JP2009537080A - 直角位相サンプリング用クロック信号発生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、受信機に用いられる直角位相サンプリング用クロック信号発生方法及び装置を提供する。この装置は、最初に、周波数が入力信号の搬送周波数の２倍よりも低い初期クロック信号を求め、次に、この初期クロック信号の周波数を２で割って２つの直角位相中間クロック信号を求め、最後に、２つの中間クロック信号の周波数をそれぞれ分割して２つの直角位相サンプリング用クロック信号を出力する。本発明のクロック信号発生方法及び装置では、ＶＣＯのコストを減少させるだけでなく、その電力消費量をも減少させる比較的低い周波数でＶＣＯを動作させることが可能である。

Description

開示の内容

〔発明の分野〕
本発明は、ワイヤレス通信分野に用いられる受信機に関し、特に、直角位相サンプリング受信機に用いられるクロック信号発生方法及び装置に関する。

〔発明に関する背景技術〕
従来型ワイヤレス通信用受信機では、アンテナから受信したＲＦ信号は、一般に、前もってベースバンド又は低中間周波数信号になるための一連の処理を受け、その後、ディジタル信号に変換される。さらに、受信されたＲＦアナログ信号は、通常、一連のフィルタを通過して帯域外干渉波が濾波されると共に雑音が除去される。かかる種類の受信機の構成は、良好な性能を有し、かかる構成の受信機が各機能モジュールに対して課す要件は、単純である。というのは、干渉波は、信号処理の際、ステージごとに濾波されるからである。しかしながら、それと同時に、この種の受信機は、素子の集積レベルが低いのでコスト高を招く。

最近、当該技術分野において、別の種類の受信機構成が大いに注目されている。かかる種類の受信機は、ＲＦサンプリング技術を利用し、この場合、アンテナから受信した信号を、ＲＦ帯域に関して限定された濾波及び増幅の直後にサンプリングし、次にサンプリングした信号を離散的領域で処理し、その結果、離散的信号処理に関して一層高度の技術を用いることが可能になっている。この種の受信機は、多くのアナログ回路を不要にし、したがって、回路設計において一層融通性があると共にマルチモード通信に一層適している。加うるに、製造中、かかる受信機のアナログ及びディジタル回路は、同一の半導体プロセスを利用することができ、したがって、高い集積レベル及び低いコストを達成することができるようになっている。

図１は、直角位相サンプリング技術を採用したＲＦサンプリング受信機の構成を示しており、この場合、アンテナから受信したＲＦ信号をＲＦフィルタ１０及び低雑音増幅器２０によって処理した後、かかるＲＦ信号を離散的領域に変換するためにそれぞれ２つの経路でサンプリングする。これら２つの経路中のサンプリング周波数ｆ_ｓの両方は、ＲＦ信号の搬送周波数ｆ_ｃの１／Ｎであるが、２つのサンプリングクロック信号ＣＬＫ_１，ＣＬＫ_２相互間には一定の相対的遅延τが存在し、したがって、これら２つの経路中のクロック信号のサンプリング点のところでの搬送波の位相は、互いに９０°だけ異なっている。離散的領域では、サンプリングした信号中の帯域外干渉波及び雑音は、それぞれ、ディスクリートフィルタ３１，３２によって除去される。次に、サンプリングした信号をそれぞれアナログ−ディジタル変換器４１，４２によってディジタル信号に変換する。最後に、これらディジタル信号をディジタルフィルタ５１，５２を介してベースバンド信号処理を行うためにディジタル信号処理ユニット６０に送る。

図１に示す受信機の構成は、そのサンプリング周波数が比較的低いので魅力的である。しかしながら、この種の受信機は、ＲＦ信号をそれぞれサンプリングすることができるようにするためには、２つのクロック信号に９０°の位相シフトを与える必要がある。実際のところ、これら２つのクロック信号は、図２に示すクロック信号を発生させる装置によって得られるのが通例である。電圧制御発振器（ＶＣＯ）（図示せず）からの初期クロック信号の周波数は、２ｆ_ｃである。１／２分割器７００を介して初期クロック信号をｆ_ｃという同一の周波数を持つが、９０°の位相シフトを持つ２つの中間クロック信号に分割する。その結果、これら２つの中間クロック信号は、それぞれ、２つの１／Ｎ分割器７０１，７０２を通り、最終的に、受信機により必要とされる２つのサンプリングクロック信号が得られ、即ち、２つのサンプリングクロック信号は、ｆ_ｓ＝ｆ_ｃ／Ｎという周波数を有する。

