KR20170104382A

KR20170104382A - 디지털 무선 송신 장치

Info

Publication number: KR20170104382A
Application number: KR1020170026396A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 요네타니; 가즈아키 호리; 도시유키 다나카; 비아오 쉔
Original assignee: 에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2017-09-15
Also published as: CN107171677B; TW201733283A; US20170257161A1; TWI730058B; CN107171677A; JP2017163214A; JP6675888B2

Abstract

(과제) 송신파에 스위칭 전원의 스위칭 주파수 유래의 불요 발사가 발생해도, 법령 규격을 만족시킬 수 있는 디지털 무선 송신 장치를 제공한다.
(해결 수단) 발진기의 동기 신호에 의해 스위칭 주파수를 결정하는 스위칭 전원과, 발진기의 동기 신호를 기초로 베이스 밴드 데이터의 전송 타이밍 주파수를 결정하는 데이터 독출 전송 회로와, 스위칭 전원이 출력하는 전압을 VCC 전원으로 하는 전력 증폭기를 구비했다.

Description

디지털 무선 송신 장치{DIGITAL RADIO TRANSMITTER}

본 발명은 디지털 무선 통신 분야의 무선 송신 장치에 관한 것이다.

퍼스널 컴퓨터나 스마트폰 등(이하 PC 등이라고 간략하게 기재함)의 개인용 디지털 기기의 보급에 따라 마우스나 헤드셋 등의 입출력 디바이스를 블루투스 등의 무선 규격을 사용해 PC 등과 접속하는 경우가 많아졌다. 이 입출력 디바이스는 전지 구동을 위해, 전원은 전력 효율이 뛰어난 스위칭 방식이 선호되어 채용되고 있다.

도 6은, 종래의 강압형 스위칭 전원을 채용한 디지털 무선 송신 장치의 일례이다. 송신하는 데이터를 데이터 독출/전송 회로(5)에서 받아들이고, 1차 변조기(6)로 ASK나 FSK와 같은 디지털 베이스 밴드 변조를 행하고, DAC(DA 컨버터)(7), LPF(로우패스 필터)(8)를 거쳐 주파수 변환기(9)에 입력한다. 주파수 변환한 신호를 전력 증폭기(10)로 소정의 강도까지 증폭시키고, BPF(밴드 패스 필터)(11)를 거쳐 송신파로서 출력한다.

전력 증폭기(10)의 VCC 전원은, 스위칭 전원(15)으로부터 LPF(4)를 통해 공급한다. 일반적으로 전력 증폭기(10)는 전력 소비량이 크기 때문에, 다른 회로 블록에 대한 영향을 피하기 위해서, 스위칭 전원(15)과 전력 증폭기(10) 사이를 단독 배선으로 행하는 경우가 많다. 여기에서는 도시하지 않지만, 전력 증폭기(10) 이외로의 전원 공급은, 전력 증폭기(10)로의 전원 배선(16)과 다른 배선으로 행한다.

일반적인 강압형 스위칭 전원(15)을 전력 증폭기(10)의 VCC 전원으로서 이용하면, 스위칭 전원에 있어서의 스위칭 주파수의 고조파의 일부가 디지털 무선 송신 장치의 반송파대로 주파수 변환되어, 상기 무선 규격이 정하는 누설 전력을 초과하는 불요 발사가 되는 경우가 있다.

도 7은, 종래의 송신파의 스펙트럼의 일례이다.

주파수 호핑 방식을 이용하는 특정 소전력 무선국의 2.4GHz대 이동체 식별용 무선 설비에 있어서, 가장 높은 주파수로 호핑했을 때의 예를 나타낸다. 중심에 송신 데이터에 의한 메인 스펙트럼(21)이 있고, 그 양측에 스위칭 주파수에 유래하는 VCC 전원의 교류 성분에 의한 불요 발사(22)가 있다. 중심 주파수는 2480MHz이며, 허용 공중선 전력(23)은, 도 7에 나타내는 바와 같이 2483.5MHz 이하의 주파수에 있어서 3mW, 2483.5MHz 초과하는 주파수에 있어서 25μW이다. 도 7의 예에서는 높은 주파수측의 불요 발사가 허용 공중선 전력(23)을 초과하고 있다. 이러한 과제를 해결하고, 스위칭 레귤레이터를 내장하는 디지털 무선 송신 장치의 전원 리플 노이즈를 제거하기 위해서, 고가의 리플 필터의 전원 라인 상으로의 추가가 필요한 건이 개시되어 있다(예를 들어 특허 문헌 1).

