to which a gain control function is added. That is, the gain of the amplifying circuit is changed by changing the operating point of the amplifying element according to the strength of the input high-frequency signal, and a variable attenuator is constituted by a PIN diode or the like to be input to the amplifying element ( Or a configuration for attenuating a high-frequency signal (output from the amplifying element).
このような二種類の増幅装置は、いずれも、高周波信号の信号レベルを検波する(例えば受信レベルを検波電圧に変換する)機能や、検波電圧を増幅する機能、更には、検波電圧の大きさに応じて利得や減衰量を制御する機能が必要である。 Both of these two types of amplifying devices have a function of detecting the signal level of a high-frequency signal (for example, converting the reception level into a detection voltage), a function of amplifying the detection voltage, and the magnitude of the detection voltage. A function for controlling the gain and the attenuation is required.
このため、従来の利得制御機能を付加した増幅装置は、増幅装置そのものの回路構成が複雑になる傾向があった。より具体的に言うと、部品点数の増大化と、これに伴う通信機器への搭載スペース及び製造コストの増大化という傾向があった。 For this reason, the conventional amplification device to which the gain control function is added has a tendency that the circuit configuration of the amplification device itself is complicated. More specifically, there has been a tendency to increase the number of parts, and to increase the mounting space and manufacturing cost for communication equipment.
したがって、従来の利得制御機能を付加した増幅装置は、部品点数の増大化と、これに伴う通信機器への搭載スペース及び製造コストの増大化という課題に対して、何らかの対策が必要である。本発明の目的は、以上の課題を解決することにあり、より簡単な回路構成で部品点数を減らした利得制御機能付き増幅装置を実現することにある。 Therefore, the conventional amplifying device to which the gain control function is added needs some countermeasures against the problems of an increase in the number of components and an accompanying increase in the mounting space and manufacturing cost in communication equipment. An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to realize an amplifying apparatus with a gain control function in which the number of parts is reduced with a simpler circuit configuration.
本発明は、入力された高周波信号を増幅して出力する増幅回路と、前記増幅回路から出力される高周波信号の電力レベルが所定のレベルを超えないよう制御する利得制御回路と、を備えた利得制御機能付き増幅装置であって、前記高周波信号は周波数変調信号であり、前記増幅回路と前記利得制御回路とは直列に接続され、前記利得制御回路は、入力された周波数変調信号を昇圧して出力する入力段トランスと、前記入力段トランスの出力端子間に接続され前記周波数変調信号の電圧レベルが高くなるほど電流が流れる第1のダイオードと前記第1のダイオードと並列かつ逆方向となるよう接続され前記周波数変調信号の電圧レベルが高くなるほど電流が流れる第2のダイオードとを有する電圧リミッタ回路と、前記電圧リミッタ回路から出力された周波数変調信号を降圧して出力する出力段トランスと、を備えることを特徴とする。 The present invention includes an amplification circuit that amplifies and outputs an input high-frequency signal, and a gain control circuit that controls a power level of the high-frequency signal output from the amplification circuit so as not to exceed a predetermined level. An amplification device with a control function, wherein the high frequency signal is a frequency modulation signal, the amplification circuit and the gain control circuit are connected in series, and the gain control circuit boosts the input frequency modulation signal. An input stage transformer for output and a first diode through which current flows as the voltage level of the frequency modulation signal is increased and connected between the output terminals of the input stage transformer and the first diode in parallel and in opposite directions And a voltage limiter circuit having a second diode through which current flows as the voltage level of the frequency modulation signal increases, and the voltage limiter circuit An output stage transformer frequency modulation signal by stepping down output, which is characterized in that it comprises a.
本発明によれば、より簡単な回路構成で部品点数を減らした利得制御機能付き増幅装置を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize an amplifying apparatus with a gain control function in which the number of parts is reduced with a simpler circuit configuration.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る利得制御機能付き増幅装置1の構成を示す図である。なお、本実施形態に示す利得制御機能付き増幅装置は、FMラジオに外部接続されているものとする。以下、図1に示す増幅装置1の構成について詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an amplifying apparatus 1 with a gain control function according to the present embodiment. Note that the amplifying apparatus with a gain control function shown in the present embodiment is externally connected to the FM radio. Hereinafter, the configuration of the amplifying apparatus 1 shown in FIG. 1 will be described in detail.
