JP2009510866A - 多段共振増幅器システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

例えば携帯電話でＧＰＳ信号を受信する無線周波数受信器が、入力と、電圧−電圧帰還と共振負荷とを有する線形低ノイズ増幅器の形の第１の利得段と、共通ソース入力トランスコンダクタを利用した第２の利得段とを有する。入力と第１の利得段には、干渉信号（例えば、携帯電話送信信号）を阻止し、並列共振回路と入力の間に接続されたノッチフィルタ部分と、並列共振回路のインダクタとの組み合わせで、所望の信号周波数において低インピーダンス経路を提供する直列共振回路を構成する直列キャパシタンスとを有するフィルタとが関連付けられている。

Description

本発明は、一般に電子通信に関し、より詳細には、通信システムまたは装置内において、極めて低いレベルの無線周波数信号を更に処理する前に、それらの信号を増幅するシステムおよび方法に関する。

業界アナリストは、位置測定に関連したサービスが今後数年で急激に成長すると予測している。組み込み型の全地球測位システム（ＧＰＳ）エンジンを備えた携帯電話では、ネットワークベースの測位方法が可能になる。支援型ＧＰＳソリューションは、携帯電話の基地局を利用したソリューションよりも正確である上に、３Ｇハンドセットにそのまま移行可能である。しかしながら、同一プリント回路基板（ＰＣＢ）上に携帯電話と一緒にＧＰＳ受信器を共存させると、新しい問題が生じる。アプリケーション基板を単純化するには、省電力化と高集積化が重要な目標となる。このようにすることで、電池寿命が長くなり材料代が減少するが、その一方、トランシーバ間の絶縁が限定され、漏れ信号の干渉の危険が高くなる。

周知のＧＰＳ装置は、信号の帯域内ノイズを減少させる受動フィルタを有している。そのような装置において、受動フィルタには、ＧＰＳ機能のコストと専有面積とを大幅に増やしてしまうという極めて厳しい要件がある。

以上を鑑みると、ＧＰＳ装置の受動フィルタの必要性を軽減する新しい低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）アーキテクチャが必要とされている。

以下に開示する受信器フロントエンド増幅器は、ＧＰＳアプリケーション用の低電力ＬＮＡにおける外部受動フィルタをなくすという要求に取り組む。ＬＮＡは、線形性の極めて高い電圧−電圧帰還ＬＣ装荷低ノイズ増幅器である第１の利得段と、それに続く第２の利得段とを有するノッチフィルタを備える。

本発明は、添付した特許請求の範囲で述べるような受信器を提供する。

次に、図面を参照して、本発明の一例について説明する。

図１は、例示的な低ノイズ増幅器の回路図である。

本発明によれば、携帯電話内のＧＰＳ受信器用の低ノイズ増幅器は、線形性の極めて高い電圧−電圧帰還ＬＣ装荷低ノイズ増幅器である第１の利得段と、それに続く第２の利得段とを有するノッチフィルタを備える。

図１を参照すると、増幅器は、受信した信号を、直列接続されたキャパシタＣｂｙｐａｓｓを介して、インダクタＬｎｏｔｃｈ及びキャパシタＣｎｏｔｃｈの並列共振結合を有するノッチフィルタに送る入力端子Ｖ_ＩＮを有する。この共振結合は、共通ベース増幅器として接続されたバイポーラトランジスタの形で、入力Ｖ_ＩＮと増幅器要素Ｑ１のエミッタ端子との間に、直列に接続されている。また、エミッタ端子は、周波数応答を調整するために設けられた第２の並列同調共振回路Ｌｃｕｒｒ，Ｃｃｕｒｒを介して、グランドに接続されている。携帯電話の場合、ノッチフィルタは、携帯電話機能と関連した送信器出力信号などの１つまたは複数の信号を含む既知の干渉と関連した周波数または周波数帯に合わせられる。

