JP2016516364A - 固有周波数復調能力を備えた周波数選択性対数増幅器 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2013年3月15日出願の米国仮特許出願第61/789,829号、表題「Frequency Selective Logarithmic Amplifier with Intrinsic Frequency Demodulation Capability」の利益を主張するものであり、この内容は全体において参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に開示される主題は、統合されたFM復調能力を持つ再生式の選択性対数検出器増幅器(LDA)に関係する。これは、有線式又は無線式のFM変調信号を受信し、先行技術と比較して高感度、高周辺比率(high skirt ratio)、及び最小化した雑音により、FM変調信号を増幅又は復調することができる。位相ロックループ(PLL)又はミキサーなどの他の回路と共に使用した場合、それは、干渉除去及び周波数選択性を向上させて、周波数と位相における正確なチャンネル上に固定することができる。LDAは、与えられた閾値に達すると、セルフケンチされる(self−quenched)間欠発振を作る。それはまた、直接のFM判別判定を行なう回路を埋め込む。これに加え、瞬間再生利得(instantaneous regeneration gain)が低−中(low−mediu)であるという事実により、雑音に埋もれた小さな振幅の信号の検出が可能となる。LDAは、アナログ又はデジタルのFM、AM、又はFM&AM変調信号を変換し、そして、広いダイナミックレンジ上の中間周波数において、連続するほぼ一定の振幅及び準デジタル・パルスを作り出す。デジタルの周波数−電圧変換器(VFC)は、単純な処理によりデジタル電圧ワードのパルス周波数を変換するために使用されてもよい。代替的に、単純なアナログVFC又はピーク検出器は、オーディオ又はビデオの帯域幅を備えたベースバンドへと入力信号を復調するために使用され得る。イノベーションファクター(Innovation factors)は、AFCを必要とすることなく、雑音レベル、高周辺比率、及び準デジタル出力のデータからの、直接のFM復調、高感度、及び信号再生を含む。
F0は最小の固定周波数であり、
KとK2は一定の値であり、
VINRMS(t)は入力信号VIN(t)のRMS値であり、
LINdBはdBmにおける入力レベルLINであり、
FOUT(t)は出力周波数である。
VOUT_RMS(t)は出力電圧であり、
K3とK4は一定の値である。
F(k):瞬時周波数のkthサンプル
K1: V/Hzにおいて一定
V0:LDA入力が50オームで終了する時に生成された電圧(周波数)に相当する、一定のオフセット電圧。V(0)=50オームでのF(k)*K1
F:全雑音指数、直線における比率
FAi:増幅チェーンのi番目の増幅器の直線的な雑音指数
GAi:i番目の増幅器の直線的な利得
再生式のログ・アンプの場合、再生式の部分は、第1の場所に、又は受信チェーンにおける任意の位置に配されると、SNRを改善することができる。それ故、再生式のLDAは、雑音を制限した増幅器受信器チェーンにおいてさえも、先行する低雑音増幅器を十分に使用することができる。ダイナミックレンジが信号の低い側(雑音のレベル)に拡張されるので、そのようなLDAは雑音に埋まった信号を更に増幅し得る。そのような雑音を制限したがLDAの無い受信器において、システムは雑音を制限されるので、LNAの仮定的な追加はほとんど役に立たない。
別の代替的なの実装において、図17のトポロジーは、同様の結果のために僅かに修正することができる。CLBは、CRBとLLBの右に移動することができる。
故に、そのような条件的な言語は一般的に、著者の入力又はプロンプテイングの有無にかかわらず、特徴、要素、及び/又は工程が任意の特定の例に含まれるか又はその例において実行されねばならないかにかかわらず、特徴、要素、及び/又は工程が、1以上の例に必要とされる任意の方法であること、又は、1以上の例が必ず決定のための論理を含むことを示すように、意図される。用語「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する(having)」などは同意語であり、包括的に無制限の様式で使用され、そして、付加的な要素、特徴、作用、操作などを排除しない。また、用語「又は」は、例えば、要素のリストを接続するために使用される場合に、用語「又は」がリストにおける要素の1つ、幾つか、又は全てを意味するように、包括的な意味において使用される(その排他的な意味において使用されない)。
Claims (64)
- 通信装置の受信チェーンに使用されるシステムであって、該システムは:
