JP4816473B2 - 無線受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウルトラワイドバンド通信の無線信号を受信する無線受信装置に関する。

近年、高速無線伝送方式の一つとして、所定の周期タイミングに同期したパルス信号からなるパルス信号列を用いて超広帯域な通信を行うウルトラワイドバンド（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）通信方式が注目されている。ＵＷＢ通信の一態様では、搬送波を用いず、例えばパルス幅が１ｎｓｅｃ以下等の極めて細かいパルス信号からなるパルス信号列を用いて通信を行うものがある（例えば、特許文献１参照。）。

図１５は、背景技術に係るＵＷＢ通信の無線受信装置１００を示すブロック図である。図１５に示す無線受信装置１００は、ＵＷＢ通信による無線送信装置から送られてきたＵＷＢ通信信号を受信するアンテナ１０１と、アンテナ１０１で受信されたＵＷＢ通信信号を増幅する増幅器１０２と、その無線送信装置でＵＷＢ通信信号を生成するために用いられたものと同じ既知のＰＮ（Pseudorandom Noise）コードに対応するデコード制御信号を生成するデコーダソース１０３と、受信した信号の各パルスと実質的に等価な波形を有するテンプレート信号のパルス列を含む周期タイミング信号を発生する調整可能時間ベース１０４と、デコード制御信号及び周期タイミング信号に基づき無線送信装置の既知のＰＮコードと時間的に一致したデコード信号を生成するデコード時間変調器１０５と、増幅器１０２で増幅された受信信号とデコード信号との相関を取って相関電圧を生成する相関器１０６と、その相関電圧を調整可能時間ベース１０４へフィードバックするローパスフィルタ１０７と、相関電圧からサブキャリアを除去して受信データを復元する復調器１０８とを備えている。

そして、相関器１０６によって、増幅器１０２で増幅された受信信号と、無線送信装置の既知のＰＮコードと時間的に一致したデコード信号との間で相関が取られることにより、復調器１０８で受信信号が復調されるようになっている。
特表平１０−５０８７２５号公報

ところで、上述のような無線受信装置１００では、アンテナ１０１を用いて受信した非常に微細なパルス信号に信号処理を施すため、増幅器１０２の電力増幅率を大きくする必要があり、増幅器１０２での消費電力が大きいという不都合があった。

本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、受信信号の信号増幅部における消費電力を低減することができる無線受信装置を提供することを目的とする。

本発明に係る無線受信装置は、所定の周期でパルスが配置されると共に所定のデータを収容する無線通信用の信号を受信する受信部と、前段の第１増幅回路及び後段の第２増幅回路が直列に接続された第１多段増幅回路を備え、当該第１多段増幅回路によって前記受信部で受信された信号を増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部により増幅された信号を、前記周期における一部の期間であるウィンドウ期間において積分する積分部と、前記受信部で受信された信号における前記パルスのタイミングと前記ウィンドウ期間のタイミングとを同期させる同期部と、前記積分部により得られた積分値に基づいて前記無線通信用の信号を復調して前記データを取得する復調部と、前記パルスのタイミングと同期したウィンドウ期間である同期ウィンドウ期間において前記第２増幅回路に前記増幅動作を行わせ、前記第１増幅回路を、前記第２増幅回路の動作開始タイミングより予め設定された設定時間早いタイミングから動作開始させて前記同期ウィンドウ期間に前記増幅動作を行わせる増幅動作制御部とを備える。

この構成によれば、受信部によって、所定の周期でパルスが配置された無線通信用の信号が受信される。また、増幅動作制御部によって、後段の第２増幅回路を動作開始させるより予め設定された設定時間早いタイミングで前段の第１増幅回路の動作が開始される。そうすると、第１増幅回路の動作開始時に生じたスイッチングノイズが第２増幅回路によって増幅されることが低減されるので、第１増幅回路のスイッチングノイズの影響を低減することができる。その後、増幅動作制御部によって、パルスのタイミングと同期したウィンドウ期間である同期ウィンドウ期間において、第１及び第２増幅回路によって増幅された信号が、積分部によって積分される。この場合、信号増幅部の信号増幅率は、第１増幅回路の増幅率と第２増幅回路の増幅率との乗算によって得られるので、第２増幅回路の増幅率の信号増幅率は、信号増幅部の信号増幅率より小さくなる。そうすると、信号増幅部を単一の増幅回路で構成した場合と比べて第２増幅回路が動作開始する際に生じるスイッチングノイズが低減される。そして、このようにスイッチングノイズが低減された信号が積分部により積分され、その積分値に積分値に基づいて無線通信用の信号が復調されるので、信号増幅部で生じるスイッチングノイズを低減しつつ無線通信用の信号を復調することができる。また、第１増幅回路における増幅動作は、同期ウィンドウ期間に設定時間を加えた期間において実行され、第２増幅回路における増幅動作は、同期ウィンドウ期間において実行されるので、同期ウィンドウ期間以外の期間における信号増幅のための消費電力が低減される結果、受信信号の信号増幅部における消費電力を低減することができる。

