JP2010081054A - 受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】妨害波による高周波信号の受信特性劣化を改善する受信装置を提供する。
【解決手段】受信した高周波信号から所定の周波数帯域の信号を抽出するバンドパスフィルタ５と、バンドパスフィルタ５で抽出された信号と電圧制御発信器８からの出力とを混合することで該信号を周波数変換する混合器７を少なくとも有し、該周波数変換後の信号を出力するＭＯＰＬＬ回路６と、バンドパスフィルタ５と混合器７とを接続する信号線と、グランド１１との間であって、バンドパスフィルタ５からの信号が入力される混合器７の入力トランジスタのバイアス電圧をダイナミックレンジの中心値に設定するための抵抗値を有する抵抗素子Ｒ１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、妨害波による高周波信号の受信特性劣化を改善する受信装置に関する。

受信機の歪特性に関しては、例えば、ローノイズアンプ（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）の自動ゲイン制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）を最適に変化させる手法（例えば、特許文献１を参照。）や、ＭＯＰＬＬ（Mixer Oscillator Phase Locked Loop）の特性を改善する手法が考えられる。

ＭＯＰＬＬＩＣは、例えば、混合器と電圧制御発信器と増幅器とからなり、信号を変換（ダウンコンバート）する（例えば、特許文献２を参照。）。具体的に、混合器では、高周波信号（ＲＦ信号）と電圧制御発信器からの局部発信信号とから中間周波信号（ＩＦ信号）として取り出す、すなわち、ＲＦ信号を周波数の低いＩＦ信号に変換する。

一般的に、混合器は、受信装置全体の動作に影響を及ぼす重要な回路である。この混合器の性能は、例えば３次歪み等で評価される。３次歪（ＩＭ３）とは、希望波に対して均等に２波が並ぶと、希望波と近接又は同一周波数に被る妨害信号であり、歪のパラメータとしても用いられる。そのため、ＭＯＰＬＬＩＣの内部には、通常、その内部にバイアス抵抗に相当する抵抗素子が備えられており、これにより歪特性の改善が図られている。

特開２００５−２９５４７１号公報 特開２００８−５３８３６号公報

しかしながら、例えば、高周波信号の周波数帯域によっては、ＭＯＰＬＬＩＣ内部の基準バイアス抵抗の設定値（定数）が適切な値となっていないことがある。このように、ＭＯＰＬＬＩＣの内部のバイアス抵抗が基準値から偏ってしまうと、信号が歪んでしまい、結果として受信感度が低下してしまうことがある。

一般的に、ＭＯＰＬＬＩＣを受信装置に組み込む場合、このＩＣと、高周波信号から所定の周波数帯域の信号を抽出するフィルタ回路（バンドパスフィルタ）とが、カップリングコンデンサを介して接続されるのが通常の使用形態として想定されている。したがって、ＭＯＰＬＬＩＣの内部のバイアス電圧を操作しようとする場合には、ＩＣ自体を交換する必要があるため、歪特性の改善が困難であった。

そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、厳しい電波環境内においても簡易に歪み特性を改善することが可能な受信装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る受信装置は、受信した高周波信号と電圧制御発信器からの出力とを混合することで該高周波信号を周波数変換する混合器を少なくとも有し、該周波数変換後の高周波信号を出力する周波数変換部と、上記高周波信号が入力される上記混合器の入力トランジスタのＤＣバイアス電圧をダイナミックレンジの中心値に設定するための抵抗値を有する抵抗素子とを備える。

本発明によれば、多波による厳しい電波環境内においても、歪特性の改善により良好な受信性能を確保することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（シングル入力構成例）
２．第２の実施の形態（周波数帯域毎に抵抗値の異なる抵抗素子を備える構成例）