図1に示す増幅装置1は、増幅回路10と、利得制御回路20と、を備えている。増幅回路10は、アンテナ(図示せず)で受信したFM信号SFMが入力され、これを所定の利得αで増幅し、増幅されたFM信号αSFMを出力する回路である。前述したように、アンテナ(図示せず)で受信したFM信号SFMは、変動する値である。また、増幅回路10の利得αは一定の値である(但し線形領域のみ)。
The amplifying apparatus 1 shown in FIG. 1 includes an amplifying
次に、利得制御回路20の構成について説明する。まず、概要について説明する。利得制御回路20は、前述した増幅回路10と直列に接続されている。この利得制御回路20は、増幅回路10から出力されたFM信号αSFMが所定のレベルを超えないよう制御して(減衰量cで減衰させて)FM信号cαSFMを出力する回路である。なお、減衰量cは、0<c≦1を満たす値である。後述するように、利得制御回路20は、FM信号SFMが大きいときは小さくなり、FM信号SFMが小さいときは大きくなる。これにより、利得制御回路20から出力されるFM信号cαSFMが、所定のレベルを超えないよう制御される。
Next, the configuration of the
利得制御回路20の構成の詳細について説明する。利得制御回路20は、入力段トランス21と、電圧リミッタ回路23と、出力段トランス25と、を備えている。入力段トランス21は、入力側巻線21−1と出力側巻線21−2とにより構成されている。また、入力側巻線21−1は、前述した増幅回路10と直列に接続されている。出力側巻線21−2は、入力側巻線21−1よりも巻数が多く、かつ、入力側巻線21−1と電磁結合されている。すなわち、入力段トランス21は、増幅回路10から出力されたFM信号αSFMが入力側巻線21−1に印加されると、これを昇圧して出力側巻線21−2から出力する。
Details of the configuration of the
電圧リミッタ回路23は、ダイオード23−1と23−2とを備えている。ダイオード23−1は、入力段トランス21の出力端子の間に接続されており、昇圧されたFM信号αSFMの(順方向への)電圧レベルが高くなるほど(順方向)電流が流れる。また、ダイオード23−2は、ダイオード23−1と並列かつその整流方向が逆方向となるよう接続され、昇圧されたFM信号αSFMの(順方向への)電圧レベルが高くなるほど(順方向)電流が流れる。
The
出力段トランス25は、入力側巻線25−1と出力側巻線25−2とにより構成されている。また、出力側巻線25−2は、後段の増幅回路(図示せず)と接続されている。入力側巻線25−1は、出力側巻線25−2よりも巻数が多く、かつ、出力側巻線25−2と電磁結合されている。すなわち、出力段トランス25は、電圧リミッタ回路23から出力されたFM信号αSFMが入力側巻線25−1に印加されると、これを降圧して出力側巻線25−2から出力する。なお、入力段トランス21の巻線比(入力側巻線21−1対出力側巻線21−2)を1:N(N>0)とすると、出力段トランス25の巻線比(入力側巻線25−1対出力側巻線25−2)はN:1であるものが望ましい。
The
次に、図1に示す増幅装置1の動作について説明する。前述したように、増幅回路10は、入力されるFM信号SFMを所定の利得αで増幅しこれを出力する。また、利得制御回路20は、増幅回路10から出力されたFM信号αSFMが所定のレベルを超えないよう制御して(減衰量cで減衰させて)FM信号cαSFMを出力する。
Next, the operation of the amplifying apparatus 1 shown in FIG. 1 will be described. As described above, the
前述したように、利得制御回路20は、入力段トランス21を介してFM信号αSFMを昇圧して出力する。ここで、増幅回路10に入力されるFM信号SFMが小さい場合、増幅回路10から出力されるFM信号αSFMも小さくなる。このように、増幅回路10から出力されるFM信号αSFMが小さいと、電圧リミッタ回路23の各々のダイオード23−1と23−2に印加される順方向電圧も小さくなる。
