JP3840024B2 - 増幅回路およびそれを用いた受信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は増幅回路およびそれを用いた受信装置に関し、特に、入力信号を増幅するための増幅回路およびそれを用いたスペクトラム拡散通信方式の受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、無線通信の分野では、信号を増幅するための種々の増幅回路が用いられている。図９は、そのような増幅回路の構成を示す回路図である。
【０００３】
図９において、この増幅回路は、基準電位発生回路５１および２段の反転増幅器５４，５５を含む。基準電位発生回路５１は、オペアンプ５２および分圧器５３を含み、電源電圧ＶＣＣを分圧して基準電位ＶＲを生成する。
【０００４】
反転増幅器５４は、オペアンプ５６および抵抗素子５７，５８を含み、基準電位ＶＲと入力信号ＶＩの差電圧ＶＲ−ＶＩを増幅する。反転増幅器５５は、オペアンプ５６および抵抗素子５７，５８を含み、基準電位ＶＲと反転増幅器５４の出力信号Ｖ５４との差電圧Ｖ５４−ＶＲを増幅する。反転増幅器５５の出力信号は、この増幅回路の出力信号ＶＯとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の増幅回路は以上のように構成されていたので、入力信号ＶＩが広帯域で低レベルの信号の場合は、広帯域で低雑音のオペアンプ５２，５６を用いる必要があるため、回路が高価格化および大消費電流化するという問題があった。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、低価格で低消費電流の増幅回路およびそれを用いた受信装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る増幅回路は、入力信号を増幅するための増幅回路であって、基準電位を生成する基準電位発生回路と、第１のカットオフ周波数を有し、基準電位発生回路で生成された基準電位から雑音成分を除去するための低域通過フィルタと、低域通過フィルタによって雑音成分が除去された基準電位と入力信号との差電圧を増幅する差電圧増幅器と、第１のカットオフ周波数以上の第２のカットオフ周波数を有し、差電圧増幅器の出力信号から雑音成分を除去するための高域通過フィルタとを備えたものである。
【０００９】
好ましくは、高域通過フィルタは、差電圧増幅器の出力ノードと次段の回路の入力ノードとの間に接続されたキャパシタを含む。
【００１０】
この発明に係る受信装置は、スペクトラム拡散通信方式の受信装置であって、受信信号を復調してベースバンド信号を生成する復調回路と、基準電位を生成する基準電位発生回路と、第１のカットオフ周波数を有し、基準電位発生回路で生成された基準電位から雑音成分を除去するための低域通過フィルタと、低域通過フィルタによって雑音成分が除去された基準電位と復調回路で生成されたベースバンド信号との差電圧を増幅する増幅回路と、第１のカットオフ周波数以上の第２のカットオフ周波数を有し、増幅回路の出力信号から雑音成分を除去するための高域通過フィルタとを備えたものである。
【００１２】
好ましくは、高域通過フィルタは、増幅回路の出力ノードと次段の回路の入力ノードとの間に接続されたキャパシタを含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による増幅回路の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この増幅回路は、基準電位発生回路１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４および反転増幅器５，６を含む。
【００１４】
基準電位発生回路１は、オペアンプ２および分圧器３を含む。分圧器３は、電源電圧ＶＣＣを分圧して基準電位ＶＲを生成する。オペアンプ２の非反転入力端子は基準電位ＶＲを受け、その出力端子はその反転入力端子に接続されるとともにローパスフィルタ４の入力ノード４ａに接続される。
【００１５】
オペアンプ２は、ローパスフィルタ４の入力ノード４ａが基準電位ＶＲになるように電流を出力する。オペアンプ２は、低雑音素子ではなく通常の素子である。したがって、オペアンプ２は、低価格で低消費電流であるが、図２（ｂ）で点線で示すように、オペアンプ２の出力電位ＶＲには広帯域の雑音成分が含まれている。
【００１６】