Ｑ１とその関連構成要素は、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）として働く。そのコレクタ端子と電源レールＶｓとの間には、所望の信号周波数に合わせられた出力共振回路Ｌｌｏａｄ，Ｃｌｏａｄが結合される。電圧−電圧帰還は、容量性分圧器Ｃ１、Ｃ２によって提供され、Ｃ１は、トランジスタＱ１のコレクタ端子とベース端子の間に結合され、Ｃ２は、ベース端子とグランドの間に接続されている。トランジスタＱ１には、そのベース端子に結合された電流源Ｉｂｉａｓによって、バイアス電流が提供される。

電圧−電圧帰還とインダクタ−キャパシタ負荷を有するＬＮＡは、誘導デジェネレイトトポロジ（inductively degenerated topology）全体にわたって、所定の消費電力が実現できるように、優れた線形性能が得られるように選択される。

ノッチフィルタは、遮断周波数（blocking frequency）で提供され、キャパシタＣｂｙｐａｓｓによって所望の信号周波数で共振される。従って、入力インピーダンスは、帰還ループによって反射される負荷インピーダンスとなる。キャパシタＣｂｙｐａｓｓは、インダクタＬｎｏｔｃｈと直列共振回路を構成し、所望の信号周波数で共振して、その周波数で入力Ｖ_ＩＮからＱ１への低インピーダンス経路を可能にする。

このようにして、ノッチによる指定（ＧＰＳ）信号の減衰は、所望の信号周波数が干渉周波数に近いにもかかわらず、その大部分が回避される。

Ｑ１とその関連構成要素によって構成された第１の利得段の出力には、結合キャパシタＣ３を介して、共通ソース入力トランスコンダクタＱ２と出力装置Ｑ３を有する第２の利得段が結合される。電界効果トランジスタＱ２は、そのゲート端子が結合キャパシタＣ３に接続され、増幅され、フィルタリングされた受信信号を受け取る。トランジスタＱ２は、ゲート端子に結合された抵抗器Ｒｂｉａｓを介して第１のバイアス電源Ｖｂｉａｓからバイアスされる。トランジスタＱ２のソースは、グランドに接続され、そのドレイン端子は出力バイポーラトランジスタＱ３のエミッタに結合され、コレクタは、チョークＬｃｈｏｋｅを介して、電源レールＶＳに結合される。出力トランジスタＱ３のバイアスは、トランジスタＱ３のベース端子に直接接続された第２のバイアス源Ｖｂｉａｓ２から提供される。トランジスタＱ３は、バッファとして働き、トランジスタＱ３のコレクタから得られた増幅出力信号は、出力結合キャパシタＣ４を介して、出力端子Ｉ_ＯＵＴに送られる。

例示的な低ノイズ増幅器の回路図である。

Claims (17)