As described above, the
このため、電圧リミッタ回路23の各々のダイオード23−1と23−2には、電流が流れず(又は電流が流れても非常に小さく)、入力段トランス21からは電圧リミッタ回路23が開放状態(又はハイインピーダンス状態)とみなす事ができる。すなわち、電圧リミッタ回路23から出力されたFM信号cαSFMは、減衰されずに(又は僅かに減衰されて)、出力段トランス25に印加される(すなわち、c≒1)。
Therefore, no current flows through each of the diodes 23-1 and 23-2 of the voltage limiter circuit 23 (or very small even if current flows), and the
また、出力段トランス25は、印加されたFM信号cαSFMを昇圧して出力する。したがって(前述したように入力段トランス21の巻線比を1:Nとし出力段トランス25の巻線比をN:1とすると)、利得制御回路20からは、増幅回路10から出力されたFM信号cαSFM(=αSFM)がそのまま出力される。
Further, the output stage transformer 25 boosts and outputs the applied FM signal Shiarufaesu FM. Therefore, as described above (assuming that the turns ratio of the
一方、増幅回路10に入力されるFM信号SFMが大きい場合、増幅回路10から出力されるFM信号αSFMも大きくなる。このように、増幅回路10から出力されるFM信号αSFMが大きいと、電圧リミッタ回路23の各々のダイオード23−1と23−2に印加される順方向電圧も大きなものとなる。
On the other hand, when the FM signal S FM input to the
このため、電圧リミッタ回路23の各々のダイオード23−1と23−2には、電流が流れ、入力段トランス21からは、電圧リミッタ回路23は電流を消費する抵抗が並列に接続された状態とみなす事ができる。すなわち、電圧リミッタ回路23から出力されたFM信号cαSFMは、電流が消費された分だけ減衰され、出力段トランス25に印加される(すなわち、c<1)。このように減衰されたFM信号cαSFMは、出力段トランス25により降圧されて出力される。
Therefore, a current flows through each of the diodes 23-1 and 23-2 of the
また、ダイオード23−1と23−2とは、順方向電圧が増えるほど(すなわち増幅回路10から出力されるFM信号αSFMが大きいほど)、順方向電流を流し電流を消費する。したがって、図1に示す増幅装置1は、FM信号SFMを増幅する際に、その電力レベルが所定のレベルを超えないよう制御することができる。 Further, the diodes 23-1 and 23-2, as the forward voltage increases (i.e. as the FM signal [alpha] S FM larger output from the amplification circuit 10), consumes a current flowing forward current. Therefore, the amplifying apparatus 1 shown in FIG. 1 can perform control so that the power level does not exceed a predetermined level when the FM signal SFM is amplified.
