JP3992287B2 - 複素バンドパスフィルタ、複素バンドパスδσad変調器、ad変換回路及びデジタル無線受信機 - Google Patents
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Description
Iout(n)=Iin(n−1)−Qout(n−1) (1)
[数2]
Qout(n)=Qin(n−1)+Iout(n−1) (2)
(1)それぞれ増幅器である乗算器AP1,AP11,AP21,AP31(各シンボル内の数字は、増幅係数を示し、以下同様である。)と、
(2)加算器SU1,SU11と、
(3)1クロック信号分の時間だけ入力信号を遅延して出力する遅延回路DE1,DE11と、
(4)AD変換器ADCIと、
(5)DA変換器DAC1,DAC3と
を備えて構成される。また、Q回路部は、
(1)それぞれ増幅器である乗算器AP2,AP12,AP22,AP32と、
(2)加算器SU2,SU12と、
(3)1クロック信号分の時間だけ入力信号を遅延して出力する遅延回路DE2,DE12と、
(4)AD変換器ADCQと、
(5)DA変換器DAC2,DAC4と
を備えて構成される。
I1(n+1)
=a1・Iin(n+1)+b1・DAC1(n+1)−Q1(n) (4)
[数4]
Q1(n+1)
=a1・Qin(n+1)+b1・DAC2(n+1)+I1(n) (5)
[数5]
I2(n+1)
=a2・I1(n)+b2・DAC3(n+1)−Q2(n) (6)
[数6]
Q2(n+1)
=a2・Q2(n)+b2・DAC4(n+1)+I2(n) (7)
上記第1の回路部は、
上記第1の信号を第1のマルチプレクサ手段からの出力信号と加算して加算結果の信号を出力する第1の加算手段と、
上記第1の加算手段からの加算結果の信号を所定の時間期間だけ遅延して出力する第1の遅延手段と、
上記第1の遅延手段からの出力信号の符号を変更して出力する第1のインバータ手段と、
互いに異なり交互に発生される第1と第2の時間期間のうち第1の時間期間のとき、上記第1のインバータ手段からの出力信号を選択して上記第1の加算手段に出力する一方、上記第2の時間期間のとき、上記第1の遅延手段からの出力信号を上記第1の加算手段に出力する第1のマルチプレクサ手段と、
上記第2の回路部は、
上記第2の信号を第2のマルチプレクサ手段からの出力信号と加算して加算結果の信号を出力する第2の加算手段と、
上記第2の加算手段からの加算結果の信号を所定の時間期間だけ遅延して出力する第2の遅延手段と、
上記第2の遅延手段からの出力信号の符号を変更して出力する第2のインバータ手段と、
上記第1の時間期間のとき、上記第2の遅延手段からの出力信号を上記第2の加算手段に出力する一方、上記第2の時間期間のとき、上記第2のインバータ手段からの出力信号を選択して上記第2の加算手段に出力する第2のマルチプレクサ手段とを備え、
上記複素バンドパスフィルタは、
上記第1の時間期間のとき、上記第1の信号を上記第1の加算手段に出力しかつ上記第2の信号を第2の加算手段に出力する一方、上記第2の時間期間のとき、上記第1の信号を上記第2の加算手段に出力しかつ上記第2の信号を第1の加算手段に出力する第3のマルチプレクサ手段と、
上記第1の時間期間のとき、上記第1の遅延手段からの出力信号を上記第3の信号として出力しかつ上記第2の遅延手段からの出力信号を第4の信号として出力する一方、上記第2の時間期間のとき、上記第1の遅延手段からの出力信号を上記第4の信号として出力しかつ上記第2の遅延手段からの出力信号を第3の信号として出力する第4のマルチプレクサ手段とを備えたことを特徴とする。
