JPH11507494A - ヒステリシスのある階段状可変利得制御を具備した選択式呼受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入力信号を受信し、出力信号を発生する受信機（１００）は、階段状可変利得制御を備えた切換可能利得回路（１０４）と、局部発振器（１０６）と、出力信号のレベルを検出し、出力信号のレベルを表わすＡＧＣ信号を発生するヒステリシス応答を伴う自動利得制御（ＡＧＣ）検出器（１１４）と、切換可能利得回路の利得を不連続の階段状刻み幅で増加又は減少させるためＡＧＣ信号に応答して切換可能ピン回路（１１８）の階段状可変利得制御に制御信号を発生する状態機械（１１６）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】 ヒステリシスのある階段状可変利得制御を具備した選択式呼受信機 本発明は、一般的に受信機に係わり、特に、ヒステリシスのある階段状スイッ チを有する自動利得制御受信機を用いることにより選択式呼受信機の性能を改良 する方法に関する。 混信が増加する無線周波（ＲＦ）環境で動作し、かつ、強い妨害信号が存在す る中で性能を発揮するため、ＡＧＣ（自動利得制御）を備えた受信機が必要にな り始めている。 低い中間周波（ＩＦ）受信機、例えば、零ＩＦ受信機は、低コスト及び小型サ イズという利点があるため、特に、携帯加入者ユニット、例えば選択式呼受信機 として非常に望まれている。当業者に公知である通常のスーパーヘテロダイン受 信機のＡＧＣ回路の安定性設計問題に加えて、動的選択性を利用するＡＧＣ受信 機、例えば、零ＩＦ受信機を設計する必要が非常に切迫している。 ＡＧＣ受信機は、好ましくは、所定の入力レベルレンジに対し一定出力レベル レンジを生成するため利用される。一般的に、ＡＧＣ受信機の欠点は、安定性を 得るためある程度のループ時間定数が必要なことである。零ＩＦ受信機の場合、 受信機の隣接チャネル選択性に影響が及ばないように、略３００ｍｓの時定数が 安定性を得るため、並びに、ＡＧＣ検出器の低い動作周波数により生ずるＡＧＣ 制御電圧リップルを最小限に抑えるため要求される。このため、たとえ、良好な 過渡スタートアップ（適合）回路を用いる場合でも、高速なウォームアップ時間 を実現することが困難になる。これは、バッテリ電力を節約するため受信機が周 期的にターンオン及びターンオフされなければならない選択式呼受信機には非常 に望ましくない。 零ＩＦ受信機内のＡＧＣに関する別の大きな問題は自己受信であ る。自己受信とは、受信機がその受信機自体の局部発振器（ＬＯ）信号（例えば 、ｎ＊Ｖ_LO）、又は、（直流電流）直流電圧を受信機の第１ミキサの出力に生成 す無変調オンチャネル信号を受信したときを意味する。自己受信信号の変化によ り生じたオフセット電圧の変化は、受信機回路を通って伝搬し、ＡＧＣによって 過渡現象として検出される。これらの過渡現象はＡＧＣループの安定性に影響を 与える。 従って、選択式呼受信機で使用するＡＧＣ受信機のスタートアップ時間を短縮 させ、自己受信によって生じた干渉からの影響を低減するため信号強度の変化に 対するＡＧＣ受信機の応答を制御する方法が必要とされる。 図１は本発明の好ましい一実施例に従って階段状可変利得を作動させる受信機 の電気的ブロック図である。 図２は図１による受信機の伝達関数である。 図３は図１による階段状可変利得を有する受信機からなる選択式呼受信機の電 気的ブロック図である。 図１を参照するに、本発明の好ましい一実施例による階段状利得制御を有する 受信機の電気的ブロック図が示される。受信機回路１００は、無線周波（ＲＦ） 信号、例えば、９３０ＭＨｚ信号を受信するアンテナ１０２と、好ましくはＲＦ 増幅器１０４を含む切換可能利得制御回路１０４とからなる。他の一実施例にお いて、切換可能利得回路１０４は減衰器を含む。