JP2009094978A - Logarithmic amplifying circuit and ask demodulating circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対数増幅回路およびASK(Amplitude Shift-Keying)復調回路に関するものであり、本発明に係る対数増幅回路は、とくに、ASK変調波の信号復調回路に適用して好適なものである。また、本発明に係るASK復調回路は、無線通信システムに用いて好適なものである。 The present invention relates to a logarithmic amplifier circuit and an ASK (Amplitude Shift-Keying) demodulating circuit, and the logarithmic amplifier circuit according to the present invention is particularly suitable for application to a signal demodulating circuit for ASK modulated waves. The ASK demodulation circuit according to the present invention is suitable for use in a radio communication system.
一般的に、ASK(Amplitude Shift-Keying)復調回路は、たとえば対数増幅回路、積分回路、コンパレータおよびデータ処理回路を含み、データ処理回路は、ビット同期回路を含む。とくに、対数増幅回路は、入力パワーの対数に対して線形に増加する機能を有し、複数の飽和増幅回路、飽和増幅回路に対応した整流器および加算器を含む。初段の飽和増幅回路には、2入力信号が供給され、初段の飽和増幅回路は、2出力信号を次段の飽和増幅回路に入力する。次段の飽和増幅回路は、さらに、次段の飽和増幅回路を入力する。このように飽和増幅回路それぞれはカスケードに接続されている。 In general, an ASK (Amplitude Shift-Keying) demodulating circuit includes, for example, a logarithmic amplifier circuit, an integrating circuit, a comparator, and a data processing circuit, and the data processing circuit includes a bit synchronization circuit. In particular, the logarithmic amplifier circuit has a function of increasing linearly with respect to the logarithm of input power, and includes a plurality of saturation amplifier circuits, rectifiers and adders corresponding to the saturation amplifier circuits. The first stage saturation amplifier circuit is supplied with two input signals, and the first stage saturation amplifier circuit inputs the two output signals to the next stage saturation amplifier circuit. The next stage saturation amplifier circuit further receives the next stage saturation amplifier circuit. In this way, the saturation amplifier circuits are connected in cascade.
また、飽和増幅回路は、飽和増幅回路のそれぞれに対応した整流器にもこれら2出力信号を供給する。整流器それぞれは、整流した出力信号を加算器に供給する。加算器は、供給される整流信号を加算して、積分回路とコンパレータの一端側に供給する。対数増幅回路には、具体的に特許文献1がある。 The saturation amplifier circuit also supplies these two output signals to the rectifiers corresponding to each of the saturation amplifier circuits. Each rectifier supplies the rectified output signal to the adder. The adder adds the supplied rectified signals and supplies them to one end side of the integrating circuit and the comparator. Specifically, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 discloses a logarithmic amplifier circuit.
ここで、対数増幅回路において飽和増幅回路が飽和すると、整流器のDC(Direct Current)レベルも飽和する。各段の飽和増幅回路の利得がすべて同じであれば、2段目の飽和増幅回路の出力は、初段の飽和増幅回路の出力の2乗、3段目の飽和増幅回路の出力は3乗に増幅する。このようにn段目の飽和増幅回路は、出力信号をn乗と指数の大きさに増幅する。対数増幅回路は、n個の飽和増幅回路からの出力をそれぞれ整流した信号の和であり、入力パワーの対数に対して近似的直線で増加することになる。 Here, when the saturation amplifier circuit is saturated in the logarithmic amplifier circuit, the DC (Direct Current) level of the rectifier is also saturated. If the gains of the saturation amplification circuits at all stages are the same, the output of the second stage saturation amplification circuit is the square of the output of the first stage saturation amplification circuit, and the output of the third stage saturation amplification circuit is the third power. Amplify. Thus, the nth stage saturation amplifier circuit amplifies the output signal to the power of n and the exponent. The logarithmic amplifier circuit is a sum of signals obtained by rectifying the outputs from the n saturation amplifier circuits, and increases in an approximate straight line with respect to the logarithm of input power.
また、対数増幅回路は、出力電流を電圧に変更する出力部を有する。一般的に、対数増幅回路の出力部には、たとえばpチャネル型FET(Field Effect Transistor)を用いたカレントミラー回路が含まれる。出力部は、出力側のFETのソースとアース間に抵抗を接続し、ソースとアース間から出力信号を出力する。すなわち、出力部は、出力側のFETのドレイン-ソース間に流す電流を抵抗に流すことで電圧へ変換し、抵抗の両端の電圧を出力電圧として出力する。 In addition, the logarithmic amplifier circuit has an output unit that changes the output current to a voltage. Generally, the output part of the logarithmic amplifier circuit includes a current mirror circuit using, for example, a p-channel FET (Field Effect Transistor). The output unit connects a resistor between the source and ground of the FET on the output side, and outputs an output signal between the source and ground. That is, the output unit converts a current flowing between the drain and source of the FET on the output side into a voltage by passing it through the resistor, and outputs the voltage at both ends of the resistor as an output voltage.
次にASK復調回路について記述する。ASK変調信号は、搬送波の振幅に信号を載せたものである。このため、振幅が変化する変調波である。この変調波を対数増幅回路に入力すると、対数増幅回路から出力される出力信号は、その出力電圧が示す出力信号が線形領域にある場合、入力パワーに依存せず、入力されるASKの変調度により出力振幅が決まり、これに応じた波形が出力される。 Next, the ASK demodulation circuit is described. The ASK modulation signal is a signal on the amplitude of a carrier wave. For this reason, it is a modulated wave whose amplitude changes. When this modulated wave is input to the logarithmic amplifier circuit, the output signal output from the logarithmic amplifier circuit does not depend on the input power when the output signal indicated by the output voltage is in the linear region, and the modulation degree of the input ASK Thus, the output amplitude is determined, and a waveform corresponding to this is output.
