JP4368713B2 - 検波回路、電子装置および自動利得制御装置 - Google Patents
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Description
図8は、従来の自動利得制御回路の構成例を示す図である。
図において、電力増幅器61の入力には送信波信号が与えられ、その電力増幅器61の出力は主線路62Pを介して図示を省略した空中線系に接続される。このような主線路62Pと共に方向性結合器62を構成する副線路62Sの一方の端子は抵抗器63の一方の端子に接続される。その抵抗器63の他方の端子は、コンデンサ64を介して接地され、かつインダクタ65を介してバイアス回路66の出力に接続される。また、副線路62Sの他方の端子はダイオード67のアノードに接続され、そのダイオード67のカソードは、並列に接続されたコンデンサ68および抵抗器69を介して接地され、かつ制御部70を介して電力増幅器61の制御端子に接続される。
バイアス回路66は、図8に示すように、インダクタ65、抵抗器63、副線路62S、ダイオード67および抵抗器69を介して形成された直流回路にバイアス電流を定常的に注入することによって、ダイオード67の動作点を図9(1) に示す動作点に設定する。
ダイオード67は、コンデンサ68および抵抗器69と連係して既述の動作点においてモニタ信号を整流する(図9(2))ことによって、そのモニタ信号の包絡線成分を抽出する。
ところで、このようにして抽出された包絡線成分の瞬時値は、一般に、モニタ信号の電力(振幅)を示す。
また、モニタ信号の電力は、送信波信号の占有帯域の全域において主線路62Pと副線路62Sとの間の結合度が一定であると見なされる場合には、その送信波信号の電力に比例した値となる。
なお、本発明に関連する先行技術としては、例えば、以下に列記する特許文献1〜4がある。
さらに、ダイオード67の動作点は、モニタ信号のダイナミックレンジが広いほど、一般に、「そのモニタ信号のレベルが小さい状態であってもこのダイオード67が遮断領域(順方向に電流が流れない状態)から脱却できる(順方向に電流が流れる)程度」に、浅く設定されなければならない。
また、図9に示すダイオード67の特性曲線は、一般に、非線形であって、温度に応じて変化するにもかかわらず、ダイオード67に流れる順方向の電流が電圧に変換されることによってモニタ信号の検波が行われていた。
本発明は、入力される交流信号のレベルが広範に変化する場合、または温度が変化する場合に、特性が安定に維持される検波回路、電子回路および自動利得制御装置とを提供することを目的とする。
すなわち、交流信号のレベルが変動しても、整流素子に流れる順方向電流の先頭値はその整流素子が遮断領域から脱却したと判別される既知の電流に精度よく維持され、そのレベルを示す包絡線成分の瞬時値は、この整流素子の特性曲線上における動作点の位置として間接的に得られる。
第二の発明では、監視手段は、交流信号の包絡線成分に応じて整流素子に流れる順方向電流を監視し、かつ整流素子が遮断領域から脱却した場合に整流素子に流れる既知の電流に対する順方向電流の偏差を検出する。副監視手段は、整流素子と同じ特性を有し、かつ包絡線成分が印加されない副整流素子に順方向に流れる副順方向電流を監視する。さらに、副監視手段は、既知の電流に対する副順方向電流の偏差を検出する。制御手段は、順方向電流の偏差が減少する点に整流素子の動作点を制御し、かつ副順方向電流の偏差が減少する点に副整流素子の動作点を制御すると共に、整流素子の特性曲線上におけるこれらの動作点の間の関係を出力する。
したがって、本発明にかかわる検波回路は、第一の発明にかかわる検波回路に比べて、広範な温度において特性および性能が安定に維持される。
したがって、既述の第二の発明に比べて、低廉化、小型化および消費電力の節減が図られ、かつ総合的な信頼性が向上する。
したがって、第三の発明のように温度検知手段が備えられなくても、特性および性能が広い温度の範囲において安定に維持される。