일본국 특허 공개 2003-133972호 공보

종래의 스위칭 전원을 전력 증폭기의 VCC 전원 공급에 그대로 이용하면 송신파의 스펙트럼에 큰 불요 발사가 출현해 상기 무선 규격을 만족시킬 수 없는 경우가 발생하는 문제가 있었다. 그 대책으로서 고가의 필터의 전원 라인 상으로의 추가가 필요했다.

종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 디지털 무선 송신 장치는 이하와 같은 구성으로 했다.

발진기의 동기 신호에 의해 스위칭 주파수를 결정하는 스위칭 전원과, 발진기의 동기 신호를 기초로 베이스 밴드 데이터의 전송 타이밍 주파수를 결정하는 데이터 독출 전송 회로와, 스위칭 전원이 출력하는 전압을 VCC 전원으로 하는 전력 증폭기를 구비하는 디지털 무선 송신 장치로 했다.

또는, 전력 증폭기의 입력측에 송신파에 포함되는 불요 발사의 시간파형과 역상이 되는 성분이 더해지도록 주파수 변환/가산기를 설치했다.

본 발명의 디지털 무선 송신 장치에 의하면, 전원 필터나 송신 필터를 증강하지 않고, 송신파의 불요 발사를 저감할 수 있다. 또, 설계 변경을 하지 않고, 분주비 설정이나 위상 시프트량의 조정으로 디지털 무선 장치를 상기 법령 규격에 적합하게 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 디지털 무선 송신 장치의 개략도의 일례이다.
도 2는 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 송신파의 스펙트럼의 일례이다.
도 3은 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 디지털 무선 송신 장치의 개략도의 일례이다.
도 4는 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 디지털 무선 송신 장치의 개략도 다른 예이다.
도 5는 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 송신파의 스펙트럼의 다른 일례이다.
도 6은 종래의 디지털 무선 송신 장치의 개략도의 일례이다.
도 7은 종래의 송신파의 스펙트럼의 일례이다.

(제1의 실시형태)

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1의 실시형태를 설명한다.

도 1은, 제1의 실시형태에 따른 디지털 무선 송신 장치의 개략도이다. 발진기(1)는, 주파수 기준 클록을 분주기(2)와 데이터 독출/전송 회로(5)에 출력한다. 분주기(2)는, 소정의 분주비로 주파수 기준 클록을 분주하고, 외부 동기형 스위칭 전원(3)으로의 동기 신호로 한다. 외부 동기형 스위칭 전원(3)에서 생성한 직류 전원을, LPF(로우패스 필터)(4)를 거쳐 전력 증폭기(10)에 VCC 전원으로서 공급한다. 여기서 발진기(1)는 구체적으로는 수정 진동자 등을 이용한 발진기나 TCXO와 같은 주파수 안정도가 높은 발진기이다.

데이터 독출/전송 회로(5)는, 발진기(1) 출력의 주파수 기준 클록의 상승 또는 하강의 타이밍에서 데이터를 독출하고, 후단의 1차 변조기(6)에 독출한 데이터를 전송한다. 1차 변조기(6)는 ASK, PSK, FSK 등의 디지털 베이스 밴드 변조를 상정하고 있다. 데이터 독출/전송은 발진기(1) 출력의 주파수 기준 클록의 주기뿐만 아니라, 주파수 기준 클록을 분주한 클록의 상승 또는 하강의 타이밍이어도 된다. 데이터가 발진기(1) 출력의 주파수 기준 클록과 동기 관계에 있을 필요가 없는 인터리브나 부호화 등의 데이터 처리의 설명은 본질은 아니므로 생략한다. 1차 변조기(6)의 출력을 DAC(DA컨버터)(7), LPF(로우패스 필터)(8)를 거쳐 주파수 변환기(9)에 입력한다. 주파수 변환기(9)에 있어서 주파수 확산이나 주파수 호핑 등의 2차 변조를 행한다. 주파수 변환기(9)는 단순한 업 컨버터에서도, 복수의 IF(중간 주파수) 변환 처리를 행하는 시스템에서도 본 발명의 본질은 변하지 않다.

