JP2006511117A - 増幅チェーンにおける増幅信号レベル調整システム - Google Patents

Abstract

本発明は、基準レベル（Ｖｒｅｆ）に照らして増幅信号（１０８）のレベルを調整する調整システムであって、増幅信号（１０８）から、プログラム可能な減衰定数に従って減衰信号（２０２）を生成する減衰手段（２０１）と、減衰信号（２０２）を変換して、基準レベル（Ｖｒｅｆ）と比較される出力信号（２０４）を生成する変換手段（２０３）とを含む調整システムに関する。

Description

本発明は、増幅チェーンにおける増幅信号のレベルを、基準レベルに照らして調整するシステムに関する。

本発明には多くの応用分野があるが、特に同調器で使用される利得制御システムで使用される。

図１は、従来技術で既知の調整システムと連動した増幅チェーンを含む同調器を示す図である。この同調器は、無線周波（ＲＦ）信号１０１の受信および処理を可能にするものであり、
無線周波信号１０１を増幅する可変利得増幅器１０２であり、その両端子における電圧レベルによってトランジスタＴの利得が決定される積分キャパシタＣ１に接続されたＭＯＳＦＥＴ増幅トランジスタＴを含む可変利得増幅器１０２と、
映像周波数およびその隣接するチャネルを減衰させるための専用の選択フィルタ１０３と、
増幅された入力信号１０１と発振器１０５が生成した周期信号とを乗算することによって、増幅された入力信号１０１の周波数の変更を実行するミキサ１０４と、
中間周波数フィルタ１０６と、
増幅信号１０８を出力する中間周波数増幅器１０７と、
表面波選択フィルタ１０９と、
復調信号１１１を生成する復調器１１０と、
が直列に接続されて構成されている。

従来技術で既知の調整システムは、
増幅信号１０８のピーク振幅を検出する検出器を構成するダイオードＤおよびキャパシタＣ２を含むレベル検出器１１２と、
１組の基準レベル（Ｖｒｅｆ_１、…、Ｖｒｅｆ_Ｎ）から基準レベルＶｒｅｆ_ｉを選択するスイッチ１１３と、
検出器１１２が生成した信号のレベルと、基準レベルＶｒｅｆ_ｉとを比較する比較器１１４とを含む。比較器１１４は、検出器１１２が生成した信号とＶｒｅｆ_ｉの間のレベル差に比例する出力電流Ｉ_ＡＧＣを生成する。比較器１１４の出力は、増幅器１０２のキャパシタＣ１に接続され、電流Ｉ_ＡＧＣによってキャパシタＣ１が充放電されるようになっている。増幅信号１０８のレベルが基準レベルＶｒｅｆ_ｉに等しくならない限り、非ゼロ電流Ｉ_ＡＧＣが生成される。レベル検出器１１２の出力信号が基準レベルＶｒｅｆ_ｉに到達するまで、この非ゼロ電流によって、キャパシタＣ１の両端子における電圧が変化し、それによりトランジスタＴの利得が変化することになる。

これらの調整手段にはいくつかの制限がある。

比較器１１４は、１組の基準値から選択された基準レベルＶｒｅｆ_ｉを、一方の入力で受信する。その結果として、レベル検出器の動作点が修正される。レベル検出器の特性は動作点に応じて変化するので、様々な基準レベルが比較器の入力に印加されると、制御ループの応答時間が変化する。

ピーク振幅検出器を用いることにより、「混変調」（すなわち所望の周波数チャネルと変調周波数スペクトルの間のスペクトル相互作用の増加）、「相互変調」（すなわち２つの周波数チャネルのスペクトル相互作用の増加）、および「プリング」（すなわち放射による発振器１０５の外乱に対する感度の増加）といった点で、同調器の性能が低下する。

さらに、このようなピーク振幅検出器を用いると、ＳＥＣＡＭ変調された入力信号のレベルを調整することができなくなるという制限が生じる。これは、このような正変調された入力信号のピーク振幅の検出値が、そのレベルの良好な指標ではないからである。

本発明の目的は、従来技術で既知のシステムの限界を克服する、新しい調整システムの構成を提供することである。

この目的のために、調整システムは、
増幅信号から、プログラム可能な減衰定数に従って減衰信号を生成する減衰手段と、
減衰信号を変換して、基準レベルと比較される出力信号を生成する変換手段とを含む。

基準レベルを修正することにより増幅信号のレベルを選択する従来技術とは対照的に、本発明では、変換手段の前に配置した減衰手段の減衰定数を修正することによって増幅信号のレベルを選択する。したがって、直接減衰されるのは、増幅信号である。

この調整システムでは、変換手段が生成した出力信号は、常に同じ基準レベルと比較される。この比較を比較器を用いて行う場合には、比較器は、認識し最適に制御することができる常に同じ動作点の周辺で動作するので、比較の線形性が向上させられる。