1. 所望の信号周波数で所望の信号を受信する無線周波数受信器であって、
   入力と、入力利得段と、入力と入力利得段と関連付けられるとともに、遮断周波数における増幅器周波数応答でノッチを生成する第１の共振回路の形をとるフィルタとを有するフロントエンド増幅器を備え、
   該フィルタは、前記第１の共振回路の構成要素と共に、所望の信号周波数における利得を高める第２の共振回路を構成するリアクタンスを有する無線周波数受信器。
2. 前記第１の共振回路は、前記入力と前記入力利得段の間に、直列結合された並列共振インダクタキャパシタ結合を有し、
   前記リアクタンスは、前記第１の共振回路と直列結合された第２のキャパシタを有し、
   該第２のキャパシタと前記第１の共振回路が備える該インダクタとは、所望の信号周波数で共振する直列共振結合を構成する請求項１に記載の受信器。
3. 前記リアクタンスは、前記第１の共振回路の入力側に設けられている請求項１または請求項２に記載の受信器。
4. 前記第１の利得段は、増幅器要素、電圧帰還ループ、及び共振負荷の組み合わせを有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の受信器。
5. 共通ソーストランスコンダクタを有する第２の利得段を備える請求項４に記載の受信器。
6. フロントエンド増幅器を有する無線周波数受信器であって、
   信号遮断ノッチフィルタと、
   増幅器要素と電圧帰還ループと共振負荷の組み合わせを有する第１の利得段と、
   前記第１の利得段に結合されるとともに、共通ソーストランスコンダクタを有する第２の利得段と
   を具備する無線周波数受信器。
7. フロントエンド増幅器を有する無線周波数受信器であって、
   入力ノッチフィルタと、
   電圧帰還ならびにインダクタンスとキャパシタンスの共振結合を有する負荷要素とを備えるバイポーラトランジスタの第１の利得段と、
   前記第１の利得段から信号を受け取るように結合された電界効果トランジスタを有する第２の利得段と
   を具備する無線周波数受信器。
8. 衛星利用測位システムから信号を受信する受信器であって、
   干渉信号を阻止するように構成されたノッチフィルタを有するフロントエンド増幅器と、
   該ノッチフィルタと関連付けられ、かつ、帰還ループを有し、実質的に線形に同調された第１の利得段と、
   該第１の利得段の出力に結合され、共通ソーストランスコンダクタ要素を有する第２の利得段と
   を具備する受信器。
9. 無線周波数フロントエンドの一部である低ノイズ増幅器のアーキテクチャと、
   ブロッカ阻止（blocker
   rejection）を提供し、キャパシタによって信号周波数で共振するノッチフィルタと、
   線形性の極めて高い電圧−電圧帰還ＬＣ（インダクタ、キャパシタ）装荷低ノイズ増幅器によって構成されたフロントエンドの第１の利得段と、
   共通ソース入力トランスコンダクタを利用したフロントエンドの第２の利得段と
   を具備するシステム。
10. 前記ノッチフィルタは、前記第１の利得段の入力経路に結合された並列同調回路を有する請求項１から請求項９のいずれかに記載の受信器。
11. 前記第１の利得段は、トランジスタのエミッタ接続とグランドとの間に接続された並列同調回路を有する共通ベースバイポーラトランジスタ増幅器を具備する請求項１から請求項１０のいずれかに記載の受信器。
12. 前記第１の利得段の負荷は、所望の信号の周波数で共振する並列同調回路を有する請求項１から請求項１１のいずれかに記載の受信器。
13. 前記帰還ループは、前記第１の利得段の出力と無線周波数グランドとの間に結合された容量性分圧器を有し、
    前記容量性分圧器のタップが、前記第１の利得段の入力端子に接続されている請求項１から請求項１２のいずれかに記載の受信器。
14. 前記第１の利得段は、
    共通ベース構成で接続されるとともに、ベースに接続されたバイアス電流源を有するバイポーラトランジスタと、
    コレクタと無線周波数グランドの間に結合された並列同調回路と、
    コレクタとベースの間の帰還ループと
    を有し、
    前記帰還ループは、前記コレクタと前記無線周波数グランドの間において、前記分圧器タップが前記ベースに接続された状態で前記容量性分圧器を有する請求項６から請求項９のいずれかに記載の受信器。
15. 前記第２の利得段は、
    入力装置として働く共通ソース増幅器要素として接続され、電界効果トランジスタドレインに結合された電界効果トランジスタと、
    出力バッファとして働くバイポーラトランジスタと
    を有し、
    出力装置のエミッタは前記電界効果トランジスタドレインに結合され、そのコレクタはフロントエンド増幅器の出力を構成する請求項１から請求項１４のいずれかに記載の受信器。
16. ノッチフィルタと、
    電圧−電圧帰還およびＬＣ装荷出力を備えた実質的に線形な第１の利得段と、
    第２の利得段と
    を有する衛星信号受信器用の無線周波増幅器。
17. 干渉信号がある状態で、所望の無線周波数信号を増幅する方法であって、
    受信した信号をノッチフィルタを介して第１の利得段に送る工程と、
    前記信号を電圧−電圧帰還ループと共振負荷とを有する増幅器要素を用いて第１の利得段において増幅する工程と、
    増幅した前記信号を、共通ソース入力トランスコンダクタを用いて前記第１の利得段から前記第２の利得段に送る工程と
    を含む方法。

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