＜１．第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態に係る受信装置の一例であるテレビジョンチューナーの構成例を示すブロック図である。図１に示すように、受信装置１は、アンテナ２と、前段のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３と、信号を増幅させるローノイズアンプ（ＬＮＡ）４と、後段のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５と、ＭＯＰＬＬＩＣ６とを備える。ＭＯＰＬＬＩＣ６は、混合器７と、電圧制御発信器８と、増幅器９とを備えており、後に詳述するように、混合器、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路及び増幅器としての機能を含んでいるものとする。

続いて、受信装置１における高周波信号の受信動作の一例について説明する。まず、高周波信号が、アンテナ２からチューナ入力端子（図示せず）に入力され、バンドパスフィルタ３により、受信帯域（例えば、ＶＨＦ（Very High Frequency）テレビ放送、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）テレビ放送、衛星放送（ＢＳ（broadcasting satellite）・ＣＳ（communications satellite））等）の信号が選別され、それ以外の周波数成分が除去される。

バンドパスフィルタ３により選別された受信帯域の信号は、ローノイズアンプ４で増幅される。ローノイズアンプ４からの出力信号は、バンドパスフィルタ５に入力され、バンドパスフィルタ５で受信帯域の信号が選別される。バンドパスフィルタ５で選別された信号は、ＭＯＰＬＬＩＣ６に入力される。

ＭＯＰＬＬＩＣ６では、バンドパスフィルタ５から入力された信号が、混合器７で中間周波数に変換（ダウンコンバート）される。例えば、図示しないＰＬＬ回路が、図示しない基準信号発信器から出力される基準信号と、電圧制御発信器８から出力される局部発信信号とに基づいて、受信チャンネルに応じた制御電圧を生成する。電圧制御発信器８は、ＰＬＬ回路からの制御電圧に応じて、局部発振周波数（受信周波数と中間周波信号との和）である局部発信信号を生成する。混合器７は、バンドパスフィルタ５からの出力信号と電圧制御発信器８からの局部発信信号とを混合することにより、中間周波信号を生成する。増幅器９は、混合器７から出力される中間周波信号を増幅して、この増幅後の中間周波信号をＭＯＰＬＬＩＣ６の後段に設けられるＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタ（図示せず）に供給する。このような構成を有するＭＯＰＬＬＩＣ６を用いることで、受信装置１の小型化を図ることが可能となる。

ここで、図１に示すバンドパスフィルタ３やバンドパスフィルタ５で妨害波のレベルを微小レベルまで落とせない場合、妨害波は、ＭＯＰＬＬＩＣ６のブロック、すなわち混合器７に入力されてしまう。ここで、妨害波としては、例えば３次歪が挙げられる。一般的に、混合器は、受信装置全体の動作に影響を及ぼす回路であり、その性能は、ダイナミックレンジ、雑音指数（Noise Figure:ＮＦ）、３次歪み等で評価される。

ＭＯＰＬＬＩＣ６には、通常、その内部にバイアス抵抗に相当する抵抗素子が備えられており、これにより歪特性の改善が図られている。しかし、例えば、地上デジタル放送を受信する場合、すなわち、強い妨害波が存在する受信条件では、妨害波信号の歪みによる受信感度の低下が問題となる。特に、デジタル放送のような広帯域の信号により生じる妨害は、妨害波信号の相互変調歪みによる妨害が問題となる。したがって、例えば、地上デジタル放送のための電波塔が立つと、信号レベルが強くなるため信号の歪みが生じやすくなり、より歪特性が高い受信装置が求められる。

そこで、受信装置１では、ＭＯＰＬＬＩＣ６の内部トランジスタの歪特性を改善させるため、混合器７の入力トランジスタのバイアス電圧をダイナミックレンジの中心値に設定するための抵抗素子を配置する。

図２は、バンドパスフィルタ５とＭＯＰＬＬＩＣ６との間に配置される回路を示す図である。上述したような歪み特性を改善するために、図１に示す受信装置１において、抵抗素子Ｒ１は、ＭＯＰＬＬＩＣ６のＲＦ入力ピン、すなわち、混合器の入力トランジスタに隣接するように、信号線とグランド（ＧＮＤ）１１との間に配置する。つまり、受信装置１では、ＭＯＰＬＬＩＣ６の内部に備えられるバイアス抵抗に相当する抵抗素子を微調整するために、このような位置に抵抗素子Ｒ１を配置する。