그런데, 주파수 변환에서 필요한 로컬 신호는, 반드시 발진기(1)를 클록원으로 하지 않아도 된다. 즉, 송신파의 반송파는 데이터의 위상과 동기한다고는 할 수 없다. 어디까지나 베이스 밴드 데이터의 신호의 위상이 발진기(1)의 출력과 맞춰져 있으면 된다. 주파수 변환기(9)의 출력을 전력 증폭기(10)에 입력하고, 송신하기 위해서 필요한 전력의 송신파까지 증폭시킨다. 전력 증폭기(10)의 출력을 BPF(밴드 패스 필터)(11)를 거쳐 송신파로서 안테나 소자 등에 출력한다.

이상에 의해, 데이터 독출/전송 회로(5)로부터 주파수 변환기(9)까지의 데이터 전송계와, 발진기(1)로부터 LPF(4)까지의 전원계는 동기하게 된다. 또, 양자의 주기는 정수비가 된다. 분주기(2)의 분주수는 미리 결정해두어도 되지만, 얻어지는 송신파를 모니터하면서 조정할 수 있도록 분주비 가변인 것이 바람직하다.

여기서, 도 1에 있어서의 분주기(2)의 분주비를 변경함으로써 동기 신호의 주파수를 변경할 수 있다. 예를 들면, 도 7에서는 스위칭 주파수가 3MHz인 바, 마찬가지로 도 1의 동기 신호의 주파수가 3MHz이면 동일하게 도 7과 같은 송신파가 된다.

도 2는, 제1의 실시형태에 따른 디지털 무선 송신 장치의 송신파의 스펙트럼의 일례이다.

주파수 호핑 방식을 이용하는 특정 소전력 무선국의 2.4GHz대 이동체 식별용 무선 설비에 있어서, 가장 높은 주파수로 호핑했을 때의 예를 나타낸다. 중심에 송신 데이터에 의한 메인 스펙트럼(21)이 있고, 그 양측에 스위칭 주파수에 유래하는 VCC 전원의 교류 성분에 의한 불요 발사(22)가 있다. 중심 주파수는 2480MHz이며, 허용 공중선 전력(23)은, 2483.5MHz 이하의 주파수에 있어서 3mW, 2483.5MHz 초과하는 주파수에 있어서 25μW이다.

분주기(2)의 분주비를 배로 하여, 동기 신호의 주파수를 1.5MHz로 하면, 도 2와 같이 불요 발사(22) 중에서 상대적으로 강도가 큰 저차의 불요 발사가, 비교적 누설 전력 규격이 엄하지 않은 2480MHz와 2483.5MHz 사이에 들어가기 위해 상기 규격을 준수한 송신파로 할 수 있다.

이것은 도 7의 송신파의 상황에 있어서, 도 1에 나타내는 LPF(4)(전원 필터, 리플 필터)를 변경하지 않고 대응한 결과이며, 이것은 분주기(2)의 분주수를 미리 불요 발사 주파수대를 고려하여 결정해두면, LPF(4)의 사양을 완화시킬 수 있음을 의미한다. 인접 채널 누설 전력의 규격 준수가 곤란한 경우도 마찬가지이다. 만약, 필요 주파수 대역에서 봤을 때 외측으로 확대됨에 따라 규격이 엄하지 않게 되는 경우에는 불요 발사의 프로파일을 외측에 설정해도 된다.

