JP2005072893A - 無線通信受信回路およびそのdcオフセット電圧補正方法 - Google Patents

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秀彦 栗本
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Abstract

【課題】 無線通信受信回路にて、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を高精度に補正し、出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変化させた場合でも、出力DCオフセット電圧の発生を防止する。
【解決手段】 DCオフセット補正回路110(111)が、ゲインコントロールアンプ106(108)の差動出力DC電圧の大小関係を判定するチョッパー型コンパレータ113と、チョッパー型コンパレータを制御して、ゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧の大小関係に応じたオフセット補正制御データを出力するDCオフセット補正制御回路114と、オフセット補正制御データに応じて、ゲインコントロールアンプの差動入力DC電圧のオフセットを制御するDC制御回路115とを含んで構成される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ダイレクトコンバージョン方式の無線通信受信回路に関する。
無線通信機器に対しては小型化と低コスト化の要求が高まっており、部品点数を削減できる方式として、ダイレクトコンバージョン方式がある。しかし、ダイレクトコンバージョン方式にも欠点があり、その大きな欠点の一つにはDCオフセット電圧がある。
DCオフセット電圧を補正できるタイミングは通信方式によって異なる。図8に、ヨーロッパでのGSM(Global System for Mobile communication)、日本でのPDC(Personal Digital Cellular)のようなTDMA(Time Division Multiple Access:時分割多重接続)方式における受信スロットと送信スロットとの関係を示す。GSMやPDCでは、受信と送信を時間的に交互に行うため、受信スロットが入力される直前にDCオフセット電圧を補正することができる。
従って、GSMやPDCでは、ゲインコントロールアンプのゲインが決定されてからDCオフセット電圧の補正を行うことができるため、受信スロットが入力される毎にDCオフセット電圧の補正を行えば、DCオフセット電圧を補正してからゲインを変化させないようにすることができる。
しかし、W−CDMA(Wide-band Code-Division Multiple Access:広帯域符号分割多元接続)方式では連続受信を行う。図9に、W−CDMA方式における受信スロットと送信スロットとの関係を示す。図9に示すように、W−CDMA方式でDCオフセット電圧を補正することができるタイミングは、受信回路を立ち上げてアクティブの状態にしてから受信スロットが入力されるまでの期間のみであり、一度受信状態になるとDCオフセット電圧を補正するタイミングは存在しなくなる。
従って、W−CDMA方式のような連続受信を行う通信方式では、受信回路をアクティブにしてから受信スロットが入力される前にDCオフセット電圧を補正する必要がある。
従って、GSMやPDCのようなTDMA方式と違い、W−CDMA方式ではDCオフセット電圧を補正した後でも、ゲインが変化することになる。
従来のダイレクトコンバージョン方式の受信回路においても、DCオフセット電圧を補正している(例えば、特許文献1参照)。その構成図を図6に示す。
図6において、従来の受信回路は、ゲインコントロールアンプと、アナログ/ディジタル変換器ADC607と、制御回路608と、ディジタル/アナログ変換器DAC609、610とを含む。ゲインコントロールアンプは、互いのエミッタが接続されたトランジスタ601、602と、これらトランジスタのコレクタと電源Vddとの間にそれぞれ接続される抵抗603、604と、差動対のトランジスタ601、602のエミッタに接続されるトランジスタ605と、このトランジスタ605のエミッタとグランドとの間に接続される抵抗606とによって構成される。なお、611、612がゲインコントロールアンプの入力端子、613、614がゲインコントロールアンプの出力端子である。
次に、このように構成された従来の受信回路の動作について説明する。
ゲインコントロールアンプは、トランジスタ605に流れる電流を制御することによりゲインを制御する。また、ADC607によってゲインコントロールアンプの出力端子613、614におけるDC電圧を比較し、制御回路608はDAC609、610を制御し、DAC609、610から電流を抵抗603、604に流し込むことにより、ゲインコントロールアンプの出力端子613、614におけるDCオフセット電圧の補正が行われる。
上記構成と動作によって、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を補正することができるが、出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変化させると、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧が再度発生し、問題になる。このことについて、以下で説明する。
抵抗603の抵抗値がR1に、抵抗604の抵抗値がR2にばらついてゲインコントロールアンプの出力端子613、614にDCオフセット電圧が発生した場合において、まず、DAC609、610から電流Idacを流し込むことにより、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧の補正を行ない、その後に、ゲインを変化させたときのゲインコントロールアンプのDCオフセット電圧について考える。なお、ゲインコントロールアンプの電流源であるトランジスタ605に流れる電流をIgとする。
ゲインコントロールアンプの入力端子611、612における電圧が同じであるとすれば、抵抗603、604に流れる電流は同じであり、これらの抵抗に流れる電流をIrとすれば電流Irは以下の(式1)で表される。