ローパスフィルタ４は、たとえば抵抗素子およびキャパシタで構成された周知のものであり、所定のカットオフ周波数ｆｃ（たとえば４０ＫＨｚ）を有する。ローパスフィルタ４は入力された基準電位ＶＲのうちのカットオフ周波数ｆｃよりも低い周波数成分のみを通過させる。したがって、ローパスフィルタ４の出力電位ＶＲ′は、図２（ｂ）で実線で示すように、基準電位ＶＲからカットオフ周波数ｆｃよりも高い周波数成分を除去したものとなる。
【００１７】
反転増幅器５は、オペアンプ７および抵抗素子８，９を含む。抵抗素子８は入力ノード５ａとオペアンプ７の反転入力端子との間に接続され、抵抗素子９はオペアンプ７の反転入力端子と出力端子の間に接続され、オペアンプ７の非反転入力端子にはローパスフィルタ４の出力電位ＶＲ′が与えられる。反転増幅器５は、基準電位ＶＲ′と入力信号ＶＩの差電圧ＶＲ′−ＶＩを増幅する。
【００１８】
反転増幅器５の出力信号Ｖ５は、反転増幅器６の入力ノード６ａに入力される。反転増幅器６は、反転増幅器５と同じ構成であり、基準電位ＶＲ′と信号Ｖ５の差電圧ＶＲ′−Ｖ５を増幅する。反転増幅器６の出力信号は、この増幅回路の出力信号ＶＯとなる。したがって、反転増幅器５の入力ノード５ａに入力される信号ＶＩが図２（ａ）に示すように広帯域（たとえば０〜２ＭＨｚ）の周波数成分を含むものとすると、出力信号ＶＯの周波数成分は図２（ｃ）に示すように入力信号ＶＩの周波数成分と基準電位ＶＲ′の周波数成分とを加算／増幅したものとなる。
【００１９】
図３（ａ）〜（ｃ）は、図１で示した増幅回路からローパスフィルタ４を除去し、基準電位発生回路１の出力電位ＶＲを反転増幅器５，６のオペアンプ７の非反転入力端子に直接入力した場合におけるＶＩ，ＶＲ，ＶＯの周波数スペクトルを示す図である。この場合は、基準電位ＶＲのうちのカットオフ周波数ｆｃよりも高い周波数成分も入力信号ＶＩに加算されるので、出力信号ＶＯのノイズ成分が図１および図２で示した場合に比べて大きくなる。
【００２０】
この実施の形態１では、雑音素子ではない通常のオペアンプ２と分圧器３で基準電位発生回路１を構成し、基準電位発生回路１の出力電位ＶＲをローパスフィルタ４を介して反転増幅器５，６に与える。したがって、低雑音素子のオペアンプ５２と分圧器５３で基準電位発生回路５１を構成していた従来に比べ、回路の低価格化および低消費電力化を図ることができる。
【００２１】
［実施の形態２］
図１の増幅回路においては、ローパスフィルタ４のカットオフ周波数ｆｃを低くするほど出力信号ＶＯの雑音成分が小さくなるので、カットオフ周波数ｆｃは低い方が望ましい。
【００２２】
しかし、カットオフ周波数ｆｃを低くしようとすると、ローパスフィルタ４のキャパシタの容量が大きくなり寸法が大きくなる。また、電源断続時における基準電位ＶＲ′の立上がり／立下がり時間が長くなる。したがって、カットオフ周波数ｆｃを低くするにも限度がある。一方、信号ＶＯの周波数成分のうちの低域側の成分が失われても支障がない場合がある。
【００２３】
そこで、この実施の形態２では、図４に示すように、図１の増幅回路にハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１１が追加される。ハイパスフィルタ１１は、たとえば抵抗素子およびキャパシタで構成された周知のものであり、ローパスフィルタ４のカットオフ周波数ｆｃと同一かそれよりも高いカットオフ周波数（ここでは同一とする）を有する。ハイパスフィルタ１１は、反転増幅器６の出力信号ＶＯのうちのカットオフ周波数ｆｃよりも高い周波数成分のみを通過させる。したがって、ハイパスフィルタ１１の出力信号ＶＯ′は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、反転増幅器６の出力信号ＶＯからカットオフ周波数ｆｃよりも低い周波数成分を除去したものとなる。
【００２４】
なお、図６に示すように、反転増幅器６の出力ノードと次段の回路（図では反転増幅器）１３の入力ノードとの間にキャパシタ１２を接続すれば、キャパシタ１２と反転増幅器１３の入力抵抗とでハイパスフィルタを構成することができ、構成の簡単化を図ることができる。ただし、この場合はハイパスフィルタの性能が若干悪くなるので、図７に示すように、カットオフ周波数ｆｃ以下の周波数成分が若干残る。
【００２５】
［実施の形態３］
スペクトラム拡散通信方式の一種であるＷ−ＣＤＭＡ方式では、０〜２ＭＨｚのベースバンド信号が用いられるが、ベースバンド信号の周波数成分の一部が欠けても特性劣化が少ないという特徴がある。そこで、この実施の形態３では、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の携帯電話機にこの発明が適用される。
