JP5355687B2

JP5355687B2 - 高周波電力検波回路及び無線通信装置

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Publication number: JP5355687B2
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Inventors: 良守金
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Description

本発明は、高周波信号の電力検波回路に関し、特に、無線通信装置における自動利得制御や自動電力レベル制御などに有用な高周波電力検波回路に関する。

近年、携帯電話端末には電話機能以外にデジタルテレビ、ＦＭラジオ、ブルートゥース（登録商標）、無線ＬＡＮといった複数の無線システムが搭載されている。そして、無線通信端末とそれを構成するモジュールの小型化、低価格化に対する高い要求を満たすために、これまで集積化されていなかった高性能な回路システムが無線通信チップに集積化されつつある。高周波信号の電力検波回路（高周波電力検波回路）はその一例である。

無線通信装置において、高周波電力検波回路は、アンテナから入力された受信信号の強度に応じて受信系の増幅器やミキサの利得を自動制御するためや、電力増幅器の出力信号レベルを検出して送信系の電力増幅器の利得を自動制御するために用いられる。このような自動制御システムは、信頼性の高い無線通信を実現するためにほとんどの無線通信送受信装置に組み込まれている。

一般的に、自動利得制御は、集積回路（ＩＣ）内部で生成した基準信号と包絡線検波回路の出力信号との比較結果に基づいて行われる。したがって、制御システムの正確さは内部基準信号と包絡線検波回路の出力信号の精度によって決まる。このため、半導体プロセスの微細化に伴う電源電圧の低下や製造ばらつきの増加によって無線通信送受信用ＩＣの受信信号が歪み、また、雑音の混入が大きくなり、無線通信品質が悪化してしまう。

急速に普及している移動体向け地上波デジタルテレビ（ISDB-T、いわゆるワンセグ）は、広帯域の無線通信帯域を使用するという特徴を有する。このようなワンセグ受信用のＩＣは、携帯電話端末に組み込まれている場合が多いため、アンテナとワンセグチューナーとの間に高周波フィルタを設けても、帯域内外のさまざまな妨害波がアンテナと端末内輻射によってチューナーに入力されてしまう。また、通信品質を高めるために、受信チャンネルや電波状況に応じて検波電力レベルを動的に切り替える必要性もある。したがって、製造ばらつきの大きい半導体微細プロセスを用いつつ、低価格で従来よりもさらに精度の高い高周波電力検波回路を実現する必要がある。さらに、製品ライフサイクルの短縮化に対応するため、設計が容易で、可能な限り出荷前の製造ばらつき調整が不要な検波回路が求められる。

従来の高周波電力検波回路は、主としてトランジスタと電流源と容量からなる包絡線検波回路を多く用いている（例えば、非特許文献１参照）。また、検波誤差を低減するためにＤＣ基準電圧をＡＣ（方形波）基準電圧に変換する高周波電力検波回路などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来の高周波電力検波回路の構成を示す。入力された高周波信号はレベルシフタ１によってその中心レベルがシフトされてから包絡線検波回路２におけるトランジスタ２１のベースに入力される。包絡線検波回路２において、トランジスタ２１のコレクタは電源電圧ノードに接続されており、エミッタとグランドノードとの間には電流源２２と容量素子２３とが並列接続されている。ここで、容量素子２３の容量値を十分に大きくすることで、トランジスタ２１のエミッタから、ベースに入力された高周波信号の包絡線を取り出すことができる。

一方、包絡線検波回路３もまた包絡線検波回路２と同様に、トランジスタ３１と、そのエミッタに並列接続された電流源３２及び容量素子３３とから構成されている。トランジスタ３１のベースには基準電圧生成回路４で生成された基準電圧が印加され、エミッタから基準信号が出力される。そして、ローパスフィルタ５は、包絡線検波回路２及び３の出力差に基づいて高周波信号の電力検波結果を出力する。基準電圧生成回路４は印加するＤＣ基準電圧Ｖｒｅｆを変化させることで検知したい電力に対応した基準電圧を生成することができ、これにより、複数のレベルの電力を検波できるようになっている。このように、包絡線検波回路２とそのレプリカ（包絡線検波回路３）で高周波電力検波回路を構成することで、温度や電源電圧、製造工程におけるトランジスタのしきい値ばらつきなどによる検波出力の変動の低減を図っている。

国際公開第２００４／０４０７９５号パンフレット

Stephen L. Wong and Sifen Luo, "A 2.7-5.5 V, 0.2-1 W BiCMOS RF Driver Amplifier IC with Closed-Loop Power Control and Biasing Functions", IEEE JOUNAL OF SOLID STATE CIRCUITS, VOL. 33, NO. 12, DECEMBER 1998, PP. 2259-2264

