JP4102861B2

JP4102861B2 - 信号処理用ステージおよび無線周波チューナー

Info

Publication number: JP4102861B2
Application number: JP2003119862A
Authority: JP
Inventors: ランス・トロッド; フランコ・ローリア
Original assignee: インテルコーポレイション
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: EP1359666A2; KR20030086437A; KR100573348B1; EP1359666B1; EP1359666A3; US6791414B2; GB0210168D0; US20030206055A1; JP2003347871A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線周波チューナー用の信号処理用ステージに関する。この発明は、さらに、そのような信号処理用ステージを組込む無線周波チューナーおよび、たとえば地上アンテナ、ケーブル分配システムあるいは衛星システムへの接続に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車電話使用のための無線周波数パワーアンプの出力パワーの制御のための構成が特許文献１、特許文献２に開示されている。パワーアンプ出力は制御可能な減衰器/アンプによって減衰され、この出力のパワーが検出される。検出されたパワーは、基準と比較され、その差分がパワーアンプ前段の可変利得のステージを制御するため使用される。
【０００３】
オペアンプのまわりの可変負帰還を提供する、切り替えられるコンデンサ構成が特許文献３に開示されている。この構成の可能な用途は示されていない。
【０００４】
【特許文献１】
EP 0 720 287
【特許文献２】
EP 0 527 029
【特許文献３】
US 4 441 080
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来では低いゲインおよび高いゲインに対しては所望のひずみ特性、ノイズ特性が得られなかったことを改善する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の態様によれば、アンプ、アンプに負帰還を適用するための負帰還ループ、および、負帰還の量を変化させるための制御信号に従ってその制御信号に応答するゲイン制御回路を備える無線周波チューナー用の信号処理用ステージが提供される。
【０００７】
上記アンプは第１のトランスコンダクタンスのステージを含んでもよい。この第１のトランスコンダクタンスのステージは、差動的に接続された第１および第２の増幅デバイスを備えてもよい。
【０００８】
その負帰還・ループは第２のトランスコンダクタンスのステージを含んでもよい。その第２のトランスコンダクタンスのステージは差動的に接続された第３および第４の増幅デバイスを装置を備えてもよい。
接続しました。
【０００９】
第３と第４のデバイスは、第１と第２のデバイスの共通端子にそれぞれ接続される出力端子を有してもよい。第１から第４のデバイスは同じ導電タイプで、第１と第２のデバイスの共通端子は第１の抵抗によって相互に接続されてもよい。第３と第４のデバイスは、それぞれ第２と第３の抵抗によって、第１の電源ターミナルに接続される共通端子を備えてもよい。
【００１０】
第１および第２のデバイスは、第１の導電タイプで、第３および第４のデバイスは第１のタイプと逆の第２の導電タイプであってもよい。第１および第２のデバイスの共通端子は、それぞれ第４および第５の抵抗を通じて第１の定電流源に接続されてもよい。第３および第４のデバイスは、それぞれ第６および第７の抵抗を通じて第２の定電流源に接続される共通端子を備えてもよい。
【００１１】
ゲイン制御回路は、前記制御信号に従って、信号処理用ステージの出力部と負帰還ループの入力部との間のアンプの出力信号を制御するとために構成されてもよい。そのゲイン制御回路は、出力端子が第１のデバイスの出力端子に接続される、第５および第６の増幅デバイスと、出力端子が第２のデバイスの出力端子に接続される、第７および第８の増幅デバイスとを備えてもよい。第５および第８のデバイスは、第１の制御信号入力部に接続される制御端子を持ち、第６および第７のデバイスは、第２の制御信号入力部に接続される制御端子を持つ。第５および第８のデバイスは、信号処理用ステージの差動出力部を備え、それぞれ第１および第２の負荷を通じて第２の電源端子に接続される。出力端子を備えてもよい。第６および第７のデバイスは、負帰還・ループと、および第３および第４の負荷を通じて電源端子または第２の電源端子に接続される出力端子を備えてもよい。
