JP4210867B2 - 可変容量回路 - Google Patents

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Description

この発明は、可変容量回路に関する。
電子同調方式の同調回路(共振回路)は、可変容量ダイオードを使用することが多いが、可変容量ダイオードを使用すると、高いバイアス電圧を必要とするので、例えば図9に示すような可変容量回路が考えられている。
すなわち、この回路においては、デジタルデータのビットbi(i=0〜n)が“H”レベルのとき、対応するMOS−FET(Qi)がオンなので、そのFET(Qi)に直列接続されたコンデンサCiが、端子T1と端子T0との間に接続されることになる。しかし、ビットbiが“L”レベルのときには、対応するFET(Qi)はオフなので、コンデンサCiは、接続されていないことになる。
したがって、
Ci=C0×2の(n+1)乗
に設定しておけば、端子T1と端子T0との間の容量CVRは、ビットb0〜bnのレベルに対応して
CVR=0〜C0×(2の(n+1)乗−1)
の間を値C0のステップで2の(n+1)乗とおりに変更することができる。
つまり、図9Aの回路は、図9Bに示すような等価回路となり、デジタルデータb0〜bnにより容量を制御できる可変容量回路である。なお、図9Bにおいて、抵抗rはFET(Qi)のオン抵抗、容量CSは浮遊容量である。
また、可変容量回路として、図10に示すような回路も考えられている。すなわち、図10の回路においては、FET(Qi)のドレインに抵抗器Riを通じてバイアス電圧+VDDが供給される場合である。そして、この回路においても、制御用のデジタルデータのビットbiにより、図9Aの回路と同様にFET(Qi)がオンオフされるので、端子T1と端子T0との間に可変容量CVRを得ることができる。
そして、これらの可変容量回路においては、可変容量ダイオードの場合のような高いバイアス電圧を必要としないので、IC化に有利である。
特開2005−287009号公報 特開2006−080620号公報
ところが、図9Aに示す可変容量回路においては、図9Cに示すように、FET(Qi)の構造に起因してドレイン・バックゲート間に寄生ダイオードDPRを生じてしまい、この寄生ダイオードDPRと本来のコンデンサCiとの直列回路が端子T1と端子T0との間に接続されることになってしまう。
この寄生ダイオードDPRは、FET(Qi)がオンの場合には、FET(Qi)のオン抵抗rによりシャントされるので、あまり問題はない。
しかし、FET(Qi)がオフの場合には、その端子T1と端子T0との間に供給された入力信号の振幅が0.5Vpを越えると、寄生ダイオードDPRがオンとなり、入力信号が寄生ダイオードDPRにより整流されるので、FET(Qi)のドレイン・ソース間に直流電位差を生じるてしまう。そして、この直流電位差は入力信号の振幅にしたがって変化する。
この結果、入力信号にしたがって寄生ダイオードDPRの等価容量が変化することになるとともに、このとき、寄生ダイオードDPRはコンデンサCiを通じて端子T1に接続されているので、結果として、端子T1と端子T0との間の総合の容量CVRが入力信号によって変化してしまう。
また、ここまで大きな入力信号が加わらないとしても、寄生ダイオードDPRの両端に加わる直流電位差は0Vなので、寄生ダイオードCPRの接合容量は比較的大きい。そして、信号電圧(入力信号)がコンデンサCiを通じて寄生ダイオードDPRに印加される。この結果、この印加された信号電圧により寄生ダイオードDPRの接合容量が変化するとともに、その変化幅が大きく、しかも、その容量変化は容量の非線形性が大きい領域で起きてしまう。
したがって、図9Aの回路では、入力信号の歪みが大きく、例えば受信機の同調回路に使用すると、歪みにより妨害信号成分を生じるので、強い受信信号が扱うことができなかった。
その点、図10の可変容量回路においては、寄生ダイオードDPRを生じても、この寄生ダイオードDPRは抵抗器Riを通じて逆バイアスされるので、その逆バイアス電圧+VDDを高く設定しておれば、寄生ダイオードDPRの接合容量は小さくなるとともに、入力信号に対する接合容量の変化も小さくなり、したがって、歪みの発生を抑えることができる。
しかし、図10の回路の場合には、FET(Qi)がオンのとき、バイアス電圧+VDDにより抵抗器Riを通じて電流が流れる。しかも、抵抗器Riは(n+1)個ある。したがって、抵抗器Riを流れる電流を小さくする必要があるが、そのためには、抵抗器Riを例えば数百kΩと大きな値にする必要があり、IC化した場合、抵抗器Riの占める面積が大きくなってしまい、好ましくない。
この発明は、以上のような問題点を解決しようとするものである。
この発明においては、
第1の端子と、第2の端子との間に、コンデンサと、MOS−FETのドレイン・ソース間との直列回路の複数個が並列接続され、
上記直列回路のそれぞれにおいて、インバータの出力端と、上記コンデンサおよび上記MOS−FETの接続点との間に、抵抗器が接続され、
容量制御用のデジタルデータの各ビットが、上記直列回路のそれぞれにおける上記MOS−FETのゲートおよび上記インバータに供給され、
上記第1の端子と、第2の端子との間に、上記デジタルデータの値に対応して変化する容量を得る
ようにした可変容量回路
とするものである。
この発明によれば、デジタルデータにより容量を変更できるとともに、入力信号の歪みを抑えることができる。また、高いバイアス電圧を必要とせず、消費電流も少なく、IC化にも適している。
ここでは、まず、この発明による可変容量回路を使用して好適なテレビ受信機について説明する。
〔1〕 受信回路(全体)の例
テレビ放送に使用される周波数(チャンネル)は国によって様々であり、カラー方式にも、NTSC、PAL、SECAMなどがある。さらに、アナログ放送もあれば、デジタル放送もある。