또, 본 실시형태의 디지털 무선 송신 장치의 특징으로서, 데이터 독출/전송 회로(5)의 주파수 기준 클록이 스위칭 전원(3)의 스위칭 주파수와 동기하고 있는 경우가 있다. 구체적으로는, 베이스 밴드 데이터 신호가 변화하는 타이밍과, 전력 증폭기(10)의 VCC 전원에 포함되는 스위칭 주파수 유래의 교류 성분이 동기하고 있다. 이 때문에 불요 발사를 포함하는 송신파의 스펙트럼의 주기적인 강도 변화가 억제되어 안정되어 있다. 바꿔 말하면, VCC 전원에 의한 랜덤 노이즈가 VCC 전원과 동기한 코히렌트 노이즈가 되어 있다. 이 때문에 노이즈 대책과, 그 대책에 대한 효과 확인이 명확해진다.

(제2의 실시형태)

도 3은, 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 디지털 무선 송신 장치의 개략도이다. 본 실시형태에 따른 디지털 무선 송신 장치는, 제1의 실시형태에 추가로 주파수 변환/가산기(14)를 구비했다.

주파수 변환/가산기(14)에 있어서, 주파수 변환기(9)에 입력하는 베이스 밴드 데이터 신호를 주파수 변환기(9)의 전단에서 조정한다. 구체적으로는, 전력 증폭기(10)로 VCC 전원의 교류 성분에 의해서 생성하는 불요 발사를 상쇄할 수 있도록, 위상 시프트량과 진폭을 조정한 동기 신호를 베이스 밴드 데이터 신호에 가산한다.

이러한 구성으로 함으로써, 도 5에 나타내는 바와 같이 스위칭 전원(3)의 스위칭 주파수(=동기 신호의 주파수)에 대응하는 고주파 출력의 스펙트럼을, 가장 영향이 큰 저차의 불요 발사를 억압할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 디지털 무선 송신 장치의 개략도의 다른 예이다. 도 4의 회로 구성은, 도 3과 동일한 신호 처리를 주파수 변환기(9)의 후단의 고주파대에 있어서 행한 것이다.

이러한 구성으로 함으로써, 가장 영향이 큰 저차의 불요 발사를 억압할 수 있다. 즉, LPF(4) 혹은 BPF(11)를 고가이며 고성능의 필터로 변경하지 않고, 도 7에 나타내는 동기 신호에 유래하는 불요 발사(22)에 의해서 상기 법령 규격을 준수할 수 없는 송신파를, 도 5에 나타낸 상기 법령 규격에 적합한 송신파로 할 수 있다.

1:발진기
2:분주기
3:외부 동기형 스위칭 전원
4, 8:LPF
5:데이터 독출/전송 회로
6:1차 변조기
7:DAC
9:주파수 변환기
10:전력 증폭기
11:BPF
14:주파수 변환/가산기

Claims

발진기와,
상기 발진기의 동기 신호에 의해 스위칭 주파수를 결정하는 스위칭 전원과,
상기 발진기의 동기 신호를 기초로 베이스 밴드 데이터의 전송 타이밍 주파수를 결정하는 데이터 독출 전송 회로와,
상기 스위칭 전원이 출력하는 전압을 VCC 전원으로 하는 전력 증폭기를 구비한 것을 특징으로 하는 디지털 무선 송신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 발진기와 상기 스위칭 전원 사이에 분주기를 구비하고,
상기 베이스 밴드 데이터의 전송 타이밍 주파수와 상기 스위칭 주파수가 정수비의 주파수인 것을 특징으로 하는 디지털 무선 송신 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 데이터 독출 전송 회로와 상기 전력 증폭기 사이에 주파수 변환 가산기를 구비하고,
상기 주파수 변환 가산기는, 상기 동기 신호와 베이스 밴드 데이터 신호에 의거해, 불요 발사와 동일한 주파수대에서 위상이 반대인 신호를 만들어 가산하는 것을 특징으로 하는 디지털 무선 송신 장치.