JP5538200B2 - フィルタ装置および通過帯域特性調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置の受信系で使用するフィルタ装置および通過帯域特性調整方法に関するものである。

抵抗素子や容量素子など半導体で構成される受動素子を使用するフィルタ回路では、その受動素子の半導体製造時に生ずるばらつきの影響を受け、通過帯域特性が変化するという問題がある。この問題を解決するため、例えば特許文献１では、調整回路を付加し、通過帯域特性を逐次調整できるようにしたフィルタ装置が提案されている。

すなわち、特許文献１で提案されている調整回路は、フィルタ回路に入力される参照信号（基準信号）と出力される信号との間の位相関係を比較する位相比較手段と、位相比較手段から出力される比較信号に応答してカウントアップまたはカウントダウンを行うアップダウンカウンタと、アップダウンカウンタの計数出力に基づいて、フィルタ回路を制御するための制御信号を該フィルタ回路に設けた制御端子に供給する制御信号発生手段とを備えている。

そして、制御信号発生手段は、フィルタ回路を制御するための基準バイアス電流を発生する電流源と、アップダウンカウンタの計数出力に対応した微調整用バイアス電流を発生させる電流源と、基準バイアス電流と微調整用バイアス電流とを加算する加算器とを備えている。

なお、特許文献２〜５では、通信装置の受信系が備えている信号強度検出回路の検出値に応じてフィルタ回路の通過帯域幅を制御する方法が提案されている。具体的には、特許文献２〜５では、信号強度が大きい場合はフィルタ回路の通過帯域幅を広くし、信号強度が小さい場合はフィルタ回路の通過帯域幅を狭くすることで、雑音特性の減衰量を調整し受信信号との間のＳＮ比の改善を行う方法が開示されている。

特開平９−８３２９４号公報 特開平６−１５２４５１号公報 特開２００２−２６１８４７号公報 特表２００５−５０７２０３号公報 特表２００８−５１８５４２号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、フィルタ回路の通過帯域特性を調整する調整回路として、多くの回路要素が必要となっており、特に通常の入力信号とは別に調整用の基準信号源を具備する必要がある。このように、特許文献１に記載の技術では、調整回路として多くの回路要素が必要であり、フィルタ装置の小型化を図ることが困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、従来よりも少ない回路規模で、半導体で構成される受動素子により形成される通過帯域特性の調整機能を実現できるフィルタ装置および通過帯域特性調整方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、通信装置の受信系で用いられるフィルタ装置であって、半導体で構成される受動素子の組み合わせにより、入力される受信信号に対し通過帯域の制限を行うフィルタ回路と、毎回の受信動作開始時に、当該受信系において前記フィルタ回路の後段に設けられている信号強度検出回路が検出した信号強度を利用して、前記フィルタ回路の周波数通過帯域特性を、前記入力される受信信号を最大の状態で出力できるように調整する制御回路とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、制御回路が、通信装置の受信系で用いられている信号強度検出回路が検出した信号強度を利用してフィルタ回路が出力する受信信号が最大の状態で得られるように、周波数通過域特性（カットオフ周波数）を調整することができる。したがって、フィルタ回路に付加する制御回路の回路規模を大きくすることなく、簡単な回路構成で、フィルタ回路を構成している抵抗素子および容量素子等の受動素子の半導体製造時に生ずるばらつきの影響を調整することが可能となり、フィルタ装置の小型化が可能となるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施の形態によるフィルタ装置を一般的な通信装置の受信系に適用した場合の構成例を示すブロック図である。 図２は、図１に示す制御回路の構成例を示すブロック図である。 図３は、通過帯域特性の調整動作を説明する通過帯域特性図である。

