JP5572166B2 - フィルタ装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
上記したSAWフィルタの欠点を解消するフィルタとして、例えば、再帰型フィルタ回路がある。再帰型フィルタ回路は、正帰還型フィルタ回路とも呼ばれ、内部に正帰還を有し、適応周波数領域が広く、広帯域をカバーできることが知られている。
図7に示した再帰型フィルタ回路の伝達関数は、以下の式(1)によって与えられる。
H=GL/(1−Gg|K|exp(j∠K)) …式(1)
上記した式(1)において、GLはLNA201のゲイン、Ggは可変ゲインアンプ204のゲイン、Kは移相器203の伝達関数である。加算器202のゲインは略1とする。
|GgK|≒1 …式(2)
∠[Gg|K|exp(j∠K)]≒2π …式(3)
ただし、式(1)の実数部が、Re[Gg|K|exp(j∠K)]>1となると、発振する。
その周波数(中心周波数)において発振直前の状態にすることにより、再帰型フィルタ回路がフィルタとして適正に機能する。
すなわち、可変ゲインアンプ、移相器、加算器によって構成される閉ループを考えると、|GgK|≒1より、以下の条件が導き出せる。
・出力信号Voutとフィードバック信号Vfの振幅が略等しい。
・ループゲイン|GgK|は1よりもわずかに小さくする。
同様に、可変ゲインアンプ、移相器、加算器によって構成される閉ループを考えると、∠[Gg|K|exp(j∠K)]≒2πより、以下の条件が導き出させる。
・出力信号Voutとフィードバック信号Vfの位相が略等しい。
本発明は、上記した点に鑑みて行われたものであり、フィルタ回路によってフィルタリングされる中心周波数を自動的に変更、設定、調整をする機能を有するフィルタ装置及びその制御方法を提供することを目的にする。
また、本発明のフィルタ装置は、上記した発明において、前記入力信号を増幅して前記再帰型フィルタ回路に入力させるアンプ回路(例えば図1に示したLNA120)をさらに備え、前記再帰型フィルタ回路の中心周波数が制御される間、前記アンプ回路による前記再帰型フィルタ回路への入力信号の入力が停止されることが望ましい。
また、本発明のフィルタ装置は、上記した発明において、前記再帰型フィルタ回路の中心周波数が制御された後、前記再帰型フィルタ回路は、発振状態を停止してフィルタ動作することが望ましい。
また、本発明のフィルタ装置の制御方法は、上記した発明において、前記再帰型フィルタ回路の中心周波数が制御された後、前記再帰型フィルタ回路が、発振状態を停止してフィルタ動作することが望ましい。
また、他の本発明によれば、基準振幅とフィードバック信号の振幅とを一致させることができる。
また、他の本発明によれば、フィードバック信号の振幅が前記基準振幅よりも大きくなった場合、以前に生成された前記ゲイン制御信号を生成するので、フィードバック信号の振幅を基準振幅よりも簡易に小さくすることができる。
また、他の本発明によれば、基準周波数とフィードバック信号の周波数とを略一致させることができる。
また、他の本発明によれば、調整後は発振させることなく、フィルタ動作をすることができる。
構成
(1)全体
図1は、本発明の一実施形態のフィルタ装置を説明するための図である。フィルタ装置は、フィルタ回路と、このフィルタ回路の制御回路(以下、単に制御回路とも記す)を含んでいる。フィルタ回路は、その内部に正帰還を有するものあればよく、例えば、再帰型フィルタ回路が挙げられる。
以上の構成において、ゲイン制御電圧生成部108は、振幅比較回路101の増幅率または移相器111のシフト量が制御される間、フィルタコア部102を発振状態にする。なお、本実施形態でいう発振状態とは、フィルタコア部102に信号を入力することなく、フィルタコア部102から所定の周波数を持った信号が出力される状態をいうものとする。
図2は、図1に示したフィルタコア部102の加算器109の一例を示した回路図である。加算器109は、LNA120から出力された信号を、入力信号Vinとしてベース端子に入力するバイポーラトランジスタ403、図1に示した移相器111のフィードバック信号Vfがベース端子に入力され、コレクタからAGC回路110に出力信号Voutを出力するバイポーラトランジスタ404を備えている。