従来の高周波電力検波回路では、基準電圧を生成するために電流源と抵抗列とが必須となるため、製造ばらつき、温度変動、電源電圧変動などにより電流や抵抗の絶対値がばらつき、検波電力レベルに誤差が生じてしまう。また、包絡線検波回路とそのレプリカにおける電流源は、通常、カレントミラー回路で構成されるが、入力基準電流の誤差と、カレントミラー回路を構成するペアトランジスタのしきい値のミスマッチにより検波電力レベルに誤差が生じてしまう。さらに、従来の高周波電力検波回路は、二つの包絡線検波回路以外に基準電圧生成回路を必要とするため、回路規模が大きくなってしまう。

上記問題に鑑み、製造ばらつき、温度変動、電源電圧変動などに起因する検出誤差が小さく、さらに、回路面積を小さくすることができる高周波電力検波回路及びそのような回路を備えた無線通信装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明では次のような手段を講じた。すなわち、入力された高周波信号の中心レベルを所定の電圧にシフトするレベルシフタと、抵抗列、抵抗列に並列接続された容量素子、及び抵抗列と容量素子との接続点と所定の電圧ノードとの間に接続されたトランジスタを有する第１及び第２の包絡線検波回路と、第１の包絡線検波回路における抵抗列の複数の中間端子電圧の中からいずれか一つを選択するセレクタと、第２の包絡線検波回路における抵抗列の全体電圧又は中間端子電圧を基準にして、セレクタの出力電圧を検出する検出部とを備えている高周波電力検波回路において、第１の包絡線検波回路におけるトランジスタのゲート又はベースにはレベルシフタの出力が与えられ、第２の包絡線検波回路におけるトランジスタのゲート又はベースには所定の電圧が与えられるものとする。

また、上記レベルシフタ及び第１及び第２の包絡線検波回路と、第２の包絡線検波回路における抵抗列の全体電圧又は複数の中間端子電圧の中からいずれか一つを選択するセレクタと、セレクタの出力電圧を基準にして、第１の包絡線検波回路における抵抗列の中間端子電圧を検出する検出部とを備えている高周波電力検波回路において、第１の包絡線検波回路におけるトランジスタのゲート又はベースにはレベルシフタの出力が与えられ、第２の包絡線検波回路におけるトランジスタのゲート又はベースには所定の電圧が与えられるものとする。

また、上記レベルシフタ及び第１及び第２の包絡線検波回路と、第１の包絡線検波回路における抵抗列の中間端子電圧を増幅する可変利得増幅器と、第２の包絡線検波回路における抵抗列の全体電圧又は中間端子電圧を基準にして、可変利得増幅器の出力電圧を検出する検出部とを備えている高周波電力検波回路において、第１の包絡線検波回路におけるトランジスタのゲート又はベースにはレベルシフタの出力が与えられ、第２の包絡線検波回路におけるトランジスタのゲート又はベースには所定の電圧が与えられるものとする。

また、上記レベルシフタ及び第１及び第２の包絡線検波回路と、第２の包絡線検波回路における抵抗列の全体電圧又は中間端子電圧を増幅する可変利得増幅器と、可変利得増幅器の出力電圧を基準にして、第１の包絡線検波回路における抵抗列の中間端子電圧を検出する検出部とを備えている高周波電力検波回路において、第１の包絡線検波回路におけるトランジスタのゲート又はベースにはレベルシフタの出力が与えられ、第２の包絡線検波回路におけるトランジスタのゲート又はベースには所定の電圧が与えられるものとする。

また、入力された高周波信号を増幅する可変利得増幅器と、可変利得増幅器の出力の中心レベルを所定の電圧にシフトするレベルシフタと、上記第１及び第２の包絡線検波回路と、第２の包絡線検波回路における抵抗列の全体電圧又は中間端子電圧を基準にして、第１の包絡線検波回路における抵抗列の中間端子電圧を検出する検出部とを備えている高周波電力検波回路において、第１の包絡線検波回路におけるトランジスタのゲート又はベースにはレベルシフタの出力が与えられ、第２の包絡線検波回路におけるトランジスタのゲート又はベースには所定の電圧が与えられるものとする。

これらによると、第１の包絡線検波回路で高周波信号の包絡線が検波され、これと同じ回路構成の第２の包絡線検波回路で電力レベル検出のための基準電圧が生成され、検出部によって第２の包絡線検波回路の出力（構成によってはセレクタ又は可変利得増幅器の出力）を基準にして、第１の包絡線検波回路の出力（構成によってはセレクタ又は可変利得増幅器の出力）が検出されることによって、入力された高周波信号の電力レベルが検波される。ここで、第１及び第２の包絡線検波回路は電流源を用いずに構成可能であり、さらに、基準電圧生成回路を別途設ける必要がないため抵抗素子の総数が少なくて済む。また、セレクタ又は可変利得増幅器を適宜制御することでキャリブレーション及び複数の電力レベルを時分割で検出することができる。これにより、従来に比べて、製造ばらつき、温度変動、電源電圧変動などに対する耐性が向上して高周波電力検波の精度が向上するとともに小型化を図ることができる。

