JPH11186875A

JPH11186875A - フイルタ回路

Info

Publication number: JPH11186875A
Application number: JP9354938A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yoshizawa; 淳吉澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-07-09
Also published as: EP0939486A2; US6369644B1; KR19990063245A; EP0939486A3

Abstract

(57)【要約】【課題】帰還制御によって能動フイルタ回路の出力特
性を安定にする。【解決手段】希望の周波数帯域の信号と、妨害波となる
周波数帯域の信号が端子１０から利得可変回路１１に入
力され利得制御されて能動フイルタ回路１２に供給され
る。その出力信号は端子１３から図示されていないリミ
ッタ回路によって波形整形され、信号データの復調回路
に供給される。１４ａは能動フイルタ回路１２の出力信
号のレベルに所定の係数を乗算する第１の係数回路、１
４ｂは同じく入力側の信号レベルに所定の係数を乗算す
る第２の係数回路、１５ａ、１５ｂはそれぞれ第１の係
数回路１４ａ、及び第２の係数回路１４ｂの出力レベル
を検出する第１、及び第２のレベル検出回路である。ま
た、１６は前記第１、及び第２のレベル検出回路１５ａ、
または１５ｂの検出信号の高い方の信号を支配的に出力
するスイッチ回路を示し、その出力は比較器（差動アン
プ）１７に入力され基準信号源１８の出力と比較され
る。そしてその出力がクリップ回路１９を介して前記し
た利得可変回路１１の利得を制御するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所望の周波数帯域
の信号を抽出する際に好適なフイルタ回路に係わり、特
に移動無線システムにおいて特定のチャンネル信号を選
択する際に有用なフイルタ回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信の端末となる携帯型の送受信
機、例えば自動車無線機、携帯電話機等では、その無線
システムに割り当てられている高周波（ＧＨｚ）の搬送
周波数に対して周波数分割された多くの副搬送により変
調され、さらに各副搬送周波数は数十チャンネルのタイ
ムスロットに分割された特定の周波数帯域のチャンネル
に音声データが変調され送受信を行うように構成したも
のがある。

【０００３】このような移動体無線システムでは、端末
で受信する入力受信信号レベルは使用環境によって大き
く変動し、例えば端末と基地局の距離、フェージングに
よるレベル変動などにより８０ｄＢ以上も変化すること
を想定しなければならない。また、目的のチャンネルの
信号レベルが低く、隣接するチャンネルに強い妨害波が
存在するという劣悪な環境も考えられる。そこで、この
ような移動体無線の送受信系では、一般的にｗスーパ受
信方式の高周波回路が採用されているが、目的の周波数
を正確に抽出するためのフイルタ回路としては高い尖鋭
度と、広いダイナミックレンジに対応するために、バル
ク素子（ｓａｗフイルタ、圧電素子等）を使用したフイ
ルタが主に使用されている。

【０００４】しかしながら、携帯端末機としてはできる
だけ小型でかつ軽量化が求められるため、例えば、中間
周波数段間等におけるフイルタ回路として、ＩＣ回路で
構成される能動フイルタを使用することが考えられる。
図６は端末機の受信高周波回路の一例を示したもので、
基地局から送信された電波をアンテナ１００で受信する
と共に、低ノイズの例えばＧａＡｓＦＥＴ素子等からな
る高周波アンプ１０１によって増幅し、第１のミキサ１
０２に供給されている第１のローカル発振器１０３の信
号を混合することにより第１の中間周波数に変換され
る。そして、この変換された第１の中間周波数はｓａｗ
フイルタ１０４によって所定の周波数帯域が抽出され、
中間アンプ１０５で増幅された後に第２のミキサ回路１
０６に供給される。