【００１２】
増幅デバイスの各々は、バイポーラトランジスタのようなトランジスタを含んでもよい。この場合、制御、共通および出力の端子は、各トランジスタのベース、エミッタおよびコレクタの各端子を含む。より一般には、増幅デバイスの制御端子は、共通端子と出力端子間の電流を制御し、また、出力端子での信号は制御端子での信号に関して反転される。導電タイプは、共通端子と出力端子間の電流の向きに関係する。
【００１３】
この発明の第２の態様によれば、この発明の第１の態様に基づくいずれか１つのステージを備える無線周波チューナーが提供される。
【００１４】
少なくとも１つのステージは、少なくとも１つのローノイズアンプ、ミキサー、中間周波アンプ、および基本帯域のステージを含む。
【００１５】
そのチューナーは、少なくとも１つのステージのための制御信号を発生させるために、少なくとも１つの自動ゲイン制御信号発生器を備える。
【００１６】
その結果、改善された特性の構造を提供することが可能である。例えば、自動ゲイン制御を提供するために使用された時、負帰還の最大レベルは、アンプで最も高い信号のレベルで適用される。その結果、IP3のような相互変調ひずみ特性が本質的に改善される。より低い信号レベルについては、負帰還は減少するが、本質的に雑音特性を改善することができる。より低い信号レベルのために、相互変調特性は、より高い信号レベルに関しては同じくらいに良好であることが要求されず、そのため、任意のレベルの信号のための実行における全面的な改善を達成することができる。
【００１７】
この発明を、例として添付した図面を参照して以下、さらに詳しく述べる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１の中で示される信号処理用ステージは、後で示されるような無線周波チューナーでの使用を意図している。そのステージは、トランスコンダクタンス・ステージの形態のアンプ１を備え、そのトランスコンダクタンス・ステージは、そのステージの入力部に接続される差動入力部を有する。トランスコンダクタンス・ステージ１は、自動ゲイン制御(ＡＧＣ)の「コアー」の信号入力部(これは、チューナー内のＡＧＣ計画に従ってステージのゲインを制御するために、ＡＧＣ電圧を受け取るための差動入力部を持つ)に接続される差動出力部を備える。そのコアー２は、第１の差動出力部を持ち、その出力部は、本ステージの出力部に接続され、また、それぞれ第１および第２の負荷抵抗３、４を通じて電源ラインVCCに接続される。そのコアー２は、第２の差動出力部を持ち、その出力部は、それぞれ第３および第４の負荷抵抗５、６を通じて電源ラインVCCに接続され、また、第２のトランスコンダクタンス・ステージ７の差動入力部に接続される。そのステージ７は、トランスコンダクタンス・ステージ１の差動負帰還入力部に接続される差動出力部を有し、その差動負帰還入力部は、図示のように、降下抵抗８を通じて相互接続される。この降下抵抗８は、たとえばバイポーラ接合トランジスタの場合にはエミッタ降下を与える。
【００１９】
第１のステージ１のトランスコンダクタンスgmは、１／(ＲＥ＋re)で与えられ、ＲＥは抵抗８の抵抗値であり、reは非直線抵抗であり、例えば、１つ以上のトランジスタのダイオード抵抗である。第２のステージ７のトランスコンダクタンスは、gmfで与えられる。
【００２０】
使用時、入力信号がトランスコンダクタンス・ステージ１の差動入力部に供給され、差動出力電流に変換する。その出力電流は、コアー２に供給されたＡＧＣ電圧に基づき、そのコアー２によって、第１および第２の差動出力部に導かれる。ＡＧＣ電圧が信号処理用ステージでの信号レベルの振幅の単調な関数である場合、信号レベルが増大した時、ＡＧＣ電圧は、コアー２がより大きな差動電流を負荷抵抗５、６に供給し、より小さな差動電流を負荷抵抗３、４に供給するようにさせる。これとは逆に、信号レベルが低下した時、負荷抵抗３、４により大きな電流を、そして負荷抵抗５、６により少ない電流を導く。これにより、信号レベルが増大した時、信号処理用ステージのゲインが低減され、負帰還が増す。
【００２１】
抵抗５、６で生じた電圧は、第２のステージ７の差動入力部に供給され、対応する差動出力電流に変換される。その出力電流は、第１のステージ１のフィードバックの入力ノードに注入される。この差動電流は、降下抵抗ＲＥに印加され、フィードバック電流を与える。