Ir=Ig/2 …(式1)
ゲインコントロールアンプの出力端子613、614のそれぞれの電圧をVout3、Vout4とし、電源電圧をVddとすれば、出力電圧Vout3、Vout4は、それぞれ以下の(式2)、(式3)で表される。
Vout3=Vdd−R1・Ir
=Vdd−R1・Ig/2 …(式2)
Vout4=Vdd−R2・Ir
=Vdd−R2・Ig/2 …(式3)
ゲインコントロールアンプの出力のDCオフセット電圧をVdcとすれば、DCオフセット電圧Vdcは、上記(式1)、(式2)、(式3)より、以下の(式4)になる。
Vdc=Vout3−Vout4
=(R2−R1)・Ig/2 …(式4)
従って、ゲインコントロールアンプ出力には、上記(式4)で表されるDCオフセット電圧Vdcが発生していることになる。
次に、DAC609、610からゲインコントロールアンプ出力に電流を流し込むことにより、ゲインコントロールアンプ出力のDCオフセット電圧を補正する。ゲインコントロールアンプの出力端子613にDAC610からIdacの電流を流し込み、ゲインコントロールアンプの出力端子614からDAC609に同じ電流Idacの電流を引っ張った場合、ゲインコントロールアンプの出力出圧Vout3、Vout4は、それぞれ以下の(式5)、(式6)で表される。
Vout3=Vdd−R1・(Ig/2−Idac) …(式5)
Vout4=Vdd−R2・(Ig/2+Idac) …(式6)
従って、Idacにより、出力DCオフセット電圧が補正されるためには、(式5)で表されるVout3と(式6)で表されるVout4が等しくなる、つまり、以下の(式7)が成立する必要がある。
Vdd−R1・(Ig/2−Idac)
=Vdd−R2・(Ig/2+Idac) …(式7)
従って、(式7)を満たすIdacは、以下の(式8)により求められる。
Idac=(R1−R2)・Ig/[2・(R1+R2)] …(式8)
上記より、抵抗603、604の抵抗値がそれぞれR1、R2にばらついた場合、DACから(式8)で表される電流Idacを流し込むことにより、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を補正することができる。
このときのゲインをG0とすれば、ゲインG0は以下の(式9)になる。
G0=(R1+R2)・Ig・q/4kT …(式9)
ここで、qは電子の電荷量、kはボルツマン定数、Tは絶対温度である。
次に、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を補正した後に、ゲインを変化させた場合の出力DCオフセット電圧を求める。
この場合、DACの電流であるIdacは(式8)のままであり、ゲインコントロールアンプの電流源になるトランジスタ605の電流をIgからIg・αに変化させる場合を考える。トランジスタ605の電流がIg・αの時のゲインをGaとすれば、Gaは以下の(式10)で表される。
Ga=(R1+R2)・α・Ig・q/4kT …(式10)
(式9)と(式10)より、αは以下の(式11)になる。
α=Ga/G0 …(式11)
ゲインをG0からGaに変化させたときのゲインコントロールアンプの出力端子613、614における出力電圧Vout3、Vout4は、それぞれ以下の(式12)、(式13)になる。
Vout3=Vdd−R1・(α・Ig/2−Idac) …(式12)
Vout4=Vdd−R2・(α・Ig/2+Idac) …(式13)
このときのゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧Vdcは、以下の(式14)で表される。
Vdc=Vout3−Vout4
=(R2−R1)・α・Ig/2+Idac・(R1+R2)
…(式14)
上記(式14)にIdacを表す(式8)を代入すると、Vdcは以下の(式15)のようになる。
Vdc=(R2−R1)・(α−1)・Ig/2 …(式15)
上記(式15)にαを表す(式11)を代入すると、Vdcは以下の(式16)のようになる。
Vdc=(R2−R1)・(Ga/G0−1)・Ig/2 …(式16)
上記(式16)は、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を補正した後に、ゲインをG0からGaに変化させた場合のゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を示す。
ここで、上記(式16)におけるVdcとGaの関係を図7に示す。図7に示すように、従来例では、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変化させると、出力DCオフセット電圧が再び発生し、その値はゲインに比例して変化する。
特開2001−211098号公報
上記より、従来では、DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変化させると、DCオフセット電圧が再び発生し、W−CDMA方式などの連続受信を行う通信方式では問題となる。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を高精度に補正可能であり、出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変化させたとしても、出力DCオフセット電圧が発生しない、優れた無線通信受信回路およびDCオフセット電圧補正方法を提供することにある。