この抵抗素子Ｒ１は、例えば、ＭＯＰＬＬＩＣ６内部の入力トランジスタのバイアス電圧が中心値から偏ってしまうと、出力信号が歪んでしまうこととなる。そこで、抵抗素子Ｒ１は、出力信号の歪を防止するため、つまり入力信号に対して出力信号の振幅を最大にするために、ＭＯＰＬＬＩＣ６内部の入力トランジスタの出力電圧を電源電圧の１／２に設定する抵抗値を有する。

また、抵抗素子Ｒ１の抵抗値は、バンドパスフィルタ５からの信号に対して減衰しない値、且つ、ＭＯＰＬＬＩＣ６の内部のバイアス抵抗に影響を及ぼさないような値とするのが好ましい。例えば、抵抗素子Ｒ１の抵抗値は、ＭＯＰＬＬＩＣ６内部のバイアス抵抗値に対して１０倍以上とするのが好ましい。受信装置１では、このような抵抗素子Ｒ１を、バンドパスフィルタ５と混合器７とを接続する信号線とグランド１１との間であって、バンドパスフィルタ５からの信号が入力される混合器７の入力トランジスタに隣接して配置する。また、Ｃ１はバンドパスフィルタ５とＭＯＰＬＬＩＣ６とのカップリングコンデンサである。

このように、受信装置１では、混合器７の入力トランジスタのＤＣバイアス電圧をダイナミックレンジの中心値に設定するための抵抗値を有する抵抗素子Ｒ１を、ＭＯＰＬＬＩＣ６のＲＦ入力ピンに隣接させる。これにより、受信装置１では、ＭＯＰＬＬＩＣ６のＲＦ入力部トランジスタのＤＣバイアスポイントを動かして、ダイナミックレンジの中心値（センター）に設定することができる。したがって、受信装置１では、このような抵抗素子Ｒ１を用いることにより、ＭＯＰＬＬＩＣ６内部トランジスタの歪特性を改善させることができる。つまり、受信装置１によれば、例えば、安価なＭＯＰＬＬＩＣを用いることでＩＣ内部の基準ＤＣバイアス電圧の基準値がずれている場合であっても、ＭＯＰＬＬＩＣを交換することなく歪特性を改善することができる。

なお、受信装置１は、上述した条件を満たすものであれば、図２に示す構成例以外の他の構成とすることも可能である。例えば、受信装置１において、抵抗素子Ｒ１を信号線と電源ラインとの間に配置するようにしてもよい。また、受信装置１において、抵抗素子Ｒ１を電源に置き換えた構成にしてもよい。このように、受信装置１においては、図２に示す回路構成以外の構成とした場合であっても、図２に示す回路構成と同様の作用効果を奏することが可能である。

図３は、バンドパスフィルタ５とＭＯＰＬＬＩＣ６との間に配置される回路を示す図である。図３に示すように、抵抗素子Ｒ１をＭＯＰＬＬＩＣ６のＲＦ入力ピン、すなわち、混合器７の入力トランジスタに隣接させることにより、ベースバイアス値を変化させることができる。なお、抵抗素子Ｒ１は、ＭＯＰＬＬＩＣ６における差動のバランスが崩れすぎないような抵抗値を有するものを使用することが望ましい。

一般的に、歪特性を良くしようとすると雑音指数が悪くなり、雑音指数を良くしようとすると歪特性が悪くなってしまう。そこで、受信装置１では、具体的に抵抗素子Ｒ１の抵抗値を以下のように設定する。