上述の解決策の欠点は、高い周波数を持つ初期クロック信号を発生させることが必要であるということにある。一例としてブルートゥース（Bluetooth）システムを取り上げると、その搬送周波数ｆ_ｃは、約２．４ＧＨｚである。その結果、ＶＣＯは、周波数が２ｆ_ｃ、即ち、約４．８ＧＨｚの初期クロック信号を発生させることができなければならない。しかしながら、かかる高い周波数で動作するＶＣＯは、費用が高くつくだけでなく、電力消費量が非常に多く、したがって、受信機がかかる種類のＶＣＯを利用することは経済的ではない。

［発明の概要］
本発明の目的のうちの１つは、受信機に用いられる直角位相サンプリング用のクロック信号を発生させる方法及び装置であって、比較的低い周波数を持つ初期クロック信号を利用してＶＣＯのコスト及び電力消費量を減少させる方法及び装置を提供することにある。

受信機に用いられる本発明の直角位相サンプリング用クロック信号発生方法は、
−周波数が入力信号の搬送周波数の所定の倍数よりも低い初期クロック信号を得るステップと、
−初期クロック信号の周波数を２で除算して２つの直角位相中間クロック信号を得るステップと、
−２つの中間クロック信号の周波数をそれぞれ分割して２つの直角位相サンプリング用クロック信号を出力するステップとを有する。

受信機に用いられる本発明の直角位相サンプリング用クロック信号発生装置は、
−周波数が入力信号の搬送周波数の所定の倍数よりも低い初期クロック信号を発生させる初期クロック信号発生器と、
初期クロック信号を受信し、初期クロック信号の周波数を２で除算して２つの直角位相中間クロック信号を得るための第１の周波数分割器と、
−２つの中間クロック信号をそれぞれ受信し、２つの中間クロック信号の周波数を分割して２つの直角位相サンプリングクロック信号を出力するための２つの第２の周波数分割器とを有する。

加うるに、本発明の直角位相サンプリング用のクロック信号を発生させる上述の方法及び装置では、入力信号に関する受信機のサンプリングファクタがＮであり、２つの中間クロック信号の周波数がαで除算される場合、初期クロック信号の周波数は、入力信号の搬送周波数の所定の倍数の１／ｐであり、ここで、ｐは、奇数であり、ｐα＝Ｎである。

本発明により提案される直角位相サンプリング用のクロック信号を発生させる方法及び装置により用いられる初期クロック信号の周波数は、従来型クロック信号発生装置で必要とされる周波数の１／ｐに過ぎない。したがって、本発明のクロック信号発生方法及び装置では、ＶＣＯのコストを減少させるだけでなくその電力消費量を減少させることができる比較的低い周波数でＶＣＯを動作させることが可能である。

他の目的及び利点は、本発明のより深い理解と共に、添付の図面を参照して行われる以下の説明及び特許請求の範囲を参照すると明らかになって理解されよう。

添付の図面及び特定の実施形態により本発明を詳細に説明する。

図面全体を通じ、同一の参照符号は、類似し又は対応の特徴又は機能を示している。

〔発明の詳細な説明〕
直角位相サンプリング受信機に関し、位相シフトが９０°の２つのクロック信号を提供して受信したＲＦ信号に対してそれぞれ直角位相サンプリングを行うことが必要である。初期クロック信号の周波数を分割することにより得られた２つのクロック信号が搬送周波数で９０°の位相シフトを維持するようにした状態で図２に示す従来型クロック信号発生装置の初期クロック信号の周波数を低くするため、本発明は、クロック信号を発生させる新規な解決策を提案し、これにつき図３を参照して詳細に説明する。

直角位相サンプリング受信機では、信号の搬送周波数が、ｆ_ｃであり、サブサンプリングファクタが、Ｎである場合、サンプリング周波数は、ｆ_ｃ＝ｆ_ｓ／Ｎとなろう。Ｎは、整数なので、Ｎを２つの数値の積、即ち、Ｎ＝αｐとして表すことができ、この式において、ｐは、最大の奇数であり、ｐ≦Ｎであり、αは、整数である。