前記の目的を達成するため、本発明に係る無線通信受信回路は、受信されたRF信号を増幅するプリアンプと、プリアンプからのRF信号および局所発生のローカル信号を受けてRF信号をベースバンド信号に変換するミキサと、ゲインを可変制御してベースバンド信号を増幅する差動入出力型のゲインコントロールアンプと、ゲインコントロールアンプからの出力信号における高周波成分を除去する低域通過フィルタと、ゲインコントロールアンプの入出力端子間に接続され、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を補正するDCオフセット補正回路とを有する無線通信受信回路であって、DCオフセット補正回路は、ゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧の大小関係を判定するチョッパー型コンパレータと、チョッパー型コンパレータを制御して、ゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧の大小関係に応じたオフセット補正制御データを出力するDCオフセット補正制御回路と、オフセット補正制御データに応じて、ゲインコントロールアンプの差動入力DC電圧のオフセットを制御するDC制御回路とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る無線通信受信回路において、チョッパー型コンパレータは、DCオフセット補正制御回路からの第1の制御信号に応じて、ゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧の一方を導通/遮断する第1のスイッチと、DCオフセット補正制御回路からの、第1の制御信号とは逆位相である第2の制御信号に応じて、ゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧の他方を導通/遮断する第2のスイッチと、第1および第2のスイッチを介してゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧が第1端子に供給されるコンデンサーと、コンデンサーの第2端子の電圧を反転して増幅し、前記DCオフセット補正制御回路に出力する反転アンプと、反転アンプの入出力端子間に接続され、第1の制御信号に応じて開閉制御される第3のスイッチとを備えることが好ましい。
上記の構成によれば、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を高精度に補正することができる。
本発明に係る無線通信受信回路はさらに、RF電波を受信するアンテナと、前記アンテナから前記プリアンプへの経路を切り替えるスイッチとを備えたものである。
この構成によれば、W−CDMA方式などの連続受信を行なう通信方式において、安定して受信を行なうことができる。
また、本発明に係る無線通信受信回路において、DC制御回路は、DCオフセット補正制御回路からのオフセット補正制御データをアナログ電圧に変換するディジタル/アナログ変換器と、ディジタル/アナログ変換器に対する基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、ディジタル/アナログ変換器からの電圧と基準電圧との差電圧を差動電流に変換する電圧−電流変換回路と、ゲインコントロールアンプの一方の入力端子、および電圧−電流変換回路からの差動電流の一方の出力端子が一端に接続された第1の抵抗と、ゲインコントロールアンプの他方の入力端子、および電圧−電流変換回路からの差動電流の他方の出力端子が一端に接続された第2の抵抗とを備えることが好ましい。
この構成によれば、差動電流を第1の抵抗と第2の抵抗に流し込み、ゲインコントロールアンプの入力にオフセット電圧を発生させて、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を補正する機能を実現できる。これにより、DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変化させても、DCオフセット電圧は再び発生しなくなる。
また、本発明に係る無線通信受信回路において、ゲインコントロールアンプは、差動入出力型の演算増幅器と、演算増幅器の差動入力端子に接続された入力抵抗と、演算増幅器の差動入力端子と差動出力端子との間に接続された複数のフィードバック抵抗と、ゲイン制御を行うために複数のフィードバック抵抗の接続状態を切り換える複数のスイッチとを備えることが好ましい。
この構成によれば、ゲインコントロールアンプの線形性を改善させることができ、さらに、出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変化させても、DCオフセット電圧が再発生しなくなる。
または、本発明に係る無線通信受信回路において、ゲインコントロールアンプは、正転アンプとして機能する第1の演算増幅器と、正転アンプとして機能する第2の演算増幅器と、第1の演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された複数の第1のフィードバック抵抗と、第2の演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された複数の第2のフィードバック抵抗と、ゲイン制御を行うために複数の第1のフィードバック抵抗の接続状態を切り換える第1のスイッチと、ゲイン制御を行うために複数の第2のフィードバック抵抗の接続状態を切り換える第2のスイッチとを備えることが好ましい。
この構成によれば、ゲインコントロールアンプの入力インピーダンスを高くすることができ、さらに、出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変化させても、出力DCオフセット電圧が再発生しなくなる。
前記の目的を達成するため、本発明に係るDCオフセット電圧補正方法は、本発明に係る無線通信受信回路におけるゲインコントロールアンプ出力のDCオフセット電圧補正方法であって、(a)DCオフセット補正制御回路によりチョッパー型コンパレータを制御するステップと、(b)チョッパー型コンパレータによりゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧の大小関係を判定するステップと、(c)チョッパー型コンパレータが比較動作状態にある時に、DCオフセット補正制御回路によりチョッパー型コンパレータからの出力電圧を読み込むステップと、(d)チョッパー型コンパレータが比較動作状態からリセット状態に移るタイミングで、オフセット補正制御データに応じて、DC制御回路によりゲインコントロールアンプの出力DCオフセットを変化させるステップと、(e)ステップ(a)から(d)を複数回繰り返すことによって、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセットを補正するステップとを含むことを特徴とする。