また、前記第２増幅回路の増幅率は、前記第１増幅回路の増幅率よりも小さい値に設定されていることが好ましい。この構成によれば、第２増幅回路の動作開始時に生じるスイッチングノイズは、第１増幅回路の動作開始時に生じるスイッチングノイズより小さくなるので、信号増幅部で生じるスイッチングノイズを低減しつつ無線通信用の信号を復調することが容易となる。

また、前記第１増幅回路は、複数の増幅器が直列接続された多段増幅回路であることが好ましい。この構成によれば、増幅器の数を増加させることにより第１増幅回路の信号増幅率を増大させることができるので、第１増幅回路の増幅率を第２増幅回路の増幅率より増大させることが容易である。

また、前記設定時間は、前記第１増幅回路が増幅動作を開始する際に生じるスイッチングノイズの継続時間と実質的に同一の時間に設定されていることが好ましい。前記設定時間が、第１増幅回路が増幅動作を開始する際に生じるスイッチングノイズの継続時間と実質的に同一の時間に設定されていれば、第１増幅回路の動作開始時に生じたスイッチングノイズが第２増幅回路によって増幅されることを低減しつつ、不必要に長時間第１増幅回路を動作させて消費電流が増大するおそれを低減することができる。

また、前記第１増幅回路から前記第２増幅回路へ出力される信号の電圧範囲を、予め設定された設定範囲に制限するクランプ回路をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、クランプ回路によって、第１増幅回路が増幅動作を開始する際に生じたスイッチングノイズの電圧範囲が、予め設定された設定範囲に制限されるので、第１増幅回路の動作開始時に生じたスイッチングノイズが第２増幅回路によって増幅されることを低減することができる。

また、前記クランプ回路は、前記第１増幅回路と前記第２増幅回路との間にアノードが接続され、グラウンドにカソードが接続されたダイオードにより構成されていることが好ましい。この構成によれば、ダイオードのみによってクランプ回路を構成することができるので、クランプ回路を簡素化することができる。

また、前記信号増幅部は、電気的特性が前記第１増幅回路と実質的に同一に構成された第３増幅回路をさらに備え、前記第３増幅回路の信号入力端子には、前記受信部の出力インピーダンスと実質的に同一のインピーダンスが接続され、前記増幅動作制御部は、前記第３増幅回路を前記第１増幅回路と同一のタイミングで動作させ、前記第２増幅回路は、前記第１増幅回路の出力信号と前記第３増幅回路の出力信号との差を増幅する。

この構成によれば、電気的特性が第１増幅回路と実質的に同一に構成された第３増幅回路の信号入力端子に受信部の出力インピーダンスと実質的に同一のインピーダンスが接続され、増幅動作制御部によって第３増幅回路が第１増幅回路と同一のタイミングで動作されるので、第１及び第３増幅回路において生じるスイッチングノイズは略同一となる。そして、第２増幅回路によって、第１増幅回路の出力信号と前記第３増幅回路の出力信号との差が増幅される。第１及び第３増幅回路において生じるスイッチングノイズは略同一であるから、第１増幅回路の出力信号と前記第３増幅回路の出力信号との差をとると、スイッチングノイズが相殺されて低減される。

また、前記信号増幅部は、前記第１及び第２増幅回路とそれぞれ電気的特性が実質的に同一に構成された前段の第３及び後段の第４増幅回路が、直列に接続された第２多段増幅回路をさらに備え、前記第３増幅回路の信号入力端子には、前記受信部の出力インピーダンスと実質的に同一のインピーダンスが接続され、前記増幅動作制御部は、前記第３増幅回路を前記第１増幅回路と同一のタイミングで動作させ、前記第４増幅回路を前記第２増幅回路と同一のタイミングで動作させ、前記第２及び第４増幅回路の出力信号を差動信号として出力するようにしてもよい。

この構成によれば、電気的特性が第１増幅回路と実質的に同一に構成された第３増幅回路の信号入力端子に受信部の出力インピーダンスと実質的に同一のインピーダンスが接続され、増幅動作制御部によって第３増幅回路が第１増幅回路と同一のタイミングで動作されるので、第１及び第３増幅回路において生じるスイッチングノイズは略同一となる。そして、電気的特性が第２増幅回路と実質的に同一に構成された第４増幅回路が、増幅動作制御部によって第２増幅回路と同一のタイミングで動作されるので、第４増幅回路の出力信号に含まれるスイッチングノイズ成分は、第２増幅回路の出力信号に含まれるスイッチングノイズ成分と略同一となる。さらに、第２及び第４増幅回路の出力信号が差動信号として出力されるので、差動信号に含まれるスイッチングノイズが相殺されて低減される。