【００２２】
図１に示した信号処理用ステージの変換関数は次式で与えられる。
【数１】

【００２３】
式中のＡは、ＡＧＣコアー２により負荷抵抗３、４に導かれた信号の電流の比率であり、０信号電流時の０と、十分な信号電流の時の１との間の値を持つ。ＲＬは抵抗３および４の各々の抵抗値であり、ＲＢは抵抗５および６の各々の抵抗値である。他の変数は、先に定義したものである。
【００２４】
第１のトランスコンダクタンス・ステージ１およびＡＧＣコアー２まわりの負帰還が存在しない時、変換関数は次式で与えられる。
【数２】

【００２５】
抵抗８の実効値は、したがってティブ・フィードバックの影響によって、(1＋gmf・RB(1-A))のファクターだけブーストされる。ＡＧＣ電圧が信号処理用ステージに最小ゲイン要求する時(これは例えば、このステージで比較的高い信号振幅に相当する)、実効値はしたがって最大に増大する。ＩＰ３のようなステージの線形性およびひずみ特性は、より高い信号レベルで増し、比較的低い値の降下抵抗８に対して所望の特性が得られる。
【００２６】
このステージでの信号レベルが比較的低い場合、第１のステージ１の差動出力電流は、もっぱら出力負荷抵抗３および４へ導かれ、そのため、負帰還が有効的に排除される。変換機能は、したがって数式２によって与えられ、ひずみ特性は信号処理用ステージに対して最悪の事態にある。しかしながら、信号レベルが比較的低いので、ひずみ特性は許容できる受信を可能にするには十分である。さらに、抵抗８の比較的低い値ＲＥのために、雑音指数は本質的に改善され、これが、適切な信号対雑音比を維持することを支援する。したがって、信号処理用ステージの特性改善は、このステージで信号レベルの範囲全体にわたって本質的に与えられる。
【００２７】
図２は、完全に差動回路構成の形をなす図１の信号処理用ステージの第１の詳細例を示す。第１のトランスコンダクタンス・ステージ１は、第１および第２の差動的に接続されたトランジスタ１０および１１、各々がＲＥ値を持つエミッタ降下抵抗１２および１３を含む。トランジスタ１０および１１の各々のダイオード抵抗は、reである。トランジスタ１０および１１のベースは差動入力部in＋、in−にそれぞれ接続される。
【００２８】
ＡＧＣコアー２は、トランジスタ１４から１７を備え、トランジスタ１４および１５のエミッタはトランジスタ１０のコレクタに接続され、トランジスタ１６および１７のエミッタはトランジスタ１１のコレクタに接続される。ＡＧＣ電圧のために、トランジスタ１４および１７のベースは第１の制御入力部agc＋に接続される。しかし、トランジスタ１５および１６のベースは第２の制御入力部agc−に接続される。トランジスタ１４および１７のコレクタは差動出力部out＋およびout−に接続され、また、負荷抵抗３および４に接続される。トランジスタ１５および１６のコレクタは、負荷抵抗５および６と、負帰還ループとに接続される。
【００２９】
第２のトランスコンダクタ・ステージ７は、結合コンデンサ２０および２１を通じてトランジスタ１５および１６のそれぞれのコレクタにベースが接続されるトランジスタ１８および１９を含む。それぞれ、トランジスタ１８および１９のコレクタは、トランジスタ１０および１１のエミッタにそれぞれ接続される。しかし、トランジスタ１８および１９のエミッタは抵抗２２および２３を通じてグランドgndに接続される。
【００３０】
図２に示した実施例では、全トランジスタはNPNタイプのバイポーラ接合のトランジスタである。図２の回路の単純化したひずみ解析は、全体の第３高調波ひずみＤ３を与える。
【数３】

【００３１】
式中、REq ＝（1＋gmf RB［1-A］）RE、 Vina は差動入力部 in + および in -での差動入力電圧、 Vinb はトランジスタ１８、１９のベース間の差電圧、 Vtは熱電圧、 RE2 は各抵抗２２、２３の抵抗値、 RB は抵抗５、６の抵抗値、RE抵抗１２、１３の各抵抗値。Ａが、最小(このステージで比較的高い信号レベルに対応する)にある場合、第３高調波ひずみＤ３は、負帰還ループの作用によって本質的に低減され、そのため、抵抗１２および１３の比較的低い抵抗ＲＥに対して適切な特性を達成することができる。反対に、Ａがより高い場合、比較的低い信号レベルについては、ひずみ特性はそれほどよくないが、許容できる特性を達成するには、より低い信号レベルに十分である。抵抗１２および１３のより低い値ＲＥは、比較的低い信号レベルに対して改善された雑音特性を提供する。
【００３２】
