JP3853567B2

JP3853567B2 - 検波回路

Info

Publication number: JP3853567B2
Application number: JP2000137375A
Authority: JP
Inventors: 英太郎明石
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: JP2001320241A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線機器の送信機などに適用される検波回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイオードは温度によって特性が変化するので、ダイオードを用いて高周波信号を整流し包絡線検波する検波回路を構成すると、温度変化によって検波電圧が変動してしまう。温度変化による検波電圧の変動を小さく抑え、より精度の高い検波を行うため、これまでにいくつかの方法が用いられてきた。
【０００３】
よく用いられる方法は、検波用のダイオードと特性が等しい、もう１つのダイオードを、温度補償用ダイオードとして用いる方法である。
【０００４】
具体的には、特開平５−１９１１８０号公報に記載されているように、バイアス電源を、温度補償用ダイオードと抵抗器の直列回路を介して接地することによって順方向電圧降下の温度による変化を補償する方法や、特開平１０−１７３４５４号公報に記載されているように、基準電圧Ｖｒｅｆを、分圧抵抗Ａ、温度補償用ダイオード、分圧抵抗Ｂが順に接続された直列回路を介して接地し、温度補償用ダイオードと分圧抵抗Ｂとの接続点から取り出すようにした電圧Ｖｒｅｆ′を検波回路の出力から差し引いて、検波電圧を補正する方法などがある。
【０００５】
ダイオードを２つ用いる例としては、特開平８−３３０８５０号公報に記載されているように、特性の等しい２つのダイオードを用いて独自の検波回路を構成し、温度補償を行う方法などがある。
【０００６】
その他の方法としては、特開平５−２９１８５４号公報に記載されているように、インピーダンス変換器を用いたり、特開平９−１７２３８０号公報に記載されているように高周波増幅器を用いたりして、検波回路に入力する信号を増幅することによって、ダイオードの順方向温度特性が無視できる程度にまで検波電圧を大きくする方法がある。また、特開平１０−１７３４５４号公報に記載されているように、サーミスタなどの温度特性を持つ減衰器を用いて温度補償を行う方法などがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の技術では、ダイオードを用いた検波回路の温度特性を補正するために、検波用ダイオードと特性が等しい、もう１つのダイオードを温度補償用ダイオードとして用いるか、あるいは検波電圧が大きくなるようにインピーダンス変換器や高周波増幅器を用いたり、サーミスタなどの温度特性を持つ減衰器を用いたりしているので、いずれの場合も検波回路の他に回路や部品を追加する構成となっており、回路の小型化やコストの削減という点では不利である。
【０００８】
また、いずれの場合も、ダイオードの温度特性のうち、順方向温度特性のみを考慮した補正方法であり、逆方向温度特性を考慮に入れていないため、的確な温度補償ができない可能性がある。
【０００９】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、温度変化による検波電圧の変動を小さく抑えることができ、的確な温度補償を実現することのできる検波回路の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高周波信号をダイオードで整流し包絡線検波する検波回路において、ダイオードのアノードに所定のバイアスを印加する手段を備え、そのダイオードのカソードがコンデンサを介して接地され、抵抗器がコンデンサに並列に接続されており、ダイオードのアノードに供給された高周波信号の検波信号を、ダイオードのカソードと上記コンデンサおよび抵抗器との接続点から取り出すように構成されているとともに、前記ダイオードの順方向温度特性が検波電圧に与える影響と、前記ダイオードの逆方向温度特性が検波電圧に与える影響とが互いに打ち消し合う関係になるように、前記コンデンサに並列に接続した抵抗器の抵抗値をダイオードの逆方向抵抗値と比較して小さい抵抗値としていることによって特徴づけられる。
【００１１】