この方法によれば、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を高精度に補正することができる。
本発明によれば、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を高精度に補正可能であり、出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変化させたとしても、出力DCオフセット電圧が発生しない、優れた無線通信受信回路および無線通信受信方法を実現することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る無線通信受信回路の一構成例を示す回路図である。図1において、本実施形態の無線通信受信回路は、RF電波を受信するアンテナ101と、スイッチ102と、RF信号を増幅するプリアンプとしてのLNA(Low Noise Amplifier)103と、ミキサ104と、ゲインコントロールアンプ106、108と、低域通過フィルタ107、109と、DCオフセット補正回路110、111とから構成される。
ミキサ104は、LNA103からRF信号を、またローカル信号入力端子105から局所発生のローカル信号を受けて、RF信号をベースバンド信号に変換する。ゲインコントロールアンプ106は、ミキサ104からのベースバンド信号を、ゲインを可変制御して増幅する。低域通過フィルタ107は、ゲインコントロールアンプ106の出力信号における高周波成分を除去する。ゲインコントロールアンプ108は、低域通過フィルタ107からのベースバンド信号を、ゲインを可変制御して増幅する。低域通過フィルタ109は、ゲインコントロールアンプ108の出力信号における高周波成分を除去する。
DCオフセット補正回路110は、ゲインコントロールアンプ106の入出力端子間に接続され、ゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセット電圧を補正する。また、DCオフセット補正回路111は、ゲインコントロールアンプ108の入出力端子間に接続され、ゲインコントロールアンプ108の出力DCオフセット電圧を補正する。なお、図1には、DCオフセット補正回路111の内部構成を例示していないが、DCオフセット補正回路110の内部構成と同じであるので、以下では、DCオフセット補正回路110の構成および動作について説明する。
DCオフセット補正回路110は、チョッパー型コンパレータ113と、DCオフセット補正制御回路114と、DC制御回路115とから構成される。
チョッパー型コンパレータ113は、第1のn型MOSトランジスタ116、第1のp型MOSトランジスタ117、および第1のインバータ118によって構成された第1のスイッチと、第2のn型MOSトランジスタ119、第2のp型MOSトランジスタ120、および第2のインバータ121によって構成された第2のスイッチと、第3のn型MOSトランジスタ123、第3のp型MOSトランジスタ124、および第3のインバータ125によって構成された第3のスイッチと、第4のn型MOSトランジスタ126および第4のp型MOSトランジスタ127によって構成された反転アンプと、第5のn型MOSトランジスタ128と、コンデンサー122とから構成される。
なお、図1において、i、jはそれぞれコンデンサー122の第1端子、第2端子を示し、第2端子jは、第4のn型MOSトランジスタ126と第4のp型MOSトランジスタ127とから構成される反転アンプの入力端子でもある。
次に、このように構成されたDCオフセット補正回路110の動作について、図2を参照して説明する。図2は、図1のDCオフセット補正回路110における各部信号のタイミングチャートである。
図2において、a、b、cはチョッパー型コンパレータ113の制御信号(aは第1の制御信号、bは第2の制御信号)、dはチョッパー型コンパレータ113の出力信号(コンパレータ出力信号とも略称する)、e、fはゲインコントロールアンプ106の互いに逆極性の出力信号、e−fはゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセット電圧を示す。
出力DCオフセット補正を行なうか否かは、DCオフセット補正制御回路114からの制御信号cによって制御され、制御信号cが論理論理Lowの期間において、第5のn型MOSトランジスタ128がオフとなり、出力DCオフセットの補正が行なわれる。制御信号cが論理論理Highの時は、第5のn型MOSトランジスタ128がオンとなり、コンデンサー122の第2端子が論理論理Lowに固定されて、出力DCオフセットの補正は行われない。
図2の時刻t1にて、制御信号cが論理論理LowになってDCオフセット補正がスタートしたときは、第1の制御信号a、第2の制御信号bは共に論理論理Lowであり、時刻t2において、第1の制御信号aが論理論理Highになる。
時刻t2からt3の間は、第1の制御信号aが論理High、第2の制御信号bは論理Lowであり、この期間は、第1のn型MOSトランジスタ116、第1のp型MOSトランジスタ117、および第1のインバータ118によって構成された第1のスイッチと、第3のn型MOSトランジスタ123、第3のp型MOSトランジスタ124、および第3のインバータ125によって構成された第3のスイッチがショートの状態になり、第2のn型MOSトランジスタ119、第2のp型MOSトランジスタ120、および第2のインバータ121によって構成された第2のスイッチはオープンの状態になる。
このとき、第4のn型MOSトランジスタ126と第4のp型MOSトランジスタ127によって構成された反転アンプの入力端子と出力端子がショートするために、反転アンプの電源電圧をVddとすれば、反転アンプの入力端子jの電圧と出力端子の信号dはVdd/2の電圧に落ち着き、チョッパー型コンパレータ113はリセット状態になる。
さらに、コンデンサー122の第1端子iには、ゲインコントロールアンプ106の出力信号fが供給され、第2端子jはVdd/2になるため、コンデンサー122には、Vdd/2とゲインコントロールアンプ106の出力信号fのDC電圧との差に相当する電荷が充電される。