図３は、図１の信号処理用ステージの第２の詳細例を示す。この例は、トランジスタ１８および１９がPNPタイプである点で図２のそれと異なる。トランジスタ１０および１１のエミッタは、抵抗１２および１３を通じて定電流源２４の第１の端子に接続され、その第２の端子は、グランドgndに接続される。トランジスタ１８および１９のエミッタは、それぞれ抵抗２２および２３によって、別の定電流源２５の第１の端子に接続され、その第２の端子は給電ラインvccに接続される。第２の定電流源２５が適切なタイプである場合、結合コンデンサ２０および２１は省略されてもよい。
【００３３】
図４の中で示される無線周波チューナーは、地上アンテナ、ケーブル分配システムあるいは衛星システムへの接続のための入力部３０を持ち、ダブル変換の０中間周波タイプである。このチューナーは、周波数シンセサイザー３４によって制御されるミキサー３２、およびローカルオシレータ３３を含む周波数変換器にその出力が接続されるローノイズアンプ(LNA)３１を含む。ミキサー３２の出力は中間周波(IF)フィルタ３５によって中間周波アンプ３６に供給される。アンプ３６の出力は、周波数シンセサイザー３９によって制御されるミキサー３７、およびローカルのオシレーター３８を含む第２の周波数変換機に供給される。ミキサー３７の出力は基本帯域フィルタ４０によって、チューナー出力部４２に接続された、基本帯域アンプ４１に供給される。
【００３４】
受信可能な多くのチャンネルを含む広帯域の入力信号は、入力部３０に供給され、LNA ３１によって増幅される。第１の周波数変換器は受信チャンネルを選ぶために制御され、そして、このチャンネルは第１の中間周波に変換される。フィルタ３５でのフィルタ処理およびアンプ３６での増幅後、第２の周波数変換器は希望のチャンネルを第１の中間周波から０中間周波に変換する。生じた基本波信号は、フィルタ４０によって除去され、後の復調のための出力部４２に供給される前に、アンプ４１によって増幅される。
【００３５】
各ステージ３１、３２、３６、３７および４１は自動ゲイン制御を提供するために構成され、図１で示したタイプであり、図２あるいは３で例示している。したがって、これらのステージの各々はゲイン制御信号を受け取るための制御入力部を持っている。適切なゲイン制御信号は、例えば後段の復調器(示されていない)から供給されるか、あるいは信号レベル検知器によってチューナー内に生成されてもよい。代表的なＡＧＣコントローラは４３で例示される。
【００３６】
ステージ３１、３２、３６、３７および４１のすべてが、図１で示したタイプのものとして示したが、そのようなステージが典型的なチューナー構成にどこで適用されるかを示すための図示例に過ぎない。一般に、これらのステージのすべてが、自動ゲイン制御機能を提供するために要求されるとは限らず、少なくともこれらのステージのうちのいくつかは従来タイプであってもよい。入力部３０に供給される広帯域の信号は、非常に大きく変化するパワーあるいはレベルを持つので、LNA ３１に自動ゲイン制御を備えるのが一般的である。従ってLNA ３１のために図１〜３の中で示したタイプのステージを使用することは特に有利かもしれない。そのような構成は、高い信号レベルに対する良好なひずみ特性および低い信号レベルに対する良好なノイズ特性を持ち、そのため、信号対雑音特性および相互変調特性が改善され、そしていかなる変調基準に対しても容易に適切に作成できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、負帰還の量をＡＧＣ電圧に応じて変化させるようにしたので、比較的低いゲインでは、大量の帰還がなされてひずみ特性を改善し、比較的高いゲインでは、負帰還は減少するが、良好なノイズ特性を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を構成する無線周波チューナーのブロック図
【図２】図１のステージの第１の実施例を示した回路図
【図３】図１のステージの第２の実施例を示した回路図
【図４】図１に示したタイプのステージを１つ以上備えた無線周波チューナーのブロック図
【符号の説明】
１トランスコンダクタンスステージのアンプ
２ＡＧＣコアー
３〜６負荷抵抗
７トランスコンダクタンスステージのアンプ
８降下抵抗
１０、１１、１４〜１９トランジスタ
２２、２３抵抗
２５定電流源
３１ローノイズアンプ
３２ミキサー
３３ローカルオシレータ
３５中間周波フィルタ
３６中間周波アンプ
４０基本帯域フィルタ
４１基本帯域アンプ
４３ＡＧＣコントローラ

Claims