好ましくは、上記の高周波電力検波回路は、高周波参照信号を生成する高周波参照信号生成部と、現実の高周波信号及び高周波参照信号のいずれか一つを選択してレベルシフタに入力する入力セレクタと、入力セレクタ及びセレクタ（構成によっては可変利得増幅器）を制御する制御部とを備えている。そして、制御部は、レベルシフタに高周波参照信号を入力した状態でセレクタの出力（構成によっては可変利得増幅器の利得）を順次切り替えて検出部の出力が反転したときのセレクタ（構成によっては可変利得増幅器）に対する制御値を記憶し、現実の高周波信号をレベルシフタに入力するときにはセレクタ（構成によっては可変利得増幅器）を記憶した制御値で制御する。具体的には、高周波参照信号生成部は、ローカル信号発生器と、ローカル信号発生器の出力を電源電圧に比例した振幅にクリッピングする増幅器と、増幅器の出力を減衰させる減衰器とを備えている。より具体的には、増幅器はインバータ回路が多段接続されたものである。これによると、高周波電力検波回路のキャリブレーションを行って、ばらつきの少ない高精度の高周波電力検波が可能となる。

また、好ましくは、上記の高周波電力検波回路は、セレクタの出力（構成によっては可変利得増幅器の利得）をサイクリックに切り替える制御部を備えている。これによると、複数の電力レベルを時分割で検出することができる。

本発明によると、高周波電力検波回路について、製造ばらつき、温度変動、電源電圧変動などに起因する検出誤差を小さくすることができる。さらに、高周波電力検波回路を小型化してＩＣ上での占有面積を小さくすることができる。そして、このような高周波電力検波回路を無線通信装置に搭載することによって、送受信システムの通信品質を向上させることができる。

図１は、第１の実施形態に係る高周波電力検波回路の構成図である。図２は、第２の実施形態に係る高周波電力検波回路の構成図である。図３は、第３の実施形態に係る高周波電力検波回路の構成図である。図４は、無線通信装置の構成図である。図５は、従来の高周波電力検波回路の構成図である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る高周波電力検波回路の構成を示す。包絡線検波回路１０において、Ｎチャネル電界効果トランジスタ１０１のドレインは電源電圧Ｖｄｄに接続され、ソースには直列接続された６つの抵抗素子１１１、１１２、１１３、１１４、１１５及び１１６からなる抵抗列１１０と、容量素子１２０とが並列接続されている。もう一つの包絡線検波回路２０は、包絡線検波回路１０と同じ回路構成をしている。すなわち、包絡線検波回路２０において、Ｎチャネル電界効果トランジスタ２０１のドレインは電源電圧Ｖｄｄに接続され、ソースには直列接続された６つの抵抗素子２１１、２１２、２１３、２１４、２１５及び２１６からなる抵抗列２１０と、容量素子２２０とが並列接続されている。包絡線検波回路１０及び２０において互いに対応する素子の特性値も同じとなっている。例えば、容量素子１２０と容量素子２２０とは同じ静電容量を有する。

レベルシフタ３０は、入力された高周波信号の中心レベルを所定の電圧にシフトする。具体的には、レベルシフタ３０は、容量素子３０１で高周波信号のＤＣ成分をカットし、代わりに抵抗素子３０２を介してバイアス電圧Ｖｂを印加するような構成となっている。なお、バイアス電圧Ｖｂは、電力レベルの絶対値を決めるＤＣ参照電圧であるため、製造ばらつき、温度変動、電源電圧変動によって変化しにくいものであることが望ましい。

レベルシフタ３０の出力は包絡線検波回路１０におけるトランジスタ１０１のゲートに入力される。トランジスタ１０１は、ゲートに入力された信号を整流して容量素子１２０を充電する。この作用により、トランジスタ１０１のソース電圧は、高周波信号の振幅に応じた値になる。ここで、抵抗列１１０の全体抵抗と容量素子１２０の容量の積で決まる時定数が入力される高周波信号の１周期よりも十分に大きければ、トランジスタ１０１のソース電圧は高周波信号の包絡線に応じた値になる。

一方、包絡線検波回路２０におけるトランジスタ２０１のゲートには高周波信号の中心レベルに相当するバイアス電圧Ｖｂが与えられる。包絡線検波回路２０は包絡線検波回路１０のレプリカであるため、トランジスタ２０１のソース電圧は、高周波信号が入力されないときのトランジスタ１０１のソース電圧相当となる。したがって、トランジスタ２０１のソース電圧を基準電圧として、当該基準電圧と包絡線検波回路１０による検波信号とを比較することで、入力された高周波信号の電力レベルを検波することができる。なお、容量素子２２０は、電源電圧Ｖｄｄに混入するノイズを除去する役割を果たす。

