JP2010504035A

JP2010504035A - 関連する信号の利得を制御するためのシステムおよび方法

Info

Publication number: JP2010504035A
Application number: JP2009528359A
Authority: JP
Inventors: ウエスト，ブライアン; フェルナンデス，ジュアン・シー
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2010-02-04
Also published as: US20080070521A1; EP2062351A1; WO2008033588A1

Abstract

電子システムは、２以上の受信器と、自動利得制御回路とを備える。それぞれの受信器は、入力信号に対する規定されたレンジを有する。自動利得制御回路は、２以上の信号の利得を調整し、２以上の調整された信号を２以上の受信器に渡すように構成される。自動利得制御回路は、２以上の信号のすべてのものの解析に基づいて、２以上の信号のそれぞれの利得を調整する。

Description

関連する信号の利得を制御するためのシステムおよび方法。

政府利益に関する声明：米国政府は、制限された政府契約の条項により定められた本発明における特定の権利を有し得る。

多くの受信器は、有限の入力ダイナミック・レンジを有する。受信器の入力レンジは、受信器により受け入れられる最大入力レベルと、適切な分解能および／または精度のために必要な最小電圧レベルとの差である。入力信号が、受信器の最大入力レベルを超えると、信号は受信器によりクリップされたり歪が生じたりする。同様に、入力信号レベルが最小電圧レベルより低いと、受信器は信号を正確に測定および／または検出することができなくなり得る。

入力信号が、受信器の入力レンジより大きい範囲にわたって変化し得る場合、信号が受信器のダイナミック・レンジ内に入るように信号を調整するために、自動利得制御が必要となり得る。１つより多い信号が受信される場合、それぞれの信号を受信器のダイナミック・レンジ内に保つように、それぞれの信号の利得を調整することが必要となり得る。それぞれの信号の、他の信号の強度に対する相対的な強度を維持する必要があるときには、複数の信号に対して自動利得制御を行うことが、より困難になる。

上述の問題および他の問題は、本発明により解決され、以下の明細書を読んで考察することにより、理解されよう。

一実施形態では、電子システムが提供される。電子システムは、入力信号に対する規定されたレンジをそれぞれが有する２以上の受信器と、２以上の信号の利得を調整し、２以上の調整された信号を２以上の受信器へ渡すように構成された自動利得制御回路とを備え、自動利得制御回路は、２以上の信号のすべてのものの解析に基づいて、２以上の信号のそれぞれのものの利得を調整する。

以下の図の説明に鑑みて考察することにより、本発明をより容易に理解することができ、更に、その利点および用途がより容易に明らかとなろう。

図１は、本発明の一実施形態によるシステムの高レベルのブロック図である。図２は、本発明の一実施形態による自動利得制御回路のブロック図である。図３は、本発明の一実施形態によるピーク検出器および加算回路の概略図である。図４は、本発明の一実施形態による減衰器の概略図である。図５は、本発明の一実施形態による２以上の信号の利得を調整する方法を示すフローチャートである。図６は、２以上の関連する信号の特性を解析する方法を示すフローチャートである。

様々な図面において同じ参照番号および名称は同じ要素を示す。

以下の詳細な説明では、本書の一部となり、本発明を実施することができる特定の例示の実施形態を示す添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳細に説明され、また、他の実施形態を使用し得ること、ならびに本発明の範囲を逸脱せずに論理的、機械的、および電気的な変更を行い得ることを、理解されたい。示される例示の方法は、追加のステップを含んでもよく、また、より少ないステップを含んでもよく、また、より大きな処理スキームの状況で行ってもよいことを理解されたい。更に、図面または明細書に示された方法は、個々のステップが行われる順序を限定するものと理解されるべきではない。従って、以下の詳細な説明は、限定的するものという意味で捉えるべきではない。

本発明の実施形態は、複数の信号のそれぞれの利得を、それらの信号のすべてのものの解析に基づいて調整する。利得調整を、すべての信号の解析に基づいて行うことにより、それぞれの信号の利得を個々に調整するのに比べて、より容易に、信号の相対信号強度を維持することができる。更に、信号の相対信号強度に影響を与えずに、信号の強度の和および個々の信号強度を、受信器の最大入力レンジ内に維持することができる。