入力信号を受信し、且つ入力信号に基づいて発振を生成するように構成される増幅回路;
ほぼ0の位相領域を備える周波数通過帯域の転送応答を確立するように構成される、1以上の四極の共振回路であって、1以上の四極の共振回路は増幅回路に結合され、且つシステムの動作周波数を確立するように構成される、1以上の四極の共振回路;
一連の電圧スパイクを生成するために発振を定期的に固定及び再開するように、増幅回路に結合され且つ予め定めた閾値に基づいて発振を終えるように構成されるサンプリング回路であって、ここで、電圧スパイクの瞬時周波数は、入力信号の周波数変調(FM)及び振幅変調(AM)の変調情報を搬送して、出力信号として出力され、及び、出力信号は入力信号とは異なる周波数を有する、サンプリング回路;及び
増幅器によって生成された入力信号と発振から出力信号を分離するために、増幅器回路とサンプリング回路の間に結合される、低域通過フィルタ回路
を含むシステム。 - 低域通過フィルタ回路とサンプリング回路は、ダイオードを含有する回路を含む、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 低域通過フィルタ回路とサンプリング回路は、インダクタを含有する回路を含む、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 電圧スパイクを受信し、且つ、FM及びAMの変調情報をベースバンド周波数にもたらすことによりFM及びAMの変調情報を復調するように構成される周波数対電圧回路を更に含む、請求項1に記載のシステム。
- 出力信号は、サンプリング回路のアクティブノード、増幅器のバイアス又は基地、増幅器の出力、又は四極のアクティブノードの1以上によって出力される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- サンプリング回路は、周波数変調を実質的に復調するように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- システムは、入力信号の信号強度にかかわらず、FM及びAMの変調情報の1つ又は両方を復調するように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- FM及びAMの変調の1つ又は両方の復調は、付加的な検出感度の利得を提供する、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- システムは、入力信号の信号強度にかかわらず、FM及びAMの変調情報の1つ又は両方を復調するように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- システムは、高い信号感度を提供するために固有の低い利得及び構造に基づいて、ノイズフロアから入力信号を再生するように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 入力信号はAM入力を含み、出力信号は周波数出力を含む、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- システムは、高い信号感度を提供するために固有の低い利得及び構造に基づいて、ノイズフロアから入力信号を再生するように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- システムは、周辺比率に予め定めた感度のレベルを提供する、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- システムは、周波数−電圧変換器又はアナログ検出器の1以上を使用して、出力信号を繰返し周波数出力から電圧出力に変換するように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- システムは、繰返し周波数出力をデジタルパルスに適合させ、及び、以下:
即時の周波数測定を行い、その後、デジタル電圧出力を得るためにデジタル基準化関数を行なう工程;又は
デジタル電圧出力を得るためにインバーター機能及びデジタル基準化関数を行なった後の時間を測定する工程
の少なくとも1つを実行することにより、出力信号を繰返し周波数出力からデジタル電圧に変換するように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - デジタル電圧出力のデジタルパルス間の期間は、特定の速度でクロックを使用して計数される、ことを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- デジタル電圧出力から測定するための最小の期間よりも小さい、ほぼ2Nの時間のクロックは、デジタル電圧出力にNビットの2進の精度を提供するために使用される、ことを特徴とする請求項16に記載のシステム。