このような構成の無線受信装置は、受信部によって、所定の周期でパルスが配置された無線通信用の信号が受信される。また、増幅動作制御部によって、後段の第２増幅回路を動作開始させるより予め設定された設定時間早いタイミングで前段の第１増幅回路の動作が開始される。そうすると、第１増幅回路の動作開始時に生じたスイッチングノイズが第２増幅回路によって増幅されることが低減されるので、第１増幅回路のスイッチングノイズの影響を低減することができる。その後、増幅動作制御部によって、パルスのタイミングと同期したウィンドウ期間である同期ウィンドウ期間において、第１及び第２増幅回路によって増幅された信号が、積分部によって積分される。この場合、信号増幅部の信号増幅率は、第１増幅回路の増幅率と第２増幅回路の増幅率との乗算によって得られるので、第２増幅回路の増幅率の信号増幅率は、信号増幅部の信号増幅率より小さくなる。そうすると、信号増幅部を単一の増幅回路で構成した場合と比べて第２増幅回路が動作開始する際に生じるスイッチングノイズが低減される。そして、このようにスイッチングノイズが低減された信号が積分部により積分され、その積分値に積分値に基づいて無線通信用の信号が復調されるので、信号増幅部で生じるスイッチングノイズを低減しつつ無線通信用の信号を復調することができる。また、第１増幅回路における増幅動作は、同期ウィンドウ期間に設定時間を加えた期間において実行され、第２増幅回路における増幅動作は、同期ウィンドウ期間において実行されるので、同期ウィンドウ期間以外の期間における信号増幅のための消費電力が低減される結果、受信信号の信号増幅部における消費電力を低減することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る無線受信装置１の構成の一例を示すブロック図である。また、図１に示す無線送信装置１１は、公知のＵＷＢ無線送信装置で、ＵＷＢ方式の無線信号をアンテナ１２から放射する。図２は、無線送信装置１１によって送信される無線信号の一例を示す説明図である。無線送信装置１１は、通信の信頼性を向上させるため、例えば図２（ａ）に示すように、同一のデータを収容する同一の通信フレームＡを、複数回、例えば３回繰り返してアンテナ１２から無線信号として送信する。

図２（ｂ）は、通信フレームＡの詳細の一例を示す説明図である。通信フレームＡは、例えば短パルス信号Ｐの有無によってデータの「１」、「０」を表すオンオフキーイング方式によって変調されており、通信フレームＡと無線受信装置１側の受信タイミングとを同期させるパルス同期を行うためのパルス同期用パルス列Ａ１と、通信の目的とするデータ部Ａ２とから構成されている。パルス同期用パルス列Ａ１は、例えば図２（ｃ）に示すように、パルス幅が２〜３ｎｓｅｃにされた短パルス信号Ｐが、例えば５００ｎｓｅｃ程度の一定の周期Ｔｒｅｐで、パルス同期処理に必要な時間だけ連続するように構成されている。また、パルス同期用パルス列Ａ１の末端部には、パルス同期用パルス列Ａ１の終了を示す信号パターンＡ３が設けられている。

データ部Ａ２は、例えば短パルス信号ＰがＮ個連続する（周期Ｔｒｅｐ×Ｎの期間、短パルス信号Ｐが継続する）と「１」を表し、周期Ｔｒｅｐ×Ｎの期間、短パルス信号Ｐが無い状態が継続すると「０」を表すようにされている。

図１に示す無線受信装置１は、通信フレームＡを受信するアンテナ２（受信部）、受信信号を増幅する信号増幅部３、受信信号を検波する検波器４、積分器５（積分部）、ＡＤ変換器６、制御部７、ウィンドウ信号生成部８（増幅動作制御部）、及び信号検出部９を備えている。アンテナ２は、ＵＷＢ方式の無線信号、例えば無線送信装置１１におけるアンテナ１２から放射された図２に示す無線信号を受信し、信号増幅部３へ出力する。

図３は、信号増幅部３の構成の一例を示す回路図である。図３に示す信号増幅部３は、増幅回路３１（第１増幅回路）、及び増幅回路３２（第２増幅回路）を備えている。そして、アンテナ２で受信された信号が、増幅回路３１により増幅されて増幅回路３２へ出力され、さらに増幅回路３２により増幅されて検波器４へ出力される。

増幅回路３１は、例えば増幅率がβ１に設定され、増幅回路３２は、例えば増幅率がβ１より小さいβ２に設定されており、信号増幅部３の増幅率βは、β１×β２となる。

増幅回路３１，３２は、それぞれ増幅動作を制御する制御端子３１０，３２０を有している。また、ウィンドウ信号生成部８から出力された、制御信号ＳＧ１が制御端子３１０に、制御信号ＳＧ２が制御端子３２０に入力されるようになっている。そして、増幅回路３１，３２は、制御端子３１０，３２０を用いて増幅動作を行わせると消費電力が増大し、増幅動作を停止させると消費電力が低下するようになっている。ここで、増幅動作を停止させるとは、増幅率を略ゼロに低下させるように増幅回路３１，３２の増幅率を制御することを含む。

増幅回路３１，３２としては、例えばＩｎｆｉｎｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製 ＢＧＡ６２２等の低雑音アンプ（LNA：Low Noise Amplifier）等を用いることができる。例えば、ＢＧＡ６２２の場合、３〜４ＧＨｚの周波数における増幅率を１２〜１３ｄＢにすると消費電流は６ｍＡとなり、増幅動作を停止状態にさせて３〜４ＧＨｚの周波数における増幅率を−１７ｄＢにすると消費電流は３００μＡとなり、増幅動作を停止状態にすることにより消費電流を１／２０に低下させることができる。