そこで、テレビ放送の受信信号系を、テレビ放送を受信して中間周波信号を出力するフロントエンド回路と、そのフロントエンド回路の出力を処理してカラー映像信号および音声信号を出力するベースバンド処理回路とに分割することが考えられている。つまり、そのようにすることにより、テレビ放送の放送方式の違いに対処するものである。
そこで、まず、この発明を適用できるフロントエンド回路と、ベースバンド処理回路との一例についてそれぞれ説明する。
〔1−1〕 フロントエンド回路の例
図1は、各国のテレビ放送を、その放送形式にかかわらず受信できるフロントエンド回路の一例を示す。この例においては、それぞれの国のテレビ放送で使用されている周波数を、
(A) 46〜147MHz(VLバンド)
(B) 147〜401MHz(VHバンド)
(C) 401〜887MHz(Uバンド)
の3バンドに分割し、それぞれの受信バンドにおいて、周波数を目的とするチャンネルに対応して変更できるようにした場合である。
すなわち、図1において、鎖線で囲った部分10が、そのフロントエンド回路を示し、これは1チップICにIC化されている。また、このIC(フロントエンド回路)10は、外部接続用の端子ピンT11〜T19を有する。
そして、テレビ放送の放送波信号がアンテナANTにより受信され、その受信信号が、端子ピンT11からスイッチ回路11を通じてアンテナ同調回路12A〜12Cに選択的に供給される。この場合、アンテナ同調回路12A〜12Cは、上記(A)〜(C)項の受信バンドにそれぞれ対応するものであり、同調用コンデンサの容量をデジタルデータにより変更して同調周波数を変更し、この結果、目的とする周波数(チャンネル)の受信信号に同調するように構成されている。なお、詳細を後述する。
そして、これら同調回路12A〜12Cからの受信信号が、高周波アンプ13A〜13Cを通じ、さらに、段間同調回路14A〜14Cを通じてスイッチ回路15に供給される。このスイッチ回路15は、スイッチ回路11と連動して切り換えられるものであり、したがって、スイッチ回路15からは目的とする受信バンドの受信信号SRXが取り出される。そして、この取り出された受信信号SRXがミキサ回路12I、12Qに供給される。
なお、同調回路14A〜14Cも同調回路12A〜12Cと同様に構成されているものであるが、同調回路14Aは復同調回路とされている。また、後述するように、同調回路12A〜14Cの同調用コンデンサはIC10に内蔵され、同調用コイルはIC10に外付けとされている。
また、VCO31において、所定の周波数の発振信号S31が形成される。このVCO31は、局部発振信号を形成するためのものであり、PLL30の一部を構成している。すなわち、VCO31の発振信号が可変分周回路32に供給されて1/N(Nは正の整数)の周波数の信号に分周され、この分周信号が位相比較回路33に供給される。さらに、外部から端子ピンT14を通じて信号形成回路34にクロック(周波数は1〜2MHz程度)が供給されて所定の周波数f34の信号に分周され、この分周信号が位相比較回路33に基準信号として供給される。
そして、位相比較回路33の比較出力がループフィルタ35に供給されて可変分周回路32の出力信号と、形成回路34の出力信号との位相差に対応してレベルの変化する直流電圧が取り出され、この直流電圧がVCO31に発振周波数f31の制御電圧として供給される。なお、フィルタ35には、端子ピンT15を通じて平滑用のコンデンサC11が外付けされる。
したがって、VCO31の発振周波数f31は、
f31=N・f34 ・・・ (1)
となるので、システム制御用のマイクロコンピュータ(図示せず)により分周比Nを制御すれば、VCO31の発振周波数f31を変更することができる。例えば、周波数f31は、受信バンドおよび受信周波数(受信チャンネル)に対応して1.8〜3.6GHzとされる。
そして、このVCO31の発振信号が可変分周回路36に供給されて1/M(例えば、M=2、4、8、16、32)の周波数に分周され、この分周信号が分周回路37に供給されて1/2の周波数で、かつ、位相が互いに直交する分周信号SLOI、SLOQに分周され、これら信号SLOI、SLOQがミキサ回路21I、21Qに局部発振信号として供給される。
ここで、
fLO:局部発振信号SLOI、SLOQの周波数
とすれば、
fLO=f31/(2M)
=N・f34/(2M)
=f34・N/(2M) ・・・ (2)
となる。したがって、分周比M、Nを変更することにより、局部発振周波数fLOを、所定の周波数ステップで広い範囲にわたって変更することができる。
また、
SRX:受信を希望する受信信号
SUD:イメージ妨害信号
とし、簡単のため、
SRX=ERX・sinωRXt
ERX:受信信号SRXの振幅
ωRX=2πfRX
fRX:受信信号SRXの中心周波数
SUD=EUD・sinωUDt
EUD:イメージ妨害信号SUDの振幅
ωUD=2πfUD
fUD:イメージ妨害信号SUDの中心周波数
とする。
さらに、局部発振信号SLOI、SLOQについて、
SLOI=ELO・sinωLOt
SLOQ=ELO・cosωLOt
ELO:信号SLOI、SLOQの振幅
ωLO=2πfLO
とする。
ただし、このとき、
ωIF=2πfIF
fIF:中間周波数。例えば、4〜5.5MHz(放送方式により変更する)
とすれば、アッパーヘテロダイン方式の場合には、
fRX=fLO−fIF
fUD=fLO+fIF
である。
したがって、ミキサ回路21I、21Qからは、次のような信号SIFI、SIFQが出力される。すなわち、
SIFI=(SRX+SUD)×SLOI
=ERX・sinωRXt×ELO・sinωLOt
+EUD・sinωUDt×ELO・sinωLOt
=α{cos(ωRX−ωLO)t−cos(ωRX+ωLO)t}
+β{cos(ωUD−ωLO)t−cos(ωUD+ωLO)t}
SIFQ=(SRX+SUD)×SLOQ
=ERX・sinωRXt×ELO・cosωLOt
+EUD・sinωUDt×ELO・cosωLOt
=α{sin(ωRX+ωLO)t+sin(ωRX−ωLO)t}
+β{sin(ωUD+ωLO)t+sin(ωUD−ωLO)t}
α=ERX・ELO/2
β=EUD・ELO/2