たとえば、入力ASK変調信号が入力信号のレベル範囲で変化すると、出力は線形領域が示す出力レベル範囲で出力される。対数増幅回路から出力された波形は、その出力波形を積分器により積分された基準電圧信号とでコンパレータで電圧比較することにより、信号“1”と“0”を判別する。 For example, when the input ASK modulated signal changes in the level range of the input signal, the output is output in the output level range indicated by the linear region. The waveform output from the logarithmic amplifier circuit is subjected to voltage comparison by a comparator with a reference voltage signal obtained by integrating the output waveform by an integrator, thereby discriminating between signals “1” and “0”.
なお、対数増幅回路の入力パワーに対する出力電圧の傾きは、前述したカレントミラー回路のミラー比を変更する等の方法により、容易に変えられる。
しかしながら、前述したASK復調回路では、入力信号のパワーが小さい場合、復調信号の一部がノイズに埋もれてしまう。対数増幅回路は、出力振幅が小さくなることから、ASK復調回路は、復調できなくなったり、エラーレートが悪くなったりしてしまう。この対策として、ASK復調回路は、対数増幅回路の入力パワー対出力電圧の傾きを上げることで対数増幅回路の出力振幅を増加できる。しかしながら、この傾きを上げたことで入力信号のパワーが大きい場合、ASK復調回路は、出力特性が飽和し、対数増幅回路の出力振幅が著しく減少することから、復調ができなくなったり、エラーレートが悪くなったりしてしまう。 However, in the ASK demodulating circuit described above, when the power of the input signal is small, a part of the demodulated signal is buried in noise. Since the logarithmic amplifier circuit has a small output amplitude, the ASK demodulator circuit cannot be demodulated or the error rate is deteriorated. As a countermeasure, the ASK demodulator circuit can increase the output amplitude of the logarithmic amplifier circuit by increasing the slope of the input power versus the output voltage of the logarithmic amplifier circuit. However, if the power of the input signal is large due to this increase in slope, the output characteristics of the ASK demodulator circuit will be saturated, and the output amplitude of the logarithmic amplifier circuit will be significantly reduced. It gets worse.
本発明はこのような課題に鑑み、入力信号のパワーが小さくても、大きくても、出力振幅が著しく減少せず、十分な出力特性で出力できる対数増幅回路およびASK復調回路を提供することを目的とする。 In view of such a problem, the present invention provides a logarithmic amplifier circuit and an ASK demodulator circuit that can output with sufficient output characteristics without significantly reducing the output amplitude regardless of whether the power of the input signal is small or large. Objective.
本発明は上述の課題を解決するために、多段に縦続接続される差動増幅手段と、この差動増幅手段それぞれの出力または入力を、少なくとも、一方および他方のグループに区分された、整流する整流手段と、一方および他方のグループ毎に、それぞれ整流した出力信号を加算する第1および第2の加算手段と、他方のグループにおける整流した出力信号の加算された出力信号に重み付けする重付け手段と、一方のグループにおける整流した出力信号の加算出力と重み付けした整流した出力信号の加算出力とを加算する第3の加算手段とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention rectifies the differential amplifying means cascaded in multiple stages and the outputs or inputs of the differential amplifying means at least divided into one and the other groups. Rectification means, first and second addition means for adding the rectified output signals for each of one and the other groups, and weighting means for weighting the output signals obtained by adding the rectified output signals in the other group And a third adding means for adding the added output of the rectified output signal and the added output of the weighted rectified output signal in one group.
また、本発明は上述の課題を解決するために、多段に縦続接続される差動増幅手段と、この差動増幅手段それぞれの出力または入力を、少なくとも、一方および他方のグループに区分された、整流する整流手段と、他方のグループにおける整流した出力信号それぞれに重み付けする重付け手段と、一方のグループにおける整流した出力信号それぞれと重み付けしたグループの整流した出力信号それぞれを加算する加算手段とを含むことを特徴とする。 Further, in order to solve the above-mentioned problem, the present invention is configured such that the differential amplification means cascaded in multiple stages and the output or input of each of the differential amplification means are divided into at least one group and the other group. Rectifying means for rectifying, weighting means for weighting each rectified output signal in the other group, and adding means for adding each rectified output signal in one group and each rectified output signal in the weighted group It is characterized by that.
さらに、本発明は上述の課題を解決するために、ASK(Amplitude Shift-Keying)で変調された入力信号を復調するASK復調回路において、このASK復回路は、変調された入力信号を増幅する入力増幅手段を含み、この入力増幅手段は、多段に縦続接続される差動増幅手段と、この差動増幅手段それぞれの出力または入力を、少なくとも、一方および他方のグループに区分された、整流する整流手段と、一方および他方のグループ毎に、それぞれ整流した出力信号を加算する第1および第2の加算手段と、他方のグループにおける整流した出力信号の加算された出力信号に重み付けする重付け手段と、一方のグループにおける整流した出力信号の加算出力と重み付けした整流した出力信号の加算出力とを加算する第3の加算手段とを含むことを特徴とする。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an ASK demodulator circuit that demodulates an input signal modulated by ASK (Amplitude Shift-Keying). The ASK recovery circuit includes an input that amplifies the modulated input signal. The input amplifying means includes a differential amplifying means cascaded in multiple stages, and an output or an input of each of the differential amplifying means divided into at least one group and the other group to be rectified. Means, first and second adding means for adding the rectified output signals for each of the one and other groups, and weighting means for weighting the added output signals of the rectified output signals in the other group And a third adding means for adding the added output of the rectified output signal and the added output of the weighted rectified output signal in one group.