検波器４は、信号増幅部３の出力信号を例えば包絡線検波あるいはピーク検波により検波する。さらに、検波器４により検波されて得られた検波信号Ｓ２は、積分器５へ出力される。積分器５は、ウィンドウ信号生成部８からの積分区間信号Ｓｗｉｎに応じた積分区間で、検波器４から出力された検波信号Ｓ２を積分し、その積分信号Ｓ３をＡＤ変換器６へ出力する。ＡＤ変換器６は、積分器５から出力された積分信号Ｓ３をデジタル値に変換し、そのデジタル変換された積分値ＳＤを制御部７と信号検出部９とへ出力する。

制御部７は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記録するＲＡＭ（Random Access Memory）と、その周辺回路等とを備えて構成され、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、パルス同期処理を行ってウィンドウ信号生成部８に同期タイミングを設定する同期部７１として機能する。

ウィンドウ信号生成部８は、制御部７からの制御信号に応じて、積分器５に積分動作をさせるウィンドウ期間を示す積分区間信号Ｓｗｉｎ、増幅回路３１に増幅動作をさせる制御信号ＳＧ１、及び増幅回路３２に増幅動作をさせる制御信号ＳＧ２を出力する。ウィンドウ期間は、例えば１０ｎｓｅｃ程度に設定されており、積分区間信号Ｓｗｉｎは、例えば１０ｎｓｅｃの時間幅のハイレベルのパルス信号によって、ウィンドウ期間を示すようになっている。

制御信号ＳＧ２は、積分区間信号Ｓｗｉｎと略同一の信号にされており、制御信号ＳＧ１は、制御信号ＳＧ２よりも信号の立上りが、増幅回路３１が増幅動作を開始する際に生じるスイッチングノイズの継続時間、あるいは当該スイッチングノイズのレベルが低下するのに必要な時間と略同程度の時間に予め設定された設定時間、例えば１〜２ｎｓｅｃ程度早いタイミングに設定されている。

すなわち、ウィンドウ信号生成部８は、制御信号ＳＧ１よりも信号の立上りタイミングが予め設定された設定時間、例えば１〜２ｎｓｅｃ程度遅らせた制御信号ＳＧ２を出力することで、増幅回路３２の増幅動作開始タイミングを、増幅回路３１の増幅動作開始タイミングより遅らせることで、増幅回路３１のスイッチングノイズのレベルが低下した後に増幅回路３２の増幅動作を開始させる。

図４は、信号検出部９の構成の一例を示すブロック図である。図４に示す信号検出部９は、受信パルスと同期した同期ウィンドウ期間において積分器５により得られた積分値と同期ウィンドウ期間を除く期間において積分器５により得られた積分値とに基づいて、無線通信用の信号とノイズとを判別するための閾値Ｓｔｈを生成する閾値生成部９１と、同期ウィンドウ期間において積分器５により得られた積分値ＳＤが、閾値生成部９１によって生成された閾値Ｓｔｈを超えているか否かによってデータの値を判定することにより復調を行って得られた受信データＳｏｕｔを外部へ出力する復調部９２とを備えている。

閾値生成部９１は、積分器５により得られた積分値ＳＤからパルス同期時の短パルス信号Ｐの有無により生じる変化分及び、データ部Ａ２に収容されるデータ値に応じて生じる変化分とを除去し、短パルス信号Ｐの周波数成分を通過させるハイパスフィルタ９３と、ハイパスフィルタ９３で得られた信号の実効値を算出する実効値算出部９４と、積分値ＳＤを平均する平均処理部９５と、平均処理部９５で得られた平均値に実効値算出部９４で算出された実効値に３を乗じた値を加算することにより閾値Ｓｔｈを生成する演算部９６とを備えている。実効値算出部９４と、平均処理部９５と、演算部９６とは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いて構成され、所定の演算プログラムを実行することにより、実効値算出部９４、平均処理部９５、及び演算部９６として機能する。

次に、上述のように構成された無線受信装置１の動作について説明する。まず、無線送信装置１１のアンテナ１２から放射された信号、例えば通信フレームＡが、アンテナ２によって受信され、信号増幅部３によって増幅され、検波器４によって例えば包絡線検波あるいはピーク検波により検波される。さらに、検波器４によって検波された信号は、積分器５によって積分され、その積分電圧がＡＤ変換器６によりデジタル変換されて得られた積分値ＳＤが制御部７及び信号検出部９へ出力される。

そして、制御部７における同期部７１によって、パルス同期処理が実行される。同期部７１は、例えば、ウィンドウ信号生成部８から出力される積分区間信号Ｓｗｉｎ、及び制御信号ＳＧ１，ＳＧ２のタイミング、すなわちウィンドウ期間を変化させつつＡＤ変換器６で得られる積分値ＳＤが最大となるタイミングを探索することで、同期タイミングを取得する。

次に、同期部７１からの制御信号に応じて、ウィンドウ信号生成部８から短パルス信号Ｐと同期したウィンドウ期間を示す積分区間信号Ｓｗｉｎが増幅回路３１へ出力され、積分区間信号Ｓｗｉｎと略同一の制御信号ＳＧ２が増幅回路３２へ出力され、制御信号ＳＧ２よりも予め設定された設定時間、例えば１〜２ｎｓｅｃ程度信号の立上りタイミングが早い制御信号ＳＧ１が増幅回路３１へ出力される。