しかし、高周波信号が入力されているときには、トランジスタ１０１のソース電圧はトランジスタ２０１のソース電圧よりも必ず高くなるため、単にこれらソース電圧を比較しても高周波信号の電力レベルを検波することはできない。そこで、包絡線検波回路１０における抵抗列１１０の中間端子電圧を検波対象とする。なお、抵抗素子１１１〜１１６の抵抗比を適当な値にすれば、抵抗列１１０の中間端子電圧をトランジスタ２０１のソース電圧以下にすることが可能である。

セレクタ１２は、包絡線検波回路１０における抵抗素子１１１〜１１６の各接続点の電圧である中間端子電圧の中からいずれか一つを選択する。セレクタ２２は、包絡線検波回路２０におけるトランジスタ２０１のソース電圧、すなわち、抵抗列２１０の全体電圧及び抵抗素子２１１〜２１６の各接続点の電圧である中間端子電圧の中からいずれか一つを選択する。検出部４０は、セレクタ２２の出力電圧を基準にして、セレクタ１２の出力電圧を検出する。具体的には、検出部４０は、比較器で構成することができる。当該比較結果から、入力された高周波信号の電力レベルを知ることができる。なお、図５に示したローパスフィルタやＡ／Ｄ変換器などで検出部４０を構成してもよい。

高周波参照信号生成部５０は、高周波電力検波回路に入力される現実の高周波信号の参照基準となる高周波参照信号を生成する。入力セレクタ６０は、現実の高周波信号及び高周波参照信号のいずれか一つを選択してレベルシフタ３０に入力する。

制御部７０は、セレクタ１２、セレクタ２２及び入力セレクタ６０を制御して高周波電力検波回路のキャリブレーションを行う。具体的には、制御部７０は、入力セレクタ６０に対して高周波参照信号を選択する指示を出してレベルシフタ３０に高周波参照信号を入力する状態にして、セレクタ１２及びセレクタ２２の少なくとも一方の出力を順次切り替える。そして、制御部７０は、検出部４０の出力が反転したときのセレクタ１２及びセレクタ２２に対する制御値を記憶する。一方、制御部７０は、入力セレクタ６０に対して現実の高周波信号を選択する指示を出してレベルシフタ３０に現実の高周波信号を入力するときには、セレクタ１２及びセレクタ２２を先に記憶した制御値で制御する。

高周波参照信号はキャリブレーションの際の基準信号となるため、製造ばらつきや温度変動などに影響されにくいことが望ましい。そこで、例えば、ローカル信号発生器５２の出力を増幅器５４で電源電圧に比例した振幅にクリッピングし、さらに減衰器５６で減衰させることで高周波参照信号を生成する。近年の半導体集積回路はばらつきの少ない高精度の電源電圧を内部で生成している。したがって、そのような電源電圧でローカル信号発生器５２の出力をクリッピングすることで製造ばらつきや温度変動などに影響されにくい高周波参照信号を生成することができる。なお、ローカル信号発生器５２は外部のＰＬＬシンセサイザーなどであってもよい。

増幅器５４は、半導体集積回路内部で生成された電源電圧で動作する一つのインバータ回路で、又は複数のインバータ回路をカスケード接続して構成することができる。カスケード接続の段数を増やすほど最終段の出力は矩形波に近づく。最終段の出力電圧Ｖｏｕｔは次式で表される。ただし、Ｖｄｄは電源電圧、ｎは１以上の整数、ωは入力信号の角周波数である。

基本波（ω）の信号振幅は第３次高調波（３ω）のそれよりも３倍、すなわち、９．５ｄＢ高くなる。したがって、包絡線検波回路１０に略矩形波の高周波参照信号が入力されると出力はほぼ基本波の振幅で決まる。また、増幅器５４の利得を十分に大きくすることで、ローカル信号発生器５２の出力が小さくてもばらつきの少ない一定振幅の高周波参照信号を生成することができる。

制御部７０は、セレクタ１２及びセレクタ２２の少なくとも一方を制御して高周波電力検波回路を時分割制御することもできる。すなわち、制御部７０は、セレクタ１２及びセレクタ２２の少なくとも一方の出力をサイクリックに切り替える。例えば、抵抗列２１０の全体電圧を第１の基準電圧、抵抗素子２１２と抵抗素子２１３との接続点の中間端子電圧を第２の基準電圧として、これら二つの基準電圧をセレクタ２２から交互に出力することで、二つの電力レベルを時分割で検波することができる。もちろん、セレクタ２２から出力される基準電圧の数を増やすことで、より多くの電力レベルを時分割で検波することができる。