そして、本発明は上述の課題を解決するために、ASK(Amplitude Shift-Keying)で変調された入力信号を復調するASK復調回路において、このASK復回路は、変調された入力信号を増幅する入力増幅手段を含み、この入力増幅手段は、多段に縦続接続される差動増幅手段と、この差動増幅手段それぞれの出力または入力を、少なくとも、一方および他方のグループに区分された、整流する整流手段と、他方のグループにおける整流した出力信号それぞれに重み付けする重付け手段と、一方のグループにおける整流した出力信号それぞれと重み付けしたグループの整流した出力信号それぞれを加算する加算手段とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an ASK demodulator that demodulates an input signal modulated by ASK (Amplitude Shift-Keying). The ASK recovery circuit is configured to amplify the modulated input signal. The input amplifying means includes a differential amplifying means cascaded in multiple stages, and an output or an input of each of the differential amplifying means divided into at least one group and the other group to be rectified. Means, weighting means for weighting each of the rectified output signals in the other group, and addition means for adding each of the rectified output signals in one group to each of the rectified output signals in the weighted group. And
本発明に係る対数増幅回路によれば、差動増幅手段を多段に縦続接続され、この差動増幅手段それぞれの出力または入力を、少なくとも、一方および他方のグループに区分された、整流手段で整流し、一方および他方のグループ毎に、第1および第2の加算手段でそれぞれ整流した出力信号を加算し、重付け手段で他方のグループにおける整流した出力信号の加算された出力信号に重み付けして、第3の加算手段で一方のグループにおける整流した出力信号の加算出力と重み付けした整流した出力信号の加算出力とを加算することにより、入力パワーが境界を境に小さい領域では入出力(電圧)特性の傾きが大きく、大きい領域では入出力(電圧)特性の傾きが小さくなる出力特性を得ることができる。 According to the logarithmic amplifier circuit of the present invention, the differential amplifying means are cascade-connected in multiple stages, and the outputs or inputs of the differential amplifying means are rectified by the rectifying means divided into at least one group and the other group. Then, for each of the one and other groups, the output signals rectified by the first and second adding means are added, and the weighted output signals of the rectified output signals in the other group are weighted by the weighting means. By adding the summed output of the rectified output signal in one group and the summed output of the weighted rectified output signal in the third adding means, input / output (voltage) in a region where the input power is small at the boundary An output characteristic having a large characteristic gradient and a small input / output (voltage) characteristic gradient in a large region can be obtained.
また、本発明に係る対数増幅回路によれば、重み付け処理後にそれぞれ整流した出力信号を加算しても、同様の出力特性を得ることができる。 Further, according to the logarithmic amplifier circuit according to the present invention, the same output characteristics can be obtained even when the rectified output signals are added after the weighting process.
本発明に係るASK復調回路によれば、入力増幅手段において差動増幅手段を多段に縦続接続され、この差動増幅手段それぞれの出力または入力を、少なくとも、一方および他方のグループに区分された、整流手段で整流し、一方および他方のグループ毎に、第1および第2の加算手段でそれぞれ整流した出力信号を加算し、重付け手段で他方のグループにおける整流した出力信号の加算された出力信号に重み付けして、第3の加算手段で一方のグループにおける整流した出力信号の加算出力と重み付けした整流した出力信号の加算出力とを加算することで、入力信号がノイズを含む領域や飽和領域であっても、十分な復調信号の出力を得ることができ、エラーレートの低下を防ぐことができる。 According to the ASK demodulator circuit of the present invention, the differential amplifying means are cascaded in the input amplifying means, and the outputs or inputs of the differential amplifying means are divided into at least one group and the other group, An output signal obtained by rectifying by the rectifying means, adding the output signals rectified by the first and second adding means for each of the one and other groups, and adding the rectified output signals in the other group by the weighting means. And the addition output of the rectified output signal in one group by the third addition means and the addition output of the weighted rectified output signal are added to the area where the input signal includes noise or the saturation area. Even in this case, a sufficient demodulated signal output can be obtained, and a reduction in error rate can be prevented.
また、本発明に係るASK復調回路によれば、入力増幅手段において重み付け処理後にそれぞれ整流した出力信号を加算するようにしても、入力増幅手段から良好な出力特性を得ることができることから、十分な復調信号の出力を得ることができ、エラーレートの低下を防ぐことができる。 Further, according to the ASK demodulating circuit according to the present invention, it is possible to obtain satisfactory output characteristics from the input amplifying means even when the rectified output signals are respectively added after the weighting processing in the input amplifying means. A demodulated signal output can be obtained, and a reduction in error rate can be prevented.
