JP5834577B2 - 直交信号生成回路、直交信号生成回路の調整方法、及び無線通信装置 - Google Patents
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本発明の直交信号生成回路の調整方法は、入力信号から振幅がほぼ等しく、位相がほぼ90度異なる2つの出力信号を生成する移相手段と、当該移相手段の前記2つの出力信号を増幅する第1の可変利得増幅手段、第2の可変利得増幅手段と、当該第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の出力信号の和および差の信号を生成する加算手段及び減算手段とを有する直交信号生成回路の調整方法であって、前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の出力信号の振幅を検出する工程と、前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の出力信号の振幅が所定の振幅検出レベルになるように前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の利得を調整する疎調整工程と、前記加算手段の出力信号と前記減算手段の出力信号の90度からの位相誤差が最小となるように、前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の利得を調整する微調整工程とを有し、前記疎調整工程及び微調整工程は、切り替えて使用する搬送周波数毎に予め利得を調整して利得設定値を記憶しておき、前記搬送周波数の切り替えに応じて、前記記憶しておいた利得設定値を用いて利得を調整する、直交信号生成回路の調整方法である。
本発明の無線通信装置は、本発明の直交信号生成回路を有する無線通信装置である。
〈直交信号生成回路の構成〉
図1は、本発明の実施形態の無線通信装置に使用される直交信号生成回路を示す図である。
ポリフェイズフィルタ1で生成できる直交信号は、特定の周波数でのみ出力の位相差が90度、振幅が等しくなる。よって所望の周波数では位相差も90度ではなく、振幅も異なっているものとする。そこで、これらの直交信号の振幅が等しくなるように増幅してから加算器6、減算器7に入力する。これにより正確な90度位相差を実現できる理由について、図2及び図3を用いて説明する。
図4は、本発明の実施形態の無線通信装置であるダイレクトコンバージョン方式の無線通信装置の回路構成を簡略化して示した図である。この無線通信装置において、移相器17,18が図1の直交信号生成回路に対応する。
これは、ディジタル部11から出力するベースバンド信号を仮に
cosωt …式[1]
−sinωt …式[2]
とおき、移相器17から出力される理想的な直交信号を
cosωct …式[3]
sinωct …式[4]
とおけば(ωc>>ωである)、周波数変換器12の出力は
cosωt・cosωct−sinωt・sinωct=cos(ω+ωc)t …式[5]
と変形でき、出力の周波数がω+ωcとなることからわかる。
cos(ωct+α) …式[6]
sinωct …式[7]
と書けるとすると(ここでαは十分小さい値とする)、式[6]は以下のように変形でき、
cos(ωct+α)≒cosωct−αsinωct …式[8]
とかける。ここで、右辺第一項は式[3]と同様である。右辺第二項と式[1]との積は
cosωct・(−αsinωct)=−{α/2}・{sin(ωc+ω)t+sin(ωc−ω)t} …式[9]
と変形でき、式[9]の右辺第二項が上述のイメージ信号である。
cos(ω+ωc)t−{α/2}・{sin(ωc−ω)t} …式[10]
と書けるとする。
cos2(ω+ωc)t−αcos(ω+ωc)t・sin(ωc−ω)t+{α2/4}・{sin2(ωc−ω)t} …式[11]
となる。α<<1という前提であるため、式[11]の第三項は無視できる。また式[11]の第一項は
cos2(ω+ωc)t={cos2(ωc+ω)t+1}/2 …式[12]
という変形により、高周波成分(周波数ω+ωc)とDC成分に分割できる。
−αcos(ω+ωc)t・sin(ωc−ω)t=−(α/2)・sin2ωct+(α/2)・sin2ωt …式[13]
と変形できる。
図5は、図1におけるポリフェイズフィルタ1の一例の回路図である。図示のように、抵抗36とコンデンサ37の直列回路を4つループ(リング状)に接続し、対向する直列回路の両端に局部発振器からの差動信号30,31を供給し、各直列回路における抵抗36とコンデンサ37との接続点から直交信号32,33,34,35を出力する。
図6は、図1における可変利得アンプ2,3の一例の回路図である。
増幅段トランジスタ40,41と負荷42,43とテール電流源44からなる差動増幅アンプ101を構成する。増幅段トランジスタ47,48と負荷49,50とテール電流源51も同様に差動増幅アンプ102を構成する。両者は直交信号の増幅を行う。
図7は、図1における振幅検出器4,5の一例の回路図である。
電流源63の電流値によって、トランジスタ62,64に流れる電流の値と、入力信号の振幅がゼロのときにトランジスタ60,61に流れる電流のDC値とが決まる。また、トランジスタ64に流れる電流の値と可変電流源65の電流値の和によって、トランジスタ66,67に流れる電流の値が決まる。これにより、トランジスタ60,61に流れる電流の和のうち、入力信号の振幅に応じた電流増加分と可変電流源65の電流値の大小が比較・出力される。よって、可変電流源65の電流値の増減により、入力信号振幅の検出レベルを調整することができる。
図8は、図1における加算器6、減算器7の一例の回路図である。差動アンプ68,69,70,71を図のように接続し、出力を足し合わせることにより、加算器6と減算器7を構成する。信号が非常に高速であるため、差動アンプ68,69の出力を結線するだけで足し算が実現できる。また、差動アンプ68,69のペアと差動アンプ70,71のペアで符号を入れ換え(差動アンプ68と70の入力を逆転)、足し算と引き算を実現している。
(1)加算、減算器6,7の手前(前段)に簡潔な振幅検出器4,5を設け、加算器6、減算器7に入力する直交信号の振幅が等しくなるように可変利得アンプ2,3の利得の疎調整を行う。別途の微調整手段を持つため、振幅検出器4,5の精度は低くてよい。このため、振幅検出器4,5を構成するトランジスタのサイズを小さくでき、可変利得アンプ2,3の負荷を軽くすることができるので、高周波信号に対応することができる。