すなわち、包絡線成分の瞬時値を出力し、かつ温度に応じた整流素子の動作点の変化に起因してその瞬時値に付帯する誤差を軽減し、あるいは抑圧する処理は、専用のハードウエアに比べて、部品点数が少ない汎用のプロセッサによって達成される。
第六の発明では、検波回路は、第一ないし第五の何れかの発明が適用されることによって構成される。信号供給手段は、検波回路に備えられた整流素子に交流信号を与える。フィードバック制御手段は、検波回路によって出力された交流信号の包絡線成分の瞬時値に基づいて信号供給手段の特性または稼働の形態を変更する。
したがって、信号供給手段は、その信号供給手段によって出力された交流信号のレベルに応じて精度よく、かつ安定にフィードバック制御される。
したがって、増幅手段の出力には、送信波信号が所望のレベルで、精度よく安定に得られる。
第二の発明では、第一の発明にかかわる検波回路に比べて、広範な温度において特性および性能が安定に維持される。
第三の発明では、第二の発明に比べて、低廉化、小型化および消費電力の節減が図られ、かつ総合的な信頼性が向上する。
第五の発明では、構成の簡略化に併せて信頼性の向上が図られ、かつ既存のプロセッサの余剰の処理量や資源が活用されることによって性能が高められる。
第六の発明では、信号供給手段は、その信号供給手段によって出力された交流信号のレベルに応じて精度よく、かつ安定にフィードバック制御される。
したがって、これらの発明が適用された装置やシステムは、設計、製造、調整および保守にかかわる制約の緩和に併せて、コストの削減とが図られ、かつ特性、性能および付加価値が高められる。
図1は、本発明の第一の実施形態を示す図である。
本実施形態の構成は、下記の通りに構成されるフィードバック系の構成にある。
既述の主線路62Pと共に方向性結合器62を構成する副線路62Sの一方の端子は抵抗器63の一方の端子に接続される。その抵抗器63の他方の端子は、コンデンサ64を介して接地され、かつインダクタ65、フィードバック制御回路10および制御部70を介して電力増幅器61の制御端子に接続される。また、副線路62Sの他方の端子はダイオード67のアノードに接続され、そのダイオード67のカソードは接地される。
・ インダクタ65に直列に接続された抵抗器11(なお、以下では、この抵抗器11の端子の内、インダクタ65に接続された端子を「一方の端子」という。)
・ 抵抗器11の一方の端子と他方の端子とにそれぞれ接続された反転入力と非反転入力とを有する差動増幅器12
・ 差動増幅器12の出力に接続された反転入力と、規定の基準電圧Vrefが印加された非反転入力とを有する差動増幅器13
・ 差動増幅器13の出力に縦続接続され、かつ出力が抵抗器11の他方の端子に接続されたフィルタ14
・ フィルタ14の出力に縦続接続され、かつ出力が制御部70の入力に接続された電圧フォロア回路15
図2は、本発明の第一の実施形態の動作を説明する図である。
ダイオード67には、下記の2つの電流が流れる。
・ モニタ信号の瞬時値に応じて注入される電流
・ フィルタ14の出力の電位に応じて、そのフィルタ14の出力から抵抗器11、インダクタ65、抵抗器63および副線路62Sを介して注入される電流Id
また、モニタ信号の占有帯域では、抵抗器63とインダクタ65との接続点の交流的な接地に供されるコンデンサ64と、そのインダクタ65とによって副線路62Sとのアイソレーションが確保される。
したがって、抵抗器11には、既述の電流Idと、上述した包絡線成分として注入される電流との差に等しい電流が流れる。
差動増幅器12は、抵抗器11の一方の端子に対する他方の端子の電位(以下、「電圧降下分v」という。)を求める。差動増幅器13は、瞬時値が上述した基準電圧Vrefとその電圧降下分vと差Vdifに等しい誤差信号を出力する。
すなわち、モニタ信号のレベルの変化に応じて抵抗器11の両端の電位差(=v)が変化すると、上記の基準電圧Vrefに対するその電位差vの偏差が減少する方向にダイオード67の動作点が変更される。