これにより、増幅回路３２は、ウィンドウ期間と略同一の期間のみ増幅動作を行い、ウィンドウ期間以外は増幅動作を行わない。また、増幅回路３１は、ウィンドウ期間より、僅かな設定時間長い期間のみ増幅動作を行い、当該期間以外は増幅動作を行わない。従って、背景技術に係る無線受信装置のように常時増幅回路が増幅動作を行う場合に比べて増幅回路３１，３２の動作期間が短縮される結果、消費電力が低減される。

次に、信号増幅部３の動作について説明する。まず、図３に示す信号増幅部３の動作について説明する前に、図５に示すように、信号増幅部３の代わりに積分区間信号Ｓｗｉｎと同一の制御信号ＳＧ１１に応じてウィンドウ期間に信号増幅を行う増幅器ＡＭＰを用いた無線受信装置２００の動作について説明する。

図６は、図５に示す無線受信装置２００の、理想的な条件下における動作について説明するための説明図である。まず、アンテナ２によって、無線信号が受信され、受信信号Ｓｉｎとして増幅器ＡＭＰへ出力される。一方、無線信号の短パルス信号Ｐと同期した積分区間信号Ｓｗｉｎが、ウィンドウ信号生成部８から積分器５へ出力され、積分区間信号Ｓｗｉｎと同一の制御信号ＳＧ１１が増幅器ＡＭＰへ出力され、増幅器ＡＭＰがウィンドウ期間において受信信号Ｓｉｎを増幅し、増幅信号Ｓ１１として検波器４へ出力する。

増幅信号Ｓ１１は、検波器４によって検波され、検波信号Ｓ２が積分器５へ出力される。検波信号Ｓ２は、積分器５によって、積分区間信号Ｓｗｉｎに応じてウィンドウ期間の間、積分されて積分信号Ｓ３としてＡＤ変換器６へ出力される。そして、ＡＤ変換器６から出力された積分値ＳＤに基づき信号検出部９によって、受信データＳｏｕｔが生成される。

ところが、実際に市場で入手可能な増幅器ＡＭＰでは、図７に示すように、増幅信号Ｓ１１の立上りタイミングすなわち増幅動作の開始直後に、スイッチングノイズが生じて増幅信号Ｓ１１に重畳されてしまう。そうすると、増幅器ＡＭＰのスイッチングにより生じたノイズ成分が検波器４によって検波され、ノイズ成分を含んだ検波信号Ｓ２が積分器５で積分されるため、積分信号Ｓ３にノイズ成分が含まれて積分信号Ｓ３の信号レベルが増大し、積分器５の積分可能な動作範囲を超えてしまったり、ＡＤ変換器６の変換可能な電圧範囲を超えてしまったりする結果、正しく受信信号Ｓｉｎを復調することができなくなるおそれがある。

また、図５に示す無線受信装置２００において、図８に示すように、積分区間信号Ｓｗｉｎの立上りタイミングよりも増幅信号Ｓ１１の立上りタイミングを早くすることにより、増幅器ＡＭＰのスイッチングノイズがなくなった後に積分区間信号Ｓｗｉｎが立ち上がって積分器５による積分が行われるようにすることで、増幅器ＡＭＰのスイッチングノイズが積分されることを低減する構成も考えられる。

しかしながら、図８に示すように、積分区間信号Ｓｗｉｎの立上りタイミングよりも増幅信号Ｓ１１の立上りタイミングを早くした場合には、増幅器ＡＭＰを動作させる時間が長くなるため増幅器ＡＭＰの消費電流が増大する。

次に、図１に示す無線受信装置１において、もし仮に、制御信号ＳＧ２の立上りタイミングが制御信号ＳＧ１と同一のタイミングに設定されていたとした場合の動作について説明する。図９は、図１に示す無線受信装置１において、もし仮に、制御信号ＳＧ２の立上りタイミングが制御信号ＳＧ１と同一のタイミングに設定されていたとした場合の動作を説明するための説明図である。図９に示すように、制御信号ＳＧ１，ＳＧ２が、積分区間信号Ｓｗｉｎより早いタイミングで立ち上がった場合、増幅回路３１，３２のスイッチングノイズレベルが低下してから積分区間信号Ｓｗｉｎが立ち上がって積分器５による検波信号Ｓ２の積分が行われるので、増幅回路３１，３２のスイッチングノイズが積分器５により積分されることを低減することができる。

しかしながら、この場合、増幅回路３１，３２は、両方とも制御信号ＳＧ１，ＳＧ２がハイレベルになっている期間Ｔ１の間、増幅動作を行うため、消費電流が増大する。図５に示す無線受信装置２００の増幅器ＡＭＰは、図１に示す無線受信装置１の信号増幅部３と同等の信号増幅率βを有している必要があるから、増幅器ＡＭＰの消費電流と、増幅回路３１，３２の消費電流の合計とは、同程度となる。そうすると、もし仮に制御信号ＳＧ２の立上りタイミングが制御信号ＳＧ１と同一のタイミングに設定されていた場合には、図５に示す無線受信装置２００と図１に示す無線受信装置１の消費電流とは、同程度となって、消費電流の増大が大きい。