【００２６】
図８は、この発明の実施の形態３によるＷ−ＣＤＭＡ方式の携帯電話機の受信部を示すブロック図である。図８において、この携帯電話機では、アンテナ２１で受信された高周波信号（２１１２．５ＭＨｚ）がバンドパスフィルタ（ＢＬＰ）２２で帯域制限され、増幅器２３で増幅されて混合回路２４に与えられる。
【００２７】
混合回路２４は、入力された高周波信号と局部発振器３２の出力信号（２３０２．５ＭＨｚ）とを混合してＩＦ信号（１９０ＭＨｚ）を生成する。ＩＦ信号は、バンドパスフィルタ２５で帯域制限され、増幅器２６で増幅されて乗算器２７ａ，２７ｂに与えられる。
【００２８】
乗算器２７ａは、局部発振器３３からの再生キャリア信号（１９０ＭＨｚ）を受け、ＩＦ信号を同相検波してベースバンドのＩ軸信号を生成する。乗算器２７ｂは、移相器３４によって９０度移相された再生キャリア信号を受け、ＩＦ信号を直交検波してベースバンド信号のＱ軸信号を生成する。ベースバンドのＩ軸信号およびＱ軸信号は、それぞれ増幅器２８ａ，２８ｂに与えられる。
【００２９】
増幅器２８ａは、図１で示した２段の反転増幅器５，６に対応するものであり、基準電位発生回路３５で生成されローパスフィルタ３６を通過した基準電位ＶＲ′とＩ軸信号との差電圧を増幅する。増幅器２８ｂは、増幅器２８ａと同じ構成であり、基準電位ＶＲ′とＱ軸信号の差電圧を増幅する。
【００３０】
基準電位発生回路３５は、図１で示した基準電位発生回路１に対応するものであり、基準電位ＶＲを生成する。基準電位発生回路３５は低雑音素子ではなく通常のオペアンプおよび分圧器で生成されているので、基準電位ＶＲには広帯域の雑音成分が含まれている。
【００３１】
ローパスフィルタ３６は、図１で示したローパスフィルタ４に対応するものであり、そのカットオフ周波数ｆｃは４０ＫＨｚである。したがって、ローパスフィルタ３６を通過した基準電位ＶＲ′および増幅器２８ａ，２８ｂの出力信号には、４０ＫＨｚよりも低い周波数の雑音成分が含まれている。
【００３２】
増幅器２８ａ，２８ｂの出力信号は、それぞれ、ローパスフィルタ２９ａ，２９ｂで２ＭＨｚ以下に帯域制限された後、ハイパスフィルタ３０ａ，３０ｂに与えられる。ハイパスフィルタ３０ａ，３０ｂの各々は、図４で示したハイパスフィルタ１１に対応するものであり、各々のカットオフ周波数ｆｃは４０ＫＨｚである。したがって、ハイパスフィルタ３０ａ，３０ｂの出力信号では、４０ＫＨｚよりも低い周波数の雑音成分は除去されている。
【００３３】
ハイパスフィルタ３０ａ，３０ｂを通過した信号は、それぞれＡ／Ｄコンバータ３１ａ，３１ｂでデジタル信号に変換され、さらに所定の処理を施されて音声信号に変換される。
【００３４】
この実施の形態３では、低雑音素子ではない通常のオペアンプおよび分圧器で基準電位発生回路３５を構成し、基準電位発生回路３５の出力電位ＶＲをローパスフィルタ３６を介して増幅器２８ａ，２８ｂに与え、増幅器２８ａ，２８ｂの出力信号の通過路にローパスフィルタ３６と同じカットオフ周波数ｆｃを有するハイパスフィルタ３０ａ，３０ｂを設ける。したがって、低雑音素子のオペアンプおよび分圧器を用いた場合に比べ、携帯電話機の低価格化および低消費電力化を図ることができる。
【００３５】
なお、実施の形態２でも説明したように、ハイパスフィルタ３０ａ，３０ｂの各々をキャパシタで置換し、そのキャパシタとＡ／Ｄコンバータ３１ａ，３１ｂの入力抵抗とでハイパスフィルタを構成してもよい。
【００３６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る増幅回路では、基準電位を生成する基準電位発生回路と、第１のカットオフ周波数を有し、基準電位発生回路によって生成された基準電位から雑音成分を除去するための低域通過フィルタと、低域通過フィルタによって雑音成分が除去された基準電位と入力信号との差電圧を増幅する差電圧増幅器と、第１のカットオフ周波数以上の第２のカットオフ周波数を有し、差電圧増幅器の出力信号から雑音成分を除去するための高域通過フィルタとが設けられる。したがって、基準電位発生回路を低雑音素子で構成する必要がないので、基準電位発生回路を低雑音素子で構成する必要があった従来に比べ、回路の低価格化および低消費電流化を図ることができる。
【００３９】