図４は、所定の周波数における抵抗値と歪特性との関係を示すグラフである。横軸が抵抗素子の抵抗値[Ω]で、縦軸が歪特性を示すＳ／Ｉ[ｄＢ］である。ここで、Ｓ／Ｉとは、信号対干渉比（Signal to Interference Ratio）を表す。このように、受信装置１では、抵抗素子Ｒ１の抵抗値を最適な値、すなわち、信号対干渉比が最大値となるような抵抗値に設定することにより、信号に歪が生じてしまうのを防止して歪特性を改善することができる。また、抵抗素子Ｒ１は、信号線に挿入されているため、信号に対して減衰しない程度の値を選び、かつ、その値がＭＯＰＬＬ内部のバイアス抵抗に大きな影響を及ぼさないような値を選定するのが望ましい。

＜２．第２の実施の形態＞
続いて、第２の実施の形態に係る受信装置について説明する。図５は、第２の実施の形態に係る受信装置２０の構成例を示す図である。具体的に、図５では、地上テレビ放送の各バンドがＭＯＰＬＬＩＣ６内部の混合器７に入力されるまで（ＭＩＸＥＲ ＩＮまで）の構成を示している。

第２の実施の形態に係る受信装置２０では、地上テレビ放送の各バンド毎、例えば、ＶＨＦ帯域、ＵＨＦ帯域毎にバンドパスフィルタ、コンデンサ及び抵抗素子を備える。図５に示すように、第２の実施の形態に係る受信装置２０は、例えば90〜108MHzの周波数帯域（ローＶＨＦ）の信号を抽出するバンドパスフィルタ２１と、ローＶＨＦよりも高い超短波（例えば170〜222MHz）の周波数帯域（ハイＶＨＦ（High Very High Frequency））の信号を抽出するバンドパスフィルタ２２と、ＵＨＦ帯域における地上アナログテレビジョン放送、地上デジタルテレビジョン放送等の信号を抽出するバンドパスフィルタ２３とを備える。

図５に示す抵抗素子Ｒ２は、バンドパスフィルタ２１とＭＯＰＬＬＩＣ６内部の混合器７とを接続する信号線とグランド２４との間であって、バンドパスフィルタ２１からの信号が入力される混合器７の入力トランジスタに隣接して配置される。また、Ｃ２は、バンドパスフィルタ２１とＭＯＰＬＬＩＣ６とのカップリングコンデンサである。抵抗素子Ｒ３は、バンドパスフィルタ２２と混合器７とを接続する信号線とグランド２５との間であって、バンドパスフィルタ２２からの信号が入力される混合器７の入力トランジスタに隣接して配置される。また、Ｃ３は、バンドパスフィルタ２２とＭＯＰＬＬＩＣ６とのカップリングコンデンサである。

また、上述した第１の実施の形態に係る受信装置１では、バンドパスフィルタ５からＭＯＰＬＬＩＣへ６のＲＦ信号入力回路がシングル入力であるが、図５に示す第２の実施の形態に係る受信装置２０では差動入力となっている。具体的に、抵抗素子Ｒ４は、バンドパスフィルタ２３とＭＯＰＬＬＩＣ６内部の混合器７とを接続する信号線とグランド２６ａ又は２６ｂとの間であって、バンドパスフィルタ２３からの信号が入力される混合器７の入力トランジスタに隣接して配置される。また、Ｃ４は、バンドパスフィルタ２３とＭＯＰＬＬＩＣ６とのカップリングコンデンサである。

つまり、受信装置２０では、バンドパスフィルタ２３から複数の信号線を介してＵＨＦ帯域の信号がＭＯＰＬＬＩＣ６の混合器７に差動入力される場合に、これら２本の信号線毎にコンデンサＣ４及び抵抗素子Ｒ４を備える。このように、受信装置２０では、差動入力に関しても複数の信号線に対し上述した回路を構成することで、上述した受信装置１と同様の効果、すなわち、歪み特性の改善を図ることが可能となる。