このように本実施形態によれば、モニタ信号のレベルが変動しても、ダイオード67に流れる順方向電流の先頭値はそのダイオード67が遮断領域から脱却したと判別される最小の値に精度よく維持され(図2(1))、「そのレベルを示すモニタ信号の包絡線成分」の瞬時値は、このダイオード67の動作点を示す帰還信号の瞬時値(図2(2))として間接的に得られる。
また、本実施形態では、モニタ信号のレベルが広範に変化しても、ダイオード67に流れる順方向の電流の先頭値が従来例より大幅に小さな値に制限されるので、このようなダイオード67として、順方向における電圧降下や損失が小さいダイオードの適用が可能となる。
本実施形態の構成は、制御部70の入力にフィードバック制御回路10(電圧フォロア回路15)の出力が接続されず、かつ下記の要素が付加された点で上述した第一の実施形態の構成と異なる。
・ 抵抗器63に対応する抵抗器63Aと、その抵抗器63Aに縦属接続されたダイオード67A
・ これらの抵抗器63Aおよびダイオード67Aを介して入力端が接地され、かつ構成が既述のフィードバック制御回路10と同じであるフィードバック制御回路10A(なお、個々の構成要素については、以下では、フィードバック制御回路10の対応する構成要素に付加された符号の末尾に文字「A」を付加することによって示す。)
・ フィードバック制御回路10(電圧フォロア回路15)の出力が接続された非反転入力と、フィードバック制御回路10A(電圧フォロア回路15A)の出力が接続された反転入力とを有し、かつ出力が制御部70の入力に接続された差動増幅器21
以下、図3を参照して本発明の第二の実施形態の動作を説明する。
また、抵抗器63の抵抗値は、抵抗器63Aの抵抗値に等しい。
したがって、フィードバック制御回路10A(電圧フォロア回路15A)の出力には、「温度に応じて変化しても、モニタ信号のレベルに応じて変化することがないダイオード67A(67)の動作点」の変動分を瞬時値として示すオフセット信号が出力される。
すなわち、「ダイオード67の動作点が温度に応じて変化したこと」に起因して制御部70に入力される帰還信号に含まれるオフセット分が抑圧される。
したがって、本実施形態によれば、既述の第一の実施形態に比べて、温度に対する特性の変動が緩和あるいは抑圧され、かつ自動利得制御の精度が高められると共に、安定に維持される。
しかし、これらのフィードバック制御回路10、10Aだけではなく、抵抗器63、コンデンサ64、インダクタ65および抵抗器11の全てもしくは一部がディジタル領域で既述の動作に等価な処理を行うディジタル信号処理プロセッサ、または汎用のプロセッサで代替されてもよい。
本実施形態の構成は、下記の点で上述した第二の実施形態の構成と異なる。
・ 図3に示すダイオード67Aおよび抵抗器63Aに代えて、温度センサ31が備えられる。
・ フィードバック制御回路10Aに代えて、フィードバック制御回路10Bが備えられる。
・ 温度センサ31の出力に縦属接続されたディジタルシグナルプロセッサ(以下、「DSP」という。)32およびD/A変換器33
・ DSP32のバス端子に接続されたリードオンリメモリ(ROM)34
以下、図4を参照して本発明の第三の実施形態の動作を説明する。
ROM34の記憶領域には、図5に示すように、上記の温度Tがとり得る個々の値に対応付けられて、「既述の第二の実施形態において、その温度Tに応じて生じるダイオード67A(67)の動作点の変動分を示し、かつフィードバック制御回路10A(電圧フォロア回路15A)によって出力されるオフセット信号の瞬時値I(T)」が予め格納された瞬時値テーブル34tが配置される。
・ 「ダイオード67の温度特性に応じて差動増幅器13の出力に得られた誤差信号の瞬時値」として実測された値
・ ダイオード67の仕様等として与えられる標準的な特性の下で、既述の副線路62S、抵抗器63、コンデンサ64、インダクタ65、抵抗器11およびフィードバック制御回路10から構成される系について行われた回路シミュレーション等により求められた値