の信号SIFI、SIFQが取り出される。
そして、これら信号SIFI、SIFQが、映像中間周波信号および音声中間周波信号の占有帯域幅(例えば、6〜8MHz)に比べて広帯域のローパスフィルタ22に供給され、この結果、ローパスフィルタ22において、和の角周波数(ωRX+ωLO)、(ωUD+ωLO)の信号成分(および局部発振信号SLOI、SLOQ)が除去され、ローパスフィルタ22からは、
SIFI=α・cos(ωRX−ωLO)t+β・cos(ωUD−ωLO)t
=α・cosωIFt+β・cosωIFt ・・・ (3)
SIFQ=α・sin(ωRX−ωLO)t+β・sin(ωUD−ωLO)t
=−α・sinωIFt+β・sinωIFt ・・・ (4)
が取り出される。
そして、これら信号SIFI、SIFQが、後述する振幅位相補正回路23を通じて複素バンドパスフィルタ(ポリフェイズ・バンドパスフィルタ)24に供給される。この複素バンドパスフィルタ24は、
(a) バンドパスフィルタの周波数特性を有する。
(b) 信号SIFIと信号SIFQとの間に、90°の位相差を与える。
(c) 周波数軸上において、零周波数に対して対称の周波数f0と周波数−f0とを中心周波数とする2つのバンドパス特性を有するものであり、入力信号の相対位相によりこれを選択することができる。
の特性を有するものである。
したがって、複素バンドパスフィルタ24において、上記(b)、(c)項により信号SIFQが信号SIFIに対して90°遅相され、
SIFI=α・cosωIFt+β・cosωIFt ・・・ (5)
SIFQ=−α・sin(ωIFt−90°)+β・sin(ωIFt−90°)
=α・cosωIFt−β・cocωIFt ・・・ (6)
とされる。つまり、信号SIFIと、信号SIFQとの間では、信号成分α・cosωIFtは互いに同相であり、信号成分β・cocωIFtは互いに逆相である。
そして、この信号SIFI、SIFQがレベル補正用のアンプ25に供給されて信号SIFIと信号SIFQとが加算され、レベル補正アンプ25からは以下のような信号SIFが取り出される。
すなわち、
SIF=SIFI+SIFQ
=2α・cosωIFt
=ERX・ELO・cosωIFt ・・・ (7)
が取り出される。この取り出された信号SIFは、信号SRXをアッパーヘテロダイン方式で受信したときの中間周波信号にほかならない。そして、この中間周波信号SIFには、イメージ妨害信号SUDは含まれていない。なお、振幅位相補正回路23は、この(7)式が十分に成立するように、すなわち、イメージ妨害信号SUDが最小となるように、信号SIFI、SIFQの振幅および位相を補正するものである。
さらに、このとき、レベル補正用のアンプ25において、放送方式の違いにより信号SIFI、SIFQのレベルが異なっても、後述するAGC特性(特に、AGCの開始レベル)などが変化しないように、信号SIFのレベルが補正される。
そして、この中間周波信号SIFが、AGC用の可変利得アンプ26を通じ、さらに、直流分のカット用およびエリアジング用のバンドパスフィルタ27を通じて端子ピンT12に出力される。
したがって、分周比M、Nを変更すれば、(2)式にしたがって目的とする周波数(チャンネル)を選択することができ、端子ピンT12に出力された中間周波信号SIFを放送方式に対応して復調すれば、目的とする放送を視聴することができることになる。
こうして、このフロントエンド回路10のよれば、46〜887MHzという広い周波数範囲に対して、1チップICで対応できるる。また、広い周波数範囲に対して妨害特性を低下させることなく、より少ない部品点数で、フロントエンド回路10を実現できる。さらに、デジタル放送およびアナログ放送の放送方式の違いや、世界的な地域による放送方式の違いに対して、1つのフロントエンド回路10で対応することができる。
また、クロック信号の高調波などによる受信妨害が少なくなり、結果として受信感度が上昇する。さらに、PLL30は、コンデンサC11を除き、すべての回路部品がオンチップ化ができるので、外乱に強く、妨害発生の少ないPLLとすることができる。また、高周波アンプ13A〜13Cには、同調回路14A〜14Cがそれぞれ接続されるだけなので、負荷が軽く、高周波アンプ13A〜13Cを低歪みとすることができる。
〔1−1−1〕 AGCの例
AGC電圧VAGCが後述するベースバンド処理回路において形成され、このAGC電圧VAGCが端子ピンT16を通じてAGC用の可変利得アンプ26にその利得の制御信号として供給される。したがって、これにより通常のAGCが行われる。
また、例えば、目的とする受信信号SRXのレベルが大きすぎたり、受信信号SRXに大きなレベルの妨害波信号が混在している場合には、上記の通常のAGCでは対応しきれなくなる。そこで、ローパスフィルタ22から出力される信号SIFI、SIFQがレベル検出回路41に供給され、AGC用アンプ26においてAGCを行う以前の信号SIFI、SIFQのレベルが所定値を越えたか否かが検出される。そして、この検出信号と、端子ピンT16のAGC電圧VAGCとが加算回路42に供給され、その加算出力が形成回路43に供給されて遅延AGC電圧VDAGCが形成され、この遅延AGC電圧VDAGCが高周波アンプ13A〜13Cに利得の制御信号として供給され、遅延AGCが行われる。
したがって、希望する受信信号の強さと、受信を希望しない多くの信号の強さとのD/Uから最適なAGC動作ができるので、デジタル放送とアナログ放送、あるいはそれらが混在していても、希望する放送を良好に受信することができる。
〔1−1−2〕 テスト用・調整用電圧の例
ローパスフィルタ22から出力される信号SIFI、SIFQがリニア検波回路44に供給され、検波および平滑されることにより信号SIFI、SIFQのレベルを示す直流電圧V44とされ、この電圧V44が端子ピンT13に出力される。