図１は、本発明の一実施形態によるシステム１００の高レベルのブロック図である。システム１００は、２つの受信信号のそれぞれの利得を、両方の信号の解析に基づいて調整するように、適合される。特に、この実施例では２つの信号が受信される。しかし、本発明の実施形態は、そのように限定されるものではなく、他の実施形態では任意の適切な数の信号を用いることができる。

システム１００は、自動利得制御（ＡＧＣ）回路１０２と、受信器１０４とを含む。一部の実施形態では、受信器１０４は制限された入力レンジを有する。例えば、一実施形態では、受信器１０４は、受信信号の公称電圧の±２０％の入力レンジを有する。ＡＧＣ回路１０２は、２つの受信信号を解析し、両方の信号の解析に基づいて、２つの信号のそれぞれの利得を調整するように構成される。次いで、ＡＧＣ回路１０２は、調整された信号を受信器１０４へ渡す。具体的には、この実施例では、ＡＧＣ回路は、２つの受信信号の信号強度を加算し、加算された信号強度と基準値との比較に基づいて、それぞれの信号の利得を調整する。しかし、他の実施形態では、他の解析が行われることを理解されたい。例えば、別の実施形態では、各信号の信号強度が測定され、何れかの信号が基準値を超える場合に、両方の信号が実質的に等しく減衰される。

図２は、本発明の一実施形態による自動利得制御回路２０２の高レベルのブロック図である。ＡＧＣ回路２０２は、図１のＡＧＣ回路１０２の一実施例である。この実施例では、ＡＧＣ回路２０２は、ピーク検出器２０６、加算回路２０８、比較器２１０、および減衰器２１６を含む。

ピーク検出器２０６は、２つの受信信号のそれぞれのピーク電圧を決定し、それぞれのピーク電圧を直流（ＤＣ）電圧に変換する。この実施例では、２つの受信信号のそれぞれは、正弦波信号である。ピーク検出器２０６は、サイクルごとの各信号のピーク振幅を検出し、検出された振幅をＤＣ電圧として出力するように適合される。特に、この実施例では２つの信号のみが受信されるが、他の実施形態では任意の適切な数の信号を受信できることを理解されたい。次いで、２つの信号に対するＤＣピーク電圧は、加算回路２０８で加算される。この実施例では、２つの信号の強度の和が、最大値内にとどまることが望ましい。また、この実施例では、２つの信号の信号強度に対するどのような調整も、信号の互いの相対強度を維持すべきである。即ち、信号強度の合計に対しての各信号が寄与する割合は、各信号の強度に対する調整の後も実質的に同じに維持される。

和が最大値より大きいかどうかを判定するために、ＤＣピーク電圧の和は、比較器２１０において基準電圧２１２と比較される。更に、比較器２１０へフィードバック（帰還）を与えるように、ヒステリシス帰還コンポーネント２１４が含まれる。帰還コンポーネント２１４は、フィードバック・インピーダンスを提供する抵抗器、コンデンサ、インダクタなどとすることができる。帰還コンポーネント２１４は、ＤＣピーク電圧の和の小さな変化により比較器の出力が値間で行き来するように切り替わらないように、フィードバックをもたらすように構成される。比較器２１０の出力が、行き来するように切り替わると、信号強度の調整も行き来することになる。例えば、ＤＣピーク電圧の和が基準電圧２１２とほぼ等しい場合、小さな変化、即ち、和が基準電圧２１２を超えるようにし、続いて基準電圧２１２より低くするといった小さな変化は、比較器２１０の出力を、一方の対応するレベルから他方の対応するレベルへと切り換えさせる。帰還コンポーネント２１４は、ＤＣピーク電圧の和に対する実質的な変化が生じない限り、このような或るレベルから別のレベルへの繰り返される切り換えを防止するように構成される。

