JP2007221663A

JP2007221663A - 放送信号受信装置

Info

Publication number: JP2007221663A
Application number: JP2006042412A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ikeda; 毅池田; Hiroshi Miyagi; 弘宮城
Original assignee: Neuro Solution Corp
Current assignee: Neuro Solution Corp
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-30
Also published as: TW200733579A; WO2007097064A1; US20080311872A1

Abstract

【課題】トランスを用いることなくＩＣチップへの集積化が容易で、目的周波数の選択度も良好な放送信号受信装置を提供する。
【解決手段】ループアンテナ１に対してＬＮＡ２を直接接続し、ＬＮＡ２の後段に、通過周波数帯域を可変に構成された可変ＢＰＦ３を接続することにより、ループアンテナ１とＬＮＡ２との間にインピーダンス変換用のトランスを用いることなく、可変ＢＰＦ３によってＱ値の高い可変同調回路を構成することができるようにして、チューナ部の構成要素の殆ど全てをＩＣチップ１０に集積化することができるようにするとともに、可変同調によって目的周波数の選択度も良好に保つことができるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は放送信号受信装置に関し、特に、ループアンテナを使用して放送信号を受信する装置に用いて好適なものである。

ラジオ受信機などの放送信号受信装置で使用されるアンテナとして、バーアンテナやループアンテナなどがある。バーアンテナは、受信する電波の波長とは直接関係なく、形状を小型にできるため、長波から中波の受信用、例えばＡＭラジオや電波時計に広く用いられる。バーアンテナの共振インピーダンスは大きいので（数百ＫΩ）、可変容量デバイスと組み合わせて同調回路が構成される。

一方、ループアンテナは、導線を何回か巻いて形成したコイル内部の磁場の変化により誘導起電力を取り出す原理のものであり、多くはコンデンサを接続して共振回路として用いる。例えば、ホームオーディオ用のラジオ受信機では、共振回路に可変容量コンデンサ（バラクタダイオード）を用いることにより、バラクタダイオードの容量値を変えることによって可変同調回路が構成されている。

図４は、ループアンテナを用いた従来の放送信号受信装置の構成の一部を示す図である。図４において、１０１はループアンテナ、１０２はコイルを使用したトランス、１０３はバラクタダイオード、１０４はコンデンサ、１０５はＬＮＡ（Low Noise Amplifier：低雑音増幅器）、１０６はミキサ、１０７はローカル発振器、１０８はバラクタダイオード１０３に対する制御電圧の入力端子である。

ループアンテナ１０１で受信された高周波信号（ＲＦ信号）のうち、バラクタダイオード１０３と共に形成される共振回路により共振した同調周波数のＲＦ信号が、トランス１０２によってインピーダンス変換されてＬＮＡ１０５に供給される。ＬＮＡ１０５においてＲＦ信号は低雑音で増幅され、ミキサ１０６に供給される。そして、ミキサ１０６においてＲＦ信号がローカル発振器１０７からのローカル信号と混合され、中間周波信号（ＩＦ信号）として取り出される。

このように、ループアンテナ１０１を用いた従来の放送信号受信装置では、インピーダンス変換用にトランス１０２やバラクタダイオード１０３を使用していた。インピーダンス変換を行うのは、ループアンテナ１０１はインピーダンスが低く（数百Ω）、そのままでは同調の効果が小さい（Ｑ値が高くとれない）ため、可変容量デバイスとのインピーダンスマッチングをとることが必要となるからである。

ところが、トランス１０２やバラクタダイオード１０３は、これをＩＣチップに内蔵することが難しく、ＩＣチップの外付け部品として構成しなければならなかった。そのため、トランス１０２やバラクタダイオード１０３の存在は、放送信号受信装置の小型化を図る際の１つの阻害要因となっていた。

これに対して、受信アンテナの最も近くにＬＮＡを配設し、その後段にバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を接続するように構成した通信装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。この種の通信装置では、受信アンテナで受信されＬＮＡで増幅された信号は、ＢＰＦに供給される。ＢＰＦは、受信周波数を中心周波数とした所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。
特開平１１−８５６４号公報