(2)無線通信装置内で実際の通信を行っていない間に、送信系・受信系を通るテスト信号を利用し、加算、減算器6,7から出力される直交信号の位相差が90度からどれだけずれているか検出し、それに応じて移相器(直交信号生成回路)内の可変利得アンプ2,3の利得の微調整を行うので、位相差が正確に90度の直交信号を生成することができる。
(3)これら可変利得アンプ2、3の疎調整、微調整は、切り替える搬送波周波数全てについて前もって行う。また、これらの疎調整、微調整はともにディジタル制御とする。これにより、搬送波周波数切り替えに応じて高速に可変利得アンプ2,3のゲインを切り替えることができるので、搬送波周波数切り替えに対しても位相差が正確に90度の直交信号を生成できる。
(4)2倍周波数の信号を発振器で生成したり、Quadrature VCOを設けたりする必要が無いので、消費電力を低減できる。
(5)振幅検出器4、5において、振幅検出レベルまで増幅できていないことを検知した場合に、ポリフェイズフィルタ1の前段の可変利得アンプ9の利得を大きくするか、もしくは振幅検出レベルを変更することで、ポリフェイズフィルタ1の出力の直交信号の振幅差が大きくても振幅を等しくすることができ、広い周波数範囲に対応することができる。
(6)2つの可変利得アンプ2,3に互いの利得差を生じさせるスイッチ55を設け、そのスイッチ55をパルス幅変調やデルタシグマ変調により、任意の割合で切り替えることができるようにしたので、直交信号の振幅の微妙な調整が可能になる。
Claims (10)
- 入力信号から振幅がほぼ等しく、位相がほぼ90度異なる2つの信号を生成する移相手段と、当該2つの信号の振幅が等しくなるように振幅調整する振幅調整手段と、当該振幅調整手段により振幅調整された2つの信号の和信号、差信号を生成する加算手段、減算手段とを有し、当該和信号、差信号を位相が90度異なる直交信号として出力する直交信号生成回路であって、
前記振幅調整手段は、
それぞれ前記移相手段の2つの出力信号を増幅する第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段と、
前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の出力信号の振幅が所定の振幅検出レベルになるように前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の利得を調整する疎調整手段と、
前記加算手段の出力信号と前記減算手段の出力信号の90度からの位相誤差が最小となるように前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の利得を調整する微調整手段と
を有し、
前記疎調整手段及び微調整手段は、切り替えて使用する搬送周波数毎に予め利得を調整して利得設定値を記憶しておき、前記搬送周波数の切り替えに応じて、前記記憶しておいた利得設定値を用いて利得を調整する、
直交信号生成回路。 - 請求項1に記載された直交信号生成回路において、
前記移相手段の前段に配置された第3の可変利得増幅手段と、
前記第1の可変利得増幅手段又は第2の可変利得増幅手段が出力信号の振幅を前記振幅検出レベルまで増幅できないとき、前記第3の可変利得増幅手段の利得を大きくする利得制御手段と
を有する直交信号生成回路。 - 請求項1に記載された直交信号生成回路において、
前記第1の可変利得増幅手段又は第2の可変利得増幅手段が出力信号の振幅を前記振幅検出レベルまで増幅できないとき、前記振幅検出レベルを下げる振幅検出レベル変更手段
を有する直交信号生成回路。 - 請求項1に記載された直交信号生成回路において、
前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段のそれぞれのバイアス電流を変化させることで、それぞれの利得を調整する第1の電流源及び第2の電流源と、
スイッチの切り替えにより、前記第1の電流源又は第2の電流源のバイアス電流に電流を加算する第3の電流源と
を有する直交信号生成回路。 - 請求項1に記載された直交信号生成回路において、
前記微調整手段は、前記加算手段及び減算手段のそれぞれの出力信号により所定の周波数の信号を周波数変換する周波数変換手段と、当該周波数変換手段の出力信号中の前記所定の周波数のほぼ2倍の周波数成分の振幅を検出する振幅検出手段とを有する直交信号生成回路。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載された直交信号生成回路を有する無線通信装置。
- 請求項5に記載された直交信号生成回路を有する無線通信装置。
- 請求項7に記載された無線通信装置において、
無線通信を行わない期間に前記所定の周波数の信号を生成する手段を有する無線通信装置。 - 請求項8に記載された無線通信装置において、
前記所定の周波数を切り替える手段を有する無線通信装置。 - 入力信号から振幅がほぼ等しく、位相がほぼ90度異なる2つの出力信号を生成する移相手段と、当該移相手段の前記2つの出力信号を増幅する第1の可変利得増幅手段、第2の可変利得増幅手段と、当該第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の出力信号の和および差の信号を生成する加算手段及び減算手段とを有する直交信号生成回路の調整方法であって、
前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の出力信号の振幅を検出する工程と、
前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の出力信号の振幅が所定の振幅検出レベルになるように前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の利得を調整する疎調整工程と、
前記加算手段の出力信号と前記減算手段の出力信号の90度からの位相誤差が最小となるように、前記第1の可変利得増幅手段及び第2の可変利得増幅手段の利得を調整する微調整工程と
を有し、
前記疎調整工程及び微調整工程は、切り替えて使用する搬送周波数毎に予め利得を調整して利得設定値を記憶しておき、前記搬送周波数の切り替えに応じて、前記記憶しておいた利得設定値を用いて利得を調整する、
直交信号生成回路の調整方法。
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