図６は、受信する高周波信号の電波環境の一例を示す図である。図６において、横軸は信号の周波数を表している。例えば図６に示すように、受信帯域（Desire）３０と、それに隣接する妨害波の帯域（Undesire）３１、３２とが混在する電波環境においても、本実施の形態に係る受信装置によれば、歪特性を改善することが可能となる。すなわち、本実施の形態に係る受信装置によれば、今後更に混在していく電波環境の中で、図６に示すような多波による厳しい電波環境内においても、歪特性の改善により、良好な受信性能を確保することができる。

また、本実施の形態に係る受信装置によれば、既存の安価なＩＣであって歪特性が良好ではないものを使用した場合であっても歪特性を改善することができるため、コストの削減を図ることが可能となる。さらに、本実施の形態に係る受信装置によれば、簡単で安価な回路構成で、歪特性を改善することができる。

なお、本実施の形態に係る受信装置は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施の形態では、周波数変換部としてＭＯＰＬＬＩＣを例に挙げて説明したが、増幅器を含まない回路、例えばＰＬＬＩＣを適用することも可能である。

第１の実施の形態に係る受信装置の一例であるテレビジョンチューナーの構成例を示すブロック図である。 バンドパスフィルタとＭＯＰＬＬＩＣとの間に配置される回路を示す図である。 バンドパスフィルタとＭＯＰＬＬＩＣとの間に配置される回路を示す図である。 所定の周波数における抵抗値と歪特性との関係を示すグラフである。 第２の実施の形態に係る受信装置の構成例を示す図である。 受信する高周波信号の電波環境の一例を示す図である。

符号の説明

１ 受信装置、２ アンテナ、３ バンドパスフィルタ、４ ローノイズアンプ、５ バンドパスフィルタ、６ ＭＯＰＬＬＩＣ、７ 混合器、８ 電圧制御発信器、９ 増幅器、１１ グランド、２０ 受信装置、２１，２２，２３ バンドパスフィルタ、２４，２５，２６ グランド

Claims (6)

1. 受信した高周波信号と電圧制御発信器からの出力とを混合することで該高周波信号を周波数変換する混合器を少なくとも有し、該周波数変換後の高周波信号を出力する周波数変換部と、
   上記高周波信号が入力される上記混合器の入力トランジスタのＤＣバイアス電圧をダイナミックレンジの中心値に設定するための抵抗値を有する抵抗素子と
   を備える受信装置。
2. 上記受信した高周波信号から所定の周波数帯域の信号を抽出する第１のフィルタ回路と、
   上記第１のフィルタ回路で抽出された信号を増幅する増幅器と、
   上記増幅器で増幅された信号から所定の周波数帯域の信号を抽出する第２のフィルタ回路とをさらに備え、
   上記混合器が、上記第２のフィルタ回路で抽出された信号と上記電圧制御発信器からの出力とを混合することで該信号を周波数変換し、
   上記抵抗素子は、上記第２のフィルタ回路と上記混合器とを接続する信号線と、グランドとの間に配置され、該第２のフィルタ回路からの信号が入力される該混合器の入力トランジスタのＤＣバイアス電圧をダイナミックレンジの中心値に設定する請求項１記載の受信装置。
3. 上記抵抗素子は、上記混合器の入力トランジスタに隣接して配置され、所定の周波数帯域における歪特性を示す信号対干渉比が最大値となるような抵抗値を有する請求項２記載の受信装置。
4. 上記周波数変換部は、上記混合器と、上記電圧制御発信器と、該混合器からの出力信号を増幅して出力する増幅器とを有するＭＯＰＬＬ（Mixer Oscillator Phase Locked Loop）回路からなる請求項３記載の受信装置。
5. 上記高周波信号の所定帯域毎に、該帯域に応じて上記混合器の入力トランジスタのＤＣバイアス電圧をダイナミックレンジの中心値に設定するための上記抵抗素子を備える請求項１記載の受信装置。
6. 上記第１のフィルタ回路で抽出された信号が、複数の信号線を介して上記周波数変換部に差動入力される場合に、該複数の信号線毎に上記抵抗素子を備える請求項１記載の受信装置。

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