しかしながら、上記特許文献１のような従来技術では、バラクタダイオードを用いた可変同調回路が存在しないので、ＢＰＦの通過周波数帯域をＡＭ放送の受信周波数帯域の全体に設定する必要がある。そのため、目的周波数の選択度（目的周波数の信号を受信している最中に他の周波数の妨害信号が加えられたときにそれを排除する能力）が低く、妨害に弱いという問題があった。また、受信アンテナの最も近くにＬＮＡを配設してトランスを省いた場合、トランスによるインピーダンス変換ができなくなるので、インピーダンスマッチングをとるのが困難になるという問題もあった。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、トランスやバラクタダイオードを用いることなく、ＩＣチップへの集積化が容易で、目的周波数の選択度も良好な放送信号受信装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、インピーダンスマッチングも容易に行うことができるようにすることを目的としている。

上記した課題を解決するために、本発明の放送信号受信装置では、ループアンテナの最も近くにＬＮＡを配設し、ＬＮＡの後段に、通過周波数帯域を可変に構成された可変バンドパスフィルタを接続している。
本発明の他の態様では、ＬＮＡの増幅用デバイスであるＭＯＳトランジスタのゲートを接地端子に接続している。

上記のように構成した本発明によれば、トランスやバラクタダイオードを用いることなく、可変バンドパスフィルタによってＱ値の高い可変同調回路を構成することができるので、ＩＣチップへの集積化を容易にすることができるとともに、目的周波数の選択度も良好にすることができる。
また、本発明の他の特徴によれば、ループアンテナ側からＩＣチップ側をみたインピーダンスが、ＭＯＳトランジスタのコンダクタンスの逆数に等しくなって単純化できるので、インピーダンスマッチングを容易にとることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による放送信号受信装置の要部構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態による放送信号受信装置は、ループアンテナ１、ループアンテナ１に直接接続されたＬＮＡ（低雑音増幅器）２、可変ＢＰＦ３、ミキサ４およびローカル発振器５を備えて構成されている。このうちＬＮＡ２、可変ＢＰＦ３、ミキサ４およびローカル発振器５は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）プロセスまたはＢｉ−ＣＭＯＳ（Bipolar-CMOS）プロセスによって１つのＩＣチップ１０に集積化されている。

可変ＢＰＦ３は、ＬＮＡ２の後段に接続され、その通過周波数帯域が可変となるように構成されている。本実施形態において、可変ＢＰＦ３は、抵抗値と容量値とで通過周波数帯域を制御可能なアクティブフィルタとする。一般に、アクティブフィルタでは発生するノイズが大きいため、入力される信号レベルが小さいと、Ｓ／Ｎ比を高くとることができない。一方、ＬＮＡ２では発生するノイズが小さくＳ／Ｎが良いため、最初にＬＮＡ２により信号レベルを低雑音で大きくしておき、それを可変ＢＰＦ３に入力することにより、可変ＢＰＦ３でのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

図２は、本実施形態による可変ＢＰＦ３の構成例を示す図である。図２に示すように、本実施形態の可変ＢＰＦ３は、２個のオペアンプＯＡ１，ＯＡ２を用いて構成した２段増幅器型のフィルタ回路（ＤＡＢＰ：Dual-Amplifier Bandpass Filter）であり、Ｑ値を大きくすることができる。本実施形態では、このＤＡＢＰの構成要素である抵抗を複数の抵抗素子で構成し、その接続状態をスイッチにより切り替えられるようにしている。

すなわち、図２に示すように、抵抗Ｒ１は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の抵抗素子Ｒ_１１，Ｒ_１２，・・・，Ｒ_１Ｎを直列に接続した構成となっている。抵抗素子Ｒ_１１，Ｒ_１２，・・・，Ｒ_１Ｎの抵抗値は同じであっても良いし、異なっていても良い。同様に、抵抗Ｒ２は、Ｎ個の抵抗素子Ｒ_２１，Ｒ_２２，・・・，Ｒ_２Ｎを直列に接続した構成となっている。抵抗素子Ｒ_２１，Ｒ_２２，・・・，Ｒ_２Ｎの抵抗値は同じであっても良いし、異なっていても良い。

抵抗Ｒ３も、Ｎ個の抵抗素子Ｒ_３１，Ｒ_３２，・・・，Ｒ_３Ｎを直列に接続した構成となっている。抵抗素子Ｒ_３１，Ｒ_３２，・・・，Ｒ_３Ｎの抵抗値は同じであっても良いし、異なっていても良い。ただし、Ｒ_２１＝Ｒ_３１，Ｒ_２２＝Ｒ_３２，・・・，Ｒ_２Ｎ＝Ｒ_３Ｎとする。