次に、時刻t3において、第1の制御信号aは論理Low、第2の制御信号bは論理Highになり、第1の制御信号aと第2の制御信号bの状態は時刻t5まで続く。t3からt5の期間では、第1のスイッチと第3のスイッチがオープンの状態になり、第2のスイッチはショートの状態になる。
このとき、反転アンプの入力端子と出力端子がオープンになり、コンデンサー122の電荷量は、時刻t2からt3の間に蓄えられた電荷量から変化しない。
さらに、コンデンサー122の第1端子iには、ゲインコントロールアンプ106の出力信号eが供給されるため、ゲインコントロールアンプ106の出力信号eのDC電圧が出力信号fのDC電圧より大きければ、コンデンサーの第2端子jは、出力信号eと出力信号fのDCオフセットの電圧量だけ、Vdd/2より大きくなるように変化し、その変化量が反転アンプにより反転して増幅され、反転アンプの出力信号dは論理Lowになる。
また、ゲインコントロールアンプ106の出力信号eのDC電圧が出力信号fのDC電圧より小さければ、コンデンサーの第2端子jは、出力信号eと出力信号fのDCオフセットの電圧量だけ、Vdd/2より小さくなるように変化し、その変化量が反転アンプにより反転して増幅され、反転アンプの出力信号dは論理Highになる。
従って、時刻t3からt5の期間は、時刻t2からt5の期間でのゲインコントロールアンプ106の出力信号e、fのDC電圧の比較をチョッパー型コンパレータ113が行ない、どちらが大きいかを判定する期間であり、ゲインコントロールアンプ106の出力信号eが出力信号fより大きければ、コンパレータ出力信号dは論理Lowに、出力信号fが出力信号eより大きければ、コンパレータ出力信号dは論理Highになる。
時刻t3からt5の期間内の時刻t4において、コンパレータ出力信号dをDCオフセット補正制御回路114に読み込むことで、ゲインコントロールアンプ106の出力信号eと出力信号fのどちらが大きいかをDCオフセット補正制御回路114が認識し、時刻t5のタイミングでDCオフセット補正制御回路114がDC制御回路115を制御して、ゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセットが減少する方向にゲインコントロールアンプ106の入力DC電圧を制御する。
この制御において、DCオフセット補正制御回路114にコンパレータ出力信号dを読み込むタイミングを第1の制御信号a、第2の制御信号bの立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジからずらすことで、第1の制御信号a、第2の制御信号bがコンパレータ出力dに飛び込むことにより発生するコンパレータの誤判定を防ぐことができる。
なお、コンパレータ出力信号dをDCオフセット補正制御回路114に読み込むタイミングは、時刻t3とt5の間の期間であれば、いつでも良い。
時刻t5以降は、時刻t2から時刻t5の期間の制御を繰り返し行ない、最終的には、ゲインコントロールアンプ106の出力信号eと出力信号fのDCオフセット電圧(e−f)が補正されて無くなるまで繰り返す。
なお、本実施形態では、時刻t2から時刻t5までの制御を5回繰り返しているが、何回繰り返しても良い。
以上のように、本実施形態によれば、チョッパー型コンパレータ113の制御信号の飛び込みによるチョッパー型コンパレータ113の誤判定を避けることができ、ゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセット電圧の補正を高精度に行なうことができる。
図3は、図1のDCオフセット補正回路110におけるDC制御回路115の内部構成例、および図6を参照して説明した従来例と同じゲインコントロールアンプの一般的な構成を示す回路図である。
図3において、DC制御回路115は、電圧出力型DAC303と、DAC基準電圧発生回路304と、電圧−電流変換回路305と、第1の抵抗301と、第2の抵抗302とから構成される。
第1の抵抗301は、ミキサ104の出力端子317とゲインコントロールアンプ106の入力端子313との間に接続され、また第2の抵抗302は、ミキサ104の出力端子316とゲインコントロールアンプ106の入力端子312との間に接続されている。
DC制御回路115は、DCオフセット補正制御回路114(図1)からのオフセット補正制御データ(g)が入力される電圧出力型DAC303の出力電圧と、DAC基準電圧発生回路304が発生する基準電圧との差電圧を電圧−電流変換回路305により電流に変換し、変換された電流を第1の抵抗301と第2の抵抗302に流し込むことにより、ゲインコントロールアンプ106の入力端子312、313にオフセット電圧を発生させて、ゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセット電圧を補正する機能を有する。
次に、図3に示すDC制御回路115により、ゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセット電圧を補正した後に、ゲインを変化させた場合におけるゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセット電圧の補正について説明する。
なお、ゲインコントロールアンプ106を、従来例と同じゲインコントロールアンプとする。つまり、ゲインコントロールアンプ106は、互いのエミッタが接続されたトランジスタ306、307と、これらトランジスタのコレクタと電源との間に接続される抵抗308、309と、差動対のトランジスタ306、307のエミッタに接続されるトランジスタ310と、トランジスタ310のエミッタとグランドの間に接続される抵抗311によって構成され、312、313はゲインコントロールアンプ106の入力端子、314、315はゲインコントロールアンプ106の出力端子であり、ゲインは、トランジスタ310に流れる電流を制御することにより制御される。
従来例と同様に、抵抗308の抵抗値がR1に、抵抗309の抵抗値がR2にばらついて、ゲインコントロールアンプ106の出力端子314、315にDCオフセットが発生する場合を想定し、電圧−電流変換回路305から電流Imを流し込むことにより、ゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変化させた場合について説明する。