- システムは、ノイズフロアから弱い信号の再生を可能にするために約1.001〜約3の範囲で利得を提供するように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 1以上の四極の共振回路は、LC回路、SAW、BAW、与えられたインピーダンスの伝達のライン、与えられた長さの伝達のライン、又はスタブによる伝達のラインの少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- システムは、入力バイアスを受信するように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 入力バイアスは、温度補償電流源又は温度補償電圧源の1以上を含む、ことを特徴とする請求項20に記載のシステム。
- 入力バイアスは電流源又は電圧源の1以上を含む、ことを特徴とする請求項20に記載のシステム。
- 増幅回路は、トランジスタ、増幅器、ダイオード、電界効果トランジスタ(FET)、金属酸化膜半導体(MOS)、デュアルゲート増幅器、GaN増幅器、Si増幅器、又はシリコンの相補的金属酸化物半導体(SiCMOS)の1以上を含む、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 通信装置の受信チェーンに使用されるシステムであって、該システムは:
入力信号を受信し、且つ入力信号に基づいて発振を生成するように構成される増幅回路;
ほぼ0の位相領域を備える周波数通過帯域の転送応答を確立するように構成される、1以上の四極の共振回路であって、1以上の四極の共振回路は増幅回路に結合され、且つシステムの動作周波数を確立するように構成される、1以上の四極の共振回路;
一連の電圧スパイクを生成するために発振を定期的に固定及び再開するように、増幅回路に結合され且つ予め定めた閾値に基づいて発振を終えるように構成されるサンプリング回路であって、ここで、電圧スパイクの瞬時周波数は、入力信号のFM及びAMの変調の情報を搬送して、出力信号として出力され、及び、出力信号は入力信号とは異なる周波数を有する、サンプリング回路;
増幅器によって生成された入力信号と発振から出力信号を分離するために、増幅器回路とサンプリング回路の間に結合される、低域通過フィルタ回路;
入力信号又は出力信号の少なくとも1つを受信し、且つ入力信号又は出力信号の1つ以上の整合及び結合を改善するように構成される整合回路;及び
入力信号と整合回路の間の分離回路であって、分離回路は、後方へのエネルギーの漏出を低減するように構成される、分離回路
を含むシステム。 - 分離回路は、サーキュレーター、スプリッター、カプラー、及び減衰器の1以上を持つ受動回路を含む、ことを特徴とする請求項24に記載のシステム。
- 分離回路は、低雑音増幅器(LNA)及び増幅器の1以上を持つ能動回路を含む、ことを特徴とする請求項24に記載のシステム。
- 通信装置の受信チェーンに使用される対数検出器増幅器であって、該対数検出器増幅器は:
FM入力信号を受信するように構成されるFM受信器;
入力信号を受信し、且つFM入力信号に基づいて発振を生成するように構成される増幅器;
増幅器に結合される少なくとも1つの四極であって、少なくとも1つの四極は並列共振回路及び直列共振回路を有し、且つ、FM入力信号をフィルタ処理し及び目標周波数で増幅器を共振させるための帯域フィルタとして構成される、少なくとも1つの四極;及び
一連の電圧スパイクを生成するために発振を定期的に固定及び再開するように、増幅器に結合され且つ予め定めた閾値に基づいて発振を終えるように構成されるサンプリング回路であって、ここで、電圧スパイクの瞬時周波数は、FM入力信号のFM変調情報を搬送して、FM出力信号として出力される、サンプリング回路
を含み;
ここで、目標周波数は変更可能であり、対数検出器増幅器の少なくとも1つのパラメータに基づく
ことを特徴とする対数検出器増幅器。 - 対数検出器増幅器の少なくとも1つのパラメータは少なくとも1つの四極の静電容量を含む、ことを特徴とする請求項27に記載の対数検出器増幅器。
- 目標周波数は、少なくとも1つの四極の静電容量を変えることにより変えられる、ことを特徴とする請求項28に記載の対数検出器増幅器。
- 目標周波数は、少なくとも1つの四極の並列共振回路の静電容量を変えることにより変えられる、ことを特徴とする請求項27に記載の対数検出器増幅器。
- 少なくとも1つの四極の並列共振回路は、変更可能な静電容量又は調整可能な静電容量の何れかを有し、少なくとも1つの四極の並列共振回路の静電容量はアナログ制御装置又はデジタル制御装置の何れかを使用して変えられ得る、ことを特徴とする請求項30に記載の対数検出器増幅器。