切換可能回路１０４は、ＲＦ信 号を増幅し、局部発振器１０６に結合されたミキサ１０８は、好ましい実施例の 場合にベースバンド信号又は零中間周波（ＩＦ）信号である中間周波（ＩＦ）信 号を生成する。ＩＦ増幅器１１０はＩＦ信号を増幅するためミキサ１０８に接続 され、ＩＦフィルタ１１２は出力信号を発生させるため増幅されたＩＦ信号を濾 波する。出力 信号は、出力信号の平均レベルを表わす自動利得制御（ＡＧＣ）信号を発生する 自動利得制御（ＡＧＣ）検出器１１４に結合される。ＡＧＣ検出器１１４は、例 えば、出力信号を第１及び第２の閾値レベルまで積分するタイミング回路の一部 を形成するキャパシタ１２０を更に有する。ＡＧＣ検出器１１４は、出力信号の 積分（平均）が第１及び第２の閾値レベルの範囲外にあるときを検出し、出力信 号の積分が第２の閾値レベルよりも低いか、若しくは、出力信号の積分が第１の 閾値レベルよりも高いということを示す信号を発生する。ＡＧＣ検出器１１４は 、出力信号の積分が第１及び第２の閾値のレンジ内に収まるとき、ＲＦ増幅器１ ０４の利得が変更されるべきではない旨を示す信号を発生する（或いは、発生し ない）。状態機械１１６は、ＡＧＣ検出器１１４に接続され、階段状可変利得制 御回路１１８を制御する制御信号を発生する。階段状可変利得制御回路１１８は 、状態機械１１８の出力に応じてＲＦ増幅器１０４の利得を制御するため信号を 発生し、例えば、出力信号の積分が第２の閾値よりも小さいとき、ＲＦ増幅器１ ０４の利得を増大し、出力信号の積分が第１の閾値よりも大きいとき、ＲＦ増幅 器１０４の利得を減少させる。階段状可変利得制御１１８は、出力信号の成分が 第１及び第２の閾値のレンジ内に収まるとき、好ましくは、ＲＦ増幅器１０４の 利得が変更されるべきではない旨を示す信号を発生しなくてもよい方が好ましい 。 図２を参照するに、図１の階段状切換式ＡＧＣ受信回路の伝達関数が示される 。横軸はアンテナ１０２の入力信号レベル（Ｖ_in）を表わす。縦軸は出力信号（ Ｖ_out）の積分のレベルを表わす。出力電圧の積分Ｖ_out1は第１の閾値であり、 Ｖ_out2は第２の閾値であり、出力電圧Ｖ_out1及びＶ_out2の積分は出力信号の許容 可能レンジを定める。入力電圧Ｖ_in1及びＶ_in2は、夫々出力信号Ｖ_out1及びＶ_{ou t2} の許容可能レンジに対応した入力信号のレンジを定める。 例えば、入力信号がＶ_in2より低いレベルから上昇するとき、状 態機械１１６は、出力信号のレベルの積分がＶ_out1に達するまで、ＲＦ増幅器１ ０４の最大利得に対応する状態Ｓ１を維持する。出力信号のレベルの積分がＶ_{ou t1} ２０２に到達したとき、ＡＧＣ検出器１１４は、状態機械１１６に対しその状 態を、階段状可変利得制御１１８を介してＲＦ増幅器１０４の第１の階段状利得 削減に対応した状態Ｓ２に変えるよう通知する。入力電圧Ｖ_inが増加すると共に 、出力信号の積分は再度Ｖ_out1２０４に達し、ＡＧＣ検出器１１４は、状態機械 １１６に対しその状態を、階段状可変利得制御１１８を介してＲＦ増幅器１０４ の第２の階段状利得削減に対応した状態Ｓ３に変えるよう通知する。信号が上昇 し続けると共に、状態機械１１６の状態が入力信号の減衰の更なる増加が無くな る、若しくは、防止され得るようになる最大又は最終状態Ｓ_nに達するまで上記 の過程は繰り返される。 或いは、入力信号がＶ_in1よりも高いレベルから降下するとき、状態機械１１ ６は、出力信号のレベルの積分がＶ_out2に達するまで、ＲＦ増幅器１０４の最大 減衰に対応する状態Ｓ_nを維持する。出力信号のレベルの積分がＶ_out2２１０に 到達したとき、ＡＧＣ検出器１１４は、状態機械１１６に対しその状態を、階段 状可変利得制御１１８を介してＲＦ増幅器１０４の第１の階段状減衰削減に対応 した状態Ｓ_n-1に変えるよう通知する。