ゲインコントロールアンプ106の電流源であるトランジスタ310に流れる電流をIg3とする。ゲインコントロールアンプ106の入力端子312、313の電圧が同じであるとすれば、抵抗308、309に流れる電流は同じであり、ゲインコントロールアンプ106の出力端子314と315の電圧をそれぞれ、Vout31、Vout32とし、電源電圧をVddとすれば、ゲインコントロールアンプ出力のDC電圧Vout31、Vout32はそれぞれ以下の(式17)、(式18)で表されるように異なるために、DCオフセット電圧が発生する。
Vout31=Vdd−R1・Ig3/2 …(式17)
Vout32=Vdd−R2・Ig3/2 …(式18)
次に、電圧−電流変換回路305が、ゲインコントロールアンプ106の入力端子313に接続された抵抗301には電流Imを流し込み、ゲインコントロールアンプ106の入力端子312に接続された抵抗302を介してImの電流を引っ張ることにより、ゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセットを補正する。差動対のトランジスタ306、307のベース電流は小さいために無視できると仮定すれば、抵抗301、302の値をRm、ゲインコントロールアンプ106の入力端子312、313の電圧をそれぞれV33、V34とし、ノード316、317はゲインコントロールアンプ106(108)の前段の回路が接続されるノードであり、同じ電圧V35であるとすれば、V33、V34はそれぞれ以下の(式19)、(式20)で表される。
V33=V35−Rm・Im …(式19)
V34=V35+Rm・Im …(式20)
次に、抵抗308に流れる電流をI31、抵抗309に流れる電流をI32とすれば、I31、I32は、Ig3、V33、V34及び上記(式19)、(式20)を使って、それぞれ以下の(式21)、(式22)のように書ける。
I31=Ig3/{1+exp[4q・Rm・Im/kT]} …(式21)
I32=Ig3・exp[4q・Rm・Im/kT]
/{1+exp[4q・Rm・Im/kT]} …(式22)
従って、DCオフセットが発生している状態で、電圧−電流変換回路305からImの電流を流し込むことによりゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセット電圧の補正を行なった後におけるゲインコントロールアンプ106の出力DC電圧Vout31、Vout32は、それぞれ以下の(式23)、(式24)のようになる。
Vout31=Vdd−R1・I31 …(式23)
Vout32=Vdd−R2・I32 …(式24)
ゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセット電圧を補正した後は、出力DC電圧Vout31とVout32は等しくなるため、上記(式23)と(式24)より以下の(式25)が成立する。
R1・I31=R2・I32 …(式25)
上記(式21)、(式22)、(式25)より、以下の(式26)が成立する。
exp[4q・Rm・Im/kT]=R1/R2 …(式26)
従って、ゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセット電圧を補正した後は、電流Imは上記(式26)を満たす値になる。このとき、ゲインコントロールアンプ106の出力端子314、315の電圧Vout31、Vout32は、上記(式21)、(式22)、(式23)、(式24)、(式26)より、それぞれ以下の(式27)、(式28)で表される。
Vout31=Vdd−Ig3・R1・R2/(R1+R2) …(式27)
Vout32=Vdd−Ig3・R1・R2/(R1+R2) …(式28)
上記より、ゲインコントロールアンプ106の出力端子314、315のDC電圧は、(式27)、(式28)で表されるように、DCオフセット電圧は補正されている。
次に、ゲインコントロールアンプ106の出力端子314、315のDCオフセット電圧を補正した後にゲインを変更した場合を考える。ゲインを変更するということは、トランジスタ310に流れる電流Ig3を変更することになるが、上記(式27)、(式28)より、Ig3を変更しても、Vout31とVout32は等しいため、DCオフセット電圧は発生しない。
以上のように、本実施形態によれば、DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変更しても、DCオフセット電圧が発生しない、優れた無線通信受信回路を実現できる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態は、第1の実施形態とは、ゲインコントロールアンプの構成が異なる。図4は、本発明の第2の実施形態におけるゲインコントロールアンプ106の内部構成例、および第1の実施形態と同じDC制御回路115の内部構成を示す回路図である。なお、以下では、ゲインコントロールアンプ106についてのみ説明するが、ゲインコントロールアンプ108についても同様である。
図4において、ゲインコントロールアンプ106は、入力抵抗401、402と、フィードバック抵抗403、404、406、407と、スイッチ405、408と、差動入出力オペアンプ409とから構成される。本実施形態のゲインコントロールアンプ106は、差動入出力の反転アンプとして構成され、ゲインの制御は、フィードバック抵抗の接続をスイッチで切り換えて行うものである。
図3および図6に示した従来のゲインコントロールアンプは、トランジスタ差動回路を利用した回路であるが、本実施形態のゲインコントロールアンプの構成により、歪特性を改善することができる。さらに、ゲイン制御は、フィードバック抵抗403、404、405、406の接続をスイッチ408、409で切り換えることで行う。これにより、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変更しても、ゲインコントロールアンプの出力にはDCオフセットが発生しない。