なお、利得制御回路20を介したFM信号cαSFMは、(ダイオード23−1及び23−2の非線形性により)信号波形が歪んでしまうが、FM信号の場合は、周波数の粗密によって変調信号が表されるため、復調の際にとりわけ問題となるというような事はない。
Note that the signal waveform of the FM signal cαS FM via the
また、電圧リミッタ23は、入力段トランス21によって昇圧された信号が印加されている。このため、比較的低い電圧の信号でもダイオード23−1及び23−2が動作することができる。このため、ダイオード自体の低コスト化を実現することができFM信号のレベルに対して、動作する範囲を広くすることもできる。
A voltage boosted by the
さらに、増幅回路10と利得制御回路20とは直列接続されていればよく、例えば、増幅回路10の前段に利得制御回路20を設けても良いし、あるいは増幅回路10の前後段の両方に利得制御回路20を設けてもよい。
Furthermore, the
このように、本実施形態に係る利得制御機能付き増幅装置は、増幅回路と利得制御回路とは直列に接続され、利得制御回路は、入力された周波数変調信号を昇圧して出力する入力段トランスと、入力段トランスの出力端子間に接続され周波数変調信号の電圧レベルが高くなるほど電流が流れる第1のダイオードと第1のダイオードと並列かつ逆方向となるよう接続され周波数変調信号の電圧レベルが高くなるほど電流が流れる第2のダイオードとを有する電圧リミッタ回路と、電圧リミッタ回路から出力された周波数変調信号を降圧して出力する出力段トランスと、を備える。これにより、本実施形態に係る利得制御機能付き増幅装置は、より簡単な回路構成で部品点数を減らした構成とすることができる。 As described above, in the amplification device with a gain control function according to the present embodiment, the amplification circuit and the gain control circuit are connected in series, and the gain control circuit boosts and outputs the input frequency modulation signal. In addition, the voltage level of the frequency modulation signal is connected between the output terminals of the input stage transformer and connected in parallel and in the opposite direction to the first diode through which current flows as the voltage level of the frequency modulation signal increases. A voltage limiter circuit having a second diode through which current flows as it increases, and an output stage transformer that steps down and outputs a frequency modulation signal output from the voltage limiter circuit. Thereby, the amplification device with a gain control function according to the present embodiment can be configured to have a simpler circuit configuration and a reduced number of parts.
なお、本実施形態に係る利得制御機能付き増幅装置は、FM信号だけに限定されるものではなく、他の周波数変調信号(例えばFSKなど)にも適用できるのは言うまでもない。また、本実施形態に係る利得制御機能付き増幅装置は、FMラジオ以外の通信機器(例えばFMラジオや携帯電話など)にも適用できるのも言うまでもない。 Needless to say, the amplifying apparatus with a gain control function according to the present embodiment is not limited to the FM signal but can be applied to other frequency modulation signals (for example, FSK). Needless to say, the amplifying apparatus with a gain control function according to the present embodiment can also be applied to communication devices other than FM radios (for example, FM radios and mobile phones).
1 増幅装置、10 増幅回路、20 利得制御回路、21 入力段トランス、23 電圧リミッタ回路、25 出力段トランス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Amplifying device, 10 Amplifying circuit, 20 Gain control circuit, 21 Input stage transformer, 23 Voltage limiter circuit, 25 Output stage transformer
Claims (1)
前記増幅回路から出力される高周波信号の電力レベルが所定のレベルを超えないよう制御する利得制御回路と、
を備えた利得制御機能付き増幅装置であって、
前記高周波信号は周波数変調信号であり、
前記増幅回路と前記利得制御回路とは直列に接続され、
前記利得制御回路は、
入力された周波数変調信号を昇圧して出力する入力段トランスと、
前記入力段トランスの出力端子間に接続され前記周波数変調信号の電圧レベルが高くなるほど電流が流れる第1のダイオードと前記第1のダイオードと並列かつ逆方向となるよう接続され前記周波数変調信号の電圧レベルが高くなるほど電流が流れる第2のダイオードとを有する電圧リミッタ回路と、
前記電圧リミッタ回路から出力された周波数変調信号を降圧して出力する出力段トランスと、
を備えることを特徴とする利得制御機能付き増幅装置。 An amplifier circuit for amplifying and outputting the input high frequency signal;
A gain control circuit for controlling the power level of the high-frequency signal output from the amplifier circuit so as not to exceed a predetermined level;
An amplifying device with a gain control function comprising:
The high frequency signal is a frequency modulated signal;
The amplifier circuit and the gain control circuit are connected in series,
The gain control circuit includes:
An input stage transformer that boosts and outputs an input frequency modulation signal; and
The voltage of the frequency modulation signal connected between the output terminals of the input stage transformer and connected in parallel and in the opposite direction to the first diode through which current flows as the voltage level of the frequency modulation signal increases. A voltage limiter circuit having a second diode through which current flows as the level increases;
An output stage transformer for stepping down and outputting the frequency modulation signal output from the voltage limiter circuit;
An amplifying apparatus with a gain control function.
Priority Applications (1)
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