この端子ピンT13に出力された直流電圧V44は、フロントエンド回路10のテスト時や調整時などに使用される。例えば、入力信号(受信信号)のレベルを広い周波数範囲にわたってチェックするときに使用することができ、すなわち、狭帯域の中間周波フィルタを通した出力と違い、アンテナ端子ピンT11からミキサ回路21I、21Qまでの信号ラインについて広帯域の減衰特性を直接チェックすることができる。
また、アンテナ同調回路12A〜12Cおよび段間同調回路14A〜14Cを調整する場合には、入力テスト信号をアンテナ端子ピンT11に加え、端子ピンT16に供給されるAGC電圧VAGCを所定値に固定すれば、直流電圧V44の変化からトラッキング調整を行うことができる。さらに、フロントエンド回路10の各機能の調整や特性の測定がデジタルデータにより行うことができ、自動調整および自動測定ができる。
〔1−1−3〕 定電圧回路
IC10には、定電圧回路53が設けられ、端子ピンT17から電源電圧+VCCが供給される。この定電圧回路53は、PN接合のバンドギャップを利用して電源電圧+VCCから所定の値の定電圧を形成するものであり、その形成された定電圧はIC10のそれぞれの回路に供給される。なお、定電圧回路53の出力電圧は微調整可能とされる。
したがって、各回路をMOS−FETにより構成した場合でも、それらの回路に供給される電圧を高めに設定することができ、MOS−FETの性能を最大限に引き出すことができる。
〔1−1−4〕 初期設定
上述の複素バンドパスフィルタ24の中心周波数および通過帯域幅、振幅位相補正回路23の補正量、レベル補正用アンプ25の利得は、受信するテレビ放送の放送方式に対応する必要があるので、可変とされるとともに、外部から設定できるようにされている。例えば、複素バンドパスフィルタ24の中心周波数は3.8〜5.5MHz、通過帯域は5.7〜8MHzの範囲で可変とされている。
そして、組み立て時や工場出荷時などに、これら回路23〜25の設定値が、端子ピンT18から不揮発性メモリ51に書き込まれる。また、同調回路12A〜12C、14A〜14Cのトラッキング用のデータ(同調周波数を微調整するデータ)や定電圧回路53の出力電圧を微調整するデータも、同様に端子ピンT18から不揮発性メモリ51に書き込まれる。したがって、それぞれの回路の特性を、受信するテレビ放送の放送方式に対応したものに設定することができる。
〔1−1−5〕 使用時の動作
このIC10を使用した受信機の電源が投入されたときも、不揮発性メモリ51の設定値がバッファメモリ52にコピーされ、このコピーされた設定値が回路12A〜12C、14A〜14C、23〜25、53のそれぞれにデフォルト値として供給される。
そして、ユーザがチャンネルを選択したときには、そのためのデータが、システム制御用のマイクロコンピュータ(図示せず)から端子ピンT19を通じてバッファメモリ52に供給されていったん保存され、この保存されたデータがスイッチ回路11、15、同調回路12A〜12C、14A〜14C、可変分周回路32、36に供給され、目的とするチャンネル(周波数)を含む受信バンドが選択されるとともに、その選択された受信バンドにおいて、目的とするチャンネルが選択される。
〔1−1−6〕 まとめ
図1に示すフロントエンド回路10によれば、(A)〜(C)項に示すように、46〜887MHzの周波数帯におけるテレビ放送を受信することができる。そして、そのとき、複素バンドパスフィルタ24の中心周波数および通過帯域幅が可変とされているの、国内の地上デジタルテレビ放送や地上アナログテレビ放送だけでなく、国外のデジタルテレビ放送やアナログテレビ放送にも対応できる。
〔1−2〕 ベースバンド処理回路の例
図2は、ベースバンド処理回路の一例を示し、これはフロントエンド回路10から出力される中間周波信号SIFを処理してカラー映像信号および音声信号を出力するものである。すなわち、図2において、鎖線で囲った部分60が、そのベースバンド処理回路を示し、これは1チップICにIC化されている。また、このIC(ベースバンド処理回路)60は、外部接続用の端子ピンT61〜T67を有する。
そして、フロントエンド回路10の端子ピンT12から出力された中間周波信号SIFが、端子ピンT61からA/Dコンバータ回路61に供給されてデジタル中間周波信号にA/D変換され、このデジタル中間周波信号SIFが、フィルタ62により不要な周波数成分を除去される。
そして、デジタルテレビ放送の受信時には、フィルタ62からのデジタル中間周波信号SIFが復調回路63に供給されてベースバンドのデジタル信号が復調されて取り出され、この復調出力がエラー訂正回路64に供給されてエラー訂正されたデータストリームとされ、このデータストリームが端子ピンT62に出力される。したがって、この端子ピンT62の信号を、その放送方式にしたがってデコードすれば、もとのカラー映像信号および音声信号を得ることができる。
また、アナログテレビ放送の受信時には、フィルタ62からのデジタル中間周波信号SIFが映像中間周波フィルタ71に供給されてデジタル映像中間周波信号が取り出され、この信号がゴースト除去回路72においてゴースト成分が除去されてから復調回路73に供給されてデジタルカラー映像信号が復調される。そして、このデジタ信号がD/Aコンバータ回路74に供給されてアナログカラー映像信号にD/A変換され、このカラー映像信号が端子ピンT63に出力される。
さらに、アナログテレビ放送の受信時には、フィルタ62からのデジタル中間周波信号SIFが音声中間周波フィルタ81に供給されてデジタル音声中間周波信号が取り出され、この信号が復調回路82に供給されてデジタル音声信号が復調される。そして、このデジタ音声信号がD/Aコンバータ回路84に供給されて左および右チャンネルの音声信号にD/A変換され、これら音声信号が端子ピンT64、T65に出力される。
また、AGC電圧形成回路91においてAGC電圧VAGCが形成され、このAGC電圧VAGCが端子ピンT67に出力されてフロントエンド回路10の端子ピンT16に供給され、上記のように通常のAGCおよび遅延AGCが行われる。
さらに、クロック形成回路92において、所定の周波数のクロックが形成され、このクロックがベースバンド処理回路60の各部に供給されるとともに、端子ピンT66を通じて、さらに、フロントエンド回路10の端子ピンT14を通じて信号形成回路34に供給される。