図１０は、図１に示す無線受信装置１の動作を説明するための説明図である。まず、制御部７からの制御信号に応じて、ウィンドウ信号生成部８によって、積分区間信号Ｓｗｉｎ及び制御信号ＳＧ２の立上りより早いタイミングで、制御信号ＳＧ１がハイレベルにされる。そうすると、増幅回路３１の増幅動作が開始されると共に、増幅回路３１のスイッチングノイズが増幅信号Ｓ０として増幅回路３２へ出力される。しかし、制御信号ＳＧ２が立ち上がるまでは増幅回路３２は増幅動作を行わないので、増幅回路３１のスイッチングノイズが増幅回路３２から増幅信号Ｓ１として検波器４へ出力されることはない。

次に、制御信号ＳＧ１が立ち上がってから所定の設定時間Ｔ２が経過した後、ウィンドウ信号生成部８によって、制御信号ＳＧ２及び積分区間信号Ｓｗｉｎがハイレベルにされて、増幅回路３２が増幅動作を開始すると共に積分器５による制御信号ＳＧ２の積分動作が開始される。そうすると、制御信号ＳＧ１が立ち上がってから所定の設定時間Ｔ２が経過した制御信号ＳＧ２の立上りタイミングでは、増幅信号Ｓ０に含まれる増幅回路３１のスイッチングノイズが低下しているので、増幅回路３１のスイッチングノイズが増幅回路３２によって増幅されて増幅信号Ｓ１として検波器４へ出力されることが低減される。

また、図５に示す無線受信装置２００の増幅器ＡＭＰと、図１に示す無線受信装置１の信号増幅部３とは、信号増幅率がβで同等であり、増幅回路３１，３２の増幅率β１，β２は、β＝β１×β２の関係となるから、増幅回路３１，３２の増幅率β１，β２は、増幅器ＡＭＰの増幅率より小さくなる。さらに、増幅率β２は、増幅率β１より小さいから、増幅回路３２の増幅率β２は非常に小さな値に設定されることとなる。そのため、図１０に示すように、制御信号ＳＧ２の立上りタイミングにおいて生じる増幅回路３２のスイッチングノイズは、増幅器ＡＭＰや増幅回路３１のスイッチングノイズと比較して非常に小さくなる。

従って、増幅回路３２から出力される増幅信号Ｓ１に含まれるスイッチングノイズが低減されて、検波器４により検波されるので、検波信号Ｓ２に含まれるノイズ成分も低減される。

この場合、制御信号ＳＧ１がハイレベルの期間Ｔ１のみ、増幅回路３１による信号増幅動作が行われ、期間Ｔ１以外は増幅回路３１の増幅動作が停止状態にされると共に、制御信号ＳＧ２がハイレベルのウィンドウ期間Ｔ３のみ、増幅回路３２による信号増幅動作が行われ、ウィンドウ期間Ｔ３の期間以外は増幅回路３２の増幅動作が停止状態にされるので、信号増幅部３における消費電流、すなわち消費電力を低減しつつ、信号増幅部３により生じたスイッチングノイズが積分器５により積分されることを低減することができる。

また、増幅回路３２が増幅動作を行うウィンドウ期間Ｔ３は、増幅回路３１が増幅動作を行う期間Ｔ１より設定時間Ｔ２だけ短くなるので、図９に示すように、制御信号ＳＧ１，ＳＧ２が同一の信号にされていたよりも増幅回路３２における消費電流が減少する結果、信号増幅部３の消費電流を低減しつつ、信号増幅部３により生じたスイッチングノイズが積分器５により積分されることを低減することができる。

そして、ウィンドウ期間Ｔ３において、短パルス信号Ｐがアンテナ２によって受信されて得られた受信信号Ｓｉｎが、信号増幅部３でスイッチングノイズが上述のように低減された状態で増幅され、得られた増幅信号Ｓ１が検波器４で検波されて検波信号Ｓ２が生成され、検波信号Ｓ２が積分器５により積分された積分信号Ｓ３が、ＡＤ変換器６によってデジタル変換されて積分値ＳＤとして信号検出部９へ出力され、信号検出部９によって復調された受信データＳｏｕｔが外部へ出力される。

なお、例えば図１１に示す信号増幅部３ａのように、ダイオードＤ１のアノードを増幅回路３１と増幅回路３２との間に接続し、ダイオードＤ１のカソードをグラウンドに接続してクランプ回路を構成してもよい。この場合、増幅回路３１から出力された増幅信号Ｓ０がダイオードＤ１の順方向オン電圧、例えば０．７Ｖを超えるとクランプされて、増幅回路３１の出力電圧が０．７Ｖ以下に制限されるので、増幅回路３１のスイッチングノイズが増幅回路３２により増幅されることがさらに低減される。なお、クランプ回路はダイオードＤ１に限られず、例えばツェナーダイオードを用いてツェナー電圧によって電圧が制限されるようにしてもよく、その他の電圧制限素子を用いてもよい。

また、図１２に示す信号増幅部３ｂのように、電気的特性が増幅回路３１と実質的に同一に構成された増幅回路３３（第３増幅回路）をさらに備え、増幅回路３３の信号入力端子は、アンテナ２の出力インピーダンスと実質的に同一のインピーダンスＺｉｎを介してグラウンドに接続される構成とし、増幅回路３２の代わりに増幅回路３１の出力信号と増幅回路３３の出力信号とを差動増幅する差動増幅回路３２ｂを用いてもよい。