減衰器２１６のそれぞれは、比較器２１０から出力を受け取る。この出力に基づいて、減衰器２１６のそれぞれは、２つの受信信号の１つを減衰する。この実施形態では、減衰器２１６は、受信信号を実質的に同じだけ減衰して、それぞれの信号の他の信号に対する相対的な信号強度を維持する。しかし、他の実施形態では、減衰器２１６のそれぞれは、信号を異なるように減衰することができる。例えば、一実施形態では、２つの信号の和は最大の大きさ以内に維持する必要があるが、信号の相対強度を維持する必要はない。信号の強度の和、または個々の信号の何れかの信号強度が所与の値を超える場合、両方の信号が減衰される。しかし、このような実施形態では、２つの信号が等しく減衰される必要はない。なぜなら、相対信号強度を維持する必要はないからである。

更に、この実施形態では、減衰器２１６は、別個の減衰レベルで信号を減衰する。具体的には、この実施形態では、減衰器２１６は、２つの減衰レベルで減衰する。一方の減衰レベルは、和が基準電圧２１２を超えるときに用いられ、他方の減衰レベルは、和が基準電圧２１２を超えないときに用いられる。例えば、一実施形態では、それぞれの減衰器２１６は、和が基準電圧２１２を超えるときに２つの信号の１つを１０％だけ減衰し、和が基準電圧２１２を超えないときは受信信号を減衰しない。

しかし、他の実施形態では、他の数の別個の減衰レベルが用いられることを理解されたい。別個の減衰レベルを用いる１つの利点は、線形関数を用いた場合よりも正確な減衰を実現するのが容易なことである。正確な減衰を実現できることは、減衰器２１６を実質的に同じ量だけ減衰するように構成するために重要である。しかし、他の実施形態では、減衰器２１６は、連続する線形関数を用いて受信信号を減衰するように構成されることを理解されたい。例えば、そのような、減衰器２１６において連続する線形関数を用いる一実施形態では、比較器２１０は演算増幅器（オペアンプ）により置き換えられ、そのオペアンプは、２以上の信号の関係に基づいて、変化する電圧レベルを出力するように構成される。更に、減衰器２１６のそれぞれの出力は加算される。次いで、その和は、フィードバックとしてオペアンプの入力へと結合されて、２以上の信号の互いの相対信号強度が維持されるように減衰器２１６を制御することを、可能にする。

図３は、本発明の一実施形態によるピーク検出器３０６および加算回路３０８の概略図である。ピーク検出器３０６および加算回路３０８は、図２のＡＧＣ回路２０２などのようなＡＧＣ回路において用いることができる。２つの受信信号のそれぞれは、ピーク検出器３０６を通る。この実施例では２つの信号が受信されるが、他の実施形態では他の数の信号が受信されることを理解されたい。ピーク検出器３０６は、２つの受信信号のそれぞれのピーク電圧を決定し、それぞれのピーク電圧を直流（ＤＣ）電圧へと変換する。

具体的には、ピーク検出器３０６は、演算増幅器（オペアンプ）３１８−１および３１８−２と、ダイオード３２０−１および３２０−２と、コンデンサ３２２−１および３２２−２とを含む。オペアンプ３１８−１および３１８−２は、高入力インピーダンスを可能にして、信号に負荷が加わることおよび図２のＡＧＣ回路２０２などのようなＡＧＣ回路の回路による影響を受けることを防止するのに役立つ。ダイオード３２０−１および３２０−２は、検出されたピーク電圧を、それぞれ、コンデンサ３２２−１および３２２−２へ導く。更に、帰還ライン３２４−１および３２４−２は、コンデンサ３２２−１および３２２−２の電圧レベルを、それぞれ、オペアンプ３１８−１および３１８−２へ供給する。フィードバックにより、オペアンプ３１８−１および３１８−２が比較を行って各サイクルごとのピーク電圧を決定することが可能になる。