キャリブレーションと時分割制御を組み合わせてもよい。この場合、検出しようとする各電力レベルに対応した高周波参照信号でキャリブレーションを行うことが望ましい。そこで、互いに異なる電力レベルの高周波参照信号を生成する高周波参照信号生成部５０を複数設けてもよいし、高周波参照信号生成部５０における減衰器５６の減衰値を可変にしてさまざまな電力レベルの高周波参照信号を生成するようにしてもよい。

なお、セレクタ１２及びセレクタ２２のいずれか一方は省略可能である。しかし、セレクタ１２及びセレクタ２２の二つを設けることで、より細かなキャリブレーション及びより多くの電力レベルの時分割検出が可能となる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る高周波電力検波回路の構成を示す。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。包絡線検波回路１０において、Ｎチャネル電界効果トランジスタ１０１のドレインは電源電圧Ｖｄｄに接続され、ソースには直列接続された二つの抵抗素子１１１及び１１２からなる抵抗列１１０と、容量素子１２０とが並列接続されている。もう一つの包絡線検波回路２０は、包絡線検波回路１０と同じ回路構成をしている。すなわち、包絡線検波回路２０において、Ｎチャネル電界効果トランジスタ２０１のドレインは電源電圧Ｖｄｄに接続され、ソースには直列接続された二つの抵抗素子２１１及び２１２からなる抵抗列２１０と、容量素子２２０とが並列接続されている。包絡線検波回路１０及び２０において互いに対応する素子の特性値も同じとなっている。例えば、容量素子１２０と容量素子２２０とは同じ静電容量を有する。

可変利得増幅器１４は、包絡線検波回路１０における抵抗列１１０の中間端子電圧、すなわち、抵抗素子１１１と抵抗素子１１２との接続点の電圧を増幅する。可変利得増幅器２４は、包絡線検波回路２０におけるトランジスタ２０１のソース電圧、すなわち、抵抗列２１０の全体電圧を増幅する。検出部４０は、可変利得増幅器２４の出力電圧を基準にして、可変利得増幅器１４の出力電圧を検出する。

制御部７０は、可変利得増幅器１４、可変利得増幅器２４及び入力セレクタ６０を制御して高周波電力検波回路のキャリブレーションを行う。具体的には、制御部７０は、入力セレクタ６０に対して高周波参照信号を選択する指示を出してレベルシフタ３０に高周波参照信号を入力する状態にして、可変利得増幅器１４及び可変利得増幅器２４の少なくとも一方の利得を順次切り替える。そして、制御部７０は、検出部４０の出力が反転したときの可変利得増幅器１４及び可変利得増幅器２４に対する制御値を記憶する。一方、制御部７０は、入力セレクタ６０に対して現実の高周波信号を選択する指示を出してレベルシフタ３０に現実の高周波信号を入力するときには、可変利得増幅器１４及び可変利得増幅器２４を先に記憶した制御値で制御する。

制御部７０は、可変利得増幅器１４及び可変利得増幅器２４の少なくとも一方を制御して高周波電力検波回路を時分割制御することもできる。すなわち、制御部７０は、可変利得増幅器１４及び可変利得増幅器２４の少なくとも一方の利得をサイクリックに切り替える。上述したようにキャリブレーションと時分割制御を組み合わせてもよい。

なお、抵抗列１１０及び２１０は、３つ以上の抵抗素子を直列接続したものであってもよい。この場合、可変利得増幅器２４はトランジスタ２０１のソース電圧ではなく抵抗列２１０の中間端子電圧を増幅するようにしてもよい。

また、可変利得増幅器１４及び可変利得増幅器２４のいずれか一方は省略可能である。しかし、可変利得増幅器１４及び可変利得増幅器２４の二つを設けることで、より細かなキャリブレーション及びより多くの電力レベルの時分割検出が可能となる。あるいは、可変利得増幅器１４及び可変利得増幅器２４のいずれか一方をセレクタに置き換えてもよい。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る高周波電力検波回路の構成を示す。本実施形態に係る高周波電力検波回路は、図１の高周波電力検波回路のセレクタ１２を省略して入力セレクタ６０とレベルシフタ３０の間に可変利得増幅器１６を挿入したものである。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

検出部４０は、セレクタ２２の出力電圧を基準にして、包絡線検波回路１０における抵抗列１１０の中間端子電圧を検出する。ここでは、抵抗素子１１５と抵抗素子１１６との接続点の電圧を検出する構成となっているが、その他の中間端子電圧を検出してもよい。