上記複素バンドパスフィルタは、出力信号電圧を決定するためのオペアンプの帰還回路のキャパシタと、上記第1の遅延手段又は上記第2の遅延手段から上記第1の加算手段又は上記第2の加算手段への帰還信号回路のキャパシタとを、上記第1の時間期間と上記第2の時間期間に応じて交互に入れ替えるように切り換える第5のマルチプレクサ手段をさらに備えたことを特徴とする。
上記複素バンドパスフィルタと、
上記第4のマルチプレクサ手段の前段に設けられ、上記第1の遅延手段からの出力信号と、上記第2の遅延手段からの出力信号とを、互いに直交する第3と第4のデジタル信号からなる複素デジタル信号にそれぞれAD変換する第1と第2のAD変換手段と、
上記第1のAD変換手段からの第3のデジタル信号をアナログ信号にDA変換して上記第1の加算手段に出力する第1のDA変換手段と、
上記第2のAD変換手段からの第4のデジタル信号をアナログ信号にDA変換して上記第2の加算手段に出力する第2のDA変換手段とをさらに備えたことを特徴とする。
上記複素バンドパスΔΣAD変調器において、
上記第1のAD変換手段と上記第1のDA変換手段との間に設けられ、上記第1のAD変換手段からの第3のデジタル信号に対してハイパスエレメントローテーション法を用いて、上記第1のDA変換手段の前段に設けられる複素デジタルフィルタと、上記第1のDA変換手段の後段に設けられる複素アナログフィルタとを実現することにより、上記第1のDA変換手段の非線形性を実質的にノイズシェープする第1の論理回路手段と、
上記第2のAD変換手段と上記第2のDA変換手段との間に設けられ、上記第2のAD変換手段からの第4のデジタル信号に対してローパスエレメントローテーション法を用いて、上記第2のDA変換手段の前段に設けられる複素デジタルフィルタと、上記第2のDA変換手段の後段に設けられる複素アナログフィルタとを実現することにより、上記第2のDA変換手段の非線形性を実質的にノイズシェープする第2の論理回路手段とをさらに備え、
マルチビットの複素バンドパスΔΣAD変調処理を実行することを特徴とする。
上記複素バンドパスΔΣAD変調器と、
上記複素バンドパスΔΣAD変調器から出力されるデジタル信号に対して所定のデシメーション処理を実行することによりデジタル複素バンドパスフィルタリングを行うデシメーション回路とを備えたことを特徴とする。
アナログ無線信号を受信してデジタル信号を出力するデジタル無線受信機において、
上記AD変換回路を備えたことを特徴とする。
図1は本発明の第1の実施形態に係る1次複素バンドパスフィルタの構成を示す回路図である。第1の実施形態に係る1次複素バンドパスフィルタは、図19の第1の従来例に係る1次複素バンドパスフィルタに比較して、上記2つの問題点を解決するために、4つのマルチプレクサMU1−1,MU1−2,MU2−1,MU2−2と、2つのインバータIN1,IN2とをさらに備えて構成したことを特徴とする。
図5は本発明の第2の実施形態に係る、複素バンドパスΔΣAD変調器7及びデシメーション回路8からなるAD変換回路20を備えたデジタル無線受信機の構成を示すブロック図である。
N1(2k)
=a1・Iin(2k)+b1・DAC1(2k)−N1(2k−1) (8)
[数8]
M1(2k)
=a1・Qin(2k)+b1・DAC2(2k)+M1(2k−1) (9)
[数9]
N2(2k)
=a2・N1(2k−1)+b2・DAC2(2k)+N2(2k−1) (10)
[数10]
M2(2k)
=a2・M1(2k−1)+b2・DAC4(2k)−M2(2k−1) (11)
N1(2k−1)=Q1(2k−1) (12)
[数12]
M1(2k−1)=I1(2k−1) (13)
[数13]
N2(2k−1)=I2(2k−1) (14)
[数14]
M2(2k−1)=Q2(2k−1) (15)
N1(2k+1)
=a1・Qin(2k+1)+b1・DAC1(2k+1)−N1(2k) (16)