図３は、本発明の直角位相サンプリングのためのクロック信号発生装置の全体構成を示すブロック図である。初期クロック信号の周波数は、２ｆ_ｃ／ｐであり、初期クロック信号を１／２分割器７００によりｆ_ｓ，１＝ｆ_ｃ／ｐという同一の周波数を持つ２つの中間クロック信号に分割する。次に、これら２つの中間クロック信号は、それぞれ、２つの１／α分割器７０３，７０４を通過し、最終的に周波数ｆ_ｓ＝ｆ_ｃ／αｐ＝ｆ_ｃ／Ｎの２つのサンプリングクロック信号になる。

上述の２つの中間クロック信号相互間の時間シフトは、次の通りであり、即ち、τ＝（９０°／３６０°）Ｔ_ｓ，１＝Ｔ_ｓ，１／４＝ｐＴ_ｃ／４であり、ここで、Ｔ_ｓ，１＝１／ｆ_ｓ，１且つＴ_ｃ＝１／ｆ_ｃである。これら２つの中間クロック信号の周波数をそれぞれ、２つの１／α分割器７０３，７０４で分割した後においては、これら周波数は、低くなるが、これら２つの中間クロック信号相互間の時間シフトは、不変のままである。したがって、結果的に得られた周波数がｆ_ｓ＝ｆ_ｃ／αｐ＝ｆ_ｃ＝Ｎの２つのサンプリングクロック信号相互間の時間シフトも又、τである。時間シフトτは、搬送周波数では（ｐＴ_ｃ／４）／Ｔ_ｃ×３６０°＝ｐ９０°の位相シフトと等価である。

ｐは、奇数なので、これをｐ＝４ｍ±１（この式において、ｍは、整数である）として表すことができるので、上述の位相シフトｐ９０°＝ｍ（３６０°）±９０°である。かくして、図３のクロック信号発生装置から出力された２つのクロック信号は、ｍ（３６０°）±９０°の位相シフトを持つことが分かり、これは、直角位相サンプリングの要件を満たしている。直角位相サンプリング受信機に関し、時間シフトτは、τ＜＜１／Ｂ（ここで、Ｂは、ＲＦ信号の帯域幅である）を満足する限り、受信機性能に対する時間シフトの影響は、無視できる。

図３に示す本発明のクロック信号発生装置により出力される初期クロック信号の周波数は、２ｆ_ｃ／ｐに過ぎず、これは、図２に示す従来型クロック信号発生装置により必要とされる初期クロック信号の周波数の１／ｐである。一例としてブルートゥース（Bluetooth）システムを取り上げると、そのシステム搬送周波数は、約２．４ＧＨｚであり、従来型クロック信号発生装置では、ＶＣＯが、約４．８ＧＨｚの初期クロック信号を発生させることができるということが必要である。しかしながら、本発明のクロック信号発生装置の場合、サブサンプリングファクタＮが、それぞれ、１２、１３、１４であり、ｐが、それぞれ、３、１３、７である場合、初期クロック信号の対応の周波数は、それぞれ、約０．８ＧＨｚ、約０．１８５ＧＨｚ、約０．３４３ＧＨｚであり、これは、従来必要とされた４．８ＧＨｚよりも非常に低い。したがって、本発明のクロック信号発生方法及び装置では、ＶＣＯのコストを減少させるだけでなくその電力消費量を減少させることができる比較的低い周波数でＶＣＯを動作させることが可能である。

さらに、或る特定の場合、例えば、Ｎが、奇数であり、ｐ＝Ｎの場合、図３のクロック信号発生装置を図４に示す形態に単純化でき、この場合、２つの１／α分割器７０３，３０４は不要であり、これによりコスト及び電力消費量が一段と減少する。したがって、受信機を設計する際、良好な作用効果が本発明によって達成されるようＮが奇数であることが好ましく、他方、Ｎは２の整数べきであるという極端な場合を回避すべきである。というのは、この場合は、本発明の利点をもたらさないからである。

上述の実施形態は、ゼロＩＦ（中間周波数）直角位相サンプリング受信機、即ち、ｆ_ｓ＝ｆ_ｃ／Ｎの提供を主たる目的としている。ＩＦ信号又はＲＦ信号に対して直角位相サンプリングを実施するかどうかとは無関係に、本発明により提案されたクロック信号発生方法及び装置をゼロＩＦ直角位相サンプリング受信機に利用することができるだけでなく、他の同様な直角位相サンプリング受信機にも利用することができることは明らかである。例えば、低ＩＦ直角位相サンプリング受信機、即ち、ｆ_ｓ＝（ｆ_ｃ±ｆ_ＩＦ）／Ｎでは、Ｎを２つの数値の積としても表すことができ、即ち、Ｎ＝αｐであり、ここで、ｐは、最大の奇数であり、ｐ≦Ｎであり、αは、整数である。しかる後、本発明のクロック信号発生方法及び装置を利用することにより、受信機により必要とされる直角位相サンプリングクロック信号が得られる。