次いで、検出されたピーク電圧は、コンデンサ３２２−１および３２２−２からＤＣ電圧として加算回路３０８へ出力される。この実施例では、加算回路３０８は、抵抗による簡単な加算回路である。しかし、他の実施形態では他のタイプの加算回路が用いられることを理解されたい。加算回路３０８は、検出されたピーク電圧を加算する。次いで、その和は、図２の比較器２１０などのような比較器へ出力される。

図４は、本発明の一実施形態による減衰器４１６の概略図である。減衰器４１６は、図２のＡＧＣ回路２０２内の減衰器２１６などのように、ＡＧＣ回路の減衰器に用いることができる。減衰器４１６は、受信信号を、２つの個別の減衰レベルで減衰する。抵抗器４０１−Ｒ３および４０１−Ｒ５は分圧器を形成し、受信信号を減衰する。減衰器４１６は、比較器出力に基づき、スイッチ４３６を用いて、抵抗器４０１−Ｒ５と並列の抵抗器４０１−Ｒ４をスイッチする。

抵抗器４０１−Ｒ４を接続／接続解除することにより、分圧器は、受信信号を異なった量だけ減衰するように変化する。２以上の減衰器４１６における減衰は、それぞれの減衰器の抵抗器４０１−Ｒ３、４０１−Ｒ４、および４０１−Ｒ５に同じ値を用いることにより、実質的に同じに維持することができる。更に、この実施例では、スイッチ４３６は、Ｎチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。しかし、他の実施形態では、抵抗器４０１−Ｒ４の値に比べて低い抵抗を有する他のスイッチが用いられる。

この実施例では２つの減衰レベルのみが用いられているが、他の実施形態では任意の適切な数の個別の減衰レベルが用いられることを理解されたい。例えば、一部の実施形態では、複数の個別の減衰レベルをもたらすために、抵抗器４０１−Ｒ５と並列の複数の抵抗器が複数のスイッチにより選択的にスイッチされる。複数のスイッチのそれぞれは、異なる比較器出力により制御される。例えば、そのような一実施形態では、デジタル出力を提供するために、比較器（例えば、図２の比較器２１０）の代わりにアナログ−デジタル変換器が用いられる。デジタル出力に基づいて、１または複数の並列の抵抗器が、抵抗器４０１−Ｒ５と並列に接続／接続解除される。更に、他の実施形態では、減衰器４１６は、個別の減衰レベルではなく連続する線形関数を用い、受信信号を、図２の比較器２１０などのような比較器から受け取った出力に基づいて減衰する。

図５は、本発明の一実施形態による、２以上の関連する信号の利得を調整する方法５００を示すフローチャートである。方法５００は、図１のＡＧＣ回路１０２などのような自動利得制御回路において用いることができる。５０２では、２以上の関連する信号が受信される。この実施例では、２以上の信号は、この２以上の信号の互いの相対信号強度を維持する必要があるという点で、関連する。しかし、他の実施形態では、２以上の信号は別の形で関連する。例えば、代替の実施形態では、２以上の信号の合計信号強度を最大の大きさ内に維持する必要があるが、２以上の信号の相対信号強度を維持する必要はない。

５０４では、２以上の関連する信号の特性が解析される。例えば、このような解析は、２以上の信号のそれぞれを、最大および／または最小の基準レベルと比較するステップを含むことができるが、解析はこれに限定されるものではない。更に、図６は、２以上の関連する信号の特性を解析する例示の方法を示す。

図６を参照すると、６０２では、２以上の関連する信号のそれぞれのピーク電圧が、図３のピーク検出器３０４などのようなピーク検出器により検出される。６０４では、図３の加算回路３０８などのような加算回路が、６０２で検出されたピーク電圧を加算する。６０６では、ピーク電圧の和が、図２の比較器２１０などのような比較器において基準値と比較される。比較器の出力は、２以上の信号のそれぞれの利得をどのように調整するかを決定する。例えば、比較器の出力が、ピーク電圧の和が基準値を超えることを示す場合、２以上の関連する信号のそれぞれが減衰される。