次に添付図面を参照して本発明による対数増幅回路の一実施例を詳細に説明する。図1を参照すると、本発明による対数増幅回路の実施例は、飽和増幅部20の飽和増幅回路32ないし42を縦続接続され、飽和増幅回路32ないし42それぞれの出力を、整流器60ないし64と整流器66ないし70に区分された、整流部22で整流し、整流器60ないし64からの出力信号72ないし76を加算器24で加算し、整流器66ないし70からの出力信号78ないし82を加算器26で加算し、重付け回路30で加算された出力信号86に重み付けして、加算器28で加算出力84と重み付けした加算出力88を加算することにより、入力パワーが境界を境に小さい領域では入出力(電圧)特性の傾きが大きく、大きい領域では入出力(電圧)特性の傾きが小さくなる出力特性を得ることができる。
Next, an embodiment of a logarithmic amplifier circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to FIG. 1, in the logarithmic amplifier circuit according to the embodiment of the present invention, the
本実施例は、本発明の対数増幅回路をASK復調回路10に適用した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。
In this embodiment, the logarithmic amplifier circuit of the present invention is applied to the
ASK復調回路10は、図2に示すように、入力増幅部12、積分器14、コンパレータ16、およびデータ処理回路18を含む。入力増幅部12は、本発明の対数増幅回路を適用したものであり、図1に概略的な構成を示す。入力増幅部12は、飽和増幅部20、整流部22、加算器24、26および28、ならびに重付け回路30を含む。飽和増幅部20は、n段の飽和増幅回路を有し、変数nは2以上の整数である。
As shown in FIG. 2, the
図1の飽和増幅部20は、飽和増幅回路32、34、・・・、36、38、40、・・・、および42を含む。飽和増幅回路32、34、・・・、36、38、40、・・・、および42は、それぞれ、初段、2段目、m段目、m+1段目、m+2およびn段目を示す。飽和増幅回路32には、外部からの入力信号44(Vin)が入力端子(+)および(-)に供給される。飽和増幅回路32は、出力信号46を飽和増幅回路34に供給する。飽和増幅回路34は、出力信号46を入力信号として入力する。以降の飽和増幅回路34、・・・、36、38、40、・・・、および42も、カスケード接続されている。すなわち、飽和増幅回路34は、出力信号48を次段に出力する。飽和増幅回路36は、前段の出力信号50を入力信号として入力する。
The
飽和増幅回路36は、出力信号52を飽和増幅回路38に入力信号として入力する。同様に、飽和増幅回路38、40、・・・、および42は、それぞれ、出力信号54、56、・・・、58を次段の飽和増幅回路40、・・・、および42に供給する。
The
整流部22は、n個の整流器を有し、変数nは2以上の整数である。本実施例の整流部22は、整流器60、62、・・・、64、66、68、・・・、70を有する。整流器60、62、・・・、64、66、68、・・・、70には、飽和増幅回路30、32、34、・・・、36、38、40、・・・、および42の出力信号46、48、・・・、52、54、56、・・・、および58をそれぞれ、入力信号として入力する。整流器60、62、・・・、64は、m個の整流した出力信号72、74、・・・、および76を加算器24に出力する。また、整流器66、68、・・・、70は、(n−m)個の整流した出力信号78、80、・・・、および62を加算器26に出力する。このように整流部22は、m個の出力信号を出力する部分と、(n−m)個の出力信号を出力する部分との2つの部分を有する。
The rectifying
加算器24は、m個の整流信号72、74、・・・、および76を加算し、これらの加算による出力信号84を加算器28に出力する。また、加算器26は、(n−m)個の整流した出力信号78、80、・・・、および62を加算し、これらの加算による出力信号86を重付け回路30に出力する。
The
重付け回路30は、出力信号86を入力し、入力した信号に重み係数を乗算して、出力する機能を有する。重付け回路30は、重み付けした出力信号88を加算器28に出力する。
The weighting circuit 30 has a function of inputting the
加算器28は、出力信号84および88を入力信号として入力する。加算器28は、2つの入力信号84および88を加算して、出力信号90として出力する。入力増幅部12は、出力信号90をコンパレータ16の(+)入力端子92と積分器14に入力する。
The
積分器14は、供給される信号90を所定の時間にわたり積分する。積分器14は、積分することにより信号を平滑化し、平滑化した信号94をコンパレータ16の(-)入力端子96に供給する。
The
コンパレータ16は、入力信号90と入力信号96の信号レベルを比較する。コンパレータ16は、2つの入力信号90および96の信号レベルの比較結果が等しいか否かに応じて“1”または“0”を示す出力信号98を入力信号としてデータ処理回路18に出力する。
The
データ処理回路18は、ビット同期回路100を含む。ビット同期回路100は、入力信号98を入力し、同期を検出し、検出結果を出力する。ASK復調回路10は、検出結果を基に以後、ASK復調に関してディジタル処理する。
The
次に本発明に係る対数増幅回路を適用した入力増幅部12の要部回路例を図3および図4に示す。これら要部回路では、Nチャネル型FETをNMOSトランジスタ、Pチャネル型FETをPMOSトランジスタと呼ぶ。図3は、飽和増幅部20の飽和増幅回路32、34、・・・、36の構成要素および接続を示している。初段の飽和増幅回路32には、図示しない(+)および(-)入力端子を介して、入力信号44がNMOSトランジスタMn11のゲート端子とNMOSトランジスタMn12のゲート端子に供給されるように、接続されている。抵抗R10は、一方の端子102が電源電圧端子Vddに接続され、他方の端子104がNMOSトランジスタMn11のドレイン端子に接続されている。また、端子104は、NMOSトランジスタMn13およびMn16のゲート端子に接続されている。さらに、端子104は、2段目の飽和増幅回路34におけるNMOSトランジスタMn22のゲート端子に接続されている。
Next, FIG. 3 and FIG. 4 show examples of essential circuits of the
また、抵抗R12は、一方の端子106を電源電圧端子Vddに接続され、他方の端子108がNMOSトランジスタMn12のドレイン端子に接続されている。また、端子108は、NMOSトランジスタMn14およびMn15のゲート端子に接続されている。さらに、端子108は、2段目の飽和増幅回路34におけるNMOSトランジスタMn21のゲート端子に接続されている。
The resistor R12 has one
NMOSトランジスタMn11およびMn12のソース端子は、電流源I10の入力端子に共通接続され、電流源I10の出力端子は接地される。また、NMOSトランジスタMn13およびMn14のソース端子は、電流源I12の入力端子に共通接続され、電流源I12の出力端子は接地される。さらに、NMOSトランジスタMn15およびMn16のソース端子は、電流源I14の入力端子に共通接続され、電流源I14の出力端子は接地される。 The source terminals of the NMOS transistors Mn11 and Mn12 are commonly connected to the input terminal of the current source I10, and the output terminal of the current source I10 is grounded. The source terminals of the NMOS transistors Mn13 and Mn14 are commonly connected to the input terminal of the current source I12, and the output terminal of the current source I12 is grounded. Further, the source terminals of the NMOS transistors Mn15 and Mn16 are commonly connected to the input terminal of the current source I14, and the output terminal of the current source I14 is grounded.