無線周波チューナー用の信号処理ステージであり、
入力信号を増幅し、かつ、帰還用抵抗（８）を備える第１トランスコンダクタンスステージ（１）と、
前記帰還用抵抗を介して前記第１のトランスコンダクタンスステージ ( １ ) へ負帰還を与える負帰還ループ(７)と、
前記第１のトランスコンダクタンスステージと前記負帰還ループ（７）の間に接続され、制御信号に応答して、前記制御信号によって前記負帰還の量を変えるゲイン制御回路（２−６）とを備え、
前記帰還用抵抗（８）は固定値の抵抗であり、
前記負帰還ループ（７）は、前記帰還用抵抗に帰還電流を注入する第２トランスコンダクタンスステージ（７）を備え、
前記ゲイン制御回路（２−６）は、前記の第１トランスコンダクタンスステージ（１）の前記出力信号を、本信号処理ステージの出力部と前記負帰還ループ（７）の入力部とのみに、前記制御信号の連続的な関数である割合で分けて、前記負帰還の量を変えることを特徴とする無線周波チューナー用の信号処理ステージ。
前記アンプ（１）は、差動的に接続された第１および第２の増幅デバイス(１０、１１)を備える請求項１記載の信号処理ステージ。
前記アンプ（７）は差動的に接続された第３および第４の増幅デバイス(１８、１９)を備える請求項１または２記載の信号処理ステージ。
前記第３と第４のデバイス(１８、１９)は、第１と第２のデバイス(１０、１１)の共通端子にそれぞれ接続される出力端子を備える請求項３記載の信号処理ステージ。
前記第１から第４のデバイス(１０、１１、１８、１９)は同じ導電タイプで、第１と第２のデバイス(１０、１１)の共通端子は固定値の前記帰還用抵抗(１２、１３)によって相互に接続される請求項４記載の信号処理ステージ。
前記第３と第４のデバイス(１８、１９)は、それぞれ第２と第３の抵抗(２２、２３)によって、第１の電源端子(gnd)に接続される共通端子を備える請求項５記載の信号処理ステージ。
前記第１および第２のデバイス(１０、１１)は、第１の導電タイプで、第３および第４のデバイス(１８、１９)は第１のタイプと逆の第２の導電タイプである請求項４記載の信号処理ステージ。
前記第１および第２のデバイス(１０、１１)の共通端子は、それぞれ第４および第５の抵抗(１２、１３)を通じて第１の定電流源(２４)に接続され、第４および第５の抵抗 ( １２、１３ ) は、前記帰還用抵抗を構成する請求項７記載の信号処理ステージ。
前記第３および第４のデバイス(１８、１９)は、それぞれ第６および第７の抵抗(２２、２３)を通じて第２の定電流源(２５)に接続される請求項７または８記載の信号処理ステージ。
前記ゲイン制御回路は、出力端子が第１のデバイス(１０)の出力端子に接続される、第５および第６の増幅デバイス(１４、１５)と、出力端子が第２のデバイス(１１)の出力端子に接続される、第７および第８の増幅デバイス(１６、１７)とを備え、第５および第８のデバイス(１４、１７)は、第１の制御信号入力部(agc+)に接続される制御端子を持ち、第６および第７のデバイス(１５、１６)は、第２の制御信号入力部(agc-)に接続される制御端子を持つ請求項２〜９のいずれかに記載の信号処理ステージ。
前記第５および第８のデバイス(１４、１７)は、信号処理用ステージの差動出力部(out+、out-)を備え、それぞれ第１および第２の負荷(３、４)を通じて第２の電源端子(vcc)に接続される出力端子を備える請求項１０記載の信号処理ステージ。
前記第６および第７のデバイス(１５、１６)は、負帰還ループ(７、８)と、および第３および第４の負荷(５、６)を通じて電源端子または第２の電源端子(vcc)に接続される出力端子を備える請求項１０または１１記載の信号処理ステージ。
前記各増幅デバイス(１０、１１、１４−１９)はトランジスタである請求項２〜１２のいずれかに記載の信号処理ステージ。
前記各増幅デバイス(１０、１１、１４−１９)はバイポーラトランジスタである請求項１３記載の信号処理ステージ。
請求項１〜１４のいずれかに記載の少なくとも１つのステージ(３１、３２、３６、３７、４１)を含む無線周波チューナー。
前記少なくとも１つのステージは、少なくとも１つのローノイズアンプ(３１)、ミキサー(３２、３７)、中間周波アンプ(３６)および基本帯域のステージ(４１)を備える請求項１５記載の無線周波チューナー。
上記少なくとも１つのステージ(３１、３２、３６、３７、４１)の制御信号を、前記無線周波チューナにおける信号レベルの連続的関数として発生する少なくとも１つの自動ゲイン制御信号発生器を備える請求項１５または１６記載の無線周波チューナー。