【０００５】第２のミキサ回路１０６には所望のチャン
ネルを選択するための第２のローカル発振器１０７から
信号が供給され、目的のチャンネルの周波数帯域の信号
を第２の中間周波数として得るようにしている。そして
第２の中間周波数帯域の信号を選択するために能動フイ
ルタ回路１０９が設けられることになるが、先に述べた
ように目的の周波数帯域のチャンネルを選択する能動フ
イルタ回路１０９は、一般的にダイナミックレンジが低
いため、この能動フイルタ回路１０９の前段に利得可変
増幅器１０８を前置し、この利得可変増幅器１０８の利
得を能動フイルタの出力信号レベルを検出するレベル検
出回路１１０から帰還した信号によってコントロールす
ることが必要になる。

【０００６】なお、能動フイルタ回路１０９によって抽
出された目的の周波数帯域の信号は、次に多段接続され
たリミッタ回路１１１によって一定の振幅となるように
波形整形され、データを抽出する信号処理回路１２０に
入力されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、抵
抗成分と容量成分、または能動素子（トランジスタ、ア
ンプ）を組み合わせて形成されるインダクタンス成分等
からなる能動フイルタ回路１０９は、例えばバイクワッ
ド型フイルタ、あるいは、はしご型フィルタのジャイレ
ータによるシュミレーション回路等は、ＩＣ回路によっ
て構成可能であるため、端末機を小型軽量化すると共
に、低電力化する際に有用であるが、ＩＣ回路では、高
精度の周波数特性のフィルタを実現する際にトランジス
タ差動対のトランスコンダクタンスを用いたｇｍ−Ｃ回
路を用いることが多い。したがって、このようなフイル
タ回路は一般的に増幅素子がリニヤに動作する範囲のみ
安定したフイルタ特性で動作するという制限がある。ま
た、このような能動フイルタ回路の尖鋭度を高くなるよ
うに設計し、かつ、低電圧駆動によって低消費電力を図
るように設計すると次のような問題点が生じる。

【０００８】第１点は帰還制御による帰還路のダイナミ
ックレンジの問題である。能動フイルタ回路１０９はそ
もそも内部に複雑な帰還路を形成して所定の周波数を通
過するような周波数特性を示すようにしたものであるた
め、一般的に非線形の要素と見ることができ、これをフ
イードバック回路のループ内に含むと帰還制御そのもの
に問題が生じる。例えば、能動フイルタ回路１０９の非
線形の振る舞いが単調増加でなくなると、このときに帰
還信号の極性が反転し正常な帰還動作が保持されないと
いう可能性が生じる。このようなときは、例えば瞬時的
に強入力の信号が到来する、フイルタ回路１０９が深い
飽和状態に達した後に、本来のレベル制御動作に移行し
ないことになるという問題がある。

【０００９】次に、第２点は受信信号に対するダイナミ
ックレンジの有効利用上の問題がある。図６に示したよ
うに能動フイルタ回路１０９の前段に利得可変増幅器１
０８を配置して能動フイルタ回路１０９の出力信号レベ
ルを検出した信号により利得制御を行うと、図７に示す
ように能動フイルタ回路１０９を通過する周波数帯域の
希望波の制御レベルＬａと、フイルタ回路で減衰を受け
る周波数帯域の妨害波の制御レベルＬｂは異なったもの
になり、このレベル差は能動フイルタ回路１０９の減衰
特性によって一意的に定まったものになるという問題が
ある。

【００１０】一般に、能動フイルタ回路１０９を構成す
る各ノード電圧の特性相違から通過帯域内にある希望波
自信の飽和による希望波の受信範囲ａの上限と、阻止帯
域内にある妨害波の飽和が希望波をマスクすることによ
って制限される妨害波の混入可能範囲ｂの上限とでは異
なるレベルに設定する必要があり、フイルタのダイナミ
ックレンジを有効に活用するためには、希望波の制御レ
ベルＬａは希望波の受信範囲ａの上限に、妨害波の制御
レベルＬｂは妨害波の混入範囲ｂの上限に基づいて設定
することが好ましい。