制御部７０は、可変利得増幅器１６、セレクタ２２及び入力セレクタ６０を制御して高周波電力検波回路のキャリブレーションを行う。具体的には、制御部７０は、入力セレクタ６０に対して高周波参照信号を選択する指示を出して可変利得増幅器１６に高周波参照信号を入力する状態にして、可変利得増幅器１６の利得及びセレクタ２２の出力の少なくとも一方を順次切り替える。そして、制御部７０は、検出部４０の出力が反転したときの可変利得増幅器１６及びセレクタ２２に対する制御値を記憶する。一方、制御部７０は、入力セレクタ６０に対して現実の高周波信号を選択する指示を出して可変利得増幅器１６に現実の高周波信号を入力するときには、可変利得増幅器１６及びセレクタ２２を先に記憶した制御値で制御する。

制御部７０は、可変利得増幅器１６及びセレクタ２２の少なくとも一方を制御して高周波電力検波回路を時分割制御することもできる。すなわち、制御部７０は、可変利得増幅器１６の利得及びセレクタ２２の出力の少なくとも一方をサイクリックに切り替える。上述したようにキャリブレーションと時分割制御を組み合わせてもよい。

なお、セレクタ２２は省略可能である。しかし、セレクタ２２を設けることで、より細かなキャリブレーション及びより多くの電力レベルの時分割検出が可能となる。あるいは、セレクタ２２を可変利得増幅器に置き換えてもよい。

以上、各実施形態によると、包絡線検波回路が電流源を用いずに構成され、さらに、独立した基準電圧生成回路を設けずに包絡線検波回路のレプリカによって基準電圧が生成されるため、従来に比べて、製造ばらつき、温度変動、電源電圧変動などに対する耐性が向上して高周波電力検波の精度が向上するとともに小型化を図ることができる。さらに、キャリブレーションを行うことで高周波電力検波の精度をより向上することができる。また、時分割制御を行うことで複数の電力レベルの検出を行うことができる。

なお、上記の各実施形態において、トランジスタ１０１及び１０２をＰチャネル電界効果トランジスタに置き換えてもよい。この場合、抵抗列１１０及び２１０並びに容量素子１２０及び２２０は電源電圧に接続することとなる。また、トランジスタ１０１及び１０２として、バイポーラトランジスタなどの他のタイプのトランジスタを用いてもよい。また、高周波電力検波回路を構成する各抵抗素子及び各容量素子はトランジスタを用いて実現することができる。

（無線通信装置の実施形態）
図４は、第１から第３のいずれかの実施形態に係る高周波電力検波回路を備えた無線通信装置の一実施形態を示す。本実施形態に係る無線通信装置の受信系では、アンテナ１００１が受信した高周波信号は、高周波フィルタ１００２及び送受信切り替えスイッチ１００３を介して可変利得の低雑音増幅器１００４に入力される。低雑音増幅器１００４で増幅された受信信号は、高周波電力検波回路１０１３及びミキサ１００５に供給される。ミキサ１００５は、低雑音増幅器１００４の出力とローカル信号発生器１０１２から出力されるローカル信号とを混合して、受信信号をベースバンド周波数にダウンコンバージョンする。ミキサ１００５の出力は、ベースバンドフィルタ１００６を介して可変利得のベースバンド増幅器１００７に供給される。ベースバンド増幅器１００７で増幅された受信信号は、Ａ／Ｄ変換器１０１６及びベースバンド電力検波回路１０１５に供給される。

Ａ／Ｄ変換器１０１６は、入力された受信信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号プロセッサ１０１７は、Ａ／Ｄ変換器１０１６のデジタル出力を処理する。ここで、高周波電力検波回路１０１３及びベースバンド電力検波回路１０１５は、低雑音増幅器１００４及びベースバンド増幅器１００７の出力電力レベルを検波する。自動利得制御回路１０１８は、その検出結果に基づいて、低雑音増幅器１００４及びベースバンド増幅器１００７のそれぞれの利得を、上記両電力レベルに適応した値となるようにフィードバック制御する。例えば、最小受信感度レベルであった入力信号の電力レベルが高くなった場合、Ａ／Ｄ変換器１０１６の入力信号が歪まないように、ベースバンド増幅器１００７の利得を下げてから低雑音増幅器１００４の利得を下げるように最適制御を行う。逆に、例えば、許容最大入力レベルであった電力レベルが低くなった場合、低雑音増幅器１００４の利得をＡ／Ｄ変換器１０１６の入力受信信号が歪まないレベルにまで上げてからベースバンド増幅器１００７の利得を上げるように最適制御を行う。