2段目の飽和増幅回路34、・・・、m段目の飽和増幅回路36、および図4に示すn段目の飽和増幅回路42においても同様の構成要素を含み、これらの構成要素に対して上述した接続関係にそれぞれ接続されている。図3および図4における構成要素における参照符号の2桁目の数字は、飽和増幅部の段数を示している。
The second stage
初段からm段のNMOSトランジスタMn13ないしMnm3、ならびにNMOSトランジスタMn15ないしMnm5のドレイン端子は図4に示したPMOSトランジスタMp5のドレイン端子及びゲート端子に接続される。PMOSトランジスタMp5のソース端子は、電源電圧端子Vddに接続される。 The drain terminals of the first to m-th stage NMOS transistors Mn13 to Mnm3 and the NMOS transistors Mn15 to Mnm5 are connected to the drain terminal and the gate terminal of the PMOS transistor Mp5 shown in FIG. The source terminal of the PMOS transistor Mp5 is connected to the power supply voltage terminal Vdd.
(m+1)からn段のNMOSトランジスタMn(m+1)3ないしMnn3、ならびにNMOSトランジスタMn(m+1)5〜Mnn5のドレイン端子は、図4に示すように、PMOSトランジスタMp6のドレイン端子およびゲート端子に接続される。PMOSトランジスタMp6のソース端子は、電源電圧端子Vddに接続される。 (M + 1) to n-stage NMOS transistors Mn (m + 1) 3 to Mnn3 and the drain terminals of the NMOS transistors Mn (m + 1) 5 to Mnn5 are the drains of the PMOS transistor Mp6 as shown in FIG. Connected to terminal and gate terminal. The source terminal of the PMOS transistor Mp6 is connected to the power supply voltage terminal Vdd.
また、初段からm段のNMOSトランジスタMn14ないしMnm4、ならびにNMOSトランジスタMn16ないしMnm6のドレイン端子は、PMOSトランジスタMp1のドレイン端子およびゲート端子、ならびにPMOSトランジスタMp2のゲート端子に、それぞれ接続される。PMOSトランジスタMp1およびMp2のソース端子は、電源電圧端子Vddに接続される。PMOSトランジスタMp2のドレイン端子は、PMOSトランジスタMp4のドレイン端子に接続されるとともに、抵抗Routの一方の端子110に接続される。このノード端子110は、入力増幅部12の出力端子112(out)に接続される。
The drain terminals of the first to m-th stage NMOS transistors Mn14 to Mnm4 and the NMOS transistors Mn16 to Mnm6 are connected to the drain terminal and gate terminal of the PMOS transistor Mp1 and the gate terminal of the PMOS transistor Mp2, respectively. The source terminals of the PMOS transistors Mp1 and Mp2 are connected to the power supply voltage terminal Vdd. The drain terminal of the PMOS transistor Mp2 is connected to the drain terminal of the PMOS transistor Mp4 and to one
さらに、(m+1)からn段のNMOSトランジスタMn(m+1)4ないしMnn4、ならびにNMOSトランジスタMn(m+1)6ないしMnn6のドレイン端子は、PMOSトランジスタMp3のドレイン端子およびゲート端子、ならびにPMOSトランジスタMp4のゲート端子に接続される。PMOSトランジスタMp4のソース端子は、電源電圧端子Vddに接続される。抵抗Routのもう一方の端子は接地される。 Further, the NMOS transistors Mn (m + 1) 4 to Mnn4 from (m + 1) to n stages, and the drain terminals of the NMOS transistors Mn (m + 1) 6 to Mnn6 are the drain terminal and gate terminal of the PMOS transistor Mp3, respectively. Also connected to the gate terminal of the PMOS transistor Mp4. The source terminal of the PMOS transistor Mp4 is connected to the power supply voltage terminal Vdd. The other terminal of the resistor Rout is grounded.