Ｓ_１１，Ｓ_１２，・・・，Ｓ_１Ｎ−１はＮ個の抵抗素子Ｒ_１１，Ｒ_１２，・・・，Ｒ_１Ｎの中から何れかを選択するための（Ｎ−１）個のスイッチであり、Ｓ_２１，Ｓ_２２，・・・，Ｓ_２Ｎ−１はＮ個の抵抗素子Ｒ_２１，Ｒ_２２，・・・，Ｒ_２Ｎの中から何れかを選択するための（Ｎ−１）個のスイッチである。また、Ｓ_３１，Ｓ_３２，・・・，Ｓ_３Ｎ−１はＮ個の抵抗素子Ｒ_３１，Ｒ_３２，・・・，Ｒ_３Ｎの中から何れかを選択するための（Ｎ−１）個のスイッチである。

複数の抵抗素子Ｒ_１１，Ｒ_１２，・・・，Ｒ_１Ｎと複数のスイッチＳ_１１，Ｓ_１２，・・・，Ｓ_１Ｎ−１はラダー接続されており、何れか１つのスイッチをオンとすることにより、直列接続する抵抗素子を選択するようになっている。例えば、１番目のスイッチＳ_１１をオンにすると、１番目の抵抗素子Ｒ_１１は短絡され、２番目以降の抵抗素子Ｒ_１２，・・・，Ｒ_１Ｎが直列接続されることになる。

同様に、複数の抵抗素子Ｒ_２１，Ｒ_２２，・・・，Ｒ_２Ｎと複数のスイッチＳ_２１，Ｓ_２２，・・・，Ｓ_２Ｎ−１はラダー接続されており、何れか１つのスイッチをオンとすることにより、直列接続する抵抗素子を選択するようになっている。例えば、１番目のスイッチＳ_２１をオンにすると、１番目の抵抗素子Ｒ_２１は短絡され、２番目以降の抵抗素子Ｒ_２２，・・・，Ｒ_２Ｎが直列接続されることになる。

同様に、複数の抵抗素子Ｒ_３１，Ｒ_３２，・・・，Ｒ_３Ｎと複数のスイッチＳ_３１，Ｓ_３２，・・・，Ｓ_３Ｎ−１はラダー接続されており、何れか１つのスイッチをオンとすることにより、直列接続する抵抗素子を選択するようになっている。例えば、１番目のスイッチＳ_３１をオンにすると、１番目の抵抗素子Ｒ_３１は短絡され、２番目以降の抵抗素子Ｒ_３２，・・・，Ｒ_３Ｎが直列接続されることになる。

ここで、抵抗Ｒ２における複数のスイッチＳ_２１，Ｓ_２２，・・・，Ｓ_２Ｎ−１と、抵抗Ｒ３における複数のスイッチＳ_３１，Ｓ_３２，・・・，Ｓ_３Ｎ−１のうち、ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ−１）のスイッチどうしは同期してオンとなる。すなわち、抵抗Ｒ２，Ｒ３の抵抗値は常に等しくなるようにする。一方、抵抗Ｒ１における複数のスイッチＳ_１１，Ｓ_１２，・・・，Ｓ_１Ｎ−１に関しては、抵抗Ｒ２のスイッチＳ_２１，Ｓ_２２，・・・，Ｓ_２Ｎ−１および抵抗Ｒ３のスイッチＳ_３１，Ｓ_３２，・・・，Ｓ_３Ｎ−１との関係で、ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ−１）のスイッチどうしを同期してオンとする必要は必ずしもない。

このように構成した可変ＢＰＦ３では、何れか１組のスイッチＳ_１ｊ，Ｓ_2ｉ，Ｓ_３ｉをオンとすることにより（ｉ≠ｊであっても良いし、ｉ＝ｊであっても良い）、オペアンプＯＡ１，ＯＡ２に接続される抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値を可変とすることができる。