以下に、本発明にかかるフィルタ装置および通過帯域特性調整方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施の形態によるフィルタ装置を一般的な通信装置の受信系に適用した場合の構成例を示すブロック図である。図１において、一般的な通信装置の受信系は、受信信号（＃１）を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）１と、受信信号を選択する周波数信号を出力する局発信号発生器（ＬＯ）２と、低雑音増幅器１の出力信号と局発信号発生器２の出力信号との差分をとり、受信信号（＃２）を出力するミキサ回路（ＭＩＸ）３と、ミキサ回路３が出力する受信信号（＃２）に対し一定の周波数通過帯域を制限するフィルタ回路（ＬＰＦ）４と、フィルタ回路４の出力信号である受信信号（＃３）を増幅する中間周波増幅器（ＩＦＡＭＰ）５と、中間周波増幅器５の出力信号を矩形波に変換し受信信号（＃４）として後段の受信処理系へ出力する多段増幅器（ＬＩＭ）６と、多段増幅器（ＬＩＭ）６の途中における信号強度を中間周波増幅器５の出力信号の強度として検出する信号強度検出回路（ＲＳＳＩ）７とを備えている。

この実施の形態よるフィルタ装置８は、この一般的な通信装置の受信系において使用されるフィルタ回路４と追加した制御回路９とで構成される。フィルタ回路４は、半導体により構成される受動素子（抵抗素子および容量素子）で構成され、制御回路９から通過帯域特性を指定入力できる制御端子を有している。

制御回路９は、例えば図２に示す構成により、通信装置の受信系が備える局発信号発生器２の出力信号、および、同じく通信装置の受信系が備える信号強度検出回路７が検出した信号強度をそれぞれ制御信号として利用し、受信信号（＃３）が最大の状態で得られるように、フィルタ回路４の周波数通過特性（カットオフ周波数）を調整する。

図２は、図１に示す制御回路の構成例を示したブロック図である。図２において、制御回路９は、一端がフィルタ回路４の制御端子に並列に接続され周波数通過帯域を調整するために使用する容量素子（コンデンサ）Ｃ１〜Ｃｎと、容量素子Ｃ１〜Ｃｎの他端と回路グランドとの間に１対１に配置され容量素子Ｃ１〜Ｃｎの使用有無を切り換えるスイッチＳ１〜Ｓｎと、スイッチスイッチＳ１〜Ｓｎのオン・オフを制御するｎビットシフトレジスタ（ＳＦＴ）１１と、局発信号発生器（ＬＯ）２の出力信号を分周して切換クロックを生成するカウンタ（ＣＯＮＴ）１２と、信号強度検出回路（ＲＳＳＩ）７が検出した前回の信号強度Ｌｎ−１と今回の信号強度Ｌｎとをそれぞれサンプリングして保持するサンプルホールド回路（ＳＨ）１３と、サンプルホールド回路（ＳＨ）１３が保持する２つの信号強度を比較するコンパレータ回路（ＣＯＭＰ）１４と、カウンタ１２が出力する切換クロックとコンパレータ回路１４の出力信号との論理積を取りその結果をｎビットシフトレジスタ（ＳＦＴ）１１のクロック入力端に出力する論理積回路（ＡＮＤ）１５とを備えている。

次に動作について、図１〜図３を参照して説明する。図３は、通過帯域特性の調整動作を説明する通過帯域特性図である。図３では、初期値のカットオフ周波数に対する通過帯域特性として、減衰量が最大である調整開始時（初期値）の通過帯域特性２１と、減衰量が段々に減少していく調整過程での通過帯域特性２２，２３と、減衰量が最小に調整された調整完了時の通過帯域特性２４と、減衰量を最小に維持する調整完了後の通過帯域特性２５とが示されている。

まず、通信装置の受信系での受信信号の流れと、制御回路９での動作の流れとについて説明する。図１において、受信動作が開始されると、受信信号（＃１）が低雑音増幅器１に入力され、ミキサ回路３を経てフィルタ回路４に受信信号（＃２）として伝達される。この時の受信信号（＃２）の信号強度レベルはＬ０であるとする。

受信信号（＃２）は、フィルタ回路４にて、制御回路９の設定値に対応した通過帯域に制限され、受信信号（＃３）となる。受信信号（＃３）は、中間周波増幅器５および多段増幅器６を経て受信信号（＃４）となり後段の受信処理系へ出力される。