本発明の検波回路によれば、検波用のダイオードの順方向温度特性および逆方向温度特性を考慮し、ダイオードのアノードに所定のバイアスを印加してｏｎ状態での順方向電圧降下を小さくするとともに、ダイオードのカソードにコンデンサを接地し、このコンデンサと並列に抵抗器を接続し、その抵抗器の抵抗値を、前記ダイオードの順方向温度特性が検波電圧に与える影響と、前記ダイオードの逆方向温度特性が検波電圧に与える影響とが互いに打ち消し合う関係になるように、ダイオードの逆方向抵抗値と比較して小さい値としているので、ダイオードの温度特性が検波電圧に与える影響を小さく抑えることができる。
【００１２】
本発明の検波回路において、上記抵抗器に換えて、合成抵抗値がダイオードの逆方向抵抗値よりも小さい抵抗値となる２つの抵抗器の直列回路を上記コンデンサに並列に接続しておけば、上記の作用効果に加えて、検波電圧を所望の値の分圧することができるという効果を達成できる。また、この場合、２つの抵抗器のうち、接地されている側の抵抗器にコンデンサを並列に接続しておくと、高周波成分が除去された検波電圧出力が得られるので、ローパスフィルタなどの平滑回路を追加する必要がなくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、以下、図面に基づいて説明する。
【００１４】
まず、本発明を適用するデジタル方式携帯電話の送信機における検波回路の役割を図４を参照しつつ説明する。図４は送信機の一部を模式的に示すブロック図である。
【００１５】
デジタル方式携帯電話においては、送信出力を常に所定の値に制御する必要があるため、送信機は図４のような構成となっている。送信機では、高周波信号５９を可変増幅器５３で増幅してアンテナ５４から送信する。
【００１６】
可変増幅器５３は、制御電圧５６を変化させることによって、増幅量を変化させることが可能な増幅器であり、この可変増幅器５３への制御電圧５６は送信出力制御部５２から出力される。このとき、可変増幅器５３で増幅された高周波信号５７から、一定の割合で微小電力５８が取り出され、検波回路５１に入力される。
【００１７】
検波回路５１は、高周波信号などの交流信号を入力すると、直流電圧に変換して出力する回路であり、入力される高周波信号の電力が大きいほど出力される電圧も大きくなるので、高周波信号の電力を検出する回路として用いられる。
【００１８】
検波回路５１から出力された検波電圧５５は、送信出力制御部５２に読み込まれる。送信出力制御部５２には、あらかじめ各送信出力値に対応する検波電圧値が記憶されており、外部から送信出力値を指定すると、指定された送信出力値に対応した検波電圧値と、読み込んだ検波電圧値が等しくなるように可変増幅器の制御電圧が決定される。したがって、温度変化によって検波電圧が変動すると、それに伴って送信出力６０まで変動して所定の値に制御できなくなってしまうので、温度変化による検波電圧の変動を小さく抑えることは重要な課題となる。
【００１９】
以上の課題を解決した検波回路の実施形態（本発明の実施形態）を、図１を参照しつつ説明する。
【００２０】
ダイオード１は、高周波信号を整流するための検波用ダイオードである。ダイオード１のカソードは、コンデンサ２と抵抗器３の並列回路を介して接地されている。
【００２１】
図１の検波回路において、ダイオード１がｏｎ状態のときには、ダイオード１を高周波電流が流れ、コンデンサ２に電荷が充電される。ダイオード１がｏｆｆ状態になると、コンデンサ２に充電された電荷は主に抵抗器３を流れて放電される。このコンデンサ２の充放電動作によって、ダイオード１のカソードと、コンデンサ２および抵抗器３との接続点に検波電圧が発生する。検波電圧は抵抗器４を介して出力され、出力端はコンデンサ５を介して接地されている。これら抵抗器４とコンデンサ５とはローパスフィルタを構成しており、検波電圧取り出し点ａにおける高周波成分を除去し、検波電圧出力端子１２から出力される検波電圧を滑らかにする。
【００２２】
コンデンサ６は高周波入力端子１０に接続されている。コンデンサ６は、増幅された高周波信号５７（図４）から一定の割合で微小電力の高周波信号５８を取り出すと同時に、直流成分をカットするカップリングコンデンサであり、このコンデンサ６にて取り出された高周波信号は、ダイオード１のアノードに入力される。
【００２３】
ダイオード１には、ｏｎ状態での順方向電圧降下を小さくするため、直流バイアスが印加されている。直流バイアスは、電圧源１１を抵抗器７と抵抗器８とで分圧した点を、チョークコイル９を介してダイオード１のアノードと接続することによって印加される。
【００２４】
以上のように、図１の検波回路においては、ダイオード１で整流された高周波電流がコンデンサ２に流れ、コンデンサ２が充放電動作をすることによって検波電圧が発生するので、温度変化によってダイオード１の特性が変化し、コンデンサ２に流れる電流が変化すれば検波電圧も変化する。