抵抗Ｒ１はＱ値の調整用で、抵抗Ｒ２，Ｒ３は同調周波数の調整用である。可変ＢＰＦ３のＱ値は、複数の抵抗素子Ｒ_１１，Ｒ_１２，・・・，Ｒ_１Ｎの中からスイッチＳ_１１，Ｓ_１２，・・・，Ｓ_１Ｎ−１により選択された抵抗素子の直列接続に係る合成抵抗値とコンデンサＣ１の容量値とに基づいて決定される。また、可変ＢＰＦ３の同調周波数（共振周波数）は、複数の抵抗素子Ｒ_２１，Ｒ_２２，・・・，Ｒ_２Ｎ，Ｒ_３１，Ｒ_３２，・・・，Ｒ_３Ｎの中からスイッチＳ_２１，Ｓ_２２，・・・，Ｓ_２Ｎ−１，Ｓ_３１，Ｓ_３２，・・・，Ｓ_３Ｎ−１により選択された抵抗素子の直列接続に係る合成抵抗値とコンデンサＣ２の容量値とに基づいて決定される。

スイッチＳ_１１，Ｓ_１２，・・・，Ｓ_１Ｎ−１，Ｓ_２１，Ｓ_２２，・・・，Ｓ_２Ｎ−１，Ｓ_３１，Ｓ_３２，・・・，Ｓ_３Ｎ−１の制御は、例えば図示しないＤＳＰ（Digital Signal Processor）によって行われる。すなわち、ＤＳＰは、ユーザにより設定された目的周波数（放送信号の受信チャンネルとして設定された周波数）に応じて、スイッチＳ_１１，Ｓ_１２，・・・，Ｓ_１Ｎ−１，Ｓ_２１，Ｓ_２２，・・・，Ｓ_２Ｎ−１，Ｓ_３１，Ｓ_３２，・・・，Ｓ_３Ｎ−１のうちどれをオンとするかを制御する。

図３は、本実施形態によるＬＮＡ２の構成例を示す図である。図３に示すように、本実施形態のＬＮＡ２は、増幅用デバイスである２つのＭＯＳトランジスタ（例えば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ：電界効果トランジスタ）Ｔｒ１，Ｔｒ２と、当該ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と電源ラインＶｃｃとの間に接続された２つの抵抗Ｒ６，Ｒ７と、当該ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と接地端子との間に接続された２つの定電流源Ｉ１，Ｉ２と、バイアス抵抗Ｒ_Ｂとを備えて構成されている。ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のゲートは共にバイアス抵抗Ｒ_Ｂを介して接地端子に接続されている。

このように、ＬＮＡ２のＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をゲート接地により構成した場合には、ＩＣチップ１０の入力インピーダンスＺ_in（ループアンテナ１側からＩＣチップ１０側をみたインピーダンス）が、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のコンダクタンスｇ_mの逆数に等しくなって単純化できる（Ｚ_in＝１／ｇ_m）。本実施形態では、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を例えばＣＭＯＳプロセスのＦＥＴで構成しているため、コンダクタンスｇ_mは小さくなり、入力インピーダンスＺ_inは大きくなる。そのため、バイアス抵抗Ｒ_Ｂを調整してコンダクタンスｇ_mを適切な値とすることにより、ループアンテナ１とのインピーダンスマッチング（ループアンテナ１が持つ低インピーダンスの適切な高インピーダンスへの変換）を容易に行うことができる。

以上詳しく説明したように、本実施形態によれば、ループアンテナ１とＬＮＡ２との間にインピーダンス変換用のトランスや同調用のバラクタダイオードを用いることなく、インピーダンスマッチングを適切に行い、可変ＢＰＦ３によってＱ値の高い可変同調回路を構成することができる。これにより、信号受信部においてＩＣチップ１０の外付け部品をほぼループアンテナ１のみにすることができるとともに、目的周波数の選択度も良好にすることができる。なお、上述した図示しないＤＳＰも同じＩＣチップ１０に集積化することが可能である。

なお、上記実施形態では、複数の抵抗素子Ｒ_１１，Ｒ_１２，・・・，Ｒ_１Ｎ，Ｒ_２１，Ｒ_２２，・・・，Ｒ_２Ｎ，Ｒ_３１，Ｒ_３２，・・・，Ｒ_３Ｎの中から何れかを選択することによって抵抗値を可変とし、これによって可変ＢＰＦ３の同調周波数やＱ値を調整する例について説明したが、これに限定されない。例えば、コンデンサＣ１，Ｃ２をそれぞれ複数の容量素子で構成し、その中からスイッチにより何れかを選択することにより容量値を可変とし、これによって可変ＢＰＦ３の同調周波数やＱ値を調整するようにしても良い。