したがって、クロックの高調波などによる受信妨害が少なくなり、結果として受信感度が上昇する。
〔2〕 高周波段の具体例
図3は、フロントエンド回路10におけるスイッチ回路11からスイッチ回路15までの高周波信号系の一例を示す。なお、この高周波信号系もバランス型に構成されている。
すなわち、アンテナANTの受信信号が、バランBLNにより平衡な受信信とされてから端子ピンT11、T11を通じてスイッチ回路11に供給される。このスイッチ回路11は、等価的に図1に示すように構成され、端子ピンT11、T11を通じて供給された受信信号をアンテナ同調回路12A〜12Cに選択的に供給するものである。
このため、スイッチ回路11の第1の出力端TAが、高周波アンプ13Aの入力端に接続されるとともに、その第1の出力端TAと高周波アンプ13Aの入力端との間の信号ラインに、アンテナ同調回路12Aが並列接続される。この場合、同調回路12Aは、同調用コイルL12Aが端子ピンを通じてIC10に外付けされるとともに、同調用コンデンサC12AがIC10に内蔵されて構成される。なお、後述するように、コンデンサC12Aの容量はデジタルデータにより変更されて同調周波数が変更される。
さらに、高周波アンプ13Aの出力端が、同調用コンデンサC143、C144を通じて入力バッファ回路15Aの入力端に接続されるとともに、高周波アンプ13Aの出力端に、同調用コイルL141および同調用コンデンサC141が並列接続され、入力バッファ回路15Aの入力端に、同調用コイルL142および同調用コンデンサC142が並列接続されて、段間同調回路14Aが復同調形式に構成される。
なお、このとき、コイルL141、L142は、端子ピンを通じてIC10に外付けされる。また、コンデンサC141〜C144は、IC10に内蔵されるとともに、それらの容量はデジタルデータにより変更されて同調周波数が変更される。こうして、(A)項に示すVLバンドの高周波段が構成される。
さらに、スイッチ回路11の第2の出力端TBが、高周波アンプ13Bの入力端に接続されるとともに、その第2の出力端TBと高周波アンプ13Bの入力端との間の信号ラインに、アンテナ同調回路12Bが並列接続される。
また、高周波アンプ13Bの出力端が入力バッファ回路15Bの入力端に接続されるとともに、これらの間の信号ラインに、同調用コイルL14Bおよび同調用コンデンサC14Bが並列接続されて、段間同調回路14Bが構成される。なお、このとき、コイルL12B、L14Bは端子ピンを通じてIC10に外付けされ、コンデンサC12B、C14BはIC10に内蔵されるとともに、それらの容量はデジタルデータにより変更されて同調周波数が変更される。こうして、(B)項に示すVHバンドの高周波段が構成される。
さらに、スイッチ回路11の第3の出力端TCが、高周波アンプ13Cを通じて入力バッファ回路15Cの入力端に接続されるとともに、高周波アンプ13Cの入力端アンテナ同調回路12Cが並列接続され、入力バッファ回路14Cの入力端に段間同調回路14Cが並列接続される。この場合、同調回路12Cは、同調用コイルL12Cが端子ピンを通じてIC10に外付けされるとともに、同調用コンデンサC12CがIC10に内蔵されて構成される。また、同調回路14Cは、同調用コイルL14Cが端子ピンを通じてIC10に外付けされ、同調用コンデンサC14CがIC10に内蔵されて構成される。こうして、(C)項に示すUバンドの高周波段が構成される。
そして、入力バッファ回路15A〜15Cの出力端が接続点P15、P15に共通に接続されるとともに、ミキサ回路21I、21Qの入力端に接続される。また、形成回路43から高周波アンプ13A〜13Cに遅延AGC電圧VDAGCが供給される。
さらに、バッファメモリ52からスイッチ回路11に受信バンドの切り換え信号SBANDが供給されるとともに、この切り換え信号SBANDが、入力バッファ回路15A〜15Cにそれらの動作の許可・禁止の制御信号として供給され、入力バッファ回路15A〜15Cは、スイッチ回路11の切り換えに連動して制御される。つまり、入力バッファ回路15A〜15Cにより、スイッチ回路15が構成される。
このような構成によれば、切り換え信号SBANDにより、例えば(A)項に示すVLバンドの受信が選択されている場合には、スイッチ回路11から同調回路12Aに受信信号が供給されるとともに、入力バッファ回路15Aの動作が許可されるが、同調回路12B、12Cに受信信号は供給されず、かつ、入力バッファ回路15B、15Cは動作が禁止される。
したがって、(A)項に示すVLバンドの受信が可能となり、同調回路12A、14Aにより選択されたチャンネル(周波数)が接続点P15、P15に出力され、ミキサ回路21I、21Qに供給される。そして、(B)項および(C)項の受信バンドの受信時についても同様の動作が行われる。
こうして、図3に示す高周波段によれば、(A)〜(C)項の受信バンドが選択されるとともに、その選択された受信バンドにおけるチャンネルを選択することができる。そして、この場合、高周波アンプ13A〜13Cには、同調回路14A〜14Cがそれぞれ接続されるだけなので、負荷が軽く、高周波アンプ13A〜13Cを低歪みとすることができる。
〔3〕 この発明による可変容量回路の例
〔3−1〕 具体例(その1)
図4は、この発明による可変容量回路の一例を示す。この可変容量回路は、上述した同調回路12A〜12C、14A〜14Cの可変コンデンサC12A〜12C、C141、C142、C14B、C14Cとして使用できるものである。なお、この例においては、容量の制御信号が(n+1)ビットのデジタルデータであり、2の(n+1)乗とおりの容量に変更できる場合である。
すなわち、図4において、ホット側の端子T1と、接地側の端子T0との間に、コンデンサCiと、NチャンネルのMOS−FET(Qi)のドレイン・ソース間とが直列接続される。なお、i=0〜nである。また、FET(Qi)のバックゲートは端子T0に接続され、この端子T0は接地される。