【００１１】ところが上記したように希望波の制御レベ
ルＬａと、妨害波の制御レベルＬｂのレベル差が能動フ
イルタ回路１０９の減衰特性によってのみ一意的定まっ
てしまうと、どちらかのレベルを最適に制御しようとす
ると、他方が必ずしも最適のレベルになるとは限らず、
フイルタの動作範囲を有効に活用する制御レベルの設定
を行うことができないと問題が生じる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のフイルタ回路は
上記したような問題点を解決するために第１の周波数帯
域と第２の周波数帯域に対して異なる利得特性を有する
フイルタ手段と、少なくとも前記第１、及び第２の周波
数帯域の信号を含んだ入力信号を制御し、レベルコント
ロールされた出力信号を前記フイルタ手段に供給する利
得制御手段と、前記フイルタ手段の出力信号のレベルを
検出する第１のレベル検出手段と、前記フイルタ手段の
入力レベルを検出する第２のレベル検出手段と、前記第
１、または第２のレベル検出手段の検出信号のいずれか
高い方の検出信号を出力するスイッチング手段とを設け
ている。そしてこのスイッチング手段から出力された信
号によって前記利得制御手段の利得が制御されるように
構成する。

【００１３】上記フイルタ手段を従属接続された第１及
び第２のフイルタ回路によって構成してもよく、このと
きは第１のレベル検出手段によって前記第１のフイルタ
回路の出力レベルを検出して制御するようにする。ま
た、上記利得制御手段の出力を所望の周波数特性とされ
た第１のフイルタ回路と、該第１のフイルタ回路の特性
に類似した第２のフイルタ回路に供給し、前記第２のフ
イルタ回路の出力信号を上記第１の検出手段によって検
出して、希望波の利得制御を行わせるようにすることも
できる。

【００１４】本発明のフイルタ回路は上記したように能
動フイルタ回路に入力される信号を検出する第２のレベ
ル検出手段によって、妨害波を含む信号のレベルを所定
の値となるように制御すると共に、次に、能動フイルタ
回路から出力された希望波の信号レベルを検出する第１
のレベル検出手段によって、さらに希望波に対する制御
レベルが設定されるようなされているので、フイルタ回
路が非直線性の特性を有する場合でも安定したレベル制
御を行うことができ、また、ダイナミックレンジの有効
利用を図ることができるようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のフイルタ回路の実施の形
態について、図１により説明する。この図において先に
示したアンテナ、高周波増幅器、及び第１及び第２の周
波数変換器等は図６と同一符号とされている。フイルタ
回路で抽出される希望の周波数帯域の信号と、妨害波と
なる周波数帯域の信号が端子１０から利得可変回路１１
に入力され、能動素子によって構成されている能動フイ
ルタ回路１２に供給され、その出力信号は端子１３から
前記したようにリッミタ回路によって波形整形され、信
号データの復調回路に供給される。

【００１６】１４ａは能動フイルタ回路１２の出力信号
のレベルに所定の係数を乗算する第１の係数回路、１４
ｂは能動フイルタ回路１２の入力側の信号レベルに所定
の係数を乗算する第２の係数回路、１５ａ、１５ｂはそ
れぞれ第１の係数回路１４ａ、及び第２の係数回路１４
ｂの出力レベルを検出する第１、及び第２のレベル検出
回路である。また、１６は前記第１、及び第２のレベル
検出回路１５ａ、または１５ｂの検出信号の高い方の信
号を相対的に検出して出力するスイッチ回路を示し、例
えば差動回路を利用してレベルの高い方の信号を優先的
に出力するアナログ回路によって構成することができ
る。

【００１７】スイッチ回路１６の出力は比較器（差動ア
ンプ）１７に入力され基準信号源１８の出力と比較され
る。そしてその出力がクリップ回路１９を介して前記し
た利得可変回路１１の利得を制御するようにしている。
クリップ回路１９は例えば図５（ａ）に示すような入力
出力特性を有するものが使用され、その出力特性を調整
することによって利得制御量の調整を可能としている。