トランジスタのゲート幅Wおよびゲート長Lを設定した場合、トランジスタにおける比W/Lの値を求めると、求めた値によるPMOSトランジスタMp1とPMOSトランジスタMp2との比は1:1に設定し、PMOSトランジスタMp3とPMOSトランジスタMp4との比は1:kに設定する。変数kは、k>1の関係にある。 When the gate width W and the gate length L of the transistor are set, when the value of the ratio W / L in the transistor is obtained, the ratio of the PMOS transistor Mp1 and the PMOS transistor Mp2 based on the obtained value is set to 1: 1. The ratio of Mp3 to PMOS transistor Mp4 is set to 1: k. The variable k has a relationship of k> 1.
また、初段からn段目の比、すなわちNMOSトランジスタMn13:Mn14ないしMnn3:Mnn4は、それぞれr:1に設定する。変数rは、r>1の関係にある。同様に、初段からn段目の比、すなわちNMOSトランジスタMn15:Mn16ないしMnn5:Mnn6も、それぞれ、r:1に設定する。 The ratio from the first stage to the n-th stage, that is, the NMOS transistors Mn13: Mn14 to Mnn3: Mnn4, is set to r: 1. The variable r has a relationship of r> 1. Similarly, the ratio from the first stage to the n-th stage, that is, the NMOS transistors Mn15: Mn16 to Mnn5: Mnn6 are also set to r: 1.
1段目の整流器60は、NMOSトランジスタMn13、Mn14、Mn15およびMn16、ならびに電流源I12およびI14を含む。n段目の整流器70は、NMOSトランジスタMnn3、Mnn4、Mnn5およびMnn6、ならびに電流源In2およびIn4を含む。
The
次に本発明の対数増幅回路を適用した入力増幅部12の動作を記述する。前述したように、各段の飽和増幅回路の利得がすべて同じであれば、2段目の利得は1段目の出力の2乗、3段目の利得は1段目の出力の3乗・・・と1段目の出力に対して指数の大きさに応じて出力は、大きくなる。また、飽和増幅回路が飽和すると、整流器の直流出力も飽和する。整流器は単純に飽和を検知すると、整流器から1が出力されるものと考える。
Next, the operation of the
この考えを基に、最終段であるn段目がやっと飽和する入力パワーの場合、1段目の出力のn乗の利得で増幅し始めて、初めて整流器の出力に1が出力される。重付け回路30は、出力をk倍(k>1)して、最終的にkを出力する。最終段から2つ目が飽和する大きさの入力パワーは、(n-1)段の増幅回路を通って飽和するから、最終段の出力1には、さらに、1が加えられて、重付け回路30に供給される。重付け回路30は、この出力をk倍して、2kを出力する。同様に考えると、(m+1)段目の飽和増幅回路38が飽和するまで重付け回路30は、(n-m)kを出力する。
Based on this idea, in the case of input power that is finally saturated at the n-th stage, which is the final stage, 1 is output to the output of the rectifier for the first time after starting amplification with the n-th power gain of the output at the first stage. The weighting circuit 30 multiplies the output by k (k> 1) and finally outputs k. The input power of the magnitude that saturates the second stage from the last stage is saturated through the (n-1) stage amplifier circuit, so 1 is further added to the
また、m段目までの飽和する入力パワーは、整流器64の出力後、重付け回路30を通さないので、出力は(n-m)k+1になる。次に(m-1)段目までが飽和すると、出力は(n-m)k+2になる。すなわち、入力増幅部12は、対数増幅回路の出力として利得のn乗に対して重みが加わることから、入力パワーの対数に対して直線的に出力を増加させるが、ある程度の入力パワーから傾きを小さくして、直線的に出力を増加させる。この入出力関係を図5に示す。
Further, since the saturated input power up to the m-th stage does not pass through the weighting circuit 30 after the output of the
図4に戻って、詳細な回路を用いて、さらに動作を記述する。ここで、PMOSトランジスタMp1、Mp2、Mp3およびMp4に流れるドレイン−ソース間電流をそれぞれI1、I2、I3およびI4と設定する。初段ないしm段目の整流器60ないし64の総合出力電流は、PMOSトランジスタMp1のドレイン−ソース間電流I1に流れる。PMOSトランジスタMp1およびMp2は、カレントミラー回路が形成されているから、電流I2には、電流I1と同様の電流が流れる。また、(m+1)段ないしn段目の整流器66ないし70の総合出力電流は、PMOSトランジスタMp3を流れる電流I3になる。また、PMOSトランジスタMp3およびMp4は、カレントミラー回路が形成されていることから、電流は、k倍された電流I4が流れる。抵抗Routには、これら電流I2およびI4が加算された電流が流れ、流れる電流を電圧に変換する。すなわち、入力増幅部12の出力電圧は、R1*(I1+kI3)になる。
Returning to FIG. 4, the operation will be further described using a detailed circuit. Here, drain-source currents flowing through the PMOS transistors Mp1, Mp2, Mp3 and Mp4 are set as I1, I2, I3 and I4, respectively. The total output current of the first to m-
次にASK復調回路10としての基本的な動作を記述する。ASK変調信号は、搬送波の振幅に信号を載せた振幅の変化する変調波である。ASK変調信号44が入力増幅部12に入力される。入力増幅部12の出力は、図5の入力パワー対出力電圧に基づいて線形領域にある場合、入力パワーによる依存性がほぼない。入力増幅部12は、ASK変調の変調度によりほぼ出力振幅を決め、正弦波に対数の重みの掛かった波形を出力する。