図５に戻ると、５０６では、２以上の信号すべての特性の解析の結果を用いて、２以上の関連する信号のそれぞれについての利得を調整する。この実施例では、解析された特性に基づいて、図２の減衰器２１６などのような２以上の減衰器のそれぞれは、２以上の受信信号の１つを減衰する。一部の実施形態では、２以上の減衰器は、関連する信号を実質的に同じ量だけ減衰し、それにより、それぞれの信号の、他の信号（１または複数）に対する相対的な信号強度を維持する。このようにして、２以上の関連する信号のそれぞれの利得は、２以上の関連する信号すべてのものの解析に基づいて調整される。例えば、解析された特性が、２以上の関連する信号のそれぞれの信号強度の和が閾値を超える、ということを示す場合、２以上の信号のそれぞれは、実質的に同じ割合だけ減衰される。

代替例として、他の実施形態では、個々の信号のそれぞれが基準レベルと比較される。２以上の信号の何れかが基準レベルを超える場合は、２以上の信号のすべてが減衰される。これは、それぞれの信号の利得をすべての信号の解析に基づいて調整する１つの例示の代替形態である。しかし、他の実施形態では、すべての信号に対する別の形の解析を用いて、それぞれの信号の利得を調整することを理解されたい。

以上、特定の実施形態を示し説明してきたが、当業者であれば、示された特定の実施形態を、同じ目的を達成するように適応された任意の構成で置き換えられることを理解するであろう。この出願は、本発明の任意の適応形態または変形形態も包含することを意図するものである。従って、この発明は、特許請求の範囲およびその等価物により限定されることを明確に意図する。

Claims

電子システム（１００）であって、
それぞれが入力信号に対する規定されたレンジを有する２以上の受信器（１０４）と、
２以上の信号の利得を調整し、調整された前記２以上の信号を前記２以上の受信器（１０４）へ渡すように構成された自動利得制御回路（１０２）と
を備え、
前記自動利得制御回路（１０２）は、前記２以上の信号のすべての信号の解析に基づいて、前記２以上の信号のそれぞれの信号の利得を調整する、
電子システム。
請求項１に記載の電子システム（１００）であって、前記自動利得制御回路（１０２）が、前記２以上の信号の和と基準値との比較に基づいて、前記２以上の信号のそれぞれの信号の利得を調整する、電子システム。
請求項１に記載の電子システム（１００）であって、前記自動利得制御回路（１０２）が、前記２以上の信号のそれぞれの信号を実質的に等しく調整する、電子システム。
請求項１に記載の電子システム（１００）であって、前記自動利得制御回路（１０２）が、前記２以上の信号のそれぞれの信号の利得を連続する線形関数として調整する、電子システム。
請求項１に記載の電子システム（１００）であって、前記自動利得制御回路（１０２）が、前記２以上の信号の利得を個別の減衰レベルで調整する、電子システム。
請求項５に記載の電子システム（１００）であって、前記自動利得制御回路（１０２）が、前記２以上の信号の利得を２つの減衰レベルで調整する、電子システム。
請求項１に記載の電子システム（１００）であって、前記自動利得制御回路（１０２）が、
前記２以上の信号を加算するように構成された加算回路２０８と、
前記２以上の信号の和と基準値とを比較するように構成された比較器回路（２１０）と、
２以上の高精度の減衰器（２１６）であって、それぞれの減衰器（２１６）は、前記比較器回路（２１０）の出力に基づいて、前記２以上の信号の１つの信号を減衰するように構成される、減衰器と
を備える電子システム。
請求項７に記載の電子システム（１００）であって、前記自動利得制御回路（１０２）が、前記２以上の信号の受信信号強度が前記自動利得制御回路（１０２）による影響を実質的に受けないように、高入力インピーダンスを提供する構成された２以上の演算増幅器（３１８）を有するピーク検出器（３０６）を更に備える、電子システム。
請求項７に記載の電子システム（１００）であって、前記自動利得制御回路（１０２）が、前記２以上の信号における小さな変化により前記比較器回路（２１０）の出力が値間を行き来しないように、前記比較器回路（２１０）へフィードバックをもたらすように構成されるヒステリシス帰還コンポーネント（２１４）を更に備える、電子システム。