図１２に示す信号増幅部３ｂでは、増幅回路３３は、増幅回路３１と同様制御信号ＳＧ１によって増幅動作が制御される。また、増幅回路３１の出力信号と増幅回路３３の出力信号との差が増幅信号Ｓ０として生成され、増幅回路３３の増幅信号Ｓ１は差動信号で検波器４へ出力される。なお、増幅信号Ｓ１は、必ずしも差動信号にされなくてもよい。また、実質的に同一、とは、同一の範囲に製造ばらつきや誤差の範囲を含む意味である。

図１２に示す信号増幅部３ｂでは、増幅回路３１の電気的特性と増幅回路３３の電気的特性とが実質的に同一にされており、かつ、増幅回路３１の入力端子に接続されるインピーダンスと増幅回路３３の入力端子に接続されるインピーダンスとが実質的に同一にされているので、制御信号ＳＧ１が立ち上がった際に、増幅回路３１で生じるスイッチングノイズと増幅回路３３で生じるスイッチングノイズとは、略同じになる。そのため、増幅回路３１の出力信号と増幅回路３３の出力信号との差を増幅信号Ｓ０として差動増幅回路３２ｂで増幅することとすれば、増幅回路３１，３３で生じたスイッチングノイズが互いに相殺される結果、差動増幅回路３２ｂの増幅信号Ｓ１に含まれるノイズ成分を低減することができる。

また、図１３に示す信号増幅部３ｃのように、増幅回路３１，３２とそれぞれ電気的特性が実質的に同一に構成された増幅回路３３及び増幅回路３４（第４増幅回路）が直列に接続された多段増幅回路をさらに備え、増幅回路３３の信号入力端子は、アンテナ２の出力インピーダンスと実質的に同一のインピーダンスＺｉｎを介してグラウンドに接続される構成としてもよい。

図１３に示す信号増幅部３ｃでは、増幅回路３３は、増幅回路３１と同様制御信号ＳＧ１によって増幅動作が制御され、増幅回路３４は、増幅回路３２と同様制御信号ＳＧ２によって増幅動作が制御される。そして、増幅回路３２の出力信号と増幅回路３４の出力信号との差が差動信号の増幅信号Ｓ１として検波器４へ出力される。そして、このようにして得られた差動信号の増幅信号Ｓ１が、例えばバラン（平衡−不平衡変換器）を介して検波器４により取得され、検波されるようになっている。

そうすると、図１３に示す信号増幅部３ｃでは、増幅回路３１，３２の電気的特性と増幅回路３３，３４の電気的特性とがそれぞれ実質的に同一にされており、かつ、増幅回路３１の入力端子に接続されるインピーダンスと増幅回路３３の入力端子に接続されるインピーダンスとが実質的に同一にされているので、制御信号ＳＧ１が立ち上がった際に、増幅回路３１で生じるスイッチングノイズと増幅回路３３で生じるスイッチングノイズとは、略同じになる。また、制御信号ＳＧ２が立ち上がった際に、増幅回路３２で生じるスイッチングノイズと増幅回路３４で生じるスイッチングノイズとも、略同じになる。そうすると、増幅回路３１，３２で生じるスイッチングノイズと増幅回路３３，３４で生じるスイッチングノイズとは略同一になるので、増幅回路３１の出力信号と増幅回路３４の出力信号とを差動信号の増幅信号Ｓ１として例えばバランを介して検波器４へ出力することとすれば、増幅回路３１の出力信号に含まれるスイッチングノイズと増幅回路３４の出力信号に含まれるスイッチングノイズとが互いに相殺される結果、信号増幅部３ｃから出力される差動信号の増幅信号Ｓ１に含まれるノイズ成分を低減することができる。

図１２に示す信号増幅部３ｂでは、図３に示す信号増幅部３より増幅回路３３が増加し、図１３に示す信号増幅部３ｃでは、図３に示す信号増幅部３より増幅回路３３，３４が増加するため、図３に示す信号増幅部３より消費電流が増加するおそれがあるが、信号増幅部３ｂ，３ｃの消費電流は、信号増幅部３の２倍以下の範囲に止まるので、ウィンドウ期間Ｔ３が周期Ｔｒｅｐより充分短いことに鑑みれば、図１５に示す背景技術に係る無線受信装置１００のように、常時増幅器１０２を動作させている場合よりも消費電流を低減することができる。

なお、増幅回路３１，３３は、それぞれ、例えば図１４に示すように複数の増幅器３５を直列接続した多段増幅回路として構成し、各増幅器３５の増幅動作制御信号として制御信号ＳＧ１を用いるようにしてもよい。増幅回路３１，３３を複数の増幅器３５による多段増幅回路として構成することとすれば、増幅回路３１，３３の増幅率β１を増幅回路３２，３２ｂ，３４の増幅率β２より大きな所望の増幅率に設定することが容易である。なお、各増幅器３５の増幅動作制御信号は、制御信号ＳＧ２よりも設定時間Ｔ２以上早く立ち上がる信号であればよく、必ずしもすべての増幅器３５が同じ制御信号ＳＧ１に応じて制御動作を行う例に限らない。