一方、本実施形態に係る無線通信装置の送信系では、デジタル信号プロセッサ１０１７から出力されたデジタル信号は、Ｄ／Ａ変換器１０１９によってアナログ信号に変換される。当該アナログ信号は、ベースバンドフィルタ１０１１を介してミキサ１０１０に供給される。ミキサ１０１０は、ベースバンドフィルタ１０１１の出力信号とローカル信号発生器１０１２から出力されるローカル信号とを混合して、送信信号を高周波にアップコンバージョンする。この高周波送信信号は、可変利得のドライバー増幅器１００９及び電力増幅器１００８によって所望の電力レベルに増幅され、高周波電力検波回路１０１４及び送受信切り替えスイッチ１００３に供給される。そして、高周波送信信号は、送受信切り替えスイッチ１００３及び高周波フィルタ１００２を介してアンテナ１００１から送信される。高周波電力検波回路１０１４は、電力増幅器１００８の出力電力レベルを検波する。自動利得制御回路１０２０は、その検出結果に基づいて、電力増幅器１００８の利得を、上記両電力レベルに適応した値となるようにフィードバック制御する。

なお、一つの高周波電力検波回路で高周波電力検波回路１０１３及び１０１４を兼用するようにしてもよい。また、上記の無線通信装置の受信系及び送信系をそれぞれ独立させて無線信号受信器及び無線信号送信器を構成することが可能である。

本発明に係る高周波電力検波回路は、高周波信号の電力レベルを精度よく検波することができ、また、小型化が可能であるため、携帯電話機などの携帯無線端末に有用である。

１０包絡線検波回路（第１の包絡線検波回路）
１２セレクタ
１４可変利得増幅器
１６可変利得増幅器
２０包絡線検波回路（第２の包絡線検波回路）
２２セレクタ
２４可変利得増幅器
３０レベルシフタ
４０検出部
５０高周波参照信号生成部
５２ローカル信号発生器
５４増幅器
５６減衰器
６０入力セレクタ
７０制御部
１０１３、１０１４高周波電力検波回路