なお、本実施形態では、ゲインを2段階に切り換えて制御する場合について例示および説明したが、ゲインを多段に切り換える場合には、フィードバック経路に抵抗とスイッチの組を複数組接続してゲインを制御すれば良く、この場合でも、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変更しても、ゲインコントロールアンプの出力にはDCオフセットが発生しない。
以上のように、本実施形態によれば、ゲインコントロールアンプの歪み特性が改善され、さらに、DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変更しても、DCオフセット電圧が発生しない、優れた無線通信受信回路を実現できる。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態は、第1および第2の実施形態とは、ゲインコントロールアンプの構成が異なる。図5は、本発明の第3の実施形態におけるゲインコントロールアンプ106の内部構成例、および第1の実施形態と同じDC制御回路115の内部構成を示す回路図である。なお、以下では、ゲインコントロールアンプ106についてのみ説明するが、ゲインコントロールアンプ108についても同様である。
図5において、ゲインコントロールアンプ106は、抵抗501と、第1のフィードバック抵抗502、503と、抵抗505と、第2のフィードバック抵抗506、507と、第1のスイッチ504と、第2のスイッチ508と、第1のオペアンプ509と、第2のオペアンプ510とから構成される。本実施形態のゲインコントロールアンプ106は、2組の正転アンプとして構成され、ゲインの制御は、第1のオペアンプ509の第1のフィードバック抵抗502、503の接続を第1のスイッチ504で、また第2のオペアンプ510の第2のフィードバック抵抗506、507の接続を第2のスイッチ508で切り換えて行うものである。
従来例では、ゲインコントロールアンプの入力インピーダンスが有限であるため、ゲインコントロールアンプの前段回路の出力インピーダンスが大きい場合、前段回路を接続することにより特性が変わる可能性がある。しかしながら、本実施形態によれば、ゲインコントロールアンプ106の入力インピーダンスが大きいために、前段回路を接続することによる回路特性の変化を防ぐことができる。
さらに、ゲイン制御は、第1のフィードバック抵抗502、503、第2のフィードバック抵抗506、507の接続をそれぞれ第1のスイッチ504、第2のスイッチ508で切り換えて行う。これにより、ゲインコントロールアンプ106の出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変更しても、ゲインコントロールアンプ106の出力にはDCオフセットが発生しない。
以上のように、本実施形態によれば、ゲインコントロールアンプの前段回路の特性変化を避けることができ、さらに、DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変更しても、DCオフセット電圧が発生しない、優れた無線通信受信回路を実現できる。
本発明に係る無線通信受信回路は、ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を高精度に補正可能であり、出力DCオフセット電圧を補正した後にゲインを変化させたとしても、出力DCオフセット電圧が発生しないという利点を有し、W−CDMA等の連続受信を行う通信方式に有用である。
本発明の第1の実施形態に係る無線通信受信回路の一構成例を示す回路図 図1のDCオフセット補正回路110(111)における各部信号のタイミングチャート 図1の図1のDCオフセット補正回路110(111)におけるDC制御回路115の内部構成例、および図6を参照して説明した従来例と同じゲインコントロールアンプの一般的な構成を示す回路図 本発明の第2の実施形態におけるゲインコントロールアンプ106(108)の内部構成例、および第1の実施形態と同じDC制御回路115の内部構成を示す回路図 本発明の第3の実施形態におけるゲインコントロールアンプ106(108)の内部構成例、および第1の実施形態と同じDC制御回路115の内部構成を示す回路図 従来の無線通信受信回路におけるゲインコントロールアンプおよびその出力DCオフセット補正回路の構成例を示す回路図 図6に示す回路におけるゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧VdcとゲインGaとの関係を示す図 PDC、GSM等のTDMA方式における受信スロットと送信スロットとの関係を示す図 連続受信を行うW−CDMA方式における送信スロットと受信スロットとの関係を示す図
符号の説明
101 アンテナ
102 スイッチ
103 LNA(プリアンプ)
104 ミキサ
105 ローカル信号入力端子
106、108 ゲインコントロールアンプ
107、109 低域通過フィルタ
110、111 DCオフセット補正回路
113 チョッパー型コンパレータ
114 DCオフセット補正制御回路
115 DC制御回路
116 第1のn型MOSトランジスタ
117 第1のp型MOSトランジスタ
118 第1のインバータ
119 第2のn型MOSトランジスタ
120 第2のp型MOSトランジスタ
121 第2のインバータ
122 コンデンサー
123 第3のn型MOSトランジスタ
124 第3のp型MOSトランジスタ
125 第3のインバータ
126 第4のn型MOSトランジスタ
127 第4のp型MOSトランジスタ
128 第5のn型MOSトランジスタ
301 第1の抵抗
302 第2の抵抗
303 電圧出力型DAC
304 DAC基準電圧発生回路
305 電圧−電流変換回路
306、307、310 バイポーラトランジスタ
308、309、311 抵抗
312、313 ゲインコントロールアンプ入力端子
314、315 ゲインコントロールアンプ出力端子
401、402 入力抵抗
403、404、406、407 フィードバック抵抗
405、408 スイッチ
409 差動入出力オペアンプ
501、505 抵抗
502、503 第1のフィードバック抵抗
506、507 第2のフィードバック抵抗
504 第1のスイッチ
508 第2のスイッチ
509 第1のオペアンプ
510 第2のオペアンプ
601、602、605 バイポーラトランジスタ