その過程で、信号強度検出回路７により、受信信号（＃３）の信号強度レベルが逐一検出され、制御回路９内のサンプルホールド回路１３に入力される。サンプルホールド回路１３は、逐一入力される受信信号（＃３）の信号強度レベルをサンプリングし、その都度前回値Ｌｎ−１と今回値Ｌｎとを保持し、それぞれをコンパレータ回路１４へ出力する。

コンパレータ回路１４は、サンプルホールド回路１３から前回値Ｌｎ−１と今回値Ｌｎとが入力されるたびに、その前回値Ｌｎ−１と今回値Ｌｎとを比較し、論理積回路１５の一方の入力端に、比較結果が、Ｌｎ−１＜Ｌｎのときは“Ｈ”レベルの信号を出力し、Ｌｎ−１≧Ｌｎのときは“Ｌ”レベルの信号を出力する。論理積回路１５の他方の入力端にはカウンタ回路１２から切換クロックが入力される。

そうすると、ｎビットシフトレジスタ１１は、コンパレータ回路１４が“Ｈ”レベルの信号を出力している期間内に切換クロックが論理積回路１５から供給されるので、その切換クロックの供給期間内においてスイッチＳ１〜Ｓｎの幾つかをＯＮさせる数のビット信号を出力する。その後、コンパレータ回路１４が“Ｌ”レベルの信号を出力すると、ｎビットシフトレジスタ１１は、論理積回路１５から切換クロックの供給が停止されるので、直前の出力状態を保持する動作を行う。

その結果、容量素子Ｃ１〜ＣｎのうちＯＮしたスイッチＳ１〜Ｓｎの幾つかに対応する数の容量素子が、フィルタ回路４の制御端子と回路グランドとの間に並列に接続される。これによって、フィルタ回路４に対し通過帯域特性の設定値が伝達され、フィルタ回路４は、その後は、制御回路９が指定した通過帯域特性でもって、入力される受信信号（＃２）に対する帯域制限処理を行うことになる。

さて、制御回路９は、まず、毎回の受信動作開始時は、初期状態として、スイッチＳ１〜Ｓｎの全てがＯＮし、容量素子Ｃ１〜Ｃｎの全てがフィルタ回路４の制御端子と回路グランドとの間に並列に接続されている状態にする。すなわち、制御回路９は、フィルタ回路４に通過帯域特性２１を初期値として設定している。

なお、スイッチＳ１〜Ｓｎは、ここでは、ｎビットシフトレジスタ１１の出力ビット信号が“Ｌ”ビット信号のときにＯＮし、“Ｈ”ビット信号のときにＯＦＦするとする。つまり、ｎビットシフトレジスタ１１には、初期値として全ビット“Ｌ”の信号が入力されている。

そうすると、受信開始時にフィルタ回路４に入力される受信信号（＃２）は、通過帯域特性２１によって帯域制限を受けるので、初期値のカットオフ周波数において、受信信号（＃２）での信号強度レベルＬ０が受信信号（＃３）での信号強度レベルＬ１へと大きく減衰することになる。信号強度検出回路７は、受信動作開始時では、受信信号（＃１）が入力する前の信号強度レベルを前回値Ｌｎ−１とし、受信信号（＃１）が入力した後の信号強度レベルを今回値Ｌｎとして検出するから、コンパレータ１４は、比較結果がＬｎ−１＜Ｌｎとなり、出力を“Ｈ”レベルにする。

したがって、ｎビットシフトレジスタ１１は、論理積回路１５から切換クロックが入力され、１ビット目のみ“Ｈ”信号に設定するので、スイッチＳ１がＯＦＦになり、容量素子Ｃ１が不使用になる。これによって、制御回路９は、設定する通過帯域特性（２２）をフィルタ回路４に伝達することになる。このため受信信号（＃３）の信号強度レベルは、初期値のカットオフ周波数において、レベルＬ１から減衰量が減ったレベルＬ２へと変化する。