【００２５】
ここで、ダイオード１が、逆方向には電流が流れない理想的なダイオードと仮定した場合、ダイオード１がｏｎ状態の時には、順方向に電流が流れてコンデンサ２が充電され、ダイオード１がｏｆｆ状態になると、コンデンサ２に充電された電荷は抵抗器３のみを流れて放電される。そのため、温度が上昇してダイオード１を流れる順方向電流が増加すると、コンデンサ２に充電される電荷も増加して検波電圧が高くなる。
【００２６】
しかし、実際にはダイオード１の逆方向にも電流が流れるので、ダイオード１がｏｆｆ状態になると、コンデンサ２に充電された電荷は、抵抗器３を流れるものとダイオード１を逆流するものに分かれる。しかもダイオード１の逆方向電流にも温度特性があり、温度が高くなるほど逆方向電流は増加する。したがって、ダイオード１がｏｆｆの状態の時に、温度が上昇すると、コンデンサ２に充電された電荷が抜けるのが速くなり検波電圧は低くなる。ここで注目すべき点は、ダイオード１の順方向温度特性と逆方向温度特性とは、検波電圧に相反する影響を与えているということである。これは、ダイオード１の温度特性をうまく利用した設計をすれば、温度変化による検波電圧の変動を小さく抑えられることを示唆している。なお、従来技術では、前記したようにダイオードの順方向温度特性のみに着目し、逆方向温度特性を無視して温度補償を試みたものが多い。
【００２７】
いま、ダイオード１の逆方向温度特性が無視できるものであると仮定すると、温度補償を何も施していない検波回路では、温度が高くなるほど検波電圧は高くなるはずである。しかし、本発明のように、逆方向温度特性は無視できないないのが現実であり、これを考慮した検波回路つまり図１の検波回路を構成すると、実際に温度補償を施さなくても、温度が高くなるほど検波電圧が低くなる現象が確認された。
【００２８】
ちなみに、図１の検波回路を送信機に適用して送信出力制御を行い、送信機をドライヤーで加熱したみたところ、送信出力は約１ｄＢ上昇した。この現象は、ダイオード１の順方向温度特性が検波電圧に与える影響よりも、逆方向温度特性が検波電圧に与える影響の方が支配的になっていると考えるのが妥当である。
【００２９】
また、図１の検波回路の動作時においては、ダイオード１のアノードに印加されるバイアス電圧が約０．４Ｖであるのに対し、検波電圧は約３．０Ｖになっており、ダイオード１は直流的に逆電圧がかかった状態となる。このことからも、ダイオード１の逆方向特性を考慮することは重要である。
【００３０】
ダイオード１の逆方向温度特性が検波電圧に与える影響を考察するため、等価的にダイオード１を抵抗器と置き換え、検波電圧取り出し点ａから見た合成抵抗Ｒを計算して見た。
【００３１】
検波電圧取り出し点ａから見た合成抵抗値Ｒに関わる素子は、ダイオード１と抵抗器３と抵抗器８である。ダイオード１にかかる逆方向電圧をＶｒ＝２．５Ｖとし、このとき使用したダイオード１の各温度における逆電圧に対する逆電流のグラフから、逆方向抵抗値Ｒｒを読み取ると、２５℃でＲｒ＝２３０ｋΩ、７５℃でＲｒ＝２３ｋΩであった。
【００３２】
一方、抵抗器３、抵抗器８の抵抗値はそれぞれ８ｋΩ、３３０Ωである。これらをもとに、検波電圧取りだし点ａから見た合成抵抗値Ｒを計算してみると、２５℃でＲ＝７．７ｋΩ、７５℃でＲ＝６．０ｋΩとなり、高温になると２２％も減少することがわかった。
【００３３】
そこで、ダイオード１の逆方向抵抗値Ｒｒの温度による変動が、検波電圧取り出し点ａから見た合成抵抗値Ｒに与える影響を小さくするため、抵抗器３の抵抗値を小さくすることにした。抵抗器３、抵抗器８の抵抗値をそれぞれ８２０Ω、１８０Ωにして、先ほどと同様に検波電圧取り出し点ａから見た合成抵抗値Ｒを計算したところ、２５℃でＲ＝８１７Ω、７５℃でＲ＝７９２Ωとなり、高温での減少を３％にまで抑えることができた。
【００３４】
この検波回路を送信機に適用して送信出力制御を行い、送信機をドライヤーで加熱して温度を高くしたときの送信出力を測定してみたところ、送信出力の上昇は約０．１ｄＢとなり、変動を小さく抑えることができた。
【００３５】
これは、ダイオード１の逆方向温度特性が検波電圧に与える影響を小さくすることによって、ダイオード１の順方向温度特性が検波電圧に与える影響とバランスがとれ、両者が互いの影響を打ち消し合う関係になったためと考えられる。
【００３６】
次に、本発明の他の実施形態を図２を参照しつつ説明する。
【００３７】
この実施形態では、図１の検波回路で用いた抵抗器３に換えて、抵抗器１３と抵抗器１４の直列回路をコンデンサ２に並列に接続して、抵抗器１３と抵抗器１４の接続点から検波電圧を取り出すように構成するとともに、ローパスフィルタを構成する抵抗器４の一端を抵抗器１３と抵抗器１４の接続点に接続したところに特徴がある。