入力電圧Ｖ_inが減少すると共に、出力信 号の積分は再度Ｖ_out2２１２に達し、ＡＧＣ検出器１１４は、状態機械１１６に 対しその状態を、階段状可変利得制御１１８を介してＲＦ増幅器１０４の第２の 階段状減衰削減に対応した状態Ｓ_n-1に変えるよう通知する。信号が下降し続け ると共に、状態機械１１６の状態が入力信号の利得の更なる増加が無くなる、若 しくは、防止され得るようになる最初又は最大状態に達するまで上記の過程は繰 り返される。 このように、ＡＧＣ制御は連続的ではなく、不連続の刻み幅で行われる。ＡＧ Ｃ検出器により検出された信号レベルが基準信号レベ ルを上回る、若しくは、下回るとき、ＡＧＣ検出器はＲＦ増幅器の利得を減少若 しくは増加させるため状態機械に信号を送る。ＡＧＣ検出器から送られたこれら の信号はヒステリシスを有する（切換閾値が上昇中の信号と降下中の信号とで異 なる）。状態機械の出力は、ＲＦ増幅器電流と外部ピンダイオード減衰器（図示 しない）の両方を不連続の刻み幅で制御する。 最良の性能を得るためため、第１のＡＧＣレベルの利得低下は、他のレベルの 利得低下よりも小さくすべきことが分かった。ＡＧＣ検出器のスイッチが閉成さ れたとき、信号路に生じる過渡現象は減衰の変化に比例する。低い信号レベルに 対し、これらの過渡現象は受信された信号レベルを上回る可能性があり、その結 果としてメッセージの見落としが生じる。さらに、過渡現象は非常に大きいので 、ＡＧＣ検出器を誤って切り換えさせ、不安定にさせ得る。ＡＧＣ検出器にヒス テリシスを使用することは、状態を変化させることなく、過渡現象の影響に対し 安全余裕を設けることにより、当然に安定性を改良する。 ＡＧＣ検出器１１４があらゆる特殊な状態のウォームアップから逃れるように 設計されず、かつ、妨害性の隣接チャネル信号が所望の信号と共に存在するなら ば、妨害信号は信号路内の能動フィルタを抑止するので、ＡＧＣ検出器は強い所 望の信号を検出し得なくなり、その結果としてメッセージが消失する。この問題 は、信号路のダイナミックレンジを拡大し、かつ、状態機械が高い減衰状態であ る状態Ｓ₃のウォームアップから強制的に逃されるように状態機械を修正するこ とにより解決される。このように総ウォームアップ時間が（低レベル信号が存在 するとき、高利得状態をスイッチダウンするため必要とされる時間によって）延 長されると共に、改良された隣接チャネル選択性がより高い所望の信号レベルで 達成される。また、ウォームアップ期間から逃れる予測可能な状態にＡＧＣをク ランプすることは、最初に受信されたビットの間にウォームアップ 過渡現象効果を除去することによりＡＧＣ性能を向上させる。 かくして、階段状利得を用いることにより、ＲＦ増幅器ほ信号レベルの大きい 変化に対し階段状に切り換えられる。信号レベルの小さい変換に対し、ヒステリ シスはＲＦ増幅器利得のあらゆる変化を防止する。従って、例えば、強いＲＦ信 号が受信機の入力から消失したとき、ＲＦ増幅器利得の階段状の切換がＡＧＣル ープの発振又は不安定化の機会を著しく削減するので、ＲＦ増幅器利得の大きい 変化は回避される。入力からのＲＦ信号の消失はミキサに過渡現象を生じさせ、 実際上、入力に信号がないときにはＲＦ信号の突然の消失により生じた過渡現象 だけが生じる。ＡＧＣによって過渡信号を調整しようとする試みは、ＡＧＣルー プを不安定にさせる。 従って、受信機は、速いウォームアップ時間と優れた安定性の両方を実現する 。約３．５ｍｓに改善されたＡＧＣウォームアップ時間は、初期ＡＧＣ状態から 限界感度まで“カウントダウン”するため必要とされる時間を含む。ＡＧＣ制御 信号は量子化又は階段状にされるので、濾波すべき低周波交流リップルは存在せ ず、ＡＧＣ検出器におけるヒステリシスの使用及び成形された減衰刻み幅は、自 己受信の影響を最小限に抑える。 図３を参照するに、選択式呼受信機の電気的ブロック図が示される。