当業者であれば理解されるべきこととして、本発明の内容から逸脱することなく、本明細書により開示されたクロック信号発生方法及び装置に関して多くの改造を行うことができる。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきである。

直角位相ＲＦサンプリング受信機の形態を示すブロック図である。 直角位相サンプリングのための従来型クロック信号発生装置の形態を示すブロック図である。 本発明の直角位相サンプリングのためのクロック信号発生装置の全体的形態を示すブロック図である。 本発明の直角位相サンプリングのためのクロック信号発生装置の単純化された形態を示すブロック図である。

Claims (12)

1. 受信機に用いられる直角位相サンプリング用クロック信号発生方法であって、
   −周波数が入力信号の搬送周波数の所定の倍数よりも低い初期クロック信号を得るステップと、
   −前記初期クロック信号の前記周波数を２で除算して２つの直角位相中間クロック信号を得るステップと、
   −前記２つの中間クロック信号の周波数をそれぞれ分割して２つの直角位相サンプリング用クロック信号を出力するステップとを有する、方法。
2. 前記入力信号に関する前記受信機のサンプリングファクタがＮであり、前記２つの中間クロック信号の周波数がαで除算される場合、前記初期クロック信号の周波数は、前記入力信号の前記搬送周波数の前記所定の倍数の１／ｐであり、ここで、ｐは、奇数であり、ｐα＝Ｎである、請求項１記載の方法。
3. 前記所定の倍数は、２倍である、請求項１又は２記載の方法。
4. ｐは、決定されたサンプリングファクタＮに関して得ることができる最大の奇数である、請求項３記載の方法。
5. 受信機に用いられる直角位相サンプリング用クロック信号発生装置であって、
   −周波数が入力信号の搬送周波数の所定の倍数よりも低い初期クロック信号を発生させる初期クロック信号発生器と、
   前記初期クロック信号を受信し、前記初期クロック信号の周波数を２で除算して２つの直角位相中間クロック信号を得るための第１の周波数分割器と、
   −前記２つの中間クロック信号をそれぞれ受信し、前記２つの中間クロック信号の周波数を分割して２つの直角位相サンプリングクロック信号を出力するための２つの第２の周波数分割器とを有する、装置。
6. 前記入力信号に関する前記受信機のサンプリングファクタがＮであり、前記２つの中間クロック信号の周波数がαで除算される場合、前記初期クロック信号の周波数は、前記入力信号の前記搬送周波数の前記所定の倍数の１／ｐであり、ここで、ｐは、奇数であり、ｐα＝Ｎである、請求項５記載の装置。
7. 前記所定の倍数は、２倍である、請求項５又は６記載の装置。
8. ｐは、決定されたサンプリングファクタＮに関して得ることができる最大の奇数である、請求項７記載の装置。
9. 受信機であって、
   −受信した信号に対して直角位相サンプリングを実施するサンプリングデバイスと、
   −サンプリングクロック信号を前記サンプリングデバイスに与えるクロック信号発生装置とを有し、前記クロック信号発生装置は、
   −周波数が入力信号の搬送周波数の所定の倍数よりも低い初期クロック信号を発生させる初期クロック信号発生器と、
   前記初期クロック信号を受信し、前記初期クロック信号の周波数を２で除算して２つの直角位相中間クロック信号を得るための第１の周波数分割器と、
   −前記２つの中間クロック信号をそれぞれ受信し、前記２つの中間クロック信号の周波数を分割して２つの直角位相サンプリングクロック信号を出力するための２つの第２の周波数分割器とを有する、受信機。
10. 前記入力信号に関する前記受信機のサンプリングファクタがＮであり、前記２つの中間クロック信号の周波数がαで除算される場合、前記初期クロック信号の周波数は、前記入力信号の前記搬送周波数の前記所定の倍数の１／ｐであり、ここで、ｐは、奇数であり、ｐα＝Ｎである、請求項９記載の受信機。
11. 前記所定の倍数は、２倍である、請求項９又は１０記載の受信機。
12. ｐは、決定されたサンプリングファクタＮに関して得ることができる最大の奇数である、請求項１１記載の受信機。

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