また、このような瞬時値テーブル34tにおける温度Tの精度については、温度センサ31によって検知が可能な温度の最小の変動分以上であり、この温度Tの上限値および下限値は、本実施形態にかかわる自動利得制御回路の動作温度の範囲(例えば、−10度ないし+50度)に設定される。
・ 温度センサ31によって計測された温度Tを取得する。
・ その温度Tに対応付けられて瞬時テーブル34tに格納されている瞬時値I(T)を時系列の順に積分することによって、図3に示すフィルタ14によって行われる濾波処理に等価な処理(無用な高域成分の除去および好適な時定数を実現する処理)を行い、その濾波処理の結果をD/A変換器33に引き渡す。
すなわち、このような信号は、下記の好適な温度センサ31およびフィードバック制御回路10Bによって精度よく生成される。
・ 図3に示すダイオード67Aおよび抵抗器63Aに比べて、物理的な寸法、体積および重量に大きな差が無い温度センサ31
・ 同図に示すフィードバック制御回路10Aに比べて部品の点数が大幅に少なく、かつDSP32やROM34のように既存の汎用プロセッサ等の処理量や記憶領域が活用されることによって構成が可能であり、しかも、温度が変化しても既述の処理を安定にディジタル領域で行うことが可能なフィードバック制御回路10B
したがって、本実施形態によれば、既述の第二の実施形態に比べて、自動利得制御の精度が低下することなく、低廉化、小型化、消費電力の節減および総合的な信頼性の向上が図られる。
本実施形態の構成は、下記の点で図4に示す第三の実施形態の構成と異なる。
・ 差動増幅器21、温度センサ31およびROM34が備えられず、フィードバック制御回路10(電圧フォロア回路15)の出力がA/D変換器(A/D)41の入力に接続される。
・ このA/D変換器41の出力がディジタルシグナルプロセッサ32の第一のポートに接続される。
・ DSP32の第二のポートに、後述する2値信号が与えられる。
・ D/A変換器(D/A)33の出力が差動増幅器21を介することなく制御部70の入力に接続される。
上述した二値信号の論理値は、本実施形態にかかわる自動利得制御回路を介して送信電力のレベルが維持される送信端に適用された多元接続方式、チャネル構成およびゾーン構成その他に適合したチャネル制御の下で決定され、その送信端によって送信が行われる期間とその期間以外の期間とにおいてそれぞれ「1」、「0」に設定される。
また、二値信号の論理値が「1」である期間には、主記憶の記憶領域の内、上述した第一の特定の記憶領域と異なる第二の特定の記憶領域に、フィードバック制御回路10(電圧フォロア回路15)によって出力された信号の瞬時値(ダイオード67にモニタ信号が与えられているので、既述の帰還信号の瞬時値に相当する。)を格納する。
DSP32は、その差をアナログの電圧に変換することによって、第二の実施形態または第三の実施形態に備えられた差動増幅器21と同様に帰還信号とオフセット信号との瞬時値の差を求め、かつD/A変換器33を介して制御部70にその瞬時値の差を与える。
したがって、本実施形態によれば、温度センサ31が備えられなくても、温度に依存することなく、既述の第二および第三の実施形態と同等以上の精度で自動利得制御が実現される。
したがって、設計、調整および保守の何れの過程においても、技術的な制約や物理的な制約に阻まれることなく、作業の簡略化が図られる。
しかし、本発明は、送信が連続して行われる場合には、例えば、図7に示すように、DSP32の第二の入力ポートとバス端子とに図4に示す温度センサ31の出力とROM34とがそれぞれ接続され、そのDSP32が既述の第三の実施形態において行われる処理に併せて、差動増幅器21をディジタル領域で代替する処理を行うことによって、構成の簡略化が図られてもよい。
しかし、本発明はこのような構成に限定されず、例えば、これらの瞬時値が時系列の順に個別に積分され、これらの積分の結果の差が制御部70に与えられてもよい。