さらに、バイアス端子T3と端子T0との間に、PチャンネルのMOS−FET(Pi)のドレイン・ソース間と、NチャンネルのMOS−FET(Mi)のソース・ドレイン間とが直列接続されるとともに、それらのゲートが互いに接続されてCMOS型のインバータAiが構成される。そして、FET(Pi、Mi)のソースがプルアップ用の抵抗器Riを通じてFET(Qi)のドレインに接続される。また、FET(Qi、Pi、Mi)のゲートに、容量の制御用のデジタルデータのビットbiが供給される。
なお、コンデンサC0〜Cnの値は、
Ci=C0×2のi乗 ・・・ (8)
とされる。一例として、同調回路12A〜12C、14A〜14Cの可変コンデンサの場合には、n=8とされる。
このような構成によれば、b0=“H”のときには、FET(Q0)がオンとなり、コンデンサC0が端子T1と端子T0との間に接続されることになる。しかし、b0=“L”のときには、FET(Q0)がオフとなり、コンデンサC0は端子T1と端子T0との間に接続されなくなる。
そして、FET(Q1〜Qn)およびビットb1〜bnについても同様の動作が行われるとともに、FET(Q0〜Qn)のオン・オフは、ビットb0〜bnの“H”レベルおよび“L”レベルに対応し、2の(n+1)乗の組み合わせがあるので、端子T1と端子T0との間の容量CVRは、
CVR=0
から
CTTL=CAP+C0×(2の(n+1)乗−1)
までの範囲を、容量C0を単位として2の(n+1)乗のステップにわたって変化することになる。
したがって、図の回路は、デジタルデータb0〜bnにより端子T1と端子T0との間の容量CVRを、必要な変化量C0ずつ任意の容量に変更可能な可変容量回路として作用することになる。
そして、この可変容量回路によれば、bi=“L”であってFET(Qi)がオフの場合には、FET(Pi)がオンで、FET(Mi)がオフなので、端子T3のバイアス電圧+VDDがFET(Pi)を通じて、さらに、抵抗器Riを通じてFET(Qi)のドレインに供給されるので、このドレインは端子T3の電圧+VDDにプルアップされる。
したがって、例えば図9Cに示すように、また、図4に破線で示すように、FET(Q0)に寄生ダイオードDPRを生じても、この寄生ダイオードDPRは抵抗器Riを通じて逆バイアスされるので、その逆バイアス電圧+VDDを所定値に設定しておれば、寄生ダイオードDPRの接合容量は小さくなるとともに、入力信号に対する接合容量の変化も小さくなり、したがって、歪みの発生を抑えることができる。
一方、bi=“H”であってFET(Qi)がオンの場合には、FET(Pi)はオフなので、端子T3のバイアス電圧+VDDが、FET(Pi)を通じて抵抗器Riにリークしたとしても、これはオフであるFET(Pi)のリーク電流にすぎないので、無視できる。したがって、抵抗器Riの値を大きくする必要がないので、IC化した場合、抵抗器Riの占める面積が少なく、IC化にとって有利である。
こうして、図4の可変容量回路によれば、デジタルデータ(ビットb0〜bn)により容量CVRを変更できるとともに、入力信号の歪みを抑えることができる。また、可変容量ダイオードの場合のような高い逆バイアス電圧も不要であり、消費電流も少なく、IC化にも適している。
〔3−2〕 具体例(その2)
図4の可変容量回路においては、FET(Qi)がオフの場合、FET(Pi)がオンなので、端子T1→コンデンサCi→抵抗器Ri→FET(Pi)→端子T3の経路が形成されるので、抵抗器Riの値を十分に大きくしておかないと、端子T1と端子T0との間の容量CVRのQ値を下げてしまう。しかし、ICにおいて、大きな値の抵抗器を形成すると、その占有面積が大きくなるので、ICにとって好ましくない。
そこで、図5に示す可変容量回路においては、そのような問題をも考慮した場合である。すなわち、図5に示す可変容量においては、図4における可変容量回路の抵抗器Riに代わってNチャンネルのMOS−FET(Ni)が設けられ、そのソースがFET(Pi、Mi)のソースに接続され、FET(Ni)のドレインがFET(Qi)のドレインに接続される。
また、FET(Ni)のゲートが端子T3に接続されてバイアス電圧+VDDが供給され、そのバックゲートは端子T0に接続される。なお、FET(Ni)の占有面積は、FET(Qi)に比べて十分に小さく、例えば最小サイズとされる。
このような構成によれば、制御用のビットbiが“L”レベルの場合には、図6Aに示すように、FET(Qi)はオフとなるので、端子T1とT0との間には、コンデンサCiは接続されていないことになる。
そして、この場合、ビットbiにより、FET(Pi)はオン、FET(Mi、Ni)はオフであるが、端子T3→FET(Ni)のゲート・ドレイン間→FET(Qi)のドレイン・ソース間→端子T0の経路にリーク電流が流れ、FET(Qi)、すなわち、寄生ダイオードDPRは電圧(VDD−VGS)に逆バイアスされる。なお、電圧VGSは、FET(Qi)のリーク電流と、FET(Ni)のリーク電流とから求まるFET(Ni)のゲート・ソース間電圧である。
したがって、大振幅の入力信号が供給されると、FET(Ni)はリーク電流でバイアスされているので、整流作用を生じ、歪みが発生するはずであるが、FET(Ni)は十分に小さくされているので、リーク電流に起因して整流作用を生じても、歪みの発生を小さくすることができる。また、入力信号が整流されてFET(Qi)の寄生ダイオードDPRに直流電圧が印加されるが、この直流電圧は、電圧(VDD−VGS)に比べ十分に小さいので、入力信号の振幅が変化しても、寄生ダイオードDPRの容量の変動は十分に小さく、歪みを十分に小さく抑えることができる。
一方、制御用のビットbiが“H”レベルの場合には、図6Bに示すように、FET(Qi)はオンとなるので、端子T1とT0との間には、コンデンサCiが接続されたことになる。なお、このとき、ビットbiによりFET(Pi)はオフ、FET(Mi、Ni)はオンであり、FET(Ni)は、FET(Mi)を通じてFET(Qi)に並列接続されることになるので、FET(Ni)は動作に影響を与えることはない。