Next, the basic operation as the
入力ASK変調信号44が、図5に示すX軸上の範囲112を変化すると、入力増幅部12は、範囲114の間で変化する波形の出力信号90を積分器14およびコンパレータ16の入力端子92に出力する。積分器14は、出力信号90を積分する。積分器14は、積分した信号94をコンパレータ16の入力端子96に出力する。
When the input
コンパレータ16は、たとえば信号94を基準電圧信号として扱い、入力信号90を信号94で電圧比較することにより、信号“1”と“0”のいずれを出力するか否か判別する。コンパレータ16は、出力を後段のデータ処理回路18のビット同期回路100にてデータ信号をリタイミングし、かつデューティを補正した後、データを処理する。
For example, the
ところで、ASK復調回路10において図5に示すように、ASK変調波の入力パワーが小さく、範囲116内で変化する場合、範囲116の入力パワーには、本来、回路内の素子から発生する熱雑音などのノイズ成分や外部からのノイズ成分が含まれている。ノイズの領域は、範囲118で示す。このように、入力信号のパワーがあるレベルより小さくなると、入力増幅部12の出力電圧は変化しなくなる。この変化しなくなる境界レベル120をノイズレベルと呼ぶ。
By the way, as shown in FIG. 5, in the
入力パワーが小さいとき、入力増幅部12の入力パワー対出力電圧の実線122で示す出力特性の傾きは、大きいから、ある程度ノイズに埋もれはするが、大きな振幅124が得られる。
When the input power is small, the slope of the output characteristic indicated by the
これに対して、従来のASK復調回路において入力増幅部の出力特性における傾きが小さい場合、出力振幅が小さくなる。このため、後段のコンパレータ16は、正確に電圧比較できず、復調できなかったり、エラーレートが著しく悪くなったりする。
On the other hand, when the slope of the output characteristics of the input amplification unit is small in the conventional ASK demodulation circuit, the output amplitude is small. For this reason, the
なお、従来のASK復調回路において、一転鎖線126に示す出力特性の傾きを大きくすれば、出力振幅は大きくできる。
In the conventional ASK demodulation circuit, the output amplitude can be increased by increasing the slope of the output characteristic indicated by the dashed
次にASK復調回路10において図5に示すように、ASK変調波の入力パワーが大きく、範囲128内で変化する場合がある。従来のASK復調回路において、入力パワーが小さいときでも復調しやすく、出力特性126のように傾きを大きくしている場合、入力増幅部12の出力電圧が電源電圧Vddに近くなり過ぎ、図示しないが、PMOSトランジスタが飽和領域で動作できなくなる。このため、従来のASK復調回路は、カレントミラーとしての動作をしなくなり、直線的に、電圧が伸びない。結果として、従来のASK復調回路は、図5から明らかなように、出力振幅が範囲130またはそれ以下のように、ほとんどなくなる。これにより、従来のASK復調回路は、復調することはできなかったり、エラーレートが著しく悪くなったりする。
Next, in the
これに対して、本実施例のASK復調回路10は、入力パワーが境界132より大きい領域では出力特性122の傾きを小さくなる。これにより、入力増幅部12は、出力電圧を飽和レベルより下げるとともに範囲134に広げる。したがって、入力増幅部12は、範囲128で動作させても、出力電圧に十分な振幅が得られ、復調が可能である。ASK復調回路10を用いた場合、従来の復調回路よりも復調可能である入力パワーレンジを広げることができる。
On the other hand, the
従来のASK復調回路において、破線1136に示す出力特性の傾きを小さくすれば、範囲128での出力振幅は大きくできる。しかしながら、従来のASK復調回路は、この場合、上述したように入力パワーの低い入力範囲ではノイズの影響を受ける。
In the conventional ASK demodulating circuit, the output amplitude in the
なお、本実施例のASK復調回路10において、入力増幅部12の出力特性の傾きの変わる点132近辺で復調する場合、コンパレータ16の出力において、多少デューティが劣化するが、後段のビット同期回路05にてデューティの補正が可能なので問題ない。
In the
また、特許文献2の対数増幅回路は、消費電流を抑制することを目的としている。この対数増幅回路は、実施例において図5、図8および図13にそれぞれ、入出力特性を示している。これらの入出力特性は、傾きが途中で変化しているが、複数の飽和増幅器を多段接続したことにより得られたものである。これらの傾きの変化は、通常発生し得る程度の変化である。 The logarithmic amplifier circuit of Patent Document 2 is intended to suppress current consumption. The logarithmic amplifier circuit has input / output characteristics shown in FIGS. 5, 8, and 13 in the embodiment. These input / output characteristics are obtained by connecting a plurality of saturation amplifiers in a multistage manner, although the slope changes in the middle. These changes in inclination are changes that can normally occur.
本発明の実施例における入出力特性の線形領域も、実際には完全な直線状になく、若干傾きは変化する。しかしながら、本発明は、若干の傾きの変化以外、より大きな入力パワーに対応できる入出力特性の傾きを持たせることができる。 The linear region of the input / output characteristics in the embodiment of the present invention is also not actually a complete straight line, and the slope changes slightly. However, according to the present invention, it is possible to provide an input / output characteristic inclination that can be applied to a larger input power, except for a slight change in inclination.