[数16]
M1(2k+1)
=a1・Iin(2k+1)+b1・DAC2(2k+1)+M1(2k) (17)
[数17]
N2(2k+1)
=a2・N1(n)+b2・DAC3(2k+1)+N2(2k) (18)
[数18]
M2(2k+1)
=a2・M1(2k)+b2・DAC4(2k+1)−M2(2k) (19)
N1(2k)=I1(2k) (20)
[数20]
M1(2k)=Q1(2k) (21)
[数21]
N2(2k)=Q2(2k) (22)
[数22]
M2(2k)=I2(2k) (23)
(2)複素デジタルフィルタの内部及びフィードバック回路のDA変換器DAC1,DAC2,DAC3,DAC4では、複素信号処理上での信号の極性を保つため、マルチプレクサMU2−21,U2−22を用いてクロック信号CLKの1周期毎に1倍の乗算と−1倍の乗算との交互の動作を行う。その実際の回路実現では、差動信号の2つ出力端子を1クロック毎にチョッピングすればよい。
図7は本発明の第3の実施形態に係る、マルチビット複素バンドパスΔΣAD変調器7Aの構成を示す回路図である。第3の実施形態に係るマルチビット複素バンドパスΔΣAD変調器は、図6の第2の実施形態に比較して、AD変換器ADCIの直後の後段であってDA変換器DAC1の前段にDWA論理回路DWA1を設け、AD変換器ADCQの直後の後段であってDA変換器DAC2の前段にDWA論理回路DWA2を設けることにより、マルチビット複素バンドパスΔΣAD変調器を構成したことを特徴としている。
(B)演算回路CL2は、各4ビットの3入力の2進の加減算(A−(S+D))を行う回路であり、すなわち、A入力端子に入力されるデータ信号から、S入力端子に入力されるデータ信号及びD入力端子に入力されるデータ信号の和を減算して、その演算結果をO出力端子から出力する。ここで、A入力端子の最下位ビットA0にはクロック信号CLK1が入力される一方、それよりも上位のビットA1−A3は接地されて0のデータ信号が入力される。
(C)バレルシフタBS2は、リング形状を有する8ビットの回転型の左シフト及び右シフト回路であり、I入力端子の最上位ビットI3が1のときは左シフトを行い、0のときは右シフトを行う。そのシフト量はI入力端子の下位3ビットI0−I2で指定される。なお、I入力端子の最上位ビットI3には、クロック信号CLK1が入力され、サンプリングクロック信号の立ち上がり毎に左シフトと右シフトが選択的に切り替わるように制御される。
当該変形例では、I回路部とQ回路部との間でのパラメータのミスマッチによる信号対雑音比(SNR)の劣化の軽減方法について以下に説明する。図7の回路構成では、例えば、デジタル信号N1(n)に対して次式を満たしている。
n=2k−1のとき
N1(2k−1)=Q1(2k−1) (24)
n=2kのとき
N1(2k)=I1(2k) (25)
CinI/CoutI=CinQ/CoutQ(=a1) (26)
CCPI/CCPQ=CoutI/CoutQ (28)
(2)キャパシタCoutIとキャパシタCCPIを、それらを挟設するマルチプレクサMU2−51,MU2−52によりクロック信号CLKに基づいて交互に入れ替える。また、キャパシタCoutQとキャパシタCCPQをそれらを挟設するマルチプレクサMU2−61,MU2−62によりクロック信号CLKに基づいて交互に入れ替える。これはキャパシタCCPIとキャパシタCCPQの容量ミスマッチ及びキャパシタCOUTIとキャパシタCOUTQの容量ミスマッチの影響軽減のためである。
(状態1)I回路部とQ回路部の間で素子パラメータのミスマッチがないときの理想変調器の場合(図15及び図16において「理想状態」と示す。)。