【００１８】本発明は上記したような構成を備えている
ので、入力された信号が、例えば図５（ｂ）に示すよう
に選択されたチャンネル内の希望波の信号成分Ｓａに対
して、隣接するチャンネルに強力なレベルの妨害信号成
分Ｓｂが存在するときは、まず利得可変回路１１を通過
した妨害信号のレベルが係数回路１４ｂで適当なレベル
変換が行われ、第２のレベル検出回路１５ｂで検出され
る。そのため、スイッチ回路１６からはこの検出された
信号が支配的となっている信号を出力し、比較器１７、
およびクリップ回路１９を介して利得可変回路１１の利
得を制御する。その結果、まず、妨害波を含む入力信号
レベルが抑圧された状態で出力されるような利得制御が
行われる。

【００１９】すなわち、能動フイルタ回路１２で阻止さ
れる周波数帯域の妨害波をこの利得可変回路１１によっ
てまず、能動フイルタ回路１２を飽和させることがない
ようなレベル制御を行う。このように、同時に入力され
ている希望波信号のレベルが、妨害波に比較して小さい
場合は、最初は第２のレベル検出回路１５ｂから出力さ
れる妨害波成分Ｓｂの検出信号が支配的に利得をコント
ロールし、妨害波成分Ｓｂの入力レベルが抑圧されるよ
うに制御される。そして、妨害波のレベルが抑圧された
後には、能動フイルタ回路１２の出力側から通過帯域と
されている減衰量の小さい希望波の信号成分Ｓａのレベ
ルが妨害波のレベルより支配的になり、第１のレベル検
出回路１５ａの出力が支配的に利得可変回路１１の利得
を制御する状態に移行する。

【００２０】このように、本発明のフイルタ回路では希
望波共に、例えば数十ＫＨｚで隣接するチャンネルに強
力な妨害波が存在するときでも、能動フイルタ回路１２
の入力側でこの妨害波を抑圧する機能を備えているの
で、能動フイルタ回路１２の利得特性が単調増加しない
ような大きなダイナミックレンジの信号が入力されたと
きでも、負帰還回路が不安定になることを防止し、受信
時に強力な妨害波が同時に入力されるような劣悪した環
境においても、能動フイルタ回路１２が飽和して、本来
の機能を果たさないようなロック状態になったり、不安
定な状態になることを防止することができる。

【００２１】また、図７に示したように、妨害波の周波
数帯域の制御範囲ｂ、および希望波の制御レベル範囲ａ
は、レベル検出を行う前の係数回路１４ａ、１４ｂの係
数値、および制御ループ全体の利得をコントロールする
ことができるクリップ回路１９の入出力特性を調整する
ことによって任意に定めることができる。

【００２２】図２は本発明の他の実施の形態を示したも
のであって図１と同一部分は同一の符号とされている。
この実施の形態では能動フイルタ回路１２は従属接続さ
れた２以上のフイルタ回路１２Ｐ、１２Ｑ、によって多
段のフイルタ回路とされている。そして、希望波の利得
を調整するための第１のレベル検出回路１５ａは多段接
続された中間のフイルタ回路、例えば１２Ｐの出力を検
出するようにしている。この実施形態の回路は能動フイ
ルタ回路１２が多段の回路によって構成され、複雑な帰
還路と、多数のフィルタ段数を備えているようなフイル
タで構成されているときに、入出力特性が比較的リニヤ
で、かつ、ダイナミックレンジの大きい部分である前段
のフイルタ回路から帰還信号を得て、希望波の利得制御
を行うことにより遅延量の少ないフィードバック制御が
構築され、安定性を向上する際に有用である。