入力側401において、バイポーラトランジスタ403のコレクタは抵抗素子405を介して基準電位に接続されており、エミッタは電流源406を介して接地されている。同様に、フィードバック側402において、バイポーラトランジスタ404のエミッタは電流源407を介して接地され、バイポーラトランジスタ404のコレクタは出力端子に接続され、出力端子から出力信号Voutが出力されている。
図3に示した例では、コンデンサ501を可変容量素子(バラクタ)で構成し、移相器制御信号VpcntによってC1の値を制御し、入力信号Vinの位相を変えている。
図1に示した振幅比較回路101は、フィルタコア部102の移相器111から出力されるフィードバック信号Vfを入力し、この振幅と基準振幅との比較結果をゲイン制御電圧生成部108に出力する回路である。
このため、振幅比較回路101は、フィードバック信号Vfの振幅をDC電圧に変換するレベルディテクタ104、レベルディテクタ104の出力電圧RSSI(Receive Signal Strength Indicator:受信信号強度)と基準振幅電圧RSSIrefとを比較するコンパレータ107を備えている。振幅比較回路101では、レベルディテクタ104から出力電圧RSSIが出力され、基準出力電圧RSSIrefと比較される。
また、本実施形態では、ゲイン制御電圧生成部108が所定の時間間隔で繰返しゲイン制御信号Vgcntを生成し、出力する。このため、複数の値を有するゲイン制御信号Vgcntが、所定の時間間隔で連続して出力される。
図1に示した周波数比較回路103は、フィードバック信号Vfを入力し、この周波数と基準周波数に対する周波数の相対的な差分を移相器制御電圧生成部117に出力する回路である。このため、周波数比較回路103は、フィードバック信号Vfの周波数を数える周波数カウンタ112、フィードバック信号Vfの周波数Fと基準周波数Frefとを比較するコンパレータ116を備えている。移相器制御電圧生成部117は、コンパレータ116による周波数の比較の結果に基づく移相器制御信号Vpcntを生成する。移相器制御信号Vpcntは、フィルタコア部102の移相器111に入力し、移相器111における位相のシフトを制御する。
(1)再帰型フィルタ回路のフィルタリング周波数の調整
次に、上記した構成のフィルタコア部102のフィルタリング周波数を調整する際の動作について説明する。
フィルタコア部102から出力される信号の振幅と周波数は、AGC回路110に入力されるゲイン制御信号Vgcntと、移相器111に入力される移相器制御信号Vpcntとを調整することによって任意に変更することができる。
本実施形態では、フィルタコア部102が発振状態となったとき、フィルタコア部102から出力されるフィードバック信号Vfを使ってAGC回路110による振幅や移相器111の位相のシフト量が調整される。なお、以降の説明において、フィルタコア部102が発振状態であるときのフィードバック信号Vfの周波数Fを発振周波数FOSCと記す。
図5(a)は出力電圧RSSIについてのタイミングチャートであり、図5(b)は出力電圧(振幅)RSSIと発振周波数FOSCとについて、それぞれ基準振幅電圧RSSIref、基準周波数Frefと比較した状態を示し、図5(c)は発振周波数FOSCについてのタイミングチャートである。
なお、図5においては、フィルタコア部102の発振が停止した状態すなわち、出力電圧RSSIが基準振幅電圧RSSIrefを下回った状態「0」が一部含まれているが、便宜上、図5(c)をフィルタコア部102が発振状態であるときのフィードバック信号Vfの発振周波数FOSCについてのタイミングチャートとしている。
本実施形態では、フィルタコア部102の調整時、先ず、ゲイン制御電圧生成部108が、AGC回路110のゲインを高くして、フィルタコア部102を発振状態に設定する。発振状態になったタイミングを、図5中に時刻t0として示す。フィードバック信号Vfは、レベルディテクタ104に入力され、ここでDC電圧に変換される。変換後の出力電圧RSSIは、コンパレータに107において基準振幅電圧RSSIrefとその振幅を比較される。比較の結果(基準振幅電圧RSSIref、出力電圧RSSIの大小関係)を示す信号が、ゲイン制御電圧生成部108に入力される。