(状態2)変調器内部にI回路部とQ回路部の間での容量パラメータのミスマッチと、内部3ビットのDA変換器に非線形がある場合(図15及び図16において「IQ回路部間の容量ミスマッチ有り」と示す。)。
(状態3)変調器内部のミスマッチは上記(状態2)と同じ条件であるが、第3の実施形態に係る変調器の回路構成を用いる場合。
付録1では、複素バンドパスΔΣAD変調器での、I回路部とQ回路部の間での素子パラメータのミスマッチによる精度劣化について以下に説明する。
100A,100B…複素バンドパスフィルタ、
101…I回路部、
102…Q回路部、
ADCI,ADCQ…AD変換器、
AP1,AP2,AP11,AP12,AP21,AP22,AP31,AP32,AP51,AP52…乗算器、
BS1,BS2…バレルシフタ、
CDI7,CDI0,CinI,CCPI,CoutI,CcI,CDQ7,CDQ0,CQnQ,CCPQ,CoutQ,CcQ…キャパシタ、
CF1…複素フィルタ、
CL1,CL2…演算回路、
DAC1,DAC2,DAC3,DAC4,DACI,DACQ…DA変換器、
DE1,DE2,DE11,DE12…遅延回路、
DWA1.DWA2…DWA論理回路、
EN1,EN2…エンコーダ、
FF0,FF1,FF2…フリップフロップ、
IN1,IV2,IN11,IN12,IN21,IN22…インバータ、
MU1,MU2,MU1−1,MU1−2,MU2−1,MU2−2,MU2−11,MU2−12,MU2−51,MU2−52,MU2−61,MU2−62,MU2−71,MU2−72,MU2−81,MU2−82,MU2−91,MU2−101…マルチプレクサ、
OPA1,OPA2…オペアンプ、
SU1,SU2,SU51,SU52…加算器、
S1,S2,S3a,S3b,SW1,SW2,SW3…スイッチ、
Z51,Z52,Z61,Z62,Z71,Z72,Z81,Z82,Z91,Z92,Z101,Z102…インピーダンス回路。
Claims (7)
- 入力される互いに直交する第1と第2の信号からなる複素信号を、少なくとも1次の複素帯域ろ波処理を第1と第2の回路部とにより実行することにより、互いに直交する第3と第4の信号からなる複素信号を出力する複素バンドパスフィルタにおいて、
上記第1の回路部は、
上記第1の信号を第1のマルチプレクサ手段からの出力信号と加算して加算結果の信号を出力する第1の加算手段と、
上記第1の加算手段からの加算結果の信号を所定の時間期間だけ遅延して出力する第1の遅延手段と、
上記第1の遅延手段からの出力信号の符号を変更して出力する第1のインバータ手段と、
互いに異なり交互に発生される第1と第2の時間期間のうち第1の時間期間のとき、上記第1のインバータ手段からの出力信号を選択して上記第1の加算手段に出力する一方、上記第2の時間期間のとき、上記第1の遅延手段からの出力信号を上記第1の加算手段に出力する第1のマルチプレクサ手段と、
上記第2の回路部は、
上記第2の信号を第2のマルチプレクサ手段からの出力信号と加算して加算結果の信号を出力する第2の加算手段と、
上記第2の加算手段からの加算結果の信号を所定の時間期間だけ遅延して出力する第2の遅延手段と、
上記第2の遅延手段からの出力信号の符号を変更して出力する第2のインバータ手段と、
上記第1の時間期間のとき、上記第2の遅延手段からの出力信号を上記第2の加算手段に出力する一方、上記第2の時間期間のとき、上記第2のインバータ手段からの出力信号を選択して上記第2の加算手段に出力する第2のマルチプレクサ手段とを備え、
上記複素バンドパスフィルタは、
上記第1の時間期間のとき、上記第1の信号を上記第1の加算手段に出力しかつ上記第2の信号を第2の加算手段に出力する一方、上記第2の時間期間のとき、上記第1の信号を上記第2の加算手段に出力しかつ上記第2の信号を第1の加算手段に出力する第3のマルチプレクサ手段と、