【００３８】
抵抗器１３と抵抗器１４の直列回路の合成抵抗値は、ダイオード１の逆方向抵抗値よりも小さい値となっており、これによって、先の実施形態と同様にダイオード１の温度特性が検波電圧に与える影響を小さく抑えることができる。
【００３９】
この実施形態の検波動作は図１の検波回路と同様であるが、検波電圧の取り出し部分の構成が異なる。すなわち、この実施形態では、前記したように図１の抵抗器３に換えて、抵抗器１３と抵抗器１４の直列回路をコンデンサ２に並列に接続しているので、これら２つの抵抗器１３と抵抗器１４の抵抗値の比を変えることによって、検波電圧を変えることができるという特徴がある。したがって、この実施形態は、検波電圧が大き過ぎるときの調整や、検波電圧の微調整を行うときなどに有効である。
【００４０】
次に、本発明の別の実施形態を図３を参照しつつ説明する。
【００４１】
この実施形態では、図２の回路構成において、ローパスフィルタを構成する抵抗器４とコンデンサ５を除去し、新たなコンデンサ１５を抵抗器１４に並列に接続したところに特徴がある。
【００４２】
この実施形態においても、抵抗器１３と抵抗器１４の合成抵抗値は、ダイオード１の逆方向抵抗値と比べて小さい値になっており、温度変化による検波電圧の変動は小さく抑えられている。
【００４３】
しかも、この実施形態においては、図２の検波回路と同様に、抵抗器１３が、抵抗器１４との組み合わせで検波電圧を分圧するための抵抗器であると同時に、コンデンサ１５との組み合わせでローパスフィルタを構成するための抵抗器としても機能する点に特徴がある。したがって、この実施形態では、ローパスフィルタである抵抗器４とコンデンサ５を接続しなくても、高周波成分が除去された滑らかな検波電圧が得られる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の検波回路によれば、検波用のダイオードのアノードに所定のバイアスを印加してｏｎ状態での順方向電圧降下を小さくするとともに、ダイオードのカソードにコンデンサを接地し、このコンデンサと並列に接続した抵抗器の抵抗値をダイオードの逆方向抵抗値と比較して小さい値としているので、検波回路の他に回路や部品を追加することなく、ダイオードの温度特性が検波電圧に与える影響を小さく抑えることができる。その結果として、回路の小型化並びにコスト低減化を達成することができる。また。検波用のダイオードの順方向温度特性のみを考慮するのではなく、逆方向温度特性も考慮に入れることによって、的確な温度補償を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の回路構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態の回路構成図である。
【図３】本発明の別の実施形態の回路構成図である。
【図４】本発明を適用する送信機の要部構成を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
１ダイオード（検波用）
２，５，６，１５コンデンサ
３，４，７，８，１３，１４抵抗器
９チョークコイル
１０高周波信号入力端子
１１電圧源
１２検波電圧出力端子
ａ検波電圧取り出し点
５１検波回路
５２送信出力制御部
５３可変増幅器
５４アンテナ
５５検波電圧
５６制御電圧
５７増幅された高周波信号
５８微小電力の高周波信号
５９高周波信号
６０送信出力

Claims

高周波信号をダイオードで整流し包絡線検波する検波回路において、ダイオードのアノードに所定のバイアスを印加する手段を備え、
そのダイオードのカソードがコンデンサを介して接地され、抵抗器がコンデンサに並列に接続されており、ダイオードのアノードに供給された高周波信号の検波信号を、ダイオードのカソードと上記コンデンサおよび抵抗器との接続点から取り出すように構成されているとともに、
前記ダイオードの順方向温度特性が検波電圧に与える影響と、前記ダイオードの逆方向温度特性が検波電圧に与える影響とが互いに打ち消し合う関係になるように、前記コンデンサに並列に接続した抵抗器の抵抗値をダイオードの逆方向抵抗値と比較して小さい抵抗値としていることを特徴とする検波回路。
上記抵抗器に換えて、合成抵抗値がダイオードの逆方向抵抗値よりも小さい抵抗値となる２つの抵抗器の直列回路が上記コンデンサに並列に接続され、これら２つの抵抗器の接続点から検波電圧を取り出すように構成されていることを特徴とする請求項１記載の検波回路。
上記２つの抵抗器のうち、接地されている側の抵抗器に、コンデンサが並列に接続されていることを特徴とする請求項２記載の検波回路。