JP6449677B2

JP6449677B2 - 通信装置

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Publication number: JP6449677B2
Application number: JP2015034037A
Authority: JP
Inventors: 智富澤
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: US20160248456A1; US9590670B2; JP2016158073A

Description

本開示は、通信装置に関し、特に、送信回路を有する通信装置に関する。

従来より、ダイレクトコンバージョン方式の送信回路を有する通信装置では、発振器で生成された局部発振信号を分周器で分周し、分周した局部発振信号にデータ信号を重畳して高周波信号を生成し、その高周波信号を増幅器で増幅してアンテナから送信している。

このような通信装置では、増幅器で高周波信号の高調波が発生し雑音となるため種々の方式で高調波を除去する方式が提案されている（特許文献１）。

特開２０１４−１３５６４１号公報

一方で、近年、通信装置の低消費電力化が要求されており、上記高調波を除去するための回路を駆動する必要があるため余分な消費電力が必要となっていた。

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、低消費電力化が可能な通信装置を提供することを目的とする。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施例によれば、通信装置は、バッテリと、バッテリからの電源供給を受けて所望の送信周波数の信号を送信する送信回路とを備える。送信回路は、信号を発振する第１の発振器と、第１の発振器から発振した信号を増幅するアンプと、アンプから出力される信号に含まれる高調波成分を除去するフィルタ回路とを含む。フィルタ回路は、アンプから出力される信号から送信周波数のｎ倍（ｎ＞２以上）の周波数信号を抽出する抽出部と、抽出したｎ倍の周波数信号のＤＣ成分をバッテリに回収する回収部とを有する。

一実施例によれば、高調波成分を除去して回収するため低消費電力化が可能な通信装置を実現させることが可能である。

実施形態に基づく通信装置１の構成を説明する図である。実施形態に基づく通信装置１の通信モジュール１０の構成を説明する図である。実施形態に基づくミキサ２０４およびＬＰＦ２０６の構成を説明する図である。ＬＰＦ２０６の特性を説明する図である。実施形態の変形例に基づく通信モジュール１０＃の構成を説明する図である。

本実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、実施形態に基づく通信装置１の構成を説明する図である。
図１に示されるように、ＲＦ信号を送受信する通信装置１が示されている。

なお、ＲＦ信号として、一例として２．４ＧＨｚ帯の信号を利用する。
通信装置１は、半導体装置２と、アンテナモジュール１２と、アンテナ１４と、電源制御モジュール１８と、バッテリ２０とを含む。

半導体装置２には、一例として通信モジュール１０と、ＭＣＵ（Main Control Unit）１６とを含む。半導体装置２には、アンテナモジュール１２および電源制御モジュール１８の全部または一部を含んで構成することも可能である。また、半導体装置２に、ＭＣＵ１６の全部または一部を含まずに構成することも可能である。

電源制御モジュール１８は、バッテリ２０と接続され、各部に必要な電力を供給する。
ＭＣＵ１６は、通信装置１全体を制御する。

アンテナモジュール１２は、アンテナ１４と通信モジュール１０との間に接続され、アンテナ１４で受信した受信した信号あるいはアンテナ１４に送信する送信信号に対してインピーダンスマッチングを行う。

通信モジュール１０は、ＭＣＵ１６の指示に従って動作し、アンテナ１４と接続されたアンテナモジュール１２を介する送信／受信処理を実行する。そして、通信モジュール１０は、受信した信号をＭＣＵ１６に出力する。また、通信モジュール１０は、ＭＣＵ１６からの指示に従ってアンテナ１４から送信信号を出力する。

図２は、実施形態に基づく通信装置１の通信モジュール１０の構成を説明する図である。

図２に示されるように、通信モジュール１０は、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１００と、ミキサ１０２と、ＰＧＡ１０４と、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１０６と、ベースバンド部１０８と、発振器１１０と、プリアンプ１１２と、ＬＰＦ１１４と、フィルタ２００とを含む。

受信処理について説明する。
ＬＮＡ１００は、アンテナモジュール１２を介してアンテナ１４から受信したＲＦ信号の入力を受けて、この入力されたＲＦ信号を低雑音で増幅し出力する。

ミキサ１０２は、ＬＮＡ１００により増幅されたＲＦ信号と発振器１１０で発振されたローカル信号とを乗算して、ベースバンド周波数帯のベースバンド受信信号（受信時のベースバンド信号）にダウンコンバートし出力する。

ミキサ１０２は、直交復調器であり、ＲＦ信号とローカル信号とに基づいてＩｃｈ、Ｑｃｈのベースバンド信号を生成する。

ミキサ１０２に入力されるローカル信号は、発振器１１０により生成される。
発振器１１０は、電圧制御発振器で構成され、電圧に応じて発振周波数を可変に変更することが可能である。