さらに、上述した各実施形態では、ダイオード67、抵抗器63、コンデンサ64、インダクタ65およびフィードバック制御回路は、モニタ信号の(振幅)レベルを監視するために適用された検波回路として作動している。
また、上述した各実施形態では、ダイオード67が遮断領域から脱却したときにそのダイオード67に抵抗器11を介して注入される最小の電流Irefは、既述の基準電圧Vrefと抵抗器11の抵抗値Rrefとの比に等しい100マイクロアンペアに設定されている。
さらに、上述した各実施形態では、ダイオード67の交流的な特性が特に限定されていない。
しかし、本発明は、このような自動利得制御回路に限定されず、例えば、入力される信号のレベル(振幅)や電力量に応じてその信号の信号源の特性や稼働の形態を変更する電子装置にも、同様に適用可能である。
しかし、本発明はこのような構成に限定されず、例えば、電流駆動型の回路によってダイオード67に注入される電流に応じてそのダイオード67の動作点の設定および更新が同様に行われてもよい。
以下、上述した各実施形態に開示された発明を階層的・多面的に整理し、付記項として列記する。
(付記1) 交流信号の包絡線成分に応じて整流素子に流れる順方向電流を監視し、前記整流素子が遮断領域から脱却した場合に前記整流素子に流れる既知の電流に対する前記順方向電流の偏差を検出する監視手段と、
前記偏差が減少する点に前記整流素子の動作点を制御し、前記整流素子の特性曲線上における前記動作点の位置を出力する制御手段と
を備えたことを特徴とする検波回路。
(付記2) 交流信号の包絡線成分に応じて整流素子に流れる順方向電流を監視し、前記整流素子が遮断領域から脱却した場合に前記整流素子に流れる既知の電流に対する前記順方向電流の偏差を検出する監視手段と、
前記整流素子と同じ特性を有し、かつ前記包絡線成分が印加されない副整流素子に順方向に流れる副順方向電流を監視し、前記既知の電流に対する前記副順方向電流の偏差を検出する副監視手段と、
前記順方向電流の偏差が減少する点に前記整流素子の動作点を制御し、かつ前記副順方向電流の偏差が圧縮される点に前記副整流素子の動作点を制御すると共に、前記整流素子の特性曲線上におけるこれらの動作点の間の関係を出力する制御手段と
を備えたことを特徴とする検波回路。
(付記3) 交流信号の包絡線成分に応じて整流素子に流れる順方向電流を監視し、前記整流素子が遮断領域から脱却した場合に前記整流素子に流れる既知の電流に対する前記順方向電流の偏差を検出する監視手段と、
前記整流素子の周囲の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度に応じて生じる前記整流素子の動作点の変動分が予め格納された記憶手段と、
前記偏差が減少する点に前記整流素子の動作点を制御し、前記整流素子の特性曲線上における前記動作点の位置と、前記温度検知手段によって検知された温度に対応して前記記憶手段に格納された変動分との差を出力する制御手段と
を備えたことを特徴とする検波回路。
(付記4) 交流信号の包絡線成分が印加される第一の期間に前記包絡線成分に応じて整流素子に流れる順方向電流を監視し、かつ前記包絡線成分が印加されない第二の期間に前記整流素子に流れる副順方向電流を監視し、前記整流素子が遮断領域から脱却した場合に前記整流素子に流れる既知の電流に対するこれらの順方向電流と副順方向電流との偏差を個別に検出する監視手段と、
前記第一の期間および前記第二の期間にそれぞれ前記順方向電流と前記副順方向電流との個別の偏差が減少する点に前記整流素子の動作点を制御し、かつ前記整流素子の特性曲線上におけるこれらの動作点の間の関係を出力する制御手段と
を備えたことを特徴とする検波回路。
(付記5) 付記1ないし付記4の何れか1項に記載の検波回路において、
前記制御手段は、
前記制御手段の機能の全てまたは一部を蓄積プログラム制御方式に基づく信号処理として実現する
ことを特徴とする検波回路。
(付記6) 付記1ないし付記5の何れか1項に記載の検波回路と、
前記検波回路に備えられた整流素子に交流信号を与える信号供給手段と、