【００２３】図３は本発明のさらに他の実施例を示した
もので、能動フイルタ回路１２がほぼ同一の特性とされ
た２個のフイルタ回路を並列接続することによって構成
されている以外は図１の場合と同様な利得制御が行われ
る。この場合は能動フイルタ回路１２Ｓは所望の周波数
特性を備えているフイルタによって構成され、フイルタ
回路１２Ｒはフイルタ回路１２Ｓと類似するダミ−の回
路によって構成される。そして、ダミーの回路は所望の
信号波を選択するフイルタ特性と特性が類似した設計容
易な回路で構成し、フイードバック系の回路は位相余
裕、利得余裕等を考慮して安定した回路設計とするよう
にしている。この場合、実際の信号の通過路と制御用信
号の通過路が異なるから、第２のフイルタ回路１２Ｒは
Ｓ／Ｎが十分な程度の信号レベルに調整して使用するこ
とができる。

【００２４】図４は本発明の能動フイルタ回路の利得制
御を行う制御系の回路をアナログ回路で形成する際の回
路例を示したものである。この図で第１のレベル検出部
ＤＡ１は、能動フイルタの出力信号Ｉｎ1 を検出する第
１の係数器、および第１のレベル検出器が差動回路を構
成するトランジスタＱ１、Ｑ２、および出力トランジス
タＱ３、Ｑ４によって構成されている。また、第２のレ
ベル検出部ＤＡ２は、能動フイルタ回路の入力側の信号
Ｉｎ2を検出する第２の係数器、及び第２のレベル検出
器が、差動回路を構成するトランジスタＱ５、Ｑ６及び
出力トランジスタＱ７、Ｑ８によって構成されている。
なお、これらは差動入力とされているが不平衡入力とす
ることもできる。抵抗Ｒ１およびＲ２の比Ｒ１／Ｒ２、
および抵抗Ｒ３、及びＲ４の比Ｒ３／Ｒ４はそれぞれが
第１、及び第２の係数値を設定することになり、これら
の抵抗値は前記した妨害波の制御レベル、と希望波の制
御レベルを定めるものにすることができる。

【００２５】出力トランジスタＱ３、Ｑ４、およびＱ
７、Ｑ８によって係数倍された所望のレベルの信号が正
極性の信号として検波されこのレベル検出部ＤＡ１、
ＤＡ２の出力トランジスタより流出する電流Ｉ1 、およ
びＩ2 は共通接続されて定電流源Ｉ0 で吸い込まれる。
出力トランジスタＱ３、Ｑ４及びＱ７、Ｑ８から供給さ
れる電流レベルの高い方の信号電流の一部が、次の積分
回路部ＤＡ３を構成する差動型のトランジスタＱ９に供
給され、他方のトランジスタＱ１０に供給されている参
照電圧Ｖref1と比較されてその差成分がコンデンサＣを
チャージする。コンデンサＣは所定の参照電圧Ｖref1以
上の信号が入力されたときに電流ミラー回路を構成する
トランジスタＱ１１、Ｑ１２から電流が流れ込み、その
電位を高くする。

【００２６】コンデンサＣにチャージされた直流成分の
信号は電流電圧変換部ＤＡ４を構成する差動型のトラン
ジスタＱ１３、Ｑ１４において、さらに参照電圧Ｖref2
と比較され、その差信号成分に対応した電流が前記した
利得可変回路１１の利得を制御して入力された信号のレ
ベルを所定のレベルとなるように制御する。なお、電流
電圧変換部ＤＡ４に設けられている電流源Ｉ1 、及びＩ
2 は同一の値になるように設定しておくと、入力された
コンデンサの信号電圧ＶＣが参照電圧Ｖref2より低いと
きは流出電流は一定値Ｉ1 になり、入力されたコンデン
サの信号電圧ＶＣが高くなるとＩ1 −Ｉ2 の電流が出力
されるようにコントロールされ、電流で利得制御される
利得可変回路１１の制御特性と合致するように調整され
る。