好ましくは、高域通過フィルタは、差電圧増幅器の出力ノードと次段の回路の入力ノードとの間に接続されたキャパシタを含む。この場合は、キャパシタと次段の回路の入力抵抗とで高域通過フィルタを構成することができ、構成の簡単化を図ることができる。
【００４０】
また、この発明に係る受信装置では、受信信号を復調してベースバンド信号を生成する復調回路と、基準電位を生成する基準電位発生回路と、第１のカットオフ周波数を有し、基準電位発生回路で生成された基準電位から雑音成分を除去するための低域通過フィルタと、低域通過フィルタによって雑音成分が除去された基準電位と復調回路で生成されたベースバンド信号との差電圧を増幅する増幅回路と、第１のカットオフ周波数以上の第２のカットオフ周波数を有し、増幅回路の出力信号から雑音成分を除去するための高域通過フィルタとが設けられる。したがって、基準電位発生回路を低雑音素子で構成する必要がないので、基準電位発生回路を低雑音素子で構成する必要があった従来に比べ、装置の低価格化および低消費電流化を図ることができる。
【００４２】
好ましくは、高域通過フィルタは、増幅回路の出力ノードと次段の回路の入力ノードとの間に接続されたキャパシタを含む。この場合は、キャパシタと次段の回路の入力抵抗とで高域通過フィルタを構成することができ、構成の簡単化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による増幅回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】 図１に示した増幅回路の動作を説明するための周波数スペクトル図である。
【図３】 図１に示したローパスフィルタの効果を説明するための周波数スペクトル図である。
【図４】 この発明の実施の形態２による増幅回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図５】 図４に示したハイパスフィルタの効果を説明するための周波数スペクトル図である。
【図６】 実施の形態２の変更例を示す回路ブロック図である。
【図７】 図６に示したキャパシタの効果を説明するための周波数スペクトル図である。
【図８】 この発明の実施の形態３による携帯電話機の受信部を示すブロック図である。
【図９】 従来の増幅回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１，３５，５１ 基準電位発生回路、２，７，５２，５６ オペアンプ、３，５３ 分圧器、４，２９ａ，２９ｂ，３６ ローパスフィルタ、５，６，１３，５４，５５ 反転増幅器、８，９，５７，５８ 抵抗素子、１１，３０ａ，３０ｂ ハイパスフィルタ、１２ キャパシタ、２１ アンテナ、２２，２５ バンドパスフィルタ、２３，２６，２８ａ，２８ｂ 増幅器、２４ 混合回路、２７ａ，２７ｂ 乗算器、３１ａ，３１ｂ Ａ／Ｄコンバータ、３２，３３ 局部発振器、３４ 移相器。

Claims (4)

1. 入力信号を増幅するための増幅回路であって、
   基準電位を生成する基準電位発生回路、
   第１のカットオフ周波数を有し、前記基準電位発生回路で生成された基準電位から雑音成分を除去するための低域通過フィルタ、
   前記低域通過フィルタによって雑音成分が除去された基準電位と前記入力信号との差電圧を増幅する差電圧増幅器、および
   前記第１のカットオフ周波数以上の第２のカットオフ周波数を有し、前記差電圧増幅器の出力信号から雑音成分を除去するための高域通過フィルタを備える、増幅回路。
2. 前記高域通過フィルタは、前記差電圧増幅器の出力ノードと次段の回路の入力ノードとの間に接続されたキャパシタを含む、請求項１に記載の増幅回路。
3. スペクトラム拡散通信方式の受信装置であって、
   受信信号を復調してベースバンド信号を生成する復調回路、
   基準電位を生成する基準電位発生回路、
   第１のカットオフ周波数を有し、前記基準電位発生回路で生成された基準電位から雑音成分を除去するための低域通過フィルタ、
   前記低域通過フィルタによって雑音成分が除去された基準電位と前記復調回路で生成されたベースバンド信号との差電圧を増幅する増幅回路、および
   前記第１のカットオフ周波数以上の第２のカットオフ周波数を有し、前記増幅回路の出力信号から雑音成分を除去するための高域通過フィルタを備える、受信装置。
4. 前記高域通過フィルタは、前記増幅回路の出力ノードと次段の回路の入力ノードとの間に接続されたキャパシタを含む、請求項３に記載の受信装置。

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