- 少なくとも1つの四極の並列共振回路の静電容量はアナログ制御装置を使用して変えられ、ここで、アナログ制御装置は、変更可能なキャップボタン、ポテンショメータ、又は、デジタル−アナログの制御装置を備えたマイクロコントローラを含む、ことを特徴とする請求項30に記載の対数検出器増幅器。
- 少なくとも1つの四極の並列共振回路の静電容量はデジタル制御装置を使用して変えられ得、ここで、デジタル制御装置は、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、又は論理回路を含む、ことを特徴とする請求項31に記載の対数検出器増幅器。
- 出力繰返し周波数は、サンプリング回路の予め定めた閾値レベルを変えることにより変えられ、前記閾値レベルは、抵抗器又は静電容量の値の変更により変えられ得る、ことを特徴とする請求項27に記載の対数検出器増幅器。
- 目標周波数は、増幅器のバイアスを変えることにより変えられる、ことを特徴とする請求項27に記載の対数検出器増幅器。
- 目標周波数は、約88MHz乃至約108MHzの範囲内で変更可能である、ことを特徴とする請求項27に記載の対数検出器増幅器。
- FM入力信号はデジタルFM変調RF信号であり、デジタルFM変調RF信号は、周波数偏移変調(FSK)信号、ガウス周波数偏移変調(GFSK)信号、n−FSK信号、ガウスn−FSK信号、最小偏位変調(MSK)信号、又はガウス最小偏位変調(GMSK)信号、ガウスフィルタリング、n進のFSK信号、デジタル変調の1以上を含む、ことを特徴とする請求項27に記載の対数検出器増幅器。
- 目標周波数は、約1GHz、約168MHz、約433MHz、約868MHz、及び約902MHzの少なくとも1つ含む、ことを特徴とする請求項37に記載の対数検出器増幅器。
- 閉鎖ループ構成中にあり、且つ、発振を基準位相又は基準周波数と比較するように構成される位相ロックループ(PLL)であって、PLLは、値の範囲内で目標周波数を変更するように構成される、位相ロックループを更に含む、請求項27に記載の対数検出器増幅器。
- PLLによる目標周波数の変化は、正確に特定のチャンネルを選択するために、温度に関連したドリフトを補正するために、又は、固定許容範囲に合わせて調節するために行われ得る、ことを特徴とする請求項39に記載の対数検出器増幅器。
- PLLは、PLLのパラメータの変更により目標周波数を変更するように構成され、PLLのパラメータは、ディバイダM又はリファレンスディバイダN又は基準周波数の少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項39に記載の対数検出器増幅器。
- スーパーヘテロダイントポロジーにおけるFM受信器に使用されるシステムであって、該システムは:
第1の予め定めた周波数で第1の中間信号を受信するように構成される対数検出器増幅器(LDA)であって、LDAは、第1の中間信号に基づいて発振を生成し、発振から変調情報を判定し、第2の予め定めた周波数で第2の中間信号を生成するように構成される、対数検出器増幅器;
入力周波数で無線周波数(RF)入力信号を受信し、且つ第1の予め定めた周波数でRF入力信号を第1の中間信号に変換するように構成される第1のミキサーであって、入力周波数は周波数の範囲内にある、第1のミキサー;及び
入力周波数と第1の予め定めた周波数との間の差の指標を第1のミキサーに提供するように構成される、第1の変更可能な発振器
を含むシステム。 - RF入力信号は、FM無線信号、デジタルFM無線信号、アナログFM信号、周波数偏移変調(FSK)信号、ガウス周波数偏移変調(GFSK)信号、HD無線信号、衛星無線信号、最小偏位変調(MSK)信号、ガウス最小偏位変調(GMSK)信号、又はn進のデジタルFM信号の少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項42に記載のシステム。
- LDAは、第1の中間信号の感度を増加させて、且つLDAの入力ポートを通る漏出を少なくするように構成される整合回路を含む、ことを特徴とする請求項42に記載のシステム。
- LDAは、入力ポートと整合回路との間で第1の中間信号を絶縁するように構成される低雑音増幅器を更に含む、ことを特徴とする請求項44に記載のシステム。
- 第1の変更可能な発振器に基準周波数を提供するように構成される周波数基準ソースを更に含む、請求項42に記載のシステム。
- 第1の変更可能な発振器に基準周波数を提供するように構成される制御装置を更に含む、請求項42に記載のシステム。
- 閉鎖ループ構成中にあり、且つ電圧制御発振器(VCO)として作用するように構成される位相ロックループ(PLL)であって、制御装置はPLLに基準周波数を提供するように構成される、位相ロックループを更に含む、請求項47に記載のシステム。
- PLLのNディバイダは、入力RF信号の周波数を調整するように構成され、LDAの出力はPLLのNディバイダに接続される、ことを特徴とする請求項48に記載のシステム。