ＰＧＡ（Programmable Gain Amplifier：可変ゲインアンプ）１０４は、ベースバンド受信信号の入力を受けて、この入力されたベースバンド受信信号をさらに増幅する。ＰＧＡ１０４は、ベースバンド部１０８により適切にゲイン設定されている。

ＬＰＦ１０６は、ＰＧＡ１０４から入力される信号の高周波成分を除去するフィルタリング処理を行い所望の周波数変換後のベースバンド受信信号をベースバンド部１０８に出力する。

ベースバンド部１０８は、Ｉｃｈ、Ｑｃｈのベースバンド信号に基づいて復調し、デジタルデータをＭＣＵ１６に出力する。

一方、送信処理について説明する。
発振器１１０は、ベースバンド部１０８の指示に従って所望の送信周波数の信号を発振する。

発振器１１０から出力された信号は、プリアンプ１１２でそのレベルが増幅されてＬＰＦ１１４に出力される。

ＬＰＦ１１４は、所望の送信周波数の信号のみを通過させてアンテナモジュール１２を介してアンテナ１４から所望の送信周波数の信号を出力する。

ここで、高調波について説明する。
発振器１１０から発振出力された所望の送信周波数の信号は、プリアンプ１１２で増幅された際に高調波を生じさせる。

当該高調波は雑音（ノイズ）となるため、当該雑音（ノイズ）を除去することが必要となる。

本実施形態においては、フィルタ２００により高調波を除去する方式について説明する。

フィルタ２００は、ミキサ２０２，２０４と、ＬＰＦ２０６とを含む。
ミキサ２０２は、発振器１１０からの送信周波数の信号をミキシングして、当該送信周波数の２倍の周波数信号をミキサ２０４に出力する。ミキサ２０２に入力される発振器１１０からの送信周波数の信号をミキサ２０２の内部で分岐させて２つの送信周波数の信号をミキシングする。

ミキサ２０４は、プリアンプ１１２で出力した信号と、ミキサ２０２で出力された２倍の周波数信号とをミキシングする。

ＬＰＦ２０６は、ミキサ２０４から出力される信号のうち周波数成分の低い信号のみを通過させる。

図２においては、一例として所望の送信周波数ｆｔｘが示されている。
ミキサ２０２は、所望の送信周波数の２倍の周波数信号２×ｆｔｘを出力する。本例においては、ミキサ２０２により所望の送信周波数の２倍の周波数信号２×ｆｔｘを出力する場合について説明するが、特にこれに限られず発振器１１０とは、別の発振器から２倍の周波数信号２×ｆｔｘを発振して出力するようにしても良い。

また、フィルタ２００により所望の送信周波数の２倍の高調波（ＨＤ２）が抽出される場合が示されている。

これにより、ＬＰＦ１１４に入力される信号は、２倍の高調波（ＨＤ２）の成分が抑制され、ＬＰＦ１１４は、所望の送信周波数の信号ｆｔｘのみをアンテナモジュール１２に出力する。

また、フィルタ２００に入力された２倍の高調波（ＨＤ２）は、インピーダンス変換されてＤＣ成分としてバッテリ２０に入力される。

図３は、実施形態に基づくミキサ２０４およびＬＰＦ２０６の構成を説明する図である。

図３に示されるようにミキサ２０４は、スイッチングミキサで構成される。具体的には、スイッチングミキサは、トランジスタで形成される。トランジスタのソース側がプリアンプ１１２の出力ノードと接続され、ゲートにミキサ２０２の出力を受ける。

当該構成にすることにより、プリアンプ１１２から出力される信号から所望の送信周波数の２倍の周波数信号２×ｆｔｘの成分の信号が抽出される。当該周波数信号２×ｆｔｘの信号成分のみがトランジスタのゲートを通過し、インピーダンス変換される。

そして、インピーダンス変換された信号は、ＬＰＦ２０６でフィルタリング処理される。所望の送信周波数の２倍の周波数信号は、ＤＣ（直流）成分にインピーダンス変換されるためＬＰＦ２０６において高周波成分のみがカットされる。

ＬＰＦ２０６は、抵抗とキャパシタとで構成される。
バッテリ２０には、ＬＰＦ２０６を介して直流成分の電圧が印加されることによりバッテリ２０に回収（充電）される。直流成分であるため整流回路等を設ける必要が無く、バッテリ２０と直接接続することが可能である。したがって、回路を単純化することが可能である。