信号強度検出回路７は、今度は、レベルＬ１の受信信号（＃３）の信号強度レベルを前回値Ｌｎ−１として検出し、レベルＬ２の受信信号（＃３）の信号強度レベルを今回値Ｌｎとして検出するから、コンパレータ回路１４は、今度も出力を“Ｈ”レベルにする。

ｎビットシフトレジスタは、切換クロックが入力されると、出力するビット信号を１ビットシフトし、１ビット目と２ビット目が“Ｈ”信号となるので、スイッチＳ１とスイッチＳ２とが共にＯＦＦになり、容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２とが共に不使用になる。

これによって、制御回路９は、設定する通過帯域特性（２３）をフィルタ回路４に伝達することになる。このため受信信号（＃３）の信号強度レベルは、初期値のカットオフ周波数において、減衰量がレベルＬ２から減ったレベルＬ３へと変化する。

制御回路９では、このような動作が逐次繰り返され、フィルタ回路４の通過帯域特性が初期値のカットオフ周波数での減衰量を減らすように調整されていき、初期値のカットオフ周波数での減衰量が最小となる通過帯域特性（２４），（２５）が順にフィルタ回路４に設定される。

ここで、今回の通過帯域特性（２５）をフィルタ回路４に設定した場合の信号強度レベルＬ５と、前回の通過帯域特性（２４）をフィルタ回路４に設定した場合の信号強度レベルＬ４とは、Ｌ４＝Ｌ５の関係となる。Ｌ４＝Ｌ５になると、コンパレータ回路１４は、比較結果がＬｎ−１≧Ｌｎとなるので、出力を“Ｌ”レベルにする。

これによって、論理積回路１５は、常に“Ｌ”レベルを出力することとなり、カウンタ回路１２にて生成された切換クロックは、ｎビットシフトレジスタ１１に伝達されず、周波数通過帯域が、カットオフ周波数において、減衰量が最小である通過帯域特性（２４）での通過帯域に固定される。その結果、一定値減衰量を与えるカットオフ周波数が高域側にシフト調整された通過帯域特性（２４）により、受信処理が行われる。

斯くして、この実施の形態によるフィルタ装置では、制御回路が、通信装置の受信系で用いられている信号強度検出回路が検出した信号強度を利用して、フィルタ回路が出力する受信信号が最大の状態で得られるように、周波数通過特性（カットオフ周波数）を調整することができるので、制御回路の回路規模を大きくすることなく、簡単な回路で、フィルタ回路を構成している受動素子（抵抗素子および容量素子）の半導体製造時に生ずるばらつきの影響を調整することが可能となり、フィルタ装置の小型化が可能となる。

なお、周波数通過特性（カットオフ周波数）の調整を、毎回の受信動作開始時に行うとして説明したが、毎回の電源投入時における受信動作開始時に行うようにしてもよい。

以上のように、本発明にかかるフィルタ装置および通過帯域特性の調整方法は、従来よりも少ない回路規模で、半導体で構成される受動素子により形成される通過帯域特性の調整機能を実現できるフィルタ装置および通過帯域特性の調整方法として有用である。

１ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
２ 局発信号発生器（ＬＯ）
３ ミキサ回路（ＭＩＸ）
４ フィルタ回路（ＬＰＦ）
５ 中間周波増幅器（ＩＦＡＭＰ）
６ 多段増幅器（ＬＩＭ）
７ 信号強度検出回路（ＲＳＳＩ）
８ フィルタ装置
９ 制御回路
１１ ｎビットシフトレジスタ（ＳＦＴ）
１２ カウンタ回路（ＣＯＮＴ）
１３ サンプルホールド回路（ＳＨ）
１４ コンパレータ回路（ＣＯＭＰ）
１５ 論理積回路（ＡＮＤ）
Ｃ１〜Ｃｎ 帯域調整用の容量素子
Ｓ１〜Ｓｎ スイッチ

Claims (4)