このような本実施形態によれば、フィルタコア部102に基準となる信号を入力することなく、例えばメモリ等に基準振幅電圧RSSIref、基準周波数Frefを記憶させておくだけで、フィルタ回路から所定の周波数の信号を出力させることができる。
フィードバック信号Vfは、周波数カウンタ112においてディジタル化される。ディジタル化されたフィードバック信号Vfの周波数Fと基準周波数Frefとがコンパレータ116に入力され、コンパレータ116において周波数の大小が比較される。比較の結果(基準周波数Frefとフィードバック信号Vfの周波数との大小関係)を示す信号が、移相器制御電圧生成部117に入力される。
また、フィルタコア部102をフィルタとして動作させるためには、フィルタコア部102の発振を停止させる。このため、ゲイン制御電圧生成部108は、ゲイン制御電圧Vgcntを一定量低下させる。この動作のタイミングを、図5中にt11として示す。以上説明した動作によってフィルタコア部102を調整することにより、再帰型RFフィルタのバンドパス周波数を調整し、また、フィルタ回路が高いQ値とゲインを得られる状態にすることができる。
本実施形態では、フィルタコア部102の調整時に、先ずステップ801において、ゲイン制御電圧生成部108がAGC回路110のゲインを高くして、フィルタコア部102を発振状態に設定する。
以上説明した本実施形態によれば、AGC回路110のゲインや移相器111の位相を自動的に調整し、フィルタ装置のコア部のゲインや位相を自動的に調整することができる再帰型のフィルタ回路のような正帰還を有するフィルタ回路を提供することができる。
102 フィルタコア部
103 周波数比較回路
104 レベルディテクタ
107,116 コンパレータ
108 ゲイン制御電圧生成部
109 加算器
110 AGC回路
111 移相器
112 周波数カウンタ
117 移相器制御電圧生成部
120 LNA回路
Claims (13)
- 入力信号とフィードバック信号を加算した加算信号を出力する加算器と、当該加算器によって出力された加算信号を所望の増幅率で増幅した増幅信号を生成する可変ゲインアンプと、当該可変ゲインアンプによって増幅された増幅信号の位相を任意のシフト量でシフトさせ、前記フィードバック信号を生成し、前記加算器に入力する移相器と、を有し、内部に正帰還を有する再帰型フィルタ回路と、
前記再帰型フィルタ回路の中心周波数を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記フィードバック信号の振幅に従って、前記可変ゲインアンプの増幅率を制御するゲイン制御信号を生成するゲイン制御部と、前記フィードバック信号の周波数に従って、前記移相器における前記増幅信号の位相のシフト量を制御する移相器制御信号を生成する移相制御部と、を備え、
前記中心周波数が制御される間、前記再帰型フィルタ回路を発振状態にすることを特徴とするフィルタ装置。 - 前記ゲイン制御部は、
基準として設定された振幅である基準振幅と前記フィードバック信号の振幅とを比較する振幅比較回路と、
前記振幅比較回路による比較の結果に基づいて、前記可変ゲインアンプの増幅率を制御するゲイン制御信号を生成するゲイン制御回路と、
を備え、
前記移相制御部は、
基準として設定された周波数である基準周波数と前記フィードバック信号の周波数とを比較する周波数比較回路と、
前記周波数比較回路の比較結果に基づいて、前記移相器における前記増幅信号の位相のシフト量を制御する移相器制御信号を生成する移相制御回路と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ装置。 - 前記ゲイン制御回路は、
前記可変ゲインアンプの増幅率または前記移相器のシフト量が制御される間、前記再帰型フィルタ回路を発振状態にすることを特徴とする請求項2に記載のフィルタ装置。 - 前記入力信号を増幅して前記再帰型フィルタ回路に入力させるアンプ回路をさらに備え、