そして、FET(Ni)は、図4におけるプルアップ用の抵抗器Riとして作用しているが、FET(Qi)に比べて十分に小さい占有面積としているので、すなわち、FETとして最小サイズとしているので、IC化に適している。
また、FET(Qi)のゲート幅を、このFET(Qi)に接続されたコンデンサCiの値に比例させることにより可変容量としてのQ値を一定に保つことができる。
〔3−3〕 具体例(その3)
図7は、図5に示す可変容量回路をバランス型に構成した場合である。すなわち、端子T1と端子T2との間に、第1のコンデンサCiと、FET(Qi)のドレイン・ソース間と、第2のコンデンサCiとが直列接続される。また、FET(Qi)のバックゲートは、接地端子T0に接続される。
さらに、FET(Pi、Mi)によりCMOS型のインバータAiが構成され、電源端子T3および接地端子T0により動作電圧+VDDが供給される。そして、FET(Pi、Mi)のソースがFET(Ni、Ni)のソースに接続され、これらFET(Ni、Ni)のドレインがFET(Qi)のドレインおよびソースにそれぞれ接続される。また、FET(Ni、Ni)のゲートが端子T3に接続されてバイアス電圧+VDDが供給され、そのバックゲートは端子T0に接続される。なお、FET(Ni)の占有面積は、FET(Qi)に比べて十分に小さくされる。
また、FET(Qi、Pi、Mi)のゲートに、容量の制御用のデジタルデータのビットbiが供給される。
このような構成によれば、FET(Qi、Qi)がビットbiにより図5の可変容量回路と同様に制御されるので、端子T1とT2との間に、バランス型の可変容量を得ることができる。
そして、この場合、1対のコンデンサCi、Ciを1つのFET(Qi)により制御しているので、図5の場合に比べ、Q値を約2倍にすることができる。また、FET(Qi)の寄生ダイオードDPRに逆バイアス電圧を供給する場合、図4のように抵抗器Riにより供給すると、その抵抗器Riの数が2倍になるので、よりIC化に不利であるが、図7の回路においては、最小サイズのFET(Ni、Ni)とすることができるので、IC化に適している。
〔3−4〕 具体例(その4)
図7の可変容量回路においては、図9Cにより説明したように、また、図8にも示すように、FET(Qi)がオフのとき、FET(Qi)に寄生ダイオードDPR、DPRを生じるとともに、この寄生ダイオードDPR、DPRにリーク電流が流れる。このリーク電流は、温度による変化が極めて大きく、FET(Qi、Ni、Ni)のサイズおよび特性によっては、低温では、FET(Ni、Ni)のドレイン・ソース間のリーク電流よりも小さく、高温では逆転する現象を生じることがある。
この結果、FET(Qi)に印加される電圧は、低温ではほぼ電圧VDDであるが、ある温度TTHよりも高温になると、電圧(VDD−VGS)となってしまうので、寄生ダイオードDPR、DPRにおける接合容量が、温度TTHを境に本来の温度変化よりもさらに大きく変化してしまう。
図8は、図7の可変容量回路において、そのような温度による容量変化を抑えるようにした場合である。このため、図8の回路においては、FET(Qi)のドレインおよびソースと、端子T0との間に、FET(Bi、Bi)のドレイン・ソース間が接続されるとともに、そのデータが端子T0に接続される。なお、FET(Ni、Ni)のゲートは、端子T4に接続され、0ないし正の温度係数を持つ電圧+VGが供給される。
したがって、FET(Ni、Ni)には、FET(Q0)へのリーク電流に加えてFET(Bi、Bi)のリーク電流も流れるので、低温時にFET(Ni、Ni)に流れるリーク電流も増加し、この結果、寄生ダイオードDPR、DPRには、低温時でも電圧(VDD−VGS)が印加されることになるので、温度特性が改善される。
また、FET(Ni、Ni)のゲートに、0ないし正の温度係数を持つ電圧+VGを供給することのより、寄生ダイオードDPR、DPRの接合容量の温度特性(これは、通常、正の温度特性を持つ)と、FET(Ni)のゲート・ソース間電圧VGSと、FET(Bi、Bi)を流れる電流の温度特性とを考慮して電圧VGを温度特性を設定すれば、寄生ダイオードDPR、DPRの温度変化をほとんどなくすことができる。
さらに、電圧VGの温度係数を増加させることにより、端子T1と端子T2との間に並列に接続される浮遊容量や静電保護対策ダイオードの容量の温度変化もキャンセルすることができる。
〔4〕 まとめ
上述の可変容量回路についてまとめると、以下のとおりである。すなわち、
(11) デジタルデータ(ビットb0〜bn)により容量CVRを変更できる。
(12) 入力信号の歪みを抑えることができる。
(13) 消費電流も少なく、IC化にも適している。
(14) Q値および可変容量比の大きい可変容量回路を実現できる。
(15) IC化した場合、占有面積を比較的小さくできる。
(16) 温度変化に対する容量変化の小さい可変容量回路を実現できる。
(17) 他の回路の容量の温度による変化も吸収することもでき、回路全体の温度特性が良好になる。
(18) 温度係数の変更は、FET(Ni、Ni)のゲートに供給される電圧VGを変化させるだけでよく、電源の負担は0に等しい。したがって、温度係数の異なった電源が必要な場合、対処が容易である。
(19) 可変範囲が大きく、Q値の高い可変容量を実現できるので、これを使用した同調回路やフィルタは損失が小さく、選択度に優れたフィルタ特性を実現できる。
(20) 可変容量ダイオードのような高い電圧を必要とせず、素子はすべて低電圧で動作することができるので、IC化した場合、電源は低い電圧ですみ、低消費電力化が可能となる。
(21) 低歪のフィルタを実現できるので、受信機の妨害特性を劣化させずに、受信機をIC化できる。
〔5〕 その他
上述において、局部発振信号SLOI、SLOQおよび複素バンドパスフィルタ24により信号SIFI、SIFQにおける受信信号SRXの中間周波信号成分を逆相とし、イメージ妨害信号SUDの中間周波信号成分を同相とすることもでき、その場合には、信号SIFIと信号SIF1との減算を行えば、受信信号SRXの中間周波信号SIFを得ることができる。