また、上記実施形態では、可変ＢＰＦ３の構成として２段増幅器型のバンドパスフィルタ（ＤＡＢＰ）を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、サレン・キー型、多重帰還型、状態変数型、バイクワッド型、差動入力型、あるいはその他のバンドパスフィルタにおいて、その構成要素である抵抗を複数の抵抗素子で構成してスイッチにより何れかを選択できるようにしたり、コンデンサを複数の容量素子で構成してスイッチにより何れかを選択できるようにしたりしても良い。

また、上記実施形態では、抵抗Ｒ１を複数の抵抗素子Ｒ_１１，Ｒ_１２，・・・，Ｒ_１Ｎで構成してその中からスイッチＳ_１１，Ｓ_１２，・・・，Ｓ_１Ｎ−１により何れかを選択するとともに、抵抗Ｒ２，Ｒ３を複数の抵抗素子Ｒ_２１，Ｒ_２２，・・・，Ｒ_２Ｎ，Ｒ_３１，Ｒ_３２，・・・，Ｒ_３Ｎで構成してその中からスイッチＳ_２１，Ｓ_２２，・・・，Ｓ_２Ｎ−１，Ｓ_３１，Ｓ_３２，・・・，Ｓ_３Ｎ−１により何れかを選択するようにしているが、必ずしも抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の全てを複数の抵抗素子で構成する必要はない。例えば、Ｑ値調整用の抵抗Ｒ１は固定値とするようにしても良い。

また、上記実施形態では、ＬＮＡ２の増幅用トランジスタとしてｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを用いる例について説明したが、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴであっても良い。ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴを用いた場合には、フリッカノイズをより効果的に低減することができるというメリットがある。

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明は、ループアンテナを使用して放送信号を受信する放送信号受信装置、例えばＡＭラジオ受信機に有用である。

本実施形態による放送信号受信装置の要部構成例を示す図である。本実施形態による可変ＢＰＦの構成例を示す図である。本実施形態によるＬＮＡの構成例を示す図である。ループアンテナを用いた従来の放送信号受信装置の構成の一部を示す図である。

符号の説明

１ループアンテナ
２ＬＮＡ
３可変ＢＰＦ
４ミキサ
５ローカル発振器
Ｒ１，Ｒ２抵抗
Ｒ_１１，Ｒ_１２，・・・，Ｒ_１Ｎ抵抗素子
Ｒ_２１，Ｒ_２２，・・・，Ｒ_２Ｎ抵抗素子
Ｒ_３１，Ｒ_３２，・・・，Ｒ_３Ｎ抵抗素子
Ｓ_１１，Ｓ_１２，・・・，Ｓ_１Ｎ−１スイッチ
Ｓ_２１，Ｓ_２２，・・・，Ｓ_２Ｎ−１スイッチ
Ｓ_３１，Ｓ_３２，・・・，Ｓ_３Ｎ−１スイッチ
ＯＡ１，ＯＡ２オペアンプ
Ｔｒ１，Ｔｒ２ゲート接地のＭＯＳトランジスタ

Claims

ループアンテナと、
上記ループアンテナに接続された低雑音増幅器と、
上記低雑音増幅器に接続され、通過周波数帯域を可変に構成された可変バンドパスフィルタとを備え、
上記低雑音増幅器と上記可変バンドパスフィルタとを同一の半導体チップ内に集積化したことを特徴とする放送信号受信装置。
上記可変バンドパスフィルタはアクティブフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の放送信号受信装置。
上記可変バンドパスフィルタは、その構成要素である抵抗を複数の抵抗素子で構成し、
上記複数の抵抗素子の中から何れかを選択するためのスイッチを備え、上記複数の抵抗素子の中から上記スイッチにより選択された抵抗素子の抵抗値とコンデンサの容量値とに基づいて同調周波数が決定されるように成されたフィルタ回路であることを特徴とする請求項２に記載の放送信号受信装置。
上記可変バンドパスフィルタは、その構成要素であるコンデンサを複数の容量素子で構成し、
上記複数の容量素子の中から何れかを選択するためのスイッチを備え、上記複数の容量素子の中から上記スイッチにより選択された容量素子の容量値と抵抗の抵抗値とに基づいて同調周波数が決定されるように成されたフィルタ回路であることを特徴とする請求項２に記載の放送信号受信装置。
上記低雑音増幅器は、増幅用デバイスであるＭＯＳトランジスタのゲートを接地端子に接続して成ることを特徴とする請求項１に記載の放送信号受信装置。
上記低雑音増幅器および上記可変バンドパスフィルタがＣＭＯＳプロセスで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放送信号受信装置。