好ましい実施形態では、この調整システムは、
前記減衰手段が、直列に接続された１組のπ構造で規定される抵抗ネットワークを含んでおり、これらのπ構造の各ノードが、活性化されることでプログラム可能な減衰定数を規定するように志向されたスイッチに接続され、
前記変換手段が、前記減衰信号の実効値の２乗に比例したレベルで前記出力信号を生成する処理手段を含むことを特徴とする。

このような構造にすることで、抵抗ネットワークの等価出力インピーダンスが、減衰定数に関わりなく、したがって増幅信号の所望レベルに関わりなく一定になるように、容易に抵抗を調節することができる。したがって、減衰手段および変換手段のインピーダンスを適合させ、それにより変換手段の動作を制御および最適化することができ、また１５ｄＢのダイナミック・レンジにわたってレベルが変化する増幅信号についても同様にすることができる。

実効値の２乗を検出する検出器を使用することにより急激な時間的変化を考慮せずに、増幅信号のレベルを円滑に測定することが可能になる。したがって、この調整システムを使用して、ＳＥＣＡＭ変調入力信号のレベルを調整することができる。

好ましい実施形態では、この調整システムは、スイッチが、デジタル・バスにより送達されるコマンド・ワードによって活性化されるように志向されていることを特徴とする。

コマンド・ワードによって活性化されるスイッチを使用することにより、増幅信号のレベルを容易にプログラムすることが可能になる。

好ましい実施形態では、この調整システムは、出力信号と基準レベルの差に比例した出力電流信号Ｉ_ＡＧＣを生成する、調節可能な電圧／電流変換器を含む電圧比較器を含むことを特徴とする。

この特徴により、調整システムの時定数を容易に変化させることが可能になる。

また、本発明は上記のタイプの調整システムを含む集積回路および同調器にも関する。

図面に示す実施形態の例を参照しながら、本発明についてさらに説明する。ただし、本発明は、これらの実施形態の例に限定されるものではない。

図２は、本発明による調整システムと連動した増幅チェーンを含む同調器を示す図である。この増幅チェーンは、図１に関連して上述したのと同じ要素を含む。本発明による調整システムは、
プログラム可能な減衰定数に従って前記増幅信号１０８から減衰信号２０２を生成する減衰手段２０１と、
前記減衰信号２０２を変換して、前記基準レベルＶｒｅｆと比較される出力信号２０４を生成する変換手段２０３とを含む。

比較器２０５は、出力信号２０４と基準レベルＶｒｅｆを比較するために使用される。比較器２０５は、出力信号２０４のレベルと基準レベルＶｒｅｆの間の差に比例する出力電流Ｉ_ＡＧＣを生成する。比較器２０５の出力は、増幅器１０２のキャパシタＣ１に接続され、電流Ｉ_ＡＧＣによってキャパシタＣ１が充放電されるようになっている。出力信号２０４のレベルは基準レベルＶｒｅｆと等しくないので、非ゼロ電流Ｉ_ＡＧＣが生成され、この非ゼロ電流によって、キャパシタＣ１の両端子における電圧が変化し、それによりトランジスタＴの利得が変化することになる。これは、出力信号２０４が基準レベルＶｒｅｆに到達するまで続く。この安定状態に達すると、増幅信号１０８のレベルは、減衰手段２０１によって規定される値である減衰定数に応じて、基準レベルＶｒｅｆより減衰する。

図３は、本発明による、プログラム可能な減衰定数を有する減衰手段２０１の一実施形態を示す図である。

この減衰手段は、π構造の直列接続で規定される抵抗ネットワークを含む。いくつかのπ構造をこのように直列に配列し、下記の各π構造の減衰定数を組み合わせることによって、様々な減衰定数を規定する。
第１のπ構造は、抵抗Ｒｓ１および２つの抵抗Ｒｐ１を含む。
第２のπ構造は、抵抗Ｒｓ２および２つの抵抗Ｒｐ２を含む。
第３のπ構造は、抵抗Ｒｓ３および２つの抵抗Ｒｐ３を含む。
第４のπ構造は、抵抗Ｒｓ４および２つの抵抗Ｒｐ４を含む。
第５のπ構造は、抵抗Ｒｓ５および２つの抵抗Ｒｐ５を含む。

抵抗ネットワークの出力は、点Ｓにおいて、変換手段２０３の入力に接続された分極抵抗Ｚを介して生成される。変換手段は、入力インピーダンスＺｉｎを有する。

各π構造抵抗の抵抗ＲｓｉおよびＲｐｉ（ｉ＝１、…、５）は、当該π構造の各ノードで見た等価インピーダンスが、出力から見た抵抗ネットワークの等価インピーダンスと等しくなるように選択される。そのために、各π構造の抵抗ＲｓｉおよびＲｐｉは、