また、実施形態に基づくフィルタ２００は、プリアンプ１１２から出力される高調波である雑音（ノイズ）を除去するだけでなく、バッテリ２０に、プリアンプ１１２から雑音（ノイズ）として出力される高調波を回収できるため消費電力を低減することができる。

従来の構成では、雑音（ノイズ）を除去する回路は種々提案されていたが、当該回路を駆動するために電力が消費されるとともに回路面積を確保する必要があったが、フィルタ２００は、ノイズを除去するとともに当該ノイズを電力として回収することが可能であるので面積を効率的に利用することが可能である。また、ミキサ２０２をスイッチングミキサとしてトランジスタで構成することにより回路面積も縮小することが可能である。

図４は、ＬＰＦ２０６の特性を説明する図である。
図４に示されるように雑音（ノイズ）を除去する特性について説明する。

一例として、簡易に説明するために所望の周波数信号が１ＧＨｚ、高調波が２ＧＨｚであり、周波数差分が１ＧＨｚの場合について説明する。

図４（Ａ）には、ＬＰＦ２０６のフィルタ周波数１ＧＨｚとしてフィルタリングした場合、所望の周波数信号に対して高調波は６ｄＢのみ減衰させることができる。

一方、図４（Ｂ）には、所望の周波数信号をＤＣ成分に周波数変換した場合が示されている。

高調波は１ＧＨｚとなるが、ＬＰＦ２０６のフィルタ周波数が１０ＭＨｚの場合、所望の周波数信号に対して高調波を４３ｄＢも減衰させることができる。

したがって、ＬＰＦ２０６の特性として低い周波数帯で利用することにより高調波を十分に減衰させることが可能である。

なお、本例においては、所望の送信周波数の２倍の周波数信号の高調波を除去して回収する方式について説明したが特にこれに限られるｎ倍（２以上）の周波数信号の高調波であれば同様に適用可能である。

なお、周波数ホッピング方式により発振器１１０からの送信周波数が変更される場合であってもミキサ２０２は、当該送信周波数の２倍の周波数信号をミキサ２０４に出力するため容易に当該方式に対応することが可能である。
＜変形例＞
図５は、実施形態の変形例に基づく通信モジュール１０＃の構成を説明する図である。

図５に示されるように通信モジュール１０＃は、通信モジュール１０と比較して、フィルタ２００をフィルタ２００Ａおよび２００Ｂに置換した点が異なる。

フィルタ２００Ａは、ミキサ２０２Ａ，２０４Ａと、ＬＰＦ２０６Ａとを含む。
フィルタ２００Ｂは、ミキサ２０２Ｂ，２０４Ｂと、ＨＰＦ２０３Ｂと、ＬＰＦ２０６Ｂとを含む。

ミキサ２０２Ａは、発振器１１０からの送信周波数の信号をミキシングして、当該送信周波数の２倍の周波数信号をミキサ２０４Ａに出力する。

ミキサ２０２Ｂは、ミキサ２０２Ａから出力された２倍の周波数信号と、発振器１１０からの送信周波数の信号をミキシングして、ミキシングした信号をＨＰＦ２０３Ｂに出力する。ＨＰＦ２０３Ｂは、ミキサ２０２Ｂからミキシングされた信号のうち、当該送信周波数の３倍の周波数信号を通過させてミキサ２０４Ｂに出力する。ミキサ２０２Ａから出力された２倍の周波数信号と、発振器１１０からの送信周波数の信号とをミキシングした当該送信周波数の１倍の周波数信号は、ＨＰＦ２０３Ｂにより除去される。

ミキサ２０４Ａは、プリアンプ１１２で出力した信号と、ミキサ２０２Ａで出力された２倍の周波数信号とをミキシングする。

ミキサ２０４Ｂは、プリアンプ１１２で出力した信号と、ＨＰＦ２０３Ｂで出力された３倍の周波数信号とをミキシングする。

ＬＰＦ２０６は、ミキサ２０４Ａ，２０４Ｂから出力される信号のうち周波数成分の低い信号のみを通過させる。

ミキサ２０４Ａ，２０４Ｂは、スイッチングミキサで構成される。具体的には、スイッチングミキサは、トランジスタで形成される。トランジスタのソース側がプリアンプ１１２の出力ノードと接続され、ゲートにミキサ２０２Ａ，２０２Ｂの出力をそれぞれ受ける。

当該構成にすることにより、ミキサ２０４Ａにおいて、プリアンプ１１２から出力される信号から所望の送信周波数の２倍の周波数信号２×ｆｔｘの成分の信号が抽出される。当該周波数信号２×ｆｔｘの信号成分のみがトランジスタのゲートを通過し、インピーダンス変換される。