1. 通信装置の受信系で用いられるフィルタ装置であって、
   半導体で構成される受動素子の組み合わせにより、入力される受信信号に対し通過帯域の制限を行うフィルタ回路と、
   毎回の受信動作開始時に、当該受信系において前記フィルタ回路の後段に設けられている信号強度検出回路が検出した信号強度を利用して、前記フィルタ回路の通過帯域特性を、前記入力される受信信号を最大に出力できるように調整する制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、前記受信信号のカットオフ周波数での減衰量が最大となる通過帯域特性を前記フィルタ回路に初期値として設定した後、前記信号強度検出回路が検出した前記カットオフ周波数における前回の信号強度と前記カットオフ周波数における今回の信号強度とを比較し、前記カットオフ周波数での減衰量が前回の通過帯域特性時よりも小さくなる通過帯域特性を前記フィルタ回路に設定することを、今回の信号強度が前回の信号強度と等しくなるまで繰り返すことを特徴とするフィルタ装置。
2. 通信装置の受信系で用いられるフィルタ装置であって、
   半導体で構成される受動素子の組み合わせにより、入力される受信信号に対し通過帯域の制限を行うフィルタ回路と、
   毎回の電源投入後における受信動作開始時に、当該受信系において前記フィルタ回路の後段に設けられている信号強度検出回路が検出した信号強度を利用して、前記フィルタ回路の通過帯域特性を、前記入力される受信信号を最大に出力できるように調整する制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、前記受信信号のカットオフ周波数での減衰量が最大となる通過帯域特性を前記フィルタ回路に初期値として設定した後、前記信号強度検出回路が検出した前記カットオフ周波数における前回の信号強度と前記カットオフ周波数における今回の信号強度とを比較し、前記受信信号の減衰量が前記通過帯域特性よりも小さくなる通過帯域特性を前記フィルタ回路に設定することを、今回の信号強度が前回の信号強度と等しくなるまで繰り返すことを特徴とするフィルタ装置。
3. 通信装置の受信系で用いられるフィルタ装置であって、半導体で構成される受動素子の組み合わせにより、入力される受信信号に対し通過帯域の制限を行うフィルタ装置の通過帯域特性を調整する方法であって、
   毎回の受信動作開始時に、
   初期値として、前記フィルタ装置に、前記受信信号のカットオフ周波数での減衰量が最大となる通過帯域特性を設定する工程と、
   当該受信系において前記フィルタ装置の後段に設けられている信号強度検出回路が検出した前記カットオフ周波数における前回の信号強度と前記カットオフ周波数における今回の信号強度とを比較し、前記フィルタ装置に、前記カットオフ周波数での減衰量が前回の通過帯域特性時よりも小さくなる通過帯域特性を設定することを、今回の信号強度が前回の信号強度と等しくなるまで繰り返す工程と、
   今回の信号強度が前回の信号強度と等しくなると、前記フィルタ装置に直前に設定した通過帯域特性をその後維持する工程と
   を含んで実施することを特徴とするフィルタ装置の通過帯域特性調整方法。
4. 通信装置の受信系で用いられるフィルタ装置であって、半導体にて構成される受動素子の組み合わせにより、入力される受信信号に対し通過帯域の制限を行うフィルタ装置の周波数通過帯域特性を調整する方法であって、
   毎回の電源投入時における受信動作開始時に、
   初期値として、前記フィルタ装置に、前記受信信号のカットオフ周波数での減衰量が最大となる通過帯域特性を設定する工程と、
   当該受信系において前記フィルタ装置の後段に設けられている信号強度検出回路が検出した前記カットオフ周波数における前回の信号強度と前記カットオフ周波数における今回の信号強度とを比較し、前記フィルタ装置に、前記カットオフ周波数での減衰量が前回の通過帯域特性時よりも小さくなる通過帯域特性を設定することを、今回の信号強度が前回の信号強度と等しくなるまで繰り返す工程と、
   今回の信号強度が前回の信号強度と等しくなると、前記フィルタ装置に直前に設定した通過帯域特性をその後維持する工程と
   を含んで実施することを特徴とするフィルタ装置の通過帯域特性調整方法。

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