このように、本実施例によれば、入力パワーがある程度のところで入力パワー対出力電圧の傾きが小さくなる対数増幅回路をASK復調回路10に用いたことで、復調可能となる入力パワーのレンジが広げると言う効果を奏することができる。
As described above, according to the present embodiment, the logarithmic amplifier circuit in which the slope of the input power versus the output voltage becomes small at a certain level of the input power is used in the
なお、本実施例は、差動入力のASK復調回路10を例示したが、単相入力でもよい。また、本実施例は整流した信号の加算後に重み付けしたが、重み付け後に加算しても適用できることは言うまでもない。具体的には、多段に縦続接続される差動増幅手段それぞれの出力を整流し、整流した出力信号が、少なくとも、一方および他方のグループに区分されて、他方の区分されたグループにおける整流した出力信号それぞれに重み付けする重付け回路30と、一方の区分されたグループにおける整流した出力信号それぞれと重み付けしたグループの整流した出力信号それぞれを加算する加算器28とを含むとよい。また、重付け回路30で重み付けする代わりに、整流器60、62、・・・、64と、整流器66、68、・・・、70は、それぞれ整流器のコンダクタンスを異ならせてもよい。
In this embodiment, the differential input
10 ASK復調回路
12 入力増幅部
20 飽和増幅部
22 整流部
24、26、28 加算器
30 重付け回路
10 ASK demodulator
12 Input amplifier
20 Saturation amplifier
22 Rectifier
24, 26, 28 adder
30 Weight circuit
Claims (10)
該差動増幅手段それぞれの出力または入力を、少なくとも、一方および他方のグループに区分された、整流する整流手段と、
前記一方および他方のグループ毎に、それぞれ整流した出力信号を加算する第1および第2の加算手段と、
前記他方のグループにおける前記整流した出力信号の加算された出力信号に重み付けする重付け手段と、
前記一方のグループにおける前記整流した出力信号の加算出力と重み付けした前記整流した出力信号の加算出力とを加算する第3の加算手段とを含むことを特徴とする対数増幅回路。 Differential amplification means cascaded in multiple stages;
Rectifying means for rectifying the output or input of each of the differential amplifying means, at least divided into one and the other groups;
First and second adding means for adding the rectified output signals for each of the one and other groups;
Weighting means for weighting the summed output signal of the rectified output signal in the other group;
3. A logarithmic amplifier circuit comprising: a third adding means for adding the sum output of the rectified output signal and the weighted sum output of the rectified output signal in the one group.
該差動増幅手段それぞれの出力または入力を、少なくとも、一方および他方のグループに区分された、整流する整流手段と、
前記他方のグループにおける整流した出力信号それぞれに重み付けする重付け手段と、
前記一方のグループにおける前記整流した出力信号それぞれと重み付けしたグループの前記整流した出力信号それぞれを加算する加算手段とを含むことを特徴とする対数増幅回路。 Differential amplification means cascaded in multiple stages;
Rectifying means for rectifying the output or input of each of the differential amplifying means, at least divided into one and the other groups;
Weighting means for weighting each rectified output signal in the other group;
A logarithmic amplifier circuit comprising: adding means for adding each of the rectified output signals in the one group and each of the rectified output signals in a weighted group.
前記変調された入力信号を増幅する入力増幅手段を含み、
該入力増幅手段は、多段に縦続接続される差動増幅手段と、
該差動増幅手段それぞれの出力または入力を、少なくとも、一方および他方のグループに区分された、整流する整流手段と、
前記一方および他方のグループ毎に、それぞれ整流した出力信号を加算する第1および第2の加算手段と、
前記他方のグループにおける前記整流した出力信号の加算された出力信号に重み付けする重付け手段と、
前記一方のグループにおける前記整流した出力信号の加算出力と重み付けした前記整流した出力信号の加算出力とを加算する第3の加算手段とを含むことを特徴とするASK復調回路。 In an ASK demodulating circuit that demodulates an input signal modulated by ASK (Amplitude Shift-Keying), the ASK recovery circuit includes:
Input amplifying means for amplifying the modulated input signal;
The input amplification means includes differential amplification means cascaded in multiple stages;
Rectifying means for rectifying the output or input of each of the differential amplifying means, at least divided into one and the other groups;
First and second adding means for adding the rectified output signals for each of the one and other groups;
Weighting means for weighting the summed output signal of the rectified output signal in the other group;
3. An ASK demodulating circuit, comprising: a third adding means for adding the sum output of the rectified output signal and the weighted sum output of the rectified output signal in the one group.
前記変調された入力信号を増幅する入力増幅手段を含み、
該入力増幅手段は、多段に縦続接続される差動増幅手段と、
該差動増幅手段それぞれの出力または入力を、少なくとも、一方および他方のグループに区分された、整流する整流手段と、
前記他方のグループにおける整流した出力信号それぞれに重み付けする重付け手段と、
前記一方のグループにおける前記整流した出力信号それぞれと重み付けしたグループの前記整流した出力信号それぞれを加算する加算手段とを含むことを特徴とするASK復調回路。 In an ASK demodulating circuit that demodulates an input signal modulated by ASK (Amplitude Shift-Keying), the ASK recovery circuit includes:
Input amplifying means for amplifying the modulated input signal;
The input amplification means includes differential amplification means cascaded in multiple stages;
Rectifying means for rectifying the output or input of each of the differential amplifying means, at least divided into one and the other groups;
Weighting means for weighting each rectified output signal in the other group;
An ASK demodulating circuit comprising: adding means for adding each of the rectified output signals in the one group and each of the rectified output signals in a weighted group.
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JPH05197820A (en) * | 1991-06-03 | 1993-08-06 | Philips Gloeilampenfab:Nv | Apparatus having logarithm detector |
JP2005012411A (en) * | 2003-06-18 | 2005-01-13 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Radio communication apparatus |
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2007
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