つまり、信号SIFI、SIFQにおいて、受信信号の中間周波信号成分と、イメージ妨害信号の中間周波信号成分とが互いに逆相になるように、局部発振信号SLOI、SLOQの位相関係および複素バンドパスフィルタ24における移相を設定し、信号SIFI、SIFQの加算あるいは減算をすればよい。
また、複素バンドパスフィルタ24と振幅位相補正回路23との接続位置を逆にすることもできる。
さらに、アンプ25において、(5)式から(6)式を減算すれば、
SIF=SIFI−SIFQ
=2β・cosωIFt
=EUD・ELO・cosωIFt ・・・ (9)
となり、イメージ妨害信号SUDを取り出すことができるので、これによりイメージ妨害信号SUDが最小となるように、振幅位相補正回路23において、信号SIFI、SIFQの振幅および位相を補正することができる。
〔略語の一覧〕
A/D :Analog to Digital
AGC :Automatic Gain Control
CMOS :Complementary MOS
D/A :Digital to Analog
D/U :Desire to Undesire ratio
FET :Field Effect Transistor
IC :Integrated Circuit
MOS :Metal Oxide Semiconductor
NTSC :National Television System Committee
PAL :Phase Alternation by Line
PLL :Phase Locked Loop
SECAM:Sequential a Memoire Color Television System
VCO :Voltage Controlled Oscillator
フロントエンド回路の一形態を示す系統図である。 図1の回路に接続できるベースバンド処理回路の一形態を示す系統図である。 フロントエンド回路の高周波段の一形態を示す接続図である。 この発明による可変容量回路の一形態を示す接続図である。 この発明による可変容量回路の他の形態を示す接続図である。 図5の回路を説明するための接続図である。 可変容量回路の他の形態を示す接続図である。 可変容量回路の他の形態を示す接続図である。 この発明を説明するための接続図である。 この発明を説明するための接続図である。
符号の説明
10…フロントエンド回路(IC)、12A〜12C…アンテナ同調回路、13A〜13C…高周波アンプ、14A〜14C…段間同調回路、15A〜15C…入力バッファ回路、16A〜16C…電圧比較回路、17A〜17C…バッファ回路、21Aおよび21B…ミキサ回路、22…ローパスフィルタ、23…振幅位相補正回路、24…複素バンドパスフィルタ、25…レベル補正アンプ、26…可変利得アンプ、27…バンドパスフィルタ、30…PLL、37…分周回路、41…レベル検出回路、43…遅延AGC電圧形成回路、44…リニア検波回路、51…不揮発性メモリ、52…バッファメモリ、53…定電圧回路、60…ベースバンド処理回路(IC)

Claims (6)

  1. 第1の端子と、第2の端子との間に、コンデンサと、MOS−FETのドレイン・ソース間との直列回路の複数個が並列接続され、
    上記直列回路のそれぞれにおいて、インバータの出力端と、上記コンデンサおよび上記MOS−FETの接続点との間に、抵抗器が接続され、
    容量制御用のデジタルデータの各ビットが、上記直列回路のそれぞれにおける上記MOS−FETのゲートおよび上記インバータに供給され、
    上記第1の端子と、第2の端子との間に、上記デジタルデータの値に対応して変化する容量を得る
    ようにした可変容量回路。
  2. 第1の端子と、第2の端子との間に、コンデンサと、第1のMOS−FETのドレイン・ソース間との直列回路の複数個が並列接続され、
    上記直列回路のそれぞれにおいて、インバータの出力端と、上記コンデンサおよび上記第1のMOS−FETの接続点との間に、第2のMOS−FETのドレイン・ソース間が接続され、
    容量制御用のデジタルデータの各ビットが、上記直列回路のそれぞれにおける上記第1のMOS−FETのゲートおよび上記インバータに供給され、
    上記第1の端子と、第2の端子との間に、上記デジタルデータの値に対応して変化する容量を得る
    ようにした可変容量回路。
  3. 請求項2に記載の可変容量回路において、
    上記第1のMOS−FETのゲート幅を、この第1のMOS−FETに接続されたコンデンサの値に比例させ、
    上記第1の端子と、第2の端子との間に得られる可変容量のQ値を一定に保つ
    ようにした可変容量回路。
  4. 第1の端子と、第2の端子との間に、第1コンデンサと、MOS−FETのドレイン・ソース間と、第2のコンデンサとの直列回路の複数個が並列接続され、
    上記直列回路のそれぞれにおいて、インバータの出力端と、上記MOS−FETのドレインとの間に第1の抵抗器が接続されるとともに、
    上記インバータの出力端と、上記MOS−FETのソースとの間に第2の抵抗器が接続され、
    容量制御用のデジタルデータの各ビットが、上記直列回路のそれぞれにおける上記MOS−FETのゲートおよび上記インバータに供給され、
    上記第1の端子と、第2の端子との間に、上記デジタルデータの値に対応して変化する容量を得る
    ようにした可変容量回路。
  5. 請求項1に記載の可変容量回路において、
    上記抵抗器により得られるプルアップ電圧が正の温度係数となる
    ように設定した可変容量回路。
  6. 請求項4に記載の可変容量回路において、
    上記第1および第2の抵抗器により得られるプルアップ電圧が正の温度係数となる
    ように設定した可変容量回路。
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