前記再帰型フィルタ回路の中心周波数が制御される間、前記アンプ回路による前記再帰型フィルタ回路への入力信号の入力が停止されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のフィルタ装置。 - 前記ゲイン制御回路は、
前記振幅比較回路における比較の結果、前記基準振幅が前記フィードバック信号の振幅よりも大きい場合、前記可変ゲインアンプにおける信号の増幅率を上げる前記ゲイン制御信号を生成し、前記基準振幅が前記フィードバック信号の振幅よりも小さい場合、前記可変ゲインアンプにおける増幅率を下げる前記ゲイン制御信号を生成することを特徴とする請求項2に記載のフィルタ装置。 - 前記ゲイン制御回路は、
前記ゲイン制御信号を連続して複数回生成し、前記フィードバック信号の振幅が前記基準振幅よりも大きくなった場合、以前に生成された前記ゲイン制御信号を生成し、前記フィードバック信号の振幅を前記基準振幅よりも小さくすることを特徴とする請求項5に記載のフィルタ装置。 - 前記移相制御回路は、
前記基準周波数が前記フィードバック信号の周波数よりも大きい場合、前記移相器に前記フィードバック信号の周波数を大きくさせる前記移相器制御信号を生成し、前記基準周波数が前記フィードバック信号の周波数よりも小さい場合、前記移相器に前記フィードバック信号の周波数を小さくさせる前記移相器制御信号を生成することを特徴とする請求項2に記載のフィルタ装置。 - 前記移相制御回路は、
前記基準周波数と前記フィードバック信号の周波数とが略同一になるように前記移相器を動作させる前記移相器制御信号を生成することを特徴とする請求項7に記載のフィルタ装置。 - 前記再帰型フィルタ回路の中心周波数が制御された後、前記再帰型フィルタ回路は、発振状態を停止してフィルタ動作することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のフィルタ装置。
- 入力信号とフィードバック信号を加算した加算信号を出力する加算器と、当該加算器によって出力された加算信号を所望の増幅率で増幅した増幅信号を生成する可変ゲインアンプと、当該可変ゲインアンプによって増幅された増幅信号の位相を任意のシフト量でシフトさせ、前記フィードバック信号を生成し、前記加算器に入力する移相器と、を有し、内部に正帰還を有する再帰型フィルタ回路と、前記再帰型フィルタ回路の中心周波数を制御する制御回路と、を備えるフィルタ装置の制御方法であって、
前記再帰型フィルタ回路を発振状態に設定する発振状態設定ステップと、
前記フィードバック信号の振幅に従って、前記可変ゲインアンプの増幅率を制御すると共に、前記フィードバック信号の周波数に従って、前記移相器における前記増幅信号の位相のシフト量を制御する調整ステップと、
前記再帰型フィルタ回路の発振状態を停止する発振状態停止ステップと、
を含み、
前記中心周波数が制御される間、前記再帰型フィルタ回路を発振状態にすることを特徴とするフィルタ装置の制御方法。 - 前記調整ステップは、
前記増幅率及び前記シフト量の初期値を設定する初期値設定ステップと、
前記振幅と基準振幅とを比較し前記振幅と前記基準振幅とが異なる場合は前記増幅率の値を調節し、且つ、前記周波数と基準周波数とを比較し前記周波数と前記基準周波数とが異なる場合は前記シフト量の値を調整する調節する調節ステップと、を含み、
前記振幅が前記基準振幅と同じになるように、及び、前記周波数が前記基準周波数と同じになるように、前記調節ステップを複数回繰り返し行うことを特徴とする請求項10に記載のフィルタ装置の制御方法。 - 前記調節ステップは、
前記基準振幅が前記振幅よりも大きい場合、前記増幅率を上げ、前記基準振幅が前記振幅よりも小さい場合、前記増幅率を下げるゲイン調節ステップと、
前記基準周波数が前記周波数よりも大きい場合、前記周波数を上げ、前記基準周波数が前記周波数よりも小さい場合、前記周波数を下げる周波数調節ステップと、
を含むことを特徴とする請求項11に記載のフィルタ装置の制御方法。 - 前記再帰型フィルタ回路の中心周波数が制御された後、前記再帰型フィルタ回路は、発振状態を停止してフィルタ動作することを特徴とする請求項10から12のいずれか1項に記載のフィルタ装置の制御方法。
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