Claims

入力された高周波信号の中心レベルを所定の電圧にシフトするレベルシフタと、
抵抗列と、前記抵抗列に並列接続された容量素子と、前記抵抗列と前記容量素子との接続点と所定の電圧ノードとの間に接続されたトランジスタとを有する第１及び第２の包絡線検波回路と、
前記第１の包絡線検波回路における前記抵抗列の複数の中間端子電圧の中からいずれか一つを選択するセレクタと、
前記第２の包絡線検波回路における前記抵抗列の全体電圧又は中間端子電圧を基準にして、前記セレクタの出力電圧を検出する検出部とを備え、
前記第１の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記レベルシフタの出力が与えられ、前記第２の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記所定の電圧が与えられる
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
入力された高周波信号の中心レベルを所定の電圧にシフトするレベルシフタと、
抵抗列と、前記抵抗列に並列接続された容量素子と、前記抵抗列と前記容量素子との接続点と所定の電圧ノードとの間に接続されたトランジスタとを有する第１及び第２の包絡線検波回路と、
前記第１の包絡線検波回路における前記抵抗列の中間端子電圧を増幅する可変利得増幅器と、
前記第２の包絡線検波回路における前記抵抗列の全体電圧又は中間端子電圧を基準にして、前記可変利得増幅器の出力電圧を検出する検出部とを備え、
前記第１の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記レベルシフタの出力が与えられ、前記第２の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記所定の電圧が与えられる
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
入力された高周波信号の中心レベルを所定の電圧にシフトするレベルシフタと、
抵抗列と、前記抵抗列に並列接続された容量素子と、前記抵抗列と前記容量素子との接続点と所定の電圧ノードとの間に接続されたトランジスタとを有する第１及び第２の包絡線検波回路と、
前記第２の包絡線検波回路における前記抵抗列の全体電圧又は中間端子電圧を増幅する可変利得増幅器と、
前記可変利得増幅器の出力電圧を基準にして、前記第１の包絡線検波回路における前記抵抗列の中間端子電圧を検出する検出部とを備え、
前記第１の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記レベルシフタの出力が与えられ、前記第２の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記所定の電圧が与えられる
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
入力された高周波信号を増幅する可変利得増幅器と、
前記可変利得増幅器の出力の中心レベルを所定の電圧にシフトするレベルシフタと、
抵抗列と、前記抵抗列に並列接続された容量素子と、前記抵抗列と前記容量素子との接続点と所定の電圧ノードとの間に接続されたトランジスタとを有する第１及び第２の包絡線検波回路と、
前記第２の包絡線検波回路における前記抵抗列の全体電圧又は中間端子電圧を基準にして、前記第１の包絡線検波回路における前記抵抗列の中間端子電圧を検出する検出部とを備え、
前記第１の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記レベルシフタの出力が与えられ、前記第２の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記所定の電圧が与えられる
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
請求項１の高周波電力検波回路において、
高周波参照信号を生成する高周波参照信号生成部と、
現実の高周波信号及び前記高周波参照信号のいずれか一つを選択して前記レベルシフタに入力する入力セレクタと、
前記入力セレクタ及び前記セレクタを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記レベルシフタに前記高周波参照信号を入力した状態で前記セレクタの出力を順次切り替えて前記検出部の出力が反転したときの前記セレクタに対する制御値を記憶し、前記現実の高周波信号を前記レベルシフタに入力するときには前記セレクタを前記記憶した制御値で制御するものである
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
入力された高周波信号の中心レベルを所定の電圧にシフトするレベルシフタと、
抵抗列と、前記抵抗列に並列接続された容量素子と、前記抵抗列と前記容量素子との接続点と所定の電圧ノードとの間に接続されたトランジスタとを有する第１及び第２の包絡線検波回路と、
前記第２の包絡線検波回路における前記抵抗列の全体電圧及び複数の中間端子電圧の中からいずれか一つを選択するセレクタと、
前記セレクタの出力電圧を基準にして、前記第１の包絡線検波回路における前記抵抗列の中間端子電圧を検出する検出部と、
高周波参照信号を生成する高周波参照信号生成部と、
現実の高周波信号及び前記高周波参照信号のいずれか一つを選択して前記レベルシフタに入力する入力セレクタと、
前記入力セレクタ及び前記セレクタを制御する制御部とを備え、
前記第１の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記レベルシフタの出力が与えられ、前記第２の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記所定の電圧が与えられ、
前記制御部は、前記レベルシフタに前記高周波参照信号を入力した状態で前記セレクタの出力を順次切り替えて前記検出部の出力が反転したときの前記セレクタに対する制御値を記憶し、前記現実の高周波信号を前記レベルシフタに入力するときには前記セレクタを前記記憶した制御値で制御するものである
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
請求項２及び３のいずれか一つの高周波電力検波回路において、
高周波参照信号を生成する高周波参照信号生成部と、
現実の高周波信号及び前記高周波参照信号のいずれか一つを選択して前記レベルシフタに入力する入力セレクタと、
前記入力セレクタ及び前記可変利得増幅器を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記レベルシフタに前記高周波参照信号を入力した状態で前記可変利得増幅器の利得を順次切り替えて前記検出部の出力が反転したときの前記可変利得増幅器に対する制御値を記憶し、前記現実の高周波信号を前記レベルシフタに入力するときには前記可変利得増幅器を前記記憶した制御値で制御するものである
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
請求項４の高周波電力検波回路において、
高周波参照信号を生成する高周波参照信号生成部と、
現実の高周波信号及び前記高周波参照信号のいずれか一つを選択して前記可変利得増幅器に入力する入力セレクタと、
前記入力セレクタ及び前記可変利得増幅器を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記可変利得増幅器に前記高周波参照信号を入力した状態で前記可変利得増幅器の利得を順次切り替えて前記検出部の出力が反転したときの前記可変利得増幅器に対する制御値を記憶し、前記現実の高周波信号を前記可変利得増幅器に入力するときには前記可変利得増幅器を前記記憶した制御値で制御するものである
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
請求項５から８のいずれか一つの高周波電力検波回路において、
前記高周波参照信号生成部は、
ローカル信号発生器と、
前記ローカル信号発生器の出力を電源電圧に比例した振幅にクリッピングする増幅器と、
前記増幅器の出力を減衰させる減衰器とを備えている
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
請求項９の高周波電力検波回路において、
前記増幅器は、インバータ回路が多段接続されたものである
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
請求項１の高周波電力検波回路において、
前記セレクタの出力をサイクリックに切り替える制御部を備えている
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
入力された高周波信号の中心レベルを所定の電圧にシフトするレベルシフタと、
抵抗列と、前記抵抗列に並列接続された容量素子と、前記抵抗列と前記容量素子との接続点と所定の電圧ノードとの間に接続されたトランジスタとを有する第１及び第２の包絡線検波回路と、
前記第２の包絡線検波回路における前記抵抗列の全体電圧及び複数の中間端子電圧の中からいずれか一つを選択するセレクタと、
前記セレクタの出力電圧を基準にして、前記第１の包絡線検波回路における前記抵抗列の中間端子電圧を検出する検出部と、
前記セレクタの出力をサイクリックに切り替える制御部とを備え、
前記第１の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記レベルシフタの出力が与えられ、前記第２の包絡線検波回路における前記トランジスタのゲート又はベースには前記所定の電圧が与えられる
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
請求項２から４のいずれか一つの高周波電力検波回路において、
前記可変利得増幅器の利得をサイクリックに切り替える制御部を備えている
ことを特徴とする高周波電力検波回路。
請求項１から１３のいずれか一つに記載の高周波電力検波回路を備えている
ことを特徴とする無線通信装置。