- アナログ電圧周波数変換器、デジタル電圧周波数変換器、又はアナログFM検波器の1以上を更に含む、請求項42に記載のシステム。
- 入力RF信号は有線式FM信号、無線式FM信号、アナログFM信号、又はデジタルFM信号の少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項42に記載のシステム。
- 第2のミキサーは、第2の予め定めた周波数での第2の中間信号を、出力周波数を有する出力RF信号に変換するように構成され、出力周波数は周波数の範囲内にあり;及び
第2の変更可能な発振器は、出力周波数と第1の予め定めた周波数との間の差の指標を第2のミキサーに提供するように構成される
ことを特徴とする請求項42に記載のシステム。 - 第2の変更可能な発振器に基準周波数を提供するように構成される周波数基準ソースを更に含む、請求項52に記載のシステム。
- 第2の変更可能な発振器に基準周波数を提供するように構成される制御装置を更に含む、請求項52に記載のシステム。
- システムはリピータとして作動し、それにより、出力RF信号は入力RF信号における情報を反復し、出力RF信号は入力RF信号から増幅される、ことを特徴とする請求項53に記載のシステム。
- 入力周波数は出力周波数とは異なる、ことを特徴とする請求項55に記載のシステム。
- 入力周波数は出力周波数と同じであり、第2のミキサーは、完全なメッセージが入力信号を介して第1のミキサーにより受信された後、出力信号を介して完全なメッセージを出力するように構成される、ことを特徴とする請求項55に記載のシステム。
- 第2のミキサーに結合されるフィルタであって、出力信号から特定の周波数成分をフィルタ処理するように構成される、フィルタを更に含む、請求項56に記載のシステム。
- フィルタに結合される増幅器フィルタであって、フィルタ処理した出力信号を増幅するように構成される、増幅器フィルタを更に含む、請求項58に記載のシステム。
- フィルタは、高域通過フィルタ、バンドパスフィルタ、又は低域通過フィルタの1以上を含む、ことを特徴とする請求項58に記載のシステム。
- 通信装置の受信チェーンに使用されるシステムであって、該システムは:
入力信号を受信し、且つ入力信号に基づいて発振を生成するように構成される増幅回路;
増幅回路に結合され、且つシステムの動作周波数を確立するように構成される、1以上の並列共振回路;
一連の電圧スパイクを生成するために発振を定期的に固定及び再開するように、増幅回路に結合され且つ予め定めた閾値に基づいて発振を終えるように構成されるサンプリング回路であって、ここで、電圧スパイクの瞬時周波数は、入力信号の周波数変調(FM)及び振幅変調(AM)の変調情報を搬送して、出力信号として出力され、及び、出力信号は入力信号とは異なる周波数を有する、サンプリング回路;及び
増幅器によって生成された入力信号と発振から出力信号を分離するために、増幅器回路とサンプリング回路の間に結合される、低域通過フィルタ回路
を含み;
ここで、システムの動作周波数は、勾配検出を使用して入力FM信号変調がシステムの周波数応答の勾配上で復調されるように入力信号の周波数とは異なる
ことを特徴とするシステム。 - 入力FM信号変調は狭帯域FM信号変調である、ことを特徴とする請求項61に記載のシステム。
- 入力FM信号変調は広帯域FM信号変調である、ことを特徴とする請求項61に記載のシステム。
- 通信装置の受信チェーンに使用されるシステムであって、該システムは:
入力信号を受信し、且つ入力信号に基づいて発振を生成するように構成される増幅回路;
増幅回路に結合され、且つシステムの動作周波数を確立するように構成される、1以上の並列共振回路;
一連の電圧スパイクを生成するために発振を定期的に固定及び再開するように、増幅回路に結合され且つ予め定めた閾値に基づいて発振を終えるように構成されるサンプリング回路であって、ここで、電圧スパイクの瞬時周波数は、入力信号の周波数変調(FM)及び振幅変調(AM)の変調情報を搬送する、サンプリング回路;
増幅器によって生成された入力信号と発振から出力信号を分離するために、増幅器回路とサンプリング回路の間に結合される、低域通過フィルタ回路;及び
整合ネットワークであって、入力信号から復調されたFM信号を出力するように構成される低域フィルタが続き、整合ネットワークの入力は、増幅器の出力、増幅器の入力、1以上の並列共振回路内で分割されたキャパシタから成る群の1以上に接続され、出力信号は入力信号とは異なっている周波数を有する、整合ネットワーク
を含み;
ここで、システムの動作周波数は、勾配検出を使用して入力FM信号変調がシステムの周波数応答の勾配上で復調されるように入力信号の周波数とは異なる
ことを特徴とするシステム。
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