となるように選択される。ここで、ＡＴＴは各π構造の減衰定数―デシベル（ｄＢ）である。

各π構造の減衰ＡＴＴが３ｄＢに近くなるように、抵抗ＲｐｉとＲｓｉの比は、Ｒｐｉ／Ｒｓｉ＝１６となるようになっている。このような整数比は、容易に実現できるので有利である。

π構造の各ノード（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）はスイッチ（ＳＷＡ、ＳＷＢ、ＳＷＣ、ＳＷＤ、ＳＷＥ、ＳＷＦ）に接続され、減衰定数は、これらのスイッチの活動状態によって決まる。したがって、
スイッチＡを閉じると、レベル１０８より６ｄＢ減衰する。
スイッチＢを閉じると、レベル１０８より９ｄＢ減衰する。
スイッチＣを閉じると、レベル１０８より１２ｄＢ減衰する。
スイッチＤを閉じると、レベル１０８より１５ｄＢ減衰する。
スイッチＥを閉じると、レベル１０８より１８ｄＢ減衰する。
スイッチＦを閉じると、レベル１０８より２１ｄＢ減衰する。

したがって、本発明による調整システムの減衰範囲は、２１−６＝１５ｄＢの範囲に及ぶ。

減衰手段２０１がｘｄＢの減衰を実施すると、増幅信号１０８がｘｄＢ増加することになる。

プログラム可能減衰器２０１の等価出力インピーダンスは、減衰定数の選択に関わらず一定である。

各ノード（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）のスイッチは例えばＩ^２Ｃ標準に準拠したバスなどのデジタル・バス３０１から送達されたコマンド・ワード（ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ）によって活性化すると有利である。

図４は、本発明による減衰信号２０２を変換する変換手段２０３の一実施形態を示す図である。

この変換手段２０３は、減衰信号２０２の実効値の２乗に比例する出力信号２０４を生成する処理手段を含む。そのために、変換手段２０３は、例えば、減衰信号２０２の２乗に比例するレベルを有する中間信号を生成するギルバート・セル４０１（これ自体は当業者には既知である）と、２次高調波を除去して低周波成分のみを維持するために該中間信号に適用されるフィルタ４０２とを、直列に接続した状態で含む。

したがって、減衰信号２０２の実効値の２乗２０４は、電圧比較器２０５によって基準レベルＶｒｅｆと比較される。この比較器２０５は、出力信号２０４と基準レベルＶｒｅｆの間の差εに比例する値を有する出力電流Ｉ_ＡＧＣを出力する電圧／電流変換器４０３を含む。したがって、変換器４０３は、下記の数式によって規定される。
Ｉ_ＡＧＣ＝Ｋ．ε 数式３
ここで、Ｋは調節可能な定数である。

電圧／電流変換器４０３は、定数Ｋの値についての情報を与える制御信号４０４を用いてパラメータ化することができるので有利である。この定数Ｋにより、以下のように調整システムの時定数を変化させることができる。
Ｋの値が小さいと、時定数は大きくなる（調整システムの応答が遅くなる）。
Ｋの値が大きいと、時定数は小さくなる（調整システムの応答が早くなる）。

この調整システムは、例えば、フェーズ・ロック・ループ（ＰＬＬ）によって制御されるミキサ／発振器を含む集積回路などに一体化することができるので有利である。

また、この調整システムは、図２に示すような、有線伝送または無線伝送を用いた応用分野におけるデジタル・アナログ両方の無線周波信号受信専用の同調器内に実装することもできるので有利である。

従来技術で既知の調整システムと連動した増幅チェーンを含む同調器を示す図である。 本発明による調整システムと連動した増幅チェーンを含む同調器を示す図である。 本発明によるプログラム可能な減衰定数を有する減衰手段の一実施形態を示す図である。 本発明による減衰信号を変換する変換手段の一実施形態を示す図である。

Claims (6)

1. 基準レベルに照らして増幅信号のレベルを調整する調整システムであって、
   前記増幅信号からプログラム可能な減衰定数に従って減衰信号を生成する減衰手段と、
   前記減衰信号を変換して、前記基準レベルと比較される出力信号を生成する変換手段とを含む、調整システム。
2. 前記減衰手段が、直列に接続された１組のπ構造で規定される抵抗ネットワークを含んでおり、前記π構造の各ノードが、活性化されることで前記プログラム可能な減衰定数を規定するようになされたスイッチに接続され、
   前記変換手段が、前記減衰信号の実効値の２乗に比例したレベルで前記出力信号を生成する処理手段を含む、請求項１に記載の調整システム。
3. 前記スイッチが、デジタル・バスによって送達されるコマンド・ワードによって活性化されるようになされた、請求項２に記載の調整システム。
4. 前記出力信号と前記基準レベルの差に比例した出力電流信号を生成する、調節可能な電圧／電流変換器を含む電圧比較器を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の調整システム。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の調整システムを含む集積回路。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の調整システムを含む同調器。

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