603、604、606 抵抗
607 ADC
608 制御回路
609、610 DAC
611、612 ゲインコントロールアンプ入力端子
613、614 ゲインコントロールアンプ出力端子

Claims (7)

  1. 受信されたRF信号を増幅するプリアンプと、前記プリアンプからのRF信号および局所発生のローカル信号を受けてRF信号をベースバンド信号に変換するミキサと、ゲインを可変制御して前記ベースバンド信号を増幅する差動入出力型のゲインコントロールアンプと、前記ゲインコントロールアンプからの出力信号における高周波成分を除去する低域通過フィルタと、前記ゲインコントロールアンプの入出力端子間に接続され、前記ゲインコントロールアンプの出力DCオフセット電圧を補正するDCオフセット補正回路とを有する無線通信受信回路であって、
    前記DCオフセット補正回路は、
    前記ゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧の大小関係を判定するチョッパー型コンパレータと、
    前記チョッパー型コンパレータを制御して、前記ゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧の大小関係に応じたオフセット補正制御データを出力するDCオフセット補正制御回路と、
    前記オフセット補正制御データに応じて、前記ゲインコントロールアンプの差動入力DC電圧のオフセットを制御するDC制御回路とを備えたことを特徴とする無線通信受信回路。
  2. 前記無線通信受信回路はさらに、RF電波を受信するアンテナと、前記アンテナから前記プリアンプへの経路を切り替えるスイッチとを備えた請求項1記載の無線通信受信回路。
  3. 前記チョッパー型コンパレータは、
    前記DCオフセット補正制御回路からの第1の制御信号に応じて、前記ゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧の一方を導通/遮断する第1のスイッチと、
    前記DCオフセット補正制御回路からの、前記第1の制御信号とは逆位相である第2の制御信号に応じて、前記ゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧の他方を導通/遮断する第2のスイッチと、
    前記第1および第2のスイッチを介して前記ゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧が第1端子に供給されるコンデンサーと、
    前記コンデンサーの第2端子の電圧を反転して増幅し、前記DCオフセット補正制御回路に出力する反転アンプと、
    前記反転アンプの入出力端子間に接続され、前記第1の制御信号に応じて開閉制御される第3のスイッチとを備えた請求項1または2記載の無線通信受信回路。
  4. 前記DC制御回路は、
    前記DCオフセット補正制御回路からの前記オフセット補正制御データをアナログ電圧に変換するディジタル/アナログ変換器と、
    前記ディジタル/アナログ変換器に対する基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
    前記ディジタル/アナログ変換器からの電圧と前記基準電圧との差電圧を差動電流に変換する電圧−電流変換回路と、
    前記ゲインコントロールアンプの一方の入力端子、および前記電圧−電流変換回路からの差動電流の一方の出力端子が一端に接続された第1の抵抗と、
    前記ゲインコントロールアンプの他方の入力端子、および前記電圧−電流変換回路からの差動電流の他方の出力端子が一端に接続された第2の抵抗とを備えた請求項1から3のいずれか一項記載の無線通信受信回路。
  5. 前記ゲインコントロールアンプは、
    差動入出力型の演算増幅器と、
    前記演算増幅器の差動入力端子に接続された入力抵抗と、
    前記演算増幅器の差動入力端子と差動出力端子との間に接続された複数のフィードバック抵抗と、
    ゲイン制御を行うために前記複数のフィードバック抵抗の接続状態を切り換える複数のスイッチとを備えた請求項1から4のいずれか一項記載の無線通信受信回路。
  6. 前記ゲインコントロールアンプは、
    正転アンプとして機能する第1の演算増幅器と、
    正転アンプとして機能する第2の演算増幅器と、
    前記第1の演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された複数の第1のフィードバック抵抗と、
    前記第2の演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された複数の第2のフィードバック抵抗と、
    ゲイン制御を行うために前記複数の第1のフィードバック抵抗の接続状態を切り換える第1のスイッチと、
    ゲイン制御を行うために前記複数の第2のフィードバック抵抗の接続状態を切り換える第2のスイッチとを備えた請求項1から4のいずれか一項記載の無線通信受信回路。
  7. 請求項1から6のいずれか一項記載の無線通信受信回路におけるゲインコントロールアンプ出力のDCオフセット電圧補正方法であって、
    (a)前記DCオフセット補正制御回路により前記チョッパー型コンパレータを制御するステップと、
    (b)前記チョッパー型コンパレータにより前記ゲインコントロールアンプの差動出力DC電圧の大小関係を判定するステップと、
    (c)前記チョッパー型コンパレータが比較動作状態にある時に、前記DCオフセット補正制御回路により前記チョッパー型コンパレータからの出力電圧を読み込むステップと、
    (d)前記チョッパー型コンパレータが比較動作状態からリセット状態に移るタイミングで、前記オフセット補正制御データに応じて、前記DC制御回路により前記ゲインコントロールアンプの出力DCオフセットを変化させるステップと、
    (e)前記ステップ(a)から(d)を複数回繰り返すことによって、前記ゲインコントロールアンプの出力DCオフセットを補正するステップとを含むことを特徴とするDCオフセット電圧補正方法。
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