また、ミキサ２０４Ｂにおいて、プリアンプ１１２から出力される信号から所望の送信周波数の３倍の周波数信号３×ｆｔｘの成分の信号が抽出される。

当該周波数信号３×ｆｔｘの信号成分のみがトランジスタのゲートを通過し、インピーダンス変換される。

そして、インピーダンス変換された信号は、ＬＰＦ２０６でフィルタリング処理される。所望の送信周波数の２倍の周波数信号は、ＤＣ（直流）成分にインピーダンス変換されるためＬＰＦ２０６Ａにおいて高周波成分のみがカットされ、上記したようにバッテリ２０には、ＬＰＦ２０６Ａを介して直流成分の電圧が印加されることによりバッテリ２０に回収（充電）される。

同様に、所望の送信周波数の３倍の周波数信号は、ＤＣ（直流）成分にインピーダンス変換されるためＬＰＦ２０６Ｂにおいて高周波成分のみがカットされ、上記したようにバッテリ２０には、ＬＰＦ２０６Ｂを介して直流成分の電圧が印加されることによりバッテリ２０に回収（充電）される。

当該構成によりプリアンプ１１２から出力される高調波である雑音（ノイズ）を除去するだけでなく、バッテリ２０に、プリアンプ１１２から雑音（ノイズ）として出力される高調波を回収できるため消費電力を低減することができる。

また、高調波として２倍、３倍の周波数信号を回収することが可能であるため消費電力をさらに低減することができる。なお、本例においては、所望の送信周波数の２倍、３倍の周波数信号の高調波を除去して回収する方式について説明したが特にこれに限られず、同様の方式に従ってさらにｎ倍（４、５、・・・）の周波数信号を除去して回収することも可能である。

以上、本開示を実施形態に基づき具体的に説明したが、本開示は、実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１通信装置、２半導体装置、１０通信モジュール、１２アンテナモジュール、１４アンテナ、１８電源制御モジュール、２０バッテリ、１０２，２０２，２０２Ａ，２０２Ｂ，２０４，２０４Ａ，２０４Ｂミキサ、１０８ベースバンド部、１１０発振器、１１２プリアンプ、２００，２００＃フィルタ。

Claims

バッテリと、
前記バッテリからの電源供給を受けて所望の送信周波数の信号を送信する送信回路とを備え、
前記送信回路は、
前記信号を発振する第１の発振器と、
前記第１の発振器から発振した前記信号を増幅するアンプと、
前記アンプから出力される信号に含まれる高調波成分を除去するフィルタ回路とを含み、
前記フィルタ回路は、
前記アンプから出力される信号から前記送信周波数のｎ倍（ｎは２以上）の周波数信号を抽出する抽出部と、
抽出した前記ｎ倍の周波数信号のＤＣ成分を前記バッテリに回収する回収部とを有し、
前記フィルタ回路は、前記信号に基づいて前記ｎ倍の周波数信号を発振する周波数生成器をさらに含み、
前記抽出部は、前記周波数生成器から出力される前記ｎ倍の周波数信号と前記信号とをミキシングする第１のミキサで構成される、通信装置。
前記周波数生成器は、前記第１の発振器から出力した前記信号に基づいて前記ｎ倍の周波数信号を生成する第２のミキサで構成される、請求項１記載の通信装置。
前記第１のミキサは、ソースが前記信号が伝送されるノードと接続され、ゲートは前記周波数生成器から出力される前記ｎ倍の周波数信号の入力を受けるトランジスタを含む、請求項１記載の通信装置。
前記送信回路は、
アンテナと、
前記アンテナと前記アンプとの間に設けられたローパスフィルタとをさらに含む、請求項１記載の通信装置。
前記抽出部は、前記アンプから出力される信号から前記送信周波数の２倍の周波数信号を抽出する、請求項１記載の通信装置。
前記回収部は、ローパスフィルタである、請求項１記載の通信装置。
前記回収部は、キャパシタと、抵抗とで構成される、請求項６記載の通信装置。
バッテリと、
前記バッテリからの電源供給を受けて所望の送信周波数の信号を送信する送信回路とを備え、
前記送信回路は、
前記信号を発振する第１の発振器と、
前記第１の発振器から発振した前記信号を増幅するアンプと、
前記アンプから出力される信号に含まれる高調波成分を除去するフィルタ回路とを含み、
前記フィルタ回路は、
前記アンプから出力される信号から前記送信周波数のｎ倍（ｎは２以上）の周波数信号を抽出する複数の抽出部と、
それぞれ抽出した前記ｎ倍の周波数信号のＤＣ成分を前記バッテリに回収する回収部とを有する、通信装置。
前記複数の抽出部における前記ｎの値はそれぞれ異なる、請求項８記載の通信装置。