選択式呼 ネットワーク３５０は、入力装置、例えば、電話機、コンピュータ又はアルファ エントリ装置等（図示しない）からメッセージを受信する選択式呼端末コントロ ーラ３５２からなる選択式呼システムの一部分を形成する。受信されたメッセー ジ又は情報は、アドレスを用いて選択式呼受信機に宛てられたメッセージを符号 化することにより処理される。符号化されたメッセージは、次に、通信装置、例 えば、選択式呼受信機３００との間で無線周波（ＲＦ）情報を送受信するアンテ ナ３５４に伝えられる。 選択式呼受信機３００は、図１を参照して説明されたようにＲＦ信号を受信す る受信機１００にＲＦ信号を供給するアンテナ１０２ からなる。受信機１００は、当業者に公知の方法でコントローラ／デコーダ３０ ６によって処理するため適当な再生信号を発生する。バッテリ（図示しない）及 びコントローラ／デコーダ３０６に接続された電源スイッチ３１０は、当業者に 公知のバッテリ節約機能を実行する。また、コントローラ／デコーダ３０６は、 当業者に公知の如く、メッセージの符号化及び復号化、並びに、選択式呼受信機 ３００の制御のような機能を実行する。コントローラ／デコーダ３０６は、アド レスをデコードするため受信された信号を処理し、デコードされたアドレスをメ モリ、例えば、コードプラグ３１８に格納された一つ以上の所定のアドレスと比 較する。アドレスが実質的に一致するとき、ユーザは信号が受信されたことをオ ーディオ警報（例えば、スピーカ又はトランスデューサ）３１２或いは触覚警報 （例えば、バイブレータ）３１３によって知らされる。受信された信号は、ある 種の選択式呼受信機に宛てられた随意的なメッセージデータを含む場合もある。 また、選択式呼受信機３００が随意的な音声出力を有する場合、受信されたＲＦ 信号の再生オーディオ成分が存在してもよい。メッセージ選択式呼受信機の場合 、再生メッセージは、例えば、ディスプレイ装置３０８である出力装置によって 引き続き表示するためメモリ３１８に記憶される。出力装置は、自動的に、若し くは、スイッチ３１６を用いて手動で選択されたときに、例えば、ディスプレイ 装置３０８にメッセージを表示することによってメッセージを提示する。 要約すると、選択式受信機３００は、無線周波（ＲＦ）信号を受信する受信部 １００と、少なくとも二つの不連続の刻み幅でＲＦ信号の利得を変更する階段状 利得制御を有するＲＦ増幅器と、受信部に接続され、ＲＦ信号を出力信号に混合 するミキサ回路と、出力信号に対するヒステリシス応答を備えて出力信号の積分 を表わす応答を生成する自動利得制御（ＡＧＣ）検出器とからなる。ＡＧＣ検出 器は、出力信号を第１及び第２の閾値まで積分するタイミング回路 と、ＲＦ増幅器の利得の階段状変化を発生させることによりＲＦ増幅器への信号 を離散的に変化させるため、ＲＦ増幅器の階段状利得制御に結合された切換可能 電流源を備えた状態機械とからなる。状態機械は、ＡＧＣ検出器に応答して、出 力信号の積分が第２の閾値よりも小さいときＲＦ増幅器の利得を増大し、出力信 号の積分が第１の閾値よりも大きいときＲＦ増幅器の利得を減少させる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミッテル，ジェイムズ グレゴリ オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６番 (72)発明者 ピーターソン，ヴァンス ハワード オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６番 (72)発明者 ディック，ブルクハルト オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６番 (72)発明者 ホルヴォエト，クヌート オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６番 (72)発明者 クノップ，ヴィルフリート オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 入力信号を受信し、入力信号から出力信号を発生する受信機において、 階段状可変利得制御を有する切換可能利得回路と、 ヒステリシス応答を備え、上記出力信号のレベルを検出し、上記出力信号のレ ベルを表わすＡＧＣ検出器信号を発生する自動利得制御（ＡＧＣ）検出器と、 上記ＡＧＣ検出器に接続され、上記ＡＧＣ検出器信号に応答し、不連続の階段 状刻み幅で上記切換可能利得回路の利得を増大又は減少させるべく上記切換可能 利得回路の階段状可変利得制御を制御するため信号を発生する状態機械とにより 構成される受信機。 ２． 上記ＡＧＣ検出器は、上記出力信号を第１及び第２の閾値まで積分するタ イミング回路よりなる請求項１記載の選択式呼受信機。 ３． 上記ＡＧＣ検出器は、上記出力信号の積分が上記第１及び第２の閾値の外 側にあるときを検出し、 上記状態機械は、上記ＡＧＣ検出器に応答して、上記出力信号の積分が上記第 ２の閾値よりも小さいときに上記切換可能利得回路の利得を増大し、上記出力信 号の積分が上記第１の閾値よりも大きいときに上記切換可能利得回路の利得を減 少させる請求項２記載の選択式呼受信機。 ４． 上記状態機械は、上記ＡＧＣ検出器が上記第１及び第２の閾値の範囲内に 収まる上記出力信号の積分を検出したとき、上記切換可能利得回路の利得を変え ない請求項３記載の選択式呼受信機。 ５． 上記出力信号をベースバンドで発生させる請求項１記載の選 択式呼受信機。 ６． 上記切換可能利得回路は無線周波増幅器からなる請求項１記載の選択式呼 受信機。 ７． 上記切換可能利得回路は減衰器からなる請求項１記載の選択式呼受信機。 ８． 無線周波（ＲＦ）信号を受信する受信機と、 少なくとも二つの不連続の刻み幅で上記ＲＦ信号の利得を変化させる階段状利 得制御を有するＲＦ増幅器と、 低周波信号の積分を表わす応答を生成するため発生させられる上記低周波信号 に対するヒステリシス応答を備えた自動利得制御（ＡＧＣ）検出器と、 上記ＲＦ増幅器の上記階段状利得制御に接続された切換可能電流源を有し、上 記ＲＦ増幅器の利得の階段状変化を発生させることにより上記ＲＦ増幅器へのバ イアス信号を不連続的に変化させる状態機械とにより構成される選択式呼受信機 。 ９． 上記ＡＧＣ検出器は、上記低周波信号を第１及び第２の閾値まで積分する タイミング回路よりなる請求項８記載の選択式呼受信機。 １０． 上記ＡＧＣ検出器は、上記低周波信号の積分が上記第１及び第２の閾値 の外側にあるときを検出し、 上記状態機械は、上記ＡＧＣ検出器に応答して、上記低周波信号の積分が上記 第２の閾値よりも小さいときに上記ＲＦ増幅器の利得を増大し、上記低周波信号 の積分が上記第１の閾値よりも大きいときに上記ＲＦ増幅器の利得を減少させる 請求項９記載の選択式呼受 信機。 １１． 無線周波（ＲＦ）信号を受信する受信機と、 少なくとも二つの不連続の刻み幅で上記ＲＦ信号の利得を変化させる階段状利 得制御を有するＲＦ増幅器と、 出力信号の積分を表わす応答を生成するため発生させられる上記出力信号に対 するヒステリシス応答を備え、上記出力信号を第１及び第２の閾値まで積分する タイミング回路を含む自動利得制御（ＡＧＣ）検出器と、 上記ＲＦ増幅器の上記階段状利得制御に接続された切換可能電流源を有し、上 記ＲＦ増幅器の利得の階段状変化を発生させることにより上記ＲＦ増幅器へのバ イアス信号を不連続的に変化させ、上記ＡＧＣ検出器に応答して、上記出力信号 の積分が上記第２の閾値よりも小さいときに上記ＲＦ増幅器の利得を増大し、上 記出力信号の積分が上記第１の閾値よりも大きいときに上記ＲＦ増幅器の利得を 減少させる状態機械とにより構成される選択式呼受信機。