本発明の一実施形態に係る無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す無線受信装置によって受信される無線信号の一例を示す説明図である。 図１に示す信号増幅部の構成の一例を示す回路図である。 図１に示す信号検出部の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す無線受信装置の動作を説明するために、仮に想定した無線受信装置の構成を示すブロック図である。 図５に示す無線受信装置の、理想的な条件下における動作について説明するための説明図である。 図５に示す無線受信装置の、現実的な条件下における動作について説明するための説明図である。 図５に示す無線受信装置において増幅器のスイッチングノイズを低減する方法を説明するための説明図である。 図１に示す無線受信装置において、もし仮に、制御信号ＳＧ２の立上りタイミングが制御信号ＳＧ１と同一のタイミングに設定されていたとした場合の動作を説明するための説明図である。 図１に示す無線受信装置の動作を説明するための説明図である。 図１に示す信号増幅部の他の一例を示す回路図である。 図１に示す信号増幅部の他の一例を示す回路図である。 図１に示す信号増幅部の他の一例を示す回路図である。 図３に示す増幅回路の他の一例を示す回路図である。 背景技術に係るＵＷＢ通信の無線受信装置を示すブロック図である。

符号の説明

１ 無線受信装置
２ アンテナ
３，３ａ，３ｂ，３ｃ 信号増幅部
４ 検波器
５ 積分器
６ ＡＤ変換器
７ 制御部
８ ウィンドウ信号生成部
９ 信号検出部
３１，３２，３３，３４ 増幅回路
３２ｂ 差動増幅回路
３５ 増幅器
Ｄ１ ダイオード
Ｚｉｎ インピーダンス
Ｓ０，Ｓ１ 増幅信号
Ｓ２ 検波信号
Ｓ３ 積分信号
ＳＧ１ 制御信号
ＳＧ２ 制御信号
Ｐ 短パルス信号
Ｓｉｎ 受信信号
Ｓｏｕｔ 受信データ
Ｓｗｉｎ 積分区間信号
Ｔ２ 設定時間
Ｔ３ ウィンドウ期間
Ｔｒｅｐ 周期
β，β１，β２ 増幅率

Claims (8)

1. 所定の周期でパルスが配置されると共に所定のデータを収容する無線通信用の信号を受信する受信部と、
   前段の第１増幅回路及び後段の第２増幅回路が直列に接続された第１多段増幅回路を備え、当該第１多段増幅回路によって前記受信部で受信された信号を増幅する信号増幅部と、
   前記信号増幅部により増幅された信号を、前記周期における一部の期間であるウィンドウ期間において積分する積分部と、
   前記受信部で受信された信号における前記パルスのタイミングと前記ウィンドウ期間のタイミングとを同期させる同期部と、
   前記積分部により得られた積分値に基づいて前記無線通信用の信号を復調して前記データを取得する復調部と、
   前記パルスのタイミングと同期したウィンドウ期間である同期ウィンドウ期間において前記第２増幅回路に前記増幅動作を行わせ、前記第１増幅回路を、前記第２増幅回路の動作開始タイミングより予め設定された設定時間早いタイミングから動作開始させて前記同期ウィンドウ期間に前記増幅動作を行わせる増幅動作制御部と
   を備えることを特徴とする無線受信装置。
2. 前記第２増幅回路の増幅率は、前記第１増幅回路の増幅率よりも小さい値に設定されていること
   を特徴とする請求項１記載の無線受信装置。
3. 前記第１増幅回路は、複数の増幅器が直列接続された多段増幅回路であること
   を特徴とする請求項２記載の無線受信装置。
4. 前記設定時間は、前記第１増幅回路が増幅動作を開始する際に生じるスイッチングノイズの継続時間と実質的に同一の時間に設定されていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線受信装置。
5. 前記第１増幅回路から前記第２増幅回路へ出力される信号の電圧範囲を、予め設定された設定範囲に制限するクランプ回路をさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線受信装置。
6. 前記クランプ回路は、前記第１増幅回路と前記第２増幅回路との間にアノードが接続され、グラウンドにカソードが接続されたダイオードにより構成されていること
   を特徴とする請求項５記載の無線受信装置。
7. 前記信号増幅部は、
   電気的特性が前記第１増幅回路と実質的に同一に構成された第３増幅回路をさらに備え、
   前記第３増幅回路の信号入力端子には、前記受信部の出力インピーダンスと実質的に同一のインピーダンスが接続され、
   前記増幅動作制御部は、前記第３増幅回路を前記第１増幅回路と同一のタイミングで動作させ、
   前記第２増幅回路は、前記第１増幅回路の出力信号と前記第３増幅回路の出力信号との差を増幅すること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線受信装置。
8. 前記信号増幅部は、
   前記第１及び第２増幅回路とそれぞれ電気的特性が実質的に同一に構成された前段の第３及び後段の第４増幅回路が、直列に接続された第２多段増幅回路をさらに備え、
   前記第３増幅回路の信号入力端子には、前記受信部の出力インピーダンスと実質的に同一のインピーダンスが接続され、
   前記増幅動作制御部は、前記第３増幅回路を前記第１増幅回路と同一のタイミングで動作させ、前記第４増幅回路を前記第２増幅回路と同一のタイミングで動作させ、
   前記第２及び第４増幅回路の出力信号を差動信号として出力すること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線受信装置。

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