上記第1の時間期間のとき、上記第1の遅延手段からの出力信号を上記第3の信号として出力しかつ上記第2の遅延手段からの出力信号を第4の信号として出力する一方、上記第2の時間期間のとき、上記第1の遅延手段からの出力信号を上記第4の信号として出力しかつ上記第2の遅延手段からの出力信号を第3の信号として出力する第4のマルチプレクサ手段とを備えたことを特徴とする複素バンドパスフィルタ。 - 請求項1記載の複素バンドパスフィルタにおいて、
上記複素バンドパスフィルタはオペアンプを備えたスイッチドキャパシタ回路により構成され、
上記複素バンドパスフィルタは、出力信号電圧を決定するためのオペアンプの帰還回路のキャパシタと、上記第1の遅延手段又は上記第2の遅延手段から上記第1の加算手段又は上記第2の加算手段への帰還信号回路のキャパシタとを、上記第1の時間期間と上記第2の時間期間に応じて交互に入れ替えるように切り換える第5のマルチプレクサ手段をさらに備えたことを特徴とする複素バンドパスフィルタ。 - 請求項1又は2記載の複素バンドパスフィルタと、
上記第4のマルチプレクサ手段の前段に設けられ、上記第1の遅延手段からの出力信号と、上記第2の遅延手段からの出力信号とを、互いに直交する第3と第4のデジタル信号からなる複素デジタル信号にそれぞれAD変換する第1と第2のAD変換手段と、
上記第1のAD変換手段からの第3のデジタル信号をアナログ信号にDA変換して上記第1の加算手段に出力する第1のDA変換手段と、
上記第2のAD変換手段からの第4のデジタル信号をアナログ信号にDA変換して上記第2の加算手段に出力する第2のDA変換手段とをさらに備えたことを特徴とする複素バンドパスΔΣAD変調器。 - 請求項3記載の複素バンドパスΔΣAD変調器において、
上記第1のAD変換手段と上記第1のDA変換手段との間に設けられ、上記第1のAD変換手段からの第3のデジタル信号に対してハイパスエレメントローテーション法を用いて、上記第1のDA変換手段の前段に設けられる複素デジタルフィルタと、上記第1のDA変換手段の後段に設けられる複素アナログフィルタとを実現することにより、上記第1のDA変換手段の非線形性を実質的にノイズシェープする第1の論理回路手段と、
上記第2のAD変換手段と上記第2のDA変換手段との間に設けられ、上記第2のAD変換手段からの第4のデジタル信号に対してローパスエレメントローテーション法を用いて、上記第2のDA変換手段の前段に設けられる複素デジタルフィルタと、上記第2のDA変換手段の後段に設けられる複素アナログフィルタとを実現することにより、上記第2のDA変換手段の非線形性を実質的にノイズシェープする第2の論理回路手段とをさらに備え、
マルチビットの複素バンドパスΔΣAD変調処理を実行することを特徴とする複素バンドパスΔΣAD変調器。 - 上記第1と第2の論理回路手段はそれぞれ、入力されるデジタル信号に対して所定の演算を実行する演算回路と、上記入力されるデジタル信号を上記演算回路により演算されたシフト量だけシフトするバレルシフタとを備えたことを特徴とする請求項4記載の複素バンドパスΔΣAD変調器。
- 請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載の複素バンドパスΔΣAD変調器と、
上記複素バンドパスΔΣAD変調器から出力されるデジタル信号に対して所定のデシメーション処理を実行することによりデジタル複素バンドパスフィルタリングを行うデシメーション回路とを備えたことを特徴とするAD変換回路。 - アナログ無線信号を受信してデジタル信号を出力するデジタル無線受信機において、
請求項6記載のAD変換回路を備えたことを特徴とするデジタル無線受信機。
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