【００２７】この回路でスイッチ回路に対応する回路
は、エミッタが定電流源Ｉ0 に対して共通接続されるこ
とによって構成され、トランジスタＱ３、Ｑ４の全波整
流出力とトランジスタＱ７、Ｑ８による全波整流出力の
いずれか大きい方が他方の検波回路に対して逆バイアス
を与えることになり、大きい方の整流出力が優先的に次
の積分回路部ＤＡ３に入力されるようにしている。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のフイルタ
回路はその前段に利得可変回路を設け、この利得可変回
路の利得が後続されている能動フイルタ回路の入力側の
信号レベルと、出力側の信号のレベルの双方によって制
御されるようになされているので、能動フイルタを通過
する周波数帯域と、阻止される周波数帯域の信号成分に
大きな差がある場合でも、これらの各周波数帯域に対し
て所望の制御レベルを与えることができ、能動フイルタ
回路が非線形特性となっているときでも、安定して希望
の周波数を抽出することができるという効果がある。

【００２９】また、能動フイルタ回路がその複雑な帰還
回路によって単調増加しないような特性を有する場合で
も、フイルタの特性によって周波数を選別する機能を失
わないようにすることができ、特に小型化及び軽量化が
要求されている移動体無線システムに使用する際に実用
的な効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフイルタ回路の一例を示すブロック図
である。

【図２】本発明の他の実施例を示すフイルタ回路のブロ
ック図である。

【図３】本発明のさらに他の実施例を示すフイルタ回路
のブロック図である。

【図４】利得制御系をアナログ回路で実現する際の回路
例である。

【図５】クリップ回路の特性と、入力された各周波数帯
域の信号レベルの説明図である。

【図６】能動フイルタを適当なダイナミックレンジを設
定して使用しようとする際の一例を示すブロック図であ
る。

【図７】能動フイルタ回路に入力される信号レベルを説
明する図である。

【符号の説明】

１１利得可変回路、１２能動フイルタ回路、１４
ａ，１４ｂ計数回路、１５ａ，１５ｂレベル検出回
路、１６スイッチ回路、１７比較器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の周波数帯域と第２の周波数帯域に
対して異なる利得特性を有するフイルタ手段と、少なくとも前記第１、及び第２の周波数帯域の信号を含
んだ入力信号を制御し、レベルコントロールされた出力
信号を前記フイルタ手段に供給する利得可変手段と、前記フイルタ手段の出力レベルを検出する第１のレベル
検出手段と、前記フイルタ手段の入力信号のレベルを検出する第２の
レベル検出手段と、前記第１、または第２のレベル検出手段の検出信号のい
ずれか高い方の検出信号を支配的に出力するスイッチン
グ手段とを備え、前記スイッチング手段から出力された信号によって前記
利得可変手段の利得が制御されるように構成されている
ことを特徴とするフイルタ回路。
【請求項２】上記第１及び第２のレベル検出手段に
は、それぞれ第１及び第２の係数回路を介して信号が入
力されることを特徴とする請求項１に記載のフイルタ回
路。
【請求項３】上記フイルタ手段を従属接続された第１
及び第２のフイルタ回路によって構成し、上記第１のレ
ベル検出手段によって前記第１のフイルタ回路の出力レ
ベルを検出することを特徴とする請求項１、２に記載の
フイルタ回路。
【請求項４】上記フイルタ手段を並列接続された第１
のフイルタ回路と、該第１のフイルタ回路の特性に類似
した第２のフイルタ回路により構成し、前記第２のフイ
ルタ回路の出力信号を上記第１のレベル検出手段によっ
て検出することを特徴とする請求項１、２に記載のフイ
ルタ回路。
【請求項５】上記スイッチング手段は差動増幅器によ
って構成されていることを特徴とする請求項１、２、３
又は４に記載のフイルタ回路。
【請求項６】上記利得可変手段の利得は上記スイッチ
ング手段の出力を電流とした制御信号によってコントロ
ールされることを特徴とする請求項１、２、３、又は４
に記載のフイルタ回路。
【請求項７】上記フイルタ手段は移動体無線受信機内
の第２中間周波数を抽出する周波数特性とされているこ
とを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のフイル
タ回路。