前記検波回路によって出力された前記交流信号の包絡線成分の瞬時値に基づいて前記信号供給手段の特性または稼働の形態を変更するフィードバック制御手段と
を備えたことを特徴とする電子装置。
(付記7) 付記1ないし付記5の何れか1項に記載の検波回路と、
送信波信号を増幅する増幅手段と、
前記検波回路に備えられた整流素子に、前記増幅手段によって出力された送信波信号を与え、前記検波回路によって出力された前記送信波信号の包絡線成分の瞬時値に基づいて前記増幅手段の利得を変更するフィードバック制御手段と
を備えたことを特徴とする自動利得制御装置。
11,11A,63,63A,69 抵抗器
12,12A,13,13A,21 差動増幅器
14,14A フィルタ
15,15A 電圧フォロア回路
31 温度センサ
32 ディジタルシグナルプロセッサ(DSP)
33 D/A変換器(D/A)
34 ROM
34t 瞬時値テーブル
41 A/D変換器(A/D)
61 電力増幅器
62 方向性結合器
62P 主線路
62S 副線路
64,68 コンデンサ
65 インダクタ
66 バイアス回路
67,67A ダイオード
70 制御部
Claims (5)
- 交流信号の振幅の大きさに応じて整流素子に流れる順方向電流を監視し、前記整流素子が遮断領域から脱却した場合に前記整流素子に流れる既知の電流に対する前記順方向電流の偏差を検出する監視手段と、
前記偏差が減少する点に前記整流素子の動作点を制御し、前記整流素子の特性曲線上における前記動作点の位置を出力する制御手段と
を備えたことを特徴とする検波回路。 - 交流信号の振幅の大きさに応じて整流素子に流れる順方向電流を監視し、前記整流素子が遮断領域から脱却した場合に前記整流素子に流れる既知の電流に対する前記順方向電流の偏差を検出する監視手段と、
前記整流素子と同じ特性を有し、かつ前記交流信号が印可されない副整流素子に順方向に流れる副順方向電流を監視し、前記既知の電流に対する前記副順方向電流の偏差を検出する副監視手段と、
前記順方向電流の偏差が減少する点に前記整流素子の動作点を制御し、かつ前記副順方向電流の偏差が減少する点に前記副整流素子の動作点を制御すると共に、前記整流素子の特性曲線上におけるこれらの動作点の間の関係を出力する制御手段と
を備えたことを特徴とする検波回路。 - 交流信号の振幅の大きさに応じて整流素子に流れる順方向電流を監視し、前記整流素子が遮断領域から脱却した場合に前記整流素子に流れる既知の電流に対する前記順方向電流の偏差を検出する監視手段と、
前記整流素子の周囲の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度に応じて生じる前記整流素子の動作点の変動分が予め格納された記憶手段と、
前記偏差が減少する点に前記整流素子の動作点を制御し、前記整流素子の特性曲線上における前記動作点の位置と、前記温度検知手段によって検知された温度に対応して前記記憶手段に格納された変動分との差を出力する制御手段と
を備えたことを特徴とする検波回路。 - 請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の検波回路と、
前記検波回路に備えられた整流素子に交流信号を与える信号供給手段と、
前記検波回路によって出力された前記交流信号の振幅値に基づいて前記信号供給手段の特性または稼働の形態を変更するフィードバック制御手段と
を備えたことを特徴とする電子装置。 - 請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の検波回路と、
送信波信号を増幅する増幅手段と、
前記検波回路に備えられた整流素子に、前記増幅手段によって出力された送信波信号を与え、前記検波回路によって出力された前記送信波信号の振幅値に基づいて前記増幅手段の利得を変更するフィードバック制御手段